[發(fā)明專利]一種熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310228822.0
• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103335550A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王釩旭;丁鑫銳;湯勇;李宗濤;陳光高
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種吸液芯，特別是涉及一種熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯及其制造方法。

背景技術(shù)

熱柱作為一種特殊的熱管，在具備有高導(dǎo)熱率、高可靠性、熱響應(yīng)快、無需外加驅(qū)動力的同時(shí)，將熱管圓柱狀的蒸發(fā)段改進(jìn)為一蒸發(fā)平面，從而能將其直接壓合于電子芯片上進(jìn)行導(dǎo)熱，已成為了當(dāng)前高熱流密度電子芯片散熱的理想元件。由于微電子制造技術(shù)的快速發(fā)展，采用高集成化，微型化的電子芯片已是大勢所趨，這對熱柱的傳熱性能有了更高的要求，因此提高熱柱的傳熱性能仍是關(guān)鍵。熱柱的傳熱性能主要由毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)決定，目前常用的燒吸液芯結(jié)構(gòu)包括燒結(jié)型、溝槽型和絲網(wǎng)型。燒結(jié)式吸液芯具有較大的毛細(xì)抽吸力，傳熱量較大，但存在毛細(xì)壓力提高的同時(shí)液體回來阻力增大的矛盾，且存在一定的方向性；溝槽式吸液芯槽道液體流動阻力小，但毛細(xì)壓力小，傳熱量較小，熱柱方向性很強(qiáng)；而絲網(wǎng)式吸液芯可得出很高的傳熱性能，但因制造工藝重復(fù)性差已基本被淘汰。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有用于熱柱的吸液芯的不足，提出一種熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯及其制造方法，該復(fù)合吸液芯具有熱阻低，導(dǎo)熱率高，能在不同角度高性能工作的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯：該復(fù)合吸液芯為圓柱狀結(jié)構(gòu)，包括蒸汽干道和毛細(xì)層；毛細(xì)層為多段沿復(fù)合吸液芯軸向堆疊的銅粉燒結(jié)式毛細(xì)層，不同段的毛細(xì)層具有不同的孔隙率，從接近熱源處起，毛細(xì)層孔隙率由小到大沿吸液芯軸向梯度排列；燒結(jié)所用銅粉粒徑為100～400網(wǎng)目；蒸汽干道為空心結(jié)構(gòu)，貫穿整個(gè)毛細(xì)層，包括主蒸汽干道和副蒸汽干道；主蒸汽干道位于圓柱形復(fù)合吸液芯中心，副蒸汽干道為多個(gè)，位于主蒸汽干道外周；多個(gè)副蒸汽干道，以及副蒸汽干道與主蒸汽干道之間間隔；主蒸汽干道的橫截面積大于副蒸汽干道的橫截面積，主蒸汽干道的橫截面積至少占所述吸液芯橫截面總面積的六分之一；蒸汽干道底面距離吸液芯底面0.5～2mm，蒸汽干道頂面位于吸液芯頂面。

優(yōu)選地，各個(gè)副蒸汽干道的橫截面積相同。所述主蒸汽干道和副蒸汽干道的橫截面為圓形、矩形、三角形或不規(guī)則形狀。各個(gè)副蒸汽干道均勻分布在主蒸汽干道外周。毛細(xì)層數(shù)量與各毛細(xì)層的軸向高度可變。

所述熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯的一體化制造方法：包括以下步驟：

（1）在熱柱管殼內(nèi)放入主蒸汽干道和副蒸汽干道對應(yīng)形狀的芯棒，形成吸液芯填充空間，按目數(shù)從大到小的順序和毛細(xì)層燒結(jié)用銅粉層級要求依次往管殼填充銅粉顆粒；

（2）將填粉完的熱柱管殼置于燒結(jié)爐加熱升溫，燒結(jié)爐升溫速度控制為3℃/min～5℃/min,并在加熱至750℃～800℃時(shí)保溫30‐35分鐘，然后在850℃～900℃溫度下保溫?zé)Y(jié)30min～60min；燒結(jié)爐為氫氣、氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛燒結(jié)爐或真空燒結(jié)爐中的任意一種；

（3）燒結(jié)完成后，爐冷至室溫，取出熱柱管殼，拔出芯棒后即在管殼內(nèi)部得到與熱柱管殼一體化的熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯。

所述的熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯的組裝制造方式，包括以下步驟：

（1）在模具內(nèi)放入主蒸汽干道和副蒸汽干道對應(yīng)形狀的芯棒，形成吸液芯填充空間，按目數(shù)從大到小的順序和毛細(xì)層燒結(jié)用銅粉層級要求依次往管殼填充銅粉顆粒；

（2）將填粉完的模具置于燒結(jié)爐加熱升溫，燒結(jié)爐升溫速度控制為3℃/min～5℃/min,并在加熱至750℃～800℃時(shí)保溫30‐35分鐘，然后在850℃～900℃溫度下保溫?zé)Y(jié)30min～60min；燒結(jié)爐為氫氣、氬氣或氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛燒結(jié)爐或真空燒結(jié)爐中的任意一種；

（3）燒結(jié)完成后，爐冷至室溫，取出模具，拔出芯棒，脫模后可得多蒸汽干道復(fù)合多孔材料；

（4）再將多蒸汽干道復(fù)合多孔材料裝入熱柱殼體中，置于燒結(jié)爐燒結(jié)后即得到熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯。

所述的熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯的制造方法，可采用石墨或者不銹鋼做為芯棒和模具原材料，可在芯棒和模具表面噴涂一層抗高溫的脫模劑，以減少芯棒在撥出時(shí)的拔出力及多孔材料脫模時(shí)的脫模力，避免吸液芯結(jié)構(gòu)遭到破壞、芯棒拔不出或脫模失敗。

所述的熱柱陣列蒸汽干道復(fù)合吸液芯，其銅粉顆粒之間的粘結(jié)形態(tài)以及孔隙形態(tài)都受到吸液芯燒結(jié)溫度的較大影響。溫度過低，銅粉顆粒之間的粘結(jié)不充分，吸液芯結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠；溫度過高，銅粉顆粒之間會粘結(jié)成塊狀，無明顯的孔隙結(jié)構(gòu)。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，確定合理的燒結(jié)溫度范圍為850℃～900℃。