CN116642357A - 一种柔性平板热管 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性平板热管，包括相对设置的第一壳体和第三壳体，所述第一壳体的内侧紧密连接有第二壳体，所述第三壳体的内侧设置有金属箔层，所述第一壳体、第二壳体、第三壳体和金属箔层的边沿密封连接，使得第二壳体与金属箔层之间形成一个密封的容置腔，密封连接的区域形成一次密封区；所述容置腔内设置有吸液芯和工作液体，所述吸液芯与所述容置腔的腔壁紧密连接；所述第一壳体和第三壳体边沿的密封区域涂覆有金属涂层，所述金属涂层外涂覆有保护胶层；本发明通过设置金属涂层与保护胶涂层，可以提高柔性平板热管的抗压能力和传热能力，具有良好的弯曲能力与密封性，可以满足复杂工况下电子器件的长期散热需求。

Description

一种柔性平板热管

技术领域

本发明涉及平板热管技术领域。具体地说是柔性平板热管。

背景技术

兼顾高集成与高性能的电子设备在运行时，会产生大量的热量，这些热量如果无法被迅速排出，将会导致电子设备的温度急剧升高，其性能与寿命将会受到影响。目前大部分电子设备的散热主要依靠通过高导热材料或基于相变换热的平板热管。柔性可穿戴设备，比如智能手表、折叠屏手机与曲面屏手机等的出现，使得在解决电子设备高效散热问题时，还需要考虑其存在的柔性要求，因此柔性平板热管被设计和制造用来满足这种要求。

平板热板与热管的工作方式相同，均是由蒸发端、绝热段、冷凝端组成，内部有毛细结构和工作液体。热量传入蒸发端后，蒸发端的工作液体受热转变为气态并带走热量，气化后的工作液体经过绝热段传入冷凝端，在冷凝端液化并放出热量，液化后的工作液体在吸液芯结构毛细力作用下，经过绝热段再次传回蒸发端。该过程不断循环进行，实现电子设备的散热。传统的平板热板外壳是由铜、铝等刚性材质制成，不能弯曲，柔性平板热管的外壳多采用聚合物材料，聚合物材料的基体是大分子链，不凝性气体或工作液体容易渗透聚合物外壳，造成柔性平板热管失效。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种在不降低柔性的前提下提高密封性的柔性平板热管。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种柔性平板热管，包括相对设置的第一壳体和第三壳体，所述第一壳体的内侧紧密连接有第二壳体，所述第三壳体的内侧设置有金属箔层，所述第一壳体、第二壳体、第三壳体和金属箔层的边沿密封连接，使得第二壳体与金属箔层之间形成一个密封的容置腔，密封连接的区域形成一次密封区；所述容置腔内设置有吸液芯和工作液体，所述吸液芯与所述容置腔的腔壁紧密连接；所述第一壳体和第三壳体边沿的密封区域涂覆有金属涂层，所述金属涂层外涂覆有保护胶层。

进一步的，所述金属涂层采用的金属为低熔点金属或低熔点合金，所述金属涂层采用锡金属、铟金属、铋锡合金、镓铝合金、镓铋合金、镓锡合金、镓铟合金中的一种，保护胶层为紫外固化胶固化形成。

进一步的，所述金属涂层的厚度为0.4～0.6mm，所述保护胶层的厚度为0.53～0.915mm；

所述第一壳体、第二壳体、第三壳体和金属箔层的厚度分别为0.095mm、0.095mm、0.095mm、0.1mm，所述容置腔横截面为矩形，所述容置腔的厚度为1.23mm，工作液体充液率为34.25％(占整个容置腔)。

进一步的，所述第一壳体、第二壳体以及第三壳体均为具有柔性的同种聚合物材料或聚合物-金属复合材料，聚合物材料或聚合物-金属复合材料为覆铜聚酰亚胺膜或镀铝复合膜、镀铜复合膜、聚乙烯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜中的一种。

进一步的，所述第一壳体、第二壳体、第三壳体和金属箔层的连接面积占第一壳体或第三壳体外侧表面积的29.36％。

进一步的，所述吸液芯包括使用柔性材料的支撑结构、第一吸液芯和第二吸液芯，支撑结构位于第一吸液芯与第二吸液芯之间，第一吸液芯与第二壳体紧密连接，第二吸液芯与金属箔层紧密连接；所述第一吸液芯与第二吸液芯为经过化学处理的具有超亲水性的同种单层或多层金属丝网，所述支撑结构为聚合物丝网。

进一步的，所述第一吸液芯与第二吸液芯的化学处理方法为碱辅助氧化法或原子沉积法，所述第一吸液芯与第二吸液芯紫铜丝网、黄铜丝网、铝丝网、不锈钢丝网、钛丝网、镍丝网中的一种，所述金属箔层为与金属丝网同种金属；所述支撑结构为尼龙丝网或聚乙烯丝网。

进一步的，所述第一吸液芯与第二吸液芯的厚度相同，所述第一吸液芯的厚度为0.3mm，目数为180目，层数为3层；所述支撑结构厚度为0.63mm，目数为40目，层数为1层。

进一步的，所述柔性平板热管还包括充液管，在所述第一壳体、第二壳体、第三壳体和金属箔层的边沿密封前放入充液管，使充液管的一端连接至容置腔内部，用以对所述柔性平板热管进行抽真空并充注工作液体；之后进行一次密封形成一次密封区；在完成抽真空及注液操作后进行二次密封形成二次密封区并将充液管去除，所述二次密封区为充液管所在边的内侧部分区域。

进一步的，所述一次密封区与二次密封区均覆有可以提供高粘结密封的聚合物薄膜或金属薄膜。

进一步的，所述第一壳体、第二壳体、金属箔层以及第三壳体通过导热胶粘结或热压密封结合；所述第一吸液芯通过热压或导热胶粘接或电镀固定在第二壳体表面，所述第二吸液芯通过热压或导热胶粘接或电镀固定在金属箔层表面。

本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：

本发明采用第一壳体和第二壳体共两层壳体作为顶层壳体，采用金属箔层和第三壳体作为底层壳体，不仅可以增加其整体的抗压能力，减轻柔性平板热管在进行抽真空操作和弯曲时的塌陷程度，同时金属箔层可以降低柔性平板热管的整体热阻，提高其传递热量的能力；

本发明通过在所述第一壳体和第三壳体边沿的密封区域涂覆金属涂层，以减少不凝性气体或工作液体从密封区域渗透；在该低熔点金属或合金涂层外侧覆盖一层保护胶层，以防止在柔性平板热管弯曲过程中金属涂层开裂，这两个涂层不仅不会影响热管整体的厚度和柔性，还可以使热管保持长时间的良好密封，延长其使用寿命，从而满足复杂工况下电子器件的长期散热需求。

附图说明

图1为本发明实施例的工作原理图；

图2为本发明实施例的外形结构示意图；

图3为本发明实施例的拆解结构示意图；

图4为本发明实施例的剖视结构示意图；

图5为本发明实施例的一次密封区和二次密封区的结构示意图。

图中附图标记表示为：第一壳体-1、第二壳体-2、第三壳体-3、金属箔层-4、第一吸液芯-5、第二吸液芯-6、支撑结构-7、充液管-8、一次密封区-9、二次密封区-10、金属涂层-11、保护胶层-12、13-切割线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1至图4所示，一种柔性平板热管，包括相对设置的第一壳体1和第三壳体3，所述第一壳体1的内侧紧密连接有第二壳体2，所述第三壳体3的内侧设置有金属箔层4，所述第一壳体1、第二壳体2、第三壳体3和金属箔层4的边沿密封连接，使得第二壳体2与金属箔层4之间形成一个密封的容置腔，密封连接的区域形成一次密封区9，一次密封区9的内侧边沿距柔性平板热管边缘8mm左右；所述容置腔内设置有吸液芯和工作液体，所述工作液体可选择去离子水或甲醇或丙酮等与第二壳体2、金属箔层4、吸液芯相容性良好的液体；所述吸液芯与所述容置腔的腔壁紧密连接；所述第一壳体1和第三壳体3边沿的密封区域涂覆有金属涂层11，所述金属涂层11外涂覆有保护胶层12；金属涂层11减少不凝性气体或工作液体从密封区域渗透，不会对第一壳体1与第三壳体3产生损害，不会影响此柔性平板热管的整体厚度从而降低其柔性，延长此柔性平板热管的使用寿命；保护胶层12保护金属涂层11在此柔性平板弯曲时不会开裂，不会影响此柔性平板热管的整体厚度从而降低其柔性，延长此柔性平板热管的使用寿命；

所述第一壳体1与第二壳体2通过热压或导热胶粘接连接，所述金属箔层4与所述第三壳体3通过热压或导热胶粘接连接，在此柔性平板热管的顶部采用两层壳体复合，底部采用金属箔层4与壳体复合，不仅可以增加其抗压能力，减少此柔性平板热管在进行抽真空操作和弯曲时的塌陷程度，金属箔层4还可以降低此柔性平板热管的整体热阻，提高其传递热量的能力。

如图1至图4所示，所述柔性平板热管整体呈扁平状，包括蒸发段、绝热段以及冷凝段，蒸发段与冷凝段分别设置在此柔性平板热管的两端，绝热段位于蒸发段与冷凝段中间；使用时，将释热器件如芯片放置在第三壳体3上对应蒸发段的位置，将散热器件如水冷板等放置在第三壳体3上对应冷凝段的位置，热量经第三壳体3与金属箔层4传递至工作液体，工作液体吸收热量蒸发形成蒸汽，经支撑结构7流过绝热段至冷凝段，冷凝段的高温蒸汽释放热量重新形成液体，将热量经金属箔层4、第三壳体3传递至与第三壳体3外部紧密接触的散热器件，同时工作液体在毛细力的作用下经第一吸液芯5和第二吸液芯6流过绝热段至蒸发段，如此循环往复，实现热量从高温区域向低温区域的传递，实现释热器件经此柔性平板热管传递到散热器件。

所述金属涂层11采用的金属为低熔点金属或低熔点合金，所述金属涂层11采用锡金属、铟金属、铋锡合金、镓铝合金、镓铋合金、镓锡合金、镓铟合金中的一种，这类金属或合金在较低的温度就可以熔化进而覆盖密封区域，既不会损坏柔性平板热管也不会对其柔性产生不良影响；保护胶层12为紫外固化胶固化形成。在一个较佳的实施例中，金属涂层11采用铟金属，金属涂层11厚度为0.5mm。

具体的，所述金属涂层11的厚度为0.4～0.6mm，所述保护胶层12的厚度为0.53～0.915mm；所述第一壳体1、第二壳体2、第三壳体3和金属箔层4的厚度分别为0.095mm、0.095mm、0.095mm、0.01mm，所述容置腔横截面为矩形，所述容置腔的厚度为1.23mm，工作液体为去离子水，充液率为34.25％。

所述第一壳体1、第二壳体2以及第三壳体3均为具有柔性的同种聚合物材料或聚合物-金属复合材料，聚合物材料或聚合物-金属复合材料为覆铜聚酰亚胺膜或镀铝复合膜、镀铜复合膜、聚乙烯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜中的一种，可以使得此柔性平板热管在进行反复弯曲时与释热器件和散热器件紧密贴合。

在一个实施例中，所述第一壳体1、第二壳体2以及第三壳体3均采用双面覆铜聚酰亚胺薄膜；第一壳体1与第二壳体2采用相同的聚合物薄膜或聚合物-金属复合薄膜；第三壳体3可以采用与第一壳体1和第二壳体2不同的材料，只要其具有柔性，可以沿轴线方向弯曲即可，例如可以为覆铜复合薄膜、镀铝复合薄膜、聚乙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜等中的一种。

如图1至图5所示，所述第一壳体1、第二壳体2、第三壳体3和金属箔层4的连接区域的面积，即一次密封区约占第一壳体1或第三壳体3外侧表面积的29.36％。

如图1至图4所示，所述吸液芯包括使用柔性材料的支撑结构7、第一吸液芯5和第二吸液芯6，支撑结构7位于第一吸液芯5与第二吸液芯6之间，第一吸液芯5与第二壳体2紧密连接，第二吸液芯6与金属箔层4紧密连接；所述第一吸液芯5与第二吸液芯6为经过化学处理的具有超亲水性的同种单层或多层金属丝网；优选的采用多层金属丝网；所述支撑结构7为聚合物丝网，可以是聚乙烯丝网或尼龙丝网等可以提供支撑的聚合物丝网等；支撑结构7均匀铺展在第一吸液芯5与第二吸液芯6之间并与第一吸液芯5下部表面和第二吸液芯6上部表面紧密接触，以增加所述支撑结构7的支撑能力，减少此柔性平板热管在进行抽真空操作和弯曲时的塌陷程度；支撑结构7在提供良好的支撑能力的同时作为蒸汽通道，减小蒸汽流动阻力，从而提高此柔性平板热管传递热量的能力；所述第一吸液芯5通过热压或导热胶粘接或电镀固定在第二壳体2表面，所述第二吸液芯6通过热压或导热胶粘接或电镀固定在金属箔层4表面，通过上述三种方式中的任意一种方式进行固定，可以防止第一吸液芯5与第二吸液芯6在弯曲过程中发生脱离，减小此柔性平板热管的热阻，从而提高其传递热量的能力。

具体的，所述第一吸液芯5与第二吸液芯6紫铜丝网、黄铜丝网、铝丝网、不锈钢丝网、钛丝网、镍丝网中的一种，所述金属箔层4为与金属丝网同种金属，金属箔层4可以为紫铜箔或黄铜箔或铝箔或不锈钢箔或钛箔或镍箔，金属箔与金属丝网具有相容性；所述支撑结构7为尼龙丝网或聚乙烯丝网，聚合物丝网具有大的空隙和柔性，在撑起柔性平板热管的同时作为蒸汽通道，以减少蒸汽流动阻力。

所述第一吸液芯5与第二吸液芯6的化学处理方法为碱辅助氧化法或原子沉积法，通过碱辅助氧化法或原子沉积法对多层复合金属丝网进行超亲水处理从而获得更高的毛细力。此外，还可以对蒸发段的金属丝网进行超亲水处理，对冷凝段的金属丝网进行超疏水处理，或者对蒸发段金属丝网与冷凝段金属丝网进行变孔隙设计，比如蒸发段采用小孔隙金属丝网，冷凝段采用大空隙金属丝网，在提高吸液芯毛细力的同时降低工作液体在吸液芯内部流动时的阻力。

如图1至图4所示，所述第一吸液芯5与第二吸液芯6的厚度相同，所述第一吸液芯5的厚度为0.3mm，目数为180目，层数为3层；所述支撑结构7厚度为0.63mm，目数为40目，层数为1层。

在一个实施例中，所述第一吸液芯5与第二吸液芯6均采用烧结三层180目紫铜丝网并对其进行碱辅助氧化使其获得超亲水性，所述金属箔层4采用紫铜箔，以降低接触热阻和方便第二吸液芯6固定于金属箔层4；单层金属丝网具有较好的毛细力、较低的液体流动阻力以及一定的弯曲能力；与工作液体的相容性好，优选的采用多层金属丝网，通过烧结或电镀的方式将多层孔径相同或不同的金属丝网复合在一起，能够提高吸液芯整体的毛细力。所述支撑结构7采用加厚40目聚乙烯丝网，具有较大的空隙与良好的支撑能力。

本发明采用具有柔性的聚合物-金属复合薄膜或聚合物薄膜作为壳体，金属丝网作为吸液芯，聚合物丝网作为支撑结构7，使得平板热管不仅具备反复弯曲的能力，同时还能够保持较高的传热能力；

本发明采用金属丝网分层布置的吸液芯结构，不仅可以增加其整体的毛细力，加快气体工质从冷凝段返回蒸发段的速度，提高柔性平板热管的传热能力，同时可以增加其整体的抗压能力，减轻柔性平板热管在进行抽真空操作和弯曲时的塌陷程度；

本发明对作为吸液芯的金属丝网进行化学处理，使金属丝表面生成纳米结构，提高了金属丝表面的粗糙度，降低了工作液体与金属丝网之间的接触角，进一步增强了吸液芯的毛细力，进而提高了柔性平板热管的传热能力。

如图3、图5所示，所述柔性平板热管还包括充液管8，所述充液管8为紫铜管，在所述第一壳体1、第二壳体2、第三壳体3和金属箔层4的边沿密封前放入充液管8，使充液管8的一端连接至容置腔内部一次密封区9的边缘(距柔性平板热管边缘8mm左右)，用以对所述柔性平板热管进行抽真空并充注工作液体；之后进行一次密封，密封柔性平板热管的四条边形成一次密封区9，充液管8与第二壳体2和金属箔层4之间通过热压或导热胶粘接进行密封结合，一次密封的目的是进行此柔性平板热管抽真空及注液操作；在完成抽真空及注液操作后进行二次密封形成二次密封区10，并将充液管8连同二次密封区10的大概一半区域通过切割去除，所述二次密封区10为充液管8所在边的内侧的区域；二次密封的目的是防止充液管8去除后发生渗漏，以提高柔性平板热管的密封性，防止不凝性气体或工作液体从充液管8与壳体的连接处渗透，延长其使用寿命；图5中显示出的是二次密封后且充液管8未去除时的状态，图5中的双点划线显示出了二次密封区切割线13的位置，充液管8连同一次密封区9和二次密封区10的一半一并被切除，最终制作形成的柔性热管的尺寸小于充液管8被切除前的柔性热管尺寸。

二次密封后，在第一壳体1与第三壳体3形成的密封区域外侧依次覆盖金属涂层11与保护胶层12；金属涂层11的涂覆宽度大于一次密封区9的宽度，保护胶层12的涂覆宽度大于金属涂层11的宽度；金属涂层11覆盖在完成两次密封后的密封区域，减少不凝性气体或工作液体从密封区域渗透，保护胶层12涂层覆盖在金属涂层11外侧表面，防止金属涂层11在柔性平板热管弯曲过程中开裂，保护胶层12保护金属涂层11在此柔性平板弯曲时不会开裂，不会影响此柔性平板热管的整体厚度从而降低其柔性。

所述第一壳体1、第二壳体2、金属箔层4以及第三壳体3通过导热胶粘结或热压密封结合，通过上述两种方式中的任意一种方式进行密封结合，减小柔性平板热管的接触热阻，防止柔性平板热管弯曲时壳体出现较大的褶皱导致其失效，不会对柔性平板热管的弯曲性能产生不良影响，也不会对壳体产生损害；优选的，所述一次密封区9与二次密封区10均覆有可以提供高粘结密封的聚合物薄膜或金属薄膜，可以使得第二壳体2与金属箔层4之间形成高强度的粘结密封，其中，聚合物薄膜可以采用全氟乙烯丙烯共聚物薄膜、厚度为0.1mm。

本发明采用两次热压或导热胶粘接的方式进行密封以将充液管8去除，降低工作液体向外泄露与外界气体向内渗透的可能性，提高柔性平板热管的密封性，防止不凝性气体或工作液体从充液管8与壳体的连接处渗透，延长其使用寿命。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种柔性平板热管，其特征在于，包括相对设置的第一壳体(1)和第三壳体(3)，所述第一壳体(1)的内侧紧密连接有第二壳体(2)，所述第三壳体(3)的内侧设置有金属箔层(4)，所述第一壳体(1)、第二壳体(2)、第三壳体(3)和金属箔层(4)的边沿密封连接，使得第二壳体(2)与金属箔层(4)之间形成一个密封的容置腔，密封连接的区域形成一次密封区(9)；所述容置腔内设置有吸液芯和工作液体，所述吸液芯与所述容置腔的腔壁紧密连接；所述第一壳体(1)和第三壳体(3)边沿的密封区域涂覆有金属涂层(11)，所述金属涂层(11)外涂覆有保护胶层(12)。

2.根据权利要求1所述的柔性平板热管，其特征在于，所述金属涂层(11)采用的金属为低熔点金属或低熔点合金，所述金属涂层(11)采用锡金属、铟金属、铋锡合金、镓铝合金、镓铋合金、镓锡合金和镓铟合金中的一种，保护胶层(12)为紫外固化胶固化形成。

3.根据权利要求1所述的柔性平板热管，其特征在于，所述金属涂层(11)的厚度为0.4～0.6mm，所述保护胶层(12)的厚度为0.53～0.915mm；

所述第一壳体(1)、第二壳体(2)、第三壳体(3)和金属箔层(4)的厚度分别为0.095mm、0.095mm、0.095mm、0.1mm，所述容置腔横截面为矩形，所述容置腔的厚度为1.23mm，工作液体充液率为34.25％，即工作液体占整个容置腔的34.25％。

4.根据权利要求1所述的柔性平板热管，其特征在于，所述第一壳体(1)、第二壳体(2)以及第三壳体(3)均为具有柔性的同种聚合物材料或聚合物-金属复合材料，聚合物材料或聚合物-金属复合材料为覆铜聚酰亚胺膜或镀铝复合膜、镀铜复合膜、聚乙烯膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜中的一种。

5.根据权利要求1所述的柔性平板热管，其特征在于，所述第一壳体(1)、第二壳体(2)、第三壳体(3)和金属箔层(4)的连接面积占第一壳体(1)或第三壳体(3)外侧表面积的29.36％。

6.根据权利要求1所述的柔性平板热管，其特征在于，所述吸液芯包括使用柔性材料的支撑结构(7)、第一吸液芯(5)和第二吸液芯(6)，支撑结构(7)位于第一吸液芯(5)与第二吸液芯(6)之间，第一吸液芯(5)与第二壳体(2)紧密连接，第二吸液芯(6)与金属箔层(4)紧密连接；所述第一吸液芯(5)与第二吸液芯(6)为经过化学处理的具有超亲水性的同种单层或多层金属丝网，所述支撑结构(7)为聚合物丝网。

7.根据权利要求6所述的柔性平板热管，其特征在于，所述第一吸液芯(5)与第二吸液芯(6)的化学处理方法为碱辅助氧化法或原子沉积法，所述第一吸液芯(5)与第二吸液芯(6)为紫铜丝网、黄铜丝网、铝丝网、不锈钢丝网、钛丝网和镍丝网中的一种，所述金属箔层(4)为与金属丝网同种金属；所述支撑结构(7)为尼龙丝网或聚乙烯丝网。

8.根据权利要求6所述的柔性平板热管，其特征在于，所述第一吸液芯(5)与第二吸液芯(6)的厚度相同，所述第一吸液芯(5)的厚度为0.3mm，目数为180目，层数为3层；所述支撑结构(7)厚度为0.63mm，目数为40目，层数为1层。

9.根据权利要求1所述的柔性平板热管，其特征在于，还包括充液管(8)，在所述第一壳体(1)、第二壳体(2)、第三壳体(3)和金属箔层(4)的边沿密封前放入充液管(8)，使充液管(8)的一端连接至容置腔内部，用以对所述柔性平板热管进行抽真空并充注工作液体；之后进行一次密封形成一次密封区(9)；在完成抽真空及注液操作后进行二次密封形成二次密封区(10)并将充液管(8)去除，所述二次密封区(10)为充液管(8)所在边的内侧部分区域。

10.根据权利要求9所述的柔性平板热管，其特征在于，所述一次密封区(9)与二次密封区(10)均覆有可以提供高粘结密封的聚合物薄膜或金属薄膜。