CN103890937B

CN103890937B - 块体无定形合金散热器

Info

Publication number: CN103890937B
Application number: CN201180074254.2A
Authority: CN
Inventors: C·D·普雷斯特; J·普尔; J·W·史蒂维克; Q·T·帕姆; T·万纽克
Original assignee: Crucible Intellectual Property LLC; Apple Computer Inc
Current assignee: Apple Inc; Crucible Intellectual Property LLC
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2011-10-20
Publication date: 2017-05-03
Anticipated expiration: 2031-10-20
Also published as: US10433463B2; CN103890937A; KR20140088161A; KR101761985B1; WO2013058754A1; US20140334106A1; JP6100269B2; EP2769408A1; JP2015504593A

Abstract

本文的实施例涉及具有直接浮凸在包含金属合金的块体凝固型无定形合金中的纳米复制和/或微米复制的散热器，其中所述散热器被配置成通过空气的自然对流或空气的强制对流，或者通过流体的流体相变和/或液体的液体冷却将热量转移出所述散热器。其他实施例涉及具有所述散热器的装置。其他实施例涉及制造所述散热器和具有所述散热器的装置的方法。

Description

块体无定形合金散热器

技术领域

本发明涉及块体凝固型无定形金属合金散热器。

背景技术

散热器是将固体材料内产生的热量转移到诸如空气或液体的流体介质中的部件或组件的术语。散热器的实例为用于制冷和空调系统中的热交换器和汽车中的水箱（也是热交换器）。散热器还有助于冷却电子和光电设备，例如高功率激光器和发光二极管(LED)。

将散热器在物理上设计成增加与其周围的冷却流体（例如空气）接触的表面积。迎面空气速度、材料的选择、鳍片（或其他凸起）设计和表面处理是影响热阻（即散热器的热性能）的设计因素中的一些。散热器的一个工程应用是用于电子器件（通常为计算机中央处理单元(CPU)或图形处理器）的热管理。为此，散热器附接方法和热界面材料也影响处理器的最终节点或模片温度。

热量从散热器传递的速率q为传热系数(h)、热量通过其传递的传热表面积(A)和温度梯度(ΔT)的乘积。

q=h·A·ΔT

其中

q=输入的热流或损失的热流，J/s=W

h=传热系数，W/(m²K)

A=传热表面积，m²

ΔT=固体表面与周围流体区域之间的温度差，K

传热系数具有瓦/平方米-开尔文的SI单位：W/(m²K)。

由于从散热器传递的热量与传热表面积成比例，因此散热器的传热表面积越高，从散热器传递的热量就越高。

最常见的散热器材料为铝。用于制造散热器的不是化学上纯的铝，而是铝合金。铝合金1050A具有在229W/m·K的较高热导率值之一。然而，由于其为相对柔软的材料，因此不推荐用于机加工。铝合金6061和6063为更常用的铝合金，其热导率值分别为166W/m·K和201W/m·K。

铜也被使用，因为其具有铝的约两倍的传导率，但是重量为铝的三倍。铜可比铝贵约四到六倍。铝的附加优点在于其能够被挤压，而铜却不能。铜散热器被机加工和切削。另一种制造方法是将鳍片焊接到散热器基座中。

然而，常规散热器材料均不具有超塑性成形特性，该特性将允许其通过诸如压印的方法而被热成形，以形成微米级和纳米级的极高的传热表面积。

发明内容

本文的实施例涉及具有直接浮凸在包含金属合金的块体凝固型无定形合金中的纳米复制和/或微米复制的散热器，其中散热器被配置成通过空气的自然对流或空气的强制对流，或者通过流体的流体相变和/或液体的液体冷却将热量转移出散热器。其他实施例涉及具有散热器的装置。其他实施例涉及制造散热器和具有散热器的装置的方法。

附图说明

图1提供了示例性块体凝固型无定形合金的温度-粘度图。

图2提供了示例性块体凝固型无定形合金的时间温度转变(TTT)图的示意图。

图3提供了一个实施例的散热器的示意图，其中散热器具有高传导性材料的涂层。

图4提供了块体凝固型无定形合金的超塑成型以形成散热器的示意图。

图5提供了示出在一个应用中消耗的功率与不同类型的散热器的热效率之间的关系的示意图。

图6示出了引脚鳍片、直鳍片和扩口鳍片散热器类型。

图7提供了安装在散热器上的发热设备的示意图，该散热器具有基本上与发热设备接触的冷却通道。

图8提供了具有安装在块体凝固型无定形合金散热器(3)的一侧上的散热鳍片组(4)和冷却风扇或热电冷却设备(5)，并且具有安装在散热器(2)的另一侧上的电子设备(1)的装置的示意图，散热器与电子设备之间具有或不具有覆盖层(3)。

具体实施方式

在本说明书中所引用的所有出版物、专利和专利申请均据此全文以引用方式并入。

本文所用冠词“一个”和“一种”是指一个或多于一个（即，至少一个）冠词的语法对象。以举例的方式，“聚合物树脂”意指一种聚合物树脂或多于一种聚合物树脂。本文所引用的任何范围均包括端值在内。在本说明书的全文中所用的术语“基本上”和“约”用于描述并考虑小的波动。例如，它们可以指小于或等于±5%，例如小于或等于±2%、例如小于或等于±1%、例如小于或等于±0.5%、例如小于或等于±0.2%、例如小于或等于±0.1%、例如小于或等于±0.05%。

块体凝固型无定形合金或块体金属玻璃(“BMG”)为最近开发的一类金属材料。这些合金可以以相对较慢的速率凝固和冷却，并且它们在室温下保持无定形的非结晶（即，玻璃态）状态。无定形合金具有许多比其晶态对应物优越的特性。然而，如果冷却速率不够快，则晶体可能在冷却期间形成于合金内部，使得无定形状态的有益效果可能丧失。例如，制造块体无定形合金部件的一个挑战在于由缓慢冷却或合金原材料中的杂质所导致的部件的局部结晶。由于在BMG部件中可能需要较高程度的非晶度（并且相反地，较低程度的结晶度），因此需要开发用于铸造具有受控量的非晶度的BMG部件的方法。

图1（得自美国专利No.7,575,040）示出了来自由Liquidmetal Technology制造的Zr--Ti--Ni--Cu--Be族VIT-001系列的示例性块体凝固型无定形合金的粘度-温度曲线图。应该指出的是，在形成无定形固体期间，不存在块体凝固型无定形金属的明显液体/固体转变。随着过冷却逐渐扩大，熔融的合金变得越来越粘，直至其在大约玻璃化转变温度处接近固体形式。因此，块体凝固型无定形合金的凝固前沿的温度可为大约玻璃化转变温度，此处出于拔出经淬火的无定形片材产品的目的，合金将实际上充当固体。

图2（得自美国专利No.7,575,040）示出了示例性块体凝固型无定形合金的时间温度转变(TTT)冷却曲线或TTT图。与常规金属一样，块体凝固型无定形金属在冷却时不会经历液体/固体结晶转变。相反，随着温度降低（接近玻璃化转变温度Tg），在高温（接近“熔融温度”Tm）下发现的高度流体化的非晶态形式金属变得更粘，最终呈现常规固体的外在物理特性。

尽管块体凝固型无定形金属并不存在液体/结晶转变，但可将“熔融温度”Tm定义为对应结晶相的热力学液相线温度。在该机制下，块体凝固型无定形合金在熔融温度下的粘度可处于约0.1泊至约10,000泊的范围内，并且甚至有时低于0.01泊。在“熔融温度”下的较低粘度可提供使用块体凝固型无定形金属对壳体/模具的复杂精细部分进行更快且完全的填充，以便形成BMG部件。此外，熔融金属形成BMG部件的冷却速率必须使得在冷却期间时间温度曲线不横向穿过界定图2的TTT图中的结晶区的鼻形区域。在图2中，Tnose为其中结晶最为迅速且在最短时间尺度内出现的临界结晶温度Tx。

过冷液相区（介于Tg与Tx之间的温度区域）是抵抗块体凝固合金结晶的卓越稳定性的体现。在该温度区域内，块体凝固型合金可作为高粘滞液体存在。块体凝固型合金在过冷液相区中的粘度可以在玻璃化转变温度下的10¹²帕·秒与结晶温度（过冷液相区的高温极限）下的105帕·秒之间变化。具有此类粘度的液体可在所施加的压力下经受显著的塑性应变。本文的实施例利用过冷液相区中的较大塑性成形性能作为成形和分离方法。

需要对Tx进行一些阐释。在技术上，TTT图中所示的鼻形曲线将Tx描述为温度和时间的函数。因此，不管在加热或冷却金属合金时采取的是何种轨线，当碰到TTT曲线时，就已达到Tx。在图2中，将Tx示出为虚线，因为Tx可从接近Tm变化为接近Tg。

图2的示意性TTT图示出了在时间-温度轨线（示出为(1)，作为示例性轨线）不碰到TTT曲线的情况下，从处于或高于Tm至低于Tg的压铸加工方法。在压铸期间，成形与快速冷却基本上同时发生，以避免轨线碰到TTT曲线。在时间-温度轨线（示出为(2)、(3)和(4)，作为示例性轨线）不碰到TTT曲线的情况下，从处于或低于Tg至低于Tm的超塑性成形(SPF)加工方法。在SPF中，将无定形BMG重新加热至过冷液相区，此处可用的加工窗口可能比压铸大得多，从而导致工艺具备更佳的可控性。SPF工艺不需要快速冷却来避免在冷却期间出现结晶。另外，如示例性轨线(2)、(3)和(4)所示，SPF可在SPF期间的最高温度高于Tnose或低于Tnose、最高至约Tm的情况下进行。如果对一件无定形合金进行加热但设法避免碰到TTT曲线，则已加热到“介于Tg与Tm之间”，但不会达到Tx。

以20摄氏度/分钟的加热速率得到的块体凝固型无定形合金的典型差示扫描量热仪(DSC)加热曲线主要描述了跨TTT数据的特定轨线，其中可能看到在某个温度下的Tg、当DSC加热斜坡跨过TTT结晶起点时的Tx，以及当同一条轨线跨过熔融的温度范围时的最终熔融峰。如果以如图2中的轨线(2)、(3)和(4)的倾斜升温部分所示的快速加热速率加热块体凝固型无定形合金，则可能完全避开TTT曲线，并且DSC数据可示出加热时的玻璃化转变但无Tx。考虑此过程的另一种方式为，只要轨线(2)、(3)和(4)不碰到结晶曲线，这些轨线便可落在TTT曲线的鼻部（以及甚至高于此的地方）与Tg线之间温度的任何位置处。这仅仅意味着轨线的水平平台可能随着提高加工温度而大幅变短。

相

本文中的术语“相”可指在热力学相图中发现的相。相为遍及其中材料的所有物理特性基本上是一致的空间（如，热力学系统）区域。物理特性的实例包括密度、折射率、化学组成以及晶格周期性。将相简单地描述为材料的在化学上一致、在物理上不同和/或可机械分离的区域。例如，在处于玻璃罐中的由冰和水构成的系统中，冰块为一个相，水为第二相，而水上方的湿空气为第三相。罐的玻璃为另一种分离相。相可以指固溶体，其可以是二元、三元、四元或更多元的溶体或化合物，例如金属互化物。又如，无定形相不同于结晶相。

金属、过渡金属和非金属

术语“金属”是指正电性的化学元素。本说明书中的术语“元素”通常是指可见于元素周期表中的元素。在物理上，基态中的金属原子包含部分填充的带，具有接近占有态的空态。术语“过渡金属”为元素周期表中第3族到第12族中的任何金属元素，其具有不完全的内电子层，并且在一系列元素中在最大正电性和最小正电性之间起到过渡连接的作用。过渡金属的特征在于多重价、有色的化合物和形成稳定的络合离子的能力。术语“非金属”是指不具有丢失电子和形成阳离子能力的化学元素。

取决于应用，可使用任何合适的非金属元素、或它们的组合。合金（或“合金组合物”）可以包含多种非金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种、或更多种非金属元素。非金属元素可以是见于元素周期表的第13-17族中的任何元素。例如，非金属元素可以是F、Cl、Br、I、At、O、S、Se、Te、Po、N、P、As、Sb、Bi、C、Si、Ge、Sn、Pb和B中的任何一种。有时候，非金属元素也可以是第13-17族中的某些准金属（例如，B、Si、Ge、As、Sb、Te和Po）。在一个实施例中，非金属元素可以包括B、Si、C、P、或它们的组合。因此，例如，合金可以包括硼化物、碳化物、或这两者。

过渡金属元素可以是钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、钅卢(rutherfordium)、钅杜(dubnium)、钅喜(seaborgium)、铍、钅黑(hassium)、钅麦(meitnerium)、钅达(ununnilium)、钅仑(unununium)和ununbium中的任何一种。在一个实施例中、包含过渡金属元素的BMG可以具有Sc、Y、La、Ac、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd和Hg中的至少一种。取决于应用，可以使用任何合适的过渡金属元素、或它们的组合。所述合金组合物可以包含多种过渡金属元素，例如至少两种、至少三种、至少四种、或更多种过渡金属元素。

当前所描述的合金或合金“样品”或“样本”合金可具有任何形状或尺寸。例如，所述合金可具有微粒形状，其可以具有例如球状、椭球状、线状、杆状、片状、薄片状或不规则形状的形状。所述微粒可以具有任何尺寸。例如，它可以具有介于约1微米与约100微米之间的平均直径，例如介于约5微米与约80微米之间、例如介于约10微米与约60微米之间、例如介于约15微米与约50微米之间、例如介于约15微米与约45微米之间、例如介于约20微米与约40微米之间、例如介于约25微米与约35微米之间。例如，在一个实施例中，微粒的平均直径介于约25微米与约44微米之间。在一些实施例中，可以使用更小的微粒例如纳米范围内的微粒，或者更大的微粒例如大于100微米的那些。

合金样品或样本还可以具有大得多的尺度。例如，它可以是块体结构部件，例如铸块、电子设备的外壳/保护套或甚至是具有在毫米、厘米或米范围内的尺度的结构部件的一部分。

固溶体

术语“固溶体”是指固体形式的溶体。术语“溶体”是指两种或更多种物质的混合物，其可为固体、液体、气体或这些的组合。该混合物可为均质或异质的。术语“混合物”是彼此结合并且通常能够分离的两种或更多种物质的组合物。一般来讲，不将两种或更多种物质彼此化学结合。

合金

在一些实施例中，本文所描述的合金组合物可被完全合金化。在一个实施例中，术语“合金”是指两种或更多种金属的均质混合物或固溶体，一种金属的原子取代或占据其他金属的原子之间的间隙位置；例如，黄铜是锌和铜的合金。与复合物不同，合金可以指金属基体中的一种或多种元素的部分或完全的固溶体，诸如金属基体中的一种或多种化合物。本文的术语合金可以指可给出单一固相微结构的完全固溶体合金以及可给出两种或更多种相的部分溶体两者。本文所描述的合金组合物可以指包含合金的合金组合物，或包含含合金复合物的合金组合物。

因此，完全合金化的合金可具有均匀分布的成分，不管是固溶体相、化合物相还是这两者。本文所使用的术语“完全合金化”可考虑误差容限内的微小变化。例如，其可以指至少90%合金化的、例如至少95%合金化的、例如至少99%合金化的、例如至少99.5%合金化的、例如至少99.9%合金化的。本文的百分比可以指体积百分比或重量百分比，这取决于上下文。这些百分比可由杂质平衡，其就组成或相而言，可能不是合金的一部分。

无定形或非晶态固体

“无定形”或“非晶态固体”是缺乏作为晶体特性的晶格周期性的固体。如本文所用，“无定形固体”包括“玻璃”，其是在加热时通过玻璃化转变而软化并转变成类液体状态的无定形固体。一般来讲，尽管无定形材料因化学键的性质而可在原子长度尺度下具有一些短程有序，但是它们缺乏晶体的长程有序特性。基于通过结构表征技术诸如X射线衍射和透射电子显微镜法所确定的晶格周期性，可得出无定形固体和晶态固体之间的区別。

术语“有序”和“无序”指定多粒子系统中一些对称性或相关性的存在或不存在。术语“长程有序”和“短程有序”基于长度尺度来区分材料中的有序。

固体中最严格形式的有序是晶格周期性：不断重复一定的样式（晶胞中的原子排列）以形成平移不变的空间拼接(tiling)。这是晶体的定义性质。可能的对称性分为14个布拉维(Bravais)晶格和230个空间群。

晶格周期性暗示长程有序。如果仅已知一个晶胞，则通过平移对称性可准确地预测在任意距离处的所有原子位置。反过来通常是正确的，除了例如在具有完美确定性拼接但不具有晶格周期性的准晶体中。

长程有序表征其中相同样品的遥远部分展现相关行为的物理系统。这可表示为相关性函数，即自旋-自旋相关性函数：G(x，x′)＝〈s(x)，s(x′)〉.

在上面的函数中，s为自旋量子数，并且x为特定系统中的距离函数。当x=x'时该函数等于1，并且随着距离|x-x'|增加而减小。通常，其在较大距离处指数衰减至零，并且认为该系统为无序的。然而，如果相关性函数在大的|x-x'|处衰减至常数值，则可认为该系统具有长程有序性。如果其作为距离的幂衰减至零，则可称其为准长程有序。注意，“大的|x-x'|”的数值是相对的。

当定义其行为的一些参数为不随时间变化的随机变量时，则可认为系统呈现淬火无序，即它们是淬火或冷冻的，如自旋玻璃。当允许随机变量自身变化时，其与退火无序相反。本文的实施例包括包含淬火无序的系统。

本文所述的合金可为晶态的、部分晶态的、无定形的、或基本上无定形的。例如，合金样品/样本可包括至少一些结晶度，具有处于纳米和/或微米范围内的尺寸的晶粒/晶体。作为另外一种选择，合金可为基本上无定形的，例如完全无定形的。在一个实施例中，合金组合物至少基本上不是无定形的，例如为基本上晶态的，例如为完全晶态的。

在一个实施例中，晶体或多个晶体在另外的无定形合金中的存在可理解为其中的“结晶相”。合金的结晶度程度（或在一些实施例中简称为“结晶度”）可以指存在于合金中的结晶相的量。所述程度可以指例如存在于合金中的晶体的分数。所述分数可以指体积分数或重量分数，这取决于上下文。对无定形合金的“无定形”的量度可以是非晶度。非晶度可用结晶度的程度衡量。例如，在一个实施例中，具有低程度的结晶度的合金可被认为具有高程度的非晶度。在一个实施例中，例如，具有60体积%结晶相的合金可具有40体积%无定形相。

无定形合金或无定形金属

“无定形合金”为具有大于50体积%的无定形含量、优选大于90体积%的无定形含量、更优选大于95体积%的无定形含量、并且最优选大于99体积%至几乎100体积%的无定形含量的合金。注意，如上所述，非晶度高的合金相当于结晶度程度低。“无定形金属”为具有无序的原子尺度结构的无定形金属材料。与为结晶并因此具有高度有序的原子排列的大多数金属相比，无定形合金为非结晶的。其中这种无序结构由冷却期间的液体状态直接产生的材料有时被称为“玻璃”。因此，通常将无定形金属称为“金属玻璃”或“玻璃态金属”。在一个实施例中，块体金属玻璃BMG可以指其微结构至少部分地为无定形的合金。然而，除了极快速冷却以外还存在几种方法来制备无定形金属，包括物理气相沉积、固态反应、离子辐照、熔融纺丝和机械合金化。不管无定形合金是如何制备的，它们可能均为单一类材料。

无定形金属可通过多种快速冷却方法制备。例如，可通过将熔融金属溅射到旋转金属盘上来制备无定形金属。在上百万度每秒的级别上的快速冷却对于晶体形成来说可能太快，并因此将材料“锁定”在玻璃状态。此外，可以以低得足以允许厚层中无定形结构形成的临界冷却速率来制备无定形金属/合金，如块体金属玻璃。

术语“块体金属玻璃”(“BMG”)、块体无定形合金(“BAA”)和块体凝固型无定形合金在本文中可互换使用。它们是指具有至少在毫米范围内的最小尺度的无定形合金。例如，所述尺度可为至少约0.5mm、例如至少约1mm、例如至少约2mm、例如至少约4mm、例如至少约5mm、例如至少约6mm、例如至少约8mm、例如至少约10mm、例如至少约12mm。取决于几何形状，所述尺度可以指直径、半径、厚度、宽度、长度等。BMG也可为具有在厘米范围内（例如至少约1.0cm、例如至少约2.0cm、例如至少约5.0cm、例如至少约10.0cm）的至少一个尺度的金属玻璃。在一些实施例中，BMG可具有至少在米范围内的至少一个尺度。BMG可呈现上述的与金属玻璃有关的任何形状或形式。因此，在一些实施例中，本文所述的BMG在一个重要方面可能不同于通过常规沉积技术制成的薄膜—前者可具有比后者大得多的尺度。

无定形金属可为合金，而不是纯金属。该合金可包含显著不同尺寸的原子，从而导致熔化状态中的低自由体积（并因此具有比其他金属和合金更高数量级的粘度）。该粘度防止原子充分移动以形成有序的晶格。材料结构可导致冷却期间的低收缩率和对塑性变形的抵抗性。晶界的不存在、在一些情况下晶态材料的弱点可例如导致对磨损和腐蚀的较好抵抗性。在一个实施例中，无定形金属（技术上讲，亦即玻璃）还可比氧化物玻璃和陶瓷坚韧得多且不那么脆。

无定形材料的热导率可低于其晶态对应物的热导率。为了即使在较缓慢冷却期间仍实现无定形结构的形成，该合金可由三种或更多种组分组成，从而导致具有较高势能和较低形成几率的复杂晶体单元。无定形合金的形成可取决于多个因素：合金的组分的组成；组分的原子半径（优选具有超过12%的显著区别以获得高堆积密度和低自由体积）；以及混合组分的组合、抑制晶体成核并延长熔融金属处于过冷却状态的时间的负热量。然而，由于无定形合金的形成基于很多不同的变量，因此可能难以事先确定合金组合物是否可形成无定形合金。

例如，具有磁性金属（铁、钴、镍）的硼、硅、磷和其他玻璃形成剂的无定形合金可为磁性的，具有低矫顽磁力和高电阻。高电阻导致在经受交变磁场时因涡流所致的低损耗，例如作为变压器磁芯的有用性质。

无定形合金可具有多种潜在有用的性质。具体地，它们倾向于比类似化学组成的晶态合金更强，并且它们可维持比晶态合金更大的可逆（“弹性”）变形。无定形金属的强度直接源于它们的非晶态结构，所述非晶态结构可能不具有限制晶态合金强度的任何缺陷（例如位错）。例如，一种现代无定形金属，称为Vitreloy^TM，具有几乎是高级钛的抗拉强度的两倍的抗拉强度。在一些实施例中，室温下的金属玻璃是不可延展的并且当在受力情况下加载时倾向于突然失效，这限制了在可靠性-临界应用中的材料可应用性，因为即将发生的失效是不可见的。因此，为了克服该挑战，可以使用具有包含可延展的晶态金属的枝晶粒子或纤维的金属玻璃基体的金属基体复合材料。作为另外一种选择，可以使用倾向于导致脆化的一种或多种元素（例如，Ni）含量低的BMG。例如，可以使用不含Ni的BMG来提高BMG的延展性。

块体无定形合金的另一种有用性质是它们可为真玻璃；换句话讲，它们可在加热时软化并且流动。这可允许以与聚合物几乎相同的方式进行简单加工，例如通过注塑进行简单加工。因此，可使用无定形合金来制备运动器材、医疗设备、电子部件以及装备和薄膜。可经由高速氧燃料技术沉积无定形金属的薄膜作为保护性涂层。

材料可具有无定形相、结晶相或两者。无定形相和结晶相可具有相同的化学组成并且仅在微结构中不同，即一者为无定形微结构而另一者为结晶微结构。在一个实施例中的微结构是指由显微镜以25倍放大率或更高放大率显示的材料的结构。作为另外一种选择，这两个相可具有不同的化学组成和微结构。例如，组合物可为部分无定形、基本上无定形或完全无定形的。

如上所述，可通过合金中存在的晶体分数来测量非晶度的程度（并且反之为结晶度的程度）。该程度可以指合金中存在的结晶相的体积分数或重量分数。部分无定形组合物可以指其至少约5体积%（例如至少约10体积%、例如至少约20体积%、例如至少约40体积%、例如至少约60体积%、例如至少约80体积%、例如至少约90体积%）是无定形相的组合物。已经在本申请的其他地方定义了术语“基本上”和“约”。因此，至少基本上无定形的组合物可以指其至少约90体积%（例如至少约95体积%、例如至少约98体积%、例如至少约99体积%、例如至少约99.5体积%、例如至少约99.8体积%、例如至少约99.9体积%）为无定形的组合物。在一个实施例中，基本上无定形的组合物可具有于其中存在的一些附带的轻微量的结晶相。

在一个实施例中，相对于无定形相，无定形合金组合物可为均质的。在组成上均一的物质为均质的。这与为异质的物质相反。术语“组成”是指物质中的化学组成和/或微结构。当将物质的体积划分成两半并且两半均具有基本上相同的组成时，该物质为均质的。例如，当微粒悬浮液的体积分为两半且两半均具有基本上相同体积的粒子时，该微粒悬浮液为均质的。然而，在显微镜下可能看到单独的粒子。均质物质的另一个实例为空气，虽然空气中的粒子、气体和液体可单独分析或从空气中分离，但其中的不同成分相等地悬浮。

相对于无定形合金为均质的组合物可指具有在其整个微结构中基本上均匀分布的无定形相的组合物。换句话讲，该组合物宏观上包含在整个组合物中基本上均匀分布的无定形合金。在可供选择的实施例中，该组合物可为具有无定形相的复合物，该无定形相中具有非无定形相。该非无定形相可为一种晶体或多种晶体。晶体可为任何形状例如球形、椭球形、线形、杆形、片形、薄片形或不规则形状的微粒形式。在一个实施例中，其可具有枝晶形式。例如，至少部分无定形的复合组合物可具有分散于无定形相基体中的枝晶形状的结晶相；该分散可为均匀或非均匀的，并且该无定形相和结晶相可具有相同或不同的化学组成。在一个实施例中，它们基本上具有相同的化学组成。在另一个实施例中，结晶相可以比BMG相更易延展。

本文所描述的方法可应用于任何类型的无定形合金。类似地，本文中描述的无定形合金作为组合物或制品的成分可为任何类型。无定形合金可包含元素Zr、Hf、Ti、Cu、Ni、Pt、Pd、Fe、Mg、Au、La、Ag、Al、Mo、Nb、Be、或它们的组合。即，该合金可包括这些元素以其化学式或化学组成的任何组合。所述元素可以以不同的重量或体积百分比存在。例如，铁“基”合金可以指具有不可忽略的重量百分比的铁存在于其中的合金，该重量百分比可为例如至少约20重量%、例如至少约40重量%、例如至少约50重量%、例如至少约60重量%、例如至少约80重量%。作为另外一种选择，在一个实施例中，上文所述的百分比可为体积百分比，而不是重量百分比。因此，无定形合金可为锆基、钛基、铂基、钯基、金基、银基、铜基、铁基、镍基、铝基、钼基等等。该合金还可以不含前述元素中的任一种，以适合特定目的。例如，在一些实施例中，该合金或包含合金的组合物可基本上不含镍、铝、钛、铍或它们的组合。在一个实施例中，该合金或复合物完全不含镍、铝、钛、铍、或它们的组合。

例如，无定形合金可具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu,Fe)_b(Be,A1,Si,B)_c，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在30至75的范围内，b在5至60的范围内，并且c在0至50的范围内。作为另外一种选择，无定形合金可具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu)_b(Be)_c，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在40至75的范围内，b在5至50的范围内，并且c在5至50的范围内。该合金还可以具有式(Zr,Ti)_a(Ni,Cu)_b(Be)_c，其中a、b和c各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在45至65的范围内，b在7.5至35的范围内，并且c在10至37.5的范围内。作为另外一种选择，合金可具有式(Zr)_a(Nb,Ti)_b(Ni,Cu)_c(A1)_d，其中a、b、c和d各自代表重量或原子百分比。在一个实施例中，以原子百分比计，a在45至65的范围内，b在0至10的范围内，c在20至40的范围内，并且d在7.5至15的范围内。前述合金体系的一个示例性实施例为由Liquidmetal Technologies(CA,USA)制造的商品名为Vitreloy^TM（例如Vitreloy-1和Vitreloy-101）的Zr-Ti-Ni-Cu-Be基无定形合金。表1中提供了不同系统的无定形合金的一些实例。

无定形合金还可为铁基合金，例如(Fe,Ni,Co)基合金。此类组合物的实例在美国专利No.6,325,868、5,288,344、5,368,659、5,618,359、和5,735,975（Inoue等人，Appl.Phys.Lett.，第71卷，第464页（1997年），Shen等人，Mater.Trans.，JIM，第42卷，第2136卷（2001年）以及日本专利申请No.200126277（公开号2001303218A）中有所公开。一种示例性组合物为Fe₇₂A1₅Ga₂P_llC₆B₄。另一个实例为Fe₇₂A1₇Zr_l0Mo₅W₂B₁₅。美国专利申请公开No.2010/0084052中公开了可用于本文涂层中的另一种铁基合金体系，其中无定形金属包含例如锰（1至3原子%）、钇（0.1至10原子%）以及硅（0.3至3.1原子%），组成范围在括号内给出；并且包含以下元素：铬（15至20原子%）、钼（2至15原子%）、钨（1至3原子%）、硼（5至16原子%）、碳（3至16原子%），并且余量为铁，组成范围在括号内给出。

前述的无定形合金体系还可包含附加的元素，例如附加的过渡金属元素，包括Nb、Cr、V和Co。所述附加的元素可以以小于或等于约30重量%、例如小于或等于约20重量%、例如小于或等于约10重量%、例如小于或等于约5重量%的量存在。在一个实施例中，附加的任选元素为钴、锰、锆、钽、铌、钨、钇、钛、钒和铪中的至少一种，以形成碳化物并进一步改善耐磨性和耐腐蚀性。其他的任选元素可包括磷、锗和砷，总量至多约2%，并且优选地少于1%，以降低熔点。否则，附带的杂质应小于约2%并且优选地0.5%。

表1：示例性无定形合金组成成分

合金	原子%	原子%	原子%	原子%	原子%	原子%
							1	Zr	Ti	Cu	Ni	Be
	41.20%	13.80%	12.50%	10.00%	22.50%
							2	Zr	Ti	Cu	Ni	Be
	44.00%	11.00%	10.00%	10.00%	25.00%
							3	Zr	Ti	Cu	Ni	Nb	Be
	56.25%	11.25%	6.88%	5.63%	7.50%	12.50%
							4	Zr	Ti	Cu	Ni	Al	Be
	64.75%	5.60%	14.90%	11.15%	2.60%	1.00%
							5	Zr	Ti	Cu	Ni	Al
	52.50%	5.00%	17.90%	14.60%	10.00%
							6	Zr	Nb	Cu	Ni	Al
	57.00%	5.00%	15.40%	12.60%	10.00%
							7	Zr	Cu	Ni	Al	Sn
	50.75%	36.23%	4.03%	9.00%	0.50%
							8	Zr	Ti	Cu	Ni	Be
	46.75%	8.25%	7.50%	10.00%	27.50%
							9	Zr	Ti	Ni	Be
	21.67%	43.33%	7.50%	27.50%
							10	Zr	Ti	Cu	Be
	35.00%	30.00%	7.50%	27.50%
							11	Zr	Ti	Co	Be
	35.00%	30.00%	6.00%	29.00%
							12	Au	Ag	Pd	Cu	Si
	49.00%	5.50%	2.30%	26.90%	16.30%
							13	Au	Ag	Pd	Cu	Si
	50.90%	3.00%	2.30%	27.80%	16.00%
							14	Pt	Cu	Ni	P
	57.50%	14.70%	5.30%	22.50%
							15	Zr	Ti	Nb	Cu	Be
	36.60%	31.40%	7.00%	5.90%	19.10%
							16	Zr	Ti	Nb	Cu	Be
	38.30%	32.90%	7.30%	6.20%	15.30%
							17	Zr	Ti	Nb	Cu	Be
	39.60%	33.90%	7.60%	6.40%	12.50%
							18	Cu	Ti	Zr	Ni
	47.00%	34.00%	11.00%	8.00%
							19	Zr	Co	Al
	55.00%	25.00%	20.00%

在一些实施例中，具有无定形合金的组合物可包含少量的杂质。可特意添加杂质元素以改变组合物的性质，例如改善机械性质（如，硬度、强度、断裂机制等）和/或改善抗腐蚀性。作为另外一种选择，杂质可作为不可避免的附带杂质（如作为加工和制造的副产物获得的那些）而存在。杂质可小于或等于约10重量%、例如约5重量%、例如约2重量%、例如约1重量%、例如约0.5重量%、例如约0.1重量%。在一些实施例中，这些百分比可为体积百分比，而不是重量百分比。在一个实施例中，合金样品/组合物基本上由无定形合金组成（仅具有少量的附带杂质）。在另一个实施例中，该组合物包含无定形合金（具有不可观察到的痕量杂质）。

在一个实施例中，最终的部件超过块体凝固型无定形合金的临界铸造厚度。

在本文的实施例中，其中块体凝固型无定形合金可作为高粘滞液体存在的过冷液相区的存在允许超塑性成形。可以获得大的塑性变形。在过冷液相区中发生大的塑性变形的能力用于成形和/或切割工艺。与固体相反，液体块体凝固型合金局部产生变形，这极大地降低了切割和成形所需的能量。切割和成形的容易性取决于合金、模具和切割工具的温度。随着温度提高，粘度下降，因此切割和成形就越容易。

本文的实施例可利用例如以无定形合金在Tg与Tx之间进行的热塑性成形工艺。在本文中，根据在典型加热速率（如20℃/分钟）下的标准DSC测量值，将Tx和Tg确定为结晶温度的起始点和玻璃化转变温度的起始点。

无定形合金部件可具有临界铸造厚度，并且最终的部件可具有比临界铸造厚度更厚的厚度。此外，将加热和成型操作的时间和温度选择为使得无定形合金的弹性应变极限可基本上保持为不小于1.0%，并且优选地不小于1.5%。在本文实施例的上下文中，大约玻璃化转变的温度是指成形温度可低于玻璃化转变温度、处于玻璃化转变温度处或大约玻璃化转变温度以及高于玻璃化转变温度，但优选地处于低于结晶温度T_x的温度。采用与加热步骤的加热速率类似的速率，并且优选地采用高于加热步骤的加热速率的速率进行冷却步骤。冷却步骤还优选地在成形和成型负荷仍得以保持的同时实现。

电子设备

本文的实施例在使用BMG制造电子设备的过程中可为有价值的。本文的电子设备可以指本领域已知的任何电子设备。例如，其可为电话诸如手机和座机电话，或任何通讯设备诸如智能电话（包括例如iPhone^TM），以及电子邮件收/发设备。其可为显示器的一部分（例如数字显示器）、电视监视器、电子书阅读器、便携式网页浏览器（例如，iPad^TM）以及计算机监视器。其还可为娱乐设备，包括便携式DVD播放器、常规DVD播放器、蓝光碟片播放器、视频游戏控制台、音乐播放器例如便携式音乐播放器（如，iPod^TM）等。其还可为提供控制的设备的一部分，例如控制图像、视频、声音流（如，AppleTV^TM），或其可为用于电子设备的遥控器。其可为计算机或其附件的一部分，例如硬盘塔外壳或保护套、膝上型计算机外壳、膝上型计算机键盘、膝上型计算机轨触摸板、台式计算机键盘、鼠标和扬声器。该制品还可以应用于例如手表或时钟的设备。

块体无定形合金散热器

在本文的实施例中，“散热器”是将热能从较高的温度转移到较低温度流体介质的物体。流体介质常常为空气，但是也可为水，或者就热交换器而言为制冷剂和油。如果流体介质为水，散热器可被称为冷却板。

本文的实施例涉及无定形合金散热器。然而，大多数块体无定形合金不具有非常高的热导率，特别是锆基无定形合金。已知钛和锆不具有高热导率，所以通常不希望具有该材料的散热器。然而，块体无定形合金提供了在极其精细的尺寸上对其进行图案化的非常独特的装置，使得模制或热成形特征可在不进行蚀刻的情况下延续至数十纳米大小。因此，通过创建巨大的表面积，可形成具有极高表面积的精细特征，这将能够显著提高散热能力。形成高表面积无定形合金散热器基底之后，将获取图案化表面并且使用例如等离子体气相沉积或化学汽相沉积（PVD或CVD）的潜在其他方法使高热导率材料沉积在表面上（例如，参见图3）。可能为较好候选物的材料包括铜、金刚石和热解石墨、热解亚硝酸硼、银、金等等。

可使用的另一种散热器材料为金刚石或类金刚石涂层（也称为类金刚石碳(DLC)）。在值为2000W/mK的情况下，金刚石的热导率超过铜的五倍。与热量是由离域电子传导的金属不同，晶格振动是造成金刚石非常高的热导率的原因。如今人造金刚石用于高功率集成电路和激光二极管。

DLC以显示金刚石的一些典型特性的无定形碳材料的不同形式存在。它们通常作为涂层施用至其他材料，例如可得益于这些特性中的一些的块体凝固型无定形合金。所有形式均包含大量的sp3杂化碳原子。存在不同类型DLC的原因在于，甚至金刚石也可以两种结晶多型体存在。常见的一者以立方晶格的方式排列其碳原子，而非常罕见的一者（六方碳）具有六方晶格。通过在纳米级结构中以各种方式混合这些多型体，可将DLC涂层制备成同时为无定形的、柔韧的、并且由纯sp3键合的“金刚石”。最硬、最强和最光滑的是这种被称为四面体无定形碳或ta-C的混合物。例如，厚度仅为2μm的ta-C涂层增加了常用（即304型）不锈钢对磨料磨损的抵抗力；将其在这种使用中的寿命从一周改变至85年。这种ta-C可被认为是DLC的“纯”形式，因为其仅由sp3键合的碳原子组成。诸如氢、石墨sp2碳和金属的填料可以DLC的其他形式使用，从而减少生产费用或赋予其他期望的特性。各种形式的DLC可被施用于与真空环境兼容的几乎任何材料。

复合材料可用于散热器。实例为铜钨假合金、AlSiC（铝基体中的碳化硅）、Dymalloy（铜银合金基体中的金刚石）、和E-材料（铍基体中的氧化铍）。这种材料通常被用作芯片的基底，因为其热膨胀系数可与陶瓷和半导体匹配。

冷却流体可为空气、水或任何其他流体冷却剂。还可与类似水的液体一起使用热无定形合金散热器，使得可在散热器内部以水通道布局以从散热器内部移除热量。例如，可在散热器内和/或外设计水夹套和/或热交换器。

可以若干不同的方法对无定形合金散热器的表面进行图案化。目前，大的散热器通过机加工进行图案化，而小的散热器通过蚀刻或微电子放电加工(EDM)进行图案化。这些都是相当昂贵的工艺，并且需要许多设置。然而，利用本文的实施例，可在无需机加工、蚀刻或EDM的情况下使用热塑成形无定形块体金属玻璃对无定形合金散热器进行图案化，并且以相对较短时和廉价的一组步骤形成非常精细的特征。可加热模具，将无定形合金施加到加热的模具，或者作为另外一种选择，可将无定形合金加热到图2的Tg与Tm之间的过冷液相区内，并且如图4所示将其压入模具内以通过使材料变形而非常迅速地形成极精细特征。

在另一个实施例中，可通过浇铸到模具中同时保持类似于图2中的时间温度曲线(1)的散热器内的时间温度曲线形成块体凝固型无定形合金散热器中的图案化，使得时间温度曲线不穿过金属合金的结晶区而形成块体凝固型无定形合金散热器。在另一个实施例中，模具和/或网片可为牺牲型。这意味着，一旦在模具上形成了图案化块体凝固型无定形合金散热器，例如就碳模具而言，便可通过蚀刻或燃烧其来移除模具材料。在另一个实施例中，通过加热或化学品来移除模具，或者至少一部分模具未被移除并且保持为散热器的一个组成部分，从而可形成块体凝固型无定形合金散热器上的纹理表面同时保持用于纹理化的模具的一部分。可利用如图3所示的导热材料来涂覆块体凝固型无定形合金的表面形貌。

在一种变型中，可在无定形合金散热器上制备具有高表面积的微特征，随后在所选择的位置上或始终通过加热和缓慢冷却使无定形合金散热器结晶，使得时间温度曲线将横向穿过图2的结晶区。可能优选地将散热器或其部分制成结晶的例如以增加散热器的热导率，因为材料的结晶形式通常比无定形形式具有更高的热导率。另外，在涂覆工艺过程中，其本身在某些情况下可上升至高达300至400摄氏度，或者至少待涂覆的表面可变得那样热。在这种情况下，散热器的无定形合金可自动变成结晶的。然而，由于一旦图案化完成后本文的实施例的散热器就不必为无定形的，因此可允许散热器为结晶的以放宽涂覆工艺的工艺条件。

图5（得自http://www.aavidthermalloy.com/solutions/overview）为示出在应用中消耗的功率与不同类型的散热器的热效率之间的关系的示意图。X轴表示散失的功率的总量，而Y轴可被定义为热阻相对于总功率、单位体积和热通量密度的关系。该工具用作通过缩小可用的解决方案的范围来解决热问题的起点。可通过在X轴上绘制预期功率耗散并考虑沿着Y轴的交叉解决方案的整个范围来确定用于应用的合适技术。根据所使用的功率和系统配置的动力学，可存在不止一个合适的冷却机构以解决热问题。

本文的实施例的散热器可根据主要冷却机构分类：自然对流、强制对流、流体相变和液体冷却。

自然对流散热器不依赖于散热的指定的局部空气速度。自然对流散热器在性质上是无源的。自然对流散热器可为压印散热器或挤压散热器，其为自然对流环境中的低功率密度热问题提供经济的解决方案。可通过利用压模压印无定形合金或迫使无定形合金通过挤压模来形成复杂的散热结构。图6示出了引脚鳍片、直鳍片和扩口鳍片散热器类型。这些复杂的外形通过增加的表面积而允许更大的散热。引脚鳍片散热器为具有从其基座延伸的引脚的散热器。引脚可为圆柱形的、椭圆形的或正方形的。第二种类型的散热器鳍片布置是直鳍片。这些可沿散热器的整个长度延伸。直鳍片散热器上的变型是横切散热器。直鳍片散热器在规则的间隔处被切割。一般来讲，散热器所具有的表面积越大，其效果就越好。引脚鳍片散热器的设想是试图将尽可能大的表面积压缩到给定的体积中。附接特征和界面材料可以很容易地在制造工艺过程中被加入。

强制对流散热器（例如高鳍片密度散热器和风扇散热器）需要通过结合专用或系统级风扇产生的强制空气速度，以便增加热效率。风扇散热器、高鳍片密度组件、以及板级冷却器可由冲击或横流环境的无定形合金配置而成。高鳍片密度散热器通过形成较大体积的表面积而在强制对流下为高功率应用提供增加的效率，并且可被分为两种类型：高纵横比挤压件和制造的鳍片组件。所制造的鳍片组件可由基座构成并且具有独立的鳍片，其可允许大于挤压鳍片的纵横比。可使用各种无定形合金鳍片类型（例如压印的、折叠的或拉链的）来组装无定形合金散热器，通过在大于形成无定形合金鳍片和无定形合金基座的无定形合金的Tg的温度下将无定形合金鳍片热粘结至无定形合金基座使所述各种无定形合金鳍片附接至无定形合金基座。作为另外一种选择，还可通过环氧树脂粘结、模锻、钎焊或焊接将无定形合金鳍片粘结至可能不是无定形合金基座的基座。

流体相变散热器和液体冷却散热器包括闭环热管。流体相变散热器允许热传递通过蒸发和冷凝的快速交换。液体冷却散热器包括通道冷却板以及热交换器和泵系统，以便使流体循环经过热源。通常，液体冷却技术为包含高热通量密度的应用而预留，其中强制对流或相变系统不能消耗功率需求量。液体冷却散热器包括液体冷却板以及延伸表面和微通道冷却板。热管可集成到其他散热器技术中，从而在需要更大的密度或存在物理尺寸限制时进一步增加热效率。热管将热量传送或散布至远离热发生器的点。热管可为小直径或大直径的热管。热管可以水平或垂直的方式伸展开。热管可被嵌入基座或鳍片中，但优选地将在基座中。将具有内置于其中的通道的无定形合金基板用于热管，使得热管可集成到基板中。如果需要，则在其中具有通道的无定形合金基板上涂覆高热导率材料，并直接将其（例如通过加热无定形合金或通过使用诸如高传导性环氧树脂的高传导性粘合材料以热方式）粘结至发热设备或无定形合金板，使得通道被无定形合金板封闭。该系统允许构建具有通道（嵌入热管）的基板。如图7的顶部图所示，平板可与热源直接接触，从而消除热源与嵌入热管之间的任何焊接接头。诸如图7的顶部图的实施例的液体冷却板将通过与设备基板直接接触地放置冷却剂管来确保设备与冷却板之间的最小热阻。直接接触减少了设备与流体之间的热界面数量，从而提高了与使用“干接头”不同的性能（参见图7的底部图），所述干接头通常在基板与管之间留下微小的空气间隙。

无定形合金液体冷却板可通过如下方式制造：将通道压印到无定形合金盖板而不是在无定形合金基板内制造通道，以及在其上覆盖平坦盖板。无定形合金盖板与无定形合金基板的热粘结将形成基板与盖板之间的不漏接头。不同于研磨冷却板，压印通道将允许更大的柔韧性以钻出散热器下侧中的安装孔，而不考虑液体通道的位置。通道内部可使用偏置鳍片结构，从而提高热传递性能。

微米通道和纳米通道散热器

根据本文的实施例的无定形合金散热器的另一种类型为延伸表面和微米通道和/或纳米通道散热器，其将通过迫使流体穿过直接安装到热源的无定形合金散热器冷却板中的微型通路（微毛细管）的网络来提供更小的占用空间中的优异液体冷却性能。这些紧凑、有源的解决方案将适用于高性能微处理器和其他高热通量密度应用，包括绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块。微通道散热器的主要优点为高传热系数将多达常规热交换器的60倍。

由于缺乏一级相变，因此块体无定形合金从高于熔融温度下至玻璃化转变温度保持其流动性。这与常规金属和合金形成直接对比。因为块体无定形合金保持其流动性，所以在从其铸造温度冷却至低于玻璃化转变温度时，它们不积聚明显的应力，因此，由热应力梯度所致的尺度失真可降至最低。因此，可经济有效地制备具有大表面积和小厚度的复杂精细结构。

使用模塑工艺在结构中产生纳米复制和微米复制的一个示例性方法包括以下步骤。

1)提供无定形合金的片材给料，所述无定形合金基本上为无定形的，具有约1.5%或更大的弹性应变极限并具有30℃或更大的△T；

2)将给料加热至大约玻璃化转变温度；

3)在已加热的给料中形成纳米复制和/或微米复制；

4)将已形成的部件冷却至远低于玻璃化转变温度的温度；以及

5)最终精加工。

优选地，所提供的无定形合金的ΔT高于60℃，并且最优选地高于90℃。此外，将加热和成型操作的时间和温度选择为使得无定形合金的弹性应变极限基本上保持为不小于1.0%，并且优选地不小于1.5%。在本文实施例的上下文中，大约玻璃化转变的温度意指成形温度可低于玻璃化转变温度、处于玻璃化转变温度处或大约玻璃化转变温度以及高于玻璃化转变温度并且低于熔融温度Tm，但优选地处于低于结晶温度T_x的温度。采用与加热步骤的加热速率类似的速率，并且优选地采用高于加热步骤的加热速率的速率进行冷却步骤。冷却步骤还优选地在成形和成型负荷仍得以保持的同时实现。

在一个实施例中，可在由镍合金制成的模具中进行纳米复制和/或微米复制。在该模具上制成具有全息图的尺寸的微米复制，将其在称为LiquidMetal1B的块体凝固型无定形合金的过冷液体区域内加热至约445摄氏度。全息图基本上是一系列在表面上的平行通道，在所述通道处光线照进并反射回去。

出于通用目的，可将模具加热最高至处于过冷液相区内，具体处于无定形合金的Tg和Tm或者Tg和Tx内。可使用模具，通过在块体凝固型无定形合金上施加压力而在块体凝固型无定形合金部件上生成复制，并且该压力可在数磅到数百磅乃至数千磅的范围内。确实需要施加大量的力，例如用于对由晶态材料制成的壳体金属进行压印的力。所述力将与微米复制的表面积成比例。如果具有小的微米复制，便可使用小于大的微米复制的力。在一个实施例中，甚至不需要加热块体凝固型无定形合金。相反，可仅加热模具，并且模具可保持将对块体凝固型无定形合金的局部表面进行加热的足够热能量并在块体凝固型无定形合金中形成模具的具有微米复制或任何其他特征的纳米复制和/或微米复制。

本文的实施例还涉及借助于模具对块体凝固型无定形合金进行纳米复制，所述模具如不像压铸模具而更像规则的橡胶压模的压印设备。因此基本上，可提供在压模上具有微特征的压模，对压模进行加热，将压模压在块体凝固型无定形合金上，并且通过使微特征直接浮凸在块体凝固型无定形合金的表面上来复制微特征。

该实施例的一个新颖特征在于，人们可摆脱为在金属表面上形成微米复制而惯常所需的湿加工或激光加工。此刻，制造商为了在金属表面上形成微米复制，其需要采用激光或者使用为湿工艺的光刻技术工艺来蚀刻表面，从而完成该步骤。因为表面需要是光滑的以便反射光线，所以将微米复制镭射到金属表面上是非常困难的。另外，由于微米复制的特征具有深度，因此激光必须蚀刻到该深度以形成微米复制。然而，使激光蚀刻到其中具有流体通道的散热器所需的微米复制的深度是非常困难的。

根据实施例，一旦生成了模具，便可反复地使用该模具（其类似于橡胶压模）。可以准确地仅将微米复制压印到部件的想要于其中形成微米复制并且为微米复制的块体凝固型无定形合金部分的表面中。

块体凝固型无定形合金上的微米复制将与模具上的微米复制相同。利用压印的微米复制，仅可将微米复制压印在散热器的金属表面上。

如果块体凝固型无定形合金是一种在成形温度下与氧气或氮气发生反应的材料，例如锆合金，或钛、锆基合金，则可能需要在惰性气氛中进行该工艺。但是如果块体凝固型无定形合金包括具有铂基、金基或贵金属基的合金，则实际上并不需要在惰性气氛中进行纳米或微米复制。对于其中一项实验而言，在空气中将微米复制形成在锆基块体凝固型无定形合金上，并且只要在锆基块体凝固型无定形合金的表面上无氧化物形成，便不需要在真空或所述气氛中执行该工艺，因为该工艺进展很快，并且温度不会高得导致锆基块体凝固型合金发生任何降解。类似地，钛基块体凝固型无定形合金可能也不需要在真空或惰性环境中加工。

这些特征浮凸于其上的散热器的基底将由块体凝固型无定形合金以期望的几何形状制成。可将特征压制或浮凸到先前利用热塑性成形（通过铸造或其他手段）而形成的块体凝固型无定形合金的表面上。热塑性成形所需的设备可为液压机，该液压机具有对位移以及压台施加负载的压力的控制以及用于固定部件的适当夹具。

如图5所示，一种类型的散热器为流体相转移型。微通道内的两相流和沸腾热传递导致散热的高效率。特别地，微通道可直接通过压印工艺在无定形合金基底上形成。因此，使用微通道内的高传热冷却流体和微通道的较大的传热区域可容易地移除大量热量，从而提高电子部件的性能。可通过导热粘合剂将电子部件和微通道散热器彼此连接，并且产生自电子部件的热量将通过导热粘合剂迅速转移至微通道散热器。微通道散热器可包括上部覆盖层和冷却基底层，其中冷却基底层可包括多个平行的微通道。上部覆盖层和冷却基底层均可由无定形合金制成，并且通过在图2所示的Tg与Tm之间的超塑性温度下对其加热来热粘结。工作流体填充微通道，并且从入口管流到出口管。同时，由电子部件所产生的热量将从冷却基底层带走。

在一个实施例中，多个微通道可平行排列，并且微通道的横截面积沿着其纵向可基本上相同。然而，微通道中的沸腾会发生并引起两相流中的不稳定是可能的。这种不稳定问题特别可能发生在高传热率和低流速的条件下。热流的不稳定可导致传热率临界值的提前到达，从而导致通道中流体不存在及其内壁表面上的高温。在一个实施例中，要将热流不稳定的潜在问题减到最少，如US2008/0308258Al中所讨论的，每个微通道的横截面积将沿着从入口流体槽朝向出口流体槽的方向增加。

另一个实施例涉及将诸如集成电路(IC)的电子设备和其中具有微冷却通道的无定形合金散热器一体化。在该实施例中，可获取硅晶片基底或电子设备（例如IC芯片）的任何其他基底，并且在将与散热器接触的表面上涂覆无定形合金的涂层或层。然后，可通过在无定形合金的Tg与Tm之间的温度下的超塑性成形将诸如IC芯片的电子设备热粘结至其中具有微通道的无定形合金散热器，电子设备的无定形合金涂覆表面与无定形合金散热器之间具有或不具有无定形合金盖板。通过这种方法，可在不使用导热粘合剂的情况下形成与散热器一体化的电子设备，从而按常规做法粘结电子设备与散热器。

在又一个实施例中，可包括散热鳍片组和冷却风扇或热电冷却设备，连同散热器。热电冷却设备可为产生热电冷却的任何设备，其使用帕尔帖效应以形成两种不同类型的材料的接合处之间的热流。

帕尔帖冷却器为固态有源热泵，其在消耗电能的情况下将热量逆温度梯度从设备的一侧传递至另一侧（从冷至热）。在帕尔帖冷却器中，电功率被用于产生设备的两侧之间的温度差。这种仪器也被称为帕尔帖设备、帕尔帖热泵、固态制冷器、或热电冷却器(TEC)。帕尔帖设备为热泵：当直流电通过其时，热量从一侧流至另一侧。因此，其可用于加热或冷却（制冷），但在本文的实施例中，主要的应用是冷却。

散热鳍片组可设置在散热器顶部上。可通过以上所解释的超塑性成形将散热鳍片组压印到无定形合金散热器的表面中。冷却风扇或热电冷却设备可安装在散热鳍片组的顶部上。冷却风扇或热电冷却设备可在将与散热鳍片组接触的冷却风扇或热电冷却设备的表面上具有无定形合金的涂层或层，然后通过超塑性成形将冷却风扇或热电冷却设备热粘结至鳍片组。由于冷却风扇或热电冷却设备提供了强制对流效应，因此散热器以及冷却风扇或热电冷却设备可表现出相对优异的散热效果。

在又一个实施例中，如图8所示，散热鳍片组(4)和冷却风扇或热电冷却设备(5)可安装在无定形合金散热器(3)的一侧上，而电子设备(1)可安装在散热器(2)的另一侧上，散热器与电子设备之间具有或不具有覆盖层(3)。散热器可具有微通道以使诸如水的流体从中流过，并且具有无定形涂层或层的冷却风扇或热电冷却设备、无定形合金散热鳍片组、无定形合金散热器、无定形合金覆盖层（如果使用）、以及具有无定形涂层或层的电子设备的组合均可通过超塑性成形热粘结在一起，从而形成图8所示的具有电子设备和散热器的单一设备。将通过使液体传导穿过微通道和按照惯例通过安装在鳍片组上的冷却风扇或热电冷却设备来冷却这种散热器。

Claims

1.一种形成散热器的方法，包括：

通过如下方式在块体凝固型无定形合金部件中浮凸纳米和/或微米级特征：将所述块体凝固型无定形合金在高于所述块体凝固型无定形合金的玻璃化转变温度(Tg)的温度下超塑性成形；以及

在浮凸所述纳米和/或微米级特征之后，将至少一部分块体凝固型无定形合金部件从无定形相转化成结晶相；

其中：

所述块体凝固型无定形合金能够经受最高至1.5％或更高的应变，而没有任何永久性变形或破损；并且

其中所述散热器被配置成通过空气的自然对流、空气的强制对流、流体的流体相变和/或液体的液体冷却将热量转移出所述散热器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中浮凸纳米和/或微米级特征的操作包括：用模具压印所述块体凝固型无定形合金的一部分。

3.根据权利要求2所述的方法，其中模具限定所述纳米和/或微米级特征的阴像。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括:

将所述块体凝固型无定形合金从低于Tg加热至介于Tg与所述块体凝固型无定形合金的熔融温度(Tm)之间的温度；

将所述块体凝固型无定形合金插入到模具中；

其中浮凸纳米和/或微米级特征的操作包括通过模具在所述块体凝固型无定形合金上施加力。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米和/或微米级特征包括通道，用于将流体输送穿过所述通道。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法在不采用湿加工或蚀刻的情况下进行。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括加工金属合金以形成所述块体凝固型无定形合金，其中执行所述加工，使得所述加工期间的时间温度曲线不横向穿过界定所述金属合金的时间温度转变(TTT)图中的结晶区的区域。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括通过所述散热器的超塑性成形将所述散热器热粘结至物体。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述物体为电子设备、冷却风扇和/或热电冷却设备。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括热粘结所述散热器与所述物体之间的块体凝固型无定形合金覆盖层。

11.根据权利要求1所述的方法，其中将至少一部分块体凝固型无定形合金部件从无定形相转化成晶态相的操作包括使全部块体凝固型无定形合金部件结晶。

12.一种包括块体凝固型无定形合金的散热器的装置：

该散热器包括:

具有基本无定形相的第一部分；

具有基本结晶相的第二部分；和

浮凸在该散热器上的纳米和/或微米级特征，其中所述散热器被配置成通过空气的自然对流、空气的强制对流、流体的流体相变和/或液体的液体冷却将热量进行转移。

13.根据权利要求12所述的装置，还包括热连接到该散热器的电子设备和/或IC芯片。

14.一种包括散热器的装置：

该散热器包括:

包含具有第一部分和第二部分的块体凝固型无定形合金且具有纳米和/或微米级特征的基底层，该第一部分具有基本无定形相，且第二部分具有基本结晶相；和

在该纳米和/或微米级特征的至少一部分上方的传导表面层，该传导表面层具有高于该块体凝固型无定形合金的热导率。

15.根据权利要求14所述的装置，还包括热连接到该散热器的电子设备和/或IC芯片。