一种热开关热管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种热开关热管及其制备方法，热开关热管包括真空密封的管壳体；管壳体内设有管状的吸液芯，管壳体内壁连接于吸液芯外壁；吸液芯的管腔内设有冷凝段和填充有液态工质的蒸发段；冷凝段和蒸发段之间设有单向导通装置；冷凝段、吸液芯和蒸发段依次连接形成液态工质通路；蒸发段、单向导通装置和冷凝段依次连接形成气态工质通路；单向导通装置用于在蒸发段低功率状态下，隔断气态工质通路，在蒸发段高功率状态下，导通气态工质通路。热开关热管具有热传导可变热阻特性和热传导单向性，能够满足低功率下低热导率而高功率下高热导率的使用要求，适用于工业生产，在半导体、电子设备等某些特定应用场合具有新颖应用价值。设备等某些特定应用场合具有新颖应用价值。设备等某些特定应用场合具有新颖应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种热开关热管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及热管
，特别是涉及一种热开关热管及其制备方法。

技术介绍

[0002]电子发展趋势关键在于高集成度、高性能和小型化。根据摩尔定律，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18
‑
24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。而近年来，摩尔定律的发展逐渐达到瓶颈期，其中一个重要的问题是散热限制。
[0003]相变传热技术，利用汽液相变原理，在热量输入下，工质汽化快速带走热量，避免芯片内部由于高温而失效，被广泛用于电子器件及半导体领域。热管，作为典型的相变传热元件，凭借其高热导率、快速响应、高可靠性等优势逐渐被电子器件所青睐，应用越发广泛。热管除了常见用于电脑散热系统中，近些年来，在高性能手机中开始展露光芒，有些内部采用了超长热管、可固化导热凝胶、高导热铝合金框架以及多层复合石墨散热片组成一套完善的手机散热系统；有些采用双热管液冷散热，两者关键元件均为高热导率热管，其有效改善了手机长时间游戏高功耗下的发热问题。
[0004]然而，一些新型应用场景下，除了要求热管的高导热性，还需要满足热传导可变热阻特性。典型使用场景为，低功率下较低热导率可满足使用场景而高功率下需要高热导率方可满足使用要求。传统热管难以满足该新型要求，无法发挥其优异的导热功效。因此，如何设计一种具有热开关属性的新型热管是业界所面临的全新技术挑战。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的之一在于：提供一种热开关热管，具有热传导可变热阻特性和热传导单向性，能够满足低功率下低热导率而高功率下高热导率的使用要求。
[0006]针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的目的之二在于：提供一种热开关热管的制备方法。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种热开关热管，包括真空密封的管壳体；
[0009]管壳体内设有管状的吸液芯，管壳体内壁连接于吸液芯外壁；
[0010]吸液芯的管腔内设有冷凝段和填充有液态工质的蒸发段；
[0011]冷凝段和蒸发段之间设有单向导通装置；
[0012]冷凝段、吸液芯和蒸发段依次连接形成液态工质通路；
[0013]蒸发段、单向导通装置和冷凝段依次连接形成气态工质通路；
[0014]单向导通装置用于在蒸发段低功率状态下，隔断气态工质通路，在蒸发段高功率状态下，导通气态工质通路。
[0015]进一步，蒸发段管径小于冷凝段管径。较小的蒸发段管径满足了反向限位结构设计，并且气态工质更容易在蒸发段形成较大的蒸汽压力以启动单向导通装置，从而使得热
开关热管更灵敏。
[0016]进一步，冷凝段包括一个或者多个冷凝分段，相邻的两个冷凝分段之间设有单向导通装置。采用多个冷凝分段结构依次串接实现阻力串联功能，正向启动时需要同时启动多个单向导通装置，适用于大功率热源场景。
[0017]进一步，单向导通装置包括至少一个阻隔件和弹簧，阻隔件外径大于蒸发段管径且小于冷凝段管径。
[0018]进一步，阻隔件为至少两个，至少两个阻隔件紧密连接形成阻隔件组，阻隔件组一端抵接于蒸发段，另一端连接于弹簧。
[0019]进一步，阻隔件为圆球、圆柱或圆台形，材料包括金、银、钢、铁、铜、铅、铝等金属。
[0020]进一步，液态工质为水、丙酮、乙醇或氨，液态工质体积占管壳体内腔的10
‑
40％。
[0021]进一步，管壳体内真空度≤10Pa。
[0022]一种热开关热管的制备方法，包括如下步骤，
[0023]在管壳体内置入管状的吸液芯，使管壳体内壁连接于吸液芯外壁；
[0024]外加工缩小管壳体蒸发段管径，将单向导通装置置于吸液芯管腔内的冷凝段和蒸发段之间，若具有多个冷凝分段，重复缩径及布置导通装置步骤。使冷凝段、吸液芯和蒸发段依次连接形成液态工质通路，蒸发段、单向导通装置和冷凝段依次连接形成气态工质通路；所形成的台阶型管径分布可以满足反向限位结构要求，有利于提升热管传热单向性。将液态工质灌注至蒸发段；管壳体抽真空并密封。
[0025]进一步，在管壳体内置入管状的吸液芯的实现方式包括以下步骤，
[0026]在管壳体中置入石墨芯棒，在管壳体与石墨芯棒之间填充金属粉末；填粉后的管壳体连同石墨芯棒一起烧结，使金属粉末形成吸液芯；烧结后将石墨芯棒抽离，从而在管壳体内获得管状的吸液芯。
[0027]管状吸液芯由金属粉末紧密烧结而成，具有毛细吸液性能。金属粉末采用管壳体相同材质，目数为100
‑
1000目。使用烧结法能够在管壳体内壁上生成紧密连接的管状的吸液芯，避免了用现成的吸液芯直接塞入管壳体内而无法紧密连接导致的松动和传热效果不佳的问题，同时金属粉末与管壳体相同材质可以规避因膨胀系数不同导致的开裂、缝隙等缺陷。
[0028]总的说来，本专利技术具有如下优点：
[0029]当蒸发段功率较低时，液态工质蒸发所形成的气态工质压力较低，不足以启动单向导通装置，热开关热管无法顺利启动，热管整体呈现低热导率特性；而当蒸发段功率上升到一定程度，液态工质蒸发所形成的气态工质压力较高，能够启动单向导通装置，气态工质通过单向导通装置后到达冷凝段，并在冷凝段冷凝为液态工质，然后液态工质由吸液芯吸收并回流到蒸发段，从而形成汽液循环，热管得以顺利启动。持续的汽液循环可以迅速带走热源热量，热管整体呈现高热导率特性。因此，本专利技术的热开关热管具有热传导可变热阻特性，能够满足低功率下低热导率而高功率下高热导率的使用要求。
[0030]当反向加热时，蒸汽无法通过单向导通装置，热开关热管启动所必需的汽液循环无法形成，冷凝段无法顺利启动，因此该热开关热管还具有热传导单向性。所述制备方法兼容了传统热管制程，适用于工业生产，在半导体、电子设备等某些特定应用场合具有新颖应用价值。
附图说明
[0031]图1为本专利技术中实心圆塞的其中一种结构示意图；
[0032]图2为实施例1中管壳体封头的示意图；
[0033]图3为实施例1中吸液芯烧结制备过程的示意图；
[0034]图4为实施例1中加热段缩头的示意图；
[0035]图5为实施例1中布置单向导通装置的示意图；
[0036]图6为实施例1中灌液、抽真空封口的示意图；
[0037]图7为实施例1中热开关热管的结构示意图；
[0038]图8为实施例2中热开关热管的结构示意图；
[0039]图9为实施例3中热开关热管的结构示意图。
[0040]其中：1、管壳体，2、吸液芯，3、单向导通装置，31、实心圆塞，32、弹簧，4、液态工质、5、石墨芯棒。
具体实施方式
[0041]下面来对本专利技术做进一步详细的说明。
[0042]实施例1
[0043]如图7所示，一种热开关热管，包括管壳体1、吸液芯2、单向导通装置3和液态工质4。其中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热开关热管，其特征在于：包括真空密封的管壳体；管壳体内设有管状的吸液芯，管壳体内壁连接于吸液芯外壁；吸液芯的管腔内设有冷凝段和填充有液态工质的蒸发段；冷凝段和蒸发段之间设有单向导通装置；冷凝段、吸液芯和蒸发段依次连接形成液态工质通路；蒸发段、单向导通装置和冷凝段依次连接形成气态工质通路；单向导通装置用于在蒸发段低功率状态下，隔断气态工质通路，在蒸发段高功率状态下，导通气态工质通路。2.按照权利要求1所述的一种热开关热管，其特征在于：蒸发段管径小于冷凝段管径。3.按照权利要求1所述的一种热开关热管，其特征在于：冷凝段包括至少两个冷凝分段，相邻的两个冷凝分段之间设有单向导通装置。4.按照权利要求1所述的一种热开关热管，其特征在于：单向导通装置包括阻隔件和弹簧，阻隔件外径大于蒸发段管径且小于冷凝段管径，阻隔件一端抵接于蒸发段，阻隔件另一端连接于弹簧一端，弹簧另一端抵接于冷凝段。5.按照权利要求4所述的一种热开关热管，其特征在于：阻隔件为至少两个，至少两个阻隔件紧密连接形成阻隔件组，阻隔件组一端抵接于蒸发...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁鑫锐，颜才满，汤勇，张仕伟，李宗涛，梁怡富，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：