均热板及其制备方法和电子设备

技术领域

本申请涉及电子设备技术领域，特别涉及一种均热板及其制备方法和电子设备。

背景技术

现如今电子设备的功耗却越来越高，导致相关电子设备的工作温度面临严峻的超温风险，改善电子设备的散热问题，是提高电子设备的寿命与可靠性的重点问题之一。

发明内容

基于此，本申请提供一种均热板及其制备方法和电子设备，以改善电子设备的散热问题。

本申请第一方面提供一种均热板，其技术方案如下：

一种均热板，包括：

板本体；

液流内腔，所述液流内腔位于所述板本体内；

微纳结构，所述微纳结构位于所述液流内腔的腔壁上，且包括锥状凸起；

工作液体，所述工作液体位于所述液流内腔内。

本申请第二方面提供一种均热板的制备方法，其技术方案如下：

一种均热板的制备方法，包括：以下步骤：

于盖板上形成凹槽，所述盖板包括第一盖板和第二盖板；于所述凹槽的表面形成微纳结构，所述微纳结构包括锥状凸起；

于表面具有微纳结构的所述凹槽内注入工作液体；

盖合所述第一盖板和所述第二盖板，所述凹槽形成液流内腔，所述第一盖板和所述第二盖板形成板本体。

本申请第三方面提供一种电子设备，其技术方案如下：

一种电子设备，包括壳体、发热元器件和如上所述的均热板；所述发热元器件设置在所述壳体中，所述均热板设置在所述发热元器件和所述壳体之间，且所述均热板的均热接触面与所述发热元器件接触。

本申请具有以下有益效果：

本申请中在均热板的液流内腔的腔壁中设置有微纳结构，其中，微纳结构包括锥状凸起，锥状凸起能够形成超疏水cassies模型，利用下表面超浸润和上表面超级疏水形成液滴回路。具有锥状凸起的微纳结构能够替换传统均热板中的毛细结构，提高工作液体的相变效率，提高散热效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案、更完整地理解本申请及其有益效果，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对本领域技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一实施方式的均热板的结构示意图；

图2为图1中A-A’截面的结构示意图；

图3为图1中B区的放大结构示意图；

图4为一实施方式的均热板的制备流程图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本申请作进一步详细的说明。本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请公开内容理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

术语

除非另外说明或存在矛盾之处，本申请中使用的术语或短语具有以下含义：

在本申请中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本申请中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。

本申请中，涉及“可选地”、“可选的”、“可选”，指可有可无，也即指选自“有”或“无”两种并列方案中的任一种。如果一个技术方案中出现多处“可选”，如无特别说明，且无矛盾之处或相互制约关系，则每项“可选”各自独立。

本申请中，涉及“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”、“第四方面”等中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。

本申请中，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请中，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。还应当理解的是，在解释元件的连接关系或位置关系时，尽管没有明确描述，但连接关系和位置关系解释为包括误差范围，该误差范围应当由本领域技术人员所确定的特定值可接受的偏差范围内。

本申请中，电子设备可以但不限于是各种个人计算机、笔记本电脑、智能手机、平板电脑、物联网设备和便携式可穿戴设备，物联网设备可为智能音箱、智能电视、智能空调、智能车载设备等。便携式可穿戴设备可为智能手表、智能手环、头戴设备等。

为了改善电子设备的散热问题，本申请第一方面提供一种均热板，请参见图1～图3，在一个实施方式中，均热板01包括板本体10、液流内腔20、微纳结构30和工作液体(图中未示出)，液流内腔20位于板本体10内，微纳结构30位于液流内腔20的腔壁上，且包括多个锥状凸起301，工作液体位于液流内腔20内。

传统的均热板(Vapor Chambers，VC)是一种将工作液体注入内部设置有毛细结构的近真空腔体而形成的能进行相变传热的板状传热装置。本实施方式的均热板01的液流内腔20的腔壁中设置微纳结构30，微纳结构30包括锥状凸起301，锥状凸起301能够形成超疏水cassies模型，利用下表面超浸润和上表面超级疏水形成液滴回路。具有锥状凸起301的微纳结构30能够替换传统均热板中的毛细结构，提高工作液体的相变效率，提高散热效率。

可选地，工作液体为水，水的比热容较大，有利于散热。

请结合图2，本实施方式的均热板01的工作原理为：板本体10具有第一表面10A和第二表面10B，其中，第一表面10A作为均热接触面，用于与功率器件接触，当功率器件运行时产生热量时，热量通过板本体10传导到锥状凸起301，锥状凸起301表面水滴会产生相变，热量传导到液流内腔20中的工作液体中，工作液体会迅速吸收这些热量并产生气化变成蒸汽，蒸汽从高压区向低压区移动，接触锥状凸起301后凝结呈液体，释放能量，锥状凸起301具有超级疏水能力，液滴团聚在微米级别的水滴时，就会被弹开，起到回流的作用。通过工作液体不断在液体和气体之间来回切换，形成一个循环的散热系统。本实施方式的均热板基于相变导热原理，相对于热管导热，呈现出更宽的扁平“片状”。区别于热管的单一方向的“线性”有效导热能力，均热板相当于从“线到面”的升维，可以将热量从四面八方带走。

可选地，各个锥状凸起的高度独立地为100nm～250nm。例如，各个锥状凸起的高度独立地为100nm、150nm、170nm、200nm、250nm。可以理解地，锥状凸起的高度是指锥状凸起的底部和顶部之间的距离。

可选地，相邻的两个锥状凸起之间的距离不超过100nm。例如，相邻的两个锥状凸起的距离为0nm、50nm、100nm。可以理解地，相邻的两个锥状凸起的距离是指相邻的两个锥状凸起在液流内腔的腔壁上的投影之间的最小距离。其中，当相邻的两个锥状凸起的距离为0nm时，表示相邻的两个锥状凸起在液流内腔的腔壁上的投影重合或相交。

可选地，各个锥状凸起的底面的面积独立地为100nm

可选地，板本体的材质包括密度小于单质铜的无机非金属材料。相对于有机材料，无机非金属材料的透水汽效果更好，且无机非金属材料的密度更小，有利于均热板的减重，有利于电子设备的减重。然而相对于单质铜，无机非金属材料的散热性相对差一些，为了在减重的同时保证均热板的散热性能，可选地，无机非金属材料为绝缘体，可增加板本体的均热接触面的面积，保证均热板的散热性能。传统的均热板的板本体的材质通常为单质铜或铜合金，如果增加板本体的均热接触面的面积，会影响到电子设备的天线信号和无线充电效果。因此，传统的均热板的均热接触面的面积受到限制，而当板本体的材质为绝缘体的无机非金属材料时，面积变大时，也不会影响电子设备的天线信号和无线充电效果。且由于密度小，在一定面积范围内，仍然可以相对于传统均热板重量更轻。

本实施方式中，无机非金属材料为玻璃。玻璃的密度为1.9g/cm

以手机为例，由于天线和无线充电的限制，铜合金材质的均热板的均热接触面的面积最大可做到3700mm

可选地，板本体的厚度为0.25mm～0.3mm。例如，板本体的厚度为0.25mm、0.27mm、0.3mm。

请继续参见图1，本实施方式中，微纳结构30围合形成沟槽40，沟槽40包括若干个直流段401和若干个干弯流段402，各个直流段401并排设置，相邻的两个直流段401之间通过弯流段402连通，上述结构有利于提高液气相的回流速度。

可选地，沟槽在板本体的均热接触面上的投影面积为200mm

可选地，沟槽在板本体厚度方向的尺寸为30μm～60μm。例如，沟槽在板本体厚度方向的尺寸为30μm、40μm、50μm、60μm。

可选地，直流段在板本体的均热接触面上的投影宽度为50μm～1mm。例如，直流段在板本体的均热接触面上的投影宽度为50μm、100μm、500μm、1mm。可选地，弯流段在板本体的均热接触面上的投影宽度为50μm～1mm。例如，弯流段在板本体的均热接触面上的投影宽度为50μm、100μm、500μm、1mm。可以理解地，直流段在板本体的均热接触面上的投影宽度是指直流段沟槽在板本体的均热接触面的两侧沟槽壁的投影之间的距离。弯流段在板本体的均热接触面上的投影宽度是指弯流段沟槽在板本体的均热接触面的两侧沟槽壁的投影之间的距离。

可选地，相邻的两个直流段的距离为200μm～2mm。例如，相邻的两个直流段的距离为200μm、500μm、1mm、2mm。

在其他实施方式中，微纳结构还可以与液流内腔的腔壁共同围合形成沟槽。

本申请第二方面提供一种均热板的制备方法，在一个实施方式中，请参见图4，包括以下步骤：

S10、于盖板上形成凹槽。

盖板包括第一盖板和第二盖板，可选地，于盖板上形成凹槽，包括以下步骤：

于第一盖板和/或第二盖板上涂覆光刻胶，进行曝光处理、显影处理和刻蚀处理，形成凹槽。

可通过以下三种方式实现：

第一种方式：于第一盖板上形成凹槽。此时，可包括以下步骤：于第一盖板上涂覆第一光刻胶，进行第一曝光处理、第一显影处理和第一刻蚀处理，形成凹槽。

第二种方式：于第二盖板上形成凹槽。此时，可包括以下步骤：于第二盖板上涂覆第二光刻胶，进行第二曝光处理、第二显影处理和第二刻蚀处理，形成凹槽。

第三种方式：于第一盖板上形成第一凹槽，于所述第二盖板上形成与第一凹槽对应的第二凹槽，第一凹槽和第二凹槽对位组成凹槽。此时，可包括以下步骤：于第一盖板上涂覆第一光刻胶，进行第一曝光处理、第一显影处理和第一刻蚀处理，形成第一凹槽；于第二盖板上涂覆第二光刻胶，进行第二曝光处理、第二显影处理和第二刻蚀处理，形成与第一凹槽对应的第二凹槽；第一凹槽和第二凹槽对位组成凹槽。

可以理解地，第一盖板具有相对的内表面和外表面，于第一盖板的内表面形成凹槽或第一凹槽，第一盖板的外表面可作为均热板的均热接触面，接触功率器件。同理，第二盖板具有相对的内表面和外表面，于第二盖板的内表面形成凹槽或第二凹槽，第二盖板的外表面可作为均热板的均热接触面，接触功率器件。

可选地，第一盖板和/或第二盖板的材质包括密度小于单质铜的无机非金属材料。相对于有机材料，无机非金属材料的透水汽效果更好，且无机非金属材料的密度更小，有利于均热板的减重，有利于电子设备的减重。然而相对于单质铜，无机非金属材料的散热性相对差一些，为了在减重的同时保证均热板的散热性能，可选地，无机非金属材料为绝缘体，可增加第一盖板和/或第二盖板的外表面的面积，保证均热板的散热性能。传统的均热板的第一盖板和第二盖板的材质通常为单质铜或铜合金，如果增加第一盖板和第二盖板的外表面的面积，会影响到电子设备的天线信号和无线充电效果。因此，传统的均热板的第一盖板和第二盖板的外表面的面积受到限制，而当第一盖板和/或第二盖板的材质为绝缘体的无机非金属材料时，面积变大时，也不会影响电子设备的天线信号和无线充电效果。且由于密度小，在一定面积范围内，仍然可以相对于传统均热板重量更轻。

本实施方式中，无机非金属材料为玻璃。第一盖板和第二盖板的材质为玻璃。玻璃的密度为1.9g/cm

以手机为例，由于天线和无线充电的限制，铜合金材质的均热板的均热接触面的面积最大可做到3700mm

可选地，第一盖板的外表面和第二盖板的外表面之间的距离为0.25mm～0.3mm。例如，第一盖板的外表面和第二盖板的外表面之间的距离为0.25mm、0.27mm、0.3mm。可以理解地，第一盖板的外表面和第二盖板的外表面之间的距离即为板本体的厚度。

本实施方式中，第一盖板和第二盖板的材质均为玻璃，通过第三种方式形成凹槽。具体步骤如下：

将第一盖板清洗干净，喷涂黄光油墨约10μm，通过MASK(掩膜)，利用LDI(激光直接成像技术)进行曝光，然后用碱性溶液进行显影，得到所需要的图形光刻胶层，放入质量分数为10％的HF水溶液中进行酸性刻蚀，被光刻胶层遮蔽的第一盖板不会被蚀刻，但没有光刻胶层保护的第一盖板和HF反应，形成第一凹槽，用同样的方法形成第二凹槽。

S20、于凹槽表面形成微纳结构

本实施方式的微纳结构包括锥状凸起。可通过所需微纳结构设计模板结构而实现。

可选地，各个锥状凸起的高度独立地为100nm～250nm。例如，各个锥状凸起的高度独立地为100nm、150nm、170nm、200nm、250nm。可以理解地，锥状凸起的高度是指锥状凸起的底部和顶部之间的距离。

可选地，相邻的两个锥状凸起之间的距离不超过100nm。例如，相邻的两个锥状凸起的距离为0nm、50nm、100nm。可以理解地，相邻的两个锥状凸起的距离是指相邻的两个锥状凸起在液流内腔的腔壁上的投影之间的最小距离。其中，当相邻的两个锥状凸起的距离为0nm时，表示相邻的两个锥状凸起在液流内腔的腔壁上的投影重合或相交。

可选地，各个锥状凸起的底面的面积独立地为100nm

可选地，于凹槽表面形成微纳结构，包括以下步骤：

于凹槽的表面涂覆压印胶，形成压印胶层；

压印压印胶层，形成微纳结构；

刻蚀具有微纳结构的压印胶层和凹槽，于凹槽的表面形成微纳结构。

可选地，压印压印胶层可通过纳米压印技术实现，可先根据所需微纳结构的图形制作硬模具作为母模，然后翻印为软模具作为子模，例如翻印为PDMS(聚二甲基硅氧烷)软模具，利用软模具压印压印胶层，以在压印胶层上形成微纳结构。

可选地，刻蚀具有微纳结构的压印胶层和凹槽的方法为干法刻蚀，可在ICP(电感偶合等离子体)刻蚀设备中进行。设置好干法刻蚀腔体中的ICP电源的功率在700w～2000w，频率为13.56MHz，用于控制等离子体密度和成分，下电极的偏压使用2MHZ的CCP，功率为300w～1500w，控制离子能量和方向，采用刻蚀气体(BCl

本实施方式中，通过上述方法，分别在第一凹槽表面和第二凹槽表面形成微纳结构，微纳结构围合形成沟槽，通过设计凹槽和微纳结构的图形，使沟槽包括若干个直流段和若干个弯流段，各个直流段并排设置，相邻的两个直流段之间通过弯流段连通。上述结构有利于提高液气相的回流速度。

可选地，通过设计凹槽和微纳结构的图形，使沟槽在板本体的均热接触面上的投影面积为200mm

可选地，通过设计凹槽和微纳结构的图形，使沟槽在板本体厚度方向的尺寸为30μm～60μm。例如，使沟槽在板本体厚度方向的尺寸为30μm、40μm、50μm、60μm。

可选地，通过设计凹槽和微纳结构的图形，使直流段在板本体的均热接触面上的投影宽度为50μm～1mm。例如，使直流段在板本体的均热接触面上的投影宽度为50μm、100μm、500μm、1mm。可选地，使弯流段在板本体的均热接触面上的投影宽度为50μm～1mm。例如，使弯流段在板本体的均热接触面上的投影宽度为50μm、100μm、500μm、1mm。可以理解地，直流段在板本体的均热接触面上的投影宽度是指直流段沟槽在板本体的均热接触面的两侧沟槽壁的投影之间的距离。弯流段在板本体的均热接触面上的投影宽度是指弯流段沟槽在板本体的均热接触面的两侧沟槽壁的投影之间的距离。

可选地，通过设计凹槽和微纳结构的图形，使相邻的两个直流段的距离为200μm～2mm。例如，使相邻的两个直流段的距离为200μm、500μm、1mm、2mm。

在其他实施方式中，分别在第一凹槽表面和第二凹槽表面形成微纳结构，微纳结构与凹槽共同围合形成沟槽。

S30、于表面具有微纳结构的凹槽内注入工作液体。

可选地，工作液体为水，水的比热容较大，有利于散热。

S40、盖合盖板

盖合第一盖板和第二盖板，凹槽形成液流内腔，第一盖板和第二盖板形成板本体。

可以理解地，第一盖板和第二盖板盖合时，可通过胶粘剂贴合封装，例如通过玻璃框胶贴合封装。

本申请第三方面提供一种电子设备，在一个实施方式中，电子设备包括壳体、发热元器件和如上所述的均热板；发热元器件设置在壳体中，均热板设置在发热元器件和壳体之间，且均热板的均热接触面与发热元器件接触。

本实施方式的电子设备具备上述均热板的全部优点，此处不再赘述。

以下结合具体实施例和对比例进行进一步说明，以下具体实施例和对比例中所涉及的原料，若无特殊说明，均可来源于市售，所使用的仪器，若无特殊说明，均可来源于市售，所涉及到的工艺，如无特殊说明，均为本领域技术人员常规选择。

实施例1

本实施例提供一种均热板及其制备方法，步骤如下：

S10、通过上文所述的方法于第一玻璃盖板的内表面上形成第一凹槽，于第二玻璃盖板的内表面上形成与第一凹槽对应的第二凹槽。其中，第一玻璃盖板的外表面的面积为11000mm

S20、通过上文方法于第一凹槽和第二凹槽的表面形成微纳结构，微纳结构围合形成沟槽，通过设计第一凹槽、第二凹槽和微纳结构的图形，使微纳结构包括多个锥状凸起，使各个锥状凸起的高度独立地为100nm～250nm，使相邻的两个锥状凸起之间的距离不超过100nm，使各个锥状凸起的底面的面积独立地为100nm

S30、于第一凹槽中注入水。

S40、盖合第一盖板和第二盖板，用玻璃框胶贴合封装，凹槽形成液流内腔，第一盖板和第二盖板形成板本体，得到均热板。

对比例1

本对比例提供一种传统的均热板，板本体的材质为铜合金，密度为8.9g/cm

测试实施例1和对比例1的均热板的散热效果和重量，方法如下，结果见表1。

散热效果测试方法为：将实施例1和对比例1的均热板加载至铝板上，铝板的起始温度为45℃，以5W的功率加热铝板，测试时长60s，测试前后的温差。

表1

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。