[发明专利]一种强化热沉润湿特性及相变换热性能的方法

说明书

本发明公开了一种强化热沉润湿特性及相变换热性能的方法，包括：利用等离子体发生器产生等离子体；利用所述等离子体清洁热沉表面并对热沉表面进行功能化改性；其中，所述等离子体发生器的射频功率为0‑20kW之间；等离子体发生器的射频频率为10kHz‑30MHz之间；等离子体的处理时间为1‑60分钟之间。

技术领域

本发明涉及相变换热技术领域，特别涉及一种强化热沉润湿特性及相变换热性能的方法，尤其是应用于大功率、高功率密度电子、电力及光电子器件的散热热沉的润湿特性及相变换热性能的强化。

背景技术

伴随着微电子、高性能计算机、激光加工、高功率密度LED、航空航天及微系统等高新技术领域的迅速发展，电子器件呈现大功率、高集成化、小体积的发展趋势，这些耗能电子器件在发挥有效功率的同时，有相当一部分电功率会转化为热量，因此会导致电子器件的发热热流密度迅猛增大，已超过100W/cm²，如此高强度发热量如果不能有效散去，将导致器件温度迅速升高，严重降低器件和系统的性能、稳定性和安全性，例如，大功率LED灯若不加任何散热器，在通电工作几秒钟后即会烧毁；计算机或服务器的中央处理器(CPU)，在大功率运行时温度会大幅升高，如果不采取行而有效的散热措施，其运行效率会明显下降。器件和系统的散热问题已经成为影响当今电子工业发展的关键瓶颈问题。

而常规尺寸的液体单相对流冷却、强制气冷、强迫对流沸腾冷却等各种传统冷却技术已无法满足高强度的散热要求，目前最先进的散热器采用了微纳尺度(微米尺度或纳米尺度)相变换热技术，其高效的散热性能可以从根本上解决这些大功率、高功率密度电子器件散热冷却问题，这些散热器最核心的取热元件是表面具有微纳结构的相变换热热沉。

相变换热热沉，尤其是表面具有微纳结构的相变换热热沉，在机械加工和日常存放的过程中，表面会残余较多的油脂油污，这些油脂油污是具有疏水性的有机大分子，他们覆盖在热沉的表面，会恶化热沉的润湿性和相变换热性能，主要因为以下几点原因：油脂油污具有极低的热导率，使得被其覆盖的热沉表面与液体工质(如水，水具有相变潜热大、价格低廉、便于获取等优势，因此在诸多工业领域被作为常用的相变换热液体工质)之间形成大的热阻，将无法发挥热沉表面原有的高散热能力，有效换热面积的减小会造成换热系数的降低，即换热效率的下降；油脂油污本身的疏水性会使得热沉的润湿性变差，特别是表面具有微纳通道的热沉，油脂油污在通道内的堵塞会导致液体流动不顺畅，进一步降低热沉的润湿性，润湿性的恶化会使液体补充能力下降，导致高热流密度下微纳通道内部出现的局部热点和干涸点得不到及时润湿，使得临界热流密度提前到来，将无法保证大功率、高功率密度的电子器件的安全运行。

因此为了充分发挥相变换热热沉，尤其是表面具有微纳结构的相变换热热沉优异的散热能力，使用前要对这些热沉表面进行清洗和处理，目前主要的方法是湿法清洁，如将热沉浸泡在水中进行超声清洗，为了达到更好的清洗效果，还会在水中加入能和有机油污发生化学反应的洗涤剂，该方法对于平面热沉或表面有常规尺寸结构(如毫米级通道、肋片)的热沉具有较好的清洁效果，能较好地提高其润湿特性和相变换热能力。但对于表面具有微纳结构(如微通道、微柱体、微肋体、含有纳米结构的微通道)，由于水具有较大的表面张力，无法进入到一些微纳结构的内部，因此清洗效果不理想，不仅如此，普遍采用的超声清洗的方法耗时长，操作步骤较为繁琐(如清洗完还要进行干燥处理)，不利于配合工业化生产中的流水线操作，且容易引入二次污染。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种强化热沉润湿特性及相变换热性能的方法，该方法利用等离子体去处理热沉表面，可以快速、高效、均匀、无污染地实现热沉表面的高度清洁及功能化改性，从而强化热沉，尤其是表面具有微纳结构的热沉的润湿特性及相变换热性能。

(二)技术方案

一种强化热沉润湿特性及相变换热性能的方法，包括：制备等离子体；利用所述等离子体清洁热沉表面并对热沉表面进行功能化改性。