[发明专利]一种定向微通道和无序孔复合热沉及其制备方法

说明书

本发明公开了一种定向微通道和无序孔复合热沉，包括热沉本体，所述热沉本体上沿同向设置有多个贯通整个热沉本体的微通道，所述热沉本体的多个微通道之间还设置有多个微孔。本发明还公开了上述热沉的制备方法，通过制浆、埋丝、干燥、预烧结、烧结还原等步骤制备出上述热沉。本发明整体制备工艺简单，制造成本较低，制备的热沉内部具有连续微通道和辅助热交换的微孔，散热性能极为优异。

技术领域

本发明涉及热沉散热技术领域，特别涉及一种定向微通道和无序孔复合热沉及其制备方法。

背景技术

随着微电子行业和新能源产业的发展，散热是一个不得不面对的重要课题，尤其是在一些相对封闭的环境下，如电动汽车电池组、大型风力发电设备电子元件和超级计算机集成芯片的散热等。据美国宇航局(NASA)统计，90％任务失败的原因在于电子元器件过热而出现的失效。在科技部下发的“变革性技术关键科学问题”重点专项2020年度项目申报指南中，超高热流密度微通道散热新原理及关键技术被列为了第三项急需解决的重大科技难题。其中明确指出通过发展流—固—热—力—电多要素协同技术来研制针对超高热流密度芯片的高效散热系统。因此，利用新的技术手段来制备新型换热微通道结构，改善微通道中流体的流动性、加大流体与微通道的接触传热面积、增加冷却液对热源所传出热量的吸收速率，从而提升冷却液在微通道中的换热效率，是解决这一科学难题的重要可行方法之一。

现今，大部分技术所研制的强迫对流散热材料主要为单层微通道热沉和无序多孔金属1，2。应对高热流密度的发热元件，铜通常被用在这些散热材料中，因为其拥有较高的传热散热效率(所有金属中铜的热导率为403W/mK，仅次于银的429W/mK，远高于铝的237W/mK)和较好的经济效益(铜6.52USD/kg的价格只有银510.71USD/kg的1.3％)。目前已经商业化生产的微通道铜热沉(Thermacore公司的Microchannels Cu)和多孔铜散热材料(Versarien公司的LCS porous Cu)，它们的优缺点都非常明显。相比微通道铜热沉，多孔铜具有更多的散热面积和更高的换热系数。但是，流体通过多孔金属时的阻力也相对更大，其入口压力往往是微通道的10倍以上，需要更大功率的驱动泵来促使内部冷媒的流动，大大增加了使用时的能耗。

目前，现有技术还发明了采用多层微通道的散热结构。如公开号为CN103745961B，发明名称为“使用藕状多孔材料微通道模块的散热装置”就公开了一种定向微通道的散热材料结构，采用金属-气体共晶定向凝固的方式制备出多层定向微通道。然而现有技术中的定向微通道热沉由于制备工艺的限制，其定向微通道的长度有限，微通道的占比和分布较难控制，制备出的散热装置一般由多块带有定向微通道的材料拼接而成，微通道并不连续，散热性能提升有限，而且制备过程较为复杂，成本相对较高。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的至少一种技术问题，提供一种定向微通道和无序孔复合热沉及其制备方法，整体制备工艺简单，制造成本较低，制备的热沉内部具有连续微通道和辅助热交换的微孔，散热性能极为优异。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种定向微通道和无序孔复合热沉，包括热沉本体，所述热沉本体上沿同向设置有多个贯通整个热沉本体的微通道，所述热沉本体的多个微通道之间还设置有多个微孔。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述多个微通道之间通过微孔连通。

进一步，所述热沉本体采用导热金属材料制成。

优选的，所述热沉本体采用铜、镍基合金或钢制成。

进一步，所述微通道体积占热沉本体的30～70％。

优选的，所述微通道体积占热沉本体的40～60％。

进一步，所述微通道的直径为50～1000μm。

优选的，所述微通道的直径为100～800μm。