[发明专利]一种高效高可靠性平板热管

说明书

一种高效高可靠性平板热管，涉及平板热管技术领域。其结构包括具有高导热系数、高杨氏模量特点的碳化硅封闭平板壳体，散热工质以及具有微孔结构垂直生长的石墨烯互连阵列。微孔结构垂直生长的石墨烯互连阵列置于碳化硅平板壳体内部。该结构结合了平板热管的高匀热优点，石墨烯层面内的高导热优点以及碳化硅的高硬度和低热膨胀系数优点，这些优点协同作用的结果使得这种平板热管不仅具有良好的匀热和导热性能，同时具有高温工作条件下形变极小的特点，特别适用于各种高功率电子器件的散热。

技术领域

本发明涉及一种高效高可靠性平板热管，属于散热技术领域。

技术背景

电力电子装置内部产生的高热流密度对装置的可靠性造成极大威胁。由于高温导致的失效在所有电子设备失效中所占的比例大于50％，传热问题甚至成为了装置朝小型化方向发展的瓶颈。电子元件除了对最高温度的要求外，对温度的均匀性也提出了要求。随着微电子技术的迅速发展，电子器件的微型化已经成为现代电子设备发展的主流趋势。电子器件特征尺寸不断减小、芯片的集成度、封装密度以及工作频率不断提高，这些都使芯片的热流密度迅速升高。因此电路及其芯片散热问题显得格外突出。而平板热管具有高的热导率和良好的均温性，成为解决电子散热问题的很有前途的技术之一。

普通平板热管整体结构偏厚，体积较大难以适应微小型电子结构对散热的需求。同时，目前普通热管基本上都是采用金属作为密封腔体，工作时金属腔体难免会在大量热的传导过程中出现变形、凸起等情况，造成传热过程中的热阻增大，使器件性能降低。另外，金属材料与半导体器件的材料存在较大的热失配，容易造成平板热管与发热器件脱离的情况，使其导热、散热性能大打折扣。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处，提供一种高效高可靠性平板热管，该高效高可靠性平板热管具有匀热效果好、热导率高，结构热稳定好、与现有的半导体工艺兼容的优点，特别适用于各种高功率电子器件的散热。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种高效高可靠性平板热管，包括碳化硅封闭平板壳体，置于碳化硅平板壳体内部并与碳化硅封闭平板壳体上下内表面形成热接触的微孔结构垂直生长的石墨烯互连阵列，在碳化硅封闭平板壳体内还设置有散热工质。

上述技术方案中，所述平板壳体采用具有高导热系数120-160W/m·K、高杨氏模量410Gpa、低热膨胀系数特4.4x10-6oC-1点的单晶碳化硅制成封闭的平板壳体。

上述技术方案中，单晶碳化硅制成封闭的平板壳体，是由两块镜面对称的带有凹槽的碳化硅片键合而成的中空结构。

上述技术方案中，碳化硅封闭平板壳体的厚度为0.5mm-1mm。

上述技术方案中，垂直生长的石墨烯为单层单晶结构。

上述技术方案中，垂直生长的石墨烯横向之间相互连接，形成蜂窝状微结构，具有良好的毛细力和虹吸力。

上述技术方案中，石墨烯互连阵列的厚度为100um-500um。

上述技术方案中，散热工质为蒸馏水、乙醇、甲醇、乙二醇的任一一种或多种混合物。

上述技术方案中，散热工质填充的体积占碳化硅平板壳体内部空腔体积的5％-30％。

本发明因为采用上述技术方案，因此具备以下有益效果：

一、本发明的平板热管在局部受热以后，内部填充的散热工质会通过相变过程迅速吸收大量的热量，同时沿平板热管面内方向迅速匀热，可以极大地降低局部热点的温度，避免发热元件由于局部温度过高造成的结构崩塌。

二、本发明内部填充的散热工质在受热以后会从液态形态吸热转变为气态形态，在吸收大量热的同时会在压力梯度的作用下传质至平板热管另外一面，结合平板热管外部热沉实现快速散热。