一种散热元件的制作方法

【技术领域】

本发明涉及散热技术领域，尤其涉及一种散热元件。

背景技术：

随着5g技术的普及和推广，手机电子元件和集成电路高频高速发展趋势越来越明显，这导致处理器在运行过程中产生的热流密度增大，发热量急剧增加，而且电子设备工作的可靠性对温度极其敏感，高热流会对电子元件的可靠性造成极大的威胁，为了解决这一问题，电子元件的快速散热技术得到了广泛的关注。目前手机电子产品的散热技术通常是在手机处理器、电池等热源处放置热管或者均温板，利用其中吸收芯内的液体工质将热源产生的热量快速导出，以达到散热的目的，因此热管或者均热板的传热效率至关重要，强化热管或均热板的传热效率目前主要关注的有以下几个方面。

第一，在热管制件的蒸发段和冷凝段构建纳米凹凸结构，以增加蒸发段的沸腾传热效率。第二，对工质改性，提升工质的换热系数，增加其沸腾传热效率或导热性能；或提升工质的表面张力，减小工质与吸收芯之间的接触角。第三，对散热元件的吸收芯亲水性改性，使水更易在吸收芯上浸润和铺展，提升吸收芯的吸水速率。

为了提高蒸发段的沸腾传热效率，降低热管热阻，有技术方案通过在工质中添加一定量的氧化铝和氧化钛的混合纳米粒子，制备成纳米流体，作为工质添加在热管中可以提高蒸发段的沸腾传热效率，降低热阻，但是由于纳米粒子倾向于团聚，在基液中很难均匀分散，会出现在蒸发段团聚沉降现象，导致热管热阻增加，影响传热效率。因此，为了解决纳米粒子的团聚行为，提高热管的传热效率，另有技术方案将纳米粒子负载在一种两亲性高分子材料上，然后分散在基液中得到两亲性负载纳米流体，可以缓解纳米粒子的团聚，提高纳米粒子的分散性；此外，也有技术方案将丙三醇、醛或酮与石墨烯混合在高温下反应后通过减压蒸馏法除去未反应的丙三醇、醛或酮等有机溶剂，制得改性石墨烯纳米流体的导热系数较纯基液提升了92％；另外也有技术方案为了提高多壁碳纳米管在去离子水基液中的分散，采用tnwdis水分散剂辅助乳化剪切和超声分散，可以获得稳定性和分散性较好的碳纳米管流体，可将其用于微通道传热工质。可以看出目前改进纳米粒子分散的方法均比较繁琐，经济效益较差。

因此，有必要提供一种具有新的流体工质的散热元件以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目在于提供一种具有新的流体工质的散热元件。

本发明的技术方案如下：一种散热元件，包括形成有封闭内腔的元件本体、位于所述封闭内腔内的吸收芯和填充于所述封闭内腔中的冷却工质，所述冷却工质为离子流体工质，所述离子流体工质为酸式盐离子化合物的水溶液。

进一步地，所述酸式盐离子化合物包括硫酸铝、硫酸铝钾、磷酸二氢铝、硫酸铝钠、硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢镁中的至少一种。

进一步地，所述离子流体工质中，所述酸式盐离子化合物的重量含量为0.1wt％-10wt％。

进一步地，所述酸式盐离子化合物为硫酸铝，所述离子流体工质中，硫酸铝的重量含量为0.5wt％-5wt％。

进一步地，所述酸式盐离子化合物为硫酸铝钾，所述离子流体工质中，硫酸铝钾的重量含量为0.1wt％-1wt％。

进一步地，所述离子流体工质中，硫酸铝钾的重量含量为0.2wt％-0.5wt％。

进一步地，所述酸式盐离子化合物为磷酸二氢铝，所述离子流体工质中，磷酸二氢铝的重量含量为0.5wt％-5wt％。

进一步地，所述酸式盐离子化合物为硫酸铝和硫酸铝钾的混合物，所述混合物中，硫酸铝和硫酸铝钾的重量比为5:1-1:1。

进一步地，所述吸收芯通过烧结或焊接附着于所述元件本体靠近所述封闭内腔一侧的内壁上或所述吸收芯通过刻蚀所述元件本体形成于所述元件本体的所述内壁上。

进一步地，所述吸收芯在惰性气体或者氮气的气氛中烧结附着于所述元件本体的所述内壁上。

本发明的有益效果在于：通过将酸式盐离子化合物溶于去离子水中制得离子流体工质，离子流体的表面张力大，将其应用到散热元件中，比如应用到由铜材制成的均温板中，离子流体在铜箔上的接触角小且易于在铜箔浸润铺展。另外，均温板的部件通常由铜材制成，本发明提供的离子流体工质呈弱酸性，铜材在弱酸性的溶液中耐腐蚀性强，因此，提高了均温板的部件在离子流体工质中的耐腐蚀性。并且，均温板传热的实验结果也表明使用该离子流体工质代替传统水工质制备的均温板具有更好的传热效果，均温板蒸发段与冷凝段之间温差更小。

【附图说明】

图1为本发明实施例提供的散热元件的结构示意图；

图2为图1中沿a-a的剖视图。

图中：100、散热元件；1、元件本体；10、封闭内腔；11、第一盖板；12、第二盖板；2、吸收芯。

【具体实施方式】

下面结合图1至图2对本发明作详细描述。下面的实施例可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

请参阅图1和图2，本发明实施例提供一种散热元件100，包括形成有封闭内腔10的元件本体1、位于封闭内腔10内的吸收芯2和填充于封闭内腔10中的冷却工质(图未示)，冷却工质为离子流体工质，离子流体工质为酸式盐离子化合物的水溶液。通过将酸式盐离子化合物溶于去离子水中制得离子流体工质，离子流体的表面张力大，将其应用到散热元件100中，比如应用到由铜材制成的均温板中，离子流体在铜箔上的接触角小且易于在铜箔浸润铺展。另外，均温板的部件通常由铜材制成，本发明提供的离子流体工质呈弱酸性，铜材在弱酸性的溶液中耐腐蚀性强，因此，提高了均温板的部件在离子流体工质中的耐腐蚀性。并且，均温板传热的实验结果也表明使用该离子流体工质代替传统水工质制备的均温板具有更好的传热效果，均温板蒸发段与冷凝段之间温差更小。

优选地，酸式盐离子化合物包括硫酸铝、硫酸铝钾、磷酸二氢铝、硫酸铝钠、硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸二氢钠、磷酸二氢镁中的至少一种。

优选地，离子流体工质中，酸式盐离子化合物的重量含量为0.1wt％-10wt％。

优选地，酸式盐离子化合物为硫酸铝，离子流体工质中，硫酸铝的重量含量为0.5wt％-5wt％。

优选地，酸式盐离子化合物为硫酸铝钾，离子流体工质中，硫酸铝钾的重量含量为0.1wt％-1wt％。

优选地，离子流体工质中，硫酸铝钾的重量含量为0.2wt％-0.5wt％。

优选地，酸式盐离子化合物为磷酸二氢铝，离子流体工质中，磷酸二氢铝的重量含量为0.5wt％-5wt％。

优选地，酸式盐离子化合物为硫酸铝和硫酸铝钾的混合物，混合物中，硫酸铝和硫酸铝钾的重量比为5:1-1:1。

优选地，吸收芯2通过烧结或焊接附着于元件本体1靠近封闭内腔10一侧的内壁上或吸收芯2通过刻蚀元件本体1形成于元件本体1的内壁上。在本实施例中，吸收芯2为铜网，通过烧结附着于元件本体1靠近封闭内腔10一侧的内壁上。当然，在其他实施例中，吸收芯2为不锈钢网或者铜粉或者泡沫铜，通过烧结或焊接附着于元件本体1靠近封闭内腔10一侧的内壁上也是可以的，或者，吸收芯2通过刻蚀元件本体1形成于元件本体1的内壁上也是可以的。

优选地，吸收芯2在惰性气体或者氮气的气氛中烧结附着于元件本体1的内壁上。在本实施例中，采用的惰性气体为氩气。当然，在其他实施例中，吸收芯2也可以在其他惰性气体的气氛中烧结附着于元件本体1的内壁上，比如氦气。

请再次参阅图1和图2，散热元件100为均温板，元件本体1包括相对设置的第一盖板11和第二盖板12，第二盖板12盖设于第一盖板11上形成封闭内腔10，吸收芯2附着于第二盖板12之朝向封闭内腔10的一侧，当然了，具体应用中，散热元件100也可以为热管或者其他用于散热的部件。

优选地，吸收芯2具有毛细结构(图未示)。通过在吸收芯2上设置毛细结构，有利于提高吸收芯2吸收离子流体工质的效果。

为了更好的说明本发明的技术方案，下面通过若干实施例来做进一步的解释说明。

实施例1

离子流体工质的制备：将一定含量的硫酸铝固体加入到去离子水中配置成重量含量为0.1wt％的硫酸铝溶液。

散热元件100的制备：将上述所得到的硫酸铝溶液作为冷却工质，经过在氮气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将上述所得到的硫酸铝溶液注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等步骤制得散热元件100。

实施例2

离子流体工质的制备：将一定含量的硫酸铝固体加入到去离子水中配置成0.4wt％的硫酸铝溶液。

散热元件100的制备：将上述所得到的硫酸铝溶液作为冷却工质，经过在氮气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将上述所得到的硫酸铝溶液注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等步骤制得散热元件100。

实施例3

离子流体工质的制备：将一定含量的硫酸铝固体加入到去离子水中配置成1wt％的硫酸铝溶液。

散热元件100的制备：将上述所得到的硫酸铝溶液作为冷却工质，经过在氮气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将上述所得到的硫酸铝溶液注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等步骤制得散热元件100。

实施例4

离子流体工质的制备：将一定含量的硫酸铝固体加入到去离子水中配置成5wt％的硫酸铝溶液。

散热元件100的制备：将上述所得到的硫酸铝溶液作为冷却工质，经过在氩气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将上述所得到的硫酸铝溶液注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等步骤制得散热元件100。

实施例5

离子流体工质的制备：将一定含量的硫酸铝固体加入到去离子水中配置成8wt％的硫酸铝溶液。

散热元件100的制备：将上述所得到的硫酸铝溶液作为冷却工质，经过在氩气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将上述所得到的硫酸铝溶液注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等步骤制得散热元件100。

实施例6

离子流体工质的制备：将一定含量的硫酸铝固体加入到去离子水中配置成10wt％的硫酸铝溶液。

散热元件100的制备：将上述所得到的硫酸铝溶液作为冷却工质，经过在氮气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将上述所得到的硫酸铝溶液注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等步骤制得散热元件100。

实施例7

离子流体工质的制备：将一定含量的硫酸铝钾固体加入到去离子水中配置成0.5wt％的硫酸铝钾溶液。

散热元件100的制备：将上述所得到的硫酸铝钾溶液作为冷却工质，经过在氮气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将上述所得到的硫酸铝钾溶液注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等步骤制得散热元件100。

实施例8

离子流体工质的制备：将一定含量的磷酸二氢铝固体加入到去离子水中配置成1wt％的磷酸二氢铝溶液。

散热元件100的制备：将上述所得到的磷酸二氢铝溶液作为冷却工质，经过在氮气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将上述所得到的磷酸二氢铝溶液注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等制得散热元件100。

实施例9

离子流体工质的制备：将一定含量的硫酸铝和硫酸铝钾固体加入到去离子水中配置成混合溶液，其溶液中溶质的重量含量在1.5wt％，其中硫酸铝和硫酸铝钾的比值范围为2:1。

散热元件100的制备：将上述所得到的混合溶液作为冷却工质，经过在氮气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将上述所得到的混合溶液注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等步骤制得散热元件100。

对比例1

散热元件100的制备：将去离子水作为冷却工质，经过在氮气气氛下将吸收芯烧结于元件本体1，将去离子水注入到封闭内腔10中，最后经抽真空、封端等步骤制得散热元件100。

性能检验

通过下面方法验证实施例1-9及对比例1中的散热元件100的散热性能：

(一)亲水性

设备：接触角测试仪；

测试方法：在室温下分别测试实施例1-9的离子流体工质和对比例1的去离子水与铜箔之间的接触角，每个试样测试铜箔三个不同位置的接触角，取其平均值，记录于表1中，并以此为试样的接触角。

(二)毛细作用力

测试方法：将相同体积的吸收芯2分别插入实施例1-9的离子流体工质和对比例1的去离子水中5mm左右，分别记录实施例1-9的离子流体工质和对比例1的去离子水浸润整个吸收芯2所需的时间，每个试样测试三次，取其平均值，记录于表1中，并以此评价吸收芯2的毛细作用力。

(三)铜的氧化程度

测试方法：取质量相差不大的铜箔分别浸泡在实施例1-9的离子流体工质和对比例1的去离子水中，在100℃水热反应12h，观察水热反应后的铜箔表面氧化情况。肉眼未见铜箔颜色变化，其氧化程度评价为○(最佳)；肉眼可见铜箔失去金属光泽，其氧化程度评价为△(合格)；肉眼可见铜箔失去金属光泽，铜箔表面颜色变黑，其氧化程度评价为x(不良)。并将结果记录于表1中，以此评价铜的氧化程度。

(四)散热元件100效率

测试方法：将实施例1-9和对比例1的散热元件100进行传热测试，其中，实施例1-9及对比例1的散热元件100中分别添加相同量的离子流体工质和去离子水工质，每个实施例和对比例分别记录五组散热元件100的蒸发段与冷凝段的温度差，取其平均值，记录于表1中，并以此评价散热元件100传热性能的好坏。

表1实施例1-9与对比例1的性能对比

从表1中可知，采用硫酸铝溶液、硫酸铝钾溶液和磷酸二氢铝溶液作为离子流体工质，其离子流体工质的表面张力比纯水大，且离子流体工质与铜箔的接触角比纯水小，离子流体工质更易在铜箔上浸润和铺展，因此将离子流体作为工质组装制备成散热元件100之后具有更优异的传热性能，其蒸发段与冷凝段的温差更小。

由实施例1、2、3、4、5和6可知，硫酸铝有最佳的添加量，虽然随着硫酸铝添加量的增加离子流体的表面张力会增大，有利于散热元件100的传热，但流体的密度也会增加，在注液量一定的情况下，流体的密度越大，流体的重量就越大，由重力引起的热阻就越大，因此硫酸铝离子流体存在最佳的添加量。但当硫酸铝的添加量过高(超过8wt％)时，由于溶液密度增大，由重力引起的热阻会较大，导致散热元件100蒸发段与冷凝段的温差反而增大，改性效果不明显。当硫酸铝的添加量过低(等于或低于0.1wt％)时，由于其接触角较大，表面张力较小，改性效果不明显。其他工质(硫酸铝钾或磷酸二氢铝结果相似，由于不同工质溶液的密度、接触角和表面张力不同，因此添加量需要经过优选)。值得注意的是，硫酸铝钠，硫酸镁等常见的硫酸的酸式盐；磷酸二氢钾，磷酸二氢钠，磷酸二氢镁等常见的磷酸的酸式盐，其能减缓铜氧化的酸式盐水溶液采用本发明方法制备成离子流体工质应用于散热领域。

由实施例7和8可知，硫酸铝钾溶液和磷酸二氢铝溶液作为离子液体由于其与铜箔的接触角更小，且更易在铜箔上铺展，由其作为工质组装制备成的散热元件100有更优异的传热性能，其蒸发段与冷凝段的温差更小。由实施例9可知，将硫酸铝钾和硫酸铝溶液复配作为离子液体工质，组装制备成的散热元件100也有较优异的传热性能。

上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中他们可以做出多种变化、替换以及改变。