[发明专利]一种采用复合相变材料与微通道液冷的复合散热装置

说明书

一种采用复合相变材料与微通道液冷的复合散热装置，涉及冷散热领域，具体来说是采用相变材料和液冷结合的散热装置。该散热装置包括：相变区盖板、相变材料、散热器、液冷区盖板，所述散热器为板状结构，散热器的一侧设置放置相变材料的凹陷区，该凹陷区对应的另一侧设置微流道；相变材料采用相变区盖板封装，微流道采用液冷区盖板封装，液冷区盖板未封装的一侧设置冷却液的注液口和出液口；热源设置于相变区盖板的未封装一侧；其特征在于所述散热器的凹陷区内阵列设置有多个泡沫铝材料的柱状凸起，相变材料填充凹陷区内柱状凸起之间的间隙，凹陷区外侧设置有一圈密封槽。具有散热均匀散热效率高的优点。

技术领域

本发明涉及冷散热领域，具体来说是采用相变材料和液冷结合的散热装置。

背景技术

LED(Light Emitting Diode)，发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。随着LED技术逐渐成熟，它的节能、成本低、寿命超长、耐用性好、元件体积小、响应速度快、亮度衰减低等优点开始引人注意。因此，LED灯具在各行各业的应用也越来越广泛。目前，LED被广泛应用于路灯照明、码头照明、矿山照明等需要光效高的地方。

随着尺寸的减小、功率的大幅提高以及受目前加工工艺的限制，当LED光源处于工作状态的时候，大功率LED只能将10％～20％的输入功率转化为光能,而其余80％～90％转化成了热能。因为处在一个相对密闭且空间较窄的环境。如果热量不能及时有效的散出，会使LED芯片温度迅速升高，而温度对LED芯片的工作性能影响极大，高温会导致芯片出射的光子减少，色温质量下降，加快芯片老化，缩短器件寿命等严重后果。同时，较高的温度也会使灯具内部产生雾气，影响照明效果。

因此，LED的散热问题也是一个重点问题，散热好不好直接关系到LED灯是否能持久稳定可靠的工作。目前，传统的LED散热主要还是依靠被动散热。即依靠LED背后的散热翅片通过自然对流来带走热量。散热效果不理想，若遇上外部炎热高温环境，散热效果更差，直接影响LED的使用寿命。近年来，由于相变散热和液冷散热在散热效果方面的种种优势，使得在工业上，如汽车、飞机引擎、电子芯片等得到了广泛应用。

物质在发生相变(熔化/凝固或蒸发/液化)的过程中，会吸收或释放大量的潜热，相变散热技术就是运用PCM(Phase Change Material,相变材料)的这一特点来实现对发热元器件的冷却。PCM是发展相变散热技术的核心和基础，种类繁多，并各有千秋。在实际中PCM的选用应根据应用场合有所侧重。

石蜡的相变潜热大、相变温度范围广。虽然石蜡有液相生成,需用容器封装,但作为一种相变材料它具有很多优点,如相变潜热高、几乎没有过冷现象、熔化时蒸气压力低、不易发生化学反应且化学稳定性较好，在多次吸放热后相变温度和相变潜热变化很小、自成核、没有相分离和腐蚀性,价格较低。

石墨烯具有非常好的热传导性能，单层石墨烯是目前为止导热系数最高的碳材料，作为载体时，导热系数可达600W/(m.k),可作为一种理想的复合相变材料的填料。

具有超轻结构的泡沫金属是近几年发展起来的一种新型功能材料，常指孔径范围在0.1-10mm或更大，且孔隙率大于45％的多孔金属，具有高孔隙率，低密度及高导热率等优异特性。泡沫金属一般分为闭孔和通孔两种，通孔泡沫金属常用作强化传热。由于石蜡的导热系数极低，导致自身的储热速率很低，所以在纯石蜡中会经常填充一定比例的高导热率的泡沫金属，如泡沫铝、泡沫铜、膨胀石墨烯等物质，从而形成复合相变材料。这样会极大增加石蜡的等效导热系数，提高其相变潜热能力。

微通道散热结构比传统散热结构有更大的散热面积，更大的体积换热系数，换热效率高，满足更高的能效标准，使得单位质量的传热性能大大提高，而且具有优良的耐压性能。由于石墨烯是目前最薄的二维晶体材料，具有比表面积、载流子迁移率高、导热性能极佳等优异性能，被称为“新材料之王”。因此将单纯的冷却液换成含有石墨烯粉末的冷却液可以显著提高冷却液的散热能力。

发明内容