CN105841535A - 分段式复合结构平板传热管及其制备方法 - Google Patents

分段式复合结构平板传热管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了分段式复合结构平板传热管及其激光制备方法，包括一铜上盖板、一铜下盖板和中间铜框架，该平板热管一端为蒸发段、另一端为冷凝段、中间段为绝热段，下盖板内壁沿轴向加工有沟槽结构，沟槽结构由热管工作原理经激光加工成复合结构沟槽，激光加工具有非接触、环保、方便等优点。复合结构沟槽是蒸发段为沟槽针翅结构，冷凝段为沟槽针翅阵列结构，绝热段为纯沟槽结构。新增的针翅结构通过增加有效汽化核心数可以提高蒸发段的沸腾性能，以及起到均流工质的作用；针翅阵列结构通过减薄液膜厚度来提升冷凝性能。本发明依据热管工作原理在提供较强毛细力时，促进管内工质的沸腾冷凝和工质的均流，从而进一步提高热管的传热性能。

Description

分段式复合结构平板传热管及其制备方法
技术领域：本发明涉及一种热管及其制备方法，具体为一种分段式复合结构平板传热管和激光制备方法。
背景技术：
随着电子芯片的功率不断增大、体积不断变小，电子产品的散热问题变得越来越重要。传统的散热方法已经远远不能满足高热流密度的电子产品的散热要求，基于相变传热的热管因其极高的导热系数和良好的等温性以及无源传热的优点，是目前高热流密度电子产品散热的理想手段。
目前电子器件用的热管大致可以分为沟槽式和烧结式两大类。沟槽式热管是通过机加工和刻蚀等加工手段在热管内壁面加工出一定截面形状的沟槽，利用沟槽结构产生的毛细力让液体工质回流；烧结式热管是在热管内壁烧结一层微纳米级的颗粒，通过颗粒之间的孔隙提供工质回流的毛细力。不论是沟槽式还是烧结式热管，其吸液芯结构的获得目的都是为了提供较强的毛细力和增大换热面积，但是毛细力的提升终归是有限的，且根据热管的工作原理可以得知不同段的主要工作状况是不一样的，所以设计热管应该综合考虑热管的蒸发段、绝热段和冷凝段的工作原理和状态。热管内吸液芯结构沟槽的加工方法主要分为切削法，线切割法，电解法等。切削法有较大可能造成热管壁裂开和刀具磨损等损害，并且无法一次性加工出所需要的复合结构沟槽；电火花法效率低，工具电极会不断消耗，故无法对热管内壁面持续加工；电化学法的溶液有污染，且得到的沟槽较为光滑，不利于增加有效汽化核心数。激光加工在微纳加工领域拥有很大的发展潜力。
在热流密度急剧增加、散热空间日趋小型化等条件下，提高热管传热性能是必要的，而热管的传热性能主要由吸液芯结构决定，开发不局限于提供强毛细力的新型吸液芯结构及其激光制备方法是发展热管的一个趋势。
发明内容
本发明的目的在于解决上述存在的问题，综合考虑热管的工作原理，在提供较强毛细力的同时，促进管内工质的沸腾冷凝作用和工质均流，提出一种加强热管传热性能的分段式复合结构平板传热管及其激光制备方法。
所述方法操作简单，且可以通过一次性加工同时得到热管三段的不同特征结构。
本发明的技术方案以如下方式实现：
(1)将已经清洗烘干后的光滑表面铜上盖板1经低表面能物质处理得到超疏水表面，利用线切割技术切割出一个一端具有小缺口(1*1mm)的铜框架2。
(2)根据多功能激光器的加工特点，首先由不同段结构的差异画出相应的激光加工线路图，将清洗烘干后的光滑铜下盖板3置于激光器工作台上，对好焦并选择合适的加工参数以及辅助吹气的条件，在下盖板上加工出一定尺寸的蒸发段针翅(0.2*0.2*0.2mm)结构、冷凝段针翅(0.2*0.2*0.2mm)阵列结构和绝热段沟槽(0.2*0.2mm)结构。
(3)然后在步骤三的基础上，画出对应的沟槽结构加工线路图，在已经初步加工出的针翅结构之间并与绝热段沟槽结构匹配的情况下，在下盖板上进一步加工出一定尺寸的沟槽(0.2*0.3mm)，从而得到复合结构沟槽。
(4)将外形尺寸一样大小的两块盖板(厚1mm)隔着与它们外形尺寸一样，并且两面涂抹有焊锡膏的中间铜框架2(厚1mm)拼叠在一起，经夹具固定后利用高温炉给其逐步升温加热直至达到焊锡膏的工作温度，待焊锡膏融化并均匀流动分布在所有接触面后，停止加热完成热管的焊接密封。
(5)利用抽真空注液装置通过预留的缺口先对热管进行抽真空处理，当真空度达到所需要求时停止抽真空，打开注液管的阀门给热管注入一定量的液体工质，随后将缺口密封好，完成分段式复合结构平板传热管的制备。
本发明的有益效果在于：在沟槽结构的基础上分别针对热管蒸发段和冷凝段增加了针翅结构和针翅阵列结构。沟槽结构在提供工质回流的毛细力的同时还能增大换热表面积，针翅/针翅阵列结构可以增加蒸发段的有效汽化核心数和减薄冷凝段的液膜厚度减小热阻来提升沸腾冷凝性能以及均流工质，从而提高热管的传热性能。
根据多功能激光器的加工原理，利用其方便、高效、安全的优点，画好加工线路图就可以一次性在铜板表面不同位置同时加工出所设计的结构，并且激光的烧蚀作用会使得表面有一定的粗糙度，能够大量增加有效汽化核心和毛细力，从而进一步提升热管性能。
附图说明
图1为本发明热管绝热段结构示意图
图2为本发明热管冷凝段结构示意图
图3为本发明热管蒸发段结构示意图
图4为本发明热管组装示意图
图5为本发明热管示意图
图中：1、铜上盖板，2、中间铜框架，3、铜下盖板，4、蒸发段，5、冷凝段，6、绝热段，7、沟槽结构，8、针翅结构。
具体实施方式
实施例：
本发明提供了分段式复合结构平板传热管及其激光制备方法，其主要步骤如下：
所述分段式复合结构平板传热管，包括一个铜上盖板1、中间铜框架2和铜下盖板3，该平板热管的一端为蒸发段4、另一端为冷凝段6、中间为绝热段5，所述下盖板内壁面沿轴向加工有沟槽结构7，所述沟槽结构由热管工作原理加工成复合结构沟槽，所述热管蒸发段4为沟槽式针翅结构、所述冷凝段6为沟槽式针翅阵列结构、所述绝热段5为纯沟槽结构，以此提高热管沸腾冷凝性能和均流工质，从而提升热管整体性能。
将已经清洗烘干后的光滑表面铜上盖板1经低表面能物质处理得到超疏水表面，利用线切割技术切割出一个一端具有小缺口的铜框架2。
根据多功能激光器的加工特点，首先由不同段结构的特征画出相应的激光加工线路图，将清洗烘干后的光滑铜下盖板3置于激光器工作台上，对好焦并选择合适的加工参数(功率20W、扫描速度300mm/s、频率20kHz)以及辅助吹气的条件下，在下盖板上加工出一定尺寸的蒸发段针翅(0.2*0.2*0.2mm)结构、冷凝段针翅(0.2*0.2*0.2mm)阵列结构和绝热段沟槽(0.2*0.2mm)结构。
然后在步骤(2)的基础上，画出对应的沟槽结构加工线路图，在已经初步加工出的针翅结构之间并与绝热段沟槽结构匹配的情况下，在下盖板上进一步加工出一定尺寸的沟槽(0.2*0.3mm)，从而得到复合结构沟槽。
将外形尺寸一样大小的两块盖板(厚1mm)隔着与它们外形尺寸一样，并且两面涂抹有焊锡膏的中间铜框架2拼叠在一起，经夹具固定后利用热风枪给其逐步升温加热直至达到焊锡膏的工作温度，待焊锡膏融化并均匀流动分布在所有接触面后，停止加热完成热管的焊接密封。
利用抽真空注液装置通过预留的缺口先对热管进行抽真空处理，当真空度达到所需要求时停止抽真空，打开注液管的阀门给热管注入一定量的液体工质，随后将缺口密封好，完成分段式复合结构平板传热管的制备。
本发明提出了分段式复合结构平板传热管和实现了其激光制备，性能优良、使用方便简单且环保。首先，分段式复合结构通过提高热管的沸腾冷凝性能和均流工质来提升热管整体性能；其次，多功能激光器可以在铜板表面不同位置一次性同时加工出具有不同特征的吸液芯结构，且由于激光的烧蚀作用使得加工过的表面有一定的粗糙度，进一步增强了热管的毛细回流能力和增加了有效汽化核心数，进一步提高了热管的传热能力。

Claims (5)

1.分段式复合结构平板传热管，包括一个铜上盖板(1)、一个铜下盖板(3)和中间铜框架(2)，所述上盖板(1)的内壁面用低表面能物质处理，所述中间铜框架(2)用线切割的方式得到，所述下盖板(3)分为三段，一端为蒸发段(4)、另一端为冷凝段(5)、中间段为绝热段(6)，其特征在于，所述下盖板(3)内壁沿轴向用激光加工出沟槽结构(7)，所述沟槽结构(7)由热管工作原理加工成复合结构沟槽，复合结构沟槽既提供毛细力也促进工质的沸腾冷凝和均流。
2.根据权利要求1所述的分段式复合结构平板传热管，其特征在于：包括以下主要步骤；
(1)将已经清洗烘干后的光滑表面铜上盖板1经低表面能物质处理得到超疏水表面，利用线切割技术切割出一个一端具有小缺口的铜框架2。
(2)根据多功能激光器的加工特点，首先由不同段结构的特征画出相应的加工图，将清洗烘干后的光滑铜下盖板3置于激光器工作台上，对好焦并选择合适的加工参数以及辅助吹气的条件，在下盖板上加工出一定尺寸的蒸发段针翅结构、冷凝段针翅阵列结构和绝热段沟槽结构。
(3)然后在步骤(2)的基础上，画出沟槽结构加工图，在已经初步加工出的针翅结构之间并与绝热段沟槽结构匹配的情况下，在下盖板上进一步加工出一定尺寸的沟槽，从而得到复合结构沟槽。
(4)将外形尺寸一样大小的两块盖板隔着与它们外形尺寸一样，并且两面涂抹有焊锡膏的中间铜框架2拼叠在一起，经夹具固定后利用高温炉给其逐步升温加热直至达到焊锡膏的工作温度，待焊锡膏融化并均匀流动分布在所有接触面后，停止加热完成热管的焊接密封。
(5)利用抽真空注液装置通过预留的缺口先对热管进行抽真空处理，当真空度达到所需要求时停止抽真空，打开注液管的阀门给热管注入一定量的液体工质，随后将缺口密封好，完成分段式复合结构平板传热管的制备。
3.根据权利要求1所述的分段式复合结构平板传热管，其特征在于：所述沟槽结构(7)的截面形状可以是矩形、梯形和三角形等规则形状，或者其他不规则形状。
4.根据权利要求3所述的分段式复合结构平板传热管，其特征在于：所述沟槽结构(7)为复合结构沟槽，热管蒸发段(4)为沟槽针翅结构，冷凝段(5)为沟槽针翅阵列结构，绝热段(6)为纯沟槽结构。
5.根据权利要求4所述的分段式复合结构平板传热管，其特征在于：所述针翅结构(8)的高度不大于所述沟槽结构(7)的高度。
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