[发明专利]一种基于电子束毛化的电子器件散热结构及其制造方法

说明书

本发明提供了一种基于电子束毛化的电子器件散热结构及其制造方法，散热板上方设置有若干个毫米级的方柱结构，各个方柱结构的截面尺寸相同，高度相同，间距相同，在每个方柱结构之间的散热板的上表面为柱间亲水区域，每个方柱结构周向的四个表面为方柱周向亲水区域，每个方柱结构的顶部的表面为方柱顶部疏水区域，使得本散热结构实现紧密的亲疏水相结合。本发明能够提供较大的有效换热面积，同时亲水区域能够及时向方柱结构上补给冷却工质，而且存在紧密结合的亲水区域和疏水区域，分别充当冷却工质补给区域和汽化核心生成区域，有助于提高整个散热结构的补液能力，增强换热能力。

技术领域

本发明涉及超高热流密度沸腾强化换热领域，适用于高热流密度微电子器件高效冷却，具体涉及一种电子器件散热结构及其制造方法。

背景技术

21世纪是一个电子信息时代，电子产品作为科技的依托无所不在，军事领域中，随着雷达迅速发展，大热耗、高热流密度、轻量化要求成为电子设备热控技术的关键要素。在民用领域，5G通讯技术是未来数字经济、物联网等关键领域的核心基石，与4G产品相比，5G产品热流密度大幅增加，散热问题日趋严峻，急需降低电子器件的温度来提升产品可靠性。常规的风冷散热的最大散热能力有限，逐渐不能满足日益升高的散热需求。而沸腾换热能够利用液体在汽化过程中的潜热带走大量热量，是一种高效的换热形式。

沸腾过程是一个剧烈的汽化过程，伴随有大量的气体产生。有限的换热表面不能将热量高效扩散出去，限制了散热能力的提升。在高热流密度时，冷却工质往往不能及时补充至换热表面，换热表面温度较高，容易产生干烧现象，限制换热表面的散热能力。

针对换热面积不足的问题，现有的解决方法多采用各种强化表面来扩展换热面积，常见的强化表面有粗糙表面、刻蚀表面、碳纳米管表面等。但是这些强化表面生成的微纳米结构处于整个边界层内部，不能充分发挥其扩展换热面积的优势。

针对补液能力不足的问题，现有的研究通过改变换热表面的润湿性来提升其补液能力。亲水表面的润湿性好，有利于冷却工质的补给，疏水表面的汽化核心容易被激活，有利于降低换热表面的温度。但是同一个换热表面的亲疏水结合较差，不能发挥它们的复合强化优势。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于电子束毛化的电子器件散热结构及其制造方法。针对现有换热表面有效扩展面积不足、补液能力不足的问题，本发明提供一种亲疏水结合电子器件散热结构及制造方法。本发明的方柱结构能够提供较大的有效换热面积，同时亲水区域能够及时向方柱结构上补给冷却工质，而且存在紧密结合的亲水区域和疏水区域，分别充当冷却工质补给区域和汽化核心生成区域，有助于提高整个散热结构的补液能力，增强换热能力。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于电子束毛化的亲疏水结合电子器件散热结构，包括散热板(1)和方柱结构(2)，散热板(1)上方设置有若干个毫米级的方柱结构(2)，各个方柱结构(2)的截面尺寸相同，高度相同，间距相同，在每个方柱结构(2)之间的散热板的上表面为柱间亲水区域(3)，在每个方柱结构(2)上有不同润湿性的区域，每个方柱结构(2)周向的四个表面为方柱周向亲水区域(4)，每个方柱结构(2)的顶部的表面为方柱顶部疏水区域(5)，使得本散热结构实现紧密的亲疏水相结合。在沸腾换热过程中，方柱周向亲水区域(4)能够及时将冷却工质补给至沸腾换热区域，方柱顶部疏水区域(5)能够持续产生汽泡，利用冷却工质的相变带走热量。

进一步地，所述方柱结构(2)呈方形阵列分布在散热板上，散热板的长度和宽度都为L，L取值为10-50mm，方柱结构均匀填充满散热板，方形阵列的尺寸为L*L。

进一步地，所述散热板(1)上每个方柱结构截面为正方形，边长为a，a的取值为200μm-500μm。

进一步地，散热板(1)上每个方柱结构之间的间距都为a。

进一步地，散热板(1)上每个方柱结构的高度都为h，h取值为2mm-3mm。