一种具有嵌套式多孔吸液芯的平板热管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有嵌套式多孔吸液芯的平板热管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]随着技术的进步，电子设备朝着大功率小尺寸的方向发展。但随之而来的问题是，由于热流密度的不断提高，导致集成电路和半导体器件的性能，可靠性和安全性均受到较大影响。采用高效散热装置实现高热流密度器件的有效热控制，成为各种电子设备可靠工作的关键。
[0003]平板热管作为一种用于解决局部高热流密度的热管技术，具有受热面积大、均温性能良好、有效消除局部热点、易于与光电器件一体化封装等优点，前景广阔。其由上下两块金属平板密封焊接拼合而成，通过平板内壁吸液芯内的工质蒸发、冷凝相变实现热量的快速散失。传统的平板热管，通常仅在上下平板的表面设置沟槽、烧结粉末层或多孔丝网层，未设置支撑柱结构，导致平板热管抗压能力差，容易因温度过高或外加压力而产生内陷或裂缝变形现象。目前，已有研宄者提出在壳体内部添加丝网、脉管或导流支架等起到支撑作用，如专利 CN200710134391.6.CN201010263680.8、CN201010017291.7 等。此外还可以通过将大管径铜管烧结后打扁，填充支撑结构，实现平板热管的制造。然而其填充的支撑结构与上下平板的多孔毛细结构并非一体成型，存在工质回流路径长、制造工艺复杂、成本高等问题，易导致平板热管整体传热性能的恶化。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、抗压性能好、工质回流路径短的具有嵌套式连续双吸液芯的平板热管。
[0005]为实现上述发明目的，本发明提供了一种具有嵌套式多孔吸液芯的平板热管，包括:上金属盖板和下金属盖板；上金属盖板和下金属盖板之间通过焊接密封形成密闭的腔体，在腔体内部填充有液体工质；所述腔体的内表面分为蒸发面和冷凝面；所述冷凝面和蒸发面均铺设有金属粉末颗粒烧结形成的薄层多孔吸液芯结构，且在蒸发面加工出阵列排布的带有内凹槽的烧结多孔柱，冷凝面则加工出与该内凹槽相配合的多孔凸起；两者通过紧密配合形成嵌套多孔结构柱，所述嵌套多孔结构柱内形成工质回流通道。
[0006]在一较佳实施例中:所述烧结多孔柱垂直设置于所述蒸发面、该烧结多孔柱的顶端设有内凹槽。
[0007]在一较佳实施例中:所述烧结多孔柱由金属粉末颗粒烧结形成，并与蒸发面的薄层多孔吸液芯结构连为一体成为下吸液芯；所述多孔凸起由金属粉末颗粒烧结形成，并与冷凝面的薄层多孔吸液芯结构连为一体成为上吸液芯。
[0008]在一较佳实施例中:所述烧结多孔柱为圆柱或锥圆柱，所述多孔凸起为锥体或半球体或方形体，并与烧结多孔柱的内凹槽相配。
[0009]在一较佳实施例中:所述上金属盖板和下金属盖板的材质为铜或铝。
[0010]在一较佳实施例中:所述薄层多孔吸液芯结构是由铜粉或镍粉烧结而成；其粒径为 20 μ m ?150 μ m。
[0011]在一较佳实施例中:所述工作介质为水或乙醇或丙酮或甲醇。
[0012]本发明还提供了上述具有嵌套式多孔吸液芯的平板热管的制造方法，包括如下步骤:
[0013](I)通过电火花成形加工方法制造出与下金属盖板的烧结多孔柱和上金属盖板的多孔凸起分别相配合的第一烧结模具和第二烧结模具；
[0014](2)选取两块经清洗除污、烘干的金属薄板分别作为平板热管的上金属盖板和下金属盖板，其中，下金属盖板为一块经冲压制成内面具有凹腔的金属薄板，上金属盖板为一块平板状的金属薄板；上金属盖板的内表面为冷凝面，下金属盖板的内表面为蒸发面；
[0015](3)将金属粉末颗粒分别填充至烧结模具和上金属盖板、下金属盖板组成的空腔内，分别放入烧结炉中进行固相烧结；
[0016](4)将下金属盖板和上金属盖板上的烧结模具拔出，从而得到蒸发面上含内凹槽的烧结多孔柱与薄层多孔吸液芯结构相连的下吸液芯，以及冷凝面上含多孔凸起结构与薄层多孔吸液芯结构相连的上吸液芯；
[0017](5)将上金属盖板与下金属盖板通过钎焊进行连接，对其内部进行抽真空与灌注工质，完成平板热管的制备。
[0018]在一较佳实施例中:所述烧结多孔柱为锥圆柱，其顶端设有内凹槽；所述多孔凸起为圆锥体，并与烧结多孔柱的内凹槽相配。
[0019]在一较佳实施例中:所述第一烧结模具具有与所述锥圆柱相配的锥孔，以及与所述内凹槽相配的凸起；所述第二烧结模具具有与所述圆锥体配合的锥孔。
[0020]本发明相对于现有技术，具有以下有益效果:
[0021]1.通过设置嵌套式多孔结构柱大大提高了毛细压力，缩短了工质回流路径，显著加快了工质回流速度；可实现汽-液两相的有效分离，极大地减少了汽一液界面上的粘性剪切应力，显著地提高了平板热管毛细极限、沸腾极限以及剪切极限，从而提升平板热管的传热性能。
[0022]2.两部分毛细结构通过配合而形成的支撑柱结构，使得无论是外界施加压力，还是真空空腔处于低压或高压的状态，都可以一定程度上防止平板热管内陷或者脱焊开裂现象的产生。
[0023]3.由于工质可以通过壁面的薄层多孔吸液芯结构及嵌套式多孔结构柱从冷凝面快速回流到蒸发面，无论将该平板热管进行倾斜布置、水平布置或者垂直布置，均对工质冷凝后的回流方向和速度影响很小，从而提高了该平板热管的工作稳定性和可靠性。
【附图说明】
[0024]图1为本发明优选实施例1的平板热管的爆炸示意图；
[0025]图2为本发明优选实施例1的平板热管的剖面示意图；
[0026]图3为本发明优选实施例1下金属盖板的示意图；
[0027]图4为本发明优选实施例1制造冷凝面上吸液芯所使用的模具示意图；
[0028]图5为本发明优选实施例1制造蒸发面下吸液芯所使用的模具示意图；
[0029]图6为本发明优选实施例1第一模具和第二模具的结构剖面示意图；
[0030]图7为本发明优选实施例1冷凝面上吸液芯模具烧结成形示意图；
[0031]图8为本发明优选实施例1蒸发面上吸液芯模具烧结成形示意图；
[0032]图9为本发明优选实施例1冷凝面上吸液芯结构示意图；
[0033]图10为本发明优选实施例1蒸发面下吸液芯结构示意图；
[0034]图11为本发明优选实施例1上吸液芯和下吸液芯的结构剖面示意图；
[0035]图12为本发明优选实施例2中上吸液芯和下吸液芯的结构示意图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
[0037]实施例1
[0038]参考图1-3，一种具有嵌套式多孔吸液芯的平板热管，包括:上金属盖板I和下金属盖板2 ;上金属盖板I和下金属盖板2之间通过焊接密封形成密闭的腔体，在腔体内部填充有液体工质；所述腔体的内表面分为蒸发面和冷凝面；所述冷凝面和蒸发面均铺设有金属粉末颗粒烧结形成的薄层多孔吸液芯结构，且在蒸发面加工出阵列排布的带有内凹槽411的烧结多孔柱41，烧结多孔柱41垂直设置于所述蒸发面；冷凝面则加工出与该内凹槽411相配合的多孔凸起31 ;两者通过紧密配合形成嵌套多孔结构，所述嵌套多孔结构内形成工质回流通道。
[0039]本实施例中，所述烧结多孔柱41由金属粉末颗粒烧结形成，并与蒸发面的薄层多孔吸液芯结构连为一体成为下吸液芯4 ;所述烧结多孔柱41为圆柱或锥圆柱，优选为锥圆柱；其底端、顶端直径为2-8mm，底端直径优选为5mm ;顶端直径优选为4mm ;高度为l_3mm，优选2mm ο
[0040]所述多孔凸起31由金属粉末颗粒烧结形成，并与冷凝面的薄层多孔吸液芯结构连为一体成为上吸液芯3。所述多孔凸起31为锥体或半球体或方形体，优选为圆锥体，并与烧结多孔柱41的内凹槽411相配。所述多孔凸起31的底端直径为2-6mm，优选为3mm，高度l_3mm，优选为2mm。
[0041]所述上金属盖板1、下金属盖板2为铜或铝材料所制，优选为无氧铜材料，其厚度范围在0.2mm-1.5mm,优选1mm。其尺寸大小根据实际需求选择，此处优选100mm*100mm。其下金属盖板2经冲压在其内面形成一凹腔，凹腔的尺寸优选为90mm*90mm。所述薄层多孔吸液芯结构的厚度为0.优选为0.5mm。下金属盖板2上设有注液口 21。
[0042]所述金属粉末颗粒采用铜粉或镍粉颗粒通过固相烧结方式制成，金属粉末的颗粒形状为球形或不规则形；金属粉末颗粒粒径为20 μπι?150 μπι，根据实际需要，金属粉末颗粒直径可以在此范围内进行调整。
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