CN111380389A - 均热板 - Google Patents

均热板 Download PDF

Info

Publication number
CN111380389A
CN111380389A CN202010216939.7A CN202010216939A CN111380389A CN 111380389 A CN111380389 A CN 111380389A CN 202010216939 A CN202010216939 A CN 202010216939A CN 111380389 A CN111380389 A CN 111380389A
Authority
CN
China
Prior art keywords
plate
evaporation
condensation
evaporation plate
condensing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010216939.7A
Other languages
English (en)
Inventor
龚文驰
沈俊
戴巍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN202010216939.7A priority Critical patent/CN111380389A/zh
Publication of CN111380389A publication Critical patent/CN111380389A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
    • F28D15/02Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
    • F28D15/04Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure
    • F28D15/046Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with tubes having a capillary structure characterised by the material or the construction of the capillary structure
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20336Heat pipes, e.g. wicks or capillary pumps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明提供的均热板,包括:蒸发板、冷凝板及支撑柱,蒸发板的外表面为光滑面,内表面为布满吸液芯的金属面,冷凝板的外表面为光滑面,冷凝板的内表面的四周边缘和支撑柱的接触处布置有吸液芯,从而为冷凝板对应位置的冷凝液回流至蒸发板提供毛细力,冷凝板的内表面的其它区域为超疏水表面,蒸发板的光滑面与外界热源接触,通过热传导的方式导入蒸发板的金属面,金属面的吸液芯内的液相工质受热蒸发,产生的蒸气在压力作用下经蒸气腔流动至冷凝板冷凝,蒸气在超疏水表面发生珠状冷凝,相邻液滴发生合并,过余表面能释放转化为动能,使得合并后的液滴发生垂直平面的弹跳现象,回流到蒸发板进行再次蒸发,有效提升均热板的回流效率和传热极限。

Description

均热板
技术领域
本发明涉及散热技术领域,尤其涉及一种均热板。
背景技术
随着芯片单位面积内可集成晶体管数量的快速增长,芯片性能得到飞速发展,使得手机、平板及笔记本电脑等移动消费电子产品的运算能力大幅增强,在驾驭大型软件能力及处理速度方面逐步提升。然而,晶体管密度的增大势必导致芯片功率密度的增大,进而增大芯片散热功率及热流密度,这对现有的热管理技术提出了严峻挑战。事实上,热管理技术已经成为制约手机、平板及笔记本电脑等移动消费电子产品性能进一步提升的主要因素。如何快速有效地将芯片产生的热量带走,使芯片在较低温度下长期高效稳定运行,是现代热管理技术的主要目标。
在芯片功耗较低的时代,散热片+风冷、石墨导热片和热管等热管理方式是移动消费电子产品领域所采用的主要散热技术。伴随着芯片功耗的持续上升,上述传热散热技术已经难以满足芯片稳定运行的需求。均热板(或称平板热管),得益于被动式散热、超高热导率、较好的等温性和超薄等特性,在该领域正得到广泛应用。常见均热板由蒸发板、冷凝板、支撑柱和蒸气腔构成,其中蒸发板和冷凝板内壁布满吸液芯。均热板运行机制与热管类似,由吸液芯处弯月面提供毛细力驱动冷凝液回流,使得液相工质在蒸发板蒸发气化和气相工质在冷凝板冷凝液化的过程循环发生。从而在无外输入功的前提下,实现热量从蒸发板至冷凝板的连续转移。相比传统散热技术,均热板外形超薄,更加适合移动终端设备的设计原则。此外,被动式和良好的散热特性使其具备良好的应用前景。
然而,对于传统均热板,在冷凝板处往往发生膜状冷凝,膜状冷凝的冷凝传热系数较低,严重阻碍了均热板整体性能的提升。此外,由于冷凝液只能沿着布有吸液芯的内壁从冷凝板回流至蒸发板,使得回流路径过长,回流阻力过大。当弯月面所提供的毛细力小于回流阻力时,冷凝液将不能及时补充至蒸发板吸液芯,进而出现蒸发板液相烧干,均热板达到毛细极限并运行失效,严重时将导致芯片烧坏。因此,毛细极限的存在严重限制了均热的最大传热性能。如何提升均热板的冷凝效率和冷凝液回流效率,对于提升均热板在消费电子产品领域的应用至关重要。
发明内容
有鉴如此,有必要提供一种能够有效提升冷凝效率和冷凝液的回流效率,进而增大均热板的毛细极限,提升均热板的整体散热性能的均热板。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种均热板,包括:蒸发板、冷凝板及支撑柱,所述蒸发板及冷凝板形成蒸气腔,所述支撑柱设置在所述蒸气腔内,所述支撑柱用于支撑所述蒸发板和所述冷凝板,其中:
所述蒸发板的外表面为光滑面,内表面为布满吸液芯的金属面,所述冷凝板的外表面为光滑面,所述冷凝板的内表面的四周边缘和所述支撑柱的接触处布置有吸液芯,从而为所述冷凝板对应位置的冷凝液回流至所述蒸发板提供毛细力,所述冷凝板的内表面的其它区域为超疏水表面;
所述蒸发板的光滑面与外界热源接触,通过热传导的方式导入所述蒸发板的金属面,所述金属面的吸液芯内的液相工质受热蒸发,产生的蒸气在压力作用下经所述蒸气腔流动至所述冷凝板冷凝,所述蒸气在所述超疏水表面发生珠状冷凝,相邻液滴发生合并,过余表面能释放转化为动能,使得合并后的液滴发生垂直平面的弹跳现象,并回流到所述蒸发板进行再次蒸发。
在一些较佳的实施例中,所述蒸发板、所述冷凝板和所述支撑柱的材料为铜或铝或不锈钢。
在一些较佳的实施例中,所述支撑柱为多个,且均匀布置在所述蒸发板和冷凝板之间。
在一些较佳的实施例中,所述吸液芯选自槽式、丝网和烧结金属粉末中的一种。
在一些较佳的实施例中,所述超疏水表面的加工方法选自阳极氧化法、电化学沉积法、化学腐蚀法、化学沉积法、一步浸泡法、模板法、热氧化法和复合法中的一种。
在一些较佳的实施例中,所述超疏水表面设置有微纳结构,所述微纳结构表面覆盖有一层低表面能物质。
在一些较佳的实施例中,所述低表面能物质为氟硅烷类。
本发明采用上述技术方案,能够实现下述有益效果:
本发明提供的均热板,包括:蒸发板、冷凝板及支撑柱,所述蒸发板的外表面为光滑面,内表面为布满吸液芯的金属面,所述冷凝板的外表面为光滑面,所述冷凝板的内表面的四周边缘和所述支撑柱的接触处布置有吸液芯,从而为所述冷凝板对应位置的冷凝液回流至所述蒸发板提供毛细力,所述冷凝板的内表面的其它区域为超疏水表面,所述蒸发板的光滑面与外界热源接触,通过热传导的方式导入所述蒸发板的金属面,所述金属面的吸液芯内的液相工质受热蒸发,产生的蒸气在压力作用下经所述蒸气腔流动至所述冷凝板冷凝,所述蒸气在所述超疏水表面发生珠状冷凝,并且液滴直径在增长至10μm时,相邻液滴发生合并,过余表面能释放转化为动能,使得合并后的液滴发生垂直平面的弹跳现象,并回流到所述蒸发板进行再次蒸发,本发明提供的均热板,借助冷凝过程在超疏水表面所特有的液滴合并弹跳现象,通过设计局部超疏水表面的冷凝板,所述的均热板在传统均热板毛细力驱动冷凝液回流的基础上,同时结合液滴弹跳回流方式,有效提升均热板的回流效率和传热极限。
附图说明
图1为本发明实施例提供的均热板的结构示意图;
图2为本发明实施例提供的均热板的工作原理示意图。
图3为图1所示均热板的蒸发板的结构示意图;
图4为图1所示均热板的冷凝板的结构示意图;
图5为图1所示均热板的冷凝板的另一结构示意图;
图6为图1所示均热板的冷凝板的另一结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参阅图1,为本发明提供的均热板的结构示意图,包括:蒸发板110、冷凝板120及支撑柱130,所述蒸发板110及冷凝板120形成蒸气腔140,所述支撑柱130设置在所述蒸气腔140内,所述支撑柱130用于支撑所述蒸发板110和所述冷凝板120。
所述蒸发板110的光滑面与外界热源(如手机芯片)接触,通过热传导的方式导入所述蒸发板110的金属面,所述金属面的吸液芯111内的液相工质受热蒸发,产生的蒸气在压力作用下经所述蒸气腔140流动至所述冷凝板120冷凝,所述蒸气113在所述超疏水区表面发生珠状冷凝,随着液滴直径的增长(一般液滴直径在增长至10μm左右),相邻液滴发生合并,过余表面能释放转化为动能,使得合并后的液滴发生垂直平面的弹跳现象,并回流到所述蒸发板110进行再次蒸发。
优选的,合并后的液滴将以0.1m/s左右的初速度发生垂直平面的弹跳现象。
请参阅图2,为本发明实施例提供的均热板的工作原理示意图。
可以理解,冷凝过程发生在超疏水区A表面(图中虚线框所示)时,相邻液滴倾向于合并,合并后总面积减小导致过余表面能释放,由于液滴与超疏水区表面的粘滞力较小,于是过余表面能足以克服粘滞力,从而实现液滴的合并弹跳过程,冷凝液C通过合并弹跳的形式高效回流至蒸发板110(图中L表示为过程)。此外,液滴合并弹跳使得冷凝形式转变为珠状冷凝,冷凝传热系数相对超亲水表面发生的膜状冷凝提升数量级以上;而对于超亲水区B(图中除虚线框其他与冷凝板和蒸发板接触的部分),冷凝液可通过毛细力驱动回流至蒸发板110。
可以理解,传统均热板的蒸发板和冷凝板内侧均布满吸液芯,冷凝液只能通过毛细力驱动的方式回流至蒸发板,从而实现蒸发-冷凝过程的循环,而本发明上述实施例提供的均热板的冷凝板只在四周及支撑柱140附近布置吸液芯,其它气腔中心区采用超疏水表面,这样使得该均热板在超亲水区依旧依靠毛细力驱动回流,而超疏水区则依靠液滴合并弹跳高效回流,通过采用毛细力驱动与液滴合并弹跳驱动回流的方式具有更加高效的冷凝速率;同时,超疏水表面发生的冷凝形式为珠状冷凝,冷凝传热系数相比膜状冷凝提升数量级以上,本发明上述实施例提供的均热板能够同时提高冷凝效率和冷凝液回流效率,均热板的性能得到提升。
请结合图3,图3为图1所示均热板的蒸发板的结构示意图,所述蒸发板110的外表面为光滑面,内表面为布满吸液芯111的金属面。
请结合图4至图6,图4至图6为图1所示均热板的蒸发板的结构示意图,所述冷凝板120的外表面为光滑面,所述冷凝板120的内表面的四周边缘和所述支撑柱130的接触处布置有吸液芯150,从而为所述冷凝板120对应位置的冷凝液121回流至所述蒸发板110提供毛细力,所述冷凝板120的内表面的其它区域为超疏水表面160。
在一些较佳实施例中,所述蒸发板110、所述冷凝板120和所述支撑柱130的材料为铜或铝或不锈钢。
在一些较佳实施例中,所述支撑柱130为多个,且均匀布置在所述蒸发板110和冷凝板120之间。
在一些较佳实施例中,所述吸液芯选自槽式、丝网和烧结金属粉末中的一种。
在一些较佳实施例中,所述超疏水表面的加工方法选自阳极氧化法、电化学沉积法、化学腐蚀法、化学沉积法、一步浸泡法、模板法、热氧化法和复合法中的一种。
在一些较佳实施例中,所述超疏水表面设置有微纳结构,所述微纳结构表面覆盖有一层低表面能物质。
在一些较佳实施例中,所述低表面能物质为氟硅烷类。
请参阅图6,为本发明一较佳实施例提供的均热板的结构示意图,
本发明提供的均热板,借助冷凝过程在超疏水表面所特有的液滴合并弹跳现象,通过设计局部超疏水表面的冷凝板,所述的均热板在传统均热板毛细力驱动冷凝液回流的基础上,同时结合液滴弹跳回流方式,有效提升均热板的回流效率和传热极限。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种均热板,其特征在于,包括:蒸发板、冷凝板及支撑柱,所述蒸发板及冷凝板形成蒸气腔,所述支撑柱设置在所述蒸气腔内,所述支撑柱用于支撑所述蒸发板和所述冷凝板,其中:
所述蒸发板的外表面为光滑面,内表面为布满吸液芯的金属面,所述冷凝板的外表面为光滑面,所述冷凝板的内表面的四周边缘和所述支撑柱的接触处布置有吸液芯,从而为所述冷凝板对应位置的冷凝液回流至所述蒸发板提供毛细力,所述冷凝板的内表面的其它区域为超疏水表面;
所述蒸发板的光滑面与外界热源接触,通过热传导的方式导入所述蒸发板的金属面,所述金属面的吸液芯内的液相工质受热蒸发,产生的蒸气在压力作用下经所述蒸气腔流动至所述冷凝板冷凝,所述蒸气在所述超疏水表面发生珠状冷凝,相邻液滴发生合并,过余表面能释放转化为动能,使得合并后的液滴发生垂直平面的弹跳现象,并回流到所述蒸发板进行再次蒸发。
2.根据权利要求1所述的均热板,其特征在于,所述蒸发板、所述冷凝板和所述支撑柱的材料为铜或铝或不锈钢。
3.根据权利要求2所述的均热板,其特征在于,所述支撑柱为多个,且均匀布置在所述蒸发板和冷凝板之间。
4.根据权利要求3所述的均热板,其特征在于,所述吸液芯选自槽式、丝网和烧结金属粉末中的一种。
5.根据权利要求4所述的均热板,其特征在于,所述超疏水表面的加工方法选自阳极氧化法、电化学沉积法、化学腐蚀法、化学沉积法、一步浸泡法、模板法、热氧化法和复合法中的一种。
6.根据权利要求5所述的均热板,其特征在于,所述超疏水表面设置有微纳结构,所述微纳结构表面覆盖有一层低表面能物质。
7.根据权利要求6所述的均热板,其特征在于,所述低表面能物质为氟硅烷类。
CN202010216939.7A 2020-03-25 2020-03-25 均热板 Pending CN111380389A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010216939.7A CN111380389A (zh) 2020-03-25 2020-03-25 均热板

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010216939.7A CN111380389A (zh) 2020-03-25 2020-03-25 均热板

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111380389A true CN111380389A (zh) 2020-07-07

Family

ID=71217405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010216939.7A Pending CN111380389A (zh) 2020-03-25 2020-03-25 均热板

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111380389A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112833693A (zh) * 2021-02-26 2021-05-25 华南理工大学 一种铝平板热管的制备方法和一种铝平板热管
CN114184069A (zh) * 2021-12-17 2022-03-15 天津大学 一种回流复合式平板热管
WO2024036886A1 (zh) * 2022-08-17 2024-02-22 荣耀终端有限公司 均热板及电子设备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019905A (ja) * 2003-06-30 2005-01-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷却装置
CN203857852U (zh) * 2014-04-28 2014-10-01 游本俊 一种传热效果好的均温板
CN104634148A (zh) * 2015-03-04 2015-05-20 广东工业大学 一种纳米结构平板热管
CN106091765A (zh) * 2016-06-15 2016-11-09 广东工业大学 一种平板热管及其制作方法
CN207456251U (zh) * 2017-10-27 2018-06-05 南京航空航天大学 一种基于碳纳米管阵列的吸液芯支撑柱一体结构平板热管
CN108444324A (zh) * 2018-06-22 2018-08-24 广东工业大学 一种均热板
CN109253641A (zh) * 2018-08-30 2019-01-22 桂林电子科技大学 一种聚酰亚胺柔性平板热管
CN109539846A (zh) * 2018-11-23 2019-03-29 西安交通大学 一种具有梯度润湿结构的平板热管
CN110398167A (zh) * 2019-07-09 2019-11-01 广东工业大学 一种树干型支撑柱均热板

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005019905A (ja) * 2003-06-30 2005-01-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 冷却装置
CN203857852U (zh) * 2014-04-28 2014-10-01 游本俊 一种传热效果好的均温板
CN104634148A (zh) * 2015-03-04 2015-05-20 广东工业大学 一种纳米结构平板热管
CN106091765A (zh) * 2016-06-15 2016-11-09 广东工业大学 一种平板热管及其制作方法
CN207456251U (zh) * 2017-10-27 2018-06-05 南京航空航天大学 一种基于碳纳米管阵列的吸液芯支撑柱一体结构平板热管
CN108444324A (zh) * 2018-06-22 2018-08-24 广东工业大学 一种均热板
CN109253641A (zh) * 2018-08-30 2019-01-22 桂林电子科技大学 一种聚酰亚胺柔性平板热管
CN109539846A (zh) * 2018-11-23 2019-03-29 西安交通大学 一种具有梯度润湿结构的平板热管
CN110398167A (zh) * 2019-07-09 2019-11-01 广东工业大学 一种树干型支撑柱均热板

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
江志杰、顾聪、孟昊飞、王文楷、张程宾: "疏水表面的冷凝传热实验研究进展", 《化工装备技术》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112833693A (zh) * 2021-02-26 2021-05-25 华南理工大学 一种铝平板热管的制备方法和一种铝平板热管
CN114184069A (zh) * 2021-12-17 2022-03-15 天津大学 一种回流复合式平板热管
WO2024036886A1 (zh) * 2022-08-17 2024-02-22 荣耀终端有限公司 均热板及电子设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111380389A (zh) 均热板
CN111642103B (zh) 高热流密度多孔热沉流动冷却装置
Zeng et al. Experimental investigation on thermal performance of aluminum vapor chamber using micro-grooved wick with reentrant cavity array
CN100420912C (zh) 热传组件的复合式毛细结构
US6901994B1 (en) Flat heat pipe provided with means to enhance heat transfer thereof
WO2022033289A1 (zh) 一种平板热管及其制备方法和换热器
CN104634148B (zh) 一种纳米结构平板热管
CN206073779U (zh) 一种微纳复合结构表面热沉
CN103687455A (zh) 一种真空腔均热板
CN208779995U (zh) 一种均热板
CN107167008A (zh) 一种超薄平板热管及其制造方法
CN213873937U (zh) 一种喷涂有石墨烯的薄型均温板
CN201611995U (zh) 一种均热板
CN1849049A (zh) 扁形柱状热管
CN107816907A (zh) 一种微纳复合结构表面热沉及其强化换热的方法
CN217383917U (zh) 均温板及电子设备
CN214426510U (zh) 一种高效换热的超薄热管
Chen et al. Enhanced boiling heat transfer performance on mini-pin-finned copper surfaces in FC-72
CN113915594A (zh) 一种具有双相变腔的散热器
CN112702899A (zh) 基于自湿润流体为工作液的超薄均热板及应用
CN104215110B (zh) 一种具有梯度毛细吸液芯的珠状凝结强化冷凝管
CN217363677U (zh) 高热流密度喷雾强化散热装置
CN1300541C (zh) 平板型热管的热传加强结构
CN219064246U (zh) 一种环路热管的蒸发端结构
CN112781421B (zh) 一种具有仿生吸液芯的超薄热管

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200707