[发明专利]一种热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种吸液芯，特别是涉及一种热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯及其制造方法。

背景技术

热柱作为一种特殊的热管，在具备有高导热率、高可靠性、热响应快、无需外加驱动力的同时，将热管圆柱状的蒸发段改进为一蒸发平面，从而能将其直接压合于电子芯片上进行导热，已成为了当前高热流密度电子芯片散热的理想元件。由于微电子制造技术的快速发展，采用高集成化，微型化的电子芯片已是大势所趋，这对热柱的传热性能有了更高的要求，因此提高热柱的传热性能仍是关键。热柱的传热性能主要由毛细吸液芯结构决定，目前常用的烧吸液芯结构包括烧结型、沟槽型和丝网型。烧结式吸液芯具有较大的毛细抽吸力，传热量较大，但存在毛细压力提高的同时液体回来阻力增大的矛盾，且存在一定的方向性；沟槽式吸液芯槽道液体流动阻力小，但毛细压力小，传热量较小，热柱方向性很强；而丝网式吸液芯可得出很高的传热性能，但因制造工艺重复性差已基本被淘汰。

发明内容

本发明的目的是克服现有用于热柱的吸液芯的不足，提出一种热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯及其制造方法，该复合吸液芯具有热阻低，导热率高，能在不同角度高性能工作的优点。

本发明通过如下技术方案实现：

一种热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯：该复合吸液芯为圆柱状结构，包括蒸汽干道和毛细层；毛细层为多段沿复合吸液芯轴向堆叠的铜粉烧结式毛细层，不同段的毛细层具有不同的孔隙率，从接近热源处起，毛细层孔隙率由小到大沿吸液芯轴向梯度排列；烧结所用铜粉粒径为100～400网目；蒸汽干道为空心结构，贯穿整个毛细层，包括主蒸汽干道和副蒸汽干道；主蒸汽干道位于圆柱形复合吸液芯中心，副蒸汽干道为多个，位于主蒸汽干道外周；多个副蒸汽干道，以及副蒸汽干道与主蒸汽干道之间间隔；主蒸汽干道的横截面积大于副蒸汽干道的横截面积，主蒸汽干道的横截面积至少占所述吸液芯横截面总面积的六分之一；蒸汽干道底面距离吸液芯底面0.5～2mm，蒸汽干道顶面位于吸液芯顶面。

优选地，各个副蒸汽干道的横截面积相同。所述主蒸汽干道和副蒸汽干道的横截面为圆形、矩形、三角形或不规则形状。各个副蒸汽干道均匀分布在主蒸汽干道外周。毛细层数量与各毛细层的轴向高度可变。

所述热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯的一体化制造方法：包括以下步骤：

（1）在热柱管壳内放入主蒸汽干道和副蒸汽干道对应形状的芯棒，形成吸液芯填充空间，按目数从大到小的顺序和毛细层烧结用铜粉层级要求依次往管壳填充铜粉颗粒；

（2）将填粉完的热柱管壳置于烧结炉加热升温，烧结炉升温速度控制为3℃/min～5℃/min,并在加热至750℃～800℃时保温30‐35分钟，然后在850℃～900℃温度下保温烧结30min～60min；烧结炉为氢气、氩气或氮气保护气氛烧结炉或真空烧结炉中的任意一种；

（3）烧结完成后，炉冷至室温，取出热柱管壳，拔出芯棒后即在管壳内部得到与热柱管壳一体化的热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯。

所述的热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯的组装制造方式，包括以下步骤：

（1）在模具内放入主蒸汽干道和副蒸汽干道对应形状的芯棒，形成吸液芯填充空间，按目数从大到小的顺序和毛细层烧结用铜粉层级要求依次往管壳填充铜粉颗粒；

（2）将填粉完的模具置于烧结炉加热升温，烧结炉升温速度控制为3℃/min～5℃/min,并在加热至750℃～800℃时保温30‐35分钟，然后在850℃～900℃温度下保温烧结30min～60min；烧结炉为氢气、氩气或氮气保护气氛烧结炉或真空烧结炉中的任意一种；

（3）烧结完成后，炉冷至室温，取出模具，拔出芯棒，脱模后可得多蒸汽干道复合多孔材料；

（4）再将多蒸汽干道复合多孔材料装入热柱壳体中，置于烧结炉烧结后即得到热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯。

所述的热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯的制造方法，可采用石墨或者不锈钢做为芯棒和模具原材料，可在芯棒和模具表面喷涂一层抗高温的脱模剂，以减少芯棒在拨出时的拔出力及多孔材料脱模时的脱模力，避免吸液芯结构遭到破坏、芯棒拔不出或脱模失败。

所述的热柱阵列蒸汽干道复合吸液芯，其铜粉颗粒之间的粘结形态以及孔隙形态都受到吸液芯烧结温度的较大影响。温度过低，铜粉颗粒之间的粘结不充分，吸液芯结构强度不够；温度过高，铜粉颗粒之间会粘结成块状，无明显的孔隙结构。经过多次实验，确定合理的烧结温度范围为850℃～900℃。