一种多尺度复合吸液芯均热板及其制备方法

技术领域

本发明涉及散热设备领域，尤指一种多尺度复合吸液芯均热板及其制备方法。

背景技术

随着现代技术的不断进步，人们对散热设备的要求越来越高。对于热流密度较大的设备，经常需要使用相变传热器件进行散热。其中均热板被广泛应用于手机与电脑的散热中。

传统用于手机与电脑的均热板主要为铜基均热板，其壳板主要采用刻蚀等工艺进行加工，存在污染大，效率低，成本高等缺点。

为了降低均热板的生产制造成本，提升产品的竞争力，现有技术设计了基于冲压工艺的均热板。但由于壳板上没有直接冲压成型吸液芯，导致吸液芯与壳板之间存在一定的接触热阻，会在一定程度上影响均热板性能。并且往往只有单一种类的吸液芯，难以兼顾各类型吸液芯的优点。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种多尺度复合吸液芯均热板及其制备方法，提供一种成本较低的能一体化冲压成型的多尺度复合吸液芯均热板。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多尺度复合吸液芯均热板，包括金属材质上壳板与金属材质下壳板以及注液管；所述金属材质上壳板与金属材质下壳板相互连接并围成密闭的蒸汽腔，注液管与蒸汽腔连通，且蒸汽腔内通过注液管填充有工质；蒸汽腔的内壁设置有若干个吸液芯沟槽，其中吸液芯沟槽包括一级沟槽，且每个一级沟槽内壁设置有多个二级沟槽，多个二级沟槽之间的尺寸相同或不相同；其中每条一级沟槽内均设置有吸液芯，同时该吸液芯覆盖在若干二级沟槽表面。

进一步，所述吸液芯沟槽加工在金属材质上壳板和/或金属材质下壳板的内壁。

进一步，所述吸液芯为丝网型吸液芯、编织带吸液芯、粉末烧结型吸液芯中的一种或多种。

进一步，一级沟槽沿金属材质上壳板/金属材质下壳板的长度方向延伸，位于一级沟槽内的二级沟槽与一级沟槽相互平行。

进一步，二级沟槽沟槽为V型结构，且相邻的二级沟槽之间形成锋利的尖角区。

进一步，相邻的二级沟槽之间还设置有横置凹槽，其中横置凹槽贯穿尖角区，使得相邻的两个二级沟槽通过横置凹槽连通，且吸液芯覆盖在还覆盖在横置凹槽的表面。

本申请还提供一种多尺度复合吸液芯均热板的制备方法，包括以下步骤，

步骤一，通过冲压工艺制备金属材质上壳板以及金属材质下壳板，其中金属材质上壳板和/或金属材质下壳板的内壁冲压出若干个吸液芯沟槽；

步骤二，在吸液芯沟槽表面烧结吸液芯；

步骤三，将金属材质上壳板和金属材质下壳板焊接，并使得形成蒸汽腔；

步骤四，将焊接后的蒸汽腔进行高温热处理；

步骤五，将高温热处理后的蒸汽腔进行钝化处理；

步骤六，将注液管焊接在蒸汽腔上；

步骤七，分别在正压和负压环境对产品进行气密性检测；

步骤八，将工质灌注进入蒸汽腔；

步骤九，将蒸汽腔进行冷冻并抽真空，待达到要求的真空度后对注液管进行钳口密封；

步骤十，测试封装好的多尺度复合吸液芯均热板性能。

进一步，在步骤一中，冲压工艺中使用的冲压设备包括冲压凸模，冲压凹模，其中冲压凸模的底面凸设有用于冲压出一级沟槽的一级冲压凸块，且一级冲压凸块的底部设置有多条用于冲压出二级沟槽的二级凸模冲压刀口，每条二级凸模冲压刀口上间隔设置有若干个横置凸块；其中冲压凹模的表面设置有若干对应一级冲压块的一级冲压凹槽，且一级冲压凹槽的底壁设置有若干条对应二级凸模冲压刀口的二级凹模冲压刀口，每条二级凹模冲压刀口上间隔设置有若干个横置槽位。

进一步，步骤三中，焊接采用激光焊、扩散焊、高温钎焊中的一种或多种。

进一步，步骤四中，所述高温处理温度为600-1200℃，保温时间为10—60min。

本发明的有益效果在于：由于均热板壳体与吸液芯沟槽能一体化冲压成型，相比传统的刻蚀工艺能有效地降低均热板的成本，提高产品的竞争力。将吸液芯沟槽直接冲压在壳板上，同时吸热芯直接烧结在吸液芯沟槽内，则能有效解决吸液芯与壳板直接存在较大接触热阻的问题，有利于提升均热板的性能。同时，每个一级沟槽内壁设置有一种或一种以上不同大小尺寸的二级沟槽；其中每条一级沟槽内均设置有吸液芯，同时该吸液芯覆盖在若干二级沟槽内；这样子的设计能进一步提升其毛细性能，配合一级沟槽与吸液芯组成复合吸液芯，能有效规避单一种类吸液芯存在的问题。本发明由于将吸液芯沟槽直接冲压在壳板上，能进一步减少均热板的厚度，有利于均热板的轻量化设计，符合目前各电子产品小型化，轻量化的趋势。

附图说明

图1是本发明实施例1的分解结构示意图。

图2是本发明实施例1的下壳板吸液芯沟槽的局部放大图。

图3是本发明实施例1的下壳板吸液芯沟槽的进一步放大图。

图4是本发明图3中D处放大示意图。

图5是本发明实施例1的吸液芯沟槽的内部结构示意图。

图6是本发明实施例1的上壳板结构示意图。

图7是本发明实施例1的整体结构示意图。

图8是本发明实施例1的制造工艺流程图。

图9是本发明实施例1的金属材质下壳板冲压示意图。

图10是本发明实施例1的用于冲压的凹模具示意图。

图11是本发明实施例1的用于冲压的凸模具示意图。

图12是本发明实施例1的冲压过程(冲压前)示意图。

图13是本发明实施例2的分解结构示意图。

图14是本发明实施例3的制造工艺流程图

附图标号说明：金属材质上壳板1、金属材质下壳板2、一级沟槽4、二级沟槽41、尖角区42、横置凹槽43、吸液芯5、注液管6、冲压凸模7、冲压凹模8、一级冲压凸块71、二级凸模冲压刀口711、横置凸块712、一级冲压凹槽81、二级凹模冲压刀口811。

具体实施方式

请参阅图1-12所示，本发明关于一种多尺度复合吸液芯均热板，包括金属材质上壳板1与金属材质下壳板2以及注液管6；所述金属材质上壳板1与金属材质下壳板2相互连接并围成密闭的蒸汽腔，注液管6与蒸汽腔连通，且蒸汽腔内通过注液管6填充有工质；蒸汽腔的内壁设置有若干个吸液芯沟槽，其中吸液芯沟槽包括一级沟槽4，且每个一级沟槽4内壁设置有一种或一种以上不同大小尺寸的二级沟槽41；其中每条一级沟槽4内均设置有吸液芯5，同时该吸液芯5覆盖在若干二级沟槽41内。

由于均热板壳体可以能一体化冲压成型出吸液芯沟槽，相比传统的刻蚀工艺能有效地降低均热板的成本，提高产品的竞争力。将吸液芯沟槽直接冲压在壳板上，同时吸液芯5直接烧结在吸液芯沟槽内，则能有效解决吸液芯5与壳板直接存在较大接触热阻的问题，有利于提升均热板的性能。同时，每个一级沟槽4内壁设置有一种或一种以上不同大小尺寸的二级沟槽41；其中每条一级沟槽4内均设置有吸液芯5，同时该吸液芯5覆盖在若干二级沟槽41内；这样子的设计能进一步提升其毛细性能，一级沟槽4与吸液芯5组成复合吸液芯5，能有效规避单一种类吸液芯5存在的问题。本发明由于将吸液芯5沟槽直接冲压在壳板上，能进一步减少均热板的厚度，有利于均热板的轻量化设计，符合目前各电子产品小型化，轻量化的趋势。

进一步，其中所述吸液芯沟槽加工在金属材质上壳板1和/或金属材质下壳板2的内壁。

进一步，所述吸液芯5为丝网型吸液芯5、编织带吸液芯5、粉末烧结型吸液芯5中的一种或多种。丝网型吸液芯5通常由细丝网制成，具有良好的液体传递性能和大表面积，能够有效吸收液体并促进热传导。编织带吸液芯5通常由金属或纤维材料编织而成，也具有较大的表面积，可以在液体吸收和热传导方面表现出色。粉末烧结型吸液芯5：这种类型的吸液芯5由粉末材料烧结而成，通常具有较高的毛细性能和吸液能力，适用于多种液体类型。

而且在本申请的一个创新点在于，我们可以在同一个均热板上的不同吸热芯沟槽设置不同类型的吸热芯，那是由于不同区域可能具有不同的热量分布和散热需求。通过在不同位置采用不同类型的吸液芯5，可以定制均热板的热传导性能，以满足不同区域的需求。而且使用不同类型的吸液芯5可以帮助您在特定区域实现最优的热传导效果，从而提高均热板的整体性能和散热效率。

进一步，一级沟槽4沿金属材质上壳板1/金属材质下壳板2的长度方向延伸，位于一级沟槽4内的二级沟槽41与一级沟槽4相互平行。

一级沟槽4是吸液芯5的主要容纳区域，它沿金属材质上壳板1/金属材质下壳板2的长度方向延伸。这种设计可以最大程度地利用均热板的表面，使吸液芯5分布在更广泛的区域内，从而提高热传导效率和液体分布的均匀性。将位于一级沟槽4内的二级沟槽41与一级沟槽4相互平行排列，有助于构建复杂的液体流动路径，从而增加热传导通道，促进液体的流动和热量的传递。通过沿着壳板的长度方向延伸一级沟槽4并与之平行排列的二级沟槽41，您有效地创造了一个复杂的液体通道网络，这可以增加热传导的路径，改善均热板表面的温度均匀性，并进一步提高了液体在吸液芯5中的分布效果。这种结构设计与多尺度复合吸液芯5的整体思路相契合，有望带来更出色的性能。

请参阅图3-5所示，进一步，二级沟槽41沟槽为V型结构，且相邻的二级沟槽41之间形成锋利的尖角区42。V型结构的二级沟槽41：V型结构的二级沟槽41可以增加液体与吸液芯5接触的表面积，从而促进更有效的液体吸收和热传导。V型结构的设计可以改善液体在沟槽中的流动和分布。锋利的尖角区42是相邻的二级沟槽41之间的区域，这些尖角可以增加流体的湍流效应，有助于打破液体流动的边界层，从而加强液体的混合和分布。

请参阅图5所示，进一步，相邻的二级沟槽41之间还设置有横置凹槽43，其中横置凹槽43贯穿尖角区42，使得相邻的两个二级沟槽41通过横置凹槽43连通。在相邻的二级沟槽41之间设置了横置凹槽43，这些凹槽贯穿尖角区42，使得相邻的两个二级沟槽41通过横置凹槽43连通。这种设计可以实现更大范围的液体流动，从而进一步增强液体的混合和分布效果。通过在尖角区42设置横置凹槽43，创造了额外的液体通道，使液体能够更自由地在二级沟槽41之间流动。这将促进均热板内液体的均匀分布，同时进一步加强热传导效率。

一种多尺度复合吸液芯均热板的制备方法，包括以下步骤，

步骤一，通过冲压工艺制备金属材质上壳板1以及金属材质下壳板2，其中金属材质上壳板1和/或金属材质下壳板2的内壁冲压出若干个吸液芯沟槽；

步骤二，在吸液芯沟槽表面烧结吸液芯5；

步骤三，将金属材质上壳板1和金属材质下壳板2焊接，并使得形成蒸汽腔；

步骤四，将焊接后的蒸汽腔进行高温热处理；

步骤五，将高温热处理后的蒸汽腔进行钝化处理；钝化处理可以形成一层致密的氧化膜或钝化膜，这层薄膜可以提高金属表面的耐腐蚀性，有效降低金属材料在特定环境中发生腐蚀的风险，延长均热板的使用寿命。

步骤六，将注液管6焊接在蒸汽腔上；

步骤七，分别在正压和负压环境对产品进行气密性检测；

步骤八，将工质灌注进入蒸汽腔；

步骤九，将蒸汽腔进行冷冻并抽真空，待达到要求的真空度后对注液管6进行钳口密封；

步骤十，测试封装好的多尺度复合吸液芯均热板性能。

进一步，步骤三中，焊接采用激光焊、扩散焊、高温钎焊中的一种或多种。

进一步，步骤四中，所述高温处理温度为600-1200℃，保温时间为10—60min。

进一步，步骤六中所述注液管6材料为铜或不锈钢。

进一步，步骤八中所述工质为水。

实施例1

如图1-12所示，一种多尺度复合吸液芯均热板包括金属材质上壳板1与金属材质下壳板2，壳板材料在本具体实施例1采用不锈钢。所述金属材质上壳板1与金属材质下壳板2经过激光焊接密封后形成密闭的蒸汽腔；蒸汽腔的内壁设置有若干个吸液芯沟槽，其中吸液芯沟槽包括一级沟槽4，且每个一级沟槽4内壁设置有一种二级沟槽41；其中每条一级沟槽4内均设置有吸液芯5，同时该吸液芯5覆盖在若干二级沟槽41内，蒸汽腔连接有注液管6以便灌注工质。

其中在本实施例中，吸液芯沟槽加工在金属材质下壳板2上。金属材质上壳板1为光板，仅冲压出注液头，如图5所示，金属材质下壳板2吸液芯沟槽表面设置有其他类型的吸液芯5。该其他类型的吸液芯5为双层235目的不锈钢丝网吸液芯5，总厚度为0.1mm。

其中采用不锈钢是因为不锈钢具有良好的热传导性和耐腐蚀性。同时激光焊接可以有效地实现壳板的密封，确保蒸汽腔的密闭性。

一级沟槽4内设置不同大小尺寸的二级沟槽41，然后每个一级沟槽4内都设置有吸液芯5。这种多尺度复合设计可以提高热传导效率和液体分布均匀性，同时吸热芯直接烧结在吸液芯沟槽内，则能有效解决吸液芯5与壳板直接存在较大接触热阻的问题，有利于提升均热板的性能。

如图8-12所示，本具体实施例1中的多尺度复合吸液芯均热板制备步骤如下：

步骤一，通过冲压工艺制备带有吸液芯沟槽的金属材质下壳板2，通过冲压工艺制备的不带有吸液芯沟槽金属材质上壳板1(光板)；

在本实施例中，吸液芯沟槽包括若干个一级沟槽4，且一级沟槽4内设置有多个尺寸相同的二级沟槽41；

步骤二，在吸液芯沟槽表面烧结其他类型的吸液芯5；

步骤三，激光焊接密封金属材质上壳板1与金属材质下壳板2形成蒸汽腔；

步骤四，将焊接后的蒸汽腔进行高温热处理；高温处理具体为将焊接好的蒸汽腔进行800℃，30min的烘烤。

步骤五，将高温热处理后的蒸汽腔进行钝化处理；之后置入草酸和柠檬酸的混合溶液中进行步骤五所示的钝化处理。

步骤六，将注液管6焊接在蒸汽腔上；所述注液管6为铜管；

步骤七，分别在正压和负压环境对产品进行气密性检测；

步骤八，将工质灌注进入蒸汽腔；其中工质为水，在注液前计算吸液芯5总的孔隙率和最多能吸附的工质的量，按100％的吸液量进行注液。

步骤九，将蒸汽腔进行冷冻并抽真空，待达到要求的真空度后对注液管6进行钳口密封；

步骤十，测试封装好的均热板性能；

参阅图12，其中在步骤一中，冲压工艺中使用的冲压设备包括冲压凸模7、冲压凹模8，其中冲压凸模7的底面凸设有用于冲压出一级沟槽4的一级冲压凸块71，且一级冲压凸块71的底部设置有多条用于冲压出二级沟槽41的二级凸模冲压刀口711，每条二级凸模冲压刀口711上间隔设置有若干个横置凸块712(参阅图12中的B处放大示意图)；其中冲压凹模8的表面设置有若干对应一级冲压块的一级冲压凹槽81，且一级冲压凹槽81的底壁设置有若干条对应二级凸模冲压刀口711的二级凹模冲压刀口811，每条二级凹模冲压刀口811上间隔设置有若干个横置槽位(参阅图12中的C处放大示意图)。

其中一级冲压凸块71沿金属材质下壳板2的长度方向延伸，二级凸模冲压刀口711与一级冲压凸块71相互平行；一级冲压凹槽81、二级凹模冲压刀口811均相互平行。

实施例2

如图13所示，本实施例与实施例1的不同之处在于：金属材质上壳板1亦冲压有多尺度吸液芯沟槽，其他步骤工艺均一致。

实施例3

本实施例与实施例1的不同之处在于：金属材质上壳板1与金属材质下壳板2均为铜，同时两者采用钎焊工艺，可简化工艺流程中的高温处理和钝化处理，其简化后的工艺如下：

步骤一，通过冲压工艺制备带有吸液芯沟槽的金属材质下壳板2，通过冲压工艺制备的金属材质上壳板1(光板)；

步骤二，在吸液芯沟槽表面烧结其他类型的吸液芯5；

步骤三，钎焊密封上壳板与下壳板形成蒸汽腔；

步骤四，将注液管6焊接在蒸汽腔上；

步骤五，分别在正压和负压环境对产品进行气密性检测；

步骤六，将工质灌注进入蒸汽腔；

步骤七，将蒸汽腔进行冷冻并抽真空，待达到要求的真空度后对注液管6进行钳口密封；

步骤八，测试封装好的均热板性能。

以下为对实施例1、2、3的性能测试，而且为了测试出实施例1、2、3相对于新技术中的均热板性能有无提升，故采购市面上现有的均热板(不带有吸热芯沟槽，且材质为铜)作为对比组，而且保证对比组、实施例1、实施例2和实施例3的均热板样尺寸大小相同。

散热实验：

准备测试装置：

设置一个加热源：使用恒温加热器，确保加热源稳定并能提供一定的热量。

温度传感器：在均热板的不同位置放置温度传感器，以测量温度变化。

(不同位置中包括

位置A：位于均热板的中央区域，靠近加热源的位置。这个位置能够在散热实验中显示出热量传导的影响，因为它更接近加热源，温度升高较快。在均热板表面上，位置A可以大致位于中心区域。

位置B：位于距离位置A一定距离的区域，稍远离加热源，但仍在均热板中心区域。位置B可以用来观察均热板内部热量的传导，以及在较远位置的温度变化。

位置C：位于均热板边缘的一个位置，远离加热源，可能靠近均热板的边缘或角落。这个位置用于检测均热板表面的温度分布，因为它相对较远离加热源，温度升高较慢，并可能显示出均热板温度分布的不均匀性。)

均热板支架：确保均热板稳固地安装在支架上。

安装样本：

将对比组、实施例1、实施例2和实施例3的均热板样本分别安装在测试装置上。确保样本与加热源和温度传感器的良好接触。其中这里的对比组则采用市面上常规不带有吸热芯沟槽的均热板，且对比组、实施例1、实施例2和实施例3的均热板样本的尺寸保持一致。

预热：

打开加热源，预热整个系统至稳定状态，确保均热板和温度传感器达到均衡温度。

测试加热：

设置加热源，提供相同的热输入。可以使用恒定的电流或电压来控制加热源。启动温度记录器，记录均热板不同位置的温度数据，时间间隔根据实际需要选择。

记录和分析：

在一段时间内(例如30分钟)记录均热板表面的温度变化。数据包括实时温度和时间。

下面是对比组、实施例1、实施例2和实施例3的测试数据示例，以均匀度温度(℃)表示：

以下是在位置A进行的散热实验的时间－温度数据表格，该位置位于均热板中心区域位置：

以下是在位置B进行的散热实验的时间－温度数据表格，该位置位于均热板中心区域的稍远位置：

以下是在位置C进行的散热实验的时间－温度数据表格，该位置位于均热板边缘的区域，靠近均热板的边缘或角落：

结论：

位置A：从数据中可以看出，实施例3在位置A的温度上升速度最慢，说明其散热性能最佳。实施例2的散热性能次之，实施例1和对比组的散热性能相对较差，温度上升较快。实施例3的吸热芯沟槽设计在散热性能方面起到了优化作用。

位置B：在位置B，实施例3仍然表现出最好的散热性能，温度上升速度最慢。实施例2和实施例1的表现也符合之前的趋势，而对比组的性能相对较差。这进一步验证了实施例3在热传导性能方面的优势。

位置C：实施例3在位置C的散热性能同样最佳，温度上升速度最慢。实施例2和实施例1次之，而对比组的散热性能仍然较差。这再次强调了实施例3的设计在促进散热性能方面的效果。

而且当结合实施例1和对比组的散热性能进行比较时，实施例1采用了成本较低的不锈钢材料，而对比组则采用了不带吸液芯沟槽的铜质板，实验数据显示实施例1表现出相当甚至更优越的散热性能。这表明吸热芯沟槽的设计在实施例1中引入了更高的热传导效率，从而显著提升了均热板的散热效果，而且实施例1的材料成本较低。

这个结果证明了吸液芯沟槽设计在产品性能中的关键作用，有效的结构设计和吸热芯沟槽的引入可以显著改善产品性能，甚至在成本较低的材料条件下实现优越的性能。

导热率实验：

样品尺寸：

常规均热板(对比组)：10cm x 10cm x 1cm

实施例1、实施例2、实施例3的均热板：10cm x 10cm x 1cm(与对比组相同)

热传导仪参数：

热传导仪型号：示例热传导仪

热源功率：100W

测试时间：30分钟

温度传感器数量：4个(每个样品上2个，测量两端温度)

所有样品的初始温度：25℃

采样频率：每10秒记录一次温度

实验步骤：

将对比组样品和实施例1样品放置在热传导仪中，确保样品表面与传感器紧密接触以确保准确测量。设置热源功率为100W。

让热传导仪运行并记录温度数据，确保记录时间范围为30分钟，每10秒记录一次。在记录温度数据的同时，确保记录热传导仪的环境温度(室温)作为背景温度。在实验过程中，根据实验参数，确保热传导仪稳定运行且温度变化正常。实验结束后，将记录到的温度数据导出以备后续处理。

数据处理：使用傅立叶热传导定律的公式

具体计算方案：

选择样品上的两个温度传感器位置(x

计算温度梯度的公式如下：

其中使用测得的热流率(Q)、样品的热传导截面积(A)和温度梯度

对比组：计算得到(k＝400W/m·K)

实施例1：计算得到(k＝410W/m·K)

实施例2：计算得到(k＝600W/m·K)

实施例3：计算得到(k＝2500W W/m·K)

实施例1采用不锈钢材料制备多尺度复合吸液芯均热板。虽然不锈钢具有一定的热导率，但与铜相比，热导率相对较低。因此，在热导率方面可能存在一定的性能限制。

实施例2与实施例1类似，不同之处在于金属材质上壳板1也冲压有多尺度沟槽吸液芯。这种设计有助于提高热传导效率，但由于材料仍然是不锈钢，因此热导率仍然可能相对较低。

实施例3中，金属材质上壳板1与金属材质下壳板2均为铜，通过钎焊工艺密封。铜具有较高的热导率，而且钎焊可能提高了接触性能，从而有望显著提升热传导性能。

对比组使用铜材料，虽然铜的热导率较高，但缺乏吸热芯沟槽的设计可能限制了热传导效率。

需要指出的是，除了热导率，其他因素如热阻、温度分布均匀性、成本、制造工艺等也会影响散热性能。综上所述，实施例3是最优选择。这是因为实施例3采用了铜材料，并且通过钎焊工艺实现了密封，这有助于提高热导率和接触性能。同时，实施例3也具备多尺度复合吸液芯沟槽的设计，有助于提高热传导效率和液体分布均匀性。

以上实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。