CN101232794A - 均热板及散热装置 - Google Patents

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Abstract

一种均热板，包括一底板及一盖板，所述底板与盖板之间密闭形成一腔室，该腔室内填充有一工作流体，该腔室内还设有连接所述底板与盖板之间的第一毛细结构，所述第一毛细结构包括至少一纳米碳管阵列，本发明利用该均热板内由纳米碳管阵列构成的毛细结构的高热传导性能将电子元件所产生的热量传递至位于均热板上方散热器，达到减小热阻的功效，有效解决高发热量电子元件的散热问题。本发明还提供一种散热装置，该散热装置由散热器与上述均热板组合形成。

Description

均热板及散热装置
技术领域
本发明涉及一种均热板，特别涉及一种用于为电子元件进行散热的均热板及散热装置。
背景技术
诸如电脑中央处理器、北桥芯片、发光二极管等高功率电子元件朝向更轻薄短小以及多功能、更快速运行的趋势发展，其在运行时单位面积所产生的热量也随之愈来愈多，这些热量如果不能被及时有效地散去，将直接导致温度急剧上升，而严重影响到发热电子元件的正常运行。为此，需要散热装置来对这些电子元件进行散热。
最典型的散热装置是使发热电子元件与配有风扇的鳍片式散热器接触通过热传导达成散热目的，为应较高热通量(heat flux)的移除，在发热电子元件与散热器之间通常加装一具有良好热传导性的均热板(heat spreader)，该散热器通常较发热电子元件的面积大，因此该均热板的作用是将发热电子元件产生的热量在传到散热器之前先均匀分布，以充分发挥散热器的效能，该均热板可使用铜、铝等较高热导系数的金属材料，但金属板受制于材料本身有限的热传导性，若对高热通量的发热电子元件或者使用较大的均热板面积来实现热量均匀分布时，仍会产生明显的热阻而无法达到良好均热分布之预期目的，以致散热装置的整体散热效率不甚理想。
发明内容
有鉴于此，在此实有必要提供一种热阻较小从而能将热量及时、有效地传递并散发出去的均热板及具有该均热板的散热装置。
一种均热板，包括一底板及一盖板，所述底板与盖板之间密闭形成一腔室，该腔室内填充有一工作流体，该腔室内还设有连接于所述底板与盖板之间的第一毛细结构，所述第一毛细结构包括至少一纳米碳管阵列。
一种散热装置，由一散热器与上述均热板组合形成。
与现有技术相比，本发明利用该均热板内由纳米碳管阵列构成的毛细结构在纵向上所具有的高热传导性能将发热电子元件所产生的热量及时地传递至散热器，并同时结合均热板内的工作流体的相变化作用而具有的良好横向热传导特性，从而达到减小热阻的功效，有效解决高发热量电子元件的散热问题。同时，该毛细结构还为冷凝后的液体提供回流的毛细力以及为均热板提供支撑作用。
附图说明
下面参考附图，结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明散热装置第一实施例的剖视图。
图2是图1散热装置中均热板的示意图。
图3是图2沿III-III线的剖视图。
图4是图2所示均热板另一实施例的示意图。
图5是图2所示均热板又一实施例的示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明散热装置的第一实施例，包括一均热板10、贴设于该均热板10下侧的一电子元件20及位于该均热板10上侧的一散热器30，其中该电子元件20可为电脑中央处理器、北桥芯片、图形视频阵列或者发光二极管等。
该散热器30由具高导热性能的金属，如铜、铝等制成，包括一平板型的基座31及从基座31向上延伸的若干散热鳍片32，所述散热器30可提供一较大的散热面积将电子元件20产生的热量及时地散发至环境中。
如图2及图3所示，该均热板10包括一底板12、一盖板14及设于该底板10与盖板14之间的毛细结构15。该底板12与盖板14由铜、铝或者其它具有高导热系数的材料制成，且均呈平板状，该盖板14的周边部分垂直向下弯折一定高度形成一侧壁142，该侧壁142的末端向外弯折沿水平方向延伸形成一折边部140，该折边部140的外围尺寸与底板12相当，通过将该折边部140与底板12的周边120焊接固定，从而于底板12与盖板14之间形成一密闭的腔室11。该腔室11内一般被抽至一定的真空状态，且填充有低沸点工作流体，如水、酒精等，从而利用工作流体的相变化达到快速传热与均热的目的。该毛细结构15包括连接底板12与盖板14之间的7个纳米碳管阵列151，这些纳米碳管阵列151均呈长方体状，其高度等于或略大于腔室11的高度。所述纳米碳管阵列151等间隔的平行排布于该腔室11内，分别与底板12与盖板14相互抵压固定。为进一步固定该纳米碳管阵列151，也可于该底板12与盖板14的内侧壁面上对应于纳米碳管阵列151的位置开设相应大小的槽道，从而将纳米碳管阵列151的两端分别收容固定于槽道内。
本实施例中，为形成该毛细结构15中纳米碳管阵列151，首先采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)在一基板，如矽基板(Si substrate)或者纯铜基板(copper substrate)上在催化剂的作用下生长形成该纳米碳管阵列151，目前，现阶段的纳米碳管生长技术已可达毫米(mm)级。之后，将带有纳米碳管阵列151的基板置于可抽真空的容器中对其进行抽真空，使纳米碳管阵列151中的空气排出，然后将该纳米碳管阵列151置入纯水中，使纳米碳管阵列151中的空隙由水填充，再将之置于可使水凝固的低温环境中使纳米碳管阵列151中的水凝固为固态，即可得到纳米碳管阵列151整齐排布于水分子中的复合材料，最后进行切割操作，按照所需高度沿垂直于纳米碳管阵列生长方向切割该复合材料，从而得到大量具有预订高度且长度均一的纳米碳管阵列151。
目前，业界制备纳米碳管热传导材料的技术亦有采用多种不同的方式，比如清华大学专利申请公开第200410026846.9号、第200410026778.6号揭露的制造步骤为先生长纳米碳管阵列，接着放入至由高分子材料，如石蜡等组成的溶剂中，待固化后形成载体，最后经由裁切成适当高度而得到纳米碳管阵列。本实施例也可采用上述方法制备该毛细结构15的纳米碳管阵列151，然而由于腔室11内填充有水或者酒精等工作流体，上述方法所制备的纳米碳管阵列需要再经由高温而将内部的高分子材料去除，如用石蜡作为高分子溶剂时，最后需要进行脱蜡步骤将石蜡去除。实际上，为节省去除石蜡的步骤，可以用纯水替代所述高分子溶剂起到固化而方便切割操作，即利用纯水在低温下固化而作为纳米碳管阵列151的载体对其进行裁切，这样形成所述纳米碳管阵列151后置入均热板10内时，不需要再进行除去石蜡的步骤。
操作时，该电子元件20贴在均热板10的底板12的下表面，该底板12即为均热板10的吸热面，而均热板10的盖板14则与散热器30的基座31热性连接，为均热板10的散热面。纳米碳管阵列151连接于均热板10的底板12与盖板14之间。电子元件20工作时所产生热量首先被底板12吸收，然后其中一部分热量经由底板12传递至腔室11内的工作流体，由于工作流体选用低沸点的液体，其吸热后快速蒸发产生蒸汽，由于蒸气在腔室11内的传播阻力几乎可以忽略，产生的蒸气将迅速充满整个腔室11，而当碰到均热板10的散热面(即盖板14)时将再次冷却成液体并沿着纳米碳管阵列151回流至底板12位置处而进入下一次循环，由于纳米碳管阵列151中间具有大量通孔，可产生毛细作用力促使冷却后的工作液体回流。众所周知，当一流体发生相变化时的热传系数通常是不发生相变化时的数十倍甚至数百倍，因此通过工作流体的相变化可大幅提升热量的传递效率及扩散效率并能将电子元件所产生的热量迅速均布于整个腔室11。电子元件20的另外部分热量则直接自底板12传导至纳米碳管阵列151，经由纳米碳管阵列151传递至盖板14，由于纳米碳管在生长方向上的热传导系数为3000～6600W/m.k，从而在底板12与盖板14之间形成高效的传热路径，大大减小了热量从电子元件20由均热板10传递至散热器30间的热阻，此部分热量可直接经由纳米碳管阵列151而快速地传导至散热器30并散布至环境中，如此极大地强化热传功能。
如图4所示为第二实施例中的均热板10a，其与第一实施中均热板10的区别在于，该底板12与盖板14于形成腔室11的内侧壁面上形成有另一毛细结构17。该毛细结构17为多孔隙的网目(mesh)、纤维(fiber)、微沟槽(groove)、烧结粉末(sintered powder)或者以上各类型式的复合毛细结构。如图5所示的第三实施例中，该毛细结构17同样也可由高热传导系数的纳米碳管阵列构成，当该毛细结构17为由纳米碳管阵列构成时，形成该毛细结构17的方法可以采用与前述毛细结构15的形成方法相同，在此不再赘述。
由于生长纳米碳管一般要在高达600℃～700℃的高温下进行，当该底板12或盖板14是由耐高温材料，比如铜材料制成时，形成该毛细结构17的方法还可以采用直接以底板12或盖板14作为基板，在该铜制的底板12或铜制的盖板14上直接生长纳米碳管阵列，从而得到由大量纳米碳管阵列所构成的毛细结构17。
工作时，腔室内的工作流体吸热蒸发产生蒸汽，蒸气在碰到均热板10a的散热面(即盖板14)时冷却成液体，而毛细结构17与毛细结构15均可产生毛细作用力促使冷却后的工作液体回流，且分别利用底板12和盖板14的内壁面上的毛细结构17中纳米碳管阵列的高热传导性能，并结合毛细结构15中的纳米碳管阵列151，增强吸热面(底板12)的吸热性能和散热面(盖板14)的散热性能，共同形成高效的传热路径，大大减小了热量从电子元件20由均热板10a传递至散热器30的热阻。该均热板10a的热传导性能不受方向性的影响，即使在倾斜状态下使用也能发挥正常传热功能，达到快速且充分传导热量的目的。
上述各实施例中的毛细结构15支撑于均热板10的底板12及盖板14之间，该毛细结构15中的纳米碳管阵列151由于经由生长形成，沿纵向(即生长方向)具有很高的热传导系数，热传导特性十分优异，提供纵向快速导热，有效地将发热电子元件20所产生的热量及时地传递至散热器30，并同时结合均热板10内的工作流体的相变化作用而具有的良好横向热传导特性，综合达到有效减小热阻的功效，达到将热量从发热电子元件20经由均热板10而快速且均匀地传导至散热器30以及时地散发，有效解决高发热量电子元件的散热问题。同时，该毛细结构15还为冷凝后的液体提供回流的毛细力以及为均热板10提供支撑作用，从而提供支撑、热传导及流体输送等多重功能。

Claims (9)

1.一种均热板，包括一底板及一盖板，所述底板与盖板之间密闭形成一腔室，该腔室内填充有一工作流体，其特征在于：该腔室内设有连接所述底板与盖板之间的第一毛细结构，所述第一毛细结构包括至少一纳米碳管阵列。
2.如权利要求1所述的均热板，其特征在于：该底板与盖板的内侧壁面上进一步设有第二毛细结构。
3.如权利要求1所述的均热板，其特征在于：该底板与盖板由铜材料制成。
4.如权利要求2或3所述的均热板，其特征在于：该第二毛细结构为从底板与盖板上的内侧壁面上直接生长形成的纳米碳管阵列。
5.如权利要求2所述的均热板，其特征在于：该第二毛细结构选自网目、纤维、烧结粉末、微沟槽或者纳米碳管阵列。
6.如权利要求1所述的均热板，其特征在于：该盖板的周边部分向下弯折形成侧壁，该侧壁的末端与底板的周边焊接接合。
7.如权利要求1所述的均热板，其特征在于：所述第一毛细结构包括连接所述底板与盖板之间的若干纳米碳管阵列，这些纳米碳管阵列等间隔均匀排布于底板与盖板之间。
8.如权利要求1所述的均热板，其特征在于：该纳米碳管阵列的制作方法包括在催化剂的作用下从一基板上生长纳米碳管，再利用纯水填充该纳米碳管之间的间隙，利用纯水在低温环境中凝固固化后裁切而成。
9.一种散热装置，包括一均热板及置于该均热板一侧的一散热器，其特征在于：该均热板为权利要求1至8中任一项所述的均热板。
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