CN102022936A - 一种改进的用于微电子散热的高效单向传热热管 - Google Patents
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Abstract
一种改进的用于微电子散热的高效单向传热热管属于热管技术领域，涉及一种具体严格单向导热性的重力热管。本发明是使用于散热对象顶部的密封腔体，由上部的冷凝段，中部的绝热段，下部的蒸发段构成，内部盛放热管工质，其特征在于：腔体的底面依散热对象顶部的形状设置，且内表面布满划痕浅槽；腔体的顶部进行超疏水表面处理；腔体的内壁设置竖向排列的槽道与肋道间隔的毛细列通道，且进行超疏水表面处理。底部的划痕浅槽表面更容易形成气化；毛细列通道使冷凝工质液迅速的回流，避免出现热管工质干涸的现象；冷凝段顶部进行超疏水表面处理实现了珠状凝结。因此本发明提高了冷凝换热系数，保证了热管能够正常稳定的工作。
Description
技术领域
本发明属于热管技术领域，涉及一种具体严格单向导热性的重力热管。
背景技术
微电子芯片的应用遍及日常生活、生产乃至国家安全的各个层面，在现代文明中扮演着极其重要的角色。芯片发展的趋势是进一步提高集成度、减小芯片尺寸及增大时钟频率。以计算机芯片为例，1971年Intel公司生产的第一个芯片只含2300个晶体管，而如今在一枚Intel奔腾4芯片上，就集成有4200万个晶体管。高集成度对于电子仪器设备性能的升级是有利的。然而，与此同时芯片耗能和散热问题也凸现出来。电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集和小型化，使得电子器件的发热功率与功率密度也急剧增加。以电脑CPU芯片为例，其发热量已由几年前的10W/cm2左右猛增到现在的将近100W/cm2。因此，如果散热不良，产生的过高温度会降低电子设备芯片的工作稳定性，增加出错率，同时模块内部与其外部环境间所形成的热应力会直接影响到芯片的电性能、工作频率、机械强度及可靠性。因此，电子器件的散热和冷却技术将是影响微电子技术发展的关键因素。随着研究的深入，人们将热管应用到微电子散热领域。但是，对于特殊要求的微电子散热芯片来讲，实现严格的单向高效传热是保证电子芯片正常使用和延长寿命的主要方法，所以研究新的具有单向高效散热效果的特殊微型热管显得十分重要。
专利号为CN200810138527.5名称为“一种改进型单向重力热管”，其特征是能够有效防止热量沿重力热管管壳逆向传递，实现了重力热管的严格的单向导热性。但是，它却没有考虑热管内部由于热管工质与内壁的粘性附着力而造成的液体回流不畅易造成热管工质干涸、冷凝段顶部由于没有对表面进行处理不易形成珠状凝结，凝结换热系数低以及蒸发段受热面换热系数低的问题。
发明内容
本发明的目的在于为了解决上述问题，提供一种改进的用于微电子散热的高效单向传热热管，通过对单向传热热管内部进行处理，提高了换热、冷凝效率以及热管工质回流速率的一种用于微电子散热的高效电子散热元件。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
设计一种改进的用于微电子散热的高效单向传热热管，是一种使用于散热对象顶部的密封腔体，由上部的冷凝段，中部的绝热段，下部的蒸发段构成，内部盛放热管工质，冷凝段和蒸发段采用导热系数高的材料，绝热段采用导热系数低的材料。并且，腔体的底面依散热对象顶部的形状设置，且内表面布满划痕浅槽；腔体的顶部进行超疏水表面处理；腔体的内壁设置竖向排列的槽道与肋道间隔的毛细列通道，且进行超疏水表面处理。
所述槽道与肋道宽度一致，其宽度为0.5-3mm。
所述超疏水表面处理的工艺为：通过电化学刻蚀表面，再通过草酸阳极氧化来构造微纳米双重结构粗糙表面，最后通过表面氟硅烷修饰表面，形成超疏水表面。
本装置的主要优点在于：
1.热管蒸发段底部刻划出的划痕浅槽表面，更容易形成气化核心，实验证明能够使沸腾换热系数提高3倍，芯片发出的高热量能够被热管工质及时的带走。
2.实现了冷凝液的快速回流。在热管内壁利用机械加工技术沿重力方向加工出带有槽道结构毛细列通道并用电化学方法对槽道表面进行处理，形成了超疏水槽道表面，减小了冷凝液与热管内壁的粘性附着力，能够使冷凝工质液沿槽道在重力和毛细力的共同作用下迅速的回流，避免出现热管工质干涸的现象。
3.冷凝段顶部实现了珠状凝结，而珠状凝结是凝结换热系数最高的换热方式，因此提高了冷凝换热系数，能够使冷凝的热量快速的传递出热管，保证了热管能够正常稳定的工作。
附图说明
图1为本发明所述热管的一个优选实施例的剖面图
图2为图1所示实施例中热管内壁的形状示意图
图3为图2的C-C视图
图中：1、冷凝段，2、绝热段，3、蒸发段，4、冷凝段顶部，5、毛细列通道，6、密闭真空腔，7、热管工质，8、划痕浅槽表面。9、槽道，10、肋道。
具体实施方式
下面结合附图具体说明本发明的实施例：
附图1是热管的剖面图，包括冷凝段1，绝热段2，蒸发段3，冷凝段顶部4，毛细列通道5，密闭真空腔6，热管工质7，划痕浅槽表面8。其中冷凝段1和蒸发段3是由导热系数高的材料制成，如紫铜，导热系数为394～401W/m·K；绝热段2是由导热系数低的材料制成，如如钢，导热系数为36～54W/m·K；三者通过无缝焊接构成整体；然后在内壁加工具有槽道结构的毛细列通道5；槽道结构如附图2、3所示，毛细列通道5由间隔排列槽道9和肋道10组成。首先通过用电化学刻蚀表面，再通过草酸阳极氧化来构造微纳米双重结构粗糙表面，最后通过表面氟硅烷修饰槽道表面，形成超疏水槽道表面，即超疏水毛细列通道。毛细列通道5由于连接到蒸发段3所以当蒸发段3中的热管工质在受热蒸发后，使得热管工质液面下降，下降的液面对毛细列通道5中的冷凝液有毛细作用力，同时毛细列通道5中的冷凝液自身也受到重力的作用，所以冷凝液同时受到重力和毛细力的作用，能够迅速的回流到蒸发段3，避免了热管工质的干涸。毛细列通道5槽道宽度依据热管所用工质不同而不同，因为不同工质的表面张力不同，造成与槽道壁的粘性附着力也不同。若工质是二次蒸馏水，则槽道宽度为1.5mm。冷凝段顶部4同样用电化学处理方法处理，形成超疏水冷凝表面。这样，所形成的超疏水表面使得冷凝段顶部4冷凝时形成珠状凝结，众所周知，珠状凝结是换热效率最高的凝结方式。蒸发段底面表面进行划痕处理形成划痕浅槽表面8，这样蒸发段的受热面在受到来自芯片的急速升温时会增加气化核心的数量，实验证明换热系数比光滑受热面的换热系数提高3倍，保证了热量被热管工质迅速的吸收，避免了散热芯片的急速升温，而芯片的急速升温是导致芯片损坏的最大威胁。所有部分均通过无缝焊接链接而成，保证热管的密闭性。
Claims (3)
1.一种改进的用于微电子散热的高效单向传热热管，是使用于散热对象顶部的密封腔体，由上部的冷凝段，中部的绝热段，下部的蒸发段构成，内部盛放热管工质，冷凝段和蒸发段采用导热系数高的材料，绝热段采用导热系数低的材料，其特征在于：腔体的底面依散热对象顶部的形状设置，且内表面布满划痕浅槽；腔体的顶部进行超疏水表面处理；腔体的内壁设置竖向排列的槽道与肋道间隔的毛细列通道，且进行超疏水表面处理。
2.如权利要求1所述的一种改进的用于微电子散热的高效单向传热热管，其特征在于：所述槽道与肋道宽度一致，其宽度为0.5-3mm。
3.如权利要求1所述的一种改进的用于微电子散热的高效单向传热热管，其特征在于，所述超疏水表面处理的工艺为：通过电化学刻蚀表面，再通过草酸阳极氧化来构造微纳米双重结构粗糙表面，最后通过表面氟硅烷修饰表面，形成超疏水表面。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20121031 Termination date: 20141112 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |