一种实现无热交换能力的密闭腔体的多级储能散热技术制造技术

一种用于实现无热交换能力的密闭腔体内大功率器件散热的多级控温蓄热储能机构，该蓄热储能机构包括金属封装的一级相变蓄热冷板、一端嵌入二级储能器的柔性导热带体，与非金属材料封装的二级相变蓄能器。该多级控温蓄热储能机构可以实现大功率器件在近端空间受限时，将热量分为两部分以实现多级控温蓄能目的。一部分热量被直接贴合器件的金属封装相变冷板吸收；另一部分热量经由器件下方的金属冷板贯穿柱至柔性导热带体，将热量通过柔性传导方式再传至大功率器件远端空间，被泡沫封装的二级蓄能器吸收。该多级控温蓄热储能机构可以在无外界热交换条件且功率器件近端空间受限条件下，轻量化地实现热量的快速转移与吸收，以保证功率器件内晶圆温度不超过耐受温度。证功率器件内晶圆温度不超过耐受温度。

【技术实现步骤摘要】
一种实现无热交换能力的密闭腔体的多级储能散热技术


[0001]本专利技术属于热管理
，具体涉及一种针对无热交换能力的密闭腔体且近功率器件空间受限的多级储能散热技术。

技术介绍

[0002]随着电子信息技术的飞速发展，高性能、大功耗、小体积的电子产品被广泛的应用到军品、民品等领域，同时所带来的问题是电子设备内部的总功耗及热流密度也再不断增加。在正常工作范围内，芯片温度每升高10℃，其运行寿命就会减半。有研究表明，电子产品的失效有55%是由芯片温度过高而导致的。为了保证电子设备的正常、稳定运行，则需要对发热元器件等进行有效的散热设计。
[0003]常规的电子器件散热手段是电子器件贴合金属冷板，进行热量均匀，再通过空气对流等手段实现金属冷板的热量耗散。然而针对无热交换能力的密闭腔体,例如聚合物基材料的密闭腔体，内腔的功率器件无法与环境进行热交换，只能借助内腔填充相变材料进行被动热量蓄积。目前国内的做法是做一个大块的金属相变冷板去封装足够吸热能力的相变材料来实现。但当遇到功率器件近端空间受限，无法通过增大冷板的体积以填充需要的相变材料时，往往束手无策。
[0004]而近年来随着军品产品小型化，轻量化的发展，以及军品性能指标的提高所带来的环境温度提高，无热交换能力的密闭腔体散热问题出现的越来越多。再加之国产化器件的封装热阻过大，可靠性不足，导致国产化器件的温度耐受能力下降。急需出现一种不同于常规金属相变冷板的解决思路去解决这一通用问题。
[0005]因此，一种针对无热交换能力的密闭腔体且功率器件近端空间受限的多级储能散热技术应运而生，该机构需满足以下条件：1）一级相变蓄热冷板可快速吸收密闭腔体内发热器件的热量，降低器件的瞬时温度，防止晶圆温度过高而损毁；2）发热器件近端的空间受限，近端热沉不足以吸收全部热量时，可利用柔性导热带将热量传递至远端热沉（二级相变蓄能器）进行吸收散热；3）远端热沉（二级相变蓄能器）具有良好的导热率和吸热能力，防止热量堆积在传热链路前端。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：为了解决
技术介绍
中提出的技术要求，本专利技术提出了一种用于无热交换能力密闭腔体内大功率器件散热的多级控温蓄热储能机构。其能够实现在无热交换能力密闭腔体的狭小空间内，不受产品内部结构和布局的限制，可高效率的将热源热量从近端的一级相变蓄热冷板转移至远端的二级相变蓄能器中，为芯片提供一个快速的降温措施，从而确保电路板的正常工作状态，延长使用寿命；且相变蓄能器的封装泡沫密度小，可有效降低系统整体的重量，达到轻量化的目的。
[0007]技术方案：请参考附图1，该图示显示本申请实施例提供的多级控温蓄能机构的原理结构示意图。该多级控温蓄能机构，包括金属封装的一级相变蓄热冷板，一端嵌入二级蓄能器的柔性导热带体，与非金属材料封装的二级相变蓄能器。
[0008]本专利技术关于金属封装的一级相变蓄热冷板的加工制造步骤是：1]所述的一级相变蓄热冷板的封装材料为高导热金属，包括但不限于铝6063
‑
T5、紫铜、铝基金刚石；2]根据热源器件的尺寸、功耗及需要互连的外部接口，设计金属冷板外壳（底腔1和盖板5），进行CNC加工；3]底腔1包含与芯片的贴合凸台2，内腔有导热立柱11，以及相变材料的环形填充区12和13；4]选用相变潜热不低于150J/g，相变起始点约为80℃左右的相变材料A，根据底腔填充区12的形状将复合材料A模压成型。选用相变潜热不低于220J/g，相变起始点约为90℃的相变材料B，根据底腔填充区13的形状将复合材料B模压成型；5]将模压成型后的相变材料A与相变材料B分别填充到相对应的区域；6]底腔1与盖板5扣合、压紧，通过激光焊接或者搅拌摩擦焊等方法，进行密封处理。
[0009]上述一级相变蓄热冷板由底腔1、盖板5、相变复合材料A3、相变复合材料B4组成，相变复合材料A3和相变复合材料B4填充在底腔1内，在加热加压的条件下进行封装。
[0010]本专利技术关于包含柔性导热带的非金属封装二级相变蓄能器组件的加工制造方案是：1]导热带带体8材料选取碳系柔性高导材料，包括但不限于石墨烯、石墨纸、热解石墨、高导碳纤维的柔性制品；2]根据设计要求，确定导热带带体宽度和厚度，带体原材料的一面涂均匀的一层热敏胶，按要求叠覆成S形，利用热压机热压方式形成导热带带体芯层；3]将导热带带体的一端通过热等静压的方式与金属端头7实现紧密扣合；4]导热带的另一端带体直接插入到相变材料C9的预成型模具中，插入长度以贯穿相变材料C9为宜，随后再将加热熔融的相变材料C9倒入预成型模具在加热加压的条件下进行模压成型；5]二级相变蓄能器的壳体材料为非金属材料，优选为PMI泡沫，通过CNC加工，形成外腔与空间适配，内腔与相变材料C9适配的壳体腔10与壳体盖板6；6]将模压成型的带导热带外露端的相变材料C9与壳体腔10进行装填后，再通过胶粘剂实现与壳体盖板6的粘接；7]对导热带带体外露部分8进行阻热辐射及防护封装，包括但不限于双面镀铝聚酯薄膜/涤纶网、聚酰亚胺薄膜、PET薄膜、丙烯酸薄膜的一种或几种。
[0011]上述包含柔性导热带的非金属封装二级相变蓄能器组件整体由壳体盖板6、金属端头7、导热带带体8、壳体腔10组成。
[0012]上述多级控温蓄热储能机构由一级相变蓄热冷板、柔性导热带、二级相变蓄能器组成，发热器件与一级相变蓄热冷板的凸台2相贴，导热带端头7通过螺钉连接一级相变蓄热冷板，从而实现了部分热量经一级相变蓄热冷板向二级相变蓄能器的转移，实现了一级
相变蓄能与刚性传导—柔性传导—二级相变蓄能的并联。该机构可实现在发热器件近端空间受限的情况下，轻量化地吸收并快速转移功率器件的热量，保证了晶圆温度不超过耐受温度。
[0013]有益效果：1）在无外界热交换条件且功率器件近端空间受限条件下，采用体积较小的一级相变蓄热冷板与发热器件紧密贴合，底腔1与盖板5之间填充相变复合材料A3和相变材料B4，采用压合、焊接工艺，使相变冷板与相变材料充分接触，发热器件产生的热量可快速传递至相变冷板上，直接采用吸热解决内部温度过高，极大程度上为发热器件提供了应急保护、降温的作用；2）利用柔性导热带连接近端与远端的热沉。具体为柔性导热带一侧的金属端头与一级相变蓄热冷板的盖板通过螺栓连接，另一端嵌入到二级相变蓄能器中，且柔性导热带垂向和面向都具有极高的导热率，可高效的实现在狭窄空间内将热量从近端传递至远端热沉；3）柔性导热带带体在空间裸露段进行耐热、绝缘、阻热辐射材料包覆，防止碳材微粉逸出污染电子产品，同时阻隔导热带带体对内腔环境的加热，柔性导热带带体在二级相变蓄热装置的内腔填埋段不做自身包覆处理，以减小接触热阻，提高热传递效率；4）复合相变材料C9的相转变温度低于复合相变材料B4的相转变温度，以达到二级相变散热器在大量热量涌入过程蓄积热量的目的，并通过对流换热和热辐射实现与外界环境的缓慢热交换，复合相变材料A3的相转变温度低于复合相变材料B4的相转变温度，以更好地对温度进行控制。
[0014]本专利技术相比现有技术的优点：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于实现无热交换能力的密闭腔体内大功率器件散热的多级控温蓄热储能机构，该蓄热储能机构包括金属封装的一级相变蓄热冷板、一端嵌入二级储能器的柔性导热带体，与非金属材料封装的二级相变蓄能器。2.根据权利要求1所述的无热交换能力的密闭腔体，包括但不限于塑料制品（PEEK、PI、PPS等）、硅胶制品、聚合物基纤维制品（碳纤、玻纤、PBO纤维等）。3.根据权利要求1所述的多级控温蓄热储能机构，其中，所述一级相变蓄热冷板的特征在于：1] 蓄热冷板选择金属高导热材料，包括但不限于铝合金（例：6063
‑
T5）、紫铜、铝基金刚石，其正面有凸台或凹台，通过热界面材料，实现冷板与发热器件的紧密贴合；2] 蓄热冷板除大功率器件下方外，其他部位为包含辐射状金属骨架的中空结构；3] 蓄热冷板在大功率器件下方为金属实心立柱，立柱的反面与导热带端头配打螺纹孔，以实现立柱与导热带金属端头的螺接；4] 蓄热冷板的辐射状中空结构环绕金属立柱产生，并物理上至少包含两个分区，分区内填充不同的相变材料，近金属立柱区填充复合相变材料A，远金属立柱区填充复合相变材料B；5] 蓄热冷板的背板为一类环形薄金属板（金属立柱存在区域掏空），待蓄热冷板内腔的相变材料填充完成后，将蓄热冷板的背板与蓄热冷板的主体通过焊接（包括但不限于搅拌摩擦焊、激光焊接等）或粘接形式进行封装。4.根据权利要求1所述的多级控温蓄热储能机构，其中，所述的柔性导热带体特征在于：1] 柔性导热带的带体材料为碳系柔性高导材料，包括但不...

【专利技术属性】
技术研发人员：何郧，
申请(专利权)人：西安聚变材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：