基于自湿润流体为工作液的超薄均热板及应用的制作方法

1.本发明涉及电子散热领域技术，尤其是指一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板。


背景技术：

2.目前，随着微电子技术以及信息通信技术的发展，电子元件呈现集成化、小型化的方向发展趋势，与此同时，电子芯片的性能、功耗的提升导致其热流密度的大幅增加。电子芯片的热量堆积使其在高温环境下运行时，会降低电子元件的工作性能及可靠性。因此，探索高效、快速的散热手段以应对电子元件热流密度的提升是目前电子散热领域的研究重点之一。
3.均热板是一种应用广泛的散热器，主要优势在于，能够有效提高冷凝面积，等温性能好，等效导热系数高。常规均热板由带有吸液芯结构的上下盖通过焊接形成封闭腔体，腔体抽真空并充入工作液，通过内部工作液的相变过程，能够快速将电子元件的热量转移到冷凝面的热沉，内部的吸液芯提供的毛细力克服流动阻力将冷凝液带回蒸发面形成均热板内部的工作循环。因此，均热板的性能直接决定电子元件的表面温度，而均热板的性能亦受到内部吸液芯结构与工质的影响。
4.随着均热板厚度的减小，均热板内部的蒸汽气道高度以及吸液芯结构的厚度也要相应减小。在这种微尺度下，蒸汽的粘性及摩擦阻力占据的比重越来越大，随着气道高度的降低会进一步影响蒸汽的流动与扩散；吸液芯结构厚度的降低会无法提供足够的毛细压力，进而导致冷凝液体回流动力不足。因此在均热板的超薄化发展趋势下，改善吸液芯结构、强化超薄均热板的工质循环成为研究重点。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其目的之一是提供一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板，用于沿厚度方向进行热传递。其目的之二是提供另一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板，用于沿径向方向进行热传递。其目的之三是提供一种均热板的应用。本发明一方面可以实现均热板的超薄化，另一方面改善了吸液芯结构、强化超薄均热板的工质循环，保证超薄均热板的对流换热与均温性。
6.为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板，是一种沿厚度方向传热的均热板，包括上盖、下盖以及自湿润流体，所述上盖与下盖的边缘处通过焊接紧密贴合密封、于内部形成工作液存储腔室，其中一处的边缘位置预留充液口，充液口用于与充液柱相连以将自湿润流体注入该工作液存储腔室，并且该工作液存储腔室的空间内100%为自湿润流体，在充满自湿润流体后所述充液口封闭。
7.一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板，是一种沿径向方向传热的均热板，包括上盖、下盖、毛细芯以及自湿润流体；所述上盖与下盖的边缘处通过焊接紧密贴合密
封、于内部形成工作液存储腔室，所述毛细芯内置于所述工作液存储腔室，其中一处的边缘位置预留充液口，充液口用于与充液柱相连以将自湿润流体注入该工作液存储腔室，并且该工作液存储腔室的空间内100%为自湿润流体，在充满自湿润流体后所述充液口封闭。
8.一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板的应用，用于电子产品，所述电子产品为手机或平板电脑，基于自湿润流体为工作液的超薄均热板与所述电子产品的电子元件接触，由自湿润流体蒸发冷凝实现电子元件热量交换。
9.本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知，其一，本发明的一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板，是沿厚度方向传热的，工作液存储腔室内无需抽真空，无需毛细芯，从而简化了均热板的工艺制造步骤。并且由于自湿润流体在该工作液存储腔室是充满的，即100%为自湿润流体，不存在空气，不存在毛细芯等其它任何物质，因此不需要经过传统均热板液体高温蒸发变为气体，降温后再转换为液体的这种气
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液转换过程，本发明基于自湿润流体的表面张力和温度变化的特性能够保证均热板的传热特性。
10.其二，本发明的另一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板，是沿径向方向传热的均热板，由于自湿润流体在该工作液存储腔室是充满的，即100%为自湿润流体，同样的，这种沿径向方向传热的均热板也不存在气
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液转换过程，因此有效降提高了热传递效率。本发明的均热板在工作液存储腔室内置入毛细芯的作用主要是为了增加其沸腾点的面积，从而增加换热面积，这有别于传统均热板，传统无脉动方式的均热板内部的工质填充量一般仅填充10%，以脉动方式的均热板内部工质填充量一般为40%，最多不超过50%，由于这些传统的均热板均是采用气
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液变化的方式，工质在毛细芯中流动，实现冷凝液回流补充。而本发明由于内部全是自湿润流体，不存在气
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液转换的过程，则毛细芯的主要作用不再是回流的功能，但毛细芯可以增加沸腾点的面积。
11.再有，由于本发明的自湿润流体填充量为100%，因此不会因为重力问题而使得工质靠下，空气靠上，导致使用受限问题。现填满了湿润流体之后，使得沿厚度方向传热的均热板，其冷凝面和蒸发面可以不被限定，而是依据使用环境随意选择，也就是说冷凝面和蒸发面可以彼此调换。同样的，对于沿径向方向传热的均热板，其冷凝端和蒸发端也是可以调换的，从而起到整个均热板抗重力的效果。
12.尤其是，采用自湿润流体作为工作液，由于其表面张力与温度的变化特性，以及运用非共沸溶液产生浓度梯度，可以自发润湿高温区域。在此基础上，强化了均热板蒸发区域的沸腾，高温区域液体发生相变后，周围的工质能够自发快速的向蒸发区域进行补充，防止烧干现象的发生，提高了均热板的烧干极限。
13.再有，自湿润流体在发生相变过程中，表面张力特性产生marangoni对流效应，随着液体润湿高温区域的同时会进一步加快气泡的脱离，提高微气泡沸腾的速率。对于沿厚度方向传热的均热板（技术方案一），微气泡的大量产生会增大沸腾换热的面积，增强换热效率。在脱离过程中亦会产生足够的扰动，以及自湿润流体的自发对流使气泡快速分散到大的冷凝面进行换热过程。对于沿径向方向传热的均热板（技术方案二），微气泡的沸腾与快速脱离会强化蒸发区域的传热效果，相对较小的静态接触角保证相变工质的润湿性，结合杨氏方程，在毛细区域，工质的回流阻力小，有利于超薄均热板内自湿润流体的蒸发冷凝
循环。由于工作液存储腔室内壁设有毛细芯结构，通过毛细压力使冷凝端液体回流到蒸发端，由于自湿润流体的表面张力特性，高温区工质的自湿润性、强化了沸腾，提高了烧干极限，同时降低了冷凝液的回流阻力。
14.为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
15.图1是本发明之第一实施例的沿厚度方向传热的均热板（无芯）立体示意图。
16.图2是本发明之第一实施例的沿厚度方向传热超薄均热板（无芯）截面图。
17.图3是本发明之第二实施例的沿径向方向的均热板（有芯）立体示意图。
18.图4是本发明之第二实施例的沿径向方向的均热板（有芯）截面图。
19.附图标识说明：10、上盖
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11、边缘101、工作液存储腔室
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102、充液口103、冷凝面
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104、冷凝端105、蒸发面
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106、蒸发端20、下盖
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30、自湿润流体40、毛细芯
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50、充液柱。
具体实施方式
20.实施例1请参照图1和图2所示，其显示出了本发明之第一实施例的具体结构，是一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板，用于沿厚度方向传热。
21.所述均热板的结构包括上盖10、下盖20以及自湿润流体30，所述上盖10与下盖20的边缘11处通过焊接紧密贴合密封、于内部形成工作液存储腔室101，其中一处的边缘11位置预留充液口102，充液口102用于与充液柱相连以将自湿润流体30注入该工作液存储腔室101，并且该工作液存储腔室101的空间内100%为自湿润流体30，在充满自湿润流体30后所述充液口102封闭。自湿润流体30在工作液存储腔室101内蒸发冷凝实现热量交换。
22.其中，所述上盖10、下盖20是金属片由冲压、刻蚀再使用焊接的方式形成。采用冲压的方式，一次性可以冲整板材料，因此效率高、产量大。焊接作为最常见的连接方式之一，已经可以实现自动化作业，效率高、焊接后稳定性好。本实施例中，所述超薄均热板是具有厚度的矩形形状，其上盖10有平的中部和四周下凹的焊接边缘11，所述下盖20为平板，焊接边缘11与下盖20叠合并且焊接结合为一体，所述均热板的上下表面之其一为冷凝面103，另一面为蒸发面105。当然也可以用其它的成型方式，例如一体压铸成型等等。
23.所述上盖10、下盖20均是铜材，铜材的传热性更优良，并且铜是一种较常见金属，价格低，容易获得，还不存在生锈等问题，非常耐用。所述充液口102用焊接方式封闭，所述充液体口的焊接与上盖10、下盖20的焊接是同样的连接方式，保证封闭后所述均热板的边缘11不留下痕迹，并且焊接后充液口102完全被堵上。
24.所述超薄均热板整体厚度在0.3
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0.35mm，相比于传统的均热板厚度在0.5 mm以
上，本发明的这种均热板更适用于超薄的电子产品上，例如时下流行的超薄手机、超薄平板电脑等。
25.当均热板工作时，蒸发面105由于热源的施加会产生过热度，内部自湿润流体30发生相变，由于自湿润流体30的表面张力与温度相关，随着温度的变化，自湿润流体30内会产生表面张力梯度，使表面张力小的液体向表面张力大的方向流动，即高温区域的表面张力要大于低温区域的表面张力，使自湿润流体30自发润湿高温区进行补充，提高均热板的烧干极限。另外，自湿润流体30的回流会增大蒸发面105气泡与壁面之间液膜的厚度，加快气泡的脱离速度，减小气泡的脱离直径，产生微气泡沸腾，进一步地，增大沸腾换热面积。
26.由于大量的微气泡产生，以及自湿润流体30由于表面张力梯度、压力差及浓度差的作用下，产生的扰动力使非聚集的微气泡向冷凝面103扩散，在冷凝面103发生凝结换热，将热量通过冷凝面103转移到热沉中实现蒸发冷凝的循环。
27.实施例2请参照图3和图4所示，其显示出了本发明之第二实施例的具体结构，是一种基于自湿润流体为工作液的超薄均热板，用于沿径向方向传热。
28.所述均热板的结构包括上盖10、下盖20、毛细芯40以及自湿润流体30；所述上盖10与下盖20的边缘11处通过焊接紧密贴合密封、于内部形成工作液存储腔室101，所述毛细芯40内置于所述工作液存储腔室101，其中一处的边缘11位置预留充液口102，充液口102用于与充液柱相连以将自湿润流体30注入该工作液存储腔室101，并且该工作液存储腔室101的空间内100%为自湿润流体30，在充满自湿润流体30后所述充液口102封闭。
29.其中，所述上盖10、下盖20是金属片由冲压、刻蚀再使用焊接的方式形成。所述上盖10、下盖20均是铜材。所述充液口102用焊接方式封闭。所述超薄均热板整体厚度在0.3
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0.35mm。由于这些结构和有益效果与第一实施例相同，在此不再赘述。
30.本实施例中，所述超薄均热板是具有厚度的长方形形状，具有冷凝端104和蒸发端106，该冷凝端104和蒸发端106的走向形成径向方向，所述自湿润流体30沿所述径向方向传热。以及，所述工作液存储腔室101抽真空并填充自湿润流体30，自湿润流体30在腔体的蒸发冷凝实现热量交换。
31.均热板在工作时，蒸发端106发生沸腾，自湿润流体30发生沸腾换热时，气泡的脱离频率快，脱离直径小。在冷凝端104进行凝结换热形成冷凝液，通过毛细芯40的毛细压力使冷凝液回流到蒸发区。
32.由于工质为自湿润流体30，在冷凝液回流过程中，其自湿润特性能够降低回流阻力，另外由于自湿润流体30在回流过程中工质温度的变化会产生热毛细力，增加了另一种额外的冷凝液回流动力，冷凝液能够通过毛细芯40快速补回到蒸发端106，提高均热板的循环速度，同时提高均热板的烧干极限。
33.实施例3本发明还将这种基于自湿润流体30为工作液的超薄均热板应用于电子产品，所述电子产品为手机或平板电脑，上述实施例1或实施例2的超薄均热板与所述电子产品的电子元件接触，由自湿润流体30蒸发冷凝实现电子元件热量交换，实现电子元件的散热效果。
34.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍
属于本发明技术方案的范围内。