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申请/专利权人：华南理工大学

摘要：本发明涉及一种促进热量定向传输的相变基板，包括：两块微结构板、垫圈和液态相变工质；微结构板的单侧表面具有两层毛细结构，两块微结构板具有毛细结构的表面相对而置，垫圈位于两块微结构板中间，两块微结构板和垫圈紧密贴合连接，内部形成空腔，空腔内填充有液态相变工质；还包括用于往空腔内填充液态相变工质的注液管。第一层毛细结构为微沟槽，第二层毛细结构为微斜孔，两层毛细结构相邻设置且尺寸数量级相同。该相变基板内部的毛细结构对液态相变工质具有不对称毛细力，可有效地驱动冷凝液回流，解决高密度封装电子功率器件的热控制问题。还涉及一种促进热量定向传输的相变基板的制作方法。属于电子器件散热产品领域。

主权项：1.一种促进热量定向传输的相变基板，其特征在于，包括：两块微结构板、垫圈和液态相变工质；微结构板的单侧表面具有两层毛细结构，两块微结构板具有毛细结构的表面相对而置，垫圈位于两块微结构板中间，两块微结构板和垫圈紧密贴合连接，内部形成空腔，空腔内填充有液态相变工质；还包括用于往空腔内填充液态相变工质的注液管；真空处理后密封；微结构板的第一层毛细结构为微沟槽，第二层毛细结构为微斜孔，两层毛细结构相邻设置且尺寸数量级相同；微沟槽为等间距平行排列的若干沟槽，微斜孔为在微沟槽底部沿微沟槽长度方向均布的若干椭圆形斜孔或燕尾形斜孔；微沟槽的宽度范围为0.1mm~0.15mm，深度范围为0.05mm~0.1mm；微斜孔的深度范围为0.05mm~0.1mm，最大位置处的尺寸范围为0.15mm~0.2mm，间距范围为0.2mm~0.3mm；微斜孔的最小位置处的尺寸小于或等于微沟槽的宽度；微斜孔的孔轴线与竖直方向的夹角范围为40°~50°。

全文数据：一种促进热量定向传输的相变基板及其制作方法技术领域[0001]本发明涉及电子器件散热产品领域，尤其涉及一种促进热量定向传输的相变基板及其制作方法。背景技术[0002]近年来，随着电子器件的功率化、微型化和集成化发展，促进了民用电子、铁道交通、航天航空等领域快速发展，同时也面临着严重的散热问题。电子器件的工作过程是将输入的大部分电能转化热能，“三化”的发展使得电子器件的电能消耗增大，热能输出面积减小，以及单个电子设备中存在多个大功率电子器件，热量的积聚会严重降低电子器件的性能，甚至完全损害电子器件。因此，热控制成为保证和促进电子器件继续发展的关键。[0003]热管技术在电子散热领域已经得到广泛的应用，运用液体工质蒸发—冷凝的相变潜热进行热量的高效传递，保证电子产品运行过程的热稳定性。根据相同相变原理制造的均热板在电子封装领域也逐渐得到应用，对于高密度封装的电子器件来说，相变基板均热板更是一个性能优异的热控制原件。目前，为适应电子器件的发展需求，相变均热板朝着大功率化和超薄化的方向发展，超薄化发展必然会减小均热板的内部空间，进而限制其内表面结构的尺度和液态工质的封存量，要保证均热板的承载功率，必须通过优化其内表面的结构来实现冷凝工质的迅速回流。因此，板内表面的结构是制约冷却相变基板发展的关键，实现具有定向运输能力和沸腾成核的微结构表面的加工对冷却相变基板性能的提升具有关键的促进作用。发明内容[0004]针对上述问题，本发明的目的在于，提出一种促进热量定向传输的相变基板及其制作方法，该相变基板内部的毛细结构对液态相变工质具有不对称毛细力，可有效地驱动冷凝液回流。[0005]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：[0006]—种促进热量定向传输的相变基板，包括:两块微结构板、垫圈和液态相变工质；微结构板的单侧表面具有两层毛细结构，两块微结构板具有毛细结构的表面相对而置，垫圈位于两块微结构板中间，两块微结构板和垫圈紧密贴合连接，内部形成空腔，空腔内填充有液态相变工质;还包括用于往空腔内填充液态相变工质的注液管。[0007]作为一种优选，微结构板的第一层毛细结构为微沟槽，第二层毛细结构为微斜孔，两层毛细结构相邻设置且尺寸数量级相同。采用这种结构后，两层毛细结构对液态相变工质具有不对称毛细力，可有效地驱动冷凝液回流。[0008]作为一种优选，微沟槽为等间距平行排列的若干沟槽，微斜孔为在微沟槽底部沿微沟槽长度方向均布的若干椭圆形斜孔或燕尾形斜孔。[0009]作为一种优选，微沟槽的宽度范围为〇•1mm〜0•15mm，深度范围为〇.〇5mm〜0.1mm；微斜孔的深度范围为0.05mm〜〇.imm，最大位置处的尺寸范围为〜〇.2mm，间距范围为0•2mm〜0•3mm;微斜孔的最小位置处的尺寸小于或等于微沟槽的宽度。[0010]作为一种优选，微斜孔的孔轴线与竖直方向的夹角范围为40。〜50。。采用这种结构后，相变基板更加有利于辅助冷凝液高效地单向回流。[0011]作为一种优选，微结构板、垫圈和注液管的材料为可腐蚀的高导热率金属;液态相变工质为与微结构板和垫圈相容的材料。优选地，微结构板、垫圈和注液管的材料为紫铜，液态相变工质为水。~J[0012]—种促进热量定向传输的相变基板的制作方法，在平板的一侧表面制作两层毛细结构制得微结构板，第一层毛细结构为微沟槽，第二层毛细结构为微斜孔;该方法包括以下步骤：[0013]1制作微沟槽板：[00M]a.打磨微沟槽的成型面，并清洗烘干;b•在微沟槽成型面上印刷感光抗刻蚀油墨层并烘烤，然后进行部分曝光处理;c•进行显影处理，显影处理后擦拭清洗未曝光部分;d.重复步骤c至未曝光部分的感光抗刻蚀油墨层被清洗千净;e•刻蚀步骤d得到的微沟槽成型面，刻蚀后去除感光抗刻蚀油墨层，冲洗后得到微沟槽板。[0015]2制作微结构板：[0016]a.在微斜孔成型面上印刷感光抗刻蚀油墨层并烘烤，然后进行部分曝光处理;b.进行显影处理，显影处理后擦拭清洗未曝光部分;c.重复步骤b至未曝光部分的感光抗刻蚀油墨层被清洗干净;d•倾斜刻蚀微斜孔成型面:刻蚀过程中，刻蚀液在微斜孔成型面的顶部至底部循环流动刻蚀;刻蚀后去除感光抗刻蚀油墨层，冲洗后得到微结构板。[0017]3制成相变基板：[0018]a_将制成的两块微结构板具有毛细结构的两个表面相对并分别放置在垫圈的两侧，垫圈位于两块微结构板中间，将两块微结构板和垫圈紧密贴合连接，内部形成空腔;b.安装注液管，并通过注液管往空腔内部灌注液态相变工质，真空处理后密封，得到相变基板。[0019]作为一种优选，步骤1e和步骤2d中，使用刻蚀液刻蚀;当微结构板的材料选用为紫铜时，刻蚀液为FeCh水溶液、CuCh水溶液或Na2S208水溶液，刻蚀液的浓度范围为250gL〜350gL。[OOM]作为一种优选，步骤（1b和步骤2a中，烘烤温度为8TC、烘烤时间范围为5min〜lOmin，感光抗刻蚀油墨层的感光抗刻蚀油墨为感光蓝油，印刷方法为丝网印刷或喷涂。[0021]作为一种优选，步骤2d中，倾斜刻蚀微斜孔成型面时，微斜孔成型面与水平面的夹角范围为5〇°〜7〇°。采用这种结构后，得到的微斜孔的倾斜角度更加有利于辅助冷凝液高效地单向回流。[0022]原理说明：利用相变基板中的微结构板表面规则的不对称毛细微结构，对附着的液体施加方向一定的毛细合力，促使液体在微结构板表面定向分布或者流动，提升相变基板中冷却液的冷凝回流效率，进而提升水平工况下的传热性能，促进热量的定向传输。[0023]相变基板的制作原理:利用刻蚀液对平板有选择地刻蚀微沟槽和微斜孔结构，利用曝光和显影选择刻蚀区域。[0024]总的说来，本发明具有如下优点：[0025]1•与传统的沟槽式传热相变基板的表面结构相比，本发明的相变基板内部具有两层毛细结构，在微沟槽的基础上建立微斜孔结构可促进液体沸腾过程中气泡核的形成，可促进沸腾过程的进行而加快热量传递。[0026]2•本发明的相变基板中的微结构板表面由于存在规则的不对称毛细微结构，可实现对附着的液体施加方向一定的毛细合力，促使液体在微结构板表面定向分布或者流动，可以提升以该微结构板制成的相变基板中冷却液的冷凝回流效率，进而提升水平工况下的传热性能。[0027]3.本发明的相变基板中的微结构板具有微小尺度的毛细结构，通过化学腐蚀的方法制作，操作简单，成本低廉，且有利于在不破坏结构的条件下将其进一步制成超薄的传热相变基板，对包括LED器件在内的电子产品的小型化和集成化都具有较好的促进作用。附图说明[0028]图1为本发明促进热量定向传输的相变基板的微结构板的截面示意图。[0029]图2为微斜孔为椭圆形的微结构板的局部视图。[0030]图3为微斜孔为燕尾形的微结构板的局部视图。[0031]图4为微沟槽打印膜示意图。[0032]图5为微斜孔打印膜示意图。[0033]图6为制作微沟槽板曝光过程中的不同覆盖层的分布图。[0034]图7为制作微沟槽板显影后的抗刻蚀层的结构视图。[0035]图8为制作微沟槽板完成后得到的微沟槽板的示意图。[0036]图9为制作微结构板曝光过程中的不同覆盖层的分布图。[0037]图10为制作微结构板显影后的抗刻蚀层的结构视图。[0038]图11为制作微结构板中流动刻蚀的装置原理示意图。[0039]图12为制作微结构板完成后得到的微结构板图。[0040]图13为本发明促进热量定向传输的相变基板的轴测图。[0041]图中的标号和对应的零部件名称为：1-微沟槽，2-微斜孔，3-微结构板，4-微沟槽打印膜，5-感光抗刻蚀油墨层，e-刻蚀液，卜微斜孔打印膜，8_磁力泵，9_相变基板，1〇_电子器件，11-垫圈，12-注液管，I3-平板，14-微沟槽板。具体实施方式[0042]下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。[0043]—种促进热量定向传输的相变基板，包括:两块微结构板、垫圈和液态相变工质；微结构板的单侧表面具有两层毛细结构，第一层毛细结构为微沟槽，第二层毛细结构为椭圆形的微斜孔，两层毛细结构相邻设置且尺寸数量级相同。两块微结构板具有毛细结构的表面相对而置，垫圈位于两块微结构板中间，两块微结构板和垫圈紧密贴合连接，内部形成空腔，空腔内填充有液态相变工质;还包括用于往空腔内填充液态相变工质的注液管。[0044]微结构板、垫圈和注液管的材料为可腐蚀的高导热率金属，本实施例中为紫铜;液态相变工质为与微结构板和塾圈相容的材料，本实施例中为水。[0045]—种促进热量定向传输的相变基板的制作方法，包括以下步骤.[0046]1制作微沟槽板：’’’[0047]a•打磨、清洗紫铜板。使用1200C的砂纸对紫铜板的表面进行打磨，至紫铜板表面平整且没有明显划痕;将打磨后的紫铜板置于95%的酒精溶液中，用超声波进行清洗至表面无粉末、油污，烘干。[0048]b•使用AutoCAD软件将设计的长方形微沟槽阵列图通过激光打印机打印在透明打印膜上得到微沟槽打印膜见图4;将感光抗刻蚀油墨丝网印刷至紫铜板的打磨面上，置于温度为80°C的烤箱中烘烤lOmin，得到感光抗刻蚀油墨层;将微沟槽打印膜贴于紫铜板的感光抗刻蚀油墨层上见图6，用紫外线灯置于微沟槽打印膜上方100mm处曝光3min;将专用显影剂与水按1:50的比例配制成显影剂溶液，将曝光完成的紫铜板置于显影剂溶液中显影，每隔l〇s取出紫铜板用湿海绵轻轻擦拭，再放入显影剂溶液中。[0049]c•重复操作至未曝光的微沟槽部分的感光抗刻蚀油墨层被清洗干净见图7，再用清水轻轻冲洗。[0050]d.将紫铜板曝光显影处理的面浸置于浓度为25〇gL的Na2S2〇8水溶液中进行刻蚀，刻蚀时间为20min;将紫铜板浸泡在浓度为1〇%的专用脱模水溶液中，至感光抗刻蚀油墨层完全消失，取出紫铜板且用清水冲洗干净，得到微沟槽板见图8。[0051]⑵制作微结构板：[0052]a•使用AutoCAD软件将设计的椭圆形微斜孔阵列图通过激光打印机打印在透明打印膜上得到微斜孔打印膜见图5。[0053]b•将感光抗刻蚀油墨丝网印刷至微沟槽板的微斜孔成型面上，置于温度为80T^烤箱中烘烤lOmin，得到感光抗刻蚀油墨层;将微斜孔阵列图打印膜贴于微沟槽板的感光抗刻蚀油墨层上见图9，且使微斜孔打印膜上微斜孔的位置与微沟槽对齐，用紫外线灯于微斜孔打印膜上方100mm处曝光5min。[00M]c•取下微斜孔打印膜，将专用显影剂与水按1:50的比例配制成显影剂溶液，将曝光完成的微沟槽板置于显影剂溶液中显影，每隔l〇s取出微沟槽板用湿海绵轻轻擦拭，再放入显影剂溶液中。[0055]d.重复操作至未曝光的微型孔位置的感光油墨被清洗干净见图10，再用清水轻轻冲洗。[0056]e.将微沟槽板倾斜放置，使其微沟槽与水平面成55°的夹角，将浓度为250gL的Na^Os水溶液从微沟槽板的微斜孔成型面的顶部顺流至其底部，通过磁力泵使Na2S2〇8水溶液循环流动见图11，刻蚀时间为30min;将微沟槽板浸泡在浓度为10%的专用脱模水溶液中，至感光抗刻蚀油墨层完全消失，取出微沟槽板且用清水冲洗干净，得到微结构板见图12。[0057]3制成相变基板：[0058]a.将制成的两块微结构板具有毛细结构的两个表面相对并分别放置在垫圈的两侦J，垫圈位于两块微结构板中间，将两块微结构板和垫圈紧密贴合，内部形成空腔并利用钎焊焊接。[0059]b•在相变基板的边缘开设用于安装注液管的小孔，安装注液管。[0060]C.通过注液管往空腔内部灌注液态相变工质，真空处理后密封，得到相变基板。见图13。[0061]除了上述实施例提及的方式外，平板还可以使用其他可腐蚀的高导热率金属;刻蚀液还可以为FeCb水溶液或是CuCl2水溶液;微斜孔还可以为燕尾形斜孔；印刷方法还可以为喷涂;这些变换方式均在本发明的保护范围内。[0062]上述实施例为发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其彳也的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种促进热量定向传输的相变基板，其特征在于，包括:两块微结构板、塾圈和液态相变工质；微结t勾板的单侧表面具有两层毛细结构，两块微结构板具有毛细结构的表面相对而置，垫圈位于两块微结构板中间，两块微结构板和塾圈紧密贴合连接，内部形成空腔，空腔内填充有液态相变工质;还包括用于往空腔内填充液态相变工质的注液管。2.按照权利要求1所述的促进热量定向传输的相变基板，其特征在于:微结构板的第一层毛细结构为微沟槽，第二层毛细结构为微斜孔，两层毛细结构相邻设置且尺寸数量级相同。3.按照权利要求2所述的促进热量定向传输的相变基板，其特征在于:微沟槽为等间距平行排列的若干沟槽，微斜孔为在微沟槽底部沿微沟槽长度方向均布的若干椭圆形斜孔或燕尾形斜孔。4.按照权利要求3所述的促进热量定向传输的相变基板，其特征在于:微沟槽的宽度范围为0•1mm〜0.15圓，深度范围为0.05mm〜0•lmm;微斜孔的深度范围为〇.〇5臟〜〇.1mm，最大位置处的尺寸范围为0.15mm〜0.2mm，间距范围为〇•2mm〜0•3mm;微斜孔的最小位置处的尺寸小于或等于微沟槽的宽度。5.按照权利要求2所述的促进热量定向传输的相变基板，其特征在于:微斜孔的孔轴线与竖直方向的夹角范围为40°〜50°。6.按照权利要求1所述的促进热量定向传输的相变基板，其特征在于:微结构板、垫圈和注液管的材料为可腐蚀的高导热率金属；液态相变工质为与微结构板和垫圈相容的材料。7.按照权利要求1_6中任一项所述的促进热量定向传输的相变基板的制作方法，其特征在于，在平板的一侧表面制作两层毛细结构制得微结构板，第一层毛细结构为微沟槽，第二层毛细结构为微斜孔;该方法包括以下步骤：1制作微沟槽板：a.打磨微沟槽的成型面，并清洗烘干；b.在微沟槽成型面上印刷感光抗刻蚀油墨层并烘烤，然后进行部分曝光处理；c•进行显影处理，显影处理后擦拭清洗未曝光部分；d•重复步骤c至未曝光部分的感光抗刻蚀油墨层被清洗干净；e•刻蚀步骤d得到的微沟槽成型面，刻蚀后去除感光抗刻蚀油墨层，冲洗后得到微沟槽板；⑵制作微结构板：a.在^斜孔成型面上印刷感光抗刻蚀油墨层并烘烤，然后进行部分曝光处理；b•进行显影处理，显影处理后擦拭清洗未曝光部分；c•重复步骤b至未曝光部分的感光抗刻蚀油墨层被清洗干净；d•倾斜刻蚀微斜孔成型面:刻蚀过程中，刻蚀液在微斜孔成型面的顶部至底部循环流动刻蚀;刻蚀后去除感光抗刻蚀油墨层，冲洗后得到微结构板；⑶制成相变基板：a.将制成的两块微结构板具有毛细结构的两个表面相对并分别放置在垫圈的两侧，垫圈位于^块微结构板中间，将两块微结构板和垫圈紧密贴合连接，内部形成空腔；b•安装注液管，并通过注液管往空腔内部灌注液态相变工质，真空处理后密封，得到相变基板。8.按照权利要求7所述的促进热量定向传输的相变基板的制作方法，其特征在于:步骤1e和步骤2d中，使用刻蚀液刻蚀；当微结构板的材料选用为紫铜时，刻蚀液为FeCh水溶液、CuCl2水溶液或Na2S2〇8水溶液，刻蚀液的浓度范围为250gL〜350gL。9.按照权利要求7所述的促进热量定向传输的相变基板的制作方法，其特征在于:步骤lb和步骤2a中，烘烤温度为8〇°C、烘烤时间范围为5min〜lOmin，感光抗刻蚀油墨层的感光抗刻蚀油墨为感光蓝油，印刷方法为丝网印刷或喷涂。10.按照权利要求7所述的促进热量定向传输的相变基板的制作方法，其特征在于:步骤2d中，倾斜刻蚀微斜孔成型面时，微斜孔成型面与水平面的夹角范围为50。〜7〇。。

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