CN110430723A - 一种基于低维热扩散材料的固态冷板 - Google Patents

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毛杨础
张德俊
徐太栋
陈杨
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Abstract

本发明涉及一种基于低维热扩散材料的固态冷板。包括：冷板基板1、冷板盖板2、二维高效热扩散涂层(石墨烯涂层)3。冷板盖板2一侧涂有石墨烯涂层，并通过扩散焊方法与冷板基板1焊接在一起，使石墨烯涂层与基板紧密接触，形成此固态冷板。发热体可安装在冷板基板1上的发热体安装槽内进行散热，两者之间可添加石墨烯导热垫片进一步减小热阻，保证冷板在二维平面上有超高的热扩展性。本发明优点在于冷板无泄漏液态工质危险，可靠性较高，减小了工艺复杂性，具有优良的抗重力性能；多层石墨烯涂层将热量充分均布在二维平面上，散热面积大，更有利于将发热体温度控制在理想范围内，可广泛应用与电子元件的散热。

Description

一种基于低维热扩散材料的固态冷板
技术领域
本发明涉及一种电子元件散热装置，具体涉及一种固态冷板。
背景技术
冷板在主流散热系统中直接承担热源与冷源之间的热量交换作用，其设计的优劣直接决定系统散热效率及器件的最高温度和温度均匀性，冷板的设计是强化传热的关键。
现在液冷、风冷冷板已开始广泛应用于散热系统中。比如，发明专利201811626190.2(一种水冷板)与201711443413.7(速冷板)及实用新型ZL201721673277.6(水冷板)中都将冷板分为上下两个盖板，盖板之间机加工出多条流道，用于冷却发热器件。但这些液冷冷板为了提高散热效率需要设计复杂、细小的风道、流道。因此，其内部翅片厚度与翅片间距一般相对较小，且为方便电子元器件的安装，流道内部翅片差异性较大，以常规的加工方法来造型，其加工难度较高、加工周期较长。另外，普通液冷、风冷冷板受重力影响较大，在旋转、过载等恶劣条件下性能下降明显。
本发明在热扩散技术的基础上研制出了一种基于低维热扩散材料的固态冷板。低维热扩散材料是指在一维或二维方向上热扩散能力较强的材料，比如热管、石墨烯片、石墨烯膜等。这些材料在一维或二维方向上的导热系数可达到2000W/m·K以上，能使热量在一维或二维方向上较均匀的分布。将这些材料嵌入用于电子器件散热的冷板中，热量充分均布在冷板平面上，散热面积更大，更有利于将发热体温度控制在理想范围内。
发明内容
本发明提供一种一体化成型的基于低维热扩散材料的固态冷板。其结构组成包括：冷板基板1、冷板盖板2、二维高效热扩散涂层3(石墨烯涂层)，如图1所示。将冷板盖板的一侧涂一层不超过0.1mm厚的二维高效热扩散涂层3；然后将冷板盖板2涂有涂层的一面与冷板基板1采用扩散焊的方式焊接成一体，内部涂层与基板和盖板都贴紧接触，形成此固态冷板。
还可在冷板基板1上开发热体安装槽4，槽内设置发热体安装凸台5，发热体安装在凸台上，两者之间放置石墨烯导热垫片6，这样可以进一步减小冷板热阻。
该冷板内部和表面具有多层二维热扩散性能良好的高效导热结构，保证了冷板在二维平面上有超高的热扩展性，使冷板表面具有良好的均温性，可以有效降低局部热点。避免了在冷板内使用液态工质进行散热，具有优良的抗重力性能，减小了工艺复杂性,节约了生产成本。
附图说明
图1是固态冷板内部主要模块。
图2是一种固态冷板截面示意图。
图中：1-冷板基板，2-冷板盖板，3-二维高效热扩散涂层，4-发热体安装槽，5-发热体安装凸台，6-石墨烯导热垫片。
具体实施方式
本发明的结构示意图如图1所示，包括冷板基板1、冷板盖板2、二维高效热扩散涂层3、在冷板盖板上涂有一层二维高效热扩散涂层(石墨烯涂层)，然后将涂有石墨烯涂层的一侧与冷板基板通过扩散焊焊接在一起，保证冷板内部有一层石墨烯层，并且涂层与冷板基板和冷板盖板紧密接触。发热体安装在冷板基板的发热体安装槽内，槽内也可另加工出发热体安装凸台，发热体安装在凸台上，并通过石墨烯导热垫片与凸台良好接触。热量从发热体经过石墨烯导热垫片、发热体安装凸台传到冷板上，进而在冷板上传导时，由于石墨烯涂层在平面内的导热系数可达到2000W/m·K左右，经过石墨烯涂层后，热量能够更均匀地分布在冷板平面上，散热面积更大，有利于将发热体温度控制在理想范围内。
本发明实施例：如附图2所示，该冷板为铝型材固态冷板，其外形长、宽、高尺寸分为252mm、160mm、20mm。通过焊接，将冷板基板1、冷板盖板2形成一体化结构的固态冷板。冷板盖板2两面都有一层石墨烯涂层3，将冷板基板1与冷板盖板2通过扩散焊焊接在一起，在发热体安装槽4内有发热体安装凸台5用来安装发热器件，凸台上有石墨烯导热垫片6，这样热量通过三层石墨烯热扩散材料在冷板的二维平面上充分的扩散，使发热体表面温度进一步降低，保证发热热流10W/cm2的热源壳温在68℃以下。

Claims (5)

1.一种基于低维热扩散材料的固态冷板，其特征在于：包括冷板基板(1)和冷板盖板(2)；其中冷板基板(2)与冷板盖板(1)采用焊接方法成型；冷板盖板(2)中与冷板基板(1)接触的一面涂有二维高效热扩散涂层(3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于低维热扩散材料的固态冷板，其特征在于：所述固态冷板还包括石墨烯导热垫片(6)，冷板基板(1)上开有发热体安装槽(4)，槽内有发热体安装凸台(5)，石墨烯导热垫片(6)放置在发热体安装凸台(5)上。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种基于低维热扩散材料的固态冷板，其特征在于：所述二维高效热扩散涂层(3)可以是一层也可以为多层，厚度不超过0.1mm，可以是石墨烯涂层。
4.根据权利要求3所述的一种基于低维热扩散材料的固态冷板，其特征在于：所述冷板基板(1)和冷板盖板(2)材料可以是铝合金、不锈钢、铜或钛合金。
5.根据权利要求4所述的一种基于低维热扩散材料的固态冷板，其特征在于：所述焊接方法为扩散焊。
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CN113873854A (zh) * 2021-10-18 2021-12-31 西安微电子技术研究所 一种石墨烯复合散热冷板及制备方法及6u插板模块

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