一種平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，該均溫板包括吸收熱源的第二板材和用于散熱的第一板材，所述第一板材上安裝有第一梯度多孔毛細(xì)芯，第二板材上安裝有第二梯度多孔毛細(xì)芯，第一梯度多孔毛細(xì)芯與第二梯度多孔毛細(xì)芯固定連接，所述第二梯度多孔毛細(xì)芯面向第一梯度多孔毛細(xì)芯的一側(cè)設(shè)有空腔，第二梯度多孔毛細(xì)芯側(cè)面設(shè)有與空腔導(dǎo)通的充注管，所述第一梯度多孔毛細(xì)芯和第二梯度多孔毛細(xì)芯均為梯度孔隙結(jié)構(gòu)，第一梯度多孔毛細(xì)芯和第二梯度多孔毛細(xì)芯中均充注有流體工質(zhì)。本發(fā)明克服傳統(tǒng)均溫板流動(dòng)阻力和毛細(xì)力之間的矛盾，該板具有毛細(xì)壓力大、流動(dòng)阻力小、均溫性好、散熱性能高、避免局部干涸等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，屬于散熱領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子芯片和功率器件的集成度不斷增加，造成熱流密度的不斷上升，并造成電子領(lǐng)域常見(jiàn)的“熱點(diǎn)”問(wèn)題。傳統(tǒng)的空冷方式已經(jīng)達(dá)到了工業(yè)上的應(yīng)運(yùn)極限；而水冷方式，具有安靜、降溫溫度、對(duì)環(huán)境依賴小等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也具有成本較高、體積龐大等缺點(diǎn)，并需消耗額外的能耗。近年來(lái)，更為有效的散熱方案，比如細(xì)長(zhǎng)扁平熱管等已廣泛應(yīng)用于筆記本電腦中。但采用扁平熱管處理“熱點(diǎn)”問(wèn)題，因其一維散熱的固有特點(diǎn)，仍然難以進(jìn)一步滿足未來(lái)的要求。近年來(lái)，均溫板的應(yīng)用受到極大的關(guān)注，因其有效將熱源二維快速擴(kuò)散，成為解決相關(guān)領(lǐng)域散熱問(wèn)題的重要方法。
[0003]均溫板主要由蒸發(fā)端、冷凝端、吸液芯和工作流體構(gòu)成，主要工作原理是:熱源處熱量首先通過(guò)蒸發(fā)端基板傳給工作流體，工作流體受熱產(chǎn)生蒸發(fā)相變，然后在冷凝面冷凝，釋放出的熱量可直接通過(guò)冷凝端外表面散發(fā)至環(huán)境；同時(shí)，冷凝液通過(guò)毛細(xì)芯的吸力重新返回到蒸發(fā)端，然后重新蒸發(fā)，構(gòu)成不斷進(jìn)行的蒸發(fā)一冷凝循環(huán)。均溫板的散熱性能的提尚，與毛細(xì)芯性能的提尚有重要關(guān)聯(lián)，以保證足夠的液態(tài)工質(zhì)回液流量。但毛細(xì)芯的選擇會(huì)面臨一基本矛盾:毛細(xì)力和流動(dòng)阻力之間的矛盾。當(dāng)采用小孔徑的毛細(xì)芯時(shí)，毛細(xì)力會(huì)增大，而流動(dòng)阻力會(huì)訊速上升;反之，當(dāng)采用大孔徑的毛細(xì)芯時(shí)，流動(dòng)阻力會(huì)減小，而毛細(xì)力卻會(huì)下降。為提高均溫板的散熱性能，大小孔徑復(fù)合毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)被采納，即在蒸發(fā)端中心處燒結(jié)疊合一小孔徑毛細(xì)芯，而其他區(qū)域的毛細(xì)芯均采用大孔徑毛細(xì)芯。
[0004]中國(guó)專(zhuān)利號(hào)[201510114972.8]，公開(kāi)了一種梯度金屬泡沫散熱裝置，包括:冷卻液流動(dòng)通道和密閉蒸發(fā)腔。其中:冷卻液流動(dòng)通道和密閉蒸發(fā)腔的內(nèi)壁均設(shè)有梯度金屬泡沫。梯度金屬泡沫孔密度變化范圍為3PPI?130PPI，孔隙率變化范圍為0.5?0.98，材質(zhì)為紫銅、不銹鋼、鋁或鎳。該專(zhuān)利提出了將梯度泡沫金屬應(yīng)用于散熱裝置的考慮，但是其泡沫金屬梯度多孔結(jié)構(gòu)特征是自上而下，或自下而上梯度分布，這與通常均溫板的回液輸送的要求不符，難以解決均溫板毛細(xì)芯所特有的高毛細(xì)力和低流動(dòng)阻力之間的矛盾。蒸發(fā)端和冷凝端毛細(xì)芯也呈上下分離，冷凝液回液通道無(wú)法形成整體連續(xù)的通道結(jié)構(gòu)，而且垂直梯度多孔芯結(jié)構(gòu)難以做到超薄，難以滿足當(dāng)前超薄均溫板的市場(chǎng)需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，克服傳統(tǒng)均溫板流動(dòng)阻力和毛細(xì)力之間的矛盾，該板具有毛細(xì)壓力大、流動(dòng)阻力小、均溫性好、散熱性能高、避免局部干涸的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]技術(shù)方案:為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，包括吸收熱源的第二板材和用于散熱的第一板材，所述第一板材上安裝有第一梯度多孔毛細(xì)芯，第二板材上安裝有第二梯度多孔毛細(xì)芯，第一梯度多孔毛細(xì)芯與第二梯度多孔毛細(xì)芯固定連接，所述第二梯度多孔毛細(xì)芯面向第一梯度多孔毛細(xì)芯的一側(cè)設(shè)有空腔，第二梯度多孔毛細(xì)芯側(cè)面設(shè)有與空腔導(dǎo)通的充注管，所述第一梯度多孔毛細(xì)芯和第二梯度多孔毛細(xì)芯均為梯度孔隙結(jié)構(gòu)，第一梯度多孔毛細(xì)芯和第二梯度多孔毛細(xì)芯中均充注有流體工質(zhì)。
[0007]作為優(yōu)選，所述第一梯度多孔毛細(xì)芯孔徑自中心向四周孔徑不斷變小，第二梯度多孔毛細(xì)芯孔徑自四周向中心孔徑不斷變小，第一梯度多孔毛細(xì)芯的孔徑和孔隙率均小于第二梯度多孔毛細(xì)芯的孔徑和孔隙率。
[0008]作為優(yōu)選，所述第一梯度多孔毛細(xì)芯為泡沫金屬，孔數(shù)為60PPI?100PPI，孔隙率變化范圍為0.9?0.97;第一梯度多孔毛細(xì)芯孔徑為泡沫金屬，孔數(shù)為100PPI?300PPI，孔隙率變化范圍為0.6?0.9。
[0009]作為優(yōu)選，所述空腔的中心延伸有凸臺(tái)，凸臺(tái)的上表面與第二梯度多孔毛細(xì)芯表面平齊。
[0010]作為優(yōu)選，所述空腔內(nèi)安裝有若干個(gè)支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)兩端分別與第一梯度多孔毛細(xì)芯和第二梯度多孔毛細(xì)芯連接。
[0011]作為優(yōu)選，所述流體工質(zhì)為經(jīng)過(guò)脫氣去離子化處理的去離子水、乙醇、丙酮和氟里昂的中的任意一種。
[0012]作為優(yōu)選，所述脫氣去離子化處理為先對(duì)流體工質(zhì)加熱后冷凝，然后去離子純凈處理，保證均溫板的性能長(zhǎng)期使用不至退化。
[0013]本發(fā)明的一體化梯度多孔毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)，使得毛細(xì)力和流動(dòng)阻力之間的矛盾得以更好的平衡。梯度多孔毛細(xì)芯一方面避免了小孔徑毛細(xì)芯流動(dòng)阻力過(guò)大的缺點(diǎn)，另一方面避免了大孔徑毛細(xì)芯毛細(xì)力過(guò)小的缺點(diǎn)，可進(jìn)一步提高工質(zhì)循環(huán)流量，進(jìn)一步突破傳統(tǒng)均溫板的毛細(xì)極限和干涸極限瓶頸。從而為研發(fā)更薄、性能更好的均溫板提供了新的方案。
[0014]有益效果:本發(fā)明的平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，利用梯度孔徑和孔隙率的多孔芯產(chǎn)生的毛細(xì)力回液作用實(shí)現(xiàn)自循環(huán)，由于多孔毛細(xì)芯為在水平方向程梯度變化，使得毛細(xì)力和流動(dòng)阻力之間的矛盾得以平衡，梯度多孔毛細(xì)芯一方面避免了小孔徑毛細(xì)芯流動(dòng)阻力過(guò)大的缺點(diǎn)，另一方面避免了大孔徑毛細(xì)芯毛細(xì)力過(guò)小的缺點(diǎn)，提高工質(zhì)循環(huán)流量，可進(jìn)一步突破傳統(tǒng)均溫板的干涸極限瓶頸，一定加熱功率下，軸向熱阻和擴(kuò)散熱阻也會(huì)相應(yīng)減小。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的立體分解示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明中第一梯度多孔毛細(xì)芯二維示意圖。
[0017]圖3為本發(fā)明中第二梯度多孔毛細(xì)芯二維示意圖。
[0018]圖4為本發(fā)明的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5為本發(fā)明工作原理示意圖。
[0020]圖6為本發(fā)明制作工序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0022]如圖1至圖5所示，本發(fā)明的一種平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，包括吸收熱源I的第二板材4和用于散熱的第一板材2，第一板材2和第二板材4采用紫銅沖壓形成，所述第一板材2上安裝有第一梯度多孔毛細(xì)芯3，第二板材4上安裝有第二梯度多孔毛細(xì)芯5，第一梯度多孔毛細(xì)芯3與第二梯度多孔毛細(xì)芯5固定連接，所述第二梯度多孔毛細(xì)芯5面向第一梯度多孔毛細(xì)芯3的一側(cè)設(shè)有空腔10，第二梯度多孔毛細(xì)芯5側(cè)面設(shè)有與空腔10導(dǎo)通的充注管7，所述第一梯度多孔毛細(xì)芯3和第二梯度多孔毛細(xì)芯5均為梯度孔隙結(jié)構(gòu)，第一梯度多孔毛細(xì)芯3和第二梯度多孔毛細(xì)芯5中均充注有流體工質(zhì)。
[0023]在本發(fā)明中，所述第一梯度多孔毛細(xì)芯3孔徑自中心向四周孔徑不斷變小，第二梯度多孔毛細(xì)芯5孔徑自四周向中心孔徑不斷變小，第一梯度多孔毛細(xì)芯3的孔徑和孔隙率均小于第二梯度多孔毛細(xì)芯5的孔徑和孔隙率。所述第一梯度多孔毛細(xì)芯3為泡沫金屬，孔數(shù)為60PPI?100PPI，孔隙率變化范圍為0.9?0.97;第一梯度多孔毛細(xì)芯3孔徑為泡沫金屬，孔數(shù)為100PPI?300PPI，孔隙率變化范圍為0.6?0.9。所述空腔10的中心延伸有凸臺(tái)13，凸臺(tái)13的上表面與第二梯度多孔毛細(xì)芯5表面平齊。第一梯度多孔毛細(xì)芯3與第二梯度多孔毛細(xì)芯5為燒結(jié)芯，燒結(jié)芯采用粉末燒結(jié)法或粉末濕法噴涂等技術(shù)制成，孔隙直粒和孔隙率可按要求進(jìn)行變化。
[0024]在本發(fā)明中，所述空腔10內(nèi)安裝有若干個(gè)支撐結(jié)構(gòu)6，支撐結(jié)構(gòu)6兩端分別與第一梯度多孔毛細(xì)芯3和第二梯度多孔毛細(xì)芯5連接。支撐結(jié)構(gòu)6為銅柱、銅絲或一定強(qiáng)度的銅網(wǎng)，以防止焊接和抽真空時(shí)變形。
[0025]在本發(fā)明中，所述流體工質(zhì)為經(jīng)過(guò)脫氣去離子化處理的去離子水、乙醇、丙酮和氟里昂的中的任意一種。所述脫氣去離子化處理為先對(duì)流體工質(zhì)加熱后冷凝，保證均溫板的性能長(zhǎng)期使用不至退化。
[0026]如圖5所示，一種上述的平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板的制造方法，包括以下步驟:
[0027](I)銅材沖壓成型工序:使用0.2mm?0.5mm厚的無(wú)氧紅銅材料制作，第一板材2(冷凝端)呈四邊凸起形狀，需根據(jù)所設(shè)計(jì)的均溫板空腔10高度調(diào)整四周凸邊的高度，并且第二板材4凸邊高度需大于充注管的直徑，并在四周凸邊一側(cè)加工一放置充注管的小孔，第二板材4(蒸發(fā)端)內(nèi)表面?zhèn)炔加泻芏嗑捶植嫉膱A形卡槽；
[0028](2)支撐結(jié)構(gòu)燒結(jié)工序:采用石墨模具，對(duì)第一板材2進(jìn)行支撐結(jié)構(gòu)燒結(jié)制作，支撐結(jié)構(gòu)可采用實(shí)心銅柱和多孔銅柱，或復(fù)合銅柱，支撐結(jié)構(gòu)的高度為空腔10高度與第二板材4圓形卡槽深度之和；
[0029](3)梯度多孔毛細(xì)芯制備工序:可采用粉末燒結(jié)法、粉末濕法噴涂等方法，在板材表面布設(shè)粒徑依次減小的多孔層；
[0030](4)清洗工序:首先采用乙醇或三氯乙烯在超聲波清洗裝置中除油，然后用清水進(jìn)行沖洗，然后采用一定濃度一定溫度的堿液在超聲波清洗裝中除去氧化層，堿液處理后立即采用60?80°C的熱水進(jìn)行漂洗，最后放入高溫?zé)Y(jié)爐內(nèi)用氫氣進(jìn)行還原處理；
[0031](5)板材焊接工序:采用真空釬焊或擴(kuò)散焊將第一板材2和第二板材4扣合后焊接成形，如采用高溫真孔釬焊方法，選擇融化溫度700?800 °C的銀銅焊片，其融化溫度低于毛細(xì)芯的燒結(jié)溫度(900?950°C)，為使上下毛細(xì)芯形成連續(xù)的一體化通道，可在上下毛細(xì)芯邊緣和中心臺(tái)階處布設(shè)同樣的銀銅焊片；
[0032](6)充注管焊接工序:采用高頻感應(yīng)焊機(jī)或高溫真空釬焊方法，選擇融化溫度600?700°C的銀銅焊片，將充注管接合與均溫板的一側(cè)面；
[0033](7)真空檢漏工序:采用氦質(zhì)譜檢漏儀對(duì)熱管進(jìn)行高真孔檢漏；
[0034](8)工質(zhì)制備工序:如采用水工質(zhì)，為保證均溫板的性能長(zhǎng)期使用不至退化，應(yīng)用先加熱后冷凝的方法對(duì)水進(jìn)行脫氣處理，然后去離子純凈處理；
[0035](9)充注工質(zhì)抽真空工序:采用先充注后抽真空的方式進(jìn)行，當(dāng)真空度達(dá)到10—2?10—1時(shí)，完成這一制備工序；
[0036](10)封尾工序:當(dāng)均溫板真空度達(dá)到要求時(shí)，立即采用高頻感應(yīng)焊機(jī)對(duì)充注管7封焊，完成均溫板的制作流程。
[0037]本發(fā)明的工作原理:均溫板中第二梯度多孔毛細(xì)芯5孔徑區(qū)域的面積對(duì)應(yīng)于外部加熱熱源I面積，冷凝側(cè)外表面可采用空冷翅片或水冷套進(jìn)行冷卻，流體工質(zhì)在熱源I處吸熱進(jìn)而在第二梯度多孔毛細(xì)芯5的孔隙結(jié)構(gòu)中發(fā)生蒸發(fā)相變，蒸發(fā)相變產(chǎn)生的蒸汽11迅速通過(guò)空腔10，擴(kuò)散到冷凝內(nèi)表面第一板材2進(jìn)行凝結(jié)，釋放出的相變熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)作用將熱量傳遞至冷凝表面第一板材2外表面，冷凝產(chǎn)生的凝結(jié)液12在毛細(xì)力的作用下通過(guò)第一梯度多孔毛細(xì)芯3和第二梯度多孔毛細(xì)芯5，補(bǔ)充到第二板材內(nèi)表面的中心進(jìn)行下一次蒸發(fā)相變，由于梯度多孔結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，毛細(xì)力和流動(dòng)阻力的矛盾得以平衡，使冷凝液回液流量得以提高，從而突破傳統(tǒng)均溫板的干涸極限。進(jìn)而保證電子器件安全、高效和穩(wěn)定的運(yùn)行。
[0038]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出:對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，其特征在于:包括吸收熱源的第二板材和用于散熱的第一板材，所述第一板材上安裝有第一梯度多孔毛細(xì)芯，第二板材上安裝有第二梯度多孔毛細(xì)芯，第一梯度多孔毛細(xì)芯與第二梯度多孔毛細(xì)芯固定連接，所述第二梯度多孔毛細(xì)芯面向第一梯度多孔毛細(xì)芯的一側(cè)設(shè)有空腔，第二梯度多孔毛細(xì)芯側(cè)面設(shè)有與空腔導(dǎo)通的充注管，所述第一梯度多孔毛細(xì)芯和第二梯度多孔毛細(xì)芯均為梯度孔隙結(jié)構(gòu)，第一梯度多孔毛細(xì)芯和第二梯度多孔毛細(xì)芯中均充注有流體工質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，其特征在于:所述第一梯度多孔毛細(xì)芯孔徑自中心向四周孔徑不斷變小，第二梯度多孔毛細(xì)芯孔徑自四周向中心孔徑不斷變小，第一梯度多孔毛細(xì)芯的孔徑和孔隙率均小于第二梯度多孔毛細(xì)芯的孔徑和孔隙率。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，其特征在于:所述第一梯度多孔毛細(xì)芯為泡沫金屬，孔數(shù)為60PPI?10PPI，孔隙率變化范圍為0.9?0.97;第一梯度多孔毛細(xì)芯孔徑為泡沫金屬，孔數(shù)為100PPI?300PPI I，孔隙率變化范圍為0.6?0.9。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，其特征在于:所述空腔的中心延伸有凸臺(tái)，凸臺(tái)的上表面與第二梯度多孔毛細(xì)芯表面平齊。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，其特征在于:所述空腔內(nèi)安裝有若干個(gè)支撐結(jié)構(gòu)，支撐結(jié)構(gòu)兩端分別與第一梯度多孔毛細(xì)芯和第二梯度多孔毛細(xì)芯連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，其特征在于:所述流體工質(zhì)為經(jīng)過(guò)脫氣去離子化處理的去離子水、乙醇、丙酮和氟里昂的中的任意一種。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平面方向梯度多孔毛細(xì)芯的均溫板，其特征在于:所述脫氣去離子化處理為先對(duì)流體工質(zhì)加熱后冷凝，然后去離子純凈處理。
【文檔編號(hào)】F28D15/04GK205482499SQ201620117053
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年2月5日
【發(fā)明人】張東輝, 吳明發(fā), 張鳳梅, 史國(guó)進(jìn), 楊珊珊, 丁玉鑫, 王劍橋, 周麗
【申請(qǐng)人】江蘇科技大學(xué)