一种超薄均热板及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超薄均热板及其制造方法。采用不同构造、厚度和孔隙的多孔介质作为吸液芯连接在不同厚度的上壳板与下壳板的内表面上，经焊接、抽真空、注液、封装等工艺制成超薄均热板。均热板的中间蒸汽腔采用单一结构或图案化结构的多孔金属为支撑层，保证工作介质气化后快速流动和促进气转液相的相变后快速回流，加速工质相变循环。本发明专利技术通过对吸液芯以及多孔金属支撑层的结构和内部空隙进行调控，可以制备出同时具有良好的毛细吸力、渗透率，并具有很高热导率的构件，由此制作得到的均热板具有散热效率高、重量轻、可靠性好，适合制造超薄结构，能够满足高热流密度的电子装备所需高导热效率和超薄化的要求，并且可以通过卷对卷连续生产的工艺进行制备，生产效率极高，非常适合于大规模工业生产。

【技术实现步骤摘要】
一种超薄均热板及其制造方法
本专利技术属于热传导
，涉及一种均热板技术，特别是涉及一种超薄均热板及其制造方法。
技术介绍
电子器件的微型化已经成为现代电子设备发展的主流趋势。电子器件特征尺寸不断减小(例如,微处理器的特征尺寸从1990年到2000年内从0.35µm减小到0.18µm),芯片的集成度、封装密度以及工作频率不断提高,这些都使芯片的热流密度迅速升高。研究表明,超过55%的电子设备的失效形式是由温度过高引起的,因此电子器件的热可靠性设计在电子器件发展中具有举足轻重的作用。随着手机、平板电脑、OLED电视机、可穿戴设备智能化等电子产品集成化和轻薄化程度的提高，人们在期望产品具有更轻薄的的外形以外，还希望它具有更高的计算速度和更好的多媒体性能，以满足高速、便携、移动工作或移动娱乐的要求。在市场需求端的强力引导下，电子器件不断地往高频、高速以及集成电路的密集和小型化的方向发展，使得单位容积电子器件的功耗剧增，带来了发热量快速增大，对散热器件的性能要求也越来越高，传统的散热材料比如金属箔、石墨片等材料已经难以满足要求。热管是一种相变传热器件，具有较高的导热系数和传热功率，热管工作时，将热源的热流从蒸发端传递到冷凝端，再从冷凝端通过热传导的方式传递到表面积较大的热沉，最后通过对流传热的方式将热量带走，其导热系数是现有金属材料的几十倍到几百倍。但常规热管从直径到厚度都在毫米级以上，难以适应手机内狭小的空间，例如，笔记本电脑或平板电脑的厚度己降低10mm，手机的厚度一般在8mm以下，燃料电池的散热间隙仅有3mm。目前常用的圆柱形热管或者压扁型热管，已经很难满足紧凑型高功率电子设备的散热需求，这促使热管朝着轻薄化方向发展。但随着热管厚度的降低，其内部汽-液高速对流引起的界面剪切力将会增大，传热能力受到限制。因此，热管在保证超薄化的同时，必须同时具有较强的传热能力，这是超薄热管领域的难点，也是热管领域研究的热点。现代智能手机、平板电脑等设备设计时给散热器件预留的厚度非常小，大多＜1mm，在如此薄的热管内部还需设置相互分离的气液通道，以保证工作时气液循环高效传热，这对普通热管的设计和制造工艺的要求非常高。由于热管的形状所限，其主要实现由热源到热沉的一维方向传热。而在大部分电子元器件中，二维平面上的传热更为常见。针对二维平面散热，另一种相变传热元件——均热板（Vaporchamber）应运而生。均热板是平板热管的一种，可以将聚集在热源表面的热流迅速传递并扩散到大面积的冷凝表面上，从而促进热量的散发，降低元器件表面的热流密度，保证其可靠工作。由于较低的热阻、良好的均温性能以及较高的临界热流密度，均热板目前广泛应用于大功率LED、CPU、GPU、高速硬盘等电子元器件的散热。现有技术中均热板的吸液芯一般为铜粉烧结式、或者金属丝网。使用烧结铜粉吸液芯的均热板，其制造过程中需向薄壁金属管内填入金属粉末然后进行烧结，其生产过程十分困难，一致性很难保证，在高温烧结时由于金属外壳层与铜粉烧结层的热膨胀系数不同，极易出现褶皱。而使用金属丝网的均热板，由于丝网结构存在渗透率较大，但毛细力小的特点，同时由于单层丝网烧结容易出现破裂和厚度太小导致工质量过少，因此在一般丝网烧结中，常采用多层结构层叠烧结。多层烧结的丝网结构容易出现层间接触不良，削弱传热性能。泡沫金属是一种孔隙率较高的多孔材料，其孔隙率一般在70%以上，甚至可达98%，且较易对孔径及孔隙率进行调整，高孔隙率使泡沫金属吸液芯具有较高的渗透率，可有效减小流体阻力；泡沫金属比表面积大，可增大吸液芯与工质之间的接触面积，有利于工质蒸发，减少蒸发热阻；泡沫金属还具有密度小的特点，重量仅为同体积金属的20～60%，而且厚度可低至0.2mm，因此可有效减小传导热阻，有望在超薄均热板中得到大规模应用。中国专利（CN104764350）公开了“一种泡沫铜为吸液芯的均热板制造方法”,采用泡沫铜（厚度0.1mm～3mm，孔径300nm～1000μm，孔隙率40%～95%）烧结在由相应的不同厚度的铜板或铜箔制成的上盖板和下底板上作为吸液芯，中间蒸汽腔采用一定厚度（≥0.8mm）的圆柱状或方形结构的泡沫铜作为支撑柱，经焊接、抽真空、注液、封装后制成均热板。其中支撑柱的直径为3～8mm，支撑柱之间的间隔为10～15mm。中国专利（CN104896983）公开了“一种超薄泡沫银为吸液芯的均热板制造方法”，采用泡沫银（厚度0.1mm～2mm，孔径300nm～1000μm，孔隙率40%～95%）烧结在由相应的不同厚度纯铜板或铜箔制成的上盖板与下底板上作为吸液芯，中间蒸汽腔采用一定厚度（≥0.8mm）的圆柱状或方形结构的泡沫银或铜作为支撑柱，经焊接、抽真空、注液、封装等工艺制成均热板。其中支撑柱的直径或尺寸为2～8mm，支撑柱之间的间隔为8～15mm。分离式的支撑柱很难大规模连续生产。在上述的两个现有技术中，使用了泡沫金属作为吸液芯和支撑柱。支撑柱的作用是支撑中间蒸汽腔，使其在均热板在抽真空除气后的结构不坍塌，由于支撑柱之间的间隔（8～15mm）比较大，如果使用比较比较薄的铜箔作为上下盖板，铜箔就会在支撑柱的间隔出有凹陷，影响均热板的导热性能，因此他使用的盖板厚度不能小于0.1mm，这种结构就限制了均热板的厚度。另外，现有技术使用的泡沫金属吸液芯是由不同孔径分布的连通孔构成，在泡沫内层的孔是完整的微孔，而最外层的孔是破碎的，以类似于微柱结构的形式附着于完整孔的外边一层，它的芯吸有效半径要大于内层的有效半径，其毛细力小于内层，因此，为了得到泡沫金属吸液芯的良好特性，其内部至少要保留至少一层的完整孔通道。如果为了高的渗透率而使用孔径比较大的泡沫金属吸液芯，那么吸液芯的厚度就会比较厚，同时带来吸液芯的毛细力下降；如果为了较低的厚度和较大的毛细吸力而使用孔径很小的泡沫金属吸液芯，那么液体在毛细芯内部的流动阻力就会很大，从而使均热板的传热能力降低。现有技术中的吸液芯难以同时满足厚度薄、毛细吸力大、和渗透率高这三个特点。在使用超薄的上下壳板，或是制作具有超薄厚度（＜1mm＝的均热板时，其采用独立分离式的支撑柱也很难支撑起均热板的结构而不坍塌。
技术实现思路
本专利技术公开的一种超薄均热板及其制造方法，所公开的超薄平均热板可以像普通热管一样由热源到热沉的一维方向快速传递热量，也可以使热量快速地沿径向在二维平面上的扩散。本专利技术的技术方案为：一种超薄均热板，结构是由上壳板、下壳板、吸液芯、多孔金属支撑层以及工作介质组成的超薄密闭腔室，其特征在于：（1）所述的上壳板、下壳板的厚度为0.01mm～1.0mm，材质为导热性和密闭性良好的金属及其合金或者非金属及化合物材料；（2）所述的吸液芯的厚度为0.02mm～1.5mm，是由以下四种材料的至少一种构成：采用平均粒径为0.01mm～0.5mm的金属粉末烧结得到的多孔介质；或者是在上壳板、下壳板的内表面通过电镀的方式得到的疏松多孔的毛细层；或者由平均厚度为0.4mm～3mm的一层或者两层以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超薄均热板，结构为由上壳板、下壳板、吸液芯、多孔金属支撑层以及工作介质组成的超薄密闭腔室，其特征在于：/n（1）所述的上壳板、下壳板的厚度为0.01mm～1.0mm，材质为导热性和密闭性良好的金属及其合金或者非金属及化合物材料；/n（2）所述的吸液芯的厚度为0.02mm～1.5mm，是由以下四种材料的至少一种构成：采用平均粒径为0.01mm～0.5mm的金属粉末烧结得到的多孔介质；或者是在上壳板、下壳板的内表面通过电镀的方式得到的疏松多孔的毛细层；或者由平均厚度为0.4mm～3mm的一层或者两层以上叠加的泡沫金属压缩得到的多孔介质，压缩后的泡沫金属孔隙率为30%～90%；又或者是将平均粒径为0.01mm～0.5mm的金属粉末填充到一层或者两层以上叠加的泡沫金属内部，经过烧结得到的多孔介质，烧结后得到的多孔介质孔隙率为30%～90%；/n（3）所述的多孔金属支撑层具有开孔的三维立体网状结构，厚度为0.1mm～15mm，其结构可以是图案化结构，也可以是单一结构，其中：图案化结构是指在多孔金属支撑层上设有凹槽，凹槽深度为0.02mm～14.5mm，槽底宽为0.05～30mm，槽顶宽为0.05～30mm；单一结构是指厚度均匀，没有进行过局部压缩或局部机械减薄加工的多孔金属；/n（4）所述工作介质填充于壳体的密闭内腔，工作介质为液体材料，其体积占比为吸液芯空隙的50%～300%。/n...

【技术特征摘要】
1.一种超薄均热板，结构为由上壳板、下壳板、吸液芯、多孔金属支撑层以及工作介质组成的超薄密闭腔室，其特征在于：
（1）所述的上壳板、下壳板的厚度为0.01mm～1.0mm，材质为导热性和密闭性良好的金属及其合金或者非金属及化合物材料；
（2）所述的吸液芯的厚度为0.02mm～1.5mm，是由以下四种材料的至少一种构成：采用平均粒径为0.01mm～0.5mm的金属粉末烧结得到的多孔介质；或者是在上壳板、下壳板的内表面通过电镀的方式得到的疏松多孔的毛细层；或者由平均厚度为0.4mm～3mm的一层或者两层以上叠加的泡沫金属压缩得到的多孔介质，压缩后的泡沫金属孔隙率为30%～90%；又或者是将平均粒径为0.01mm～0.5mm的金属粉末填充到一层或者两层以上叠加的泡沫金属内部，经过烧结得到的多孔介质，烧结后得到的多孔介质孔隙率为30%～90%；
（3）所述的多孔金属支撑层具有开孔的三维立体网状结构，厚度为0.1mm～15mm，其结构可以是图案化结构，也可以是单一结构，其中：图案化结构是指在多孔金属支撑层上设有凹槽，凹槽深度为0.02mm～14.5mm，槽底宽为0.05～30mm，槽顶宽为0.05～30mm；单一结构是指厚度均匀，没有进行过局部压缩或局部机械减薄加工的多孔金属；
（4）所述工作介质填充于壳体的密闭内腔，工作介质为液体材料，其体积占比为吸液芯空隙的50%～300%。


2.根据权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于所述的上、下壳板是由铜、铝、银、镍、钛、碳材料、云母、氮化硼中的任意一类材料或者是它们中的任意两种或两种以上制成的复合材料，或者是铜合金、铝合金、银合金、镍合金、钛合金材料；或者是由石墨、金刚石、云母、氮化硼中的任何一种组成的复合材料。


3.根据权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于所述的金属粉末是由铜、铝、银、镍、钛中的任意一类金属形成的单金属材料，或是铜合金、铝合金、银合金、镍合金、钛合金材料，或是以前述材料为基体进行表面镀膜或涂覆的多层复合材料。


4.根据权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于所述用于构成吸液芯的两层以上叠加泡沫金属可以是使用同种材质和规格所组成的，也可以是不同孔数（PPI）、厚度、面密度、材质所组成的。


5.根据权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于所述的多孔金属支撑层的图案化结构的凹槽可以是平行于长度或宽度方向排列，或者是与长度或宽度方向成特定角度排列，或者是在多孔金属支撑层上相互交叉，又或者是在多孔金属支撑层上以某一个点为中心点向外辐射状排列。


6.根据权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于所述的多孔金属支撑层是通过在聚氨酯海绵表面沉积金属层，再经过烧结还原得到的具有开孔的三维立体网状结构的多孔泡沫金属。


7.据权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于所述的工作介质的体积占比为吸液芯空隙的80%-150%。


8.根据权利要求1所述的一种超薄均热板，其特征在于所述的工作介质为以下材料的任意一种或者其混合物：氨、氟利昂、乙烷、丙酮、丁酮、水、乙醇、甲醇、甲苯、导热姆-A、导热姆-E。


9.根据权利要求1所述的一种超薄均热板，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦雁途，穆俊江，吴天和，施普宁，欧文俊，卢忠莹，桑康西，秦锦波，刘硕，邹高连，欧金文，
申请(专利权)人：梧州三和新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45