專利名稱：均熱板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種散熱產(chǎn)品，具體涉及一種計(jì)算機(jī)CPU、顯卡類的高功率、微小型電子元器件散熱的均熱板。
背景技術(shù)：
熱管是1963年美國(guó)LosAlamos國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的G. M. Grover發(fā)明的一種傳熱元件， 它充分利用了熱傳導(dǎo)原理與工質(zhì)的相變熱傳遞性質(zhì)，透過(guò)熱管將發(fā)熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導(dǎo)熱能力超過(guò)任何已知金屬的導(dǎo)熱能力。熱管技術(shù)以前被廣泛應(yīng)用在宇航、軍工等行業(yè)，自從被引入散熱器制造行業(yè)，使得人們改變了傳統(tǒng)散熱器的設(shè)計(jì)思路，開(kāi)辟了散熱行業(yè)新天地。熱管是一種被動(dòng)、封閉循環(huán)的導(dǎo)熱裝置，將熱從熱源傳輸至熱沉。例如，在筆記本電腦中，熱管將熱從CPU傳遞至散熱器，從而防止CPU溫度過(guò)高。隨著計(jì)算機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)芯片的集成度、尺寸以及性能不斷提高。目前芯片表面的平均熱流密度已接近lOOW/cm2，大型服務(wù)器CPU的散熱量仍具持續(xù)增高的趨勢(shì)。同時(shí)對(duì)設(shè)備要求的小型化和設(shè)計(jì)的復(fù)雜化也導(dǎo)致了能量分布的不均勻，即在芯片表面出現(xiàn)局部熱量過(guò)高的區(qū)域-“熱點(diǎn)(heat spot)”?！盁狳c(diǎn)”將導(dǎo)致芯片局部表面溫度急劇增高并形成大的溫度梯度，從而影響高性能服務(wù)器運(yùn)行的穩(wěn)定。熱管是一個(gè)內(nèi)壁具微結(jié)構(gòu)的真空腔體，如圖1所示，當(dāng)熱量由熱源通過(guò)熱管中的熱量輸入段16傳導(dǎo)至均熱板的蒸發(fā)區(qū)時(shí)，腔體里面的工質(zhì)會(huì)在低真空度的環(huán)境中，便會(huì)開(kāi)始產(chǎn)生液相汽化的現(xiàn)象，此時(shí)工質(zhì)吸收熱能并且體積迅速膨脹，氣相的工質(zhì)會(huì)很快充滿整個(gè)腔體，當(dāng)氣相工質(zhì)接觸到一個(gè)比較冷的區(qū)域時(shí)便會(huì)產(chǎn)生凝結(jié)的現(xiàn)象，借由凝結(jié)的現(xiàn)象通過(guò)熱管中的熱量輸出段17釋放出在蒸發(fā)時(shí)累積的熱，凝結(jié)后的液相工質(zhì)會(huì)借由微結(jié)構(gòu)的毛細(xì)現(xiàn)象再回到蒸發(fā)熱源處，此運(yùn)作將在腔體內(nèi)周而復(fù)始進(jìn)行，這就是均熱板的運(yùn)作方式。 又由于工質(zhì)在蒸發(fā)時(shí)微結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生毛細(xì)力，所以熱管的運(yùn)作可不受重力的影響。均熱板與熱管的原理與理論架構(gòu)是相同的，但是熱傳遞的方式不相同，在熱管內(nèi)部，蒸汽的流動(dòng)方式是近似一維的，因此熱管熱量傳遞的方式是線性傳遞；而在均熱板內(nèi)部，如圖2所示，蒸汽的流動(dòng)方式是近似二維的，因此均熱板的加熱面18的熱量傳遞方式是平面?zhèn)鬟f方式，比熱管更快，更有效率。進(jìn)一步講，均熱板可以在更大的面積上采用相變傳熱方式，利用相變的傳熱可以解決傳統(tǒng)熱管的種種限制。目前已有的均熱板可以達(dá)到150W 左右的散熱，另外，均熱板還具有以下的優(yōu)點(diǎn)(1)性能受重力的影響?。?2)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕；(3)可以采取不同的冷卻方式，如風(fēng)冷，水冷等；(4)節(jié)省貴重金屬材料，成本價(jià)格低廉
MTv ο20世紀(jì)60年代形成的集成電路制造方法，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展到了 80年代，集成電路的制造技術(shù)已經(jīng)十分成熟。以光刻、腐蝕、離子注入等技術(shù)和其他化學(xué)加工方法和光學(xué)加工方法的滲透形成了完整的微機(jī)電系統(tǒng)制造技術(shù)。目前集成電路表面加工技術(shù)線間距已由微米級(jí)別發(fā)展到納米級(jí)別。隨著納米材料制備工藝的成熟以及微加工工藝的發(fā)展，在現(xiàn)有的技術(shù)基礎(chǔ)上已經(jīng)可以制造納米棒熱管。在金屬(例如銅)或者半導(dǎo)體(例如硅)薄膜材料表面形成微納米級(jí)結(jié)構(gòu)的方法有掠角沉積技術(shù)、電化學(xué)腐蝕技術(shù)、微電鑄工藝技術(shù)等。掠角沉積技術(shù)(Glancing Angle Deposition, GLAD)建立在定向氣流、掠角入射、 影蔽效應(yīng)和表面擴(kuò)散基礎(chǔ)上來(lái)定向生長(zhǎng)納米棒，是新穎的可行納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制備的有效技術(shù)之一。其基本原理是請(qǐng)參見(jiàn)圖3所示，在旋轉(zhuǎn)襯底上，如蒸發(fā)板基體5上，生長(zhǎng)前驅(qū)或反應(yīng)基元定向掠角θ，以傾角射流19入射，利用早期晶核的影蔽效應(yīng)形成的影蔽區(qū)域20， 定向生長(zhǎng)納米棒層4。GLAD的特點(diǎn)是可以通過(guò)控制襯底旋轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)和控制納米棒形狀、排列、取向及宏觀對(duì)稱性，得到取向、密度可控的柱狀、彈簧裝等納米結(jié)構(gòu)。該技術(shù)容易得到垂直的納米棒。電化學(xué)腐蝕技術(shù)是在液相體中進(jìn)行的特殊的氧化還原反應(yīng)過(guò)程，可以在納米材料制備方面應(yīng)用，拓展均勻沉淀策略實(shí)現(xiàn)的途徑。金屬電化學(xué)腐蝕發(fā)生由無(wú)數(shù)的短路的原電池反應(yīng)構(gòu)成的金屬表面的電勢(shì)差是由雜質(zhì)或晶格缺陷引起。兩極放電過(guò)程中生成的氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物在遷移過(guò)程中沉積并雜亂地堆積在金屬表面。如果把電化學(xué)腐蝕過(guò)程轉(zhuǎn)移到兩極分立的液相體系中，為液相體系中緩慢持續(xù)地提供沉淀試劑，考慮到膠體粒子(納米尺度)在水中相對(duì)穩(wěn)定的性質(zhì)及水分子極性的分散作用，可以結(jié)合電化學(xué)腐蝕過(guò)程實(shí)現(xiàn)均勻沉淀過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)經(jīng)綠色途徑制備金屬或者金屬氧化物納米材料的目的。電化學(xué)腐蝕是在氫氟酸和乙醇的混合溶液中，對(duì)硅片施加低于電拋光的電流密度而獲得多孔硅的方法。根據(jù)其所用腐蝕設(shè)備的不同，電化學(xué)腐蝕法又可分為單槽電化學(xué)腐蝕和雙槽電化學(xué)腐蝕。傳統(tǒng)的單槽電化學(xué)腐蝕需要在被腐蝕的硅片背面形成具有良好歐姆接觸的金屬電極作為陽(yáng)極。與單槽電化學(xué)腐蝕相比，雙槽電化學(xué)腐蝕技術(shù)采用鉬電極作為陰極和陽(yáng)極，而硅片被固定在電解槽中間將電解槽分隔成兩個(gè)相互獨(dú)立的半槽，兩個(gè)半槽的其它部分相互絕緣，僅通過(guò)硅襯底實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)通。在進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)前要對(duì)硅片進(jìn)行預(yù)處理，首先將樣片放入配制好的清洗液中，在室溫條件下浸泡，直至不起反應(yīng)為止，以除去表面的有機(jī)污染物，然后用二次去離子水沖洗干凈，再分別用丙酮和乙醇進(jìn)行超聲波清洗以清除表面殘留的雜質(zhì)。 再在濃度為20%的HF溶液中浸泡一定時(shí)間以除去表面的氧化層，用去離子水沖洗干凈后放入乙醇中備用。微電鑄工藝技術(shù)是相對(duì)于常規(guī)電鑄工藝而確立的新概念，它是適用于微小結(jié)構(gòu)成型而建立的批量加工技術(shù)，既可以看作是在微細(xì)加工模具基礎(chǔ)上的傳統(tǒng)電鑄技術(shù)的延伸， 也可以認(rèn)為是掩膜電鍍?cè)诟呱顚挶确较虬l(fā)展的結(jié)果，在微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)電鑄工藝是在芯模表面電沉積金屬，然后使兩者分離來(lái)制取零件的工藝。 其基本原理與電鍍相同，其區(qū)別在于電鍍層要與基材牢固結(jié)合，而電鑄層要與基材(芯模) 分離；電鍍層的厚度一般只有幾微米到幾十微米，而傳統(tǒng)電鑄層有零點(diǎn)幾毫米到幾毫米，而微電鑄工藝技術(shù)只有亞微米至幾微米厚度。原則上，凡能電沉積的金屬或合金均可用于電鑄，但從其性能、成本和工藝上考慮，尚有銅、鎳、鐵、鎳鈷合金等少數(shù)幾種有實(shí)用價(jià)值。目前在工業(yè)中廣泛應(yīng)用的只有銅和鎳。目前的傳統(tǒng)均熱板材質(zhì)主要利用金屬，內(nèi)部吸液芯結(jié)構(gòu)主要利用燒結(jié)金屬粉末。 在現(xiàn)有的均熱板結(jié)構(gòu)條件下，其散熱效果已經(jīng)到達(dá)極限，為了滿足未來(lái)電子設(shè)備散熱的需求，有必要在現(xiàn)有均熱板理論的基礎(chǔ)之上對(duì)其散熱潛力進(jìn)行挖掘。而納米棒型熱管在許多方面會(huì)對(duì)現(xiàn)有的燒結(jié)金屬粉末型均熱板在散熱、外形尺寸方面有實(shí)質(zhì)性突破。納米棒結(jié)構(gòu)熱管類均熱板比普通金屬粉末燒結(jié)型熱管類均熱板的優(yōu)點(diǎn)在于蒸發(fā)方向上，納米棒具有更低的流動(dòng)阻力，因此比普通燒結(jié)型熱管散熱效果更優(yōu)。目前燒結(jié)金屬粉末吸液芯結(jié)構(gòu)厚度較大，因此整個(gè)均熱板厚度與納米棒型均熱板相比較非常大。納米材料的制備工藝，使納米棒均熱板厚度非常薄，整個(gè)均熱板厚度可以小于1mm?，F(xiàn)有均熱板主要有以下幾方面的問(wèn)題(1)目前已有的均熱板結(jié)構(gòu)過(guò)于龐大，導(dǎo)致無(wú)法實(shí)際應(yīng)用于微小電子設(shè)備的散熱；(2)散熱能力有限，尤其是在復(fù)雜工況下的散熱能力仍然不是十分理想。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的均熱板存在結(jié)構(gòu)龐大、散熱能力有限的缺陷的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種均熱板，該均熱板設(shè)有納米棒，在其納米棒均熱板的蒸發(fā)面的多孔介質(zhì)吸液芯區(qū)域采用掠角沉積技術(shù)或者電化學(xué)腐蝕技術(shù)生成納米棒作為多孔介質(zhì)吸液芯區(qū)域。納米棒均熱板制備所依據(jù)的技術(shù)主要為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)制造的技術(shù)，包括薄膜物理生長(zhǎng)技術(shù)、鍵合技術(shù)、蝕刻技術(shù)等。該均熱板可實(shí)際應(yīng)用于微小電子設(shè)備的散熱，并且可根據(jù)不同的散熱需求采用不同的冷卻方式。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下一種均熱板，所述的均熱板包括上下兩部分，上面部分為冷凝部分，下面部分為蒸發(fā)部分，冷凝部分中的冷凝板與蒸發(fā)部分中的蒸發(fā)板結(jié)合為一體；冷凝板的冷凝面與蒸發(fā)板的蒸發(fā)面相對(duì)而置。冷凝板中心有凹槽，凹槽內(nèi)部固定有若干突出柱體；蒸發(fā)板為一平板，在蒸發(fā)板面上固定設(shè)有若干納米棒，該納米棒是利用掠角沉積技術(shù)或者通過(guò)電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)所生成的，冷凝板、蒸發(fā)板大小一致，相互配合后使相對(duì)位置固定，緊密貼合；在冷凝板和蒸發(fā)板結(jié)合后形成的腔體內(nèi)充入工作介質(zhì)。在冷凝板和蒸發(fā)板結(jié)合后形成的腔體內(nèi)部具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)。均熱板腔體內(nèi)部的毛細(xì)結(jié)構(gòu)為納米棒，在蒸發(fā)板的單側(cè)表面利用掠角沉積技術(shù)或者電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)生成納米棒。其納米棒層形成后在充有工作液的條件下產(chǎn)生毛細(xì)力，驅(qū)動(dòng)工作液體產(chǎn)生回流。冷凝板內(nèi)部生成小柱體作為支撐結(jié)構(gòu)與提供回流通路，依據(jù)冷凝板的不同材質(zhì)采用不同的形成方法。當(dāng)冷凝板采用硅為材質(zhì)，則利用微機(jī)電系統(tǒng)體微加工技術(shù)中干法蝕刻技術(shù)生成柱體。當(dāng)冷凝板采用銅或鋁為材質(zhì)，則采用機(jī)械加工手段生成柱體。由于采用上述技術(shù)方案，使本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果1、在均熱板蒸發(fā)面采用納米棒結(jié)構(gòu)，因此散熱效能有顯著提高，尤其在高熱流密度的小型電子設(shè)備散熱方面效能更好。本發(fā)明與傳統(tǒng)燒結(jié)金屬粉末型均熱板主要采取機(jī)械加工工藝不同，而是采用掠角沉積技術(shù)或者電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)生成的的納米棒，納米棒結(jié)構(gòu)熱管類均熱板比普通金屬粉末燒結(jié)型熱管類均熱板的優(yōu)點(diǎn)在于蒸發(fā)方向上，納米棒具有更低的流動(dòng)阻力，因此比普通燒結(jié)型熱管散熱效果更優(yōu)。2、由于均熱板蒸發(fā)面采用納米棒結(jié)構(gòu)，因此在結(jié)構(gòu)方面將會(huì)更加小型化，非常適合未來(lái)電子設(shè)備的需求。本發(fā)明均熱板與傳統(tǒng)燒結(jié)粉末型均熱板在尺寸與性能方面有顯著提高，對(duì)于普通燒結(jié)金屬粉末多孔介質(zhì)吸液芯結(jié)構(gòu)，厚度要大于1mm，因此金屬燒結(jié)粉末型均熱板整體厚度較大，這樣將不能滿足未來(lái)電子設(shè)備散熱的需求。而采用納米棒結(jié)構(gòu)的多孔介質(zhì)吸液芯結(jié)構(gòu)，其納米棒可以依據(jù)所使用條件的不同，生成不同厚度的納米棒結(jié)構(gòu)，其多孔介質(zhì)吸液芯結(jié)構(gòu)厚度范圍可達(dá)20nm 100 μ m,因此，納米棒均熱板的整體結(jié)構(gòu)將會(huì)小于1mm，在未來(lái)能夠滿足高熱流密度的小型電子設(shè)備散熱方面要求。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1是熱管原理示意圖。圖2是均熱板原理示意圖。圖3是掠角沉積技術(shù)示意圖。圖4是本發(fā)明金屬材質(zhì)納米棒均熱板的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是圖4中冷凝板結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是圖4中蒸發(fā)板結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是圖6中基體生長(zhǎng)納米棒放大結(jié)構(gòu)示意圖。圖8是鍵合后納米棒均熱板結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是完成后納米棒均熱板構(gòu)示意圖。圖10是本發(fā)明半導(dǎo)體納米棒均熱板封裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖11是半導(dǎo)體納米棒均熱板進(jìn)行封裝后的結(jié)構(gòu)示意圖。圖12是半導(dǎo)體納米棒均熱板進(jìn)行封裝后結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖13是圖12的剖面分解結(jié)構(gòu)示意圖。圖14是本發(fā)明納米棒均熱板與散熱片、風(fēng)扇組合安裝示意圖。圖中，1.充液抽真空管，2.冷凝板，3.蒸發(fā)板，4.納米棒層，5.蒸發(fā)板基體，6.抽真空與工質(zhì)充裝孔，7.抽真空孔及工質(zhì)充裝孔，8.放置固化膠管孔，9.擠入固化膠管， 10.鍵合完成后半導(dǎo)體納米棒均熱板，11.半導(dǎo)體納米棒均熱板封裝，12.風(fēng)扇，13.散熱器鰭片，14.納米棒均熱板，15.突出柱體，16.熱管中的熱量輸入段，17.熱管中的熱量輸出段，18.均熱板的加熱面，19.傾角射流，20.影蔽區(qū)域。
具體實(shí)施例方式圖4所示為本發(fā)明均熱板的一個(gè)實(shí)施例，該均熱板包括圖5所示的冷凝部分與圖6 所示的蒸發(fā)部分這兩部分，冷凝部分位于上面，蒸發(fā)部分位于下面，冷凝部分的冷凝板2和蒸發(fā)部分的蒸發(fā)板3結(jié)合為一體。冷凝板2的冷凝面與蒸發(fā)板3的蒸發(fā)面相對(duì)而置，冷凝板2和蒸發(fā)板3結(jié)合后形成腔體，在該腔體內(nèi)部具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖4所示，在均熱板的冷凝部分邊上，有一充液抽真空管1，安裝充液抽真空管的充液孔的大小與位置應(yīng)能保障均熱板的強(qiáng)度與散熱的要求，充液孔為矩形或者圓形，且開(kāi)在冷凝板的其中一邊。此管的作用主要有兩個(gè)，對(duì)均熱板進(jìn)行真空抽氣和往腔體內(nèi)注入工作介質(zhì)。如圖5所示，在冷凝板中心有凹槽，凹槽內(nèi)固定有若干突出柱體15。如圖6所示，蒸發(fā)板為一平板，在蒸發(fā)板基體5表面具有利用掠角沉積技術(shù)或者電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)制備的納米棒，形成納米棒層4，該結(jié)構(gòu)充當(dāng)均熱板內(nèi)擴(kuò)孔介質(zhì)的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，納米棒層4在充有工作液的條件下產(chǎn)生毛細(xì)力，驅(qū)動(dòng)工作液體產(chǎn)生回流。冷凝板2和蒸發(fā)板3大小一致，相對(duì)而置，相互配合，使相對(duì)位置固定，緊密貼合。在冷凝板2和蒸發(fā)板3結(jié)合后形成的腔體內(nèi)充入工作介質(zhì)。圖4所示的本發(fā)明采用金屬材質(zhì)納米棒的均熱板，其冷凝板與蒸發(fā)板所采用的金屬材料為銅或鋁，由于銅、鋁金屬材料的導(dǎo)熱性好，且銅、鋁金屬材質(zhì)利于機(jī)械加工，強(qiáng)度能滿足要求。當(dāng)圖5所示的均熱板冷凝部分，即冷凝板采用銅或鋁為材質(zhì)，可以利用機(jī)械加工的方式生成如圖所示的突出柱體15結(jié)構(gòu)。其中突出柱體15的作用在于1、提供工質(zhì)回流的通路；2、用作支撐結(jié)構(gòu)，提高均熱板整體的強(qiáng)度。圖6所示為均熱板蒸發(fā)部分，即蒸發(fā)板。蒸發(fā)板為銅或者鋁作為基體材料，在蒸發(fā)板單側(cè)利用掠角沉積技術(shù)或者電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)生成納米棒，納米棒材質(zhì)可以為銅或碳。例如對(duì)于掠角沉積技術(shù)，首先用一潔凈平整銅或鋁板作為基底，然后在基底腐蝕生長(zhǎng)出晶核，晶核處為以后納米棒生長(zhǎng)處。生長(zhǎng)納米棒采用物理氣相沉積中濺射工藝，濺射過(guò)程是在一個(gè)低真空室中，用高壓電使氣體電離而形成離子體，將待濺射物質(zhì)制成靶并且置于陰極，等離子體中的正離子以高能量轟擊靶面，使靶上待濺射物質(zhì)的原子離開(kāi)靶面，沉積到陽(yáng)極工作臺(tái)基片。掠角沉積技術(shù)主要是使待濺射物質(zhì)與基板成一定傾斜角，由于圖3所示的影蔽效應(yīng)，其納米棒不會(huì)垂直于基板表面生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)將會(huì)與基板平面成一角度。當(dāng)基板與以一定角速度勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，納米棒將會(huì)與基板垂直生長(zhǎng)，生長(zhǎng)的納米棒放大圖如7所示。圖8所示的為金屬材質(zhì)冷凝板與蒸發(fā)板相互鍵合后形成的均熱板。金屬鍵合是指通過(guò)純金屬或合金，依靠金屬鍵、金屬與晶片表面間的擴(kuò)散、金屬熔融等作用使兩個(gè)晶片面對(duì)面地鍵合在一起。首先對(duì)待鍵合材料先進(jìn)行表面清洗，使表面、平整、干凈無(wú)沾污。接著是要鍵合的面預(yù)對(duì)準(zhǔn)，面對(duì)面地緊緊疊合在一起，通過(guò)鍵合裝置施加適當(dāng)壓力，放進(jìn)退火爐中退火。退火時(shí)，應(yīng)在保護(hù)氣氛下進(jìn)行，并設(shè)置好升溫速率、退火溫度、退火時(shí)間、降溫速率等。在退火過(guò)程中，金屬間發(fā)生擴(kuò)散、互熔融等，通過(guò)金屬鍵、共價(jià)鍵、氫鍵、范德瓦耳斯力、 熔融流體力或原子擴(kuò)散等牢靠地鍵合在一起，鍵合強(qiáng)度高。冷凝板與蒸發(fā)板均采用銅作為材質(zhì)，兩板相互配合后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)分子擴(kuò)散焊接技術(shù)或者普通焊接技術(shù)使相對(duì)位置固定后，在冷凝板側(cè)邊抽真空與工質(zhì)充裝孔6處焊接一圖4 所示的銅管。銅管的作用主要有兩個(gè)，對(duì)均熱板進(jìn)行真空抽氣和往腔體內(nèi)注入工作介質(zhì)。 冷凝板與蒸發(fā)板均采用銅作為材質(zhì)，兩板相互配合后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)分子擴(kuò)散焊接技術(shù)或者普通焊接技術(shù)使相對(duì)位置固定。焊接時(shí)應(yīng)當(dāng)采用銀焊條進(jìn)行焊接，此種焊接方式可以保證均熱板焊接的焊縫平整美觀，焊縫質(zhì)量較高。進(jìn)行焊接過(guò)程時(shí)應(yīng)當(dāng)保證冷凝面與蒸發(fā)面的溫度， 防止銅板因溫度過(guò)高而產(chǎn)生變形和納米棒脫落。焊接完成后利用真空泵對(duì)均熱板進(jìn)行抽真空，抽真空過(guò)程應(yīng)當(dāng)保證環(huán)境潔凈無(wú)塵。抽真空過(guò)程完成后，將蒸餾水(具體工質(zhì)以所使用條件為準(zhǔn)，本發(fā)明產(chǎn)品利用水作為工質(zhì))進(jìn)行除氣，過(guò)程實(shí)施方案為將蒸餾水進(jìn)行加熱蒸發(fā)，利用蒸汽帶走溶解于蒸餾水內(nèi)的不凝氣體。此后，利用之前對(duì)均熱板抽真空時(shí)腔體內(nèi)形成的負(fù)壓對(duì)均熱板進(jìn)行灌裝充液。由于均熱板存在最佳充液量，本發(fā)明的利用現(xiàn)有技術(shù)得出此款均熱板的最佳充液量。充液完成后，將充液抽真空管1夾斷，并對(duì)斷口進(jìn)行焊接。保證均熱板內(nèi)部腔體與外界空氣隔斷，并在以后使用過(guò)程當(dāng)中腔體內(nèi)高溫高壓蒸汽不得發(fā)生泄漏。最后形成的均熱板如圖9所示。圖10所示為本發(fā)明采用半導(dǎo)體納米棒的均熱板的另一個(gè)實(shí)施例，該均熱板包括結(jié)構(gòu)如圖5所示的冷凝部分與圖6所示的蒸發(fā)部分這兩部分，冷凝部分位于上面，蒸發(fā)部分位于下面，冷凝部分的冷凝板2和蒸發(fā)部分的蒸發(fā)板3通過(guò)鍵合方式結(jié)合為一體。冷凝板 2的冷凝面與蒸發(fā)板3的蒸發(fā)面相對(duì)而置，冷凝板2和蒸發(fā)板3結(jié)合后形成腔體，在該腔體內(nèi)部具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)。如圖4所示，在均熱板的冷凝部分邊上，有一充液抽真空管1，該充液孔的大小與位置應(yīng)能保障均熱板的強(qiáng)度與散熱的要求，充液孔為矩形或者圓形，且開(kāi)在冷凝板的其中一邊。此管的作用主要有兩個(gè)，對(duì)均熱板進(jìn)行真空抽氣和往腔體內(nèi)注入工作介質(zhì)。 如圖5所示，在冷凝板中心有凹槽，凹槽內(nèi)固定有若干突出柱體15。如圖6所示，蒸發(fā)板為一平板，在蒸發(fā)板基體5表面具有利用掠角沉積技術(shù)或者電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)制備的納米棒，形成納米板層4，該結(jié)構(gòu)充當(dāng)均熱板內(nèi)擴(kuò)孔介質(zhì)的毛細(xì)結(jié)構(gòu)，納米棒層 4在充有工作液的條件下產(chǎn)生毛細(xì)力，驅(qū)動(dòng)工作液體產(chǎn)生回流。冷凝板2和蒸發(fā)板3大小一致，相對(duì)而置，相互配合，使相對(duì)位置固定，緊密貼合。在冷凝板2和蒸發(fā)板3結(jié)合后形成的腔體內(nèi)充入工作介質(zhì)。本發(fā)明采用半導(dǎo)體材質(zhì)納米板的均熱板，其冷凝板與蒸發(fā)板所采用的半導(dǎo)體材料為硅，由于硅材料的導(dǎo)熱性好，且硅材質(zhì)的微機(jī)械系統(tǒng)加工成熟，強(qiáng)度能滿足要求。采用半導(dǎo)體納米棒的均熱板，其均熱板冷凝部分，即冷凝板的結(jié)構(gòu)如圖5所示，當(dāng)冷凝板采用硅為材質(zhì)，則可以利用微機(jī)電系統(tǒng)體微加工技術(shù)中干法蝕刻的方式生成如圖所示的突出柱體15。其中硅柱的作用在于1、提供工質(zhì)回流的通路；2、用作支撐結(jié)構(gòu)，提高均熱板整體的強(qiáng)度。干法蝕刻是在氣體放電中產(chǎn)生等離子，腐蝕性粒子的傳輸既可以通過(guò)漫射，也可以通過(guò)定向來(lái)實(shí)現(xiàn)。腐蝕性粒子的傳輸對(duì)腐蝕過(guò)程的特性有很大影響。干法蝕刻是靠腐蝕劑的體態(tài)分子與被腐蝕得樣品表面接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)腐蝕功能的。干法蝕刻形成冷凝板的步驟主要有1、腐蝕性氣體粒子的產(chǎn)生；2、粒子向基板的傳輸；3、基板表面的腐蝕；4、腐蝕反應(yīng)物的排出。采用半導(dǎo)體納米棒的均熱板，其均熱板蒸發(fā)部分，即蒸發(fā)板的結(jié)構(gòu)如圖6所示。蒸發(fā)板為硅作為基體材料，在蒸發(fā)板單側(cè)利用掠角沉積技術(shù)或者電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)生成納米棒，納米棒材質(zhì)可以為硅、銅或碳。例如對(duì)于掠角沉積技術(shù)，首先用一潔凈平整硅板作為基底，然后在基底腐蝕生長(zhǎng)出晶核，晶核處為以后納米棒生長(zhǎng)處。生長(zhǎng)納米棒采用物理氣相沉積中濺射工藝，濺射過(guò)程是在一個(gè)低真空室中，用高壓電使氣體電離而形成離子體，將待濺射物質(zhì)制成靶并且置于陰極，等離子體中的正離子以高能量轟擊靶面， 使靶上待濺射物質(zhì)的原子離開(kāi)靶面，沉積到陽(yáng)極工作臺(tái)基片。掠角沉積技術(shù)主要是使待濺射物質(zhì)與基板成一定傾斜角，由于圖3所示的影蔽效應(yīng)，其納米棒不會(huì)垂直于基板表面生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)將會(huì)與基板平面成一角度。當(dāng)基板與以一定角速度勻速旋轉(zhuǎn)時(shí)，納米棒將會(huì)與基板垂直生長(zhǎng)。圖7所示的是納米棒放大結(jié)構(gòu)的示意圖。采用半導(dǎo)體納米棒的均熱板，其冷凝板與蒸發(fā)板相互鍵合后形成如圖8所示結(jié)構(gòu)的均熱板。冷凝板與蒸發(fā)板均采用硅作為材質(zhì)，兩板相互配合后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)融合鍵合技術(shù)使相對(duì)位置固定。陽(yáng)極鍵合具有鍵合溫度較低，與其他工藝相容性較好，鍵合強(qiáng)度及穩(wěn)定性高，鍵合設(shè)備簡(jiǎn)單。陽(yáng)極鍵合技術(shù)的是在強(qiáng)大的靜電力作用下，將兩個(gè)被鍵合的表面壓緊在一起；在一定溫度下，通過(guò)化學(xué)價(jià)鍵合，將硅基片牢牢鍵合在一起。冷凝板與蒸發(fā)板均采用硅作為材質(zhì)，兩板相互配合后通過(guò)融合鍵合技術(shù)使相對(duì)位置固定后，在均熱板外部做一金屬封裝，將整個(gè)均熱板或者部分均熱板包裹或者覆蓋，封裝一側(cè)有一銅管，銅管位置與均熱板側(cè)邊小孔處配合。銅管外開(kāi)一小孔，伸入探針作為均熱板封裝擠入固化膠。封裝材料可以利用金屬，例如銅。圖10所示的是半導(dǎo)體納米棒均熱板封裝殼體的結(jié)構(gòu)示意圖。在封裝側(cè)邊突出一管，管位置與均熱板側(cè)邊開(kāi)孔處相對(duì)，其作用主要有兩個(gè)，對(duì)均熱板進(jìn)行真空抽氣和往腔體內(nèi)注入工作介質(zhì)。在該管的表面開(kāi)有一放置固化膠管孔8，在該孔內(nèi)安裝圖11所示的擠入固化膠管9。在該管的端面開(kāi)有一抽真空孔及工質(zhì)充裝孔7。利用真空泵對(duì)均熱板進(jìn)行抽真空，抽真空過(guò)程應(yīng)當(dāng)保證環(huán)境潔凈無(wú)塵。抽真空過(guò)程完成后，將蒸餾水(具體工質(zhì)以所使用條件為準(zhǔn)，本發(fā)明產(chǎn)品利用水作為工質(zhì))進(jìn)行除氣，過(guò)程實(shí)施方案為將蒸餾水進(jìn)行加熱蒸發(fā)，利用蒸汽帶走溶解于蒸餾水內(nèi)的不凝氣體。 此后，利用之前對(duì)均熱板抽真空時(shí)腔體內(nèi)形成的負(fù)壓對(duì)均熱板進(jìn)行灌裝充液。由于均熱板存在最佳充液量，本發(fā)明的利用現(xiàn)有技術(shù)得出此款均熱板的最佳充液量。在管頂部有一小孔，其作用為深入探針，探針的作用為擠入固化膠，固化膠的作用主要為對(duì)均熱板進(jìn)行真空抽氣和往腔體內(nèi)注入工作介質(zhì)完成后利用固化膠使均熱板側(cè)邊開(kāi)口處封口。完成封口后， 將探針切斷并打開(kāi)封裝。保證均熱板內(nèi)部腔體與外界空氣隔斷，并在以后使用過(guò)程當(dāng)中腔體內(nèi)高溫高壓蒸汽不得發(fā)生泄漏。如圖11所示的是半導(dǎo)體材質(zhì)納米棒均熱板進(jìn)行封裝后的結(jié)構(gòu)示意圖。最后完成打開(kāi)封裝，其形成的均熱板如圖9所示。圖12所示的是完成封裝后的半導(dǎo)體納米棒均熱板的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。示意圖中的封裝結(jié)構(gòu)殼體采用剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖13所示的是半導(dǎo)體納米棒均熱板進(jìn)行封裝后結(jié)構(gòu)剖面分解示意圖。在圖12、圖13 中顯示出鍵合完成后半導(dǎo)體納米棒10和半導(dǎo)體納米棒均熱板封裝11。圖14所示的是納米棒均熱板與散熱片、風(fēng)扇組合安裝示意圖。圖中采用一安裝在頂部的風(fēng)扇12以及安裝在中部的散熱器鰭片13與安裝在底部的本發(fā)明納米棒均熱板14，進(jìn)行組合安裝。本發(fā)明適用于計(jì)算機(jī)芯片散熱，包括中央處理單元(CPU)和圖形處理單元(GPU)， 同時(shí)本發(fā)明也可以適用于發(fā)光二極管照明設(shè)備(LED)，無(wú)線通訊或者有線通訊行業(yè)的高能電子芯片或者光電芯片或者射頻芯片的冷卻，同時(shí)本發(fā)明可以適用到軍用雷達(dá)，激光設(shè)備， 醫(yī)療器械或者航空航天設(shè)備內(nèi)部高能發(fā)熱部件的冷卻。任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種均熱板，所述的均熱板包括上下兩部分，上面部分為冷凝部分，下面部分為蒸發(fā)部分，冷凝部分中的冷凝板與蒸發(fā)部分中的蒸發(fā)板結(jié)合為一體；冷凝板的冷凝面與蒸發(fā)板的蒸發(fā)面相對(duì)而置，其特征在于冷凝板中心有凹槽，凹槽內(nèi)部固定有若干突出柱體；蒸發(fā)板為一平板，在蒸發(fā)板面上固定設(shè)有若干納米棒，該納米棒是利用掠角沉積技術(shù)或者通過(guò)電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)所生成的，冷凝板、蒸發(fā)板大小一致，相互配合后使相對(duì)位置固定，緊密貼合；在冷凝板和蒸發(fā)板結(jié)合后形成的腔體內(nèi)充入工作介質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均熱板，其特征在于在冷凝板和蒸發(fā)板結(jié)合后形成的腔體內(nèi)部具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的均熱板，其特征在于所述的均熱板腔體內(nèi)部的毛細(xì)結(jié)構(gòu)為納米棒，在蒸發(fā)板的單側(cè)表面利用掠角沉積技術(shù)或者電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)生成納米棒，其納米棒層形成后在充有工作液的條件下產(chǎn)生毛細(xì)力，驅(qū)動(dòng)工作液體產(chǎn)生回流。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均熱板，其特征在于在冷凝板內(nèi)部生成小柱體作為支撐結(jié)構(gòu)與提供回流通路，依據(jù)冷凝板的不同材質(zhì)采用不同的形成方法，當(dāng)冷凝板采用硅為材質(zhì)， 則利用微機(jī)電系統(tǒng)體微加工技術(shù)中干法蝕刻技術(shù)生成柱體；當(dāng)冷凝板采用銅或鋁為材質(zhì)， 則采用機(jī)械加工手段生成柱體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均熱板，其特征在于所述的冷凝板與蒸發(fā)板采用硅或銅、鋁材質(zhì)；所述的納米棒采用硅、銅或碳材質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的均熱板，其特征在于所述的冷凝板與蒸發(fā)板均采用銅作為材質(zhì)時(shí)，兩板相互配合后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)分子擴(kuò)散焊接技術(shù)或者普通焊接技術(shù)使相對(duì)位置固定； 所述的冷凝板與蒸發(fā)板均采用硅作為材質(zhì)時(shí)，兩板相互配合后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)融合鍵合技術(shù)使相對(duì)位置固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均熱板，其特征在于在均熱板上開(kāi)一充液孔，該充液孔的大小與位置應(yīng)能保障均熱板的強(qiáng)度與散熱的要求。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的均熱板，其特征在于所述的充液孔為矩形或者圓形，且開(kāi)在冷凝板的其中一邊。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的均熱板，其特征在于冷凝板與蒸發(fā)板均采用銅作為材質(zhì)，兩板相互配合后通過(guò)分子擴(kuò)散焊接技術(shù)或者焊接技術(shù)使相對(duì)位置固定后，在冷凝板側(cè)邊小孔處焊接一用于抽真空以及工質(zhì)充裝的銅管。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的均熱板，其特征在于冷凝板與蒸發(fā)板均采用硅作為材質(zhì)， 兩板相互配合后通過(guò)融合鍵合技術(shù)使相對(duì)位置固定后，在均熱板外部做一金屬封裝，將整個(gè)均熱板或者部分均熱板包裹或者覆蓋，封裝一側(cè)有一銅管，銅管位置與均熱板側(cè)邊小孔處配合；銅管外開(kāi)一小孔，伸入探針作為均熱板封裝擠入固化膠。
全文摘要
一種均熱板，上面部分為冷凝部分，下面部分為蒸發(fā)部分，冷凝板中心有凹槽，凹槽內(nèi)部固定有若干突出柱體；蒸發(fā)板為一平板，在蒸發(fā)板面上固定設(shè)若干納米棒，該納米棒是利用掠角沉積技術(shù)或者通過(guò)電化學(xué)腐蝕技術(shù)或者微電鑄工藝技術(shù)所生成的，冷凝板、蒸發(fā)板相互配合后使相對(duì)位置固定，緊密貼合；在冷凝板和蒸發(fā)板結(jié)合后形成的腔體內(nèi)充入工作介質(zhì)。本發(fā)明在均熱板蒸發(fā)面采用納米棒結(jié)構(gòu)，因此散熱效能顯著提高，尤其在高熱流密度的小型電子設(shè)備散熱方面效能更好。并且結(jié)構(gòu)更加小型化，適合未來(lái)電子設(shè)備的需求。適用于計(jì)算機(jī)芯片散熱，及發(fā)光二極管照明設(shè)備，無(wú)線或者有線通訊行業(yè)的高能電子芯片或者光電芯片或者射頻芯片的冷卻。
文檔編號(hào)G06F1/20GK102378547SQ201010256409
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2010年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月18日
發(fā)明者李驥 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院研究生院