[发明专利]一种具有梯度吸液芯结构的均热板及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有梯度吸液芯结构的均热板及其制备方法，该均热板包括上壳板、冷凝端吸液芯、支撑柱、蒸发端吸液芯、下壳板和注液管；其中：所述下壳板内表面可为平面或阶梯凹面，其按照与热源接触区域的相对位置可以分别划分为不同区域，所述蒸发端吸液芯为不同毛细孔径和孔隙率的复合多孔介质，并且毛细孔径和孔隙率随着不同区域位置的改变而发生改变，从而形成具有梯度特性的吸液芯结构。本发明通过对吸液芯的有效毛细孔径、孔隙率等进行调控，制备出毛细驱动力大、渗透率高、流动阻力小的吸液芯结构，基于该吸液芯结构制备的均热板具有传热能力大、传热效率高、逆重力性能强、可靠度高等优点，能够满足高热流密度的电子设备的散热需求。

技术领域

本发明属于电子信息系统散热技术领域，具体涉及一种具有梯度吸液芯结构的均热板及其制备方法。

背景技术

随着电子信息技术的不断革新与发展，电子设备逐渐向系统紧凑化、高性能化及高集成化方向快速发展，电子芯片的功耗和热流密度也越来越高。相关研究表明，目前电子芯片的局部热流密将超过1000 W/cm²，且平均热流密度也已经达到500 W/cm²，如果没有合理的散热方式对电子芯片进行散热，将会导致电子芯片的温度升高，其工作稳定性、可靠性和使用寿命将会大幅度降低，甚至会导致电子元器件的热变形与损坏。一般而言，当电子芯片的工作温度超过最大可允许温度时，温度每升高10℃，其工作稳定性和可靠性将会降低50%。因此，安全高效的散热技术对于电子信息技术的发展具有重大意义，可以有效促进云计算、大数据、移动通讯等领域的快速发展。

热管是一种被动式相变传热元件，其当量导热系数可达铜的数十倍甚至百倍，具有导热系数高和均温性好的优点，广泛应用于电子信息技术、航空航天和军事等领域。传统的热管通常为圆柱状或者扁平状，其主要用于从热源到热沉的一维单方向传热。而在实际应用中，二维平面传热的应用更为广泛。作为一种特殊的平板热管，均热板是一种针对二维平面传热的相变传热元件，可以快速、有效地将热量均匀铺展开来，实现高热流密度电子芯片的高效散热。目前，超薄均热板已经成为移动电子设备的散热首选。

均热板由上、下壳板、吸液芯、支撑柱、充液管以及工作介质组成。吸液芯在均热板中的作用主要是为液体工质提供毛细驱动力，促进液体工质从冷凝端回流至蒸发端。根据各自功能不同，均热板蒸发段吸液芯通常需要较强的亲水特性，从而产生更大的毛细驱动力；然而冷凝端吸液芯往往需要较强的疏水特性，从而促进液体工质的冷凝与回流。目前，常见单一种类的吸液芯结构为丝网烧结芯、槽道芯以及粉末烧结芯。丝网烧结吸液芯由多层金属丝网烧结而成，这类吸液芯相对而言结构简单、制造方便、成本较低，目前在市场上的应用非常广泛。槽道吸液芯是通过挤压、线切割、化学刻蚀等多种工艺在管壁上加工出矩形、三角形、Ω型等一系列微沟槽，由于加工制造工艺比较简单，槽道吸液芯深受广大研究学者的青睐，其自身的传热性能也随沟槽形状的变化而发生改变。粉末烧结芯是目前商业上应用最广泛的一种高效吸液芯，它可以根据烧结模具的改变烧结得出不同形状的结构。通常制备粉末烧结吸液芯主要采用固相烧结技术，一般可分为松装烧结和冷压成型烧结。

随着微纳米技术的发展，尤其是碳纳米管，其具有高热导率和大孔隙率等优点，可用作均热板的毛细结构，为高热通量热管理提供更高的毛细作用力。蒸发端的微纳米复合结构不仅可以提升吸液芯的毛细驱动力，还可以提供更多气化核心来强化沸腾换热性能。另外，冷凝端的微纳米复合结构可以实现冷凝端的珠状凝结，强化冷凝端的冷凝换热性能。最后，还可通过纳米技术对吸液芯表面的亲疏水特性进行调控，从而实现较小的液体流动阻力和较大的毛细驱动力，从而有效强化相变传热元件的换热系数及临界热流密度。

目前已公开的均热板技术主要存在以下不足：

（1）伴随着均热板紧凑化和高性能化的迫切需求，传统单一结构的吸液芯很难兼具大毛细驱动力以及高渗透率的特性，从而造成均热板整体性能降低；

（2）目前绝大多数均热板采用烧结吸液芯，但很少对其吸液芯进行表面改性，未能进一步提升均热板的性能；