具有润湿性图案化表面的均热板制造技术

本申请描述了无芯均热板和混合均热板。示例无芯均热板包括润湿性图案化冷凝器，其被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝；和润湿性图案化蒸发器。润湿性图案化蒸发器被配置为：i)接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物和ii)沿着在润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域将冷凝物输送至润湿性图案化蒸发器的一个或多个热域部分。示例性混合均热板包括润湿性图案化冷凝器，其被配置为沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案域控制蒸汽冷凝；以及蒸发器，其被配置为接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物。来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有润湿性图案化表面的均热板
[0001]相关申请
[0002]本申请要求以下美国临时专利申请的优先权，每份临时专利申请的全部内容均通过引用并入本文：2020年9月23日提交的美国临时专利申请号63/082,250，名称为Vapor Chamber/Heat Spreader With Wickless Wettability
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Patterned Condenser and Related Applications(具有无芯润湿性图案化冷凝器的均热板/散热片及相关应用)；2021年5月27日提交的美国临时专利申请号63/194,094，名称为Vapor Chamber/Heat Spreader With Wickless Wettability
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Patterned Condenser and Related Applications(具有无芯润湿性图案化冷凝器的均热板/散热片及相关应用)；以及2021年6月4日提交的美国临时专利申请号63/197,173，名称为Vapor Chamber/Heat Spreader With Wickless Wettability
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Patterned Condenser and Related Applications(具有无芯润湿性图案化冷凝器的均热板/散热片及相关应用)。
[0003]美国政府利益申明
[0004]本专利技术是在海军研究办公室授予的FA4600
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D
‑/>9000
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FU909和海军研究办公室授予的N00014
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2025的政府支持下完成的。政府对本专利技术享有某些权利。


[0005]本公开总体上涉及热传递和热管理，并且具体而言，涉及促进热管理中遇到的热传递的均热板(vapor chamber)。

技术介绍

[0006]热流控制研究吸引了学术界和工业界的极大兴趣，尤其是在电子器件热管理领域。电子器件尺寸的不断减小与功率输出的不断增加的结合推动散热技术的极限。诸如均热板之类的热扩散装置为该问题提供了解决方案，并且可以比固体金属散热器更有效地散热。
[0007]均热板是密封的中空装置，其携带相变液体以获得高效导热性(低热阻)，这是通过薄膜蒸发或者甚至是接触该装置(蒸发器)的发热侧的液体沸腾产生的蒸汽扩散产生的。以这种方式产生的蒸汽在该装置的冷却侧冷凝，冷凝物通过毛细管作用返回蒸发器，重新开始相变循环。
[0008]传统的均热板包括铜芯内衬内壁，并且根据装置的定位，可以利用多种液体，例如水、丙酮或乙醇，以达到低至0.1K/W的装置热阻。还开发了混合设计，例如，Boreyko和Chen将蒸发器上的传统芯结构与功能化超疏水冷凝器表面相结合，以获得大约10kW/m2K的传热系数。Shaeri等人用疏水蒸发器和芯内衬冷凝器解决了相反的问题，并报告了约0.35K/W的热阻。还开发了基于硅晶片的均热板，热阻低至约0.25K/W。除了已发表的实验工作外，研究人员还尝试使用简化模型和复杂的CFD类型分析来分析检查均热板。
[0009]一些均热板利用毛细管作用，通过使用芯以围绕装置内部无泵地移动冷凝流体。然而，实现快速传输所需的小孔径会导致高粘性损失，随之而来的高压降会降低性能。这不
仅限制了运输速度，也限制了运输距离。因此，随着通过均热板的热通量增加，在室内循环的流体质量流量必须相应增加，以防止加热区域内可能导致热失控的干涸。当粘性损失上升到超过毛细管压力的点时，装置就有热失控的危险。这定义了这些装置中的毛细管限制，其中芯尺寸和特性(孔径、材料等)是增加在装置达到热失控之前装置可以处理的最大热通量的限制因素，其中热失控可能会带来灾难性后果。
[0010]因此需要改进。

技术实现思路

[0011]在一个示例方面，提供了一种无芯均热板。无芯均热板包括润湿性图案化冷凝器，其配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝。无芯均热板还包括润湿性图案化蒸发器，其被配置为：i)从润湿性图案化冷凝器接收冷凝物和ii)沿着在润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域将冷凝物输送到润湿性图案化蒸发器的热域部分。
[0012]在另一个示例方面，提供了一种包括热源和无芯均热板的系统。无芯均热板可操作地连接到热源并且包括润湿性图案化冷凝器和润湿性图案化蒸发器。润湿性图案化冷凝器被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝。润湿性图案化蒸发器被配置成：i)接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物和ii)沿着在润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域将冷凝物输送到润湿性图案化蒸发器的热域部分。
[0013]在另一个示例方面，提供了一种方法。该方法包括：i)在第一板的表面上形成冷凝器润湿性图案；ii)在第二板的表面上形成蒸发器润湿性图案；iii)平行地连接第一板和第二板以形成无芯均热板；iv)使用真空泵排空第一板表面和第二板表面之间的蒸汽空间；v)向蒸汽空间供应相变液体。
[0014]在另一个示例方面，提供了一种用于无芯均热板的润湿性图案化蒸发器。润湿性图案化蒸发器包括图案化域，其形成在润湿性图案化蒸发器上并被配置为：i)从润湿性图案化冷凝器接收冷凝物和ii)沿着图案化域将冷凝物输送至润湿性图案化蒸发器的热域部分。
[0015]在另一个示例方面，提供均热板。均热板包括润湿性图案化冷凝器和蒸发器。润湿性图案化冷凝器被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝。蒸发器被配置为接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物。
[0016]在另一个示例方面，提供了一种包括热源和均热板的系统。均热板可操作地连接到热源并且包括润湿性图案化冷凝器和蒸发器。润湿性图案化冷凝器被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝。蒸发器被配置为接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物。
[0017]在另一个示例方面，提供了一种方法。该方法包括：i)在第一板上形成冷凝器润湿性图案；ii)平行地连接第一板和第二板以形成均热板；iii)使用真空泵排空第一板表面和第二板的表面之间的蒸汽空间；iv)向蒸汽空间供应相变液体。
[0018]本领域普通技术人员通过阅读以下详细描述并适当地参考附图后，这些内容以及其他方面、优点和备选方案将变得显而易见。
附图说明
[0019]图1是具有芯吸柱的混合均热板的示例的剖视图。
[0020]图2是图1的均热板的俯视图。
[0021]图3说明了示例冷凝器润湿性图案。
[0022]图4显示了示例润湿性图案化冷凝器的表面轮廓。
[0023]图5示出了没有芯吸柱的混合均热板的另一个示例的剖视图。
[0024]图6显示了控制装置的实验结果。
[0025]图7
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图10显示了示例混合均热板的实验结果。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种无芯均热板，包括：润湿性图案化冷凝器，所述润湿性图案化冷凝器被配置成沿着在所述润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝；和润湿性图案化蒸发器，所述润湿性图案化蒸发器被配置为：i)从所述润湿性图案化冷凝器接收冷凝物和ii)沿着在所述润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域，将所述冷凝物输送到所述润湿性图案化蒸发器的热域部分。2.根据权利要求1所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化冷凝器的图案化域被配置为在收集域处收集所述冷凝物并将所述冷凝物从所述收集域返回至所述润湿性图案化蒸发器的图案化域。3.根据权利要求2所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化蒸发器的所述图案化域和所述润湿性图案化冷凝器的所述收集域基本上匹配以促进循环冷凝过程，所述循环冷凝过程将热量从所述润湿性图案化蒸发器传递至所述润湿性图案化冷凝器。4.根据权利要求3所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化冷凝器的所述收集域是超亲水区域，所述超亲水区域被定位以将所述冷凝物桥接至所述润湿性图案化蒸发器的所述图案化域。5.根据权利要求4所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化冷凝器的所述收集域包括圆形端孔。6.根据权利要求1所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化冷凝器的表面包括促进膜状冷凝的可润湿域和促进滴状冷凝的不可润湿域的图案。7.根据权利要求6所述的无芯均热板，其中，所述不可润湿域包括疏水区域，所述疏水区域将所述润湿性图案化冷凝器的所述图案化域分成具有相应收集域的独立的超亲水区域。8.根据权利要求1所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化蒸发器的表面包括可润湿域和不可润湿域的图案，所述图案被配置为将所述冷凝物输送到所述热域部分。9.根据权利要求1所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化蒸发器的热域部分包括被配置为积聚所述冷凝物的超亲水区域。10.根据权利要求1所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化蒸发器的图案化域被配置成将所述冷凝物输送到所述润湿性图案化蒸发器的多个热域部分。11.根据权利要求10所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化蒸发器包括疏水区域，所述疏水区域将所述图案化域分为独立的超亲水区域，所述超亲水区域经布置以处理相应的热域部分。12.根据权利要求1所述的无芯均热板，其中，所述热域部分是所述润湿性图案化蒸发器的被配置成覆盖热源的部分。13.根据权利要求1所述的无芯均热板，其中，所述无芯均热板被配置为通过以下方式作为热二极管操作：能够实现从所述润湿性图案化蒸发器到所述润湿性图案化冷凝器的热传递，以及阻碍相反方向的热传递。14.根据权利要求1所述的无芯均热板，其中，还包括位于所述润湿性图案化蒸发器和所述润湿性图案化冷凝器之间的间隔件。
15.根据权利要求14所述的无芯均热板，其中，所述润湿性图案化蒸发器和所述润湿性图案化冷凝器之间的间距小于一毫米。16.根据权利要求1所述的无芯均热板，其中，被配置为蒸发和冷凝选自包括以下项的组：水、乙二醇、碳氢化合物、油、氨、溶剂、酒精、制冷剂和介电流体。17.一种系统，包括：热源；和可操作地连接到所述热源的无芯均热板，所述无芯均热板包括：润湿性图案化冷凝器，所述润湿性图案化冷凝器被配置成沿着在所述润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝；和润湿性图案化蒸发...

【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：伊利诺伊大学董事会，
类型：发明
国别省市：