一种纳米结构平板热管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子器件散热技术，尤其涉及一种用于微电子器件散热的纳米结构平板热管。
【背景技术】
[0002]随着电子封装技术的飞速发展，电子芯片的集成度以及性能不断提高，导致芯片功率不断持续增加。目前芯片表面的平均热流密度已经超过了 100W/cm2，并有继续增加的趋势。同时，芯片封装完成后的芯片普遍存在局部热量高的“热点”问题，将导致芯片局部温度急剧升高，影响芯片稳定性。
[0003]针对温度升高导致的芯片失效的解决方案中，既包含风冷、液冷、热管等常规冷却方式，也有诸如半导体冷却、微喷射流技术、液态金属散热、碳纤维材料散热等新型散热方式。然而受制于结构、空间、成本、可维护、噪音等多方面的因素，传统的冷却方式并不能满足未来高热流密度电子元件散热要求，而新兴的散热技术又由于技术不成熟等原因尚不能得到大规模的应用。
[0004]平板热管(Vapor chamber)是一种根据热管工作原理而设计的新型散热介质，其主要结构有外壳、吸液芯、工质等，其工作原理为当热量由热源通过平板热管的蒸发区时，在低真空度的腔体内，工质液体沸腾气化，在压力差的作用下，气体流向冷凝区，遇冷凝结放热，并在毛细力的作用下沿吸液芯回流回蒸发区，而冷凝面的热量由平板热管外部其他散热方式带走。虽然工作原理相似，但是与热管一维线性的传热方式相比，平板热管的传热方式为二维面上传热，因此具有更好的传热性能与均温性。然而现有的平板热管工质回流主要依靠吸液芯提供的毛细力，换热的毛细极限和沸腾极限比较小，另外由于吸液芯的存在，靠近冷凝面的冷凝后的液体工质不能马上回流而充斥在冷凝面附近的吸液芯上，使得传热热阻加大，此外烧结吸液芯结构本身需要消耗大量能源，并且烧结质量很难控制。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种强化蒸发冷凝速度，引导并加快工质回流速度从而提高整体换热能力的纳米结构平板热管。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种纳米结构平板热管，其包括底板、顶板、位于顶板与底板之间的支撑板，所述底板、顶板、支撑板密封连接形成中空的密闭空腔；作为平板热管的蒸发面的底板的本体为黄铜板，所述底板内表面覆盖有纳米结构的具有超亲水性能的电化学置换形成的氧化铜薄膜；作为平板热管的冷凝面的顶板的本体为黄铜板，所述顶板内表面覆盖有纳米结构的具有超疏水性能的电镀镍层，所述支撑板侧面开有贯穿小孔与毛细管相接。
[0007]作为本发明纳米结构平板热管的技术方案的一种改进，所述支撑板内表面烧结与所述顶板和所述底板相连接的多孔结构的吸液芯层。
[0008]作为本发明纳米结构平板热管的技术方案的一种改进，所述顶板内侧使用全氟癸基三乙氧基硅烷进行化学修饰。
[0009]作为本发明纳米结构平板热管的技术方案的一种改进，所述顶板的内表面设有从中心向外侧降低的5°的倾角。
[0010]作为本发明纳米结构平板热管的技术方案的一种改进，密闭空腔内充填有蒸发工质。
[0011]作为本发明纳米结构平板热管的技术方案的一种改进，所述蒸发工质是去离子水。
[0012]作为本发明纳米结构平板热管的技术方案的一种改进，所述蒸发工质为液体时所述平板热管的充液率为35%~45%。
[0013]作为本发明纳米结构平板热管的技术方案的一种改进，所述平板热管的密闭空腔内的真空度为12.33kPa?
[0014]作为本发明纳米结构平板热管的技术方案的一种改进，所述平板热管的顶板、底板与支撑板通过胶封贴合的方式密封连接。
[0015]作为本发明纳米结构平板热管的技术方案的一种改进，所述平板热管密闭空腔内均勾分布着多个两端分别与顶板、底板抵触的支撑柱。
[0016]本发明的有益效果在于:本发明是适用于热源自下而上进行散热的平板热管，底板为平板热管蒸发面，其内表面附着一层具有超亲水性的微纳米阶层结构的氧化铜薄膜，有利于流体工质液膜均匀分布，强化了地面的均温性；同时氧化铜薄膜层形成的粗糙结构形成了许多凹坑、细缝，可作为沸腾传热的汽化核心，强化了沸腾换热能力。顶板内表面电镀一层镍，具有超疏水性，采用超疏水表面强化珠状凝结，减小传热热阻，加快工质循环速度。此平板热管通过对蒸发面、冷凝面进行超亲、疏水表面改性，强化蒸发冷凝速度，提高蒸发区和冷凝区的换热性能，具有良好的均温性，引导并加快工质回流速度从而提高整体换热能力。
【附图说明】
[0017]图1为本发明一种纳米结构平板热管实施例的立体分解结构示意图。
[0018]图2为实施例中平板热管的组合状态的立体结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图来进一步说明本发明的【具体实施方式】。
[0020]如图1、图2所示，本发明一种纳米结构平板热管，其包括底板11、顶板12、位于顶板12与底板11之间的支撑板13，所述底板11、顶板12、支撑板13密封连接形成中空的密闭空腔；作为平板热管的蒸发面的底板11的本体为黄铜板，所述底板11内表面覆盖有纳米结构的具有超亲水性能的电化学置换形成的氧化铜薄膜；作为平板热管的冷凝面的顶板12的本体为黄铜板，所述底板12内表面覆盖有纳米结构的具有超疏水性能的电镀镍层，所述支撑板13侧面开有贯穿小孔与毛细管15相接。本发明是适用于热源自下而上进行散热的平板热管，底板11为平板热管蒸发面，其内表面经过高温氧化脱水的处理，附着一层具有超亲水性的微纳米阶层结构的氧化铜薄膜，其接触角设为15°为最佳，氧化铜薄膜具有特殊的微米-纳米阶层结构，有利于流体工质液膜均匀分布，强化了地面的均温性；同时氧化铜薄膜层形成的粗糙结构形成了许多凹坑、细缝，可作为沸腾传热的汽化核心，强化了沸腾换热能力。同时顶板12内表面电镀一层镍，顶板12内侧使用全氟癸基三乙氧基硅烷进行化学修饰，降低其表面能，使其具有超疏水性，修饰部分的接触角可选择为160°，滑动角3°。采用超疏水表面强化珠状凝结，减小传热热阻，同时顶板12的导流通道能快速将凝结液导向边缘，加快工质循环速度。此平板热管通过对蒸发面、冷凝面进行超亲、疏水表面改性，强化蒸发冷凝速度，提高蒸发区和冷凝区的换热性能，具有良好的均温性，引导并加快工质回流速度从而提高整体换热能力。通过毛细管15与外界真空泵、注液器相连接可实现平板热管的抽气注液过程。
[0021]更佳地，所述支撑板13内表面烧结有与所述顶板12和所述底板11相连接的多孔结构的吸液芯层。该吸液芯层由800目的纯铜粉高温烧结而成，铜粉烧结形成的多孔结构提供了较大的毛细力，能有效促进冷凝面的冷凝工质回流至蒸发面。
[0022]更佳地，所述顶板12内表面设有从中心向外侧边缘降低并设有的5°的倾角作为导流通道帮助冷凝工质快速回流。
[0023]更佳地，密闭空腔内充填有蒸发工质，所述蒸发工质是去离子水，实现快速蒸发和冷凝进行换热并快速回流。所述蒸发工质为液体时所述平板热管的充液率为35。/『45%，以40%为最佳，具有足够的工质进行蒸发，也具有足够的空间进行蒸发。
[0024]更佳地，所述平板热管的密闭空腔内的真空度为12.33kPa，提高蒸发的速度，保证工质快速蒸发冷凝，进行换热循环。
[0025]更佳地，所述平板热管的顶板12、底板11与支撑板13通过胶封贴合的方式密封连接。具体的是支撑板外侧与底板、顶板形成的空隙中填充环氧树脂密封胶，对密闭腔体内的真空度起到保护的作用，防止由于内外部因素造成腔体内真空度被破坏以及工质泄漏。
[0026]更佳地，所述平板热管密闭空腔内均匀分布着多个两端分别与顶板12、底板11抵触的支撑柱14，用于防止由于外力作用使平板热管表面发生变形。一种具体的方式是均匀设置四个支撑柱14于顶板12与底板11之间。
[0027]以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【主权项】
1.一种纳米结构平板热管，其特征在于:包括底板、顶板、位于顶板与底板之间的支撑板，所述底板、顶板、支撑板密封连接形成中空的密闭空腔；作为平板热管的蒸发面的底板的本体为黄铜板，所述底板内表面覆盖有纳米结构的具有超亲水性能的电化学置换形成的氧化铜薄膜；作为平板热管的冷凝面的顶板的本体为黄铜板，所述顶板内表面覆盖有纳米结构的具有超疏水性能的电镀镍层，所述支撑板侧面开有贯穿小孔与毛细管相接。
2.根据权利要求1所述的纳米结构平板热管，其特征在于:所述支撑板内表面烧结与所述顶板和所述底板相连接的多孔结构的吸液芯层。
3.根据权利要求1所述的纳米结构平板热管，其特征在于:所述顶板内侧使用全氟癸基三乙氧基硅烷进行化学修饰。
4.根据权利要求1所述的纳米结构平板热管，其特征在于:所述顶板的内表面设有从中心向外侧降低的5°的倾角。
5.根据权利要求1所述的纳米结构平板热管，其特征在于:密闭空腔内充填有蒸发工质。
6.根据权利要求5所述的纳米结构平板热管，其特征在于:所述蒸发工质是去离子水。
7.根据权利要求5所述的纳米结构平板热管，其特征在于:所述蒸发工质为液体时所述平板热管的充液率为35%~45%。
8.根据权利要求1所述的纳米结构平板热管，其特征在于:所述平板热管的密闭空腔内的真空度为12.33kPa?
9.根据权利要求1所述的纳米结构平板热管，其特征在于:所述平板热管的顶板、底板与支撑板通过胶封贴合的方式密封连接。
10.根据权利要求1所述的纳米结构平板热管，其特征在于:所述平板热管密闭空腔内均勾分布着多个两端分别与顶板、底板抵触的支撑柱。
【专利摘要】本发明公开了一种纳米结构平板热管，其包括底板、顶板、位于顶板与底板之间的支撑板，所述底板、顶板、支撑板密封连接形成中空的密闭空腔；作为平板热管的蒸发面的底板的本体为黄铜板，所述底板内表面覆盖有纳米结构的具有超亲水性能的电化学置换形成的氧化铜薄膜；作为平板热管的冷凝面的顶板的本体为黄铜板，所述顶板内表面覆盖有纳米结构的具有超疏水性能的电镀镍层，所述支撑板侧面开有贯穿小孔与毛细管相接。此平板热管通过对蒸发面、冷凝面进行超亲、疏水表面改性，强化蒸发冷凝速度，提高蒸发区和冷凝区的换热性能，具有良好的均温性，引导并加快工质回流速度从而提高整体换热能力。
【IPC分类】F28D15-04
【公开号】CN104634148
【申请号】CN201510095893
【发明人】王长宏, 黄炯桐
【申请人】广东工业大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年3月4日