CN117812896A - 用于均温板的毛细结构及其制备方法、均温板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于均温板的毛细结构及其制备方法、均温板，属于均温板技术领域。本发明毛细结构的制备方法包括：提供具有预设孔隙率的铜浆以及具有规则结构的模板材料；将所述模板材料与所述铜浆均包覆于均温板上，经烘干、烧结处理；采用溶解或高温分解的方式将所述模板材料去除，得到具有规则通道的毛细结构。本发明制备方法简单，且得到的毛细结构具有规则通道，厚度可控、结构尺寸可控、毛细效果极佳，同时可将该毛细结构应用于均温板上，以获得超薄的均温板。
Description
技术领域
本发明属于均温板技术领域，具体涉及一种用于均温板的毛细结构及其制备方法、均温板。
背景技术
电子元器件及集成电路技术的高频、高速发展，导致电子元件在运行过程中产生大量的热量，如计算机CPU运行过程中的热流密度已经达到60～100W/cm2，半导体激光器中甚至高达103W/cm2。电子设备工作的可靠性对温度极其敏感，器件温度在70-80℃水平上每增加1℃，可靠性就会下降5％。高热流对元件正常工作的可靠性造成了极大的威胁，因此散热成了电子产品小型化发展的关键问题。为了保证电子元件正常运行，通常在电子元件上加装散热器为其散热，同时在散热器和电子元件之间加装具有良好热传导性的均温板，该均温板的作用是将发热电子元件的热量先均匀分布，然后在通过散热器散发出去。
均温板是依靠自身内部工作流体相变实现快速传热的导热组件，主要包括上下盖板或金属管、密封头、吸液芯和传热工质。其中，吸液芯的毛细结构直接影响到均温板的性能，毛细结构要求毛细力强且水流阻力小。
其次，由于电子产品不断向小型化方向发展，要求其他组成的元器件的尺寸越来越小、越来越薄，这就使得均温板在厚度上提出更加苛刻的要求，在280μm以下(例如、240μm)厚度的超薄均温板应运而生，超薄的均温板在保证传热性能的同时要求要有更薄的吸液芯，如厚度为80μm甚至50μm的吸液芯就提上日程。
目前均温板的吸液芯种类繁多，如泡沫铜、铜网、复合铜网、蚀刻毛细结构，但这些吸液芯的制作成本均较高、制作工艺较为复杂，市售价格也较高，如泡沫铜或者复合铜网等，而且由于泡沫铜、铜网/复合铜网等吸液芯自身带有较大的厚度，限制了均温板向更薄的方向发展。其次，也有采用铜浆丝网印刷方法形成毛细结构，但形成的毛细结构传质流阻较高，用于均温板的传热性能较差。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种用于均温板的毛细结构及其制备方法、均温板。
本发明的一方面，提供一种用于均温板的毛细结构的制备方法，所述制备方法包括：
提供具有预设孔隙率的铜浆以及具有规则结构的模板材料；
将所述模板材料与所述铜浆均包覆于均温板上，经烘干、烧结处理；
采用溶解或高温分解的方式将所述模板材料去除，得到具有规则通道的毛细结构。
可选地，所述将具有规则结构的模板材料与铜浆均包覆于基板上，包括：
将模板材料铺设于基板上，形成模板层；
采用涂布或印刷的方式将铜浆涂覆于所述模板层上。
可选地，所述将具有规则结构的模板材料与铜浆均包覆于基板上，包括：
将模板材料与铜浆混合，形成混合浆料；
采用涂布或印刷的方式将所述混合浆料涂覆于基板上。
可选地，所述模板材料为高分子编织物、晶须、多孔泡沫中的任一者；和/或，
所述模板材料的直径范围为1μm～1mm。
可选地，所述高分子编织物采用尼龙、聚氨酯、涤纶、锦纶、腈纶、丙纶等中的一种或多种；和/或，
所述晶须采用有机晶须或无机晶须；和/或，
所述多孔泡沫材料采用聚氨酯泡棉、聚丙烯泡棉、聚乙烯泡棉、PVC泡棉、EVA泡棉、三聚氰胺泡棉中的一种或多种。
可选地，所述烘干的温度范围为80～150℃，所烘干的时间范围为5～180min；和/或，
所述烧结的温度范围为300～850℃，所述烧结的时间范围为10～480min。
可选地，所述铜浆包括铜粉、造孔剂、粘结剂以及溶剂。
可选地，所述铜粉的质量分数为30～95％，粒径范围为50nm～200μm；和/或，
所述造孔剂的质量分数为0～85％，粒径范围为500nm～100
μm；和/或，
所述粘结剂的质量分数为1～20％。
本发明的另一方面，提出一种用于均温板的毛细结构，采用前文记载的所述制备方法制得。
本发明的另一方面，提出一种均温板，所述均温板包括上盖板、下盖板以及毛细结构，其中，
所述毛细结构位于所述上盖板与所述下盖板之间，所述毛细结构采用前文记载的所述毛细结构。
本发明提出一种用于均温板的毛细结构及其制备方法、均温板，相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1、相对于其他类型的吸液芯，如铜线、铜网、复合铜网、泡沫铜等，本发明的制备方法简单，且采用本发明方法得到的毛细结构具有规则通道，厚度可控、结构尺寸可控、毛细效果极佳，同时可将该毛细结构应用于均温板上，以获得超薄的均温板；
2、相对于铜浆丝网印刷方法，本发明的方法形成具有规则通道的毛细结构，具有更低的传质流阻，更大程度地提高均温板的传热性能。
附图说明
图1为本发明毛细结构制备方法的流程框图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
如图1所示，本发明的一方面，提出一种用于均温板的毛细结构的制备方法S100，包括步骤S110～S130：
S110、提供具有预设孔隙率的铜浆以及具有规则结构的模板材料。
具体地，先配置好具有一定预设孔隙率(例如，孔隙率为30～90％)的铜浆，该铜浆应具有以下特征：一定的粒径范围、某种固定形貌的铜粉，一定粒径范围的造孔剂等，以满足毛细结构的孔隙率要求。
示例性地，铜浆包括铜粉、造孔剂、粘结剂以及溶剂。
在一些优选实施例中，铜粉的质量分数为30～95％，铜粉为亚微米级，其粒径范围为50nm～200μm，纯度≥90％，并且，铜粉的颗粒形貌可以是球形、树枝状或者是无规则的小熔块状等，对此不作具体限定。
在另一些优选实施例中，造孔剂的质量分数为0～85％，造孔剂的粒径从范围为5nm～100μm，且该造孔剂主要是有机小分子颗粒、高分子粉料或者无机盐等中的一种或多种，例如，氯化铵、尿素、硫酸铵、柠檬酸以及苯甲酸中的一种或多种，其颗粒形状可以是球形或者无规则形状。
在本实施方式中，造孔剂在烧结过程中发生挥发或者分解等反应，形成毛细结构的孔隙，能进一步提高毛细结构的孔隙率，增加其毛细吸力，更大程度地提高毛细结构的吸水性能和传热性能。
在另一些优选实施例中，粘结剂的质量分数为1～20％，且该粘结剂为丙烯酸树脂类、环氧树脂类、酚醛树脂类等中的一种或多种。
在本实施方式中，粘结剂起到粘结铜粉、造孔剂以及模板材料的作用，并使其强有力地附着在均温板上，避免烘干后掉粉。
在另一些优选实施例中，溶剂为甲苯、二甲苯、松油醇、丙酮、乙醇等中的一种或多种。
在本实施方式中，溶剂起到溶解粘结剂、分散铜粉、造孔剂的作用，并与粘结剂共同作用使粉末颗粒均匀稳定地分散并悬浮形成浆料。
进一步地，模板材料为可以通过高温分解成小分子，或者较易溶于酸、碱或其他溶剂的材料，以便于将其去除，且该模板材料具有规则结构，通过将模板材料分解或溶解，使模板材料的规则结构形成毛细结构的规则通道。
应当理解的是，由于模板材料的规则结构形成了毛细结构的规则通道，因此，在本实施方式中，该模板材料优选具有规则结构的材料，例如，高分子编织物、晶须或多孔泡沫，当然，还可选择其他具有规则结构的模板材料，对此不作具体限定，且该模板材料的直径范围为1μm～1mm；其中，在采用晶须作为模板材料时，晶须的长径比≥10，以使形成的毛细结构具有良好的毛细效果。
在一些优选实施例中，高分子编织物可以是尼龙、聚氨酯、涤纶、锦纶、腈纶、丙纶等中的一种或多种，可以是不同粗细与不同数量组成的经线与纬线编织形成，编织的经纬线赋予了独特的规则结构。
在另一些优选实施例中，晶须类的模板材料包括有机晶须和无机晶须，其中，有机晶须可以是纤维素晶须、聚(丙烯酸丁酯-苯乙烯)晶须、聚(4-羟基苯甲酯)晶须(PHB晶须)等中的一种或多种；无机晶须可以是碳酸钙晶须、硫酸钙晶须、氧化铝晶须、氧化锌晶须、钛酸钾晶须等中的一种或多种，其具有一定的长径比结构，特定的横截面，稳定的尺寸，以形成毛细结构的规则通道。
在另一些优选实施例中，多孔泡沫材料可以是聚氨酯泡棉、聚丙烯泡棉、聚乙烯泡棉、PVC泡棉、EVA泡棉、三聚氰胺泡棉等中的一种或多种，由许多无规则排列并相互连接的孔道形成，以形成毛细结构的规则通道。
S120、将模板材料与铜浆均包覆于均温板上，经烘干、烧结处理。
具体地，将模板材料与铜浆包覆于均温板上，且将包覆有模板材料和铜浆的均温板放进温度范围为80～150℃的烘箱中，烘干5～180min，使得溶剂挥发完全，形成干料强有力地贴在均温板上。
进一步地，将上述烘干后的均温板放进烧结炉中，设置烧结温度为300～850℃，时间为10～480min，使其充分排胶及烧结，以使毛细结构很好地附着在均温板上，其中，烧结所采用的气氛可以是空气、N2、H2及它们的混合气体等，对此不作具体限定。
需要说明的是，均温板包括上盖板与下盖板，一般来说，毛细结构位于上盖板上，因此，在本实施方式的制备方法中，可将具有规则结构的模板材料与铜浆均包覆于均温板的上盖板上。
进一步需要说明的是，在本实施方式中，对于模板材料与铜浆包覆于均温板上的形式不作具体限定，可以是模板材料先包覆于均温板上，之后，铜浆再包覆于均温板上，也可以是铜浆与模板材料混合后共同包覆于均温板上，也就是说，只要满足模板材料与铜浆共同包覆于均温板，经烘干、烧结处理后，模板材料的规则结构形成规则通道即可。
在一些优选实施例中，将模板材料铺设于均温板上，形成模板层；之后，采用涂布或印刷(例如，丝网印刷)的方式将铜浆涂覆于模板层上，将均温板放入烘箱中烘干处理，使溶剂挥发，之后放入烧结炉中进行烧结处理，使模板材料的规则结构作为规则通道。
在另一些实施例中，将模板材料与铜浆混合，形成混合浆料；采用涂布或印刷的方式将混合浆料涂覆于基板上，经烘干、烧结处理，使模板材料的规则结构作为规则通道。
S130、采用溶解或高温分解的方式将模板材料去除，得到具有规则通道的毛细结构，该毛细结构中的规则通道宽度与模板材料的直径相同。
需要说明的是，在采用高温分解的方式将模板材料去除时，该模板材料的高温分解过程可以与步骤S120中的烧结同步进行，也就是说，在将均温板放置于烧结炉中烧结时，模板材料在烧结温度下经高温挥发分解完全，以实现将模板材料去除。
进一步需要说明的是，在采用溶解的方式将模板材料去除时，对于溶解与烧结步骤实施的前后顺序不作具体限定，可以先进行烧结过程，后采用溶解的方式将模板材料去除，也可以先采用溶解的方式将模板材料去除，后进行烧结过程，也就是说，对模板材料的溶解过程可以发生于烧结过程之前，也可以发生于烧结过程之后。
示例性地，在模板材料采用有机类晶须或无机类晶须时，可在烘干后烧结前通过酸、碱或者其他溶剂将该晶须类模板材料溶解，然后再通过烧结制备出具有规则通道的毛细结构；或者在高温烧结过程中去除晶须；或者在高温烧结后再通过酸、碱或其他溶剂将晶须溶解。
在一些优选实施例中，溶解模板材料的酸可以是盐酸、硝酸、硫酸等，当然，还可以选择其他酸溶液。
在另一些优选实施例中，溶解模板材料的碱可以是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等中的一种或多种，当然，还可以选择其他碱溶液。
在另一些优选实施例中，溶解模板材料的其他溶剂可以是水、乙醇、丙酮、乙酸乙酯、丁铜、四氢呋喃、甲酸、甲醇、二氯甲烷或三氯甲烷等中的一种或多种，且不限于以上描述的溶剂。
在本实施方式提供的制备方法中，通过具有规律性结构的模板材料来提供规则性通道，并以铜浆中的造孔剂来增加毛细结构的孔隙率，铜浆形成毛细结构的主体骨架，其厚度可控、结构尺寸可控、毛细效果极佳等，该结构不仅可以极大地提高了毛细结构的毛细吸力，还大大降低了工质在毛细结构中的流阻，能极大地提高毛细结构的吸水性能以及传热性能。
本发明的另一方面，提出一种用于均温板的毛细结构，该毛细结构采用前文记载的方法制得，具体方法请参考前文记载，在此不再赘述。
在本实施方式中，毛细结构具有规则通道，该规则通道的宽度范围为1μm～1mm，毛细结构的孔隙率范围为30～90％，并具有三维连通孔结构的特征，能够极大地降低工质在毛细结构中传输的流阻，提高均温板的传热性能，能够应用到超薄均温板上。
本发明的另一方面，提出一种均温板，该均温板包括上盖板、下盖板以及前文记载的毛细结构，该毛细结构具有规则通道，其中，毛细结构位于上盖板与下盖板之间。
下面将结合几个具体实施例进一步说明用于均温板的毛细结构的制备方法：
实施例1
本示例中毛细结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、以30μm线宽的涤纶编织物作为模板材料，将该模板材料裁成一定尺寸固定在均温板的上盖板上；配置好浓度为30％的PMMA的乙醇溶液，加入50％的亚微米级球形铜粉和20％的尿素粉末，充分搅拌制成铜浆。将该铜浆以涂布或丝网印刷的方式涂覆在上述均温板的上盖板上。然后放入90～120℃的烘箱中烘5～120min，将溶剂烘干；
S2、将该上盖板放入溶剂中充分把模板材料溶解掉，例如，甲酸、甲醇、二氯甲烷或三氯甲烷。然后将其放入烧结炉中进行烧结，得到具有毛细结构的上盖板。
S3、将该具有毛细结构的上盖板与下盖板通过焊膏贴合，最终得到均温板成品，测试其冷端和热端的温差。
如表1所示，本实施例1制备得到的均温板的冷端和热端的温差为1.5℃，这说明本实施例的均温板具有良好的导热效果。
实施例2
本示例中毛细结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、以100μm线宽的涤纶编织物为模板材料，将该模板材料裁成一定尺寸固定在均温板上；配置好浓度为30％的PMMA的乙醇溶液，加入50％的亚微米级球形铜粉和20％的NH4Cl粉末，充分搅拌制成铜浆。将该铜浆以涂布或丝网印刷的方式涂覆在上述均温板的上盖板上；然后再将上盖板放入90～120℃的烘箱中烘5～120min，将溶剂烘干；
S2、将上盖板放入溶剂中充分把模板材料溶解掉，例如，甲酸、甲醇、二氯甲烷或三氯甲烷。然后将该上盖板放入烧结炉中进行烧结，得到具有毛细结构的盖板。
S3、将该具有毛细结构的上盖板与下盖板通过焊膏贴合，最终得到均温板成品，测试其冷端和热端的温差。
如表1所示，本实施例2制备得到的均温板的冷端和热端的温差为0.8℃，这说明本实施例的均温板具有良好的导热效果。
实施例3
本示例中毛细结构的制备方法，包括如下步骤：
S1、以长径比为30的碳酸钙晶须为模板材料；配置好浓度为30％的PMMA的乙醇溶液，加入50％的亚微米级球形铜粉和20％的NH4Cl粉末，充分搅拌制成铜浆。将碳酸钙晶须放入铜浆铜充分混合。将该铜浆以涂布的方式涂覆在上述均温板的上盖板上。然后放入90～120℃的烘箱中烘5～120min，将溶剂烘干；
S2、将上盖板放入烧结炉中进行烧结；最后将其放入酸溶液中，使得模板材料充分溶解，最终得到具有毛细结构的盖板。
S3、将该具有毛细结构的上盖板与下盖板通过焊膏贴合，最终得到均温板成品，测试其冷端和热端的温差。
如表1所示，本实施例3制备得到的均温板的冷端和热端的温差为1.1℃，这说明本实施例的均温板具有良好的导热效果。
表1实施例1-3的温差测试结果
| 测试 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 |
| 平均温差 | 1.5℃ | 0.8℃ | 1.1℃ |
综上，上述各实施例制备得到的均温板的温差在2℃以内，具有良好的导热效果，启动速度快。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明保护范围。
Claims (10)
1.一种用于均温板的毛细结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供具有预设孔隙率的铜浆以及具有规则结构的模板材料；
将所述模板材料与所述铜浆均包覆于均温板上，经烘干、烧结处理；
采用溶解或高温分解的方式将所述模板材料去除，得到具有规则通道的毛细结构。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述具有规则结构的模板材料与铜浆均包覆于基板上，包括：
将模板材料铺设于基板上，形成模板层；
采用涂布或印刷的方式将铜浆涂覆于所述模板层上。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将所述具有规则结构的模板材料与铜浆均包覆于基板上，包括：
将模板材料与铜浆混合，形成混合浆料；
采用涂布或印刷的方式将所述混合浆料涂覆于基板上。
4.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述模板材料为高分子编织物、晶须、多孔泡沫中的任一者；和/或，
所述模板材料的直径范围为1μm～1mm。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高分子编织物采用尼龙、聚氨酯、涤纶、锦纶、腈纶、丙纶等中的一种或多种；和/或，
所述晶须采用有机晶须或无机晶须；和/或，
所述多孔泡沫材料采用聚氨酯泡棉、聚丙烯泡棉、聚乙烯泡棉、PVC泡棉、EVA泡棉、三聚氰胺泡棉中的一种或多种。
6.根据权利要求1至3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度范围为80～150℃，所烘干的时间范围为5～180min；和/或，
所述烧结的温度范围为300～850℃，所述烧结的时间范围为10～480min。
7.根据权利要求1至3任一项年所述的制备方法，其特征在于，所述铜浆包括铜粉、造孔剂、粘结剂以及溶剂。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述铜粉的质量分数为30～95％，粒径范围为50nm～200μm；和/或，
所述造孔剂的质量分数为0～85％，粒径范围为500nm～100μm；和/或，
所述粘结剂的质量分数为1～20％。
9.一种用于均温板的毛细结构，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的制备方法制得。
10.一种均温板，其特征在于，所述均温板包括上盖板、下盖板以及毛细结构，其中，
所述毛细结构位于所述上盖板与所述下盖板之间，所述毛细结构采用权利要求9所述的毛细结构。
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