CN101044809A - 镀覆有碳纳米管的散热装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种镀覆有碳纳米管的散热装置及其制造方法。碳纳米管分散地镀覆在散热装置的表面，通过热交换散发由预定设备或部件产生的热量。因此，形成碳纳米管结构，使得散热装置的散热特性得到改善且尺寸减小。因此可减小电子装置的尺寸，并有效散发由高集成电子芯片产生的热量，从而提高工作电路的寿命和性能。

Description

镀覆有碳纳米管的散热装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及散热装置及其制造方法，更具体地说，涉及一种在其中设有使用浸渍涂布处理形成碳纳米管结构的散热装置及其制造方法。
背景技术
众所周知，移动通信中继站用的高功率放大器(APM)和线性功率放大器(LPA)、个人电脑(PC)的中央处理单元(CPU)、服务器级工作站的多重处理单元(MPU)以及中转基站的功率放大单元(PAU)都是会产生很多热量的电子部件。当这些电子部件在破坏载荷下运行时，它们的表面温度升高，由于产生的热量它们会过热。因此，极有可能引起部件故障和损坏。
为了防止部件的故障和损坏，已提出了一种散发电子设备热量的装置。通常，翅片式散热器和热管被用作散热装置的代表。翅片式散热器使用散热片来散发热源产生的热量。同样，热管通过毛细管结构将热量带走，从而散发热源产生的热量。
图1是现有的使用翅片式散热器的CPU散热设备的透视图。
参照图1，CPU 50安装在主板10上，散热装置30设置在CPU 50上。散热装置30的底板31与CPU 50接触，多个散热翅片32从底板31的顶面垂直伸出。
散热风扇20设置在散热装置30上，并将空气带到附着在CPU 50顶面的散热装置30处，使得CPU 50冷却下来。
CPU 50产生的热量被传送到与其接触的散热装置30。然后，散热装置30被空气冷却，散热装置30的底板31和散热片32之间的空气再由散热风扇20带走。因此，被传送到散热装置30的热量减少。
图2是现有的热管的截面图。所述热管非常有利于散发大量的热量，不会产生噪音，也不需要外部能量。
参照图2，所述热管包括冷却液110，它利用密封管120中的相变来传送热量。具体地，当吸热器100吸收例如CPU之类的发热元件产生的热量时，冷却液100蒸发并到达与管道120的上部相对应的冷凝器130，因此热量被散发。接下来，被蒸发的冷却液再次被液化，并沿着管道120的内壁向下返回到冷却液110中。冷却液110的沸点和冷凝点由液体的物理特性和管道120的内部压力确定。
发明内容
技术问题
使用上述翅片式散热器或热管对电子部件进行散热包括使用散热片散热的过程。
但是，即使用于现有计算机散热设备的上述散热装置或热管吸收了大量的热量，但散热片的数量(也就是，散热面积或热传送面积)受到限制，不能减少放出的热量，因此降低了散热效率。结果，放出的热量不能被充分散发。
为了解决这个问题，需设置大尺寸的散热片。但是，这很昂贵，并很难使计算机散热设备的尺寸变小。由于这个原因，小尺寸或高集成电子装置没有足够的散热空间。
另外，近几年，随着电路芯片的集成密度增加，越来越趋向于减小电子装置的尺寸。因此，急需研发一种具有较高热交换效率的小尺寸散热设备及其材料。
技术方案
本发明提供了一种散热设备及其制造方法，所述散热设备将吸热器的表面积最大化以进行散热，并改善了传热效率。
根据本发明的一方面，在散热装置的散热片表面设置碳纳米管结构，利用热交换来散发由预定设备或部件产生的热量。制造带有所述碳纳米管结构的散热装置的方法包括形成带有多个散热片的散热装置，将所述散热装置浸渍在装有溶剂的电镀槽中，所述溶剂带有分散的碳纳米管。在这之后，以恒定速度取出所述散热装置，从而在各散热片的表面形成浸润层。接下来，干燥浸润层，以吸附各散热片表面的碳纳米管。
有益效果
本发明通过在散热装置上形成碳纳米管结构，将热交换效率最大化。
同样，通过改善热交换效率，散热装置的尺寸也可变得很小。因此，电子装置可被缩小，高集成度的电路芯片所产生的热量可被有效散发。因此，工作电路的寿命和性能得到改善。
附图说明
图1是现有的使用翅片式散热器的CPU散热设备的透视图；
图2是现有的热管的截面图；
图3是根据本发明的典型实施例、其上吸附有碳纳米管的散热片的照片；
图4至7是根据本发明的典型实施例示出在散热片上镀覆碳纳米管的方法的截面图。
具体实施方式
下文将参照附图更完整地描述本发明，在所述附图中示出了本发明的典型实施例。在这些图中，为清楚起见，层的形状和厚度可能是夸大的，并且相同的参考标号用来表示各图中相同的元件。
图3是根据本发明的典型实施例的散热片表面的照片，所述表面上吸附有碳纳米管。
图3示出了形成包括多个散热片的散热装置、并在所述散热装置上执行浸渍镀覆处理的后的散热片表面。在一个实施例中，由于在散热片的表面设有碳纳米管，与具有平面结构的现有散热片相比，所述散热片可将热交换的接触部分增加几百倍到几千倍。而且，碳纳米管的热传导率为1800至6000W/mK，其热传导能力远远高于热传导率为401W/mK的铜(Cu)。
图4至7是根据本发明的典型实施例示出在散热片上镀覆碳纳米管的方法的截面图。
参照图4，包括多个散热片301的散热装置300被组装而成。散热片301可由Cu制成。
参照图5，碳纳米管320均匀地分布在电镀池310内的溶剂315中。在本发明中，碳纳米管320是但不限于具有高纵横比10-10,000和95％或以上高纯度的碳纳米管。在本发明中，每个碳纳米管320的直径为10-15nm，长度为10-20μm。分散溶剂315用于将成束的碳纳米管彼此分开，可以是但不限于，能够将碳纳米管分开的溶剂，且具有低蒸发点。例如，分散溶剂315由1，2-二氯苯、异丙醇(IPA)、丙酮、甲醇、或乙醇制成。在本发明中，二氯苯被用作分散溶剂315。碳纳米管320适当地与溶剂315混合，并利用超声波分散在溶剂315中。当不会对碳纳米管320造成损坏时，可使用超声波。通常，可以以40-60KHz的强度执行超声波约1小时。
由于非精制的碳纳米管320含有非晶形催化剂、金属催化剂、以及碳纳米微粒，在碳纳米管320分散在溶剂315之前，需要进行预处理。具体而言，清除杂质，并对碳纳米管320进行退火。最初，执行气相氧化过程或液相氧化过程以从碳纳米管粉末中清除非晶形碳或碳纳米微粒。在典型的气相氧化过程中，使用炉子将碳纳米管粉末在空气中以470℃-750℃的温度氧化约1小时。同样，在液相氧化过程中，碳纳米管320被放在过氧化氢中，以100℃的温度加热12小时。结果，通过尺寸为0.5-1μm的气孔过滤器，可将精制的碳纳米管与过氧化氢分离。为了清除用于合成碳纳米管的金属催化剂，碳纳米管被放置在约10g/公升的硝酸(HNO3)溶剂中，以50℃的温度加热约1小时。之后，为了将精制碳纳米管切割成期望的尺寸，将该精制碳纳米管放置在H2SO4和HNO3以约3∶1混合而成的溶剂中，然后以约70℃的温度加热。在这种情况下，碳纳米管320的长度由加热时间确定。例如，当碳纳米管320被加热10小时，它们的长度约为2-5μm，当碳纳米管320被加热20小时，它们的长度约为0.5-1.0μm。最后，碳纳米管320在真空炉或位于空气中的炉子中以80℃的温度退火30分钟，从而使用酸处理将官能团从碳纳米管320中清除，并可分解碳纳米管320的重新结晶。
在将精制的碳纳米管320置入溶剂315中后，通过导入超声波约1小时将碳纳米管320分散在溶剂315中。如果需要，可使用少量的分散剂来有效分散碳纳米管320。
将组装后的散热装置300缓缓浸入分散有碳纳米管320的溶剂315中，最初，碳纳米管320未覆盖到散热装置300上。
参照图6，以1-10cm/min的恒速、10-90°的角度从电镀池310内的溶剂315中缓缓取出散热装置300。这样的话，便在散热装置300上形成包含碳纳米管320的浸润层。
参照图7，浸润层被干燥，因此碳纳米管320被吸附于散热片(图4中的301)的表面。浸润层在80-95℃的温度下被干燥，因此溶剂315快速蒸发。该干燥过程可以在真空中执行，以防止吸收空气中的杂质。
在上述的过程中，将散热装置300浸入溶剂315、形成浸润层、以及干燥浸润层的过程可重复执行约1-40次，从而碳纳米管可合适地附着在散热片上。
如上所述，可以解释为，使用吸附作为驱动力，使散热片上镀覆碳纳米管。具体而言，所吸附的碳纳米管通过范德瓦耳斯力(Van der Waals force)、静电、以及氢键结合与散热片紧密结合。所镀覆的碳纳米管不是自动对齐的，而是没有特定形状的。
当适当数量的碳纳米管镀覆在散热片上以后，散热效果可大大增强。但是，当碳纳米管不均匀地附着、形成较严重的块状时，散热效果会降低。因此，在散热片上镀覆适量的碳纳米管是很重要的。
通过在散热片上镀覆碳纳米管，表面积大大增加，因此提高了散热效率。特别地，由于电子部件的尺寸减小，可有效改善散热装置的散热特性。
根据如上所述的本发明，与现有的散热装置相比，本发明的散热装置的表面积增加了几百倍至几千倍。因此，如电子装置之类的发热元件所产生的热量被散热装置吸收，并通过发生大量热交换的空气界面上的碳纳米管结构排放到空气中。在这种情况下，由于碳纳米管结构有非常高的传热率和很大的表面积，产生的热量可被快速排放到空气中。
根据本发明的镀覆有碳纳米管的散热装置可应用于通过压缩和冷凝散发热量的装置，例如，空调设备和机器，并不限于包括手提电脑在内的计算机的散热设备(CPU散热器、显卡散热器、散热片、热管散热器)。
虽然已经参照某些代表性实施例对本发明进行了描述，但是本领域的技术人员将会理解，可以对本发明做出各种修改和变化，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的范围由附加的权利要求及其等效替换来限定。
工业实用性
本发明通过在散热装置上形成碳纳米管结构，可将热交换效率最大化。
并且，通过改善热交换效率，散热装置的尺寸可变得较小。因此，电子装置的尺寸可减小，高集成电路芯片产生的热量可被有效地散发。因此，工作电路的寿命和性能可得到改善。

Claims (5)

1、一种制造散热装置的方法，其特征在于，包括：
构造包括多个散热片的散热装置；
将所述散热装置浸入电镀池，所述电镀池内包含带有分散的碳纳米管的溶剂；
通过以恒定速度将所述散热装置取出，在各散热片的表面形成浸润层；以及
干燥所述浸润层，以将碳纳米管吸附在各散热片的表面上。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，干燥所述浸润层在80-95℃的温度执行，且浸渍散热装置、形成浸润层以及干燥浸润层重复执行1至40次。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂由下组中的至少一种制成：1，2-二氯苯、异丙醇(IPA)、丙酮、甲醇、和乙醇。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每根碳纳米管的直径为10-15nm，长度为0.5-20μm。
5、一种散热装置，其特征在于，包括多个散热片，各散热片均具有吸附有碳纳米管的表面，所述散热装置由根据权利要求1-4中的任意一项所述的方法制成。
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