[發(fā)明專利]一種改進(jìn)的用于微電子散熱的高效單向傳熱熱管

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010543821.1
• 申請(qǐng)日: 2010-11-12
• 公開（公告）號(hào): CN102022936A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉中良;張廣孟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F28D15/02
• 分類號(hào): F28D15/02
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱管技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具體嚴(yán)格單向?qū)嵝缘闹亓峁堋?/p>

背景技術(shù)

微電子芯片的應(yīng)用遍及日常生活、生產(chǎn)乃至國(guó)家安全的各個(gè)層面，在現(xiàn)代文明中扮演著極其重要的角色。芯片發(fā)展的趨勢(shì)是進(jìn)一步提高集成度、減小芯片尺寸及增大時(shí)鐘頻率。以計(jì)算機(jī)芯片為例，1971年Intel公司生產(chǎn)的第一個(gè)芯片只含2300個(gè)晶體管，而如今在一枚Intel奔騰4芯片上，就集成有4200萬(wàn)個(gè)晶體管。高集成度對(duì)于電子儀器設(shè)備性能的升級(jí)是有利的。然而，與此同時(shí)芯片耗能和散熱問(wèn)題也凸現(xiàn)出來(lái)。電子技術(shù)迅速發(fā)展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集和小型化，使得電子器件的發(fā)熱功率與功率密度也急劇增加。以電腦CPU芯片為例，其發(fā)熱量已由幾年前的10W/cm2左右猛增到現(xiàn)在的將近100W/cm2。因此，如果散熱不良，產(chǎn)生的過(guò)高溫度會(huì)降低電子設(shè)備芯片的工作穩(wěn)定性，增加出錯(cuò)率，同時(shí)模塊內(nèi)部與其外部環(huán)境間所形成的熱應(yīng)力會(huì)直接影響到芯片的電性能、工作頻率、機(jī)械強(qiáng)度及可靠性。因此，電子器件的散熱和冷卻技術(shù)將是影響微電子技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。隨著研究的深入，人們將熱管應(yīng)用到微電子散熱領(lǐng)域。但是，對(duì)于特殊要求的微電子散熱芯片來(lái)講，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的單向高效傳熱是保證電子芯片正常使用和延長(zhǎng)壽命的主要方法，所以研究新的具有單向高效散熱效果的特殊微型熱管顯得十分重要。

專利號(hào)為CN200810138527.5名稱為“一種改進(jìn)型單向重力熱管”，其特征是能夠有效防止熱量沿重力熱管管殼逆向傳遞，實(shí)現(xiàn)了重力熱管的嚴(yán)格的單向?qū)嵝浴５牵鼌s沒(méi)有考慮熱管內(nèi)部由于熱管工質(zhì)與內(nèi)壁的粘性附著力而造成的液體回流不暢易造成熱管工質(zhì)干涸、冷凝段頂部由于沒(méi)有對(duì)表面進(jìn)行處理不易形成珠狀凝結(jié)，凝結(jié)換熱系數(shù)低以及蒸發(fā)段受熱面換熱系數(shù)低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于為了解決上述問(wèn)題，提供一種改進(jìn)的用于微電子散熱的高效單向傳熱熱管，通過(guò)對(duì)單向傳熱熱管內(nèi)部進(jìn)行處理，提高了換熱、冷凝效率以及熱管工質(zhì)回流速率的一種用于微電子散熱的高效電子散熱元件。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的用于微電子散熱的高效單向傳熱熱管，是一種使用于散熱對(duì)象頂部的密封腔體，由上部的冷凝段，中部的絕熱段，下部的蒸發(fā)段構(gòu)成，內(nèi)部盛放熱管工質(zhì)，冷凝段和蒸發(fā)段采用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，絕熱段采用導(dǎo)熱系數(shù)低的材料。并且，腔體的底面依散熱對(duì)象頂部的形狀設(shè)置，且內(nèi)表面布滿劃痕淺槽；腔體的頂部進(jìn)行超疏水表面處理；腔體的內(nèi)壁設(shè)置豎向排列的槽道與肋道間隔的毛細(xì)列通道，且進(jìn)行超疏水表面處理。

所述槽道與肋道寬度一致，其寬度為0.5-3mm。

所述超疏水表面處理的工藝為：通過(guò)電化學(xué)刻蝕表面，再通過(guò)草酸陽(yáng)極氧化來(lái)構(gòu)造微納米雙重結(jié)構(gòu)粗糙表面，最后通過(guò)表面氟硅烷修飾表面，形成超疏水表面。

本裝置的主要優(yōu)點(diǎn)在于：

1.熱管蒸發(fā)段底部刻劃出的劃痕淺槽表面，更容易形成氣化核心，實(shí)驗(yàn)證明能夠使沸騰換熱系數(shù)提高3倍，芯片發(fā)出的高熱量能夠被熱管工質(zhì)及時(shí)的帶走。

2.實(shí)現(xiàn)了冷凝液的快速回流。在熱管內(nèi)壁利用機(jī)械加工技術(shù)沿重力方向加工出帶有槽道結(jié)構(gòu)毛細(xì)列通道并用電化學(xué)方法對(duì)槽道表面進(jìn)行處理，形成了超疏水槽道表面，減小了冷凝液與熱管內(nèi)壁的粘性附著力，能夠使冷凝工質(zhì)液沿槽道在重力和毛細(xì)力的共同作用下迅速的回流，避免出現(xiàn)熱管工質(zhì)干涸的現(xiàn)象。

3.冷凝段頂部實(shí)現(xiàn)了珠狀凝結(jié)，而珠狀凝結(jié)是凝結(jié)換熱系數(shù)最高的換熱方式，因此提高了冷凝換熱系數(shù)，能夠使冷凝的熱量快速的傳遞出熱管，保證了熱管能夠正常穩(wěn)定的工作。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明所述熱管的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的剖面圖

圖2為圖1所示實(shí)施例中熱管內(nèi)壁的形狀示意圖

圖3為圖2的C-C視圖

圖中：1、冷凝段，2、絕熱段，3、蒸發(fā)段，4、冷凝段頂部，5、毛細(xì)列通道，6、密閉真空腔，7、熱管工質(zhì)，8、劃痕淺槽表面。9、槽道，10、肋道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖具體說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例：

附圖1是熱管的剖面圖，包括冷凝段1，絕熱段2，蒸發(fā)段3，冷凝段頂部4，毛細(xì)列通道5，密閉真空腔6，熱管工質(zhì)7，劃痕淺槽表面8。其中冷凝段1和蒸發(fā)段3是由導(dǎo)熱系數(shù)高的材料制成，如紫銅，導(dǎo)熱系數(shù)為394～401W/m·K；絕熱段2是由導(dǎo)熱系數(shù)低的材料制成，如如鋼，導(dǎo)熱系數(shù)為36～54W/m·K；三者通過(guò)無(wú)縫焊接構(gòu)成整體；然后在內(nèi)壁加工具有槽道結(jié)構(gòu)的毛細(xì)列通道5；槽道結(jié)構(gòu)如附圖2、3所示，毛細(xì)列通道5由間隔排列槽道9和肋道10組成。首先通過(guò)用電化學(xué)刻蝕表面，再通過(guò)草酸陽(yáng)極氧化來(lái)構(gòu)造微納米雙重結(jié)構(gòu)粗糙表面，最后通過(guò)表面氟硅烷修飾槽道表面，形成超疏水槽道表面，即超疏水毛細(xì)列通道。毛細(xì)列通道5由于連接到蒸發(fā)段3所以當(dāng)蒸發(fā)段3中的熱管工質(zhì)在受熱蒸發(fā)后，使得熱管工質(zhì)液面下降，下降的液面對(duì)毛細(xì)列通道5中的冷凝液有毛細(xì)作用力，同時(shí)毛細(xì)列通道5中的冷凝液自身也受到重力的作用，所以冷凝液同時(shí)受到重力和毛細(xì)力的作用，能夠迅速的回流到蒸發(fā)段3，避免了熱管工質(zhì)的干涸。毛細(xì)列通道5槽道寬度依據(jù)熱管所用工質(zhì)不同而不同，因?yàn)椴煌べ|(zhì)的表面張力不同，造成與槽道壁的粘性附著力也不同。若工質(zhì)是二次蒸餾水，則槽道寬度為1.5mm。冷凝段頂部4同樣用電化學(xué)處理方法處理，形成超疏水冷凝表面。這樣，所形成的超疏水表面使得冷凝段頂部4冷凝時(shí)形成珠狀凝結(jié)，眾所周知，珠狀凝結(jié)是換熱效率最高的凝結(jié)方式。蒸發(fā)段底面表面進(jìn)行劃痕處理形成劃痕淺槽表面8，這樣蒸發(fā)段的受熱面在受到來(lái)自芯片的急速升溫時(shí)會(huì)增加氣化核心的數(shù)量，實(shí)驗(yàn)證明換熱系數(shù)比光滑受熱面的換熱系數(shù)提高3倍，保證了熱量被熱管工質(zhì)迅速的吸收，避免了散熱芯片的急速升溫，而芯片的急速升溫是導(dǎo)致芯片損壞的最大威脅。所有部分均通過(guò)無(wú)縫焊接鏈接而成，保證熱管的密閉性。