用于超高热流密度下的热沉及其制造方法技术

本公开提供一种用于超高热流密度下的热沉及其制造方法，包括：热沉基板，用于为发热器件散热，包括：开放式通道，设置在所述热沉基板的任一板面上，利用毛细现象驱动散热工质沿所述开放式通道流动；以及亲水涂层，设置在所述开放式通道的表面，该亲水涂层表面生成有极性分子基团，所述亲水涂层和所述极性分子基团用于提高所述开放式通道的补液能力。本公开提供的用于超高热流密度下的热沉通过设置亲水涂层以及亲水涂层表面的极性分子基团，大大增加开放式通道内的毛细压力梯度，使得在超高热流密度下热沉具有及时补液能力，保证了超高热流密度下热沉的高换热性能及高可靠性。 1

【技术实现步骤摘要】
用于超高热流密度下的热沉及其制造方法
本公开涉及相变换热
，尤其涉及一种用于超高热流密度下的热沉及其制造方法。
技术介绍
伴随着电子产业高性能、微型化、集成化的发展趋势，电子器件的功率密度越来越大，例如：采用块体荧光转换材料的COB(ChipOnBoard)集成LED单光源的功率密度达到50～500W/cm2，由此带来电子器件的发热热流密度迅猛增大。定义20～150W/cm2为高热流密度；当热流密度超过150W/cm2时，已经超过常规尺寸表面发生池沸腾相变换热的临界热流密度，定义为超高热流密度。在高热流密度下，电子器件的高强度发热量如果不能有效散去，将会导致器件温度迅速升高，严重降低器件和系统的性能、稳定性和安全性。现有技术中利用高性能的微/纳尺度相变强化换热技术，在热沉表面构建尺寸在几十到几百微米的开放式微细通道阵列，其表面能够发生复合相变强化传热过程。开放式微细通道阵列形成的毛细压力梯度可以驱动液体工质流动，并在通道内三相接触线区域促进形成扩展弯月面蒸发薄液膜，从而创造高强度的纯蒸发换热条件，而在更高热负荷条件下，会发生薄液膜蒸发和厚液膜区域内核态沸腾的复合相变换热，是一种典型的高性能被动式微尺度相变换热技术，能够被用来实现低热阻和小温差条件下的高换热系数和高热流密度的换热过程。这种具有开放式微细通道阵列的热沉能有效解决高热流密度下电子器件的散热问题。然而在实现本公开的过程中，本申请人发现，在超高热流密度条件下，随着热流密度的进一步升高，热沉的开放式微细通道阵列内的液体工质将变得极容易干涸，一旦液池内的液体工质没有及时补充到干涸处，则无法继续形成薄液膜和厚液膜区域，也就无法发生高强度的薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的复合相变换热，热沉的散热性能和可靠性大幅下降。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题基于上述技术问题，本公开提供一种用于超高热流密度下的热沉及其制造方法，以缓解现有技术中的热沉在超高热流密度条件下，热沉的开放式微细通道阵列内的散热工质将极易干涸，且散热工质无法及时补充到干涸处，导致热沉的散热性能和可靠性大幅下降的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供一种用于超高热流密度下的热沉，包括：热沉基板，用于为发热器件散热，包括：开放式通道，设置在所述热沉基板的任一板面上，利用毛细现象驱动散热工质沿所述开放式通道流动；以及亲水涂层，设置在所述开放式通道的表面，该亲水涂层表面生成有极性分子基团，所述亲水涂层和所述极性分子基团用于提高所述开放式通道的补液能力。在本公开的一些实施例中，所述开放式通道包括N条，N条所述开放式通道并列设置；其中N≥10。在本公开的一些实施例中，所述开放式通道的排列密度不小于5条/cm。在本公开的一些实施例中，其中：所述开放式通道的宽度介于10μm至2000μm之间；所述开放式通道的深度介于10μm至2000μm之间；两相邻所述开放式通道的间距介于10μm至2000μm之间；所述亲水涂层的厚度介于20nm至50μm之间。在本公开的一些实施例中，其中：所述开放式通道的宽度介于200μm至500μm之间；所述开放式通道的深度介于200μm至1500μm之间；两相邻所述开放式通道的间距介于200μm至500μm之间。在本公开的一些实施例中，所述开放式通道的横截面为矩形、梯形、三角形、圆弧形或不规则图形。在本公开的一些实施例中，其中：所述亲水涂层包含：多孔氧化铝、多孔氧化铌、氧化锌钠、氧化钛、氧化锌、氧化锡、五氧化二钒、氧化铜、氧化亚铜、氢氧化铜中的至少一种；所述极性分子基团包含：羧酸基、磺酸基、磷酸基、氨基、季铵基、羟基、羧酸酯、嵌段聚醚中的至少一种；所述热沉基板包含：金属、合金、半导体、陶瓷、氧化物中的至少一种；其中所述热沉基板的导热系数不小于20W/m·K。根据本公开的另一个方面，还提供一种用于超高热流密度下的热沉的制造方法，包括：步骤A：在热沉基板的一面上生成开放式通道；步骤B：在所述开放式通道的表面生成亲水涂层；步骤C：在所述亲水涂层的表面生成极性分子基团，得到本公开提供的用于超高热流密度下的热沉。在本公开的一些实施例中，其中，所述步骤A中，通过线切割方法或激光加工方法在所述热沉基板上生成所述开放式通道。在本公开的一些实施例中，其中：所述步骤B中，通过物理气相沉积、化学气相沉积、电化学或氧化还原法在所述开放式通道的表面生成所述亲水涂层；所述步骤C中，通过化学溶液浸泡法或紫外辐照法在所述亲水涂层的表面生成所述极性分子基团。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的用于超高热流密度下的热沉及其制造方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：(1)通过设置亲水涂层以及亲水涂层表面的极性分子基团，两者的协同强化效应能大幅改善开放式通道表面的润湿特性，大大增加开放式通道内的毛细压力梯度，使得在超高热流密度下热沉具有及时补液能力，一旦局部热点出现干涸区域，在大毛细压力梯度的驱动下，散热工质迅速补充到干涸区，再次润湿开放式通道的表面，持续发生薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的高强度复合相变强化换热过程，保证了超高热流密度下热沉的高换热性能及高可靠性；(2)多条开放式通道并排设置，并且开放式通道的宽度、深度以及间距均介于10μm至2000μm之间，不仅增加了换热面积，更重要的是开放式通道的界面效应和尺寸效应会对散热工质的流动和相变换热性能产生超常的强化作用，使其表面发生薄液膜蒸发和厚液膜核态沸腾的高强度复合相变强化换热过程，其理论最大取热热流密度可达到104W/cm2的数量级，相变换热系数达到106W/(m2.℃)的数量级，取热能力远大于具有常规尺寸表面的热沉。附图说明图1为本公开实施例用于超高热流密度下的热沉的结构示意图。图2a为图1中开放式通道的局部放大主视图。图2b为图1中开放式通道的另一种结构的局部放大主视图。图2c为图1中开放式通道的再一种结构的局部放大主视图。图2d为图1中开放式通道的再一种结构的局部放大主视图。图2e为图1中开放式通道的再一种结构的局部放大主视图。图3为本公开实施例用于超高热流密度下的热沉的制造方法的步骤图。【附图中本公开实施例主要元件符号说明】10-热沉基板；11-开放式通道；12-亲水涂层；121-极性分子基团。具体实施方式本公开实施例提供的用于超高热流密度下的热沉及其制造方法中，通过设置亲水涂层以及亲水涂层表面的极性分子基团，两者的协同强化效应能大幅改善开放式通道表面的润湿特性，大大增加开放式通道内的毛细压力梯度，进而提高了补液速度，保证了超高热流密度下热沉的高换热性能及高可靠性。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。图1为本公开实施例用于超高热流密度下的热沉的结构示意图。图2a为图1中开放式通道的局部放大主视图。根据本公开的一个方面，提供一种用于超高热流密度下的热沉，如图1-图2a所示，包括：热沉基板10，用于为发热器件散热，包括：开放式通道11，设置在热沉基板10的任一板面上，利用毛细现象驱动散热工质沿开放式通道11流动；以及亲水涂层12，设置在开放式通道11的表面，该亲水涂层12表面生成有极性分子基团121，亲水涂层12和极性分子基团121用于提高开放式通道1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于超高热流密度下的热沉，包括：

【技术特征摘要】
1.一种用于超高热流密度下的热沉，包括：热沉基板，用于为发热器件散热，包括：开放式通道，设置在所述热沉基板的任一板面上，利用毛细现象驱动散热工质沿所述开放式通道流动；以及亲水涂层，设置在所述开放式通道的表面，该亲水涂层表面生成有极性分子基团，所述亲水涂层和所述极性分子基团用于提高所述开放式通道的补液能力。2.根据权利要求1所述的用于超高热流密度下的热沉，所述开放式通道包括N条，N条所述开放式通道并列设置；其中N≥10。3.根据权利要求2所述的用于超高热流密度下的热沉，所述开放式通道的排列密度不小于5条/cm。4.根据权利要求3所述的用于超高热流密度下的热沉，其中：所述开放式通道的宽度介于10μm至2000μm之间；所述开放式通道的深度介于10μm至2000μm之间；两相邻所述开放式通道的间距介于10μm至2000μm之间；所述亲水涂层的厚度介于20nm至50μm之间。5.根据权利要求4所述的用于超高热流密度下的热沉，其中：所述开放式通道的宽度介于200μm至500μm之间；所述开放式通道的深度介于200μm至1500μm之间；两相邻所述开放式通道的间距介于200μm至500μm之间。6.根据权利要求1所述的用于超高热流密度下的热沉，所述开放式通道的横截面为矩形...

【专利技术属性】
技术研发人员：周文斌，胡学功，张桂英，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11