CN116182608A - 具有微细结构层的均温板 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及均温板技术领域,特别涉及一种具有微细结构层的均温板、电路模组、电子设备和均温板成型方法。均温板包括第一板盖、第二板盖和毛细结构,第一板盖和第二板盖形成有容纳腔。毛细结构为长条形,并呈平行间隔排布于容纳腔内,且毛细结构的两个相对的表面分别与第一板盖和第二板盖相接,以在第一板盖和第二板盖的叠合方向上支撑第一板盖和第二板盖。毛细结构的周围形成有蒸汽通道,且毛细结构内填充有工质。均温板在容纳腔的内表面和毛细结构上引入微细结构层,使得冷凝区处的液相工质通过微细结构层引流后,及时返回至均温板上的蒸发区。上述均温板冷凝区液相工质能够及时回流,改善了均温板中冷凝区处液滴聚集、不易回流至蒸发区的问题。
Description
技术领域
本申请涉及均温板技术领域,特别涉及一种具有微细结构层的均温板、电路模组、电子设备和均温板成型方法。
背景技术
随着电子设备智能化程度的提高,电子设备运算处理能力也随之不断提高。电子设备中的电子元器件的功耗不断增加。电子设备中的电子元器件的热耗也越来越高。
目前,电子设备可以利用均温板(Vapor Chamber,VC)对电子元器件进行散热,然而,随着用户对电子设备轻薄化及轻量化需求的增长,电子设备中的部件的厚度需要进一步减小。目前各厂商所提供的均温板厚度较厚,难以满足用户对电子设备轻薄化及轻量化的需求。
发明内容
本申请实施例提供了一种具有微细结构层的均温板、电路模组、电子设备和均温板的成型方法。其中均温板包括第一板盖、第二板盖和毛细结构,第一板盖和第二板盖共同形成容纳腔。毛细结构为长条形,并呈平行间隔排布于容纳腔内,且毛细结构的两个相对的表面分别与第一板盖和第二板盖相接,以在第一板盖和第二板盖的叠合方向上支撑第一板盖和第二板盖。毛细结构的周围形成有蒸汽通道,且毛细结构内填充有工质。均温板在容纳腔的内表面和毛细结构上引入微细结构层,使得冷凝区处的液相工质通过微细结构层引流后,返回至均温板上的蒸发区。上述均温板能够实现冷凝区液相工质的及时回流,改善均温板中冷凝区处液滴聚集、不易回流至蒸发区的问题。
本申请的第一方面提供一种具有微细结构层的均温板,用于对热源进行散热。上述均温板具体包括第一板盖、第二板盖、毛细结构和微细结构层。第一板盖和第二板盖沿着叠合方向叠合,并共同形成有密闭的容纳腔,且第一板盖背向容纳腔的一侧具有用于与热源贴合的导热面。其中,叠合方向为均温板与热源的堆叠方向。毛细结构位于容纳腔内,毛细结构具有一对朝向相背的、垂直于叠合方向的第一叠合面和第二叠合面。毛细结构的第一叠合面与第二板盖相接,毛细结构的第二叠合面与第一板盖相接,以在叠合方向上支撑第一板盖和第二板盖。容纳腔的内表面和毛细结构中毛细孔的壁面设置有微细结构层,微细结构层用于对均温板中的液相工质进行引流。例如,两毛细结构之间,容纳腔的内表面的微细结构层用于容纳腔的内表面中除与毛细结构相接区域以外的其他区域的液相工质引流回至附近的毛细结构中,而毛细结构中毛细孔的壁面上的微细结构层用于进一步将液相工质引流回容纳腔靠近热源的区域。其中,导热面可以是第一板盖背向第二板盖一侧的表面的部分区域,也即导热面也可称之为导热区。第一板盖上的导热面,与第一板盖上用于与毛细结构的第一叠合面相接的表面朝向相反。也即第一叠合面,第二叠合面和导热面沿着叠合方向依次布置。
可以理解,热源可以是电子设备中的电子元器件。其中,电子元器件可以是应用处理器(Multimedia Application Processor,MAP)、射频放大器(Radio FrequencyAmplifier,RFA)、功率放大器(Power Amplifier,PA),电源管理芯片(Power ManagementIC,PMIC)、芯片(例如,系统级芯片(System on Chip,SOC))、中央处理器(CentralProcessing Unit/Processor,CPU)、电源等器件中的任意一种。电子设备可以是手机、平板电脑、手表、电子阅读器、笔记本电脑、车载设备、网络电视、可穿戴设备等具有热耗型电子元器件的电子设备中的任意一种。下文将电子设备为手机,电子元器件为产热较高、散热较慢的芯片为例描述本方案。
即在本申请的实现方式中,均温板包括第一板盖、第二板盖、由第一板盖和第二板盖共同形成的密闭的容纳腔、以及并列分布于容纳腔内的至少一条毛细结构,且至少一条毛细结构在叠合方向上的分别与第一板盖和第二板盖相接,以实现在叠合方向上对第一板盖和第二板盖的支撑。其中,至少一条毛细结构、第一板盖和第二板盖之间共同形成蒸汽通道。在一些实现方式中,这些蒸汽通道相互连通。
同时由于第一叠合面,第二叠合面和导热面沿着叠合方向依次布置,也即,毛细结构的第二叠合面通过第一板盖抵接与热源表面,也即,至少一个毛细结构中的至少部分毛细结构的第二叠合面抵接于均温板的中的蒸发区。一方面,毛细结构用于在叠合方向支撑第一板盖和第二板盖,另一方面,毛细结构用于将冷凝区处的液相工质引流回蒸发区。
本申请的均温板,在容纳腔的内表面(也即第一板盖的内表面和第二板盖的内表面)引入微细结构层改善容纳腔的内表面的润湿性,使得容纳腔的内表面上、毛细结构两侧的液滴能够及时流动至毛细结构,进而使得液相能够通过毛细结构及时回流至蒸发区,避免蒸发区缺少液相,改善均温板的均温性能。
除此之外,均温板中的毛细结构上也引入微细结构层,提高液相在毛细结构内的流动性,使得冷凝区处的液相工质流动至毛细结构处后,能够快速地被毛细结构导流回蒸发区,进一步提供液相工质的回流速度。
上述均温板,通过毛细结构直接支撑第一板盖和第二板盖,节省了其他支撑部件占用的厚度空间。因此,上述均温板能够最大化蒸汽通道厚度,有利于降低蒸汽阻力。同时,通过在容纳腔的内表面增设微细结构,在基本不改变均温板结构尺寸的情况下,增强容纳腔的内表面的润湿性,进而提高液滴沿着容纳腔的内表面回流毛细结构的驱动力。同时,在毛细结构上引入微细结构层,以强化毛细结构的毛细性能,进而提高液滴沿着毛细结构继续回流的驱动力。综上,上述均温板10能够实现冷凝区液相工质的及时回流,改善均温板中冷凝区处液滴聚集、不易回流至蒸发区的问题。
除此之外,在存储、运输的过程中,上述均温板能够有效避免液滴结冰鼓胀导致均温板表面形成凸点,进而能够保证均温板的导热面与热源的贴合面的紧密贴合,进一步提高均温板散热效果及散热稳定性。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,毛细结构包括多个呈条带状的毛细结构墙,多个毛细结构墙离散地分布于容纳腔内,且每个毛细结构墙除第一叠合面和第二叠合面以外的其他表面与容纳腔的内表面之间形成有间隙。
上述均温板中,毛细结构包括多个呈条带状的毛细结构墙,且多个条带状的毛细结构墙间隔并列布置,在合理布局蒸汽通道的同时,尽可能保持了毛细结构所占的空间,提高了毛细结构的支撑强度,进而提高了上述均温板使用过程中的稳定性。此外,每个毛细结构墙除了第一叠合面和第二叠合面以外的其他表面均与容纳腔的内表面之间形成有间隙,以保证容纳腔内的蒸汽通道相互连通,便于蒸发区形成的蒸汽快速均温地扩展至均温板的所有蒸汽通道中,改善均温板的均温效果,使得均温板的散热性能更为均衡。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,毛细结构墙的两侧分别形成有多个第一蒸汽通道,毛细结构墙的端部设有连通多个第一蒸汽通道的第二蒸汽通道,与第一蒸汽通道和第二蒸汽通道相对的容纳腔的内表面设置有微细结构层。
即在本申请的实现方式中,在相互连通的第一蒸汽通道和第二蒸汽通道相对的容纳腔的内表设置微细结构层,促进了毛细结构两侧的液滴向毛细结构的流动。当容纳腔内的表面中与第一叠合面和第二叠合面相接的区域不设置微细结构层时,提高毛细结构与第一板盖和第二板盖的连接强度,进一步提高均温板的稳定性。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,毛细结构在叠合方向上尺寸范围为0.05~0.5mm,微细结构层的厚度范围为0.1μm~20μm。
不难发现本申请中的毛细结构在叠合方向上的尺寸量级为毫米,容纳腔内表面与毛细结构的壁面上的微细结构层的厚度量级为μm。也即,微细结构层在叠合方向上的尺寸远小于毛细结构在叠合方向上的尺寸上述均温板。综上,本申请的均温板能够在基本上不改变原有尺寸的情况下,有效改善均温板中的液相工质的流动,提高均温板与现有产品的适配程度,进而提高经济效益。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构层中微细结构的特征尺寸小于毛细结构的特征尺寸,其中,毛细结构的特征尺寸为毛细结构中毛细孔的孔径,微细结构的特征尺寸为与微细结构层润湿性相关的技术特征的尺寸。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构层包括铺设于容纳腔内表面的多个波浪形态的卷皮结构,每个卷皮结构的表面形成有多个微细孔。其中,卷皮结构可以增强容纳腔内表面的润湿性。其中,铺设是指波浪形态的卷皮结构沿着容纳腔的内表面延伸。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构的特征尺寸为微细孔的孔径,且微细孔的孔径范围为0.1~10μm。
在上述第一方向的一种可能的实现中,卷皮结构上微细孔的孔径的尺寸范围为0.5~3μm。
上述均温板中,微细结构层中包括波浪形态的卷皮结构增大了容纳腔内表面的粗糙度,卷皮结构上的微细孔减小了液相工质在容纳腔内表面的疏水性,使得体积较小的液滴在容纳腔内表面也能够铺展开,降低了液滴与毛细结构相接的难度,实现了冷凝区的液相工质向蒸发区的及时回流。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构层包括铺设于容纳腔内表面的多个微细团簇。微细团簇与卷皮结构上的微细孔的原理相同,在此将不作赘述。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构的特征尺寸为相邻的两微细团簇之间的距离,且相邻的两微细团簇之间的距离范围为0.1~10μm。
在上述第一方面的一种可能的实现中,卷皮结构上微细孔的孔径的尺寸范围为0.5~3μm。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构层包括多个微细线,微细线的一端与毛细结构中毛细孔的壁面相连,微细线的另一端向着毛细孔内部延伸。
即在本申请的实现方式中,微细线密集地铺设于毛细孔的壁面上,且微细线的一端与毛细孔的壁面相连。通过在毛细结构的壁面上设置微细线,能够在基本不改变毛细结构本体的机械性能、耐腐蚀性和导热性等性能的情况下,有效提高毛细结构的毛细力,也即提高液相工质在毛细结构中的流动性。
可以理解,在容纳腔内表面上的微细结构层也可以形包括微细线,在此将不作赘述。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构的特征尺寸为相邻的两微细线之间的距离,并相邻的两微细线之间的距离范围为0.1~10μm,其中,相邻的两微细线之间的距离为一微细线与毛细孔的壁面相连的一端到另一微细线与毛细孔的壁面相连的一端之间的距离。
在上述第一方面的一种可能的实现中,相邻的两个微细线之间的距离范围为0.2~3μm。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构层包括形成于毛细结构中毛细孔的壁面上的珊瑚状的微细凸。珊瑚形态的凸触结构上相邻两个微细凸之间可作为微细空间,该微细空间能够提高毛细结构的润湿性。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构的特征尺寸为相邻的两微细凸之间的距离,且相邻的两微细凸之间的距离范围为0.1~10μm。
在上述第一方面的一种可能的实现中,相邻的两微细凸之间的距离的尺寸范围为0.2~5μm。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,容纳腔包括冷凝区,冷凝区中的第一区设置有微细结构层,第一区为冷凝区除与毛细结构相接区以外的其他区域。其中,冷凝区为容纳腔的内表面中远离热源的部分区域,该部分区域内,气相工质能够凝结为液滴。一般而言,冷凝区为容纳腔的内表面除蒸发区以外的其他区域。
在上述第一方面的另外一种可能的实现方式中,容纳腔包括冷凝区,冷凝区上全部设置有微细结构层。上述结构不仅使得第一区内的液相工质向着邻近的毛细结构流动,还能通过与毛细结构的叠合面重合的区域出的微细结构层,实现液相工质向着其他毛细结构流动,进一步实现了液相工质向着蒸发区的及时回流。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,容纳腔还包括蒸发区,蒸发区中的第二区设置有微细结构层,第二区为蒸发区除与毛细结构相接区以外的其他区域。
即在本申请的实现方式中,在蒸发区处的第二区中设置微细结构层,能够使得液相在蒸发区中分布更为均匀,进一步提高均温板的均温性,进一步消除热点。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,微细结构层将液相工质引流至毛细结构,毛细结构将液相工质引流至蒸发区。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,第一板盖、第二板盖和毛细结构的材质为铜、铜合金、钛和钛合金中的至少一种,微细结构层的成型方式包括高温氧化处理,高温氧化处理和高温还原处理,以及电沉积中的至少一种。
上述均温板的成型工艺简单,操作方向,制备难度较低,经济效益高。微细结构层的成型方式为高温氧化和高温还原时,微细结构层结构稳定,使用寿命更长。微细结构层的成型方式为电沉积时,微细结构层可呈现为树枝状的凸触结构或几何排列的微柱。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,毛细结构为多孔结构,毛细结构由铜网、铜线、铜粉和泡沫铜中的至少一种制成。其中,工质可以为水、甲醇、丙酮和液氨中的任意一种,水可以是去离子水。
在上述第一方面的一种可能的实现中,上述均温板中,毛细结构的第二叠合面与第一板盖固定相连,毛细结构的第一叠合面与第二板盖相贴合。或者,毛细结构的第一叠合面和第二叠合面分别与第一板盖和第二板盖固定相连。
即在本申请的实现方式中,毛细结构的第一叠合面与第二板盖相贴合,预留了均温板的热胀冷缩中第一板盖、第二板盖和毛细结构之间的形变量,避免均温板中的第一板盖和第二板盖被毛细结构拉扯变形,提高了均温板的稳定性,延长均温板的使用寿命。
本申请的第二方面提供一种电路模组,上述电路模组具体包括上述第一方面和上述第一方面的可能的实现中的任意一种均温板、电路板、和安装于电路板上的电子元器件。电子元器件为热源。第一板盖通过导热面与电子元器件的表面相贴合。
上述电路模组,通过采用第一方面和上述第一方面的可能的实现中的任意一种均温板,能够实现对热源的及时导热,提高电路模组的性能,延长电路模组的使用寿命。
本申请的第三方面提供一种电子设备,上述电子设备具体包括上述第二方面中的任意一种电路模组。
本申请的第四方面提供一种均温板的成型方法,上述均温板的成型方法包括:组装第一盖体和毛细原料,对组装后的第一盖体和毛细原料进行高温氧化处理,以得到具有氧化物表面的第一半成品和具有氧化物表面的毛细半成品,以及对第二半成品进行高温氧化处理,得到具有氧化物表面的第二半成品;对第一半成品、第二半成品和毛细半成品进行高温还原处理,得到第一板盖、第二板盖、毛细结构以及微细结构层;装配第一板盖和第二板盖,以形成密闭的容纳腔,毛细结构位于容纳腔内。高温还原处理不仅能够还原氧化物表皮,还可以对第一半成品和毛细半成品进行烧结,以固定连接第一板盖100和毛细结构。
其中,第一盖体为第一板盖的初始来料,第二盖体为第二板盖的初始来料,毛细原料为毛细结构的初始来料。
上述均温板的成型方法,通过对组装后的第一盖体和毛细原料进行高温氧化处理,以及对第二半成品进行高温氧化处理,使得第一盖体、第二盖体和毛细原料的表面形成有氧化铜。通过对第一半成品、第二半成品和毛细半成品进行高温还原处理,将氧化铜还原为铜,提高了均温板中微细结构层的稳定性,进而能够有效避免均温板的热性能恶化。
在上述第四方面的一种可能的实现中,上述均温板的成型方法中,高温氧化处理的工艺参数包括:放置于氧气、氧氮混合气和空气中任意一种气体氛围,并在300℃~600℃的温度下加热10min~5h。
例如,加热温度可以是300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃及600℃中的任意一种。保温时间可以是10min、20min、30min、40min、50min、1h、2h、3h、4h及5h中的任意一种。
在上述第四方面的一种可能的实现中,上述均温板的成型方法中,高温还原处理包括:放置于氮氢混合气的气体氛围中,并在500℃~800℃的温度下加热10min~10h。
例如,加热温度可以是500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃和800℃中的任意一种。保温时间可以是10min、20min、30min、40min、50min、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h和8h中的任意一种。
本申请的第五方面提供一种均温板的成型方法,上述均温板的成型方法中,方法包括:对第一盖体和第二盖体进行高温氧化处理,以得到具有氧化物表面的第一半成品和具有氧化物表面第二半成品;组装第一半成品和毛细原料,并对组装后的第一半成品和毛细原料,以及第二半成品进行高温还原处理,得到第一板盖、第二板盖、毛细结构和微细结构层,并装配第一板盖和第二板盖,以形成密闭的容纳腔,毛细结构位于容纳腔内。
本申请中的均温板的成型方法中,能够基于不同的工艺参数,分别成型容纳腔内表面和毛细结构中毛细孔的壁面上的微细结构层,同时通过高温热还原不仅能够对氧化物进行还原,还能够实现第一半成品和毛细原料的烧结,简化了操作步骤。
本申请的第六方面提供一种均温板,上述均温板采用如上述第四方面、第四方面的可能实现方式中、第五方面中的任意一种均温板的成型方法成型。
附图说明
图1(a)示出本申请一些实施例中的手机1的立体图;
图1(b)示出本申请一些实施例中的手机1沿着Z轴方向上的爆炸图;
图1(c)示出本申请一些实施例中的手机1沿着图1(a)中A-A剖面剖切后的示意图;
图2(a)示出本申请一些实施例中均温板10和芯片20的沿着Y轴视角的外部视图;
图2(b)示出本申请一些实施例中均温板10和芯片20沿着图2(a)中B-B剖切面的剖视图;
图2(c)示出本申请一些实施例中均温板10中各个区域的示意图;
图2(d)示出本申请一些实施例中均温板10中冷凝区13和散热区14的示意图;
图3(a)示出本申请一些实施例中均温板10a沿着图2(a)中C-C剖切面的剖视图;
图3(b)示出本申请一些实施例中均温板10a沿着图3(a)中D-D剖切面的剖视图;
图4(a)示出本申请一些实施例中均温板10b沿着图2(a)中C-C剖切面的剖视图;
图4(b)示出本申请一些实施例中均温板10b和芯片20沿着图4(a)中E-E剖切面的剖视图;
图4(c)示出本申请一些实施例中均温板10b沿着图4(a)中F-F剖切面的剖视图;
图5(a)示出本申请其他一些实施例中均温板10沿着图2(a)中C-C剖切面的剖视图;
图5(b)示出本申请其他一些实施例中均温板10和芯片20沿着图5(a)中G-G剖切面的剖视图;
图5(c)示出本申请其他一些实施例中均温板10和芯片20沿着图5(a)中H-H剖切面的剖视图;
图5(d)示出图5(c)中的毛细结构400;
图6(a)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S1区域的局部放大图,其中示出了工质凝结为液滴;
图6(b)示出本申请一些实施例中均温板10图5(c)中S1区域的局部放大图,其中示出了液滴的回流;
图7(a)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S2区域的局部放大图,其中示出了工质凝结为液滴;
图7(b)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S2区域的局部放大图,其中示出了液滴的回流;
图8(a)示出本申请一些实施例中均温板10中容纳腔的内表面上微细结构层500a中微细结构510a的显微照片;
图8(b)示出本申请另外一些实施例中均温板10中容纳腔的内表面上微细结构层500b中微细结构510b的显微照片;
图8(c)示出本申请其他一些实施例中均温板10b中容纳腔的内表面的显微照片;
图9(a)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S3区域的局部放大图;
图9(b)示出本申请一些实施例中均温板10在图9(a)中S31区域的局部放大图;
图9(c)示出本申请另一些实施例中均温板10在图9(a)中S31区域的局部放大图;
图10(a)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S4区域的局部放大图;
图10(b)示出本申请另外一些实施例中均温板10在图5(c)中S4区域的局部放大图;
图11(a)示出本申请一些实施例中均温板10中毛细结构400上微细结构层500c中微细结构510c的显微照片;
图11(b)示出本申请另外一些实施例中均温板10中毛细结构400上微细结构层500d中微细结构510d的显微照片;
图11(c)示出本申请其他一些实施例中均温板10b中毛细结构400表面的显微照片;
图12(a)示出本申请一些实施例中均温板10的仰视图;
图12(b)示出本申请一些实施例中均温板10的仰视图,其中去除了第一板盖100;
图12(c)示出本申请一些实施例中均温板10b的仰视图,其中去除了第一板盖100b;
图13(a)示出本申请一些实施例中均温板10的俯视图,其中还示有芯片20的位置;
图13(b)示出均温板10沿图13a(a)中I-I剖面的剖视图;
图14(a)示出本申请其他一些实施例中的均温板10a沿着图2(a)中C-C剖切面的剖视图;
图14(b)示出本申请其他一些实施例中的均温板10a沿着图14(a)中J-J剖切面的剖视图;
图15示出本申请一些实施例成型均温板10的流程图;
图16示出本申请另一些实施例成型均温板10的流程图;
图17(a)示出本申请一些实施例成型均温板10的工艺图;
图17(b)示出本申请其他一些实施例成型均温板10b的工艺图。
附图标记说明:
10a-均温板;11a-导热区;12a-蒸发区;13a-冷凝区;14a-散热区;
100a-第一板盖;200a-第二板盖;300a-容纳腔;400a-毛细结构;500a-微细结构层;600a-支撑柱;
10b-均温板;11b-导热区;12b-蒸发区;13b-冷凝区;14b-散热区;100b-第一板盖;200b-第二板盖;300b-容纳腔;400b-毛细结构;
10-均温板;11-导热区;12-蒸发区;13-冷凝区;14-散热区;
100-第一板盖;200-第二板盖;300-容纳腔;400-毛细结构;500-微细结构层;20-电子元器件;21-贴合面;30-电路板;40-显示屏;50-石墨层;60-中框;70-背壳;80-背胶;90-导热凝胶。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。
本申请提供一种电子设备,该电子设备包括至少一组电路模组,该电路模组包括均温板、电子元器件和电路板。其中,电子元器件安装于电路板,且电子元器件具有贴合面。
可以理解,电子设备可以是手机、平板电脑、手表、电子阅读器、笔记本电脑、车载设备、网络电视、可穿戴设备等具有热耗型电子元器件的电子设备中的任意一种。其中,电子元器件可以是应用处理器(Multimedia Application Processor,MAP)、射频放大器(Radio Frequency Amplifier,RFA)、功率放大器(Power Amplifier,PA),电源管理芯片(Power Management IC,PMIC)、芯片(例如,系统级芯片(System on Chip,SOC))、中央处理器(Central Processing Unit/Processor,CPU)、电源等器件中的任意一种。
为便于描述,后文将以电子设备为手机,电子元器件为产热较高、散热较慢的芯片为例描述本方案。
图1(a)示出本申请一些实施例中的手机1的立体图。图1(b)示出本申请一些实施例中的手机1沿着Z轴方向上的爆炸图。图1(c)示出本申请一些实施例中的手机1沿着图1(a)中A-A剖面剖切后的示意图。
参阅图1(a)至图1(c)可知,本申请提供一种手机1,该手机1包括均温板10、芯片20、电路板30、显示屏40、石墨层50、中框60和背壳70,其中,芯片20和均温板10沿着叠合方向布置,其中,叠合方向为均温板10与热源的堆叠方向,例如图1(b)中的Z轴方向。均温板10的下表面通过背胶80粘贴于中框60,且均温板10的上表面与石墨层50的一表面相接。电路板30安装于背壳70上,芯片20安装于电路板30背向背壳70的表面。显示屏40、石墨层50、中框60和背壳70依次堆叠,且中框60上粘有均温板10的一侧朝向石墨层50,背壳70上安装有芯片20的一侧朝向中框60,且芯片20通过导热凝胶90粘贴于中框60背向均温板10的一侧表面。其中,均温板10和芯片20的堆叠方向定义为厚度方向(如图1(a)至图1(c)中的Z轴方向),可以理解,本申请中除微细结构层以外的其他部件的厚度为该厚度方向上的尺寸。
基于此,芯片20产生的热量通过导热凝胶90传递给中框60,进而通过中框60和背胶80将热量由均温板10的下表面中与芯片20相对的区域(也即导热区)传导至均温板10,或者直接由中框60散出至外界环境。随后,均温板10的热量通过两路进行传导:均温板10通过上表面(也即下文图2(c)中提及的散热区14的一部分)将热量散发至石墨层50,以及均温板10通过侧表面和除传导面以外的其他区域(也即下文图2(c)中提及的散热区14的另一部分)将热量散发至围设于均温板10周围的中框60。最后,石墨层50、显示屏40和中框60将热量散出至外界环境,完成对芯片20的散热。其中,均温板10是一种无泵驱动的相变散热器件,能够有效地将集中热量扩散开来,从而起到消除热点和均温的作用,对电子设备的散热性能起重要的作用。
其中,导热区是指均温板10与芯片20相贴合时,均温板10上的与芯片20相接的外表面。例如,导热区为芯片20在均温板10靠近芯片20一侧的表面上的投影区域。再例如,导热区为用于固定芯片20的导热凝胶90在均温板10靠近芯片20一侧的表面上的投影区域。
在一些实现方式中,如图1(c)所示,上述手机1还包括保护罩体(未标示),其中,保护罩体罩设于电路板30上芯片20的外部。芯片20通过一导热凝胶90与保护罩体相接,保护罩体通过另一导热凝胶与中框60相接,通过一导热凝胶90、保护罩体、另一导热凝胶90和中框60实现热量由芯片20到均温板10的传递。
在其他一些可替换的实现方式中,中框60上开设有与芯片20对应的通孔,芯片20穿过通孔通过导热凝胶90与均温板10接触,或者,均温板10穿过通孔与芯片20的表面相贴。
在另外一些可以替换的实现方式中,电路板30(或者背壳)和均温板10相结合,以实现芯片20与均温板10相贴合。例如,中框60、电路板30(或者背壳)上开设有与紧固部件适配的安装孔,通过紧固部件和安装孔以实现中框60和电路板30(或者背壳)可拆卸连接,其中,紧固部件可以是紧固螺钉、柱装弹簧、弹性元件等等。
为便于理解,下面将以中框60上开设有与芯片20对应的通孔,芯片20与均温板10沿着叠合方向叠合及接触为例进行描述。
在介绍均温板10的减薄方案之前,还需要先介绍均温板10的具体结构及其工作原理。
图2(a)示出本申请一些实施例中均温板10和芯片20沿着Y轴视角的外部视图。图2(b)示出本申请一些实施例中均温板10和芯片20沿着图2(a)中B-B剖切面的剖视图。图2(c)示出本申请一些实施例中均温板10上各个区的示意图。图2(d)示出本申请一些实施例中均温板10上冷凝区13和散热区14的示意图。
根据图2(a)至图2(c)可知,本申请实施例的描述中,在X轴方向上,芯片20与均温板10的尺寸大致相同。在Y轴方向上,芯片20的尺寸远小于均温板10的尺寸。可以理解,在其他实施例中,无论在X轴方向上还是在Y轴方向上,芯片20的尺寸都远小于均温板10的尺寸,在此将不展开描述。
如图2(b)所示,均温板10包括第一板盖100、第二板盖200、由第一板盖100和第二板盖200共同形成的、密闭的容纳腔(未图示)、以及位于容纳腔内的至少一条毛细结构(未图示)。其中,至少一条毛细结构、第一板盖100和第二板盖200之间共同形成蒸汽通道300。
如图2(c)所示,均温板10包括导热区11、蒸发区12、冷凝区13和散热区14。其中,蒸发区12为容纳腔内表面中靠近芯片20的部分区域,该部分区域内,液相工质能够在芯片20发热时蒸发为气相。例如,蒸发区12为导热区11在容纳腔的内表面上的、靠近导热区11处的正投影。再例如,蒸发区12为导热区11在容纳腔的内表面上的、靠近导热区11处的正投影以及与该正投影相接的周围区域。可以理解,当与芯片20相近的容纳腔的内表面上还设置有其他结构(例如毛细结构)时,蒸发区12还包括其他结构的表面(例如毛细结构的表面)。蒸发区12内的表面能够作为用于将液相工质蒸发的蒸发面。例如,蒸发面可以为蒸发区12内,蒸汽通道300对应的容纳腔内表面,蒸发面还可以为蒸发区12内,毛细结构(具体参见下文中图3(b)中的毛细结构400a,图4(c)中的毛细结构400b以及图5(c)中的毛细结构400)的表面。
冷凝区13为容纳腔的内表面中远离芯片20的部分区域,该部分区域内,气相工质能够凝结为液滴。例如,冷凝区13为容纳腔的内表面除蒸发区12以外的其他区域。可以理解,当与芯片20相对较远的容纳腔的内表面上还设置有其他结构(例如毛细结构)时,冷凝区13还包括与芯片相对的其他结构(例如支撑柱)的表面。例如,冷凝区13可以为蒸汽通道300对应的容纳腔内表面,冷凝区13还可以为支撑柱的表面。
散热区14是指均温板10上由于芯片20发热导致需要向外散发热量的外表面。例如,散热区14为均温板10上除导热区11以外的其他外表面。本申请并未对蒸发区12和冷凝区13对应的表面进行具体的限定。
结合图2(d)可知,在一些实现方式中,冷凝区13包括依次相接的第一冷凝区131、第二冷凝区132、第三冷凝区133、第四冷凝区134、第五冷凝区135、第六冷凝区136和第七冷凝区137。其中,第一冷凝区131和第七冷凝区137分布第一板盖100的内底面上,并位于蒸发区12的两侧。第二冷凝区132和第六冷凝区136为容纳腔的内侧壁面。第三冷凝区133位于第一冷凝区131的正上方,且第一冷凝区131在第二板盖200的内顶面内的投影,落入第三冷凝区133内。第五冷凝区135位于第七冷凝区137的正上方,且第七冷凝区137在第二板盖200的内顶面内的投影,落入第五冷凝区135内。第四冷凝区134位于蒸发区12的正上方,且第四冷凝区134在第一板盖100的内底面内的投影落入蒸发区12内。其中远离芯片20的区域更容易出现液滴,靠近芯片20的区域更不易出现液滴。
结合图2(d)可知,在一些实现方式中,散热区14包括依次相接的第一散热区141、第二散热区142、第三散热区143、第四散热区144、第五散热区145、第六散热区146和第七散热区147。其中,第一散热区141和第七散热区147分布第一板盖100的外底面上,并位于导热区11的两侧。第二散热区142和第六散热区146为容纳腔的外侧壁面。第三散热区143位于第一散热区141的正上方,且第一散热区141在第二板盖200的外顶面内的投影,落入第三散热区143内。第五散热区145位于第七散热区147的正上方,且第七散热区147在第二板盖200的外顶面内的投影,落入第五散热区145内。第四散热区144位于蒸发区12的正上方,且第四散热区144在第一板盖100的外底面内的投影落入导热区11内。
除此之外,芯片20具有用于与导热区11相贴合的贴合面21。其中,贴合面21在导热区11所在平面内的正投影处于导热区11内。
当芯片20开始发热时,芯片20产生的热量通过贴合面21和导热区11之间的热传导传递给均温板10。蒸发区12处的液相工质在低真空度的环境中开始发生蒸发相变,由液相变成气相,并带走均温板10上靠近导热区11和蒸发区12位置处的热量。随后,气相工质迅速扩散至整个蒸汽通道300。当气相工质接触到温度较低的冷凝区13时便会冷凝成液相工质,释放出热量,并将热量通过冷凝区13传递至均温板10的散热区14,从而实现将芯片20的集中热量快速扩散到均温板10的整个散热区14上。最后,冷凝区13的液相工质在毛细结构(具体参见下文图3(b)中的毛细结构400a,图4(c)中的毛细结构400b以及图5(c)中的毛细结构400)毛细力的作用下回流至均温板10的蒸发区12。上述循环过程在蒸汽通道300和毛细结构400内周而复始进行,如此循环便能将芯片20产生的热量带出到外部环境,消除芯片20的热点,以及完成对芯片20的降温。可以理解,本申请中毛细结构400中带箭头的实线表示液相工质的流动方向,蒸汽通道300中带箭头的虚线表示气相工质在蒸汽通道300中的扩散方向。
基于此,作为一种两相传热设备,均温板10能有效的将集中热量快速扩散开来,其有效导热系数较高。例如,均温板10为铜材质时,均温板10的有效导热系数为纯铜有效导热系数的10~20倍。均温板10具有优异的热传导及均温性能,是解决终端电子设备散热问题的有效途径。
为了实现均温板10对芯片20的散热,目前主要包括以下几种均温板10,下面将结合具体的应用场景进行描述。
在一些场景下,为了实现电子设备轻薄化及轻量化的需求,如图3(a)和图3(b)所示,本申请提供一种均温板10a,该均温板10a通过减小毛细结构400a的厚度,减小均温板10a的整体厚度,进而实现电子设备的轻薄化和轻量化。图3(a)示出本申请一些实施例中均温板10a沿着图2(a)中C-C剖切面的剖视图。图3(b)示出本申请一些实施例中均温板10a沿着图3(a)中D-D剖切面的剖视图。
结合图3(a)和图3(b)可知,均温板10a包括第一板盖100a、第二板盖200a、毛细结构400a和支撑柱600a,其中毛细结构400a铺设于第一板盖100a上的包括蒸发区12a在内的内表面,支撑柱600a的两端分别与第二板盖200a和毛细结构400a相接。第一板盖100a、第二板盖200a、毛细结构400a和支撑柱600a共同形成蒸汽通道300a,液相工质位于毛细结构400a内。在使用状态下,芯片20的贴合面21贴合于均温板10a的导热面11a。
芯片20发热时,液相工质由毛细结构400a的上表面蒸发为蒸汽,并向上扩散至支撑柱600a之间的蒸汽通道300a内。随后,蒸汽在温度较低的冷凝区13a处冷凝为液相。最后,冷凝区13a的液相工质与毛细结构400a相接触,并在毛细结构400a毛细力的作用下回流至均温板10a的蒸发区12a。上述循环过程在蒸汽通道300a和毛细结构400a内周而复始进行,如此完成对芯片20的降温。
目前,上述均温板10a的减薄方式包括:减薄支撑柱600a的厚度d4、减薄铜板200a的板厚d3、减薄铜板100a的板厚d3以及减薄毛细结构400a的厚度。其中,减薄支撑柱500a的厚度,会导致蒸汽通道300a的高度减小。其中,蒸汽通道300a的高度是指蒸汽通道300a沿着厚度方向上的尺寸。由于蒸汽阻力与蒸汽通道300a的高度成反比,随着蒸汽通道300a的高度的减小,蒸汽阻力急剧增大。蒸汽阻力和蒸汽温差成正比,随着蒸汽阻力的增大,蒸汽温差增大,均温板10a的均温性变差。同时,为了保证均温板10a结构的稳定性,第一板盖100a、第二板盖200a和支撑柱500a需要具有一定的厚度,例如,第一板盖100a和第二板盖200a均为铜板,最小厚度为0.04mm,支撑柱500a的最小厚度为0.1mm。此外,毛细结构400a由于其结构特征也具有的最小厚度,例如毛细结构400a为铜网时,铜网的最小厚度为0.06mm。
在电子设备轻薄化及轻量化的过程中,通过减小毛细结构400a的厚度以减薄均温板10a时,一方面均温板10a的厚度尺寸减薄比较有限,例如,均温板10a的最小厚度约为0.35mm,难以达到更小的厚度。另一方面,毛细结构400a厚度减小时液相工质的流动阻力增大,导致均温板10a内的蒸发区12a处的液相工质补液困难,进而导致均温板10a的均温性能降低。
在另外一些场景下,为了在保证均温性能的前提下实现对均温板10a的减薄,如图4(a)和图4(b)所示,本申请还提供一种均温板10b,该均温板10b取消支撑柱,通过毛细结构400b支撑第一板盖100b和第二板盖200b,实现了均温板10b在厚度方向的较小尺寸。图4(a)示出本申请一些实施例中的均温板10b沿着图2(a)中C-C剖切面的剖视图。图4(b)示出本申请一些实施例中均温板10b和芯片20沿着图4(a)中E-E剖切面的剖视图。图4(c)示出本申请一些实施例中的均温板10b和芯片20沿着图4(a)中F-F剖切面的剖视图。
可以理解,E-E剖切面为穿过蒸汽通道300b的剖切面的一种示例。F-F剖切面为投影落入冷凝区13b的剖切面的一种示例。然而,一般而言,工质容易在远离芯片20的位置处凝结为液滴,因此,下文将以图4(a)中位于芯片20的一侧,F-F剖切面为距离芯片20较远的位置处的剖切面为例,描述液滴冷凝及回流的过程。
结合图4(a)和图4(b)可知,均温板10b包括第一板盖100b、第二板盖200b和毛细结构400b,第一板盖100b和第二板盖200b共同形成容纳腔,毛细结构400b设置于容纳腔内,毛细结构400b的周围形成有蒸汽通道300b,且毛细结构400b内填充有工质。其中,毛细结构400b为长条形轮廓,并呈平行间隔排布于容纳腔内,且毛细结构400b的两个相对的表面分别与第一板盖100b和第二板盖200b相接,并在厚度方向上支撑第一板盖100b和第二板盖200b。
本申请中,上述均温板10b与均温板10a相比,通过取消支撑柱,采用毛细结构400b支撑第一板盖100b和第二板盖200b的方式,节省了支撑柱占用的厚度空间。因此,上述均温板10b能够最大化蒸汽通道300b厚度,有利于降低蒸汽阻力。
然而,结合图4(a)至图4(c)可知,在均温板10b中,液相工质在蒸发区12b蒸发为蒸汽后,蒸汽在蒸汽通道300b内扩散,并在冷凝区13b凝结成小液滴ls。由于缺乏驱动力,且尺寸较小,小液滴ls无法与两侧的毛细结构400b相接触,因此蒸汽通道300b之间的小液滴ls需要累积至一定体积,变成大液滴(未图示)后才能够接触到蒸汽通道300b两侧的毛细结构400b。而后大液滴被毛细结构400b吸收,进而回流至图4(b)中示出的蒸发区12b。
由于液相工质需要聚集成大液滴才能够接触到毛细结构400b或者滴落,也即均温板10b内很容易出现液相工质无法及时回流至毛细结构400b中,导致液相工质回流至蒸发区12b不及时,进而导致蒸发区12b液相工质补液不及时,从而会出现均温板10b温差增大性能恶化等现象。此外,在存储、运输的过程中,均温板10b内聚集的液滴遇到低温环境,存在结冰鼓胀的风险,导致均温板10b变形。
不难理解,由于第一板盖100b和第二板盖200b的厚度较薄(例如,第一板盖100b和第二板盖200b的厚度为0.04mm),因此,均温板10b内的液滴结冰鼓胀可能会导致均温板10b的表面容易形成凸点,进而可能导致均温板10b的导热面与芯片20的贴合面之间的贴合不紧密,以及均温板10b的散热面与周围的散热介质(例如石墨层、中框等)贴合不紧密,进一步导致均温板10b散热效果变差。
为了解决前述均温板(例如均温板10b)中液相工质不易回流至蒸发区的问题,本申请提供了一种均温板10,如图5(a)至5(b)所示,该均温板10在容纳腔的内表面(也即第一板盖100的内表面和第二板盖200的内表面)和毛细结构400上引入微细结构层500,使得冷凝区13处的液相工质通过微细结构层500引流后,返回至蒸发区12。
本申请的一些实施例中,微细结构层500的厚度范围为0.1μm~20μm。由上文可知,毛细结构400的厚度范围约为0.05mm~0.5mm。支撑柱600a的最小厚度为0.1mm。因此,微细结构层500的厚度远小于支撑柱600a以及毛细结构400在厚度方向的尺寸。
上述均温板10通过在容纳腔的内表面增设微细结构500,在基本不改变均温板10结构尺寸的情况下,增强容纳腔的内表面的润湿性,进而提高液滴沿着容纳腔的内表面回流毛细结构的驱动力。同时,在毛细结构400上引入微细结构层500,以强化毛细结构400的毛细性能,进而提高液滴沿着毛细结构400继续回流的驱动力。综上,上述均温板10能够实现冷凝区13b液相工质的及时回流,改善均温板10b中冷凝区13b处液滴聚集、不易回流至蒸发区12b的问题。
具体地,图5(a)示出本申请其他一些实施例中均温板10沿着图2(a)中C-C剖切面的剖视图。图5(b)示出本申请其他一些实施例中均温板10和芯片20沿着图5(a)中G-G剖切面的剖视图。图5(c)示出本申请其他一些实施例中均温板10和芯片20沿着图2(a)中H-H剖切面的剖视图。图5(d)示出图5(c)中的毛细结构400,并标识出了毛细结构400上的第一叠合面403和第二叠合面404。
可以理解,G-G剖切面为穿过蒸汽通道300的剖切面的一种示例。H-H剖切面为投影落入冷凝区13的剖切面的一种示例。然而,一般而言,工质容易在远离芯片20的位置处凝结为液滴,结合图5(a)及图5(b)不难理解,H-H剖切面为远离芯片20的位置处的剖切面,因此,下文将以H-H剖切面处的均温板10的结构为例描述液滴冷凝及回流的过程。
如图5(a)至5(b)所示,本申请提供一种用于与芯片20接触以对芯片20进行降温的均温板10。其中均温板10与芯片20接触可以是直接接触,也可以是间接接触,本申请不作具体限制。
该均温板10包括第一板盖100、第二板盖200、毛细结构400和微细结构层500。其中,第一板盖100与第二板盖200相接,并共同形成密闭的容纳腔,毛细结构400位于容纳腔内。
具体的,结合图5(a)至5(d)可知,第一板盖100和第二板盖200沿着叠合方向叠合,并共同形成有密闭的容纳腔,且第一板盖100背向容纳腔300的一侧具有用于与热源贴合的导热面11。毛细结构400具有一对朝向相背的、垂直于叠合方向的第一叠合面403和第二叠合面404。其中,毛细结构400的第一叠合面403与第二板盖200相接,毛细结构400的第二叠合面404与第一板盖100相接,以在叠合方向上支撑第一板盖100和第二板盖200。容纳腔300的内表面和毛细结构400中毛细孔的壁面设置有微细结构层500,微细结构层500用对均温板容纳腔内的液相工质进行引流。例如,两毛细结构400之间,容纳腔300的内表面液相工质通过微细结构层500引流回至毛细结构500中,而毛细结构400中毛细孔的壁面上的微细结构层继续将毛细结构400中靠近第一叠合面403的液相工质引流回毛细结构400靠近第二叠合面404的部位。
按照容纳腔内表面上工质的冷凝和蒸发来分,容纳腔的内表面包括蒸发区12和冷凝区13,其中蒸发区12位于第一板盖100上。毛细结构400位于容纳腔内,且毛细结构400的两个相对的表面分别与第一板盖100的内表面和第二板盖200的内表面相接,以沿着厚度方向支撑第一板盖100和第二板盖200。容纳腔的内表面设置有微细结构层500,冷凝区13处的液相工质通过微细结构层500引流后,返回至蒸发区12,微细结构层500的厚度小于毛细结构400在厚度方向上的尺寸。其中,微细结构层500的厚度是指与微细结构层500铺展面相垂直的方向上的尺寸(例如图5(c)中的d5)。
其中,当第一板盖100和第二板盖200的材质为铜时,第一板盖100和第二板盖200的连接方式可以是通过扩散焊连接相连,或者,第一板盖100和第二板盖200通过钎焊连接。
图6(a)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S1区域的局部放大图,其中工质凝结为液滴。图6(b)示出本申请一些实施例中均温板10图5(c)中S1区域的局部放大图,其中示出了液滴的回流。
结合图6(a)和图6(b)可知,容纳腔内表面的微细结构层500用于增强容纳腔内表面的亲水性及润湿性,如图6(b)所示,上述均温板10能够通过微细结构层500及时地将液相工质引流至毛细结构400,并通过毛细结构400以及第一板盖100上的微细结构层500将液相工质导流回蒸发区12,例如液相工质在图6(b)中毛细结构400所在区域处,沿着垂直于纸面向里的方向流动。因此,本申请中的均温板10能够避免液相工质在冷凝区13处大量聚集,及时补充蒸发区12处的液相,以解决液滴聚集及液相工质回流不及时的问题。
在一些实现方式中,继续参考图6(a)和图6(b),靠近芯片20边缘的毛细结构400(也即图6(b)中右侧的毛细结构400)中的液相工质能够利用两毛细结构400之间的微细结构层500,使得液相工质由右侧的毛细结构400向着左侧的毛细结构400流动。
图7(a)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S2区域的局部放大图,其中示出了工质凝结为液滴。图7(b)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S2区域的局部放大图,其中示出了液滴的回流。
结合图7(a)和图7(b)可知,容纳腔内表面的微细结构层500用于增强容纳腔内表面的亲水性及润湿性,如图7(b)所示,因此,上述均温板10能够及时地将靠近毛细结构400的液相工质引流至毛细结构400,并通过毛细结构400以及第一板盖100上的微细结构层500将液相工质导流回蒸发区12。同时,上述均温板10还能够在液滴聚集不多的情况下及时地将远离毛细结构400的液相工质(例如与毛细结构400相对位置处的液相工质,如图7(b)中右内壁面处的液滴)引流至邻近的微细结构层500,并通过微细结构层500将液相工质导流回蒸发区12。
在一些实现方式中,微细结构层500将液相工质引流至毛细结构400,毛细结构400将液相工质引流至蒸发区12。
在可替换的其他一些实现方式中,微细结构层500将液相工质引流至附近的微细结构层500,附近的微细结构层500将液相工质引流至蒸发区12。
本申请的一些实施例中,冷凝区13除与毛细结构400相接区域以外的其他区域设置有微细结构层500。可以理解,冷凝区13处的微细结构层500能够将液相工质引流至附近的毛细结构400,或者冷凝区13处的微细结构层能够将液相工质引流至蒸发区12出即可,并不一定冷凝区13上全覆盖了微细结构层500。例如,微细结构层500为覆盖冷凝区13的网状结构或者平行分布的结构,本申请不作具体限制。其中,冷凝区13与毛细结构400相接区域将在下文进行详细描述。
本申请的一些实施例中,蒸发区12除与毛细结构400相接区域以外的其他区域设置有微细结构层500。可以理解,蒸发区12处的微细结构层500能够将液相工质引流至附近的毛细结构400,或者蒸发区12处的微细结构层能够将液相工质引流至蒸发区12处即可,并不一定蒸发区12上全覆盖了微细结构层500。例如,微细结构层500为覆盖蒸发区12的网状结构或者平行分布的结构,本申请不作具体限制。其中,蒸发区12与毛细结构400相接区域将在下文进行详细描述。
在本申请一些实施例中,微细结构层500中微细结构的特征尺寸小于毛细结构400的特征尺寸。其中,毛细结构400的特征尺寸可以为毛细结构400中毛细孔的孔径。
为了便于理解容纳腔内表面上微细结构层500增强容纳腔内表面亲水性和润湿性的原理,下面将结合对应的显微照片来描述。
图8(a)展示了本申请中均温板10中容纳腔的内表面的显微照片。图8(b)展示了本申请中另外一种均温板10中容纳腔的内表面的显微照片。图8(c)展示了本申请中均温板10b中容纳腔的内表面的显微照片。
对比图8(a)与图8(c),在一些实现方式中,均温板10b中容纳腔的内表面较为光滑,而均温板10中容纳腔的内表面设置有微细结构层500a,该微细结构层500a呈现特殊形貌,多个如同波浪形态的卷皮结构,该卷皮结构可以增强容纳腔300b内表面的润湿性。
根据图8(a)可知,在一些实现方式中,多个波浪形态的卷皮结构上还形成有微细孔510a,微细结构层500中微细结构的特征尺寸为微细孔510a的孔径D1。该微细结构层500a通过微细孔510a改善了容纳腔30的内表面的润湿性,促进了液滴在容纳腔中冷凝区13上的快速铺展,改善了均温板10液滴聚集,回液不及时的问题。
在一些实现方式中,卷皮结构上微细孔510a的孔径D1的尺寸范围为0.1~10μm。
进一步地,在一些实现方式中,卷皮结构上微细孔510a的孔径D1的尺寸范围为0.5~3μm。
除此之外,在一些实现方式中,对于单个卷皮结果而言,卷皮结构在厚度方向的尺寸范围为0.1~10μm,卷皮结构在沿着容纳腔内表面内的铺设方向的尺寸范围为3~200μm。微细孔510a在卷皮结构上的分布密度为104~105个/mm2。其中,微细孔510a在卷皮结构上的分布密度是指单位面积内微细孔510a的数量,单位是个/mm2,铺设方向是指与容纳腔内表面近似平行的方向。
在一些实现方式中,卷皮结构上相邻的两个微细孔510a的中心距范围为1.5~10μm。其中,两个微细孔510a的中心距是指一个微细孔510a的中心与另一个微细孔510a的中心之间的距离。
如图8(b)所示,在另外一些实现方式中,微细结构层500中的微细结构为微细团簇510b,微细结构层500中微细特征的特征尺寸为相邻的两微细团簇510b之间的距离D2。其中,相邻的两微细团簇510b之间的距离D2是指一微细团簇510b上的任意一点与另一微细团簇510b上的任意一点之间的最小距离。
在一些实现方式中,微细结构层500中相邻的两个微细团簇510b之间的距离范围为0.1~10μm。
进一步地,在一些实现方式中,微细结构层500中相邻的两个微细团簇510b之间的距离范围为0.1~5μm。
本申请的一些实施例中,毛细结构400上引入有微细结构层500。为了能够描述清楚毛细结构400上的微细结构层500,下面先简要介绍下毛细结构400的结构特征。
下面将结合均温板10中蒸汽通道300的形态来介绍几种类型的毛细结构400。
在一些实现方式中,蒸汽通道300为相互连通的长直形通道,毛细结构400为分布于容纳腔内的毛细结构墙410。毛细结构墙410、第一板盖100和第二板盖200之间形成有蒸汽通道300。
在其他一些实现方式中,蒸汽通道300为相互连通的波浪形通道,毛细结构400可以为沿着波浪线延伸的波浪形毛细结构墙(未图示)。
在另外一些实现方式中,蒸汽通道300为网状通道,毛细结构400可以为离散地、分布于容纳腔内的众多毛细结构柱(未图示)。
在一些实现方式中,蒸汽通道300还可以为相互连通的螺旋形通道,毛细结构400为用于形成该螺旋形通道的螺旋形毛细结构墙(未图示)。
可以理解,本申请对毛细结构400的形态,以及毛细结构400的布局方式不作具体限制,能够实现所需形态的蒸汽通道300的毛细结构400均在本申请的保护范围之内,在此将不作一一描述。继续参阅图5(a),在本申请一些实施例中,毛细结构400包括多个呈条带状的毛细结构墙410,多个毛细结构墙410离散地分布于容纳腔内,且每个毛细结构墙410的两端面与容纳腔的内表面之间形成有间隙。每条毛细结构墙410的两侧分别形成有一条蒸汽通道,毛细结构墙的端部设有连通一蒸汽通道的另一蒸汽通道,用于构成蒸汽通道的容纳腔的内表面设置有微细结构层500。
在本申请一些实施例中,微细结构层500包括第一子微细结构层和第二子微细结构层。其中,第一子微细结构层位于为两个相邻的毛细结构之间,并设于第二板盖200的表面。第二子微细结构层位于为两个相邻的毛细结构400之间,并设于第一板盖100的表面。
为了防止均温板10被外部气压压扁,在一些实现方式中,毛细结构400的一端与第一板盖100相贴合(或者相连接),相对的另一端靠近第二板盖200,以用于支撑该第二板盖200。例如,毛细结构400的另一端可以与第二板盖200相连接,或者,毛细结构400的另一端与第二板盖200相贴合。
在本申请一些实现方式中,毛细结构400的第二叠合面404与第一板盖100固定相连,毛细结构400的第一叠合面403与第二板盖200相贴合。在本申请另外一些实现方式中,毛细结构400的第二叠合面404和第一叠合面403分别与第一板盖100和第二板盖200相贴合或者相互固定。
在本申请一些实施例中,毛细结构400为多孔结构,例如,毛细结构400由铜网、铜线、铜粉和泡沫铜中的至少一种制成,其中制备工艺可以是烧结或者刻蚀。可以理解,铜网可以是若干层铜网的组合,且铜网的层数本申请不作具体限定。铜粉可以是一种目数的铜粉,也可以是两种或者多种目数的组合,本申请不作具体限定。
其中,图9(a)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S3区域的局部放大图。图9(b)示出本申请一些实施例中均温板10在图9(a)中S31区域的局部放大图。图9(c)示出本申请另一些实施例中均温板10在图9(a)中S31区域的局部放大图。
如图9(b)所示,毛细结构400具有众多离散分布的毛细孔401。毛细孔具有壁面401a,其中,毛细孔401为毛细结构400中形成的完整孔结构。在一些实现方式中,如图9(c)所示,毛细结构400中毛细孔401的壁面401a上设置有微细结构层500。
除此之外,如图9(b)所示,在毛细结构400的外边缘处设有向外延伸的毛细柱402,毛细柱402具有朝向外侧的外端面402a和外周面402b。与毛细柱402相接的毛细孔401还具有朝向外侧的外周面401b。为了降低成型难度,在另外一些实现方式中,如图9(c)所示,毛细结构400中毛细孔401的壁面401a、毛细孔401的外周面401b、毛细柱402的外端面402a和毛细柱402的外周面402b上均设置有微细结构层500。
图10(a)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S4区域的局部放大图。在本申请一些实施例中,如图10(a)所示,毛细结构400与第一板盖100相接,微细结构层500铺设于除毛细结构400与第一板盖100相接的界面以外的第一板盖100的内表面以及毛细结构400的表面。
可以理解,对于至少一端与冷凝区13相接的其中一个毛细结构400而言,该毛细结构400周围的冷凝区13上,除外端面402a与第一板盖100相接的界面,以及外端面402a与第二板盖200相接的界面以外的其他区域,即为该毛细结构400周围的冷凝区13除与毛细结构400相接区域以外的其他区域。对于所有毛细结构400而言,周围的冷凝区13除与毛细结构400相接区域以外的其他区域,可参照前文所述的方式获取,在此将不作赘述。同理可得蒸发区12除与毛细结构400相接区域以为的其他区域,在此不作赘述。
图10(b)示出本申请一些实施例中均温板10在图5(c)中S4区域的局部放大图。如图10(b)所示,毛细结构400与第一板盖100相接,微细结构层500铺设于第一板盖100的内表面、毛细结构400上,且毛细结构400通过微细结构层500与第一板盖100的内表面相接。
为了便于理解毛细结构400上微细结构层500增强毛细孔亲水性、润湿性及导流性的原理,下面将结合对应的显微照片来描述。
当毛细结构400为铜网时,图11(a)示出本申请一些实施例中毛细结构400上微细结构层500c中微细结构510c的显微照片。图11(b)示出本申请另外一些实施例中毛细结构400上微细结构层500d中微细结构510d的显微照片。图11(c)示出本申请其他一些实施例中毛细结构400表面的显微照片。
对比图11(a)与图11(c)可知,在一些实现方式中,均温板10b中毛细结构400b除了有少许的孔洞以外,整体的表面较为光滑,可以理解图11(c)中铜网中铜丝上的孔洞为固有缺陷。而均温板10中的毛细结构400的表面设置有微细结构层500c,该微细结构层500c呈现特殊形貌,如同珊瑚形态的微细凸510c。
如图11(a)所示,在一些实现方式中,珊瑚形态的凸触结构上相邻两个微细凸510c之间可作为微细空间,该微细空间能够提高毛细结构400的润湿性,微细结构层500的特征尺寸为两个相邻微细凸510c之间的距离D3。微细结构层500c中微细凸510c强化了铜网的毛细性能,促进液滴快速回到蒸发区12。微细结构层500中微细结构的特征尺寸为相邻的两微细凸510c之间的距离D3。两微细凸510c之间的距离D3是指一微细凸510c的表面上的任意一点与另一微细凸510c的表面上的任意一点之间的最小距离。
在一些实现方式中,相邻的两微细凸510c之间的距离D3的尺寸范围为0.1~10μm。
进一步地,在一些实现方式中,相邻的两微细凸510c之间的距离D3的尺寸范围为0.2~5μm。
在一些实现方式中,微细凸510c的尺寸范围为0.1~10μm。
进一步地,在一些实现方式中,微细凸510c的尺寸范围为0.5~5μm。
如图11(b)所示,在另外一些实现方式中,微细结构层500中的微细结构为微细线510d,微细线510d的一端与毛细结构400中毛细孔的壁面相连,微细线510d的另一端向着毛细孔内部延伸。微细结构层500中微细结构的特征尺寸为相邻的两微细线510d之间的距离D4。其中,两微细线510d之间的距离D4是指一个微细线510d的与毛细孔的壁面相连的一端,与另一个微细线510d的与毛细孔的壁面相连的一端之间的最小距离。
在一些实现方式中,相邻的两个微细线510d之间的距离范围为0.1~10μm。
进一步地,在一些实现方式中,相邻的两个微细线510d之间的距离范围为0.2~3μm。
在一些实现方式中,微细线510d的线径范围为0.02~0.2μm,微细线510d的线长范围为0.5~5μm。其中,微细线510d的线长是指微细线510d的一端延伸至微细线510d的另一端之间的距离。
本申请中的均温板10,在毛细结构400上引入微细结构层500,能够强化毛细结构400的毛细能力,促进液相工质快速从冷凝区回流至蒸发区,提高均温板10的均温性能。因此能够进一步提升均温板10均温性能和可靠性能。
为了避免工质从密闭的容纳腔内泄露至外部环境中,还需要采用密封措施以提高第一板盖和第二板盖共同形成的容纳腔之的密封性。
在一些实现方式中,第一板盖100和第二板盖200的连接界面处设置密封部件(未图示),和/或者,第一板盖100和第二板盖200相接的位置处通过焊料焊接,并在焊缝位置处涂覆有密封涂层(未图示)。上述均温板10通过密封部件、焊料和密封涂层提高容纳空间的密封性,降低了工质通过第一板盖100和第二板盖200之间的间隙泄露到外部环境的概率,提高了均温板10使用过程的可靠性。
为了提高均温板10的均温效果,在一些实现方式中,导热区11上涂覆有导热凝胶,以降低界面接触热阻。
在本申请一些实施例中,第一板盖100、第二板盖200和毛细结构400的材质为铜、铜合金、钛及钛合金中的至少一种,微细结构层500的成型方式包括高温氧化,高温氧化和高温还原,以及电沉积中的至少一种。其中,微细结构层500的成型方式为高温氧化和高温还原时,微细结构层500结构稳定,使用寿命更长。微细结构层500的成型方式为电沉积时,微细结构层500可呈现为树枝状的凸触结构或几何排列的微柱。
在本申请一些实施例中,均温板10还包括位于容纳腔内的工质。其中,工质可以为水、甲醇、丙酮和液氨中的任意一种。其中水可以是去离子水。
在描述完本申请提供的均温板10以后,下面将结合实验结果说明其有益效果。
图12(a)示出本申请一些实施例中均温板10的仰视图。图12(b)示出本申请一些实施例中均温板10的仰视图,其中去除了第一板盖100。图12(c)示出本申请一些实施例中均温板10b的仰视图,其中去除了第一板盖100b。
对比图12(b)和图12(c)可知,同等实验条件下,例如同样的测试次数下,改进前的均温板10b在第二板盖200b的内表面上聚集有液滴,通过方案和工艺改进后,均温板10在第二板盖200的内表面上液滴聚集的现象消失。
表1展示了本申请中均温板10冷热冲击前后的热性能测试数据。
表1均温板10热性能测试数据
冷热冲击是指按照冷热循环条件对均温板10进行的处理,冷热冲击后的均温板10的热性能测试数据能够体现均温板10的可靠性。其中,冷热循环条件为将均温板10在低温环境中保持第一预设时长,随后在第二预设时长内将均温板10由低温升温至高温,并将均温板10在高温环境中保持第三预设时长。例如,将均温板10在-40℃的环境下保持30min,随后1min内将均温板10由-40℃升温至85℃,最后将均温板10在85℃保持30min。前述为一个循环,共计24个循环。
表2展示了本申请中均温板10b冷热冲击前的热性能测试数据。
表2均温板10b热性能测试数据
不难发现,表2中均温板10b在前几次测试时(例如第二次或者第三次)即出现热性能恶化现象,因此均温板10b未做冷热冲击后的热性能测试。其中,可以理解的是,表1和表2中,Δt1=TC-T1,Δt2=T1-T2,Δt3=T1-T3。其中,TC为芯片20的温度,T1为均温板10的P1处的温度,T2为均温板10的P2处的温度,T3为均温板10的P3处的温度,如图13(a)和13(b)所示。其中,图13(a)示出本申请一些实施例中均温板10的俯视图,其中还示有热源(例如芯片20)的位置。图13(b)示出均温板10沿图13(a)中I-I剖面的剖视图。Δt2'与Δt2表征的意义大致相同,其不同之处在于,Δt2表征的状态为冷热冲击之前,Δt2'表征的状态为冷热冲击之后。同理,Δt3'与Δt3表征的意义大致相同,其不同之处在于,Δt3表征的状态为冷热冲击之前,Δt3'表征的状态为冷热冲击之后。
对比表1和表2可知,本申请中的均温板10,无论冷热冲击前,还是冷热冲击后,均温板10的温差未见明显增大,均温性能没有明显恶化,热性能较为稳定,可靠性较高。同时根据表2可以看出,按照常规工艺流程制备的均温板10b存在反复测试温差增大的现象。即均温板10b初次测试热性能满足要求,而多次测试后,均温板10b热性能无法满足要求,其中满足要求的标准可以是Δt小于5℃。结合图12(a)至图12(c)可知,将均温板10b样品剪开后发现,在均温板10b的蒸汽通道300b处的内表面上存在点状、条状水滴。由于冷凝液滴难以快速回流到毛细结构400b中,从而导致均温板10b中的蒸发区12b烧干,温差增大。
在介绍完均温板10b的改进方案之后,不难发现,均温板10b的改进方案也同样可应用于均温板10a中,下面将结合均温板10a与均温板10b结构的不同之处,以及均温板10a使用过程中可能出现的问题,简要描述均温板10a的改进方案。
可以理解,对于前文提及的均温板10a而言,为了完成液相工质的回流,还需要限定支撑柱600a的厚度尺寸。对于厚度较薄的均温板10a,一般情况下,蒸汽通道300a的高度也较低,液相工质累积至一定程度后在自身重力的作用下接触到毛细结构400a,而后被毛细结构400a吸收,进而回流至上文提及的蒸发区12a。然而,对于厚度较厚的均温板10a,一般而言,蒸汽通道300a的高度较高,液相工质需要聚集成较大的液滴才能够滴落或者接触到毛细结构400a,导致回流不及时,影响均温板10a的均温性能。
为了辅助回流,以改善均温板10a的均温性,上述均温板10a还包括设置于支撑柱600a外圈的粉环(未图示),以促进液滴通过粉环流向毛细结构400a,进而回流至蒸发区12a。其中,粉环的结构特征与毛细结构相似,可作为一种毛细结构,在此不作赘述。但增设粉环一方面减小了蒸汽通道300a的空间,另一方面提高了均温板10a的制备成本。
基于此,图14(a)示出本申请其他一些实施例中的均温板10a沿着图2(a)中C-C剖切面的剖视图。图14(b)示出本申请其他一些实施例中的均温板10a沿着图14(a)中J-J剖切面的剖视图。
如图14(a)和图14(b)所示,在本申请一些实施例中,上述均温板10a的容纳腔的内表面设置有微细结构层500,由于其改进原理及改进方式与前述的均温板10b的改进原理及改进方式相似,在此不作赘述。
在其中一些实现方式中,毛细结构400a上也引入微细结构层500a,其中微细结构层500a与前述均温板10中的微细结构层500相同,在此不作赘述。
在介绍完均温板10的具体结构之后,下面继续介绍上述均温板10的成型方法。图15示出本申请一些实施例成型均温板10的流程图。如图15所示,均温板10的成型方法具体包括:
步骤1510:组装第一盖体和毛细原料,对组装后的第一盖体和毛细原料进行高温氧化处理,以得到具有氧化物表面的第一半成品和具有氧化物表面的毛细半成品。同时,对第二半成品进行高温氧化处理,得到具有氧化物表面的第二半成品。
其中,第一盖体为第一板盖的初始来料,毛细原料为毛细结构的初始来料,例如,毛细原料为铜网、铜线、铜粉等。第一盖体和毛细原料的组装可以是将毛细原料压合于第一盖体内,还可以是其他的组装方式,本申请不作具体限制。例如,将组装好的第一盖体和毛细原料放置于氧气、氧氮混合气和空气中任意一种气体氛围中,并于300℃~600℃的温度下加热10min~5h。例如,加热温度可以是300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃及600℃中的任意一种。保温时间可以是10min、20min、30min、40min、50min、1h、2h、3h、4h及5h中的任意一种。
第二盖体为第二板盖的初始来料。可以理解,第二盖体和第一盖体及毛细原料的高温氧化处理的工艺参数的范围相同。但第一盖体和毛细原料的高温氧化处理的工艺参数与第二盖体的高温氧化处理的工艺参数可以相同,也可以不同,本申请不作具体限定。
在一些实现方式中,第一盖体和毛细原料的高温氧化处理,和第二盖体的高温氧化处理可以同时进行,也可以分别处理。当两者的高温氧化分别处理时,先后顺序本申请不作具体限定。
步骤1520:对第一半成品、第二半成品和毛细半成品进行高温还原处理。
可以理解,高温还原处理不仅能够还原氧化物表皮,还可以对第一半成品和毛细半成品进行烧结,以固定连接第一板盖100和毛细结构400。
例如,将具有氧化物表面的第一半成品和第二半成品放置于氮氢混合气的气体氛围中,并于500℃~800℃的温度下加热10min~10h。例如,加热温度可以是500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃和800℃中的任意一种。保温时间可以是10min、20min、30min、40min、50min、1h、2h、3h、4h、5h、6h、7h和8h中的任意一种。
步骤1530:装配第一板盖100和第二板盖200,以形成容纳腔,其中毛细结构400位于容纳腔内。其中,装配工艺可以是通过焊料将第一板盖100和第二板盖200焊接为一体,或者通过粘贴材料将第一板盖100和第二板盖200粘接为一体。
步骤1540:对第一板盖100和第二板盖200之间的容纳腔抽真空,并向抽真空后的容纳腔内注入工质。或者,向第一板盖100和第二板盖200之间的容纳腔内注入工质,而后对容纳腔抽真空。
本申请还提供另一种均温板10的成型方法。图16示出本申请另一些实施例成型中均温板10的流程图。如图16所示,均温板10的另一种成型方法具体包括:
步骤1610:对第一盖体和第二盖体进行高温氧化处理,以得到具有氧化物表面的第一半成品和具有氧化物表面第二半成品。
步骤1620:组装第一半成品和毛细原料,并对组装后的第一半成品和毛细原料,以及第二半成品进行高温还原处理,得到第一板盖100、毛细结构400、第二板盖200和微细结构层500,并装配第一板盖100和第二板盖200,以形成容纳腔,其中毛细结构400位于容纳腔内。
也即,装配工艺可以是通过焊料将第一板盖100和第二板盖200焊接为一体,或者通过粘贴材料将第一板盖100和第二板盖200粘接为一体。其中,对第一半成品和毛细原料的高温还原处理,一方面可以还原第一半成品表面的氧化物,另一方面还可以实现第一半成品和毛细原料的烧结,简化了操作步骤。
步骤1630:对第一板盖100和第二板盖200之间的容纳腔抽真空,并向抽真空后的容纳腔内注入工质。或者,向第一板盖100和第二板盖200之间的容纳腔内注入工质,而后对容纳腔抽真空。
在描述完上述均温板10的成型方案之后,将继续详细描述均温板10的成型流程,如图17(a)所示。
首先,第二盖体入料,并在第二盖体上冲型注水口,并对第二盖体进行热处理,例如进行高温氧化反应。其中,在第二盖体上冲型注水口用于保证注水过程中,水能顺利进入均温板10内部。第二盖体可以为铜板,也可以为铜合金板,还可以为钛合金板,在此对第二盖体的材料不做限定。
随后,第一盖体入料,在第一盖体中成型毛细原料,并在第一盖体上冲型注水口,并对第一盖体和毛细原料进行热处理,例如进行高温氧化反应。其中,在第一盖体中成型毛细原料具体为将用于成型毛细结构400的原材料布置于第一盖体中,以合理布局毛细结构400和蒸汽通道。
然后,烧结毛细原料和第一盖体,以保证毛细结构400与第一板盖100的定位连接,进而保证长期使用过程不发生移位,此外,还能够实现对毛细结构400和第一板盖100的高温还原。
再然后,将焊料(例如铜膏)点涂于第一板盖100和/或者第二板盖200的边缘。在一些实现方式中,焊料为铜膏。
再随后,将涂好铜膏的第一板盖100和第二板盖200通过定位治具进行组装。
接着,通过钎焊封合第一板盖100和第二板盖200。
再接着,在第一板盖100和第二板盖200的注水口处焊小管,以便于后续注工质和除气。
而后,将工质注入均温板10的容纳腔内部。
最后,对均温板10的容纳腔进行除气,以使得均温板10内部具备一定的真空度,从而让水更易蒸发,从而实现均温板10在较低工作温度下的相变换热。
可以理解,均温板10b的成型流程,如图17(b)所示,与均温板10基本相似,只是无需对第一盖体,第二盖体和毛细原料进行高温氧化,在此不作赘述。
本申请还提供一种电路模组,其中电路模组包括上述至少一种均温板10、电路板30和安装于电路板30上的电子元器件,其中电子元器件为热源。第一板盖100通过导热面与电子元器件的表面相贴合,其中,导热面为第一板盖100上的与蒸发区12对向设置的外表面。
本申请还提供一种电子设备,包括至少一个前述的任意一种的电路模组。
以上由特定的具体实施例说明本申请的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。虽然本申请的描述将结合一些实施例一起介绍,但这并不代表此申请的特征仅限于该实施方式。恰恰相反,结合实施方式作申请介绍的目的是为了覆盖基于本申请的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。本申请也可以不使用这些细节实施。此外,为了避免混乱或模糊本申请的重点,有些具体细节在描述中被省略。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“外侧”、“内侧”、“周向”、“径向”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“连接”、“贴合”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
显然,本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样,倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (26)
1.一种均温板(10),用于对热源进行散热,其特征在于,包括:
第一板盖(100);
第二板盖(200),所述第一板盖(100)和所述第二板盖(200)沿着叠合方向叠合,并共同形成有密闭的容纳腔,所述第一板盖(100)背向所述容纳腔的一侧具有用于与所述热源贴合的导热面,其中,所述叠合方向为所述均温板(10)与所述热源的堆叠方向;
毛细结构(400),所述毛细结构(400)位于所述容纳腔内,所述毛细结构(400)具有一对朝向相背的、垂直于所述叠合方向的第一叠合面(403)和第二叠合面(404),所述毛细结构(400)的所述第一叠合面(403)与所述第二板盖(200)相接,所述毛细结构(400)的所述第二叠合面(404)与所述第一板盖(100)相接,以在所述叠合方向上支撑所述第一板盖(100)和所述第二板盖(200);
其中,所述容纳腔的内表面和所述毛细结构(400)中毛细孔的壁面设置有微细结构层(500),所述微细结构层(500)用于引流所述均温板(10)中的所述液相工质。
2.根据权利要求1所述的均温板(10),其特征在于,
所述毛细结构(400)包括多个呈条带状的毛细结构墙(410),所述多个毛细结构墙(410)离散地分布于所述容纳腔内,且每个所述毛细结构墙(410)除所述第一叠合面(403)和所述第二叠合面(404)以外的其他表面与所述容纳腔的内表面之间形成有间隙。
3.根据权利要求2所述的均温板(10),其特征在于,所述毛细结构墙(410)的两侧分别形成有多个第一蒸汽通道,所述毛细结构墙(410)的端部设有连通多个所述第一蒸汽通道的第二蒸汽通道,与所述第一蒸汽通道和所述第二蒸汽通道相对的所述容纳腔的内表面设置有所述微细结构层(500)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的均温板(10),其特征在于,所述毛细结构(400)在所述叠合方向上尺寸范围为0.05~0.5mm,所述微细结构层(500)的厚度范围为0.1μm~20μm。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的均温板(10),其特征在于,
所述微细结构层(500)中微细结构的特征尺寸小于所述毛细结构(400)的特征尺寸,其中,所述毛细结构(400)的特征尺寸为所述毛细结构(400)中毛细孔的孔径,所述微细结构的特征尺寸为与所述微细结构层(500)润湿性相关的技术特征的尺寸。
6.根据权利要求5所述的均温板(10),其特征在于,所述微细结构层(500)包括铺设于所述容纳腔内表面的多个波浪形态的卷皮结构,每个所述卷皮结构的表面形成有多个微细孔。
7.根据权利要求6所述的均温板(10),其特征在于,所述微细结构的特征尺寸为所述微细孔的孔径,且所述微细孔的孔径范围为0.1~10μm。
8.根据权利要求5所述的均温板(10),其特征在于,所述微细结构层(500)包括铺设于所述容纳腔内表面的多个微细团簇。
9.根据权利要求8所述的均温板(10),其特征在于,所述微细结构的特征尺寸为相邻的两所述微细团簇之间的距离,且相邻的两所述微细团簇之间的距离范围为0.1~10μm。
10.根据权利要求5所述的均温板(10),其特征在于,所述微细结构层(500)包括多个微细线,所述微细线的一端与所述毛细结构(400)中所述毛细孔的壁面相连,所述微细线的另一端向着所述毛细孔内部延伸。
11.根据权利要求10所述的均温板(10),其特征在于,所述微细结构的特征尺寸为相邻的两所述微细线之间的距离,并相邻的两所述微细线之间的距离范围为0.1~10μm,其中,相邻的两所述微细线之间的距离为一所述微细线与所述毛细孔的壁面相连的一端到另一所述微细线与所述毛细孔的壁面相连的一端之间的距离。
12.根据权利要求5所述的均温板(10),其特征在于,所述微细结构层(500)包括形成于所述毛细结构(400)中所述毛细孔的所述壁面上的珊瑚状的微细凸。
13.根据权利要求12所述的均温板(10),其特征在于,所述微细结构的特征尺寸为相邻的两所述微细凸之间的距离,且相邻的两所述微细凸之间的距离范围为0.1~10μm。
14.根据权利要求1所述的均温板(10),其特征在于,所述容纳腔包括冷凝区(13),所述冷凝区(13)中的第一区设置有所述微细结构层(500),所述第一区为所述冷凝区(13)除与所述毛细结构(400)相接区以外的其他区域。
15.根据权利要求14所述的均温板(10),其特征在于,所述容纳腔还包括蒸发区(12),所述蒸发区(12)中的第二区设置有所述微细结构层(500),所述第二区为所述蒸发区(12)除与所述毛细结构(400)相接区以外的其他区域。
16.根据权利要求15所述的均温板(10),其特征在于,
所述微细结构层(500)将所述液相工质引流至所述毛细结构(400),所述毛细结构(400)将所述液相工质引流至所述蒸发区(12)。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的均温板(10),其特征在于,所述第一板盖(100)、所述第二板盖(200)和所述毛细结构(400)的材质为铜、铜合金、钛和钛合金中的至少一种,所述微细结构层(500)的成型方式包括高温氧化处理,高温氧化处理和高温还原处理,以及电沉积中的至少一种。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的均温板(10),其特征在于,所述毛细结构(400)为多孔结构,所述毛细结构由铜网、铜线、铜粉和泡沫铜中的至少一种制成。
19.根据权利要求1所述的均温板(10),其特征在于,
所述毛细结构(400)的所述第二叠合面(404)与所述第一板盖(100)固定相连,所述毛细结构(400)的所述第一叠合面(403)与所述第二板盖(200)相贴合;或者
所述毛细结构(400)的所述第二叠合面(404)和所述第一叠合面(403)分别与所述第一板盖(100)和所述第二板盖(200)固定相连。
20.一种电路模组,其特征在于,包括如权利要求1至19中任一项所述的均温板(10)、电路板(30)、和安装于所述电路板(30)上的电子元器件;
所述电子元器件为所述热源;
所述第一板盖(100)通过所述导热面与所述电子元器件的表面相贴合。
21.一种电子设备,其特征在于,包括至少一个如权利要求20所述的电路模组。
22.一种均温板的成型方法,其特征在于,所述方法包括:
组装第一盖体和毛细原料,对组装后的所述第一盖体和所述毛细原料进行高温氧化处理,以得到具有氧化物表面的第一半成品和具有氧化物表面的毛细半成品,以及对第二半成品进行高温氧化处理,得到具有氧化物表面的第二半成品;
对所述第一半成品、所述第二半成品和所述毛细半成品进行高温还原处理,得到第一板盖(100)、第二板盖(200)、毛细结构(400)以及微细结构层(500);
装配所述第一板盖(100)和所述第二板盖(200),以形成密闭的容纳腔,所述毛细结构(400)位于所述容纳腔内。
23.根据权利要求22所述的方法,其特征在于,所述高温氧化处理的工艺参数包括:
放置于氧气、氧氮混合气和空气中任意一种气体氛围,并在300℃~600℃的温度下加热10min~5h。
24.根据权利要求23所述的方法,其特征在于,所述高温还原处理包括:
放置于氮氢混合气的气体氛围中,并在500℃~800℃的温度下加热10min~10h。
25.一种均温板的成型方法,其特征在于,所述方法包括:
对第一盖体和第二盖体进行高温氧化处理,以得到具有氧化物表面的第一半成品和具有氧化物表面第二半成品;
组装所述第一半成品和毛细原料,并对组装后的所述第一半成品和毛细原料,以及所述第二半成品进行高温还原处理,得到第一板盖(100)、第二板盖(200)、毛细结构(400)和微细结构层(500),并装配所述第一板盖(100)和第二板盖(200),以形成密闭的容纳腔,所述毛细结构(400)位于所述容纳腔内。
26.一种均温板,其特征在于,所述均温板采用如权利要求22至25中任一项所述的均温板的成型方法成型。
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