CN209199916U - 均温板、散热模块和半导体器件 - Google Patents

均温板、散热模块和半导体器件 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种均温板，可用于电子产品的散热，包括：第一板体；第二板体，与第一板体上下相对设置，并与第一板体之间封合形成真空腔体；工作流体，位于所述真空腔体内；毛细结构层，铺设于所述第一板体内壁表面和/或第二板体内壁表面，所述真空腔体内形成有第一蒸汽通道和第二蒸汽通道，所述第一蒸汽通道形成于毛细结构层的表面与第一板体或第二板体之间，所述第二蒸汽通道形成于毛细结构层的侧方。本申请还公开了一种散热模块和半导体器件。本案毛细结构层只是部分覆盖腔体的顶面或底面，腔体内可保留更多的蒸气扩散通道，从而提高换热效率。

Description

均温板、散热模块和半导体器件
技术领域
本申请涉及一种均温板、散热模块和半导体器件，该均温板特别用于电子产品的散热。
背景技术
电子产业的日新月异，各式各样的电子产品均以高性能、高密度、高效率为研究目标，而且追求携带方便，整体的设计也朝着体积小、重量轻的方向发展。因此，各式各样的电子产品的制作越来越精密，各组件的配置也越来越复杂，也因此造成了电子产品的散热问题越来越严重，此问题会造成电子产品功能、效率与寿命的衰减。其中以最典型的应用就是超薄型电脑和高运算速率手机的散热问题最为突出。采用相变散热技术，将热导管或真空均热板与鳍片和风扇相结合，制造成超轻薄相变散热模组可有效解决以上电子产品面临的问题。其中，均热板由于均热面积大，可实现超薄化制造，其应用范围日益增加。
均热板制造是将填充有金属材质的毛细结构材料的开放式腔体经高温烧结，将毛细结构烧结于腔体表面，再将此腔体与金属盖板或另一腔体焊接密封，同时对腔体注入制冷工作流体(如水或酒精)和抽真空处理。均热板在一面受热时，储存于毛细结构孔隙内的工作流体快速气化将热量传导至均热板另一面，水蒸气热量被吸收后，水气冷凝成液态，在毛细力的作用下经由毛细结构返回至蒸发部位，如此反复，依靠制冷工作流体的气-液态转变来实现热量传递和扩散。
结合图1所示，现有技术在制作均热板的过程中，采用金属粉末或金属丝网作为毛细结构101填充于腔体内再经烧结强化处理，腔体底面被毛细结构材料所覆盖，毛细结构内存储有工作流体102，毛细结构层与另一盖板103之间保留一定空间作为蒸汽扩散的通道104。对于超薄均热板而言，当厚度小于一定值(如0.4mm)时，腔体的空间被大量压缩，蒸汽扩散通道104也大幅降低，蒸汽来不及扩散而使换热效率大幅衰减。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种均温板、散热模块和半导体器件，以克服现有技术中蒸汽来不及扩散而使换热效率大幅衰减的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
本申请实施例公开一种均温板，包括：
第一板体；
第二板体，与第一板体上下相对设置，并与第一板体之间封合形成真空腔体；
工作流体，位于所述真空腔体内；
毛细结构层，铺设于所述第一板体内壁表面和/或第二板体内壁表面，所述真空腔体内形成有第一蒸汽通道和第二蒸汽通道，
所述第一蒸汽通道形成于毛细结构层的表面与第一板体或第二板体之间，
所述第二蒸汽通道形成于毛细结构层的侧方。
优选的，在上述的均温板中，所述毛细结构层形成于所述第一板体的部分内壁表面和/或第二板体的部分内壁表面。
进一步地，所述毛细结构层的延伸形状与第一板体或第二板体的形状对应。
进一步地，毛细结构层包括主结构层以及分布于主结构层侧方的分支结构层，分支结构层与主结构层之间呈一定夹角。
优选的，在上述的均温板中，所述毛细结构层由金属粉末烧结形成。
优选的，在上述的均温板中，所述第一蒸汽通道和第二蒸汽通道相连通。
优选的，在上述的均温板中，所述工作流体选自水、酒精或丙酮。
优选的，在上述的均温板中，金属腔体的高度为0.05mm～20mm。
优选的，在上述的均温板中，所述第一板体和第二板体为金属材质。
优选的，在上述的均温板中，所述第一板体和第二板体之间设置有支撑体。
本申请还公开了一种半导体器件，包括所述的均温板。
本申请还公开了一种散热模块，包括：
所述的均温板；
散热鳍片，连接于所述第一板体和/或第二板体上。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本案毛细结构层只是部分覆盖腔体的顶面或底面，腔体内可保留更多的蒸气扩散通道，从而提高换热效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1所示为现有技术中均温板的结构原理示意图；
图2所示为本实用新型具体实施例1中均温板的结构示意图；
图3所示为本实用新型具体实施例真空腔体为非规则形状时的结构示意图；
图4所示为本实用新型具体实施例中毛细结构层的分布示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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实用新型中的具体含义。
结合图2所示，在第1实施例中，均温板包括第一板体201和第二板体202，第二板体202与第一板体201上下相对设置，并与第一板体201之间封合形成真空腔体203。
真空腔体203内设置有工作流体和毛细结构层204，毛细结构层204铺设于第一板体201的部分内壁表面。
该技术方案中，毛细结构层204与第二板体202的内壁表面之间形成第一蒸汽通道205，毛细结构层204的侧面还形成有第二蒸汽通道206。
该技术方案中，毛细结构层可以为连续延伸，也可以由多个相独立的毛细结构层共同组成。在一些实施例中，还可以在连续的毛细结构层上开设一个或多个窗口，以增大蒸汽通道空间。
进一步地，第二蒸汽通道206与第一蒸汽通道连通，且第二蒸汽通道206直接形成于第一板体内壁表面和第二板体的内壁表面之间。
第1实施例中，由于仅仅只有一个板体设置毛细结构层，均温板的厚度可以做的很薄，而且可保留更多的蒸气扩散通道，从而提高换热效率。
该实施例中，真空腔体203可以是一个单位金属材料上有一个腔体，也可以是一个单位金属材料上有两个及以上的腔体，腔体的内表面、侧面、外表面可以是平面，也可是在平面上有若干类似柱状的凸起、类似孔洞或沟槽的凹陷设计。
该实施例中，真空腔体的深度优选为0.05mm～20mm。
该实施例中，毛细结构层204的外形不具有特定形状，可以是连续的，也可由若干独立形状的毛细结构体组成。
在优选的实施例中，毛细结构层204的延伸形状与真空腔体的形状对应。
该技术方案中，真空腔体外形不限定，可以是规则形状，如圆形、方形、三角形、六边形等，也可以是不规则或不对称形状。结合图3所示，当真空腔体为非规则形状时，毛细结构层优选沿真空腔体的延伸方向对应延伸，以便进一步提高均热效果。
进一步地，结合图4所示，毛细结构层204包括主结构层2041以及分布于主结构层2041侧方的分支结构层2042，分支结构层2042与主结构层2041之间呈一定夹角。
在优选的实施例中，主结构层2041沿真空腔体延伸方向延伸，分支结构层2042设置有多个，分布于主结构层的两侧，分支结构层与主结构层之间垂直设置，分支结构层可以与主结构层相连接，也可以独立于主结构层。
该实施例中，毛细结构层由金属粉末烧结形成，烧结后颗粒之间有相互连通的孔隙。
在其他实施例中，毛细结构层还可以是由陶瓷材料经等离子熔融喷覆形成。
在另一实施例中，毛细结构层为金属编织网。
在一实施例中，第一蒸汽通道和第二蒸汽通道也可以相隔离，该实施例中，可以通过在第一板体和第二板体之间设置支撑柱实现蒸汽通道之间的分隔。在一实施例中，支撑柱可以为由金属粉末烧结形成的毛细支撑柱。
该实施例中，工作流体选自水、酒精或丙酮，也可以采用其他与毛细结构层化学性质兼容的流体。
该实施例中，第一板体201和第二板体202为金属材质。
该实施例中，第一板体201和第二板体202之间还可以设置有支撑体(图未示意)。
该技术方案中，通过在真空腔体内设置支撑体，可以避免在进行抽真空作业时而造成第一板体和第二板体的凹陷变形。
上述表面具有毛细结构的均温板的制作方法包括：
(1)、在第一板体表面制作毛细结构层，该毛细结构层通过等离子体熔融方式喷覆形成；
(2)、将第二板体和第一板体封合，封合方式可以采用焊接或强力粘接的方式，封合后可保留一个小尺寸通道、缺口或孔洞用于后续注入流体和抽真空操作。
(3)、对已经封合的腔体注入液态工作流体(水、酒精、丙酮或其它液体)，使工作流体填充毛细结构
(4)、对腔体进行抽真空和完全密封，形成内部有工作流体且为真空环境的相变均温板。
分别采用本实施例1和图1所示的均温板作为实施例和对比例，金属的材质为铜，真空腔体深度为0.25mm，腔体底面积6cm2，采用标准设备以5W作为热量输入测量均热板两端边缘温差，温差小则均热效果好，测试数量为8组，结果如表1所示：
表1实施例和对比例的温差对比
由表1可知，实施例1所制作的均温板，其均热效果明显好于现有技术。
在第2实施例中，第一板体的部分内壁表面铺设有毛细结构层，第二板体的部分内壁表面也铺设有毛细结构层，两个毛细结构层之间间隔设置。
第2实施例中，上下两个毛细结构层可以上下位置对应，也可以错开设置。
在一实施例中，作为冷凝端的第二板体202，为了加快其散热速度，其表面还可以阵列分布有散热鳍片组(图未示)。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种均温板，其特征在于，包括：
第一板体；
第二板体，与第一板体上下相对设置，并与第一板体之间封合形成真空腔体；
工作流体，位于所述真空腔体内；
毛细结构层，铺设于所述第一板体内壁表面和/或第二板体内壁表面，所述真空腔体内形成有第一蒸汽通道和第二蒸汽通道，
所述第一蒸汽通道形成于毛细结构层的表面与第一板体或第二板体之间，
所述第二蒸汽通道形成于毛细结构层的侧方。
2.根据权利要求1所述的均温板，其特征在于，所述毛细结构层形成于所述第一板体的部分内壁表面和/或第二板体的部分内壁表面。
3.根据权利要求2所述的均温板，其特征在于，所述毛细结构层的延伸形状与第一板体或第二板体的形状对应。
4.根据权利要求2所述的均温板，其特征在于，毛细结构层包括主结构层以及分布于主结构层侧方的分支结构层，分支结构层与主结构层之间呈一定夹角。
5.根据权利要求1所述的均温板，其特征在于，所述毛细结构层由金属粉末烧结形成。
6.根据权利要求1所述的均温板，其特征在于，所述第一蒸汽通道和第二蒸汽通道相连通。
7.根据权利要求1所述的均温板，其特征在于，所述工作流体选自水、酒精或丙酮。
8.根据权利要求1所述的均温板，其特征在于，金属腔体的高度为0.05mm~20mm。
9.一种半导体器件，其特征在于，包括权利要求1至8任一所述的均温板。
10.一种散热模块，其特征在于，包括：
权利要求1至8任一所述的均温板；
散热鳍片，连接于所述第一板体和/或第二板体上。
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