[發(fā)明專利]用于超高熱流密度下的熱沉及其制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810143868.5
• 申請(qǐng)日: 2018-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108168345A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周文斌;胡學(xué)功;張桂英
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
• 主分類號(hào): F28D15/04
• 分類號(hào): F28D15/04
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 曹玲柱

本公開(kāi)提供一種用于超高熱流密度下的熱沉及其制造方法，包括：熱沉基板，用于為發(fā)熱器件散熱，包括：開(kāi)放式通道，設(shè)置在所述熱沉基板的任一板面上，利用毛細(xì)現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)散熱工質(zhì)沿所述開(kāi)放式通道流動(dòng)；以及親水涂層，設(shè)置在所述開(kāi)放式通道的表面，該親水涂層表面生成有極性分子基團(tuán)，所述親水涂層和所述極性分子基團(tuán)用于提高所述開(kāi)放式通道的補(bǔ)液能力。本公開(kāi)提供的用于超高熱流密度下的熱沉通過(guò)設(shè)置親水涂層以及親水涂層表面的極性分子基團(tuán)，大大增加開(kāi)放式通道內(nèi)的毛細(xì)壓力梯度，使得在超高熱流密度下熱沉具有及時(shí)補(bǔ)液能力，保證了超高熱流密度下熱沉的高換熱性能及高可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及相變換熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于超高熱流密度下的熱沉及其制造方法。

背景技術(shù)

伴隨著電子產(chǎn)業(yè)高性能、微型化、集成化的發(fā)展趨勢(shì)，電子器件的功率密度越來(lái)越大，例如：采用塊體熒光轉(zhuǎn)換材料的COB(Chip On Board)集成LED單光源的功率密度達(dá)到50～500W/cm²，由此帶來(lái)電子器件的發(fā)熱熱流密度迅猛增大。定義20～150W/cm²為高熱流密度；當(dāng)熱流密度超過(guò)150W/cm²時(shí)，已經(jīng)超過(guò)常規(guī)尺寸表面發(fā)生池沸騰相變換熱的臨界熱流密度，定義為超高熱流密度。在高熱流密度下，電子器件的高強(qiáng)度發(fā)熱量如果不能有效散去，將會(huì)導(dǎo)致器件溫度迅速升高，嚴(yán)重降低器件和系統(tǒng)的性能、穩(wěn)定性和安全性。

現(xiàn)有技術(shù)中利用高性能的微/納尺度相變強(qiáng)化換熱技術(shù)，在熱沉表面構(gòu)建尺寸在幾十到幾百微米的開(kāi)放式微細(xì)通道陣列，其表面能夠發(fā)生復(fù)合相變強(qiáng)化傳熱過(guò)程。開(kāi)放式微細(xì)通道陣列形成的毛細(xì)壓力梯度可以驅(qū)動(dòng)液體工質(zhì)流動(dòng)，并在通道內(nèi)三相接觸線區(qū)域促進(jìn)形成擴(kuò)展彎月面蒸發(fā)薄液膜，從而創(chuàng)造高強(qiáng)度的純蒸發(fā)換熱條件，而在更高熱負(fù)荷條件下，會(huì)發(fā)生薄液膜蒸發(fā)和厚液膜區(qū)域內(nèi)核態(tài)沸騰的復(fù)合相變換熱，是一種典型的高性能被動(dòng)式微尺度相變換熱技術(shù)，能夠被用來(lái)實(shí)現(xiàn)低熱阻和小溫差條件下的高換熱系數(shù)和高熱流密度的換熱過(guò)程。這種具有開(kāi)放式微細(xì)通道陣列的熱沉能有效解決高熱流密度下電子器件的散熱問(wèn)題。

然而在實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)的過(guò)程中，本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，在超高熱流密度條件下，隨著熱流密度的進(jìn)一步升高，熱沉的開(kāi)放式微細(xì)通道陣列內(nèi)的液體工質(zhì)將變得極容易干涸，一旦液池內(nèi)的液體工質(zhì)沒(méi)有及時(shí)補(bǔ)充到干涸處，則無(wú)法繼續(xù)形成薄液膜和厚液膜區(qū)域，也就無(wú)法發(fā)生高強(qiáng)度的薄液膜蒸發(fā)和厚液膜核態(tài)沸騰的復(fù)合相變換熱，熱沉的散熱性能和可靠性大幅下降。

發(fā)明內(nèi)容

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

基于上述技術(shù)問(wèn)題，本公開(kāi)提供一種用于超高熱流密度下的熱沉及其制造方法，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中的熱沉在超高熱流密度條件下，熱沉的開(kāi)放式微細(xì)通道陣列內(nèi)的散熱工質(zhì)將極易干涸，且散熱工質(zhì)無(wú)法及時(shí)補(bǔ)充到干涸處，導(dǎo)致熱沉的散熱性能和可靠性大幅下降的技術(shù)問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供一種用于超高熱流密度下的熱沉，包括：熱沉基板，用于為發(fā)熱器件散熱，包括：開(kāi)放式通道，設(shè)置在所述熱沉基板的任一板面上，利用毛細(xì)現(xiàn)象驅(qū)動(dòng)散熱工質(zhì)沿所述開(kāi)放式通道流動(dòng)；以及親水涂層，設(shè)置在所述開(kāi)放式通道的表面，該親水涂層表面生成有極性分子基團(tuán)，所述親水涂層和所述極性分子基團(tuán)用于提高所述開(kāi)放式通道的補(bǔ)液能力。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，所述開(kāi)放式通道包括N條，N條所述開(kāi)放式通道并列設(shè)置；其中N≥10。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，所述開(kāi)放式通道的排列密度不小于5條/cm。

在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，其中：所述開(kāi)放式通道的寬度介于10μm至2000μm之間；所述開(kāi)放式通道的深度介于10μm至2000μm之間；兩相鄰所述開(kāi)放式通道的間距介于10μm至2000μm之間；所述親水涂層的厚度介于20nm至50μm之間。