CN105277032A - 高功率低热阻均温板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高功率低热阻均温板，包括上板、下板、毛细芯与工质；其中，所述上板的外缘和所述下板的外缘连接形成密封腔；所述毛细芯设置在所述上板和所述下板之间；所述工质设置在所述密封腔内；所述上板的内表面设置有疏水性薄膜；所述毛细芯设置有簇形阵列和凸台；所述上板的下表面贴合所述凸台和所述簇形阵列的上表面。本发明中上板的内侧表面设置有疏水性薄膜，疏水性薄膜能够将上板冷凝的工质液体迅速回流至凸台部位的毛细芯，加速了液体工质循环的速度，及时补给到热源位置蒸发的工质液体，极大减小了工质冷凝后的流动阻力。

Description

高功率低热阻均温板
技术领域
本发明涉及航天器热控制，具体地，涉及一种高功率低热阻均温板。
背景技术
在目前的航天热控领域，均温板(或称为平板热管、扩热板、VaporChamber)逐渐应用在大功率发热单机的点热源的散热问题上，能够将集中的点热源迅速扩热或均温，增大了散热面散热面积的同时，也更有利于将点热源均温化。
目前均温板在航天器上的应用越来越广，例如航天器上大功率高发热设备如固态放大器(SSPA)、电源控制器(EPC)、行波管放大器(TWTA)等设备的温度控制，都在逐渐使用均温板作为散热问题的解决方案。随着电子设备的集成化程度越来越来高，封装的空间越来越小，航天器上的集成化单机的热源功率急剧攀升，散热要求也随之苛刻。特别是发热功率集中的点热源的散热问题，往往因为发热功率过大，散热面积过小，造成发热不能及时地带走，造成单机工作受限或失效。
均温板是解决这一热控技术难题的常用方案，但目前的均温板产品的性能无法满足超大功率点热源发热的散热需求。主要原因在于均温板工作过程中的热阻太大，在大功率的热源加热下容易过早烧干，导致均温板性能衰退或失效，在实际应用过程中难以满足高功率高热流密度的使用情况。针对此问题，本发明提出了一种高功率、低热阻的均温板产品。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高功率低热阻均温板。
根据本发明提供的高功率低热阻均温板，包括上板、下板、毛细芯与工质；
其中，所述上板的外缘和所述下板的外缘连接形成密封腔；所述毛细芯设置在所述上板和所述下板之间；所述工质设置在所述密封腔内；所述上板的内表面设置有疏水性薄膜；
所述毛细芯设置有簇形阵列和凸台；所述上板的下表面贴合所述凸台和所述簇形阵列的上表面。
优选地，所述簇形阵列包括多个槽道；
其中，所述槽道沿所述簇形阵列的径向延伸。
优选地，所述毛细芯采用多孔泡沫铜加工或铜粉烧结制成。
优选地，所述铜粉的粒径在3um至10um；所述多孔泡沫铜的孔径小于10um，孔隙率大于80％。
优选地，所述簇形阵列的尺寸为20mm乘以20mm；
所述槽道的槽宽为1mm至3mm；所述凸台的直径为2mm至5mm，高度为1mm至2mm。
优选地，所述疏水性薄膜(采用控制氧化法与硬脂酸修饰的方式制成；所述疏水性薄膜的接触角大于150°。
优选地，所述上板与所述下板采用牌号为TU1的无氧铜加工而成。
优选地，所述热管工质采用水、丙酮或甲醇。
优选地，所述上板的下表面与凸台面、所述上板的下表面与所述簇形阵列的上表面、所述下板的上表面与毛细芯的下表面以及所述上板的外缘与所述下板的外缘采用气氛保护扩散焊的方式焊接。
优选地，所述气氛保护扩散焊的方式具体为：保护气体使用90％氮气与10％氢气的混合气体；扩散焊温度600℃至800℃；施加压力10Mpa至25Mpa；维持时间小于60min，保温时间不小于8小时。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明设置有簇形阵列，所述簇形阵列与热源位置相对应，簇形阵列兼顾了工质液体蒸发所需的气体通道与液体回流抽吸至热源位置所需的毛细力，使其在大功率高热流密度下，热源位置的工质蒸发后气体能够迅速逸出，防止产生气体堵塞，同时，冷凝后的液体工质通过簇形阵列的毛细结构能够迅速补充至热源位置，防止出现工质烧干现象，解决了气体及时逸出与液体及时补回的问题，极大地减小了均温板的主要热阻，即蒸发热阻；
2、本发明中上板的内侧表面设置有疏水性薄膜，疏水性薄膜能够将上板冷凝的工质液体迅速回流至凸台部位的毛细芯，加速了液体工质循环的速度，及时补给到热源位置蒸发的工质液体，极大减小了工质冷凝后的流动阻力；
3、本发明中上板、下板与毛细芯整体采用扩散焊的方式连接，连接部分包含上板下表面与毛细芯的凸台面、上板下表面与毛细芯簇形阵列的上表面，下板的上表面与毛细芯的下表面、上板与下板外围一圈的连接面，使用扩散焊的方式不引入其他钎料，减小了表面的接触热阻。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为本发明中毛细芯的一个方向的结构示意图；
图3为本发明中毛细芯的另一个方向的结构示意图；
图4为本发明的另一种结构示意图；
图5为本发明的截面示意图；
图6为本发明中A部分的局部放大示意图。
图中：
1为上板；
2为下板；
3为毛细芯；
4为工质；
101为疏水性薄膜；
301为簇形阵列；
302为凸台。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的高功率低热阻均温板，包括上板1、下板2、毛细芯3与工质4；其中，所述上板1的外缘和所述下板2的外缘连接形成密封腔；所述毛细芯3设置在所述上板1和所述下板2之间；所述工质4设置在所述密封腔内；所述上板1的内表面设置有疏水性薄膜101；所述毛细芯3设置有簇形阵列301和凸台302；所述上板1的下表面贴合所述凸台302和所述簇形阵列301的上表面。所述簇形阵列对应热源位置。
所述簇形阵列301包括多个槽道；其中，所述槽道沿所述簇形阵列的径向延伸。所述毛细芯3采用多孔泡沫铜加工或铜粉烧结制成。所述铜粉的粒径在3um至10um；所述多孔泡沫铜的孔径小于10um，孔隙率大于80％。所述簇形阵列301的尺寸为20mm乘以20mm；所述槽道的槽宽为1mm至3mm；所述凸台302的直径为2mm至5mm，高度为1mm至2mm。
所述疏水性薄膜101采用控制氧化法与硬脂酸修饰的方式制成；所述疏水性薄膜101的接触角大于150°。所述上板1与所述下板2采用牌号为TU1的无氧铜加工而成。所述热管工质4采用水、丙酮或甲醇。所述上板1的下表面与凸台面、所述上板1的下表面与所述簇形阵列301的上表面、所述下板2的上表面与毛细芯3的下表面以及所述上板1的外缘与所述下板2的外缘采用气氛保护扩散焊的方式焊接。所述气氛保护扩散焊的方式具体为：保护气体使用90％氮气与10％氢气的混合气体；扩散焊温度600～800℃；施加压力10～25Mpa；维持时间小于60min，保温时间不小于8小时。
在变形例中，如图4所示，所述簇形阵列的数量为2个，适用于2个分布式热源的散热情况。
本发明设置有簇形阵列，所述簇形阵列与热源位置相对应，簇形阵列兼顾了工质液体蒸发所需的气体通道与液体回流抽吸至热源位置所需的毛细力，使其在大功率高热流密度下，热源位置的工质蒸发后气体能够迅速逸出，防止产生气体堵塞，同时，冷凝后的液体工质通过簇形阵列的毛细结构能够迅速补充至热源位置，防止出现工质烧干现象，解决了气体及时逸出与液体及时补回的问题，极大地减小了均温板的主要热阻，即蒸发热阻；本发明中上板的内侧表面设置有疏水性薄膜，疏水性薄膜能够将上板冷凝的工质液体迅速回流至凸台部位的毛细芯，加速了液体工质循环的速度，及时补给到热源位置蒸发的工质液体，极大减小了工质冷凝后的流动阻力；本发明中上板、下板与毛细芯整体采用扩散焊的方式连接，连接部分包含上板下表面与毛细芯的凸台面、上板下表面与毛细芯簇形阵列的上表面，下板的上表面与毛细芯的下表面、上板与下板外围一圈的连接面，使用扩散焊的方式不引入其他钎料，减小了表面的接触热阻。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种高功率低热阻均温板，其特征在于，包括上板(1)、下板(2)、毛细芯(3)与工质(4)；
其中，所述上板(1)的外缘和所述下板(2)的外缘连接形成密封腔；所述毛细芯(3)设置在所述上板(1)和所述下板(2)之间；所述工质(4)设置在所述密封腔内；所述上板(1)的内表面设置有疏水性薄膜(101)；
所述毛细芯(3)设置有簇形阵列(301)和凸台(302)；所述上板(1)的下表面贴合所述凸台(302)和所述簇形阵列(301)的上表面。
2.根据权利要求1所述的高功率低热阻均温板，其特征在于，所述簇形阵列(301)包括多个槽道；
其中，所述槽道沿所述簇形阵列的径向延伸。
3.根据权利要求1所述的高功率低热阻均温板，其特征在于，所述毛细芯(3)采用多孔泡沫铜加工或铜粉烧结制成。
4.根据权利要求3所述的高功率低热阻均温板，其特征在于，所述铜粉的粒径在3um至10um；所述多孔泡沫铜的孔径小于10um，孔隙率大于80％。
5.根据权利要求2所述的高功率低热阻均温板，其特征在于，所述簇形阵列(301)的尺寸为20mm乘以20mm；
所述槽道的槽宽为1mm至3mm；所述凸台(302)的直径为2mm至5mm，高度为1mm至2mm。
6.根据权利要求1所述的高功率低热阻均温板，其特征在于，所述疏水性薄膜(101)采用控制氧化法与硬脂酸修饰的方式制成；所述疏水性薄膜(101)的接触角大于150°。
7.根据权利要求1所述的高功率低热阻均温板，其特征在于，所述上板(1)与所述下板(2)采用牌号为TU1的无氧铜加工而成。
8.根据权利要求1所述的高功率低热阻均温板，其特征在于，所述热管工质(4)采用水、丙酮或甲醇。
9.根据权利要求1所述的高功率低热阻均温板，其特征在于，所述上板(1)的下表面与凸台面、所述上板(1)的下表面与所述簇形阵列(301)的上表面、所述下板(2)的上表面与毛细芯(3)的下表面以及所述上板(1)的外缘与所述下板(2)的外缘采用气氛保护扩散焊的方式焊接。
10.根据权利要求9所述的高功率低热阻均温板，其特征在于，所述气氛保护扩散焊的方式具体为：保护气体使用90％氮气与10％氢气的混合气体；扩散焊温度600℃至800℃；施加压力10Mpa至25Mpa；维持时间小于60min，保温时间不小于8小时。
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