CN105865243A - 新型平板均热管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种新型平板均热管并公开了其激光制备方法，包括一个上板、一个下板和注液抽气管，所有组件均为紫铜材料，该平板热管下板为蒸发段、上板为冷凝段、中间段为绝热段，上下板内壁加工有沟槽结构，沟槽结构由热管工作原理通过激光加工成沟槽式复合针翅结构，激光刻蚀可以在铜板表面依次加工得到具有不同特征的复杂形状微结构。本发明可以提升蒸发段的沸腾性能和热管启动性以及冷凝段的蒸汽冷却性能，针翅结构不但能够强化热管强度和减小界面剪切力并且有利于上板凝结液快速回流滴落至下板形成循环，使热管的传热性能提到提高。

Description

新型平板均热管及其制备方法
技术领域：本发明涉及一种热管及其制备方法，具体为沟槽式复合针翅结构平板均热管和激光制备方法。
背景技术：
随着电子技术的飞速发展，微电子器件的高频、高速，以及集成电路的密集和微型化，使得电子芯片的功耗急剧增大，导致了极高的热流密度。集成电路的热斑效应不仅会缩短电子器件的使用寿命，也会影响其正常工作性能，LED芯片的光电转换效率只有20％-30％，大部分的能量以热量的形式散失，如何快速散热减小热斑效应是制约电子芯片和集成电路发展的重要原因。
通过工质的相变来实现传热的平板热管具有结构紧凑、优良的均温性、极高的导热性和易贴合等优点，很好的满足了芯片对散热装置紧凑、可靠、灵活、高效和不需要维修等要求。所以，平板热管技术将成为未来微电子元器件及其散热***的主流，而平板热管的进一步强化传热性能则是影响芯片集成度发展的关键技术。
平板热管性能好坏关键在于内部的吸液芯结构，目前平板热管的吸液芯结构主要有烧结式和沟槽式两大类。烧结式吸液芯是在平板热管内壁面烧结一层微纳米级的金属粉，以此提供工质回流的通道和毛细力，但烧结式吸液芯稳定性不够、易脱落、工质回流阻力大以及整体较重。沟槽式吸液芯主要是在热管内壁面加工出一定截面形状的槽道，通过微小沟槽提供液体工质回流的毛细力。传统的加工方法包括有切削法、电解法、线切割法等，这些方法存在不环保、损坏管壁强度和加工效率低下等缺点，激光加工具有非接触、环保、方便等优点且可以加工复杂形状结构。以往的沟槽式吸液芯存在一定的问题，上下两板直接拼接时隔开每个槽道会使得界面剪切力大增影响传热行能；中间垫一个框架后拼接虽能避免较大的界面剪切力，但是会在较大的真空度下压扁；而在上下板之间加支撑柱则会增加繁琐的工艺，加厚则违背了热管轻便的原则。并且这些吸液芯结构的设计主要是考虑提供毛细力，因此根据平板热管工作原理和轻便性要求设计符合上下板工作状态的沟槽结构平板热管和其制备方法是热管的发展趋势。
发明内容
本发明的目的在于解决背景技术中提到的问题，分析热管各段的主要工作原理，在保证强毛细力的同时，提升蒸发段的沸腾性能和热管启动性以及冷凝段的冷却性能，针翅结构不但可以提高热管强度和减小界面剪切力并且有利于上板凝结液快速回流滴落至下板形成循环，提出了一种新型平板均热管及其激光制备方法。
本发明的技术方案以如下方式实现：
(1)所述新型平板均热管，包括了一个紫铜上板1、一个紫铜下板3和注液抽气管2，所述上板1的内壁面加工有沟槽式复合针翅结构4并涂有低表面能物质，所述注液抽气管2与上下板的开口5配合，所述下板3的内壁面加工有沟槽式复合针翅结构4，所述平板热管上板1为冷凝段，下板3为蒸发段，两者之间称为绝热段。
(2)将表面已经清洗干净并晾干的紫铜板置于多功能激光器的工作台上，并对好焦。
(3)根据多功能激光器的加工特点，输入画好的上板冷凝段结构的第一份加工图，通过选择合适的加工参数以及外部条件，先得到针翅(0.2*0.2*0.2mm)阵列结构，随后再导入第二份加工图，在针翅阵列之间进一步加工出沟槽(0.2*0.3mm)得到上板1结构，并以低表面能物质处理。
(4)同样的，根据蒸发段的工作原理画好加工图导入到激光器中，调整合适的工艺参数和外部加工条件，加工出下板3结构，并以高表面能物质处理。
(5)选择一定长度和管径的紫铜管，将其一端压扁并磨平，使其能与上下板上的开口(3*0.5mm)很好的配合，得到注液抽气管2。
(6)将已经加工好的上板1、下板3的内壁面四周均匀涂抹薄薄一层焊锡膏，与上下板开口相配合的注液抽气管2的扁平端也涂抹上焊锡膏，然后将三者很好的拼接在一起并用夹具固定，最后放入高温炉中加热处理以完成热管焊接。
(7)用抽真空注液装置通过注液抽气管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，随后将注液管剪断密封，完成新型平板均热管的制备。
本发明的有益效果在于：
充分考虑平板均热管的工作原理，在传统的沟槽结构上分别根据上板冷凝段和下板蒸发段设计了针翅阵列结构和针翅结构。保持传统沟槽结构优点的同时，下板针翅结构提供了更多的有效汽化核心数使得热管能够更快的启动；上板针翅阵列结构在减薄液膜厚度减小传热热阻的同时，能够对液体工质起到一个引流的作用加速液滴的回流；上板和下板针翅结构的对顶又可以起到一个支撑的效果，从而增加管壁强度。
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在铜板表面加工出所设计的复杂结构，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为本发明平板均热管冷凝段结构示意图
图2为本发明平板均热管蒸发段结构示意图
图3为本发明平板均热管组装示意图
图4为本发明平板均热管横截面示意图
图中：1、上板冷凝段，2、注液抽气管，3、下板蒸发段，4、沟槽式复合针翅结构，5、小开口，6、沟槽结构，7、针翅结构。
具体实施方式
实施例：
本发明提供了新型平板均热管及其制备方法，它的主要过程如下：
(1)所述新型平板均热管，包括了一个紫铜上板1、一个紫铜下板3和注液抽气管2，所述上板1的内壁面加工有沟槽式复合针翅结构4并涂有低表面能物质，所述注液抽气管2与上下板的开口5配合，所述下板3的内壁面加工有沟槽式复合针翅结构4，所述平板热管上板1为冷凝段，下板3为蒸发段，两者之间称为绝热段。
(2)将表面已经清洗干净并晾干的紫铜板置于多功能激光器的工作台上，并对好焦。
(3)根据多功能激光器的加工特点，输入事先画好的上板冷凝段结构的第一份加工图，通过选择合适的加工参数以及外部条件，先得到针翅(0.2*0.2*0.2mm)阵列结构，随后再导入第二份加工图，在针翅阵列之间进一步加工出沟槽(0.2*0.3mm)得到上板1结构，并以低表面能物质处理。
(4)同样的，根据蒸发段的工作原理画好加工图导入到激光器中，调整合适的工艺参数和外部加工条件，加工出下板3结构(针翅0.2*0.2*0.2mm、沟槽0.2*0.3mm)，并以高表面能物质处理。
(5)选择一定长度和管径的紫铜管，将其一端压扁并磨平，使其能与上下板上的开口(3*0.5mm)很好的配合，得到注液抽气管2。
(6)将已经加工好的上板1、下板3的内壁面四周均匀涂抹薄薄一层焊锡膏，与上下板开口相配合的注液抽气管2的扁平端也涂抹上焊锡膏，然后将三者很好的拼接在一起并用夹具固定，最后放入高温炉中加热处理以完成热管焊接.
(7)用抽真空注液装置通过注液抽气管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，随后将注液管剪断密封，完成新型平板均热管的制备。
本发明提出了新型平板均热管并实现了其激光制备方法，性能优良、使用方便简单且环保。首先，沟槽式复合结构可以提升沸腾冷凝性能和促进工质回流，以及加强热管强度；其 次，激光可以通过线路图完成复杂形状结构的加工，激光的烧蚀作用使得加工过的表面具有一定的粗糙度，进一步增强了热管的毛细吸收力和增加了有效汽化核心数，提高了热管的传热能力。

Claims (5)

1.所述新型平板均热管，包括了一个紫铜上板(1)、一个紫铜下板(3)和注液抽气管(2)，所述上板(1)的内壁面加工有沟槽式复合针翅结构(4)，所述注液抽气管(2)与上下板的开口(5)配合，所述下板(3)的内壁面加工有沟槽式复合针翅结构(4)，所述平板热管上板(1)为冷凝段，下板(3)为蒸发段，两者之间称为绝热段，所述沟槽式复合针翅结构(4)依据蒸发段和冷凝段的工作原理，加工出的复合结构在提供毛细力的同时也促进沸腾冷凝作用，也可以加速上板凝结液滴落至下板，并起到支撑和减小界面剪切力的作用。
2.根据权利要求1所述的新型平板均热管，其特征在于：包含以下主要步骤；
(1)将表面已经清洗干净并晾干的紫铜板置于多功能激光器的工作台上，并对好焦。
(2)根据多功能激光器的加工特点，输入事先画好的上板冷凝段结构的加工图，通过选择合适的加工参数以及外部条件，得到上板1结构，并以低表面能物质处理。
(3)同样的，根据蒸发段的工作原理画好加工图导入到激光器中，调整合适的工艺参数和外部加工条件，加工出下板3结构，并以高表面能物质处理。
(4)选择合适长度和管径的紫铜管，将其一端压扁并磨平，使其能与上下板的开口很好的配合，得到注液抽气管2。
(5)将已经加工好的上板1、下板3的内壁面四周均匀涂抹薄薄一层焊锡膏，与上下板开口相配合的注液抽气管2的扁平端也涂抹上焊锡膏，然后将三者很好的拼接在一起并用夹具固定，最后放入高温炉中加热处理以完成热管焊接。
(6)用抽真空注液装置通过注液抽气管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，随后将注液管剪断密封，完成新型平板均热管的制备。
3.根据权利要求1所述的新型平板均热管，其特征在于：所述沟槽结构(6)的截面形状可以为三角形、矩形、梯形等规则形状，或者其他特殊形状。
4.根据权利要求3所述的新型平板均热管，其特征在于：沟槽结构(6)为沟槽式复合针翅结构(4)，上板(1)冷凝段为沟槽针翅阵列结构，下板(3)蒸发段为沟槽针翅结构。
5.根据权利要求4所述的新型平板热管，其特征在于：所述针翅结构(7)可以是方体、圆柱体等规则形状，且其高度不大于所述沟槽结构(6)的高度。
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