CN210268327U

CN210268327U - 毛细结构和散热件

Info

Publication number: CN210268327U
Application number: CN201920666465.9U
Authority: CN
Inventors: 莫文剑; 易翠
Original assignee: Suzhou Cubrazing New Material Co ltd
Current assignee: Suzhou Cubrazing New Material Co ltd
Priority date: 2019-05-10
Filing date: 2019-05-10
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2029-05-10

Abstract

本申请公开了一种毛细结构，包括至少一层金属线层和至少一层金属粉膜，所述金属线层由多条金属线交织或阵列形成，所述金属粉膜的颗粒之间形成有相连通的孔隙，所述金属粉膜与所述金属线层烧结在一起。本实用新型还公开了一种散热件。本实用新型的毛细结构孔隙率高、吸液速度快、强度好、传热效率高，可以直接烧结于散热组件中的内壁，使用方便，工序简单，适用于热导管，均热板，热柱结构等散热组件。

Description

毛细结构和散热件

技术领域

本申请涉及一种毛细结构和散热件，可应用于热导管、均热板、热柱结构等领域。

背景技术

相变散热是当前公认的最先进的散热技术，利用气液两相的转化来实现热量交换，它的导热能力是热良导体的1000倍，有热的“超导体”之称。相变散热组件的结构：封闭真空腔体内壁有一层毛细结构材料，且含有运动流体，液体在吸热区受热挥发为气体，流向冷凝区，气体遇冷发生冷凝，并在毛细力的作用下回流到吸热区，这样热量被循环不断的传导出去。其毛细结构是液体持续回流的驱动力，也是影响传热组件效率的关键材料。

散热组件毛细结构的孔隙率、吸水速率、强度都是重要的指标。毛细结构孔隙率越大，能容纳的液体越多，吸水速率越高，液体在冷凝区回流到吸热区的速度越快，对应散热组件的导热能力越强，另外热导管制造过程中经常需要弯折、打扁，这就需要毛细结构有良好的强度和韧性。相变散热组件有多种形态，如热导管，均热板，热柱结构等，其毛细结构主要是内壁烧结一层金属粉末。

中国实用新型专利207543468U披露了一种超薄均热板，在沟槽中分布铜粉或者金属纤维毛细结构。该结构仍然存在吸液速率低、强度弱、传热效率低等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种毛细结构和散热件，以克服现有技术中的不足。

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毛细结构，包括至少一层金属线层和至少一层金属粉膜，

所述金属线层由多条金属线交织或阵列形成，

所述金属粉膜的颗粒之间形成有相连通的孔隙，

所述金属线层至少部分形成于所述金属粉膜内。

优选的，在上述的毛细结构中，所述金属粉膜与所述金属线层烧结在一起。

优选的，在上述的毛细结构中，所述多条金属线之间形成有缝隙或通孔，所述孔隙与该缝隙或通孔连通。

优选的，在上述的毛细结构中，所述金属粉膜材质选自铜、铝、钛、银、金或其合金；

所述金属线层材质选自铜、铝、钛、银、金或其合金。

优选的，在上述的毛细结构中，所述金属线层和金属粉膜交替设置。

优选的，在上述的毛细结构中，每层所述金属粉膜的厚度为15-2000um，金属粉膜中的粉末粒径为0.1-250微米；粉末松装密度0.7-5g/cm³。

优选的，在上述的毛细结构中，所述金属线层由多条金属线交织成金属网格，所述金属网格的金属线直径为5-200um，网孔径为10-500um。

优选的，在上述的毛细结构中，所述金属线层由多条金属线并列形成，所述金属线的直径为5-200um，相邻金属线之间的间距为10-1000um。

相应的，本申请还公开了一种散热件，其表面形成有任一所述的毛细结构。

优选的，在上述的散热件中，所述毛细结构与散热件表面之间烧结在一起或组装在一起。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型的毛细结构孔隙率高、吸液速度快、强度好、传热效率高，可以直接烧结于散热组件中的内壁，使用方便，工序简单，适用于热导管，均热板，热柱结构等散热组件。

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所示为本申请一实施例中毛细结构的示意图。

具体实施方式

结合图1所示，本申请实施例提供了一种毛细结构，包括至少一层金属线层2和至少一层金属粉膜1，所述金属线层2由多条金属线交织或阵列形成，所述金属粉膜1的颗粒之间形成有相连通的孔隙，所述金属粉膜1与所述金属线层2烧结在一起。

在一实施例中，使用的金属线和金属粉的材质都是具有较高热导率的金属，如铜、铝、钛、银、金等或者以他们为主要基体的合金，由于金属金、银、钛价格高，优选现在使用最多的金属铜和金属铝。

在一实施例中，金属粉末的形状和粒径不特别限定，球形、类球形、不规则形状、鳞片状、不规则形状等均能够适当使用，优选不规则形状，优选粉末粒径是0.1-250微米，更优选为30-250微米。粉末松装密度0.7-5g/cm³，更优选为1.2-3.5g/cm³。

在一实施例中，金属粉末可以通过雾化法，电解法，还原法，熔体旋转法以及其他的极冷凝固方式制造。在工业上优选水雾化法，通过高压水冲击熔融的金属铜液获得不规则粉体。

在一实施例中，每层金属粉膜的厚度为15-2000um，优选为50-500um。

在一实施例中，金属线层是由多条金属线交织成金属网格。

作为优选的，网孔形状为正方形。

作为优选的，金属网格的金属线直径为5-200um，网孔直径(边长)为 10-500um。更为优选的，金属线直径为20-60um，网孔直径为50-150um。

在另一实施例中，金属线层由多条金属线并列形成。

作为优选的，金属线的直径为5-200um，相邻金属线之间的间距为10-1000 um。更为优选的，金属线直径为20-60um，相邻金属线之间的间距为20-200 um。

在一实施例中，毛细结构可以为金属线层+金属粉膜、金属线层+金属粉膜+金属线层、金属粉膜+金属线层+金属粉膜等复合结构。

本申请实施例还提供了一种毛细结构的制作方法，包括：

将金属粉末和高分子材料混合后形成于金属线层表面；

烧结，形成结合于金属线层上的金属粉膜。

在一实施例中，高分子可以根据需要，包含树脂粘接剂，溶剂，表面活性剂等，这些根据能够使用公知的或者市售的。优选含有树脂粘接剂或者溶剂中至少一种作为膏状构成物使用，可以形成优异的膜层或者有优异的注射成型的使用效果。

作为树脂粘合剂可适当使用如：环氧树脂、酚醛树脂、聚丙醛、聚酯树脂、丙烯酸树脂、丙烯晴树脂、石蜡、乙烯醇树脂、聚烯烃树脂、聚乙烯树脂、乙酸乙烯树脂等或者是石蜡、蜜蜡、焦油、松脂、胶等天然树脂。这些树脂在加热的时候挥发，如果在金属烧结后有残留，则不是最佳选项，需要进行区分。将高分子材料与金属粉末充分的混合，金属粉末分散均匀，可以根据需要使用溶剂，也可以在混合过程中加热。优选高分子与金属粉末不分层，金属粉末不沉淀。

溶剂能单独使用或者混合使用，溶剂包括水，醇类，醚类，酮类酯类等。

表面活性剂用来提高金属粉末与溶剂和高分子的相容性，如硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠，卵磷脂，氨基酸型，脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦，聚山梨酯等。

在优选实施例中，金属粉末和高分子材料的混合材料中，金属粉末质量比例为50％～90％。

在一实施例中，毛细结构的制作方法包括：

(1)、将金属粉末与高分子结合制造成膏体，使用辊涂，流延、涂层、喷涂等方式，在金属网上覆盖一定厚度金属粉末膏体；

(2)、然后在25℃-300℃这样的温度范围内干燥固化，这样可以制造多层金属粉与金属网结构胚体，胚体可以根据需要制作各种形状和厚度，如柱状，片状，环状等。

(3)、将胚体与散热组件内壁一起烧结，或将胚体高温烧成为一定的强度的毛细结构，再与散热组件的内壁连接在一起。烧结温度在低于金属熔点 30-300℃的温度下烧结，烧结时间可以根据烧结温度而调整，通常烧结时间(包括有机物脱脂过程)30min-24h，烧结气氛可以是惰性气氛、还原气氛或真空气氛。由于金属粉膜含有树脂粘接剂等有机物，还需要在高温烧结前进行脱脂处理，脱脂处理温度在700℃以下，脱脂时间＞4h，脱脂气氛根据有机物的分解需要选择，可以使用氧化气氛、真空气氛、惰性气氛或者还原气氛。

在另一实施例中，毛细结构的制作方法包括：

(1)、将金属粉末与高分子结合，通过注射成型的方式，在金属网上覆盖一层膜，这层金属粉末与高分子的膜根据需要可以是各种厚度，各种形状胚体，如柱状，片状，环状，也可以有突起，有支柱等。

(2)、直接将胚体与散热组件内壁一起烧结来使用，也可以将胚体高温烧后具有一定强度的毛细结构，再与散热组件的内壁连接在一起。烧结温度在低于金属熔点30-300℃的温度下烧结，烧结时间可以根据烧结温度而调整，通常烧结时间(包括有机物脱脂过程)30min-24h，烧结气氛可以是惰性气氛、还原气氛或真空气氛。由于金属粉膜含有树脂粘接剂等有机物，还需要在高温烧结前进行脱脂处理，脱脂处理温度在700℃以下，脱脂时间＞4h，脱脂气氛根据有机物的分解需要选择，可以使用氧化气氛、真空气氛、惰性气氛或者还原气氛。

该方法中，金属丝线的排布使用金属编织机，或者其它能够对金属丝线拉直且密排的机器，使金属丝线可以均匀，笔直的排布在一个平面上，或者其他需要的形状进行排布，也可以将金属丝线缠绕在模具上，模具形状根据需要选择。金属丝线的排布的距离和丝线的层数可以调节。

本实施例获得的毛细结构，可以应用于电子散热组件热导管和VC均热板中，该毛细结构与散热组件的内壁通过烧结连接为一体，起到与散热组件内壁间进行热量传输，储存液体，提供液体回流的毛细力的作用。

本申请实施例还公开了一种散热件毛细结构的制作方法，包括：

将金属粉末和高分子材料混合制备成膏体，膏体以流延、涂层、喷涂或注射成型方式形成于散热件表面；

膏体烧结，在散热件表面形成毛细结构。

该技术方案中，将金属粉末制备成膏体，可以根据需要形成不同形状的毛细结构，操作简单。

本实用新型通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本实用新型。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本实用新型，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本实用新型。

结合表1，下面实施例中，金属线层是由多条金属线交织成金属网格，铜粉和铜网均指单层结构，各实施例和对比例中所涉及的铜网尺寸大小相同、铜粉层厚度相同、铜粉层铺设形状相同。

实施例1-4以及对比例1-3中，铜粉与高分子膏体配方均采用：铜粉63％；水33％，纤维素3％。

实施例1-4中，涉及铜粉与铜网结合的实施例，均采用手段：将铜粉与高分子混合均匀制成膏体，膏体涂在铜网上，然后脱脂并烧结，烧结温度960℃，保温时间60min。

对比例1-3中，铜粉的烧结条件满足：烧结温度960℃，保温时间60min。

表1

由表1可以看出，铜粉和铜网采用烧结方式进行结合，可以明显提高其吸水速率、孔隙率和强度。

结合表2，下面实施例中，金属线层是由多条金属线并列形成，铜粉和铜丝线均指单层结构，各实施例和对比例中所涉及的铜网尺寸大小相同、铜粉层厚度相同、铜粉层铺设形状相同。

实施例5-8以及对比例6中，铜粉与高分子膏体配方均采用：铜粉65％；聚乙烯30％，微晶蜡4％，硬脂酸1％。

实施例5-8中，涉及铜粉与铜网结合的实施例，均采用手段：将铜粉与高分子加热混炼均匀，将金属丝线密排拉直，铜粉与高分子混合物通过注射成型压印在金属丝线上，然后高温脱脂烧结，烧结温度960℃，保温时间60min。

对比例6中，铜粉的烧结条件满足：烧结温度960℃，保温时间60min。

表2

由表2中数据可知，铜粉和金属线层采用烧结方式进行结合，可以明显提高其吸水速率、孔隙率和强度。

综上所述，本实用新型制造铜粉与铜网复合毛细结构的优势：

1、使用该方法制造铜粉与铜网复合毛细结构的工艺简单，且可以制造各种形状复杂的毛细结构；

2、使用该实用新型的复合毛细结构材料用于制作均热板时，将复合毛细结构材料放置于均热板的内壁，然后高温烧结就可以完成均热板毛细结构的制作，工序简单；

3、该复合毛细结构与现有的毛细结构比有更好的强度。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims

1.一种毛细结构，其特征在于，包括至少一层金属线层和至少一层金属粉膜，

所述金属线层由多条金属线交织或阵列形成，

所述金属粉膜的颗粒之间形成有相连通的孔隙，

所述金属线层至少部分形成于所述金属粉膜内。

2.根据权利要求1所述的毛细结构，其特征在于，所述金属粉膜与所述金属线层烧结在一起。

3.根据权利要求1所述的毛细结构，其特征在于，所述多条金属线之间形成有缝隙或通孔，所述孔隙与该缝隙或通孔连通。

4.根据权利要求1所述的毛细结构，其特征在于，所述金属粉膜材质选自铜、铝、钛、银、金或其合金；

所述金属线层材质选自铜、铝、钛、银、金或其合金。

5.根据权利要求1所述的毛细结构，其特征在于，所述金属线层和金属粉膜交替设置。

6.根据权利要求1所述的毛细结构，其特征在于，每层所述金属粉膜的厚度为15-2000um，金属粉膜中的粉末粒径为0.1-250微米；粉末松装密度0.7-5g/cm³。

7.根据权利要求1所述的毛细结构，其特征在于，所述金属线层由多条金属线交织成金属网格，所述金属网格的金属线直径为5-200um，网孔径为10-500um。

8.根据权利要求1所述的毛细结构，其特征在于，所述金属线层由多条金属线并列形成，所述金属线的直径为5-200um，相邻金属线之间的间距为10-1000 um。

9.一种散热件，其特征在于，其表面形成有权利要求1至8任一所述的毛细结构。

10.根据权利要求9所述的散热件，其特征在于，所述毛细结构与散热件表面之间烧结在一起或组装在一起。