CN114071942A - 一种具有气液共面特征的超薄相变传热器件及其制备方法 - Google Patents

一种具有气液共面特征的超薄相变传热器件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种具有气液共面特征的超薄相变传热器件及其制备方法，超薄相变传热器件包括上壳板、下壳板、多个支撑柱和多个吸液芯，所述上壳板盖设密封于下壳板上形成密封壳体，下壳板凹陷形成凹腔，上壳板和下壳板分别设有注液口，注液口与凹腔连通，多个吸液芯和多个支撑柱分别间隔设置于凹腔内，支撑柱的一端与下壳板连接，另一端与上壳板抵接或连接，吸液芯的一端与下壳板连接，另一端与上壳板抵接或连接，多个吸液芯和多个支撑柱分隔凹腔形成多个蒸汽流动通道，凹腔内填充有液体工质，吸液芯用以作为液体工质流动通道。通过将吸液芯与蒸汽腔布置在厚度方向上同一平面内，进一步减小超薄相变传热器件整体厚度，突破传统相变传热器件厚度极限。

Description

一种具有气液共面特征的超薄相变传热器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及相变传热器件技术领域，特别涉及一种具有气液共面特征的超薄相变传热器件及其制备方法。
背景技术
现今电子产品不断朝着高性能化和轻薄化的方向发展，例如智能手机，功能越来越多，运算速度越来越快，然而其厚度却越来越薄，在有限的空间内能够有效地散发大量热量是目前亟待解决的难题。相变传热技术是一种新型热管理技术，利用工质气液相变潜热传递大量热量，并且不需要外力驱动，逐渐成为目前电子器件散热技术的焦点。相变传热器件作为一种高效相变导热元件，具有高导热率，均温性能，高稳定性和高可靠性等优点，已经被广泛应用于高热流密度的电子器件散热。随着电子设备高度集成化和微小型化的飞速发展，传统相变传热器件由于其外形尺寸较大已逐渐失去其优势，难以应用于紧凑轻薄型设备上。为满足当前电子设备的散热需求，开发厚度更薄、传热性能更优的超薄相变传热器件是当今相变传热领域的发展趋势。
相变传热器件由壳板密闭组成，壳板形成的密闭空间为真空腔体，壳板密闭空间有支撑柱用来支撑腔体，和吸液芯结构用来储存液体工质和提供工质回流所需的毛细力，真空腔体与吸液芯结构在厚度方向上是分离的。相变传热器件工作时，加热端热源热量通过壳板传递到吸液芯结构，吸液芯结构中储存的液体工质吸收热量相变汽化，蒸汽从吸液芯表面迅速扩散充满真空腔体，并传递至壳板，由与冷凝端壳板接触的外界散热器带走热量，同时蒸汽放热液化成液体工质，通过吸液芯结构回流至热源加热端，进一步发生汽化，完成气液循环，实现整块相变传热器件热量的传递。
目前现有超薄相变传热器件在厚度方向上由上之下组成依次为上壳板、吸液芯、支撑柱与真空腔体、吸液芯、下壳板，或者为上壳板、支撑柱与真空腔体、吸液芯、下壳板。然而，基于该结构的超薄相变传热器件厚度方向上需提供蒸汽扩散空间(即支撑柱与真空腔体)和液体工质回流空间(吸液芯结构)，减小真空腔体厚度或者吸液芯结构厚度的会急剧降低超薄相变传热器件传热性能，进而制约超薄相变传热器件整体厚度的减小；此外，超薄相变传热器件在高温焊接或者工作温度较高时，腔体与外界具有较大压差，壳体厚度的进一步减小会导致壳体的塌陷或者鼓胀，从而减小真空腔体甚至堵塞腔体导致超薄相变传热器件直接失效。因此基于该结构的超薄相变传热器件整体厚度难以进一步减小。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有气液共面特征的超薄相变传热器件，解决了现有的相变传热器件厚度难以减小的难题。
本发明的另一技术方案为：上述具有气液共面特征的超薄相变传热器件的制备方法。
本发明的技术方案为：一种具有气液共面特征的超薄相变传热器件，包括上壳板、下壳板、多个支撑柱和多个吸液芯，所述上壳板盖设密封于下壳板上形成密封壳体，下壳板凹陷形成凹腔，上壳板和下壳板分别设有注液口，注液口与凹腔连通，多个吸液芯和多个支撑柱分别间隔设置于凹腔内，支撑柱的一端与下壳板连接，另一端与上壳板抵接或连接，吸液芯的一端与下壳板连接，另一端与上壳板抵接或连接，多个吸液芯和多个支撑柱分隔凹腔形成多个蒸汽流动通道，凹腔内填充有液体工质，吸液芯用以作为液体工质流动通道。
进一步，所述支撑柱之间的间隔为0.3-3mm，吸液芯的间隔为0.3-3mm，凹腔的深度为0.05-0.25mm。
进一步，所述吸液芯采用金属丝网或金属丝编织带制成，或者为微沟槽结构。
进一步，所述吸液芯采用亲水处理。
进一步，所述支撑柱为长条形或圆柱形，支撑柱与下壳板通过焊接连接，或者支撑柱与下壳板一体成型。
进一步，所述上壳板的内表面设有微柱状阵列结构或微沟槽阵列结构。
进一步，所述吸液芯上开设多个缺口，缺口处的吸液芯与上壳板之间存在间距。
进一步，还包括灌注管，所述灌注管安装于注液口。
进一步，所述上壳板和下壳板的厚度为0.03-0.20mm，密封壳体的厚度为0.10-0.40mm，所述吸液芯厚度为0.03-0.25mm，支撑柱高度为0.03-0.25mm。
本发明的另一技术方案为：上述具有气液共面特征的超薄相变传热器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：对下壳板加工形成凹腔和支撑柱，上壳板和下壳板均冲压出注液口；
步骤S2：制备吸液芯，将多个吸液芯间隔设置于凹腔内且与下壳板连接；
步骤S3：将上壳板和下壳板的四周边缘焊接密封，形成留有注液口的密封壳体；
步骤S4：通过注液口将液体工质灌注至凹腔内，并抽真空使凹腔处于真空状态；
步骤S5：焊接密封注液口，并进行二次除气，完成超薄相变传热器件的封装。
本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：
本发明的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，通过将吸液芯与蒸汽腔布置在厚度方向上同一平面内，相比于目前超薄相变传热器件的吸液芯与蒸汽腔在厚度方向上布置为两个平面内，可以进一步减小超薄相变传热器件整体厚度，突破传统超薄相变传热器件厚度极限。
本发明的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，通过吸液芯上设缺口，使吸液芯与上壳板之间存在间距，使蒸汽可以在宽度方向上流动，与超薄热管一维单向导热不同，其为二维导热，传热性能更优，且现今的超薄热管受到管径与壁厚的制约导致其宽度极为有限，而具有气液共面特征的超薄相变传热器件的宽度则可以根据需求无限延长。
本发明的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，吸液芯与支撑柱均与上下壳板连接，可有效抵抗超薄相变传热器件壳体由于内外气压不平衡导致的变形，且具有气液共面特征的超薄相变传热器件在受到一定弯曲变形情况下依旧可以保持优异的传热性能，保证其正常运行的可靠性和稳定性。
附图说明
图1为本发明的超薄相变传热器件的结构示意图。
图2为本发明的超薄相变传热器件的分解图。
图3为图2中A部分的放大图。
图4为本发明的超薄相变传热器件的局部剖切图。
图5为本发明的超薄相变传热器件的局部剖视图。
图6为本发明实施例2中缺口处的剖视图。
图7为本发明实施例3中的超薄相变传热器件的分解图。
图8为图7中B部分的放大图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供一种具有气液共面特征的超薄相变传热器件，包括上壳板1、下壳板2、多个支撑柱3、多个吸液芯4和灌注管5。
如图1和图2所示，上壳板盖设密封于下壳板上形成密封壳体，下壳板凹陷形成凹腔6，上壳板和下壳板分别设有注液口，注液口与凹腔连通，多个吸液芯和多个支撑柱分别间隔设置于凹腔内，如图3、图4和图5所示，支撑柱的一端与下壳板连接，另一端与上壳板抵接或连接，吸液芯的一端与下壳板连接，另一端与上壳板抵接或连接，多个吸液芯和多个支撑柱分隔凹腔形成多个蒸汽流动通道，凹腔内填充有液体工质，吸液芯用以作为液体工质流动通道。
吸液芯采用金属丝网或金属丝编织带制成，或者由金属粉末烧结形成，支撑柱为长条形或圆柱形，支撑柱与下壳板通过焊接连接，或者支撑柱与下壳板一体成型。
上壳板和下壳板的厚度为0.03-0.20mm，密封壳体的厚度为0.10-0.40mm，所述吸液芯厚度为0.03-0.25mm，支撑柱高度为0.03-0.25mm。支撑柱之间的间隔为0.3-3mm，吸液芯的间隔为0.3-3mm，凹腔的深度为0.05-0.25mm。
在本实施例中，上壳板的内表面设有微柱状阵列结构，上壳板和下壳板的材质为金属。
上述具有气液共面特征的超薄相变传热器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：下壳板为厚度为0.15mm的C5191铜合金板，采用蚀刻法在下壳板上加工出深度为0.12mm的凹腔与高度为0.12mm的条形支撑柱，两个支撑柱之间的间距为0.6mm；上壳板为厚度为0.05mm铜合金板，采用蚀刻法加工出0.1*0.1mm，间隔为0.1mm，深度为0.025mm的微柱状阵列结构，上壳板和下壳板均冲压出圆形注液口，上壳板和下壳板的尺寸为15×120mm；
步骤S2：制备吸液芯，采用由四层0.03mm丝径铜丝螺旋编织成的金属丝编织带作为吸液芯，并对吸液芯表面进行亲水处理，两个吸液芯之间的间隔为0.6mm，吸液芯位于凹腔内且与下壳板焊接连接；
步骤S3：将上壳板盖设于下壳板上，上壳板和下壳板的四周边缘通过钎焊密封，形成留有注液口的密封壳体，灌注管安装于注液口处；
步骤S4：通过注液口将液体工质灌注至凹腔内，并抽真空使凹腔处于真空状态；
步骤S5：冷焊密封灌注管，电阻焊接密封注液口，并通过加热进行二次除气，完成超薄相变传热器件的封装，得到整体厚度为0.20mm的超薄相变传热器件。
实施例2
如图6所示，本实施例与实施例1的区别在于，步骤S2中，在金属丝编织带吸液芯上加工出0.05mm深的缺口8，用以供蒸汽横向流动。
实施例3
如图7和图8所示，上述具有气液共面特征的超薄相变传热器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：下壳板为厚度为0.08mm的铜合金板，采用蚀刻法在下壳板上加工出深度为0.05mm的凹腔，和多个宽度0.2mm，高度为0.05mm的条形支撑柱，两个支撑柱之间的间距为0.5mm；上壳板为厚度为0.02mm铜合金板，上壳板和下壳板均冲压出注液口，上壳板和下壳板的尺寸为30×120mm；
步骤S2：制备吸液芯，采用刻蚀法在下壳板上加工出宽度为0.05mm，深度0.1mm，间隔为0.1mm的高深宽比微沟槽，六条高深宽比微沟槽作为一组吸液芯提供液体工质流动通道，整板共有三组吸液芯，每组吸液芯之间间隔3mm，且两组吸液芯之间为支撑柱，作为蒸汽主流动通道，高深宽比微沟槽采用激光加工加工出0.025mm深的缺口，提供蒸汽横向流动；
步骤S3：将上壳板盖设于下壳板上，上壳板和下壳板的四周边缘通过钎焊密封，形成留有注液口的密封壳体，灌注管安装于注液口处；
步骤S4：通过注液口将液体工质灌注至凹腔内，并抽真空使凹腔处于真空状态；
步骤S5：冷焊密封灌注管，电阻焊接密封注液口，并进行二次除气，完成超薄相变传热器件的封装，得到超薄相变传热器件。
实施例4
上述具有气液共面特征的超薄相变传热器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：下壳板为厚度为0.20mm的铜合金板，采用蚀刻法在下壳板上加工出深度为0.15mm的凹腔，和多个宽度0.2mm，高度为0.15mm的条形支撑柱，两个支撑柱之间的间距为1mm；上壳板为厚度为0.10mm铜合金板，上壳板和下壳板均冲压出注液口，上壳板和下壳板的尺寸为30×120mm；
步骤S2：制备吸液芯，采用刻蚀法在下壳板上加工出宽度为0.1mm，深度0.15mm，间隔为0.1mm的高深宽比微沟槽，六条高深宽比微沟槽作为一组吸液芯提供液体工质流动通道，整板共有三组吸液芯，每组吸液芯之间间隔3mm，且两组吸液芯之间为支撑柱，作为蒸汽主流动通道，高深宽比微沟槽采用激光加工加工出0.075mm深的缺口，提供蒸汽横向流动；上壳板采用蚀刻或者激光加工等方式加工出长0.1mm，宽0.1mm，深度0.5mm，间隔0.1mm的微柱状阵列结构。
步骤S3：将上壳板盖设于下壳板上，上壳板和下壳板的四周边缘通过钎焊密封，形成留有注液口的密封壳体，灌注管安装于注液口处；
步骤S4：通过注液口将液体工质灌注至凹腔内，并抽真空使凹腔处于真空状态；
步骤S5：冷焊密封灌注管，电阻焊接密封注液口，并进行二次除气，完成超薄相变传热器件的封装，得到超薄相变传热器件。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种具有气液共面特征的超薄相变传热器件，其特征在于，包括上壳板、下壳板、多个支撑柱和多个吸液芯，所述上壳板盖设密封于下壳板上形成密封壳体，下壳板凹陷形成凹腔，上壳板和下壳板分别设有注液口，注液口与凹腔连通，多个吸液芯和多个支撑柱分别间隔设置于凹腔内，支撑柱的一端与下壳板连接，另一端与上壳板抵接或连接，吸液芯的一端与下壳板连接，另一端与上壳板抵接或连接，多个吸液芯和多个支撑柱分隔凹腔形成多个蒸汽流动通道，凹腔内填充有液体工质，吸液芯用以作为液体工质流动通道。
2.根据权利要求1所述的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，其特征在于，所述支撑柱之间的间隔为0.3-3mm，吸液芯的间隔为0.3-3mm，凹腔的深度为0.05-0.25mm。
3.根据权利要求1所述的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，其特征在于，所述吸液芯采用金属丝网或金属丝编织带制成，或者为微沟槽结构。
4.根据权利要求1所述的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，其特征在于，所述吸液芯采用亲水处理。
5.根据权利要求1所述的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，其特征在于，所述支撑柱为长条形或圆柱形，支撑柱与下壳板通过焊接连接，或者支撑柱与下壳板一体成型。
6.根据权利要求1所述的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，其特征在于，所述上壳板的内表面设有微柱状阵列结构或微沟槽阵列结构。
7.根据权利要求1所述的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，其特征在于，所述吸液芯上开设多个缺口，缺口处的吸液芯与上壳板之间存在间距。
8.根据权利要求1所述的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，其特征在于，还包括灌注管，所述灌注管安装于注液口。
9.根据权利要求1所述的具有气液共面特征的超薄相变传热器件，其特征在于，所述上壳板和下壳板的厚度为0.03-0.20mm，密封壳体的厚度为0.10-0.40mm，所述吸液芯厚度为0.03-0.25mm，支撑柱高度为0.03-0.25mm。
10.一种权利要求1-9任一所述的具有气液共面特征的超薄相变传热器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：对下壳板加工形成凹腔和支撑柱，上壳板和下壳板均冲压出注液口；
步骤S2：制备吸液芯，将多个吸液芯间隔设置于凹腔内且与下壳板连接；
步骤S3：将上壳板和下壳板的四周边缘焊接密封，形成留有注液口的密封壳体；
步骤S4：通过注液口将液体工质灌注至凹腔内，并抽真空使凹腔处于真空状态；
步骤S5：焊接密封注液口，并进行二次除气，完成超薄相变传热器件的封装。
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