CN109253641A - 一种聚酰亚胺柔性平板热管 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚酰亚胺柔性平板热管，包括上壳板、下壳板、吸液芯和充液管，上、下壳板均采用柔性聚合物聚酰亚胺作为材料，其中上壳板的下表面具有表面超疏水的微纳结构，吸液芯采用铜网和微铜柱阵列复合结构，由设置在上壳板、下壳板之间的支撑铜柱阵列构成蒸汽通道。本发明具有厚度薄、柔性好的优点，适用于柔性或曲面电子元器件的散热，具有极强的表面适应性。

Description

一种聚酰亚胺柔性平板热管
技术领域
本发明涉及一种聚酰亚胺柔性平板热管，属于传热技术领域。
背景技术
随着现代电子产品性能的提升和尺寸的减小，功率密度越来越高，导致的散热问题越来越严重。虽然采用金属作为壳体材料具有低热阻、易于封装等优点，但是金属材料的柔性较差，难以适应曲面电子尤其是柔性电子的散热需求。因此，如何解决柔性电子及曲面电子散热问题成为技术关键。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的一个目的是提供一种聚酰亚胺柔性平板热管，该平板热管以聚合物为壳体材料，具有较薄的厚度，可以弯曲任意角度，其上壳板的下表面具有超疏水结构，大大提高了平板热管的换热效率。
本发明的另一个目的是提供一种制作聚酰亚胺柔性平板热管毛细结构及蒸汽通道支撑的方法，采用光刻技术和电镀技术在下壳板的上表面生成两种规格的铜柱阵列分别作为毛细芯及蒸汽通道支撑。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种聚酰亚胺柔性平板热管，
平板热管主体是由上壳板和下壳板构成的具有空腔的封闭结构，所述空腔内部设置支撑铜柱阵列和吸液芯，所述吸液芯由依次设置在下壳板内表面上的微铜柱阵列和铜网构成，支撑铜柱阵列纵向设置在上壳板和下壳板之间，并与上壳板和下壳板连接，由支撑铜柱阵列支撑上壳板和下壳板，支撑铜柱阵列与上壳板和下壳板构成的空间形成供蒸汽流通的通道，上壳板内表面上设置超疏水结构，位于上壳板和下壳板连接处的侧壁上设置能够容纳充液管并与所述空腔、外部连通的孔道，其中，上壳板内表面、下壳板内表面均为与所述空腔相连的表面。
进一步的，平板热管主体外表面即上壳板、下壳板的外表面，下壳板的内表面还设置TiO2膜。
进一步的，微铜柱阵列设置在下壳板上，微铜柱阵列中的每一个阵列是由直径为50μm、间距(相邻两铜柱之间的距离)为30μm、高度为50μm的呈19×19矩阵排列的铜柱构成。
进一步的，支撑铜柱阵列设置在微铜柱阵列的每一个阵列之间，并与上壳板和下壳板连接，支撑铜柱阵列中的每一个阵列是由直径为1000μm、间距(相邻两铜柱之间的距离)为500μm、高度为300μm呈矩形排列的铜柱构成。
进一步的，铜网平铺设置在微铜柱阵列上，并贯穿所述的支撑铜柱阵列，铜网的筛孔大小为200～300目。
进一步的，上、下壳板的材料均为聚酰亚胺，上壳板为平板结构，其厚度为0.01mm，下壳板为凹面结构，其厚度为0.01mm-0.3mm。
进一步的，上壳板内表面设置超疏水结构，超疏水结构中的每一个阵列由六方密堆积排列的纳米级圆柱构成。
由于采用上述技术方案，使本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、本发明采用光刻技术和电镀技术在下壳板上表面生成的两种规格的铜柱阵列，能够很好地解决平板热管的蒸汽通道支撑问题，同时也大大地减小了热管的厚度，铜网与铜微柱阵列的复合毛细结构既提高了毛细力又增加了工质的渗透率。
2、上壳板的下表面具有超疏水阵列，使得蒸汽在冷凝端凝结为液体的时候能够更快、更容易地流回蒸发端，避免蒸发端烧干现象的产生，提高了热管的最大散热功率。
附图说明
图1是本发明的聚酰亚胺柔性平板热管的总体设计结构示意图。
图2是本发明的聚酰亚胺柔性平板热管的上壳板及超疏水结构示意图。
图3是本发明的上壳板上设置的超疏水结构的放大图。
图4是本发明的下壳板及其表面设置的铜柱阵列的结构示意图。
图5是本发明的聚酰亚胺柔性平板热管的横截面结构示意图。
其中图1至图5中包括有：
1-上壳板、2-铜网、3-下壳板、4-充液管、5-支撑铜柱阵列、6-微铜柱阵列、
7-充液管孔位、8-超疏水结构。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明做进一步详细的说明。
如图1-5所示，本发明的铜柱阵列具有两种类型，高度较低、直径较小呈矩形排列的阵列即微铜柱阵列6作为毛细结构；高度较高、直径较大呈矩形排列的阵列即支撑铜柱阵列5作为空间支撑提供蒸汽通道。
其中，本发明所述的吸液芯为微铜柱阵列6与铜网2的复合结构，微铜柱阵列6与下壳板3的上表面紧密相连，铜网2与微铜柱阵列6紧密相连，并贯穿支撑铜柱阵列5，支撑铜柱阵列5设置在微铜柱阵列6的每一个阵列之间，并与上壳板1和下壳板3连接，由支撑铜柱阵列5支撑上壳板1和下壳板3，支撑铜柱阵列5与上壳板1和下壳板3构成的空间构成供蒸汽流通的通道，上壳板1内表面设置超疏水结构8，位于上壳板1和下壳板3连接处的内侧壁上设置容纳充液管4并与空腔连通的通道。上壳板1和下壳板3之间通过边缘密封形成密闭的腔体，采用真空泵抽真空之后通过充液管4充灌工质，本实施例的工质选用水。
所述上壳板1的下表面设置超疏水结构8，该微纳结构为呈六方密堆积排列的纳米级圆柱凸起组成。为了保证热管的气密性，上壳板1和下壳板3的外表面采用ALD技术镀有TiO2膜。为了增加超亲水作用，下壳板3的内表面(上表面)采用ALD技术镀有TiO2膜。
具体的，上壳板1与下壳板3均采用柔性聚合物聚酰亚胺作为材料，具体尺寸大小根据实际需要而定，上壳板1为矩形平板结构，优选厚度为0.01mm，下壳板为具有凹槽空腔的半封闭矩形结构，优选厚度为0.3mm，下壳板可由冲裁、模压而成，上壳板1与下壳板3之间插入充液管4，边缘采用硅橡胶密封。
吸液芯中的微铜柱阵列6与支撑铜柱阵列5是直接生长在下壳板3的上表面，先在下壳板3的上表面生成直径为50μm、相邻两铜柱之间的间距为30μm、高度为50μm的呈19×19矩阵排列的微铜柱阵列6，将铜网2裁剪成合适形状后，通过电镀技术附在微铜柱阵列6上，并留有供支撑铜柱阵列5穿过的孔洞，优选200目的铜网，然后再采用同样的方法生成直径为1000μm、相邻两铜柱之间的间距为500μm、高度为300μm的支撑铜柱阵列。
本发明的工作原理在于：热量通过镀有TiO2膜的下壳板3传递到热管的毛细结构，TiO2膜在保证热管的气密性的同时还具有超亲水的特性，使得毛细结构中的工质能较好的浸润下壳板3的内表面(即热管的蒸发端)，防止烧干现象的发生，热量经毛细结构传递给工质，使得工质受热蒸发，随着蒸汽压力的升高，在压差的作用下蒸汽迅速通过由支撑铜柱阵列5之间的空间形成的蒸汽通道到达上壳板1(即热管的冷凝端)，冷凝端与冷源相接触，蒸汽遇冷释放出热量变为液体，而上壳板1的内表面设置超疏水结构8，使得在冷凝端凝结的液体能够迅速脱离冷凝端，在由铜网2与铜微柱阵列6组成的毛细结构的毛细力以及重力的作用下，液体再次回到蒸发端，如此循环，热量被不断的从蒸发端传递到冷凝端，实现散热功能。
以上所述只是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的原理下所做的改变，均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，平板热管主体是由上壳板和下壳板构成的具有空腔的封闭结构，所述空腔内部设置支撑铜柱阵列和吸液芯，所述吸液芯由依次设置在下壳板内表面上的微铜柱阵列和铜网构成，支撑铜柱阵列纵向设置在上壳板和下壳板之间，并与上壳板和下壳板连接，由支撑铜柱阵列支撑上壳板和下壳板，支撑铜柱阵列与上壳板和下壳板构成的空间形成供蒸汽流通的通道，上壳板内表面上设置超疏水结构，位于上壳板和下壳板连接处的侧壁上设置能够容纳充液管并与所述空腔、外部连通的孔道。
2.如权利要求1所述的聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，上壳板、下壳板材质均为聚酰亚胺。
3.如权利要求1或2所述的聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，上壳板为平板结构，下壳板为具有凹槽空腔的半封闭结构。
4.如权利要求1-3任一所述的聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，上壳板为矩形平板结构，下壳板为具有矩形空腔的半封闭长方体结构。
5.如权利要求1-4任一所述的聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，上壳板厚度为0.01mm，下壳板厚度为0.01mm-0.3mm。
6.如权利要求1-5任一所述的聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，下壳板的内表面还设置TiO2膜。
7.如权利要求1-5任一所述的聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，微铜柱阵列设置在下壳板内表面上。
8.如权利要求1-7任一所述的聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，微铜柱阵列设置在下壳板内表面上设置的TiO2膜上。
9.如权利要求1-5任一所述的聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，上壳板、下壳板的外表面还设置TiO2膜。
10.如权利要求1-9任一所述的聚酰亚胺柔性平板热管，其特征在于，微铜柱阵列中的每一个阵列是由直径为50μm、间距为30μm、高度为50μm的呈19×19矩阵排列的铜柱构成。
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