CN201285762Y - 一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置，该装置包括电路板、需要散热的芯片、导热硅胶层、泡沫铜片，所述的需要散热的芯片设在电路板上，所述的泡沫铜片设在需要散热的芯片上，该需要散热的芯片与泡沫铜片之间设有导热硅胶层。与现有技术相比，本实用新型能很好的提高芯片的抗热冲能力，可大大提高芯片的使用寿命。像手机主板芯片工作时，发热量很大，当待机时，发热量则很小；这种发热具有脉冲式的电子元件，应用相变材料抗热冲芯片则就具有很大的优势。
Description
技术领域
本实用新型涉及相变储能纳米胶囊在电子散热领域的一个具体应用，尤其涉及一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置。
背景技术
近几年来特别是微电子机械(MEMS)技术发展十分迅猛，并逐渐拓展于多个应用场合，微小型化已成为当代科技发展的重要方向之一。微型制冷技术既依赖于MEMS技术的发展，也同时是MEMS技术发展的需要。众所周知，集成电路技术的快速发展，导致各种电子器件和产品的体积越来越小，集成器件周围的热流密度越来越大，以计算机CPU为例，其运行过程中产生的热流密度已经达到60-100W/cm2，半导体激光器中甚至达到103W/cm2数量级。另一方面，电子器件工作的可靠性对温度却十分敏感，器件温度在70-80℃水平上每增加1℃，可靠性就会下降5％；若增加10～20℃，则故障率提高100％。同时，大多电子芯片的待机发热量低而运行时发热量大，使瞬间温升快。因此抗热冲击和散热问题已成为芯片技术发展的瓶颈。相变储热材料由于具有蓄能密度大、蓄放热过程近似等温、过程易控制等优点，备受研究者的关注，而提高其热性能更成为了研究热点。近年来，将相变已受到广泛重视，并在航空、航天和微电子等高科技系统及军事装备中得到一定应用。
将快速热响应复合相变储热材料应用于电子器件的散热器中，针对大多数电子器件满负荷工作时间短而待机时间长的特点，对电子器件及芯片因散热而引起的表面温度升高可起到移峰填谷的作用。当电子器件满负荷工作时可将部分热量储存起来，而在其待机发热量低时再释放出储存的热量，这样可有效提高电子器件抗高负荷热冲击的能力，保证电子电器设备运行的可靠性和稳定性，同时在低温环境中电子器件可不经过预热便能正常工作。复合相变储热材料的散热技术可广泛应用于各类电子产品中，具有良好的应用前景。
相变储能纳米胶囊由于其粒径非常小，而且导热系数高，相变材料发生相变时不流出，因而更具有广泛的用途。
发明内容
本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种导热效果良好的基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置，其特征在于，该装置包括电路板、需要散热的芯片、导热硅胶层、泡沫铜片，所述的需要散热的芯片设在电路板上，所述的泡沫铜片设在需要散热的芯片上，该需要散热的芯片与泡沫铜片之间设有导热硅胶层。
所述的泡沫铜片内设有孔空间结构，该孔空间结构内设有相变储能纳米胶囊。
所述的泡沫铜片的形状包括方形、长方形或圆形。
所述的泡沫铜片的厚度在1.0mm～7.0mm之间。
所述的泡沫铜片的孔隙率在80％～96.1％之间。
所述的相变储能纳米胶囊在泡沫铜片孔空间结构中的填充率在30％～98％之间。
与现有技术相比，本实用新型能很好的提高芯片的抗热冲能力，可大大提高芯片的使用寿命。像手机主板芯片工作时，发热量很大，当待机时，发热量则很小；这种发热具有脉冲式的电子元件，应用相变材料抗热冲芯片则就具有很大的优势。
附图说明
图1是本实用新型一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，本实用新型采用泡沫铜片1为载体，将相变储能纳米胶囊2填充在泡沫铜片1的孔空间结构内，形成由泡沫铜片1和相变储能纳米胶囊2复合组成的层状复合体。作为载体的泡沫铜片1，其平面形状和大小与发热芯片4完全一致，可采用方形、长方形、圆形以及其它形状。泡沫铜片1的厚度在1.0mm～7.0mm之间。泡沫铜片1的孔隙率在80％～96.1％之间，相变储能纳米胶囊2在泡沫铜片1孔空间结构中的填充率(相变胶囊在泡沫铜孔空间结构内所占的百分比)在30％～98％之间。相变储能纳米胶囊2的相变性能根据发热芯片4的温度波动特点选择。根据发热芯片4温度波动的中值确定相变温度，相变热越大越好。例如当发热芯片4的温度波动在30～70摄氏度之间时，选择相变温度在50摄氏度左右的相变材料比较合适。温度波动在20～40摄氏度之间时，则选择相变温度在30摄氏度的相变材料则比较合适。
具体制作过程，首先是前期的材料处理。根据电路板5上的芯片的大小，制作大小相一致的泡沫铜片1，用20％浓度的硫酸溶液清洗泡沫铜片1，以除去表面的氧化物。然后将相变胶囊压入泡沫铜中，对芯片和泡沫铜片进行表面清洁处理。最后在芯片发热端涂敷一层导热硅胶3，将泡沫铜片1粘附在芯片表面即可。其中，导热硅胶3不仅可以起到加快导热的作用，而且可以消除由于泡沫铜片1与芯片表面接触不良而生成的空气空隙。泡沫铜片1本身的优良的导热性质，能迅速的将热传导至孔结构内的相变胶囊。
实施例一
以2.0g苯乙烯作为单体，4.0g十八烷作为相变材料，0.03g偶氮二异丁腈为引发剂，0.25g十二烷基硫酸钠为表面活性剂，0.06g十六醇为助表面活性剂，以及30.0g去离子水作为连续相，制得相变纳米胶囊粉体材料。先用20％浓度的硫酸溶液清洗泡沫铜片，然后称取0.1g上述制备的相变纳米胶囊，挤压在泡沫铜里面。泡沫铜片厚度为1.0mm，大小为20×20mm，孔隙率为96％，填充率为50％左右。然后，对泡沫铜与芯片表面进行清洁处理，在芯片表面涂覆一层导热硅胶，将泡沫铜片黏附在芯片上。通过控制芯片的工作状态，使其中裸露的芯片在25℃～46℃温度区间进行变化，表面温度由埋在芯片表面的热电偶进行监测。实验检测发现，粘有泡沫铜片的芯片表面温度在27℃～39℃之间波动。平均最高温度降低7℃。
实施例二
以2.0g苯乙烯作为单体，4.0g石蜡作为相变材料，0.03g偶氮二异丁腈为引发剂，0.03g十二烷基硫酸钠为表面活性剂，0.06g十六醇为助表面活性剂，以及30.0g去离子水作为连续相，制得相变纳米胶囊粉体材料。先用20％浓度的硫酸溶液清洗泡沫铜片，然后称取0.1g上述制备的相变纳米胶囊，挤压在泡沫铜里面。泡沫铜片厚度为1.0mm，大小为20×20mm，孔隙率为96％，填充率为50％左右。然后，对泡沫铜与芯片表面进行清洁处理，在芯片表面涂覆一层导热硅胶，将泡沫铜片黏附在芯片上。通过控制芯片的工作状态，使其中裸露的芯片在30℃～70℃温度区间进行变化，表面温度由埋在芯片表面的热电偶进行监测。实验检测发现，粘有泡沫铜片的芯片表面温度在30℃～60℃之间波动。平均最高温度降低10℃。
实施例三
以4.5g苯乙烯作为单体，1.5g石蜡作为相变材料，0.03g偶氮二异丁腈为引发剂，0.05g十二烷基硫酸钠为表面活性剂，0.06g十六醇为助表面活性剂，以及30.0g去离子水作为连续相，制得相变纳米胶囊粉体材料。先用20％浓度的硫酸溶液清洗泡沫铜片，然后称取0.56g上述制备的相变纳米胶囊，挤压在泡沫铜里面。泡沫铜片厚度为4mm，大小为20×20mm，孔隙率为96％，填充率为70％左右。然后，对泡沫铜与芯片表面进行清洁处理，在芯片表面涂覆一层导热硅胶，将泡沫铜片黏附在芯片上。通过控制芯片的工作状态，裸露芯片的温度大概在25℃～70℃之间，表面温度可由埋在芯片表面的热电偶进行监测。实验检测发现，粘有泡沫铜片的芯片表面温度在25℃～55℃之间波动。平均最高温度降低15℃。
实施例四
以4.0g苯乙烯作为单体，2.0g十八烷作为相变材料，0.03g偶氮二异丁腈为引发剂，0.15g十二烷基硫酸钠为表面活性剂，0.06g十六醇为助表面活性剂，以及30.0g去离子水作为连续相，制得相变纳米胶囊粉体材料。先用20％浓度的硫酸溶液清洗泡沫铜片，然后称取0.25g上述制备的相变纳米胶囊，挤压在泡沫铜里面。泡沫铜片厚度为2mm，大小为20×20mm，孔隙率为96％，填充率为63％左右。然后，对泡沫铜与芯片表面进行清洁处理，在芯片表面涂覆一层导热硅胶，将泡沫铜片黏附在芯片上。通过控制芯片的工作状态，裸露芯片的温度大概在25℃～46℃之间，表面温度可由埋在芯片表面的热电偶进行监测。实验检测发现，粘有泡沫铜片的芯片表面温度在27℃～38℃之间波动。平均最高温度降低8℃。
Claims (6)
1.一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置，其特征在于，该装置包括电路板、需要散热的芯片、导热硅胶层、泡沫铜片，所述的需要散热的芯片设在电路板上，所述的泡沫铜片设在需要散热的芯片上，该需要散热的芯片与泡沫铜片之间设有导热硅胶层。
2.根据权利要求1所述的一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置，其特征在于，所述的泡沫铜片内设有孔空间结构，该孔空间结构内设有相变储能纳米胶囊。
3.根据权利要求1所述的一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置，其特征在于，所述的泡沫铜片的形状包括方形、长方形或圆形。
4.根据权利要求1所述的一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置，其特征在于，所述的泡沫铜片的厚度在1.0mm～7.0mm之间。
5.根据权利要求1所述的一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置，其特征在于，所述的泡沫铜片的孔隙率在80％～96.1％之间。
6.根据权利要求2所述的一种基于相变储能纳米胶囊的电子散热装置，其特征在于，所述的相变储能纳米胶囊在泡沫铜片孔空间结构中的填充率在30％～98％之间。
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