一种自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板，所述强化散热板表面包括第一区域和第二区域；第一区域内强化散热板表面分布有微米乳突阵列，第二区域内强化散热板表面分布有微米乳突阵列，且微米乳突阵列间隙内封装有液态金属；其中，强化散热板与发热器件的接触区域包括第二区域。该强化散热板的第一区域包括大面积超疏气强化沸腾结构，能显著促进液

【技术实现步骤摘要】
一种自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及散热设备
更具体地，涉及一种自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板。

技术介绍

[0002]随着微电子产业的进步和发展，针对高发热密度器件的冷却散热需求逐年增加，浸没式相变液冷技术已开始替代依靠空气降温的传统风冷手段，有望成为未来数据中心服务器(申请公布号CN 104597994 A、CN 106774741 A)、航天热控装备(申请公布号CN 110213934 A、CN 112013427 A)和先进动力电池(申请公布号CN 110729526 A、CN 111883876 A)等领域的主要散热方式。
[0003]浸没式相变液冷是将固体发热器件(热源)完全浸没至液态冷媒介质(如水、氟化液等制冷剂)中，依靠冷媒介质蒸发或沸腾等液
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气相变的潜热吸收以实现冷却降温的散热技术，单位体积传输热量(即散热效率)可比风冷提高3500倍。然而，要满足高发热密度(热流密度100W/cm2以上)器件的冷却散热需求(申请公布号CN 112188808 A、CN 111352489 A)仍存在巨大挑战。
[0004]配置强化散热部件被证明能够进一步提高浸没式相变液冷能效，其中以板式部件(可通称“强化散热板”)最为常见。作为衔接发热器件和冷媒介质的纽带，强化散热板的底面通常与发热器件直接接触或形成包裹，其他部位则被冷媒介质完全浸没，通过引导热量传递和增加换热面积来强化相变液冷。根据上述原理，减少与发热器件的接触热阻和促进冷媒介质的液
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气相变是强化散热板的主流设计方向。然而，目前已报道的强化散热部件至多涉及利用烧结铜颗粒表面来强化冷媒沸腾(申请公布号CN 107894823 A)，尚未关注发热器件的接触热阻问题，后者通常需要依靠额外增设的热界面材料(如导热硅脂、导热衬垫、导热胶、导热膏、相变材料、石墨片等)。然而，即使是目前最先进的液态金属热界面材料(申请公布号CN 106929733 A、CN 107052308 A、CN 110330943 A)，热导率也未能超过100W m
‑1K
‑1，远低于固体金属材质(如铜热导率约400W m
‑1K
‑1)。此类外设热界面不仅增加成本，还带来装配难度和运维风险：一旦装配过程未能完全排除接触界面处空气(热导率仅约0.024Wm
‑1K
‑1)，则会大幅增加热阻，阻滞冷却散热；一旦热界面内复杂组分(不乏导电金属掺杂微粒)逐渐流失进入冷媒介质，则不仅破坏冷媒性质、降低液冷能效，还有造成电子器件短路甚至系统瘫痪的隐忧。此外，现有烧结铜颗粒(申请公布号CN 107894823 A)强化散热方案还存在工序繁、能耗高、实际加工面积受限且缺乏对结构和形貌的精密控制等弊端。
[0005]因此，需要提供一种大幅减少接触热阻，提高界面导热效率，又包含大面积超疏气强化沸腾结构的强化散热板。

技术实现思路

[0006]本专利技术的一个目的在于提供一种自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板，该
强化散热板的第一区域包括大面积超疏气强化沸腾结构，能显著促进液
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气相变，提升液冷散热性能；第二区域具有空隙自填充型密接功能，能够大幅减少与发热器件的接触热阻，提高界面导热效率。
[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板的制备方法。
[0008]本专利技术的又一个目的在于提供一种自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板的应用。
[0009]浸没式相变液冷是指将发热器件完全浸没于液态冷媒介质中，利用冷媒介质低沸点、高潜热特征，依靠其沸腾时液
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气相变潜热吸收持续传热，达到冷却降温效果。
[0010]强化散热板是适用于浸没式相变液冷场景的板式散热部件，通常置于发热器件与冷媒介质之间，底部与发热器件直接接触或形成包裹，其他部位则被冷媒介质完全浸没，通过引导热量传递、增加换热面积以促进液
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气相变的潜热吸收。
[0011]现有技术中高发热密度(热流密度100W/cm2以上)电子器件的浸没式相变液冷，使用的强化散热部件无法兼顾接触导热和相变传热。本专利技术针对此技术弊端，提供了一种同时具有自填充型高热导率密接区域和大面积超疏气强化沸腾结构的强化散热板，协同兼顾“减少接触热阻”和“促进液
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气相变”，为浸没式相变液冷强化散热提出了崭新的优化解决方案。
[0012]为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：
[0013]一种自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板，所述强化散热板表面包括第一区域和第二区域；第一区域内强化散热板表面分布有微米乳突阵列，第二区域内强化散热板表面分布有微米乳突阵列，且微米乳突阵列间隙内封装有液态金属；其中，强化散热板与发热器件的接触区域包括第二区域。
[0014]本专利技术中强化散热板的表面包括第一区域和第二区域，其中，强化散热板与发热器件的接触区域包括第二区域。当强化散热板与发热器件紧密装配后，常温下呈固态的内封装液态金属受热熔化，快速均匀浸润并自动完全填充界面处空隙(排除空气)，减少接触热阻，提高导热效率，第二区域内液态金属固
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液相变的均温速率大于1cm2/s，获得接近强化散热板主体材质(如铜，热导率约400W m
‑1K
‑1)的超高热导；分布于第一区域内的微米乳突阵列作为强化沸腾结构能够提供超大面积汽化成核位点，促进液
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气相变，提升液冷性能。
[0015]优选地，所述微米乳突呈锥状或柱状；
[0016]优选地，所述微米乳突的高度为5μm～500μm，当量直径为10μm～1000μm，相邻微米乳突的间距为10μm～1000μm。
[0017]优选地，单个微米乳突的高度为10μm～400μm，当量直径为30μm～800μm，相邻微米乳突的间距为30μm～800μm。
[0018]更优选地，单个微米乳突的高度为30μm～300μm，当量直径为50μm～500μm，相邻微米乳突的间距为50μm～500μm。
[0019]进一步优选地，单个微米乳突的高度为50μm～200μm，当量直径为100μm～200μm，相邻微米乳突的间距为100μm～200μm。
[0020]本专利技术中微米乳突的高度决定了微米乳突阵列间隙中封装的液态金属的厚度，基
于工艺技术，可以获得厚度在5μm～500μm的液态金属，这是传统热界面无法实现的超薄厚度，因此用料俭省，成本更低廉。
[0021]相邻微米乳突的间距为10μm～1000μm，本领域技术人员可以理解的是，该间距决定了微米乳突阵列中间隙的大小。
[0022]优选地，所述微米乳突表面具有纳米褶皱形貌；
[0023]具有纳米褶皱形貌的微米乳突的比表面积更大，汽化核心更多，气泡运动阻滞更小，强化沸腾的作用更强大，促进液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板，其特征在于，所述强化散热板表面包括第一区域和第二区域；第一区域内强化散热板表面分布有微米乳突阵列，第二区域内强化散热板表面分布有微米乳突阵列，且微米乳突阵列间隙内封装有液态金属；其中，强化散热板与发热器件的接触区域包括第二区域。2.根据权利要求1所述的自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板，其特征在于，所述微米乳突呈锥状或柱状；优选地，所述微米乳突的高度为5μm～500μm，当量直径为10μm～1000μm，相邻微米乳突的间距为10μm～1000μm；优选地，所述微米乳突表面具有纳米褶皱形貌；优选地，所述纳米褶皱的厚度为5nm～500nm。3.根据权利要求1所述的自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板，其特征在于，所述微米乳突阵列的表面具有特殊浸润性，其中，第一区域微米乳突表面超疏气，对液下气泡黏附力小于20μN；第二区域微米乳突表面超亲液态金属，在空气或无氧环境中对液态金属微滴的静态接触角小于10
°
。4.根据权利要求1所述的自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板，其特征在于，所述第一区域和第二区域之间存在有隔离带；优选地，所述第一区域和第二区域内分布的微米乳突阵列的尺寸不同。5.根据权利要求1所述的自密接型超疏气浸没式相变液冷强化散热板，其特征在于，所述强化散热板与发热器件的接触区...

【专利技术属性】
技术研发人员：江雷，白春礼，田野，徐哲，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：