CN107833870A - 一种用于大功率芯片的散热装置及其散热板制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于大功率芯片的散热装置,包括用于安装大功率芯片的PCB板，包括贴合在用于安装大功率芯片的PCB板背面的非均匀润湿性涂层散热板、密封盖覆在所述非均匀润湿性涂层散热板上表面的密封盖板，所述非均匀润湿性涂层散热板上表面设置有若干间隔分布的疏水区和亲水区，所述密封盖板上设有微流体的进口孔和出口孔。本发明针对传统的散热技术的缺点进行改进，通过微流体在非均匀润湿性涂层散热板上的流动将芯片使用过程中发出并传导到均匀润湿性涂层散热板上的热量带走，强化了高集成高密度大功率芯片的散热。

Description

一种用于大功率芯片的散热装置及其散热板制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于大功率芯片的散热装置及其散热板制备方法，尤其涉及一种非均匀润湿性涂层散热板的制备，主要适用于高发热量电子元器件散热领域。
技术背景
高集成、高密度、高性能的大功率芯片在工作的过程中会散发出大量的热量。高集成高频率的局部元器件热流密度已经达到104W/m2～105w/m2。常规的散热方法已经达不到要求。过高的温度会对大功率芯片产生巨大的影响，会造成电子元器件性能和使用寿命的降低。高效快速的散热是目前微型电子元器件急需解决的问题。
目前，大多数的电子元器件采用的是在其表面贴服高导热系数的金属散热片，将电子元器件的热量均匀的散发出去。但是随着使用寿命的增加，金属散热片会不断的被氧化，热阻不断地增加，散热效果也会随之不断下降。目前还有一种散热装置是采用在金属散热片的表面刻饰微槽道来增加散热，这种方法的不足之处在于流体进入微槽道局部会发生回流和压差，较高的压阻不利于系统的运行，而且使用过程中微槽道易于被污垢填充，从而达不到理想的目的。针对上述散热装置的不足，在金属散热片表面制备一种亲水疏水相间的图层来增强传热。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构简单、传热效率高的用于大功率芯片的散热装置及其散热板制备方法，用与强化高热流密度的大功率芯片散热。
本发明通过以下技术方案实现：
一种用于大功率芯片的散热装置，包括用于安装大功率芯片的PCB板，包括贴合在用于安装大功率芯片的PCB板背面的非均匀润湿性涂层散热板、密封盖覆在所述非均匀润湿性涂层散热板上表面的密封盖板，所述非均匀润湿性涂层散热板上表面设置有若干间隔分布的疏水区和亲水区，所述密封盖板上设有微流体的进口孔和出口孔。本方案通过微流体在非均匀润湿性涂层散热板上的流动将芯片使用过程中发出并传导到均匀润湿性涂层散热板上的热量带走。
优选地，所述的疏水区和亲水区以同心几何图像的方式间隔分布。
优选地，所述的疏水区和亲水区以同心圆的方式间隔分布。
优选地，所述的疏水区和亲水区以同心矩形或三角形的方式间隔分布。
优选地，所述的疏水区和亲水区以同心椭圆的方式间隔分布。
优选地，所述的疏水区和亲水区以同心多边形的方式间隔分布。
优选地，所述的疏水区和亲水区以平行直线或曲线的方式相间隔分布。
优选地，所述的非均匀润湿性涂层散热板通过导热胶与PCB板粘结，实现热传导。
优选地，所述的疏水区和亲水区的厚度为20nm～80nm，水在亲水区的接触角为0º～60º，在疏水区接触角为100º～180º。
如所述大功率芯片的散热装置的散热板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，铜片的打磨：
将预先准备好的铜片用砂纸进行打磨，除去表面氧化层；
步骤二，铜片清洗步骤：
将打磨好的铜片浸没在1~3mol/L的Na2CO3溶液超声震荡10~20 分钟，随后用体积分数为3%~7%的稀H2SO4清洗，去除表面的氧化物，接着按照丙酮、乙醇、去离子水的顺序分别超声震荡10~20分钟，每一项清洗之后都用高纯氮气吹干；
步骤三，铜片的光刻：
在清洗后的铜表面涂覆正性光刻胶，将带有定制图案的掩膜贴附于铜表面，将紫外灯照射掩膜1~3分钟，紫外线照射的部分光刻胶溶解，紫外线没有照射的部分起到保护亲水区的作用，之后按照步骤二进行清洗；
步骤四，铜片的疏水化：
将上一步铜片浸入浓度为1~3mmol·L-1的硬脂酸（STA）乙醇溶液中室温下下浸泡8~10h,取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干；
步骤五，疏水化后的光刻：
将经过步骤四处理的铜片再次用紫外灯照射1~3分钟，取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干，即在铜片表面形成疏水区和亲水区相间的图案化表面。
相比现有技术，本发明的有益效果是：
1）设计合理，易于制造，散热效果好，可迅速转移出大功率芯片工作时发出的热量。
2）非均匀润湿性涂层可以有效的控制冷却工质的分布，明显减小了压力阻和热阻，具有更高的换热系数和换热效率。
附图说明
图1为本发明用于大功率芯片的散热装置的结构示意图。
图2为本发明实施例1非均匀润湿性相变涂层散热板的俯视图。
图3为本发明实施例2非均匀润湿性相变涂层散热板的俯视图。
图4为本发明实施例3非均匀润湿性相变涂层散热板的俯视图。
图5为本发明实施例4非均匀润湿性相变涂层散热板的俯视图。
图6为本发明实施例5非均匀润湿性相变涂层散热板的俯视图。
图7为本发明实施例6非均匀润湿性相变涂层散热板的俯视图。
图8为本发明实施例7非均匀润湿性相变涂层散热板的俯视图。
图中：1-PCB板；2-导热胶；3-非均匀润湿性涂层散热板；4-疏水区；5-亲水区；6-盖板；7-进口孔；8-出口孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例1
如图1至图2所示。一种用于大功率芯片的散热装置,包括用于安装大功率芯片的PCB板1，包括通过导热胶2贴合在用于安装大功率芯片的PCB板1背面的非均匀润湿性涂层散热板3、密封盖覆在所述非均匀润湿性涂层散热板3上表面的密封盖板6，所述非均匀润湿性涂层散热板3上表面设置有若干以同心圆的方式间隔分布的疏水区4和亲水区5，疏水区4和亲水区5的宽度比为3:1~1:3，也可以根据具体散热工况设置其他不同的宽度比例，所述密封盖板6上设有微流体的进口孔7和出口孔8。
所述的疏水区4和亲水区5的厚度为20nm～80nm，水在亲水区5的接触角为0º～60º，在疏水区4接触角为100º～180º。
本实施例通过微流体(如水)在非均匀润湿性涂层散热板3上的流动将芯片使用过程中发出并传导到均匀润湿性涂层散热板3上的热量带走。
实施例2
如图3所述，本实施例与实施例1的区别在于：所述的疏水区4和亲水区5以同心矩形的方式间隔分布。
实施例3
如图4所述，本实施例与实施例1的区别在于：所述的疏水区4和亲水区5以若干同心三角形的方式间隔分布。
实施例4
如图5所述，本实施例与实施例1的区别在于：所述的疏水区4和亲水区5以若干同心椭圆的方式间隔分布。
实施例5
如图6所述，本实施例与实施例1的区别在于：所述的疏水区4和亲水区5以若干同心六边形的方式间隔分布。
实施例6
如图7所述，本实施例与实施例1的区别在于：所述的疏水区4和亲水区5以若干平行直线的方式相间隔分布。
实施例7
如图8所述，本实施例与实施例1的区别在于：所述的疏水区4和亲水区5以若干平行曲线的方式相间隔分布。
实施例8
如所述大功率芯片的散热装置散热板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，铜片的打磨：
将预先准备好的铜片用砂纸进行打磨，除去表面氧化层；
步骤二，铜片清洗步骤：
将打磨好的铜片浸没在1mol/L的Na2CO3溶液超声震荡10 分钟，随后用体积分数为3%的稀H2SO4清洗，去除表面的氧化物，接着按照丙酮、乙醇、去离子水的顺序分别超声震荡10分钟，每一项清洗之后都用高纯氮气吹干；
步骤三，铜片的光刻：
在清洗后的铜表面涂覆正性光刻胶AZ1518，将带有定制图案的掩膜贴附于铜表面，如圆形、方形、六边形等，将紫外灯照射掩膜1分钟，紫外线照射的部分光刻胶溶解，紫外线没有照射的部分起到保护亲水区的作用，之后按照步骤二进行清洗；
步骤四，铜片的疏水化：
将上一步铜片浸入浓度为1mmol·L-1的硬脂酸（STA）乙醇溶液中室温下下浸泡8h,取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干；
步骤五，疏水化后的光刻：
将经过步骤四处理的铜片再次用紫外灯照射1分钟，取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干，即在铜片表面形成疏水区4和亲水区5相间的图案化表面。
实施例9
如所述大功率芯片的散热装置散热板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，铜片的打磨：
将预先准备好的铜片用砂纸进行打磨，除去表面氧化层；
步骤二，铜片清洗步骤：
将打磨好的铜片浸没在1~3mol/L的Na2CO3溶液超声震荡15分钟，随后用体积分数为5%的稀H2SO4清洗，去除表面的氧化物，接着按照丙酮、乙醇、去离子水的顺序分别超声震荡15分钟，每一项清洗之后都用高纯氮气吹干；
步骤三，铜片的光刻：
在清洗后的铜表面涂覆正性光刻胶AZ1518，将带有定制图案的掩膜贴附于铜表面，如圆形、方形、六边形等，将紫外灯照射掩膜2分钟，紫外线照射的部分光刻胶溶解，紫外线没有照射的部分起到保护亲水区的作用，之后按照步骤二进行清洗；
步骤四，铜片的疏水化：
将上一步铜片浸入浓度为2mmol·L-1的硬脂酸（STA）乙醇溶液中室温下下浸泡9h,取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干；
步骤五，疏水化后的光刻：
将经过步骤四处理的铜片再次用紫外灯照射2分钟，取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干，即在铜片表面形成疏水区4和亲水区5相间的图案化表面。
实施例10
如所述大功率芯片的散热装置散热板的制备方法，包括如下步骤：
步骤一，铜片的打磨：
将预先准备好的铜片用砂纸进行打磨，除去表面氧化层；
步骤二，铜片清洗步骤：
将打磨好的铜片浸没在3mol/L的Na2CO3溶液超声震荡20 分钟，随后用体积分数为7%的稀H2SO4清洗，去除表面的氧化物，接着按照丙酮、乙醇、去离子水的顺序分别超声震荡20分钟，每一项清洗之后都用高纯氮气吹干；
步骤三，铜片的光刻：
在清洗后的铜表面涂覆正性光刻胶AZ1518，将带有定制图案的掩膜贴附于铜表面，如圆形、方形、六边形等，将紫外灯照射掩膜3分钟，紫外线照射的部分光刻胶溶解，紫外线没有照射的部分起到保护亲水区的作用，之后按照步骤二进行清洗；
步骤四，铜片的疏水化：
将上一步铜片浸入浓度为3mmol·L-1的硬脂酸（STA）乙醇溶液中室温下下浸泡10h,取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干；
步骤五，疏水化后的光刻：
将经过步骤四处理的铜片再次用紫外灯照射3分钟，取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干，即在铜片表面形成疏水区4和亲水区5相间的图案化表面。
如上所述，便可较好的实现本发明。
本发明提供了一种大功率芯片的散热设计方案，大功率芯片的PCB板与非均匀润湿性涂层散热板之间用导热胶粘结。在大功率芯片的散热过程中，热量通过导热胶传递到非均匀润湿性涂层散热板上，从而达到快速转移热量的目的。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,在不脱离本发明的精神和范围下，本发明还可以有各种变化和改变。本发明中的非均匀润湿性涂层散热板的基体材料可以是铜、钛、铝等金属，非均匀润湿性涂层可以是同心圆、条纹状等其他形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于大功率芯片的散热装置,包括用于安装大功率芯片的PCB板(1)，其特征在于：包括贴合在用于安装大功率芯片的PCB板(1)背面的非均匀润湿性涂层散热板(3)、密封盖覆在所述非均匀润湿性涂层散热板(3)上表面的密封盖板(6)，所述非均匀润湿性涂层散热板(3)上表面设置有若干间隔分布的疏水区(4)和亲水区(5)，所述密封盖板(6)上设有微流体的进口孔(7)和出口孔(8)。
2.根据权利要求1所述的用于大功率芯片的散热装置，其特征在于，所述的疏水区(4)和亲水区(5)以同心几何图像的方式间隔分布。
3.根据权利要求2所述的用于大功率芯片的散热装置，其特征在于，所述的疏水区(4)和亲水区(5)以同心圆的方式间隔分布。
4.根据权利要求2所述的用于大功率芯片的散热装置，其特征在于，所述的疏水区(4)和亲水区(5)以同心矩形或三角形的方式间隔分布。
5.根据权利要求2所述的用于大功率芯片的散热装置，其特征在于，所述的疏水区(4)和亲水区(5)以同心椭圆的方式间隔分布。
6.根据权利要求2所述的用于大功率芯片的散热装置，其特征是，所述的疏水区(4)和亲水区(5)以同心多边形的方式间隔分布。
7.根据权利要求1所述的用于大功率芯片的散热装置，其特征在于，所述的疏水区(4)和亲水区(5)以平行直线或曲线的方式相间隔分布。
8.根据权利要求1所述的用于大功率芯片的散热装置，其特征在于，所述的非均匀润湿性涂层散热板(3)通过导热胶(2)与PCB板(1)粘结。
9.根据权利要求1所述的用于大功率芯片的散热装置，其特征在于，所述的疏水区(4)和亲水区(5)的厚度为20nm～80nm，水在亲水区(5)的接触角为0º～60º，在疏水区(4)接触角为100º～180º。
10.权利要求1至9中任一项所述大功率芯片的散热装置的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，铜片的打磨：
将预先准备好的铜片用砂纸进行打磨，除去表面氧化层；
步骤二，铜片清洗步骤：
将打磨好的铜片浸没在0.5~2mol/L的Na2CO3溶液超声震荡10~20分钟，随后用体积分数为3%~9%的稀H2SO4清洗，去除表面的氧化物，接着按照丙酮、乙醇、去离子水的顺序分别超声震荡5~15分钟，每一项清洗之后都用高纯氮气吹干；
步骤三，铜片的光刻：
在清洗后的铜表面涂覆正性光刻胶，将带有定制图案的掩膜贴附于铜表面，将紫外灯照射掩膜1~3分钟，紫外线照射的部分光刻胶溶解，紫外线没有照射的部分起到保护亲水区的作用，之后按照步骤二进行清洗；
步骤四，铜片的疏水化：
将上一步铜片浸入浓度为1~5mmol·L-1的硬脂酸乙醇溶液中室温下下浸泡8~10h,取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干；
步骤五，疏水化后的光刻：
将经过步骤四处理的铜片再次用紫外灯照射1~3分钟，取出后用无水乙醇冲洗干净，室温下用氮气吹干，即在铜片表面形成疏水区(4)和亲水区(5)相间的图案化表面。
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