CN107782185A - 超薄复合材料相变抑制传热板及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超薄复合材料相变抑制传热板及其制备方法，所述超薄复合材料相变抑制传热板为包括第一板材及第二板材的复合板式结构；所述第一板材及所述第二板材二者中至少一者为为包括至少两种材料层的复合板材；所述超薄复合材料相变抑制传热板的表面均为平面；所述超薄复合材料相变抑制传热板内部形成有具有特定形状的热超导管路，所述热超导管路为封闭管路，所述热超导管路内填充有传热工质。第一板材及第二板材包括至少两种材料层的复合板材，相变抑制传热板中的热超导管路位置的强度大幅提高；在保证足够的强度的前提下，所述超薄复合材料相变抑制传热板的厚度更小，可应用于精密元件中，具有体积小，重量轻等优点。

Description

超薄复合材料相变抑制传热板及其制备方法

技术领域

本发明属于相变抑制传热领域，特别是涉及一种超薄复合材料相变抑制传热板及其制备方法。

背景技术

传热学不仅是常见的自然现象，而且广泛存在于电力、电子技术领域，其中涉及10W功率微小器件散热器，散热板厚度≤1mm，并且槽道强度必须达到3.0MPa以上。如果采用传统的热管技术已无法满足这一要求，因此，必须采用传热效率高的相变抑制传热(PCI)板来解决。

相变抑制(PCI)传热技术，是一种通过控制密闭体系中传热介质微结构状态而实现高效传热的全新技术。在传热过程中，液态介质的沸腾(或气态介质的冷凝)被抑制，并在此基础上达到工质微结构的一致性，实现一种目前尚未被世人所认知的全新的传热方式与机理。具有高传热速率和高热流密度，在实验室中测试的热流密度可高达600W/cm²。可广泛应用于航空航天、电力电子、通讯、计算机、高铁、电动汽车、太阳能和风电等行业。

随着电力电子行业技术的进步，同时，传热技术也获得迅速发展，电子行业不断地向传热技术提出更高的要求和新的课题，但现有的相变抑制传热板在内部形成热超导管路之后强度较低，如果要保持足够的强度，相变抑制传热板的厚度会较大，限制了其在很多领域的应用；因此高强度超薄复合材料PCI技术的研发已成为市场主要导向。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超薄复合材料相变抑制传热板及其制备方法，用于解决现有技术中相变抑制传热板存在的强度较低、厚度较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种超薄复合材料相变抑制传热板，所述超薄复合材料相变抑制传热板为包括第一板材及第二板材的复合板式结构；所述第一板材及所述第二板材二者中至少一者为为包括至少两种材料层的复合板材；

所述超薄复合材料相变抑制传热板的表面均为平面；所述超薄复合材料相变抑制传热板内部形成有具有特定形状的热超导管路，所述热超导管路为封闭管路，所述热超导管路内填充有传热工质。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的一种优选方案，所述第一板材的一表面形成有第一刻蚀槽道，所述第二板材的一表面形成有与所述第一刻蚀槽道相对应的第二刻蚀槽道，所述第一刻蚀槽道与所述第二刻蚀槽道共同构成所述热超导管路。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的一种优选方案，通过刻蚀工艺在所述第一板材的表面形成所述第一刻蚀槽道；通过刻蚀工艺在所述第二板材的表面形成所述第二刻蚀槽道。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的一种优选方案，所述第一板材与所述第二板材通过扩散焊工艺复合在一起。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的一种优选方案，所述热超导管路的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形、纵横交错的网状或其中任一种以上的任意组合。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的一种优选方案，所述复合板材为包括铜材料层与铝材料层的铜铝复合板材、包括不锈钢材料层与铝材料层的不锈钢铝复合板材、包括铁材料层与铝材料层的铁铝复合板材或包括铝合金材料层与铝材料层的铝合金铝复合板材；所述第一板材及所述第二板材中的所述铝材料层相接触。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的一种优选方案，所述复合板材为通过辊压工艺形成的复合板材。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的一种优选方案，所述第一板材及所述第二板材内还均设有通孔，位于所述第一板材内的所述通孔与位于所述第二板材内的所述通孔一一对应设置。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的一种优选方案，所述超薄复合材料相变抑制传热板表面设有通风孔或散热翅片。

本发明还提供一种超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法，所述制备方法包括：

提供第一板材，在所述第一板材一表面形成第一刻蚀槽道；提供第二板材，在所述第二板材一表面形成与所述第一刻蚀槽道相对应的第二刻蚀槽道；所述第一板材及所述第二板材二者中至少一者为包括至少两种材料层的复合板材；

将所述第一板材形成有所述第一刻蚀槽道的一面与所述第二板材形成有第二刻蚀槽道的一面贴合并对齐；

将所述第一板材与所述第二板材复合以形成复合板式结构的双面平相变抑制散热板，所述第一刻蚀槽道及所述第二刻蚀槽道共同构成所述双面平相变抑制散热板内的热超导管路；

向所述热超导管路内充入传热工质并密封所述热超导管路。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法的一种优选方案，提供至少两种材料层，通过辊压工艺形成所述复合板材。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法的一种优选方案，通过刻蚀工艺在所述第一板材的表面形成所述第一刻蚀槽道；通过刻蚀工艺在所述第二板材的表面形成所述第二刻蚀槽道。

作为本发明的超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法的一种优选方案，通过扩散焊工艺将所述第一板材与所述第二板材复合以形成复合板式结构的双面平相变抑制散热板。

如上所述，本发明的超薄复合材料相变抑制传热板及其制备方法，具有以下有益效果：

1.第一板材及第二板材包括至少两种材料层的复合板材，相变抑制传热板中的热超导管路位置的强度大幅提高，抗拉强度＞4MPa；

2.在保证足够的强度的前提下，所述超薄复合材料相变抑制传热板的总厚度≤1mm，可应用于精密元件中，具有体积小，重量轻等优点；

3.所述超薄复合材料相变抑制传热板的外表面为铜层，可以直接进行钎焊或锡焊，便于操作，质量稳定，解决了相变抑制传热板与器件间的焊接问题。

4.本发明通过刻蚀形成构成所述热超导管路的刻蚀槽道，不涉及石墨印刷工艺，在所述相变抑制散热板及其内部的槽道尺寸较小时也不存在由于断墨而导致的槽道不通的问题，大大提高了相变抑制散热板的可靠性。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的双面平相变抑制散热板的截面局部结构示意图。

图2显示为本发明实施例一中提供的双面平相变抑制散热板中具有第一刻蚀槽道的第一板材的结构示意图。

图3显示为本发明实施例一中提供的双面平相变抑制散热板中具有第二刻蚀槽道的第二板材结构示意图。

图4显示为本发明实施例二中提供的双面平相变抑制散热板的制造方法的流程图。

元件标号说明

1 第一板材

11、21 第一材料层

12、22 第二材料层

2 第二板材

3 热超导管路

31 第一刻蚀槽道

32 第二刻蚀槽道

4 非管路部分

5 工艺口

6 通孔

S1～S4 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图4需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1，本发明提供一种超薄复合材料相变抑制传热板，所述超薄复合材料相变抑制传热板为包括第一板材1及第二板材2的复合板式结构；所述第一板材1及所述第二板材2二者中至少一者为为包括至少两种材料层的复合板材；优选地，本实施例中，所述第一板材1及所述第二板材2均为包括至少两种材料层的复合板材；当然，在其他示例中，也可以为所述第一板材1及所述第二板材2中的一者为包括至少两种材料层的复合板材，具体可以为只有所述第一板材1为包括至少两种材料层的复合板材，也可以为只有所述第二板材2为包括至少两种材料层的复合板材；图1中以所述第一板材1包括第一材料层11及第二材料层12，所述第二板材2包括第一材料层21及第二材料层22作为示例；当然，在其他示例中，所述第一板材1及所述第二板材2还可以为包括三层材料层的复合板材，也可以为包括四层或更多层材料层的复合板材；所述超薄复合材料相变抑制传热板的表面均为平面；所述超薄复合材料相变抑制传热板内部形成有具有特定形状的热超导管路3，所述热超导管路3为封闭管路，所述热超导管路3内填充有传热工质(未示出)。将所述第一板材1及所述第二板材2设置为包括至少两种材料层的复合板材，可以使得所述超薄复合材料相变抑制传热板中对应于所述热超导管路3的位置的强度大幅提高，抗拉强度＞4MPa；同时，在保证足够的强度的前提下，所述超薄复合材料相变抑制传热板可以做到更薄，总厚度≤1mm，可应用于精密元件中，具有体积小，重量轻等优点；所述热超导管路3内充入传热工质，并封闭，构成相变抑制传热器件，具有导热速率快、均温好的特点。

作为示例，所述传热工质为流体，优选地，所述传热工质可以为气体或液体或气体与液体的混合物，更为优选地，本实施例中，所述传热工质为液体与气体的混合物。

作为示例，所述第一板材1的一表面形成有第一刻蚀槽道31，所述第二板材2的一表面形成有与所述第一刻蚀槽道31相对应的第二刻蚀槽道32，所述第一刻蚀槽道31与所述第二刻蚀槽道32共同构成所述热超导管路。

作为示例，通过刻蚀工艺在所述第一板材1的表面形成所述第一刻蚀槽道31；通过刻蚀工艺在所述第二板材2的表面形成所述第二刻蚀槽道32，即通过对所述第一板材1进行单面刻蚀以在所述第一板材1的表面形成所述第一刻蚀槽道31，通过对所述第二板材2进行单面刻蚀以在所述第二板材2的表面形成所述第二刻蚀槽道32。通过刻蚀形成构成所述热超导管路3的所述第一刻蚀槽道31及所述第二刻蚀槽道32，不涉及现有技术中的石墨印刷工艺，在所述相变抑制散热板及其内部的所述第一刻蚀槽道31及所述第二刻蚀槽道32尺寸较小时也不存在由于断墨而导致的所述第一刻蚀槽道31及所述第二刻蚀槽道32不通的问题，大大提高了相变抑制散热板的可靠性；同时，本发明的双面平相变抑制散热板的尺寸可以做到很小，便于其在自狭窄空间内的使用。

作为示例，所述第一板材1与所述第二板材2可以通过扩散焊工艺复合在一起。当然，在其他实施例中，所述第一板材1与所述第二板材2之间还可以通过其他的工艺复合在一起，譬如辊压工艺等等。

作为示例，所述热超导管路3的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形、纵横交错的网状或其中任一种以上的任意组合。

图2为双面平相变抑制散热板中具有第一刻蚀槽道31的第一板材1的结构示意图，图2中以所述热超导管路3的形状为纵横交错的网状作为示例，即图2中以所述第一刻蚀槽道31的形状为纵横交错的网状作为示例。如图2所示，所述第一板材1的边缘部分及所述纵横交错的所述第一刻蚀槽道31之间的部分均为非管路部分4。需要说明的是，由于所述热超导管路3形成之后需要向所述热超导管路3内充入传热工质，所以在形成所述热超导管路3之后，会在所述双面平相变抑制散热板上形成工艺口5，即亦为充工质口。所述工艺口5可以形成在所述第一板材1上，也可以形成在所述第二板材2上，还可以同时形成在所述第一板材1及所述第二板材2上，本实施例中，以所述工艺口5形成在所述第一板材1上作为示例。所述工艺口5在所述热超导管路3的形状初步形成以后，所述工艺口5通过焊接方式密封，以实现所述热超导管路3的密封，使得所述热超导管路3不与外界导通。

图3为双面平相变抑制散热板中具有第二刻蚀槽道32的第二板材2的结构示意图，图3中以所述热超导管路3的形状为纵横交错的网状作为示例，即图3中以所述第二刻蚀槽道32的形状为纵横交错的网状作为示例。如图3所示，所述第二板材2的边缘部分及所述纵横交错的所述第二刻蚀槽道32之间的部分均为非管路部分4。所述第二刻蚀槽道32与所述第一刻蚀槽道31的形状及位置完全对应，以确保在将所述第一板材1与所述第二板材2复合在一起后，所述第一刻蚀槽道31与所述第二刻蚀槽道32可以形成所述热超导管路3。

需要说明的是，所述第一板材1及所述第二板材2为包括至少两层材料层的复合板材，为了便于说明，图2至图3中并没有显示出所述第一板材1及所述第二板材2的具体结构。

作为示例，所述第一板材1及所述第二板材2可以为包括铜材料层与铝材料层的铜铝复合板材、也可以为包括不锈钢材料层与铝材料层的不锈钢铝复合板材、也可以为包括铁材料层与铝材料层的铁铝复合板材，还可以为包括铝合金材料层与铝材料层的铝合金铝复合板材；所述第一板材1及所述第二板材2中的所述铝材料层相接触，即所述第一板材1中的所述第二材料层12为铝材料层，所述第二板材2中的所述第二材料层22为铝材料层。将位于内侧的所述第二材料层12及22设定为铝材料层，当所述第一板材1及所述第二板材2为铝铜复合板材时，可以确保所述铜材料层位于外侧，即所述超薄复合材料相变抑制传热板的外表面为铜层，可以直接进行钎焊或锡焊，便于操作，质量稳定，解决了超薄复合材料相变抑制传热板与器件间的焊接问题。

作为示例，可以通过辊压工艺将至少两种不同的材料层进行辊压成型以形成所述第一板材1及所述第二板材2，也可以通过溅射工艺、蒸镀工艺、电镀工艺等在一材料层表面镀另一层材料层以形成所述第一板材1及所述第二板材2。

作为示例，所述第一刻蚀槽道31可以仅位于所述第一板材1的所述第二材料层12内，即仅位于所述第一板材1的所述铝材料层内，也可以同时位于所述第一板材1的第一材料层11及所述第二材料层12内；同样，所述第二刻蚀槽道32可以仅位于所述第二板材2的所述第二材料层22内，即仅位于所述第二板材2的所述铝材料层内，也可以同时位于所述第二板材2的第一材料层21及所述第二材料层22内。

作为示例，所述第一板材1及所述第二板材2内还均设有通孔6，位于所述第一板材1内的所述通孔6与位于所述第二板材2内的所述通孔6一一对应设置；所述通孔6可以作为所述第一板材1与所述第二板材2的固定孔。

作为示例，所述超薄复合材料相变抑制散热板表面还可以设有通风孔(未示出)或散热翅片(未示出)，以增强所述超薄复合材料相变抑制散热板的散热效果。

实施例二

请参阅图4，本发明还提供一种超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：

S1：提供第一板材，在所述第一板材一表面形成第一刻蚀槽道；提供第二板材，在所述第二板材一表面形成与所述第一刻蚀槽道相对应的第二刻蚀槽道；所述第一板材及所述第二板材二者中至少一者为包括至少两种材料层的复合板材；

S2：将所述第一板材形成有所述第一刻蚀槽道的一面与所述第二板材形成有第二刻蚀槽道的一面贴合并对齐；

S3：将所述第一板材与所述第二板材复合以形成复合板式结构的双面平相变抑制散热板，所述第一刻蚀槽道及所述第二刻蚀槽道共同构成所述双面平相变抑制散热板内的热超导管路；

S4：向所述热超导管路内充入传热工质并密封所述热超导管路。

作为示例，步骤S1中，提供至少两种材料层，通过辊压工艺形成所述复合板材，本实施例中，所述第一板材及所述第二板材均为复合板材，均通过辊压工艺形成。当然，也可以通过溅射工艺、蒸镀工艺、电镀工艺等在一材料层表面镀另一层材料层形成所述第一板材及所述第二板材。

作为示例，步骤S1中，所述第一板材及所述第二板材可以为包括铜材料层与铝材料层的铜铝复合板材、也可以为包括不锈钢材料层与铝材料层的不锈钢铝复合板材、也可以为包括铁材料层与铝材料层的铁铝复合板材，还可以为包括铝合金材料层与铝材料层的铝合金铝复合板材。

作为示例，步骤S1中，采用刻蚀工艺在所述第一板材的表面形成所述第一刻蚀槽道采用刻蚀工艺在所述第二板材的表面形成所述第二刻蚀槽道。

作为示例，步骤S3中，采用扩散焊工艺将所述第一板材与所述第二板材复合以形成复合板式结构的双面平相变抑制散热板。当然，在其他实施例中，所述第一板材与所述第二板材之间还可以通过其他的工艺复合在一起，譬如辊压工艺等等。

本实施例中所述的超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法制造的超薄复合材料相变抑制传热板的结构及特点与实施例一中所述的超薄复合材料相变抑制传热板的结构及特点相同，具体可参阅实施例一，此处不再累述。

综上所述，本发明提供一种超薄复合材料相变抑制传热板及其制备方法，所述超薄复合材料相变抑制传热板为包括第一板材及第二板材的复合板式结构；所述第一板材及所述第二板材二者中至少一者为为包括至少两种材料层的复合板材；所述超薄复合材料相变抑制传热板的表面均为平面；所述超薄复合材料相变抑制传热板内部形成有具有特定形状的热超导管路，所述热超导管路为封闭管路，所述热超导管路内填充有传热工质。第一板材及第二板材包括至少两种材料层的复合板材，相变抑制传热板中的热超导管路位置的强度大幅提高，抗拉强度＞4MPa；在保证足够的强度的前提下，所述超薄复合材料相变抑制传热板的总厚度≤1mm，可应用于精密元件中，具有体积小，重量轻等优点；所述超薄复合材料相变抑制传热板的外表面为铜层，可以直接进行钎焊或锡焊，便于操作，质量稳定，解决了相变抑制传热板与器件间的焊接问题；本发明通过刻蚀形成构成所述热超导管路的刻蚀槽道，不涉及石墨印刷工艺，在所述相变抑制散热板及其内部的槽道尺寸较小时也不存在由于断墨而导致的槽道不通的问题，大大提高了相变抑制散热板的可靠性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种超薄复合材料相变抑制传热板，其特征在于，所述超薄复合材料相变抑制传热板为包括第一板材及第二板材的复合板式结构；所述第一板材及所述第二板材二者中至少一者为为包括至少两种材料层的复合板材；

所述超薄复合材料相变抑制传热板的表面均为平面；所述超薄复合材料相变抑制传热板内部形成有具有特定形状的热超导管路，所述热超导管路为封闭管路，所述热超导管路内填充有传热工质。

2.根据权利要求1所述的超薄复合材料相变抑制传热板，其特征在于：所述第一板材的一表面形成有第一刻蚀槽道，所述第二板材的一表面形成有与所述第一刻蚀槽道相对应的第二刻蚀槽道，所述第一刻蚀槽道与所述第二刻蚀槽道共同构成所述热超导管路。

3.根据权利要求2所述的超薄复合材料相变抑制传热板，其特征在于：通过刻蚀工艺在所述第一板材的表面形成所述第一刻蚀槽道；通过刻蚀工艺在所述第二板材的表面形成所述第二刻蚀槽道。

4.根据权利要求1所述的超薄复合材料相变抑制传热板，其特征在于：所述第一板材与所述第二板材通过扩散焊工艺复合在一起。

5.根据权利要求1所述的超薄复合材料相变抑制传热板，其特征在于：所述热超导管路的形状为六边形蜂窝状、圆形蜂窝状、四边形蜂窝状、首尾串联的多个U形、菱形、三角形、圆环形、纵横交错的网状或其中任一种以上的任意组合。

6.根据权利要求1所述的超薄复合材料相变抑制传热板，其特征在于：所述复合板材为包括铜材料层与铝材料层的铜铝复合板材、包括不锈钢材料层与铝材料层的不锈钢铝复合板材、包括铁材料层与铝材料层的铁铝复合板材或包括铝合金材料层与铝材料层的铝合金铝复合板材；所述第一板材及所述第二板材中的所述铝材料层相接触。

7.根据权利要求1所述的超薄复合材料相变抑制传热板，其特征在于：所述复合板材为通过辊压工艺形成的复合板材。

8.根据权利要求1所述的超薄复合材料相变抑制传热板，其特征在于：所述第一板材及所述第二板材内还均设有通孔，位于所述第一板材内的所述通孔与位于所述第二板材内的所述通孔一一对应设置。

9.根据权利要求1所述的超薄复合材料相变抑制传热板，其特征在于：所述超薄复合材料相变抑制传热板表面设有通风孔或散热翅片。

10.一种超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

提供第一板材，在所述第一板材一表面形成第一刻蚀槽道；提供第二板材，在所述第二板材一表面形成与所述第一刻蚀槽道相对应的第二刻蚀槽道；所述第一板材及所述第二板材二者中至少一者为包括至少两种材料层的复合板材；

将所述第一板材形成有所述第一刻蚀槽道的一面与所述第二板材形成有第二刻蚀槽道的一面贴合并对齐；

将所述第一板材与所述第二板材复合以形成复合板式结构的双面平相变抑制散热板，所述第一刻蚀槽道及所述第二刻蚀槽道共同构成所述双面平相变抑制散热板内的热超导管路；

向所述热超导管路内充入传热工质并密封所述热超导管路。

11.根据权利要求10所述的超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法，其特征在于：提供至少两种材料层，通过辊压工艺形成所述复合板材。

12.根据权利要求10所述的超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法，其特征在于：通过刻蚀工艺在所述第一板材的表面形成所述第一刻蚀槽道；通过刻蚀工艺在所述第二板材的表面形成所述第二刻蚀槽道。

13.根据权利要求10所述的超薄复合材料相变抑制传热板的制备方法，其特征在于：通过扩散焊工艺将所述第一板材与所述第二板材复合以形成复合板式结构的双面平相变抑制散热板。