一种电驱动液态金属散热组件制造技术

一种电驱动液态金属散热组件，涉及一种散热组件。目的是解决现有采用水冷方式的散热器件的安全性低的问题。散热组件由液态金属散热管和基板构成；液态金属散热管首尾连通，液态金属散热管曲折形盘设成与基板表面平行的平面、并设置在基板内靠近基板的表面处；液态金属散热管由液态金属腔和循环水腔构成，循环水腔的截面为C形，循环水腔环绕液态金属腔设置；液态金属腔内填充有由镓基液态金属和氢氧化钠溶液组成的吸热介质；液态金属腔内设置有一对电极或多对电极。本发明专利技术散热组件具有散热效率高，使用方法简便、安全性高和便携的优点。本发明专利技术散热组件用于发热器件的散热。

An Electrically Driven Liquid Metal Heat Dissipator

【技术实现步骤摘要】
一种电驱动液态金属散热组件
本专利技术涉及一种散热组件。
技术介绍
随着电子通讯技术的迅猛发展，功率器件朝着高性能、高集成化、微型化的方向发展，其内部集成电路的布局设计越来越密集，热流密度急剧增加。例如单个高功率的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)具有较大的发热量和较高的热流密度，而多颗高功率IGBT密集排列将导致严重的“热量堆叠”效应，造成电子元器件温度过高，严重降低电子元器件的使用寿命。目前，人们一般采用受迫对流空气来冷却发热器件，即利用风扇将冷却空气压送至散热器件表面以将该处热量散走，但此种方式散热量有限，且会造成明显噪音；而且一旦微器件发热密度达到过高时，空气冷却将难以胜任。另一种常见的冷却方式为水冷，水冷放手虽然效率较高，但在运行中受热蒸发导致会器件老化和腐蚀，并且对水质及流动管道的要求较高，存在泄露风险，水在循环过程中一旦驱动水循环的设备发生故障导致水流停止，则失去冷却的芯片温度将迅速攀升，直至烧毁，因此，水冷方式的散热器件的安全性低。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有采用水冷方式的散热器件的安全性低的问题，提出一种电驱动液态金属散热组件。本专利技术电驱动液态金属散热组件由液态金属散热管和基板构成；液态金属散热管首尾连通，液态金属散热管曲折形盘设成与基板表面平行的平面、并设置在基板内靠近基板的表面处；所述液态金属散热管由液态金属腔和循环水腔构成，循环水腔的截面为C形，循环水腔环绕液态金属腔设置；循环水腔的C形开口朝向较近的基板的表面设置；所述液态金属腔内填充有由50～85％体积的镓基液态金属和10～15％体积的氢氧化钠溶液组成的吸热介质；循环水腔内填充有水；液态金属腔内吸热介质的流动方向与循环水腔内水的流动方向相同或相反；所述液态金属腔内设置有一对电极或多对电极；所述电极由循环水腔的C形开口处穿入至液态金属腔内、且电极的端部没入吸热介质内部；所述基板内设置有与循环水腔连通的进水通道和出水通道。进一步地，所述氢氧化钠溶液的浓度为0.9～1.1mol/L。进一步地，所述液态金属散热管曲折形盘设成与基板表面平行的平面、并设置在基板内靠近基板的表面0.2～10mm处。进一步地，所述液态金属腔内设置的电极为石墨电极。进一步地，所述液态金属腔内设置的每对电极分别连接电源的正极和负极。进一步地，所述进水通道的进水口与基板外部的冷却水槽的出水口通过管道连通，出水通道出水口与基板外部的冷却水槽的回水口通过管道连通。进一步地，所述电极设置在液态金属散热管的转弯处。进一步地，所述出水通道出水口与冷却水槽的回水口之间的管道上设置有循环水泵。进一步地，所述基板的材质为聚甲基丙烯酸甲酯。进一步地，所述液态金属腔的截面为圆形。进一步地，所述镓基液态金属中的元素的原子百分比为：Ga：67～69％，In：20～22％、Sn为余量。进一步地，所述镓基液态金属的制备方法按照以下步骤进行：按照元素的原子百分比为：Ga：67～69％，In：20～22％和Sn为余量称取Ga金属、In金属和Sn金属作为原料，将原料置于真空熔炼内进行真空熔炼，即完成。进一步地，所述真空熔炼过程中真空度为6.6×10-3Pa以下，并且真空熔炼过程在保护气体下进行，熔炼时间为10～13min。进一步地，所述保护气体为纯度为99.97％的Ar气。进一步地，所述Ga金属、In金属和Sn金属均为纯度99.99％的工业级金属原料。本专利技术原理为：电驱动液态金属散热组件中，液态金属腔中设置的液态金属用于热量的吸收，循环水腔环绕液态金属腔设置，循环水腔用于吸收液态金属腔内的热量并将其散发至与循环水腔连通的冷却水槽中。吸热介质中镓基液态金属悬浮在氢氧化钠溶液中，电极的端部没入吸热介质内部，当通过电源向液态金属腔内的电极施加电压后，每对电极之间的悬浮在氢氧化钠溶液中的镓基液态金属在电场的驱动下产生定向流动，流动方向为由负极流向正极。由于电场是镓基液态金属产生流动的驱动力，因此，在液态金属腔内设置多对电极时能够提高镓基液态金属的流动速度，继而提高吸热效率和散热效率。吸热介质内镓基液态金属的流动方向可以与循环水腔内循环水的流动方向相同，但是当吸热介质内镓基液态金属的流动方向与循环水腔内循环水的流动方向相反时能够显著提高镓基液态金属与循环水的换热效率。施加电场后镓基液态金属悬浮在氢氧化钠溶液中流动的原理为：电极通电后，负极在氢氧化钠电解液中释放电子使两极间出现电荷密度梯度，液态金属在电解液中发生氧化还原反应并富集大量负电荷，由于电位差和大量聚集的负电荷的存在，液态金属持续地向电源正极发生定向移动。液态金属在液态金属表面发生氧化还原反应，方程式如下：阳极：2Ga+OH-→Ca2o3+3H2O+6e-阴极：Ga2O3+2NaOH+3H2O→2NaCa(OH)42H20+2e-→2OH-+H2。本专利技术本专利技术电驱动液态金属散热组件的使用方法为：本专利技术电驱动液态金属散热组件使用时，循环水腔的C形开口所朝向的基板的表面为吸热面，将吸热面紧贴在热源上，并在二者之间涂覆一层导热硅脂，将液态金属腔内设置的电极连接电源的正极和负极，并将循环水泵连接电源，电驱动液态金属散热组件即可以开始进行散热。本专利技术有益效果为：本专利技术中由于循环水腔的C形开口朝向基板表面，因此，C形开口的设置避免了对液态金属腔吸热的阻挡，提高了液态金属腔从基板表面吸收热量的效率；循环水腔环绕液态金属腔设置使液态金属携带热量的散失效率提高，进而提高了整个基板的散热效果。由于本专利技术电驱动液态金属散热组件结构简单，并且使用方法简便，还具有便携的优点，可以用于紧急情况下对发热器件散热。本专利技术采用的镓基液态金属的具有活性低、蒸汽压低、粘附能力强和不易挥发特性，因此使用该镓基液态金属时不易蒸发与泄露，安全性高。镓基液态金属与现有水冷散热中的水相比，具有导电性强、导热率高、流动性良好、换热性能优良，运动粘度低的优点，本专利技术电驱动液态金属散热组件散热功率2000W/cm2以上。附图说明图1为实施例1中电驱动液态金属散热组件的结构示意图，图中a为电极，b为冷却水槽，c为循环水泵；图2为图1的A-A处剖视图；图3为图1的C-C处剖视图，图中a为电极；图4为图1的B-B处剖视图；图5为液态金属散热管1的截面示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加的清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。实施例1：结合图1～5说明本实施例，本实施例电驱动液态金属散热组件由液态金属散热管1和基板2构成；液态金属散热管1首尾连通，液态金属散热管1曲折形盘设成与基板2表面平行的平面、并设置在基板2内靠近基板2的表面处；所述液态金属散热管1由液态金属腔11和循环水腔12构成，循环水腔12的截面为C形，循环水腔12环绕液态金属腔11设置；循环水腔12的C形开口朝向较近的基板2的表面设置；其中，液态金属腔11中设置的液态金属用于热量的吸收，循环水腔12环绕液态金属腔11设置，循环水腔12用于吸收液态金属腔11内的热量并将其散发至与循环水腔12连通的冷却水槽中。由于循环水腔12的C形开口朝向基板2表面，因此，C形开口的设置避免了对液态金属腔11吸热的阻挡，提高了液态金属腔11从基板2表面吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电驱动液态金属散热组件，其特征在于：电驱动液态金属散热组件由液态金属散热管(1)和基板(2)构成；液态金属散热管(1)首尾连通，液态金属散热管(1)曲折形盘设成与基板(2)表面平行的平面、并设置在基板(2)内靠近基板(2)的表面处；所述液态金属散热管(1)由液态金属腔(11)和循环水腔(12)构成，循环水腔(12)的截面为C形，循环水腔(12)环绕液态金属腔(11)设置；循环水腔(12)的C形开口朝向较近的基板(2)的表面设置；所述液态金属腔(11)内填充有由50～85％体积的镓基液态金属和10～15％体积的氢氧化钠溶液组成的吸热介质；循环水腔(12)内填充有水；液态金属腔(11)内吸热介质的流动方向与循环水腔(12)内水的流动方向相同或相反；所述液态金属腔(11)内设置有一对电极或多对电极；所述电极由循环水腔(12)的C形开口处穿入至液态金属腔(11)内、且电极的端部没入吸热介质内部；所述基板(2)内设置有与循环水腔(12)连通的进水通道(3)和出水通道(4)。

【技术特征摘要】
1.一种电驱动液态金属散热组件，其特征在于：电驱动液态金属散热组件由液态金属散热管(1)和基板(2)构成；液态金属散热管(1)首尾连通，液态金属散热管(1)曲折形盘设成与基板(2)表面平行的平面、并设置在基板(2)内靠近基板(2)的表面处；所述液态金属散热管(1)由液态金属腔(11)和循环水腔(12)构成，循环水腔(12)的截面为C形，循环水腔(12)环绕液态金属腔(11)设置；循环水腔(12)的C形开口朝向较近的基板(2)的表面设置；所述液态金属腔(11)内填充有由50～85％体积的镓基液态金属和10～15％体积的氢氧化钠溶液组成的吸热介质；循环水腔(12)内填充有水；液态金属腔(11)内吸热介质的流动方向与循环水腔(12)内水的流动方向相同或相反；所述液态金属腔(11)内设置有一对电极或多对电极；所述电极由循环水腔(12)的C形开口处穿入至液态金属腔(11)内、且电极的端部没入吸热介质内部；所述基板(2)内设置有与循环水腔(12)连通的进水通道(3)和出水通道(4)。2.根据权利要求1所述的电驱动液态金属散热组件，其特征在于：所述氢氧化钠溶液的浓度为0.9～1.1mol/L。3.根据权利要求1所述的电驱动液态金属散热组件，其特征在于：所述液态金属散热管(1)曲折形盘设成与基板(2)表面平行的平面、并设置在基板(2)内靠近基板(2)的表面0.2～10mm处。4.根据权利要求1所述的电驱动液态金属散热组件，其特征在于：所述液态金属腔(11)内设置的电极为石墨电极。5.根据权利要求1所述的电驱动液态金属散热组件，其特征在于：所述液态金属腔(11)内设置的每对电极分别连接电源的正极和负极。6.根据权利要求1所述的电驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄永江，李梦婉，杨智琴，汝伟男，张建，孙剑飞，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23