CN111238277A - 一种具有复合吸液芯结构的平板热管 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有复合吸液芯结构的平板热管，包括：上盖板和下盖板；上盖板和下盖板分别作为平板热管的冷凝端和蒸发端；上盖板与下盖板通过密封环密封，且上盖板与下盖板之间构成可以容纳两相工质的腔体；密封环上设置有充液口；上盖板与下盖板之间设置有用于起到支撑作用的支撑结构；上盖板的内表面上设置有亲疏水复合微纳结构；下盖板的内表面设置有吸液芯结构。本发明有效提高了传热性能和烧干极限，能够满足当今大功率电子产品的散热需求。

Description

一种具有复合吸液芯结构的平板热管

技术领域

本申请涉及电子产品散热技术领域，尤其涉及一种具有复合吸液芯结构的平板热管。

背景技术

随着微电子技术的发展，电子产品行业的进步，电子产品性能不断提高，更新换代的频率也不断加快，随之而来的是亟需解决的散热问题。例如手机在玩大型游戏时屏幕发烫影响用户体验，电脑CPU显卡等过热烧坏等散热不足所导致的问题越发多见。因此，在保证电子产品性能的前提下生产商也必须考虑安全性、稳定性以及舒适型问题。电子产品的传统散热方式为自然对流冷却，该方式仅能满足低功率电子器件的散热需求，对于当今的高性能智能手机，4K甚至8K超清显示屏，自然冷却的方式远远难以胜任，所以如今需要寻求一种更高效的散热方式。

热管技术于1963年起源于美国，它充分利用了热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。目前热管被广泛应用于诸如电子产品、汽车、航天航空以及太阳能热利用等领域，为了迎合不同领域中的散热需求及产品结构紧凑性，热管衍生出各种不同的分支，例如具有长距离热量输运能力的环路热管、具有超高导热性能的脉动热管以及能够适应电子产品小型化以及芯片扁平形状的平板热管。

平板热管以扁平的形状以及二维导热为主要特点，与传统的柱状热管相比，平板热管扁平的蒸发段能与芯片很好地契合，大大降低了两者之间的接触热阻。与传统的柱状热管一维导热相比，平板热管除了轴向导热外增加了径向导热，配合其较大的散热表面，能大大提升热管的散热性能。平板热管凭借以上优势成为了解决电子产品散热问题的最佳方法之一，但目前现有的平板热管传热性能和烧干极限较低，难以满足当今大功率电子产品的散热需求，为此，本发明提出一种具有复合吸液芯结构的平板热管。

发明内容

本申请实施例提供了一种具有复合吸液芯结构的平板热管，使得有效提高了传热性能和烧干极限，进而能够满足当今大功率电子产品的散热需求。

有鉴于此，本申请提供了一种具有复合吸液芯结构的平板热管，包括：上盖板和下盖板；

所述上盖板和所述下盖板分别作为平板热管的冷凝端和蒸发端；

所述上盖板与所述下盖板通过密封环密封，且所述上盖板与所述下盖板之间构成可以容纳两相工质的腔体；

所述密封环上设置有充液口；

所述上盖板与所述下盖板之间设置有用于起到支撑作用的支撑结构；

所述上盖板的内表面上设置有亲疏水复合微纳结构；

所述下盖板的内表面设置有吸液芯结构。

可选地，所述亲疏水复合微纳结构包括超亲水微结构和超疏水微结构；

所述超亲水微结构间隔分布在所述超疏水微结构上。

可选地，所述超疏水微结构为仿生多级微纳结构。

可选地，所述超疏水微结构通过电镀的方式设置在所述上盖板的内表面。

可选地，所述上盖板的内表面上设置有波浪形凸起；

所述超疏水微结构设置在所述波浪形凸起的外表面上，且所述波浪形凸起与水平面的夹角大于所述超疏水微结构表面的滚动角；

所述超亲水微结构位于所述波浪形凸起的顶点处。

可选地，所述吸液芯结构包括第一吸液芯和第二吸液芯；

所述第一吸液芯和所述第二吸液芯均为多孔结构。

可选地，所述第一吸液芯位于所述第二吸液芯的上方，且所述第一吸液芯的孔隙率低于所述第二吸液芯的孔隙率。

可选地，所述支撑结构包括多个支撑柱；

多个所述支撑柱均匀分布在所述上盖板与所述下盖板之间，且所述支撑柱的上端与所述上盖板连接，下端与所述下盖板连接。

可选地，所述支撑柱为圆柱形铜柱。

可选地，所述上盖板和所述下盖板的材质均为铜。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：包括上盖板和下盖板，上盖板和下盖板分别作为平板热管的冷凝端和蒸发端，上盖板与下盖板通过密封环密封，且上盖板与下盖板之间构成可以容纳两相工质的腔体，密封环上设置有充液口，上盖板与下盖板之间设置有支撑结构，可以起到支撑作用，防止平板热管在抽真空后受压变形；上盖板的内表面上设置有亲疏水复合微纳结构，下盖板的内表面设置有吸液芯结构。通过在上盖板内表面经表面处理后形成亲疏水复合微纳结构，能够有效控制冷凝液滴的大小和脱离频率，使冷凝端内表面维持珠状冷凝状态，大大降低了冷凝传热的热阻，可以强化平板热管内部的冷凝换热以及工质的回流作用，有效提高了平板热管的传热性能和烧干极限，进而能够满足当今大功率电子产品的散热需求。

附图说明

图1为本申请实施例中具有复合吸液芯结构的平板热管的结构示意图；

图2为本申请实施例中具有复合吸液芯结构的平板热管的爆炸图；

图3为图2中上盖板A-A方向的截面图；

图4为本申请实施例中上盖板表面形貌的放大示意图；

图5为本申请实施例中支撑柱的分布示意图；

其中，附图标记为：

1-上盖板，2-下盖板，3-充液口，4-密封环，5-第二吸液芯，6-第一吸液芯，7-支撑柱，11-波浪形凸起，12-超疏水微结构，13-超亲水微结构。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请提供了一种具有复合吸液芯结构的平板热管的一个实施例，具体请参阅图1。

本实施例中的具有复合吸液芯结构的平板热管包括：上盖板1和下盖板2，上盖板1和下盖板2分别作为平板热管的冷凝端和蒸发端，上盖板1与下盖板2通过密封环4密封，且上盖板1与下盖板2之间构成可以容纳两相工质的腔体，密封环4上设置有充液口3，上盖板1与下盖板2之间设置有用于起到支撑作用的支撑结构，上盖板1的内表面上设置有亲疏水复合微纳结构，下盖板2的内表面设置有吸液芯结构。

需要说明的是：包括上盖板1和下盖板2，上盖板1和下盖板2分别作为平板热管的冷凝端和蒸发端，上盖板1与下盖板2通过密封环4密封，且上盖板1与下盖板2之间构成可以容纳两相工质的腔体，密封环4上设置有充液口3，上盖板1与下盖板2之间设置有支撑结构，可以起到支撑作用，防止平板热管在抽真空后受压变形；上盖板1的内表面上设置有亲疏水复合微纳结构，下盖板2的内表面设置有吸液芯结构。通过在上盖板1内表面经表面处理后形成亲疏水复合微纳结构，能够有效控制冷凝液滴的大小和脱离频率，使冷凝端内表面维持珠状冷凝状态，大大降低了冷凝传热的热阻，可以强化平板热管内部的冷凝换热以及工质的回流作用，有效提高了平板热管的传热性能和烧干极限，进而能够满足当今大功率电子产品的散热需求。

以上为本申请实施例提供的一种具有复合吸液芯结构的平板热管的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种具有复合吸液芯结构的平板热管的实施例二，具体请参阅图1至图5。

本实施例中的具有复合吸液芯结构的平板热管包括：上盖板1和下盖板2，上盖板1和下盖板2分别作为平板热管的冷凝端和蒸发端，上盖板1与下盖板2通过密封环4密封，且上盖板1与下盖板2之间构成可以容纳两相工质的腔体，密封环4上设置有充液口3，用于充入工质；上盖板1与下盖板2之间设置有用于起到支撑作用的支撑结构，上盖板1的内表面上设置有亲疏水复合微纳结构，下盖板2的内表面设置有吸液芯结构。

具体的，上盖板1可以通过精密铣削或者冲压的方式制造，上盖板1、下盖板2、密封环4以及充液口3在一定压力和保护气的环境下焊接在一起。在充液前进行初步的密封性检查，之后对平板热管进行抽真空，充液以及密封，最后再进行热管成品的密封性检查和性能测试。

亲疏水复合微纳结构包括超亲水微结构13和超疏水微结构12，超亲水微结构13间隔分布在超疏水微结构12上，即超疏水微结构12作为基底，超亲水微结构13均匀分布于其间；超亲水微结构13能够增加冷凝过程的成核速度，降低冷凝的起始过冷度。

超疏水微结构12为仿生多级微纳结构，采用类似荷叶的仿生多级微纳结构，使工质在其表面上具有很大的静接触角和很小的滚动角。

超疏水微结构12通过电镀的方式设置在上盖板1的内表面，通过电镀方式形成，具有较高的物理化学稳定性，可以理解的是：超疏水微结构12也可以采用化学沉积或其他方法形成，在此不作限定。

如图3、图4所示，上盖板1的内表面上设置有波浪形凸起11，超疏水微结构12设置在波浪形凸起11的外表面上，且波浪形凸起11与水平面的夹角大于超疏水微结构12表面的滚动角，超亲水微结构13位于波浪形凸起11的顶点处，即对上盖板1的波峰进行亲水处理，处理方法可以为通过打磨的方式去除波峰处的超疏水微结构12，再用过氧化氢进行氧化形成超亲水微结构13。

需要说明的是：波浪形凸起11是为了给冷凝液滴提供一个滚动角，结合斜坡表面的超疏水微结构12(微纳尺度)，能够促使液滴滚动并掉落，这个过程可以带走沿途的冷凝液滴，进而防止形成液滴积聚成膜，所以波浪形凸起11是一种促进液滴滚动的表面结构(毫米尺度)。上盖板1(冷凝端)内表面通过机械加工出毫米尺寸的波浪形凸起11结构，且波浪斜面与基板的夹角大于工质在超疏水微结构12表面的滚动角，使得液滴更加容易离开冷凝端内表面，抑制了膜状冷凝的形成，也加速了液态工质的回流补充蒸发端。

如图2所示，吸液芯结构包括第一吸液芯6和第二吸液芯5，第一吸液芯6和第二吸液芯5均为多孔结构；第一吸液芯6位于第二吸液芯5的上方，且第一吸液芯6的孔隙率低于第二吸液芯5的孔隙率；第二吸液芯5和第一吸液芯6通过依次采用不同目的铜粉烧结而成，底层孔隙率高于顶层。

具体的，下盖板2为经打磨抛光后的光板，在下盖板2上依次烧结出高孔隙率的第二吸液芯5和低孔隙率的第一吸液芯6。下盖板2在烧结前要清洗干净，然后扣合在已经填完金属粉末的烧结模具上，锁紧各螺栓，然后180度上下翻转夹具，将夹具整体在保护气体下在烧结炉中进行烧结，烧结温度800摄氏度，烧结时间60分钟，最终烧结后的粉末在重力作用下粘附在金属盖板上形成吸液芯结构，待第一次烧结完成并冷却至室温，重复以上步骤在第一层铜粉表面完成第二层铜粉的烧结，两次烧结所用铜粉直径分别为30微米和90微米。

需要说明的是：下盖板2(蒸发端)内表面烧结有两层不同孔隙率的多孔结构作为吸液芯，两层多孔结构之间存在孔隙率的差别，也使得两者毛细力的差别，能够对工质的回流形成毛细驱动力，同时多孔结构与上盖板1几乎相接，当冷凝端内表面上形成液滴尺寸大于间隙尺寸而接触到第一吸液芯6时会被迅速地沿着毛细压差方向输运到蒸发中心。

可以理解的是：吸液芯结构也可以采用两层以上的多层结构，即包括多层吸液芯，且每层吸液芯的孔隙率均不相同，使毛细力存在差别，这一毛细力差就可以作为驱动工质回流的动力，但考虑到整体厚度以及制作成本，优选采用两层结构。

如图5所示，支撑结构包括多个支撑柱7，多个支撑柱7均匀分布在上盖板1与下盖板2之间，且支撑柱7的上端与上盖板1连接，下端与下盖板2连接，具体的，多个支撑柱7主要分布在上盖板1与下盖板2之间靠近圆心的位置，起到支撑作用，防止平板热管在负压作用下塌陷，同时支撑柱7的横截面积尽可能小以避免支撑结构对气态工质扩散的阻碍，从而保证平板热管的均温性。

支撑柱7为圆柱形铜柱，支撑柱7的材质为铜，具有很高的导热系数，在热管刚启动时起辅助导热的作用，同时，由于支撑柱7的半径较小，能够减少支撑结构对气态工质沿水平方向输运的阻碍。

具体的，上盖板1和下盖板2的材质均为铜。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，包括：上盖板和下盖板；

所述上盖板和所述下盖板分别作为平板热管的冷凝端和蒸发端；

所述上盖板与所述下盖板通过密封环密封，且所述上盖板与所述下盖板之间构成可以容纳两相工质的腔体；

所述密封环上设置有充液口；

所述上盖板与所述下盖板之间设置有用于起到支撑作用的支撑结构；

所述上盖板的内表面上设置有亲疏水复合微纳结构；

所述下盖板的内表面设置有吸液芯结构。

2.根据权利要求1所述的具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，所述亲疏水复合微纳结构包括超亲水微结构和超疏水微结构；

所述超亲水微结构间隔分布在所述超疏水微结构上。

3.根据权利要求2所述的具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，所述超疏水微结构为仿生多级微纳结构。

4.根据权利要求2所述的具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，所述超疏水微结构通过电镀的方式设置在所述上盖板的内表面。

5.根据权利要求2所述的具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，所述上盖板的内表面上设置有波浪形凸起；

所述超疏水微结构设置在所述波浪形凸起的外表面上，且所述波浪形凸起与水平面的夹角大于所述超疏水微结构表面的滚动角；

所述超亲水微结构位于所述波浪形凸起的顶点处。

6.根据权利要求1所述的具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，所述吸液芯结构包括第一吸液芯和第二吸液芯；

所述第一吸液芯和所述第二吸液芯均为多孔结构。

7.根据权利要求6所述的具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，所述第一吸液芯位于所述第二吸液芯的上方，且所述第一吸液芯的孔隙率低于所述第二吸液芯的孔隙率。

8.根据权利要求1所述的具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，所述支撑结构包括多个支撑柱；

多个所述支撑柱均匀分布在所述上盖板与所述下盖板之间，且所述支撑柱的上端与所述上盖板连接，下端与所述下盖板连接。

9.根据权利要求8所述的具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，所述支撑柱为圆柱形铜柱。

10.根据权利要求1所述的具有复合吸液芯结构的平板热管，其特征在于，所述上盖板和所述下盖板的材质均为铜。

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