[發(fā)明專利]一種高效高可靠性平板熱管

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110953124.1
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113624050A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙強;張永起
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)長三角研究院（湖州）
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 成都正煜知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 51312
• 代理人: 李龍

一種高效高可靠性平板熱管，涉及平板熱管技術(shù)領(lǐng)域。其結(jié)構(gòu)包括具有高導(dǎo)熱系數(shù)、高楊氏模量特點的碳化硅封閉平板殼體，散熱工質(zhì)以及具有微孔結(jié)構(gòu)垂直生長的石墨烯互連陣列。微孔結(jié)構(gòu)垂直生長的石墨烯互連陣列置于碳化硅平板殼體內(nèi)部。該結(jié)構(gòu)結(jié)合了平板熱管的高勻熱優(yōu)點，石墨烯層面內(nèi)的高導(dǎo)熱優(yōu)點以及碳化硅的高硬度和低熱膨脹系數(shù)優(yōu)點，這些優(yōu)點協(xié)同作用的結(jié)果使得這種平板熱管不僅具有良好的勻熱和導(dǎo)熱性能，同時具有高溫工作條件下形變極小的特點，特別適用于各種高功率電子器件的散熱。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高效高可靠性平板熱管，屬于散熱技術(shù)領(lǐng)域。

技術(shù)背景

電力電子裝置內(nèi)部產(chǎn)生的高熱流密度對裝置的可靠性造成極大威脅。由于高溫導(dǎo)致的失效在所有電子設(shè)備失效中所占的比例大于50％，傳熱問題甚至成為了裝置朝小型化方向發(fā)展的瓶頸。電子元件除了對最高溫度的要求外，對溫度的均勻性也提出了要求。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子器件的微型化已經(jīng)成為現(xiàn)代電子設(shè)備發(fā)展的主流趨勢。電子器件特征尺寸不斷減小、芯片的集成度、封裝密度以及工作頻率不斷提高，這些都使芯片的熱流密度迅速升高。因此電路及其芯片散熱問題顯得格外突出。而平板熱管具有高的熱導(dǎo)率和良好的均溫性，成為解決電子散熱問題的很有前途的技術(shù)之一。

普通平板熱管整體結(jié)構(gòu)偏厚，體積較大難以適應(yīng)微小型電子結(jié)構(gòu)對散熱的需求。同時，目前普通熱管基本上都是采用金屬作為密封腔體，工作時金屬腔體難免會在大量熱的傳導(dǎo)過程中出現(xiàn)變形、凸起等情況，造成傳熱過程中的熱阻增大，使器件性能降低。另外，金屬材料與半導(dǎo)體器件的材料存在較大的熱失配，容易造成平板熱管與發(fā)熱器件脫離的情況，使其導(dǎo)熱、散熱性能大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種高效高可靠性平板熱管，該高效高可靠性平板熱管具有勻熱效果好、熱導(dǎo)率高，結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定好、與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容的優(yōu)點，特別適用于各種高功率電子器件的散熱。

本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種高效高可靠性平板熱管，包括碳化硅封閉平板殼體，置于碳化硅平板殼體內(nèi)部并與碳化硅封閉平板殼體上下內(nèi)表面形成熱接觸的微孔結(jié)構(gòu)垂直生長的石墨烯互連陣列，在碳化硅封閉平板殼體內(nèi)還設(shè)置有散熱工質(zhì)。

上述技術(shù)方案中，所述平板殼體采用具有高導(dǎo)熱系數(shù)120-160W/m·K、高楊氏模量410Gpa、低熱膨脹系數(shù)特4.4x10-6oC-1點的單晶碳化硅制成封閉的平板殼體。

上述技術(shù)方案中，單晶碳化硅制成封閉的平板殼體，是由兩塊鏡面對稱的帶有凹槽的碳化硅片鍵合而成的中空結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，碳化硅封閉平板殼體的厚度為0.5mm-1mm。

上述技術(shù)方案中，垂直生長的石墨烯為單層單晶結(jié)構(gòu)。

上述技術(shù)方案中，垂直生長的石墨烯橫向之間相互連接，形成蜂窩狀微結(jié)構(gòu)，具有良好的毛細力和虹吸力。

上述技術(shù)方案中，石墨烯互連陣列的厚度為100um-500um。

上述技術(shù)方案中，散熱工質(zhì)為蒸餾水、乙醇、甲醇、乙二醇的任一一種或多種混合物。

上述技術(shù)方案中，散熱工質(zhì)填充的體積占碳化硅平板殼體內(nèi)部空腔體積的5％-30％。

本發(fā)明因為采用上述技術(shù)方案，因此具備以下有益效果：

一、本發(fā)明的平板熱管在局部受熱以后，內(nèi)部填充的散熱工質(zhì)會通過相變過程迅速吸收大量的熱量，同時沿平板熱管面內(nèi)方向迅速勻熱，可以極大地降低局部熱點的溫度，避免發(fā)熱元件由于局部溫度過高造成的結(jié)構(gòu)崩塌。

二、本發(fā)明內(nèi)部填充的散熱工質(zhì)在受熱以后會從液態(tài)形態(tài)吸熱轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)形態(tài)，在吸收大量熱的同時會在壓力梯度的作用下傳質(zhì)至平板熱管另外一面，結(jié)合平板熱管外部熱沉實現(xiàn)快速散熱。