一种沟槽与微结构复合吸液芯及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种吸液芯，特别是涉及一种用于两相传热装置的沟槽与微结构复合吸液芯及其制造方法。
【背景技术】
[0002]热管、热柱、均热板等两相传热装置具有热导率高、热响应快、无需外加驱动力等优点，目前已被广泛应用于高热流密度电子产品的散热系统之中，而随着微电子制造技术的快速发展，电子芯片的热流密度将大大增加，这对两相传热装置的传热性能提出更高的要求。在两相传热装置中，蒸发段中的工质液体受热蒸发成气体并在压差的作用下进入冷凝段，冷凝段通过热传导或热对流将热量传递出去，工质蒸汽的热量被带走后凝结成液体并在吸液芯的毛细压力驱动下回流到蒸发段，这种气液两相的循环将蒸发段的热量不断往冷凝段输送，从而实现高效传热。在这种两相循环传热过程中，冷凝端液体在吸液芯中的渗透回流速度对蒸发段工质的及时补充起到至关重要的作用，因此，吸液芯的毛细压力和渗透率决定了两相传热装置的毛细极限及
传热性能。
[0003]目前，沟槽、粉末烧结的吸液芯应用最普遍，沟槽吸液芯虽然具有良好的渗透率，液体在沟槽中流动阻力较小，但沟槽能提供的毛细压力较低，因此传热量较小，不适合用于高热流密度散热系统中；粉末烧结吸液芯中具有众多细小孔隙，可以提供较高的毛细压力，但其渗透率非常第，液体在烧结粉末中的流动阻力极大，阻碍其毛细极限和传热性能的提高。对于单一吸液芯结构，毛细压力和渗透率无法同时达到最优，需对这两个参数进行折衷选取，从而限制了两相传热装置传热性能的进一步提升。针对这一矛盾，本发明提出了一种沟槽与微结构复合吸液芯及其制造方法，微结构中的微细孔隙可提供良好的毛细压力，同时由于复合吸液芯的特殊结构为工质液体的流动提供了额外的通道，因此其渗透率高、液体流动阻力小。本发明提出的复合吸液芯具有良好的综合毛细性能(渗透率与毛细压力的综合指标)。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对目前常用单一吸液芯结构的不足，提出一种沟槽与微结构复合吸液芯及其制造方法，该复合吸液芯同时具备较高的毛细压力和渗透率，具有良好的综合毛细性能。
[0005]本发明提出的一种沟槽与微结构复合吸液芯通过以下技术方案实现:
一种沟槽与微结构复合吸液芯，包括表面加工有沟槽的紫铜基体，所述沟槽内表面及紫铜基体加工有沟槽的外表面均设置有厚度为0.1~1000 μπι的微结构层，所述微结构层主要由粒径在0.1~20 μπι之间的微细铜颗粒构成，微细铜颗粒之间形成1~100 μπι的微小孔隙，所述的微结构覆盖了所述沟槽的所有内表面，但并未填满沟槽，沟槽各壁面间仍存在空隙。
[0006]进一步地，所述沟槽的横截面形状为V形、矩形、梯形或圆弧形，也可以是其他不规则形。
[0007]进一步地，所述沟槽的最大宽度为0.0l-1OOmm,深度为0.05~50mm。
[0008]进一步地，所述的铜基体包括紫铜管或紫铜板基体。
[0009]本发明提出的一种沟槽与微结构复合吸液芯的制造方法通过以下技术方案实现:
一种如所述的沟槽与微结构复合吸液芯的制造方法，包括以下步骤和工艺条件:
(1)采用拉削工艺在紫铜管内或采用刨削工艺在紫铜板上加工出沟槽结构；
(2)清洗沟槽结构后利用电化学沉积的方法在作为阴极的沟槽表面构筑微结构；
(3)通过烧结固化工艺提高微结构与沟槽表面之间的界面结合强度。
[0010]进一步地，步骤(I)中所述刨削工艺是基于多齿刀具的一次同时加工多条沟槽的刨削工艺。
[0011]进一步地，所述电化学沉积所用的电解液为含铜离子的溶液，铜离子浓度为0.001mol/L~0.45mol/L。
[0012]进一步地，铜离子溶液为CuS04、CuCl2S者两者的混合溶液。
[0013]进一步地，所述电化学沉积的电流密度为10mA/cm2~lA/cm2，电化学沉积时间为I秒至10小时。
[0014]进一步地，所述烧结固化工艺的烧结温度为100°C ~1000°C，烧结时间为I小时至24小时，烧结保护气体可以是但不局限于氮气、氢气和氩气。
[0015]本发明与现有技术相比具有以下优点:
(1)本发明提出的沟槽与微结构复合吸液芯及其制造方法，微结构中的铜颗粒间形成众多微小孔隙，孔径小于目前常用烧结粉末吸液芯的孔径，有效毛细半径更小因此具有更尚的毛细压力；
(2)由于该复合吸液芯的特殊结构，微结构覆盖了沟槽的所有表面，但并未完全填满沟槽，为吸液芯中液体流动提供了额外通道，提高了吸液芯的渗透率，液体在该吸液芯中的流动阻力远小于在烧结粉末中的流动阻力。因此，该吸液芯同时具备较高的毛细压力和渗透率，具有良好的综合毛细性能。
[0016](3)相比于粉末烧结吸液芯，该复合吸液芯中微结构层的厚度较小，重量较轻且管壁热阻较小，因此可以减少两相传热装置的重量，实现散热系统的轻量化；相比于沟槽吸液芯，该复合吸液芯可应用于高热流密度场合，且可在反重力、长距离运输状态下工作。
【附图说明】
[0017]图1为沟槽与微结构复合吸液芯横截面示意图；
图2为基于多齿刀具的刨削加工示意图；
图3为沟槽与微结构复合吸液芯的沟槽与微结构微观貌图；
图4为沟槽与微结构复合吸液芯的微结构局部放大图。
[0018]图中所示为:1-紫铜板基体；2-空隙；3_微结构；4_多齿刀具。
【具体实施方式】
[0019]为了更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方法作进一步的说明，但本发明要求保护的范围不局限于此。
[0020]实施例一
如图1所示，一种沟槽与微结构复合吸液芯，包括表面加工有沟槽的紫铜板基体1，所述沟槽内表面及紫铜板基体I加工有沟槽的外表面均设置有厚度为0.1-1000 μ m的微结构层3，所述的微结构3覆盖了沟槽的所有表面，但并未填满沟槽，沟槽各壁面间仍存在空隙2，所述微结构层3主要由粒径在0.1~20 μπι之间的微细铜颗粒构成，微细铜颗粒之间形成1-100 μπι的微小孔隙。
[0021]具体来说，本实施中所述沟槽的横截面形状为V形、矩形、梯形或圆弧形，也可以是其他不规则形，本实施例沟槽的横截面形状为矩形。
[0022]具体来说，本实施中所述沟槽的最大宽度为0.01~100mm，深度为0.05~50mm，本实施例的沟槽的宽度优选0.5mm，沟槽的深度优选0.8mm。
[0023]本实施例提供的沟槽与微结构复合吸液芯重量轻、具备较高的毛细压力和渗透率以及良好的综合毛细性能，可应用于高热流密度场合，且可在反重力、长距离运输状态下工作。
[0024]实施例二
一种如所述的沟槽与微结构复合吸液芯的制造