CN106992161B - 一种均热板及具有该均热板的微电子器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种均热板，包括底板、顶板和连接于所述顶板与所述底板之间的侧板，所述顶板、所述底板和所述侧板之间围成密闭空腔，所述密闭空腔内填充有蒸发工质；所述顶板的内表面设置有阵列排布的微米级凸台，所述凸台的侧壁与所述顶板的内表面均为超疏水表面，且所述顶板外接正电压，所述底板接地。本发明还公开了一种包括上述均热板的微电子器件。应用本发明提供的均热板及微电子器件，无需传统吸芯结构，能减少轴向热阻，由于电喷加速液体回流，能有效提高均热板的毛细极限和携带极限，从而提高整体换热能力。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，更具体地说，涉及一种均热板，还涉及一种包括上述均热板的微电子器件。
背景技术
随着电子封装技术的飞速发展，电子芯片的集成度以及性能不断提高，导致芯片功率不断持续增加。同时也带来了芯片局部温度急剧升高，影响芯片稳定性的问题。因此需对芯片进行冷却，然而传统的冷却方式并不能满足未来高热流密度电子元件的散热要求。
均热板(Vapor chamber)是一种根据热管工作原理而设计的新型散热介质，其主要结构有外壳、吸液芯、工质等，其工作原理为当热量由热源通过均热板的蒸发区时，在低真空度的腔体内，工质液体沸腾气化，在压力差的作用下，气体流向冷凝区，遇冷凝结放热，并在毛细力的作用下沿吸液芯回流回蒸发区，而冷凝面的热量由平板热管外部其他散热方式带走。虽然工作原理相似，但是与热管一维线性的传热方式相比，均热板的传热方式为二维面上传热，因此具有更好的传热性能与均温性。
然而现有的均热板工质回流主要依靠吸液芯提供的毛细力，换热的毛细极限和沸腾极限比较小，另外由于吸液芯的存在，靠近冷凝面的冷凝后的液体工质不能马上回流而充斥在冷凝面附近的吸液芯上，使得传热热阻加大，此外烧结吸液芯结构本身需要消耗大量能源，并且烧结质量很难控制。
综上所述，如何有效地解决均热板换热效率难以满足电子芯片散热需求等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的第一个目的在于提供一种均热板，该均热板的结构设计可以有效地解决热板换热效率难以满足电子芯片散热需求的问题，本发明的第二个目的是提供一种包括上述均热板的微电子器件。
为了达到上述第一个目的，本发明提供如下技术方案：
一种均热板，包括底板、顶板和连接于所述顶板与所述底板之间的侧板，所述顶板、所述底板和所述侧板之间围成密闭空腔，所述密闭空腔内填充有蒸发工质；所述顶板的内表面设置有阵列排布的微米级凸台，所述凸台的侧壁与所述顶板的内表面均为超疏水表面，且所述顶板外接正电压，所述底板接地。
优选地，上述均热板中，所述凸台为圆锥形凸台。
优选地，上述均热板中，所述圆锥形凸台的顶面尺寸范围为40-60微米，底面尺寸范围为90-110微米，每个所述圆锥形凸台之间相隔500微米矩形阵列排列。
优选地，上述均热板中，所述凸台为经光刻工艺加工而成的光刻凸台。
优选地，上述均热板中，所述密闭空腔内的所述蒸发工质为液体时的充液率为35％-45％。
优选地，上述均热板中，所述侧板的内表面烧结有与所述顶板和所述底板相连接的多孔结构的吸液芯层。
优选地，上述均热板中，所述侧板分别与所述顶板和所述底板可拆卸的固定连接。
优选地，上述均热板中，所述侧板分别与所述顶板和所述底板通过环氧树脂密封胶密封连接。
本发明提供的均热板包括底板、顶板和连接于顶板与底板之间的侧板。其中，顶板、底板和侧板之间围成密闭空腔，密闭空腔内填充有蒸发工质。顶板的内表面设置有阵列排布的微米级凸台，凸台的侧壁与顶板的内表面均为超疏水表面，且顶板外接正电压，底板接地。
应用本发明提供的均热板时，顶板为均热板冷凝面，其内表面除凸台顶面以外均为超疏水表面，并在冷凝面有外加电压，当蒸发端蒸汽到达冷凝端冷凝时，由冷凝端超疏水面区域的小液滴滚动至凸台的顶面，在冷凝端部分有外加电压，凸台顶面对聚集在其上的液滴形成电喷雾喷至蒸发端，强化蒸发冷凝速度，提高蒸发区和冷凝区的换热性能，无需传统吸芯结构，能减少轴向热阻，由于电喷加速液体回流，能有效提高均热板的毛细极限和携带极限，从而提高整体换热能力。
为了达到上述第二个目的，本发明还提供了一种微电子器件，该微电子器件包括上述任一种均热板。由于上述的均热板具有上述技术效果，具有该均热板的微电子器件也应具有相应的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个具体实施例的均热板的爆炸结构示意图；
图2为图1的组合结构示意图；
图3为图1中顶板的结构示意图；
图4为均热板的原理示意图。
附图中标记如下：
顶板11，侧板12，底板13，凸台14。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种均热板，以提高换热效率，满足电子芯片的散热需求。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-图3，图1为本发明一个具体实施例的均热板的爆炸结构示意图；图2为图1的组合结构示意图；图3为图1中顶板的结构示意图；图4为均热板的原理示意图。
在一个实施例中，本发明提供的均热板包括底板13、顶板11和连接于顶板11与底板13之间的侧板12。其中，顶板11、底板13和侧板12之间围成密闭空腔，密闭空腔内填充有蒸发工质。需要说明的是，顶板11与底板13为相对设置的板件，顶与底仅为区分二者的相对位置关系，并不局限于严格几何意义上的顶与底，也就是均热板使用过程中底板13及顶板11的绝对位置并不限定。侧板12连接于顶板11与底板13之间，具体可通过焊接等常规的密封固定连接方式连接。
顶板11的内表面设置有阵列排布的微米级凸台14，凸台14的侧壁与顶板11的内表面均为超疏水表面，且顶板11外接正电压，底板13接地。微米级凸台14即凸台的尺寸为微米级。也就是密闭空腔的冷凝面除凸台14的顶面以外均为超疏水表面。
应用本发明提供的均热板时，顶板11为均热板冷凝面，其内表面除凸台14顶面以外均为超疏水表面，并在冷凝面有外加电压，当蒸发端蒸汽到达冷凝端冷凝时，由冷凝端超疏水面区域的小液滴滚动至凸台14的顶面，在冷凝端部分有外加电压，凸台14顶面对聚集在其上的液滴形成电喷雾喷至蒸发端，强化蒸发冷凝速度，提高蒸发区和冷凝区的换热性能，无需传统吸芯结构，能减少轴向热阻，由于电喷加速液体回流，能有效提高均热板的毛细极限和携带极限，从而提高整体换热能力。
具体的，凸台14可以为圆锥形凸台。优选的，圆锥形凸台的顶面尺寸范围为40-60微米，底面尺寸范围为90-110微米，每个圆锥形凸台之间相隔500微米矩形阵列排列。也就是，圆锥形凸台的顶面直径范围优选的为40-60微米，底面直径范围优选的为90-110微米。最优选的，圆锥形凸台的顶面直径为50微米，底面直径为100微米。圆锥形凸台的设置，凸台侧壁为超疏水表面，进而便于冷凝产生的小液滴滚动至凸台14的顶面。当然，根据需要也可以采用其他形状的凸台14，如圆柱形凸台等。
进一步地，凸台14为经光刻工艺加工而成的光刻凸台。光刻工艺便于凸台14的加工，且加工而成的凸台14尺寸精度高，使得各个凸台14的大小均匀一致，进一步提高均热板的散热效率。
上述各实施例中，密闭空腔内的蒸发工质为液体时的充液率优选的可以为35％-45％。具体的充液率数值可根据需要进行设置，此处不作具体限定。
优选的，侧板12的内表面烧结有与顶板11和底板13相连接的多孔结构的吸液芯层。多孔结构提供了较大的毛细力，能有效促进冷凝面的冷凝工质回流至蒸发面，进一步提高均热板的散热效率。
在上述各实施例的基础上，侧板12分别与顶板11和底板13可拆卸的固定连接。从而在其中的任一部件故障时，能够方便的将其拆下进行维修或更换，从而降低后期维护成本。当然，侧板12与顶板11和底部间应保证连接的密封性。
优选的，侧板12分别与顶板11和底板13通过环氧树脂密封胶密封连接。从而能够有效保证侧板12与顶部及底板13的密封性且便于三者的连接。
以下以一个优选的实施例说明本技术方案。在一个优选的实施例中，本发明提供的均热板，其包括底板13、顶板11、位于顶板与底板之间的支撑板即侧板12，顶板11接有正电压，底板13接地，底板13、顶板11、支撑板密封连接形成中空的密闭空腔；作为均热板蒸发面的底板13的本体为黄铜板；作为平板热管的冷凝面的顶板11的本体为黄铜板，顶板11内表面有一系列阵列排布的微米级圆锥形的凸台14，除此圆锥形的凸台14顶面外的表面都为超疏水性能表面。本发明是适用于热源为任何角度的均热板，顶板11上的微米级圆锥形的凸台14由光刻工艺进行加工制作，圆锥形的凸台14尺寸为顶面直径50微米，底面直径100微米。每个圆锥形的凸台14之间相隔500微米的矩形阵列排列，顶板11上除圆锥形的凸台14顶面以外的超疏水表面是由铬金涂层修饰后浸泡在酒精中使表面形成超疏水性，修饰部分的接触角可选择为160°。顶板11冷凝面有外加电压，当底板13蒸发端蒸汽到达顶板11冷凝端冷凝时，由顶板11冷凝端超疏水面区域的小液滴滚动至圆锥凸台14的顶面，在顶板11冷凝端部分有外加电压，圆锥顶面凸台14对聚集在其上的液滴形成电喷雾喷至底板13蒸发端，强化蒸发冷凝速度，提高蒸发区和冷凝区的换热性能，无需传统吸芯结构，能减少轴向热阻，由于电喷加速液体回流，能有效提高均热板的毛细极限和携带极限，从而提高整体换热能力。
更佳地，侧板12内表面烧结有与所述顶板11和底板13相连接的多孔结构的吸液芯层。该吸液芯层由800目的纯铜粉高温烧结而成，铜粉烧结形成的多孔结构提供了较大的毛细力，能有效促进冷凝面的冷凝工质回流至蒸发面。
更佳地，密闭空腔内充填有蒸发工质，蒸发工质是去离子水，实现快速蒸发和冷凝进行换热并快速回流。蒸发工质为液体时平板热管的充液率为35％～45％，以40％为最佳，具有足够的工质进行蒸发，也具有足够的空间进行蒸发。
更佳地，均热板的密闭空腔内的真空度为12.33kPa，提高蒸发的速度，保证工质快速蒸发冷凝，进行换热循环。
更佳地，均热板的顶板11、底板13与支撑板通过胶封贴合的方式密封连接。具体的是支撑板12外侧与底板13、顶板11形成的空隙中填充环氧树脂密封胶，对密闭腔体内的真空度起到保护的作用，防止由于内外部因素造成腔体内真空度被破坏以及工质泄漏。
基于上述实施例中提供的均热板，本发明还提供了一种微电子器件，该微电子器件包括上述实施例中任意一种均热板。由于该微电子器件采用了上述实施例中的均热板，所以该微电子器件的有益效果请参考上述实施例。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种均热板，包括底板、顶板和连接于所述顶板与所述底板之间的侧板，所述顶板、所述底板和所述侧板之间围成密闭空腔，所述密闭空腔内填充有蒸发工质；其特征在于，所述顶板的内表面设置有阵列排布的微米级凸台，所述凸台的侧壁与所述顶板的内表面均为超疏水表面，且所述顶板外接正电压，所述底板接地；所述凸台为圆锥形凸台；
所述圆锥形凸台的顶面尺寸范围为40-60微米，底面尺寸范围为90-110微米，每个所述圆锥凸台之间相隔500微米矩形阵列排列；
所述顶板上除所述圆锥形的凸台顶面以外的超疏水表面是由铬金涂层修饰后浸泡在酒精中使表面形成超疏水性，且接触角为160°。
2.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于，所述凸台为经光刻工艺加工而成的光刻凸台。
3.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于，所述密闭空腔内的所述蒸发工质为液体时的充液率为35％-45％。
4.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于，所述侧板的内表面烧结有与所述顶板和所述底板相连接的多孔结构的吸液芯层。
5.根据权利要求1-4任一项所述的均热板，其特征在于，所述侧板分别与所述顶板和所述底板可拆卸的固定连接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的均热板，其特征在于，所述侧板分别与所述顶板和所述底板通过环氧树脂密封胶密封连接。
7.一种微电子器件，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的均热板。
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Non-Patent Citations (2)
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|---|
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| CN106992161A (zh) | 2017-07-28 |
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