[发明专利]一种通过还原氧化铜粉制造微型热管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子元件进行快速散热用微型热管的制造方法，特别涉及通过还原氧化铜粉制造具有高孔隙率的烧结多孔铜为吸液芯的微型热管的制造方法。

背景技术

电子热管理是半导体和电子行业中的一个重要领域，因为热管理就是对半导体电子设备的运行温度进行有效的热控制，以保证其工作的稳定性和可靠性。随着IT、通讯、LED和太阳能等微电子技术突飞猛进的发展，半导体电子元器件尺寸已经从微米量级进入亚微米和纳米量级。随着电子器件集成化的程度越来越高，电子器件的高频、高速以及集成电路的高密度和体积趋于微小化使得单位容积的电子元件发热量和单个芯片的能耗加大，设备紧凑化结构的设计又使得散热更加困难，因而迫切需要解决高效散热技术难题。这一问题对高速发展的便携电子和通讯设备、电子元件、高电压大功率电子器件以及军事装备上的电子元器件至关重要。热管技术的发明与发展，为半导体和电子散热提供了重要的解决方法和途径。

热管技术是1963年美国洛斯阿拉莫斯(Los Alamos)国家实验室的乔治格罗佛(George Grover)发明的一种称为“热管”的传热元件，它充分利用了热传导原理与致冷介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。

为什么热管会拥有如此良好的导热能力呢？因为物体的吸热、放热是相对的，凡是有温差存在的时候，就必然出现热从高温处向低温处传递的现象。从热传递的三种方式来看（辐射、对流、传导），其中热传导最快。热管就是利用蒸发制冷，使得热管两端温度差很大，使热量快速传导。一般热管由管壳、吸液芯和端盖组成。热管内部是被抽成负压状态，充入适当的液体介质，这种液体沸点低，容易挥发。管壁有吸液芯，其由毛细多孔材料构成。热管一端为加热端或蒸发端，另外一端为冷凝端，当热管一端受热时，毛细管中的液体迅速蒸发，蒸气在微小的压力差下流向另外一端，并且释放出热量，重新凝结成液体，液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发端，如此循环不止，热量由热管一端传至另外一端。这种循环是快速进行的，热量可以被源源不断地传导开来。

热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体介质的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛细吸附作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管、IGBT、IGCT等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。

吸液芯是热管的一个重要组成部分。吸液芯的结构形式将直接影响到热管和热管换热器的性能。近年来随着热管技术的发展，各国研究者在吸液芯结构和理论研究方面做了大量工作，一个性能优良的管芯应具有： (1) 足够大的毛细抽吸压力，或较小的管芯有效孔径； (2) 较小的液体流动阻力，即有较高的渗透率； (3) 良好的传热特性，即有小的径向热阻； (4) 良好的工艺重复性及可靠性，制造简单，价格便宜。

针对目前普遍直接采用微米级铜粉制成的烧结铜吸液芯热管，其烧结铜粉的孔隙率大致在40-50%，孔隙率相对低，循环过程中回流热阻相对大。为了解决这两个吸液芯存在的关键问题，提出本发明内容。

发明内容

本发明针对目前直接用铜粉进行烧结作为吸液芯，存在孔隙率低影响液体介质相变循环速度和相对增大冷凝端液体回流阻力，提出采用氧化铜粉或以不同颗粒尺寸的氧化铜粉混合后进行还原烧结，可制成高孔隙率的烧结多孔铜为吸液芯的热管。与现有用铜粉制成的烧结铜热管相比，经氧化铜粉代替铜粉后，还原烧结后烧结铜的孔隙率可高达60-80%，孔径大小即颗粒间隙也发生明显变化，使得液体介质产生较强的毛细吸力，促使相变过程和液-汽循环速度加快，特别是大大加快了气体在冷凝端转变为液相后的回流速度，降低冷凝后液体介质回流的热阻，提高了散热效率，有效解决高发热量电子元件所需快速散热问题。

附图说明

图1是铜管置于通孔的多孔陶瓷模板上的示意图（具有通孔结构的支撑模板）

图2是不锈钢或陶瓷中间柱放入后的结构，氧化铜粉将注入其间隙中并振实（由氧化铜粉制成的高孔隙率烧结铜管结构简图）

具体实施方式

常规微型热管的直径4、5、6、8、10、16mm，根据吸液芯的厚度要求，分别选用不同直径不锈钢或氧化铝陶瓷中间柱，铜管切割并清洗干燥后，置于图1所示的支撑模板上，模板采用开孔的多孔陶瓷板，如多孔的堇青石、莫来石等作为模板。