CN101001515A - 板式散热管及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种板式散热管的制造方法，包括以下步骤：提供一个中空壳体，该中空壳体包括底板及与该底板相连的侧板；在该底板的内表面上涂覆催化剂层；在该催化剂层上生长碳纳米管，形成碳纳米管阵列；将一个与中空壳体相配合的盖体固定到中空壳体上，形成一个密闭容器；将该密闭容器内抽为真空；将工作流体注入该密闭容器。本发明还提供了一种板式散热管，其所包含的中空壳体的底板上具有碳纳米管阵列，有效的提高了中空壳体的底板吸收热源所发出的热量的效率。

Description

板式散热管及其制造方法

【技术领域】

本发明是关于散热装置，特别涉及一种利用流体蒸发性能的板式散热管及其制造方法。

【背景技术】

散热装置是计算机中央处理器(CPU)必不可少的散热冷却部件，随着CPU的运算速度越来越快，其功率和发热量也随之剧增。而计算机机箱的空间却越来越小，使得散热装置的设计也趋向小型化发展。

现有技术提供一种散热装置，其包括一散热底座和形成于散热底座表面的多个散热鳍片，工作时，该散热底座将热量传递到散热鳍片，通过散热鳍片与周围空气进行自然对流，并采用一风扇源源不断地将冷空气吹向散热鳍片，同时热空气上升，经过如此不断地循环对流过程，以将热量散出，确保电子元件能稳定运转。但是，即使该散热装置的散热底座和散热鳍片都采用铜或铝等导热能力强的金属材料，也难以满足目前高频、高速电子元件的散热要求，因此，散热装置的导热、散热效率仍有待于提高。上述散热底座与散热鳍片的接合方式主要有：1)通过中间物进行间接式连接，如采用导热胶、环氧树脂等粘接物或者锡焊；2)直接连接，如采用锻压、熔接、软焊、硬焊、扩散接合、激光焊接、塑性变形等技术达成两者的接合，但是，这些传统的加工方式工艺繁琐，且易使散热底座与散热鳍片之间的热阻增大，从而导致散热效率降低。

现有技术提供另一种散热管，其直接和热源接触，其中以圆形管为代表，此外，板式散热管近来受到重视。板式散热管可以称之为平面式散热管或平板式散热管。板式散热管所具有的优点是，像半导体芯片之类的发热元件可以与板式散热管大面积接触。

在板式散热管中，发热元件可以与散热管的主要宽表面接触。当应用板式散热管时，其优选的应用于底部散热模式，以便维持更可靠的工作流体循环，正如圆形散热管所要求的一样。作为应用板式散热管的良好冷却装置，要考虑冷却装置中板式散热管以这样的方式配置，即散热管的主要表面之一向下，因此发热元件与板式散热管向下的主要表面接触，而散热端固定在板式散热管向上的主要表面上。根据上述的冷却装置，散热管下部的主表面称为热吸收端，而固定散热管的上部主表面成为热消散端。

上述工作流体中可加入纳米粒子，如碳纳米管，在此，利用了碳纳米管优异的导热性能。碳纳米管是碳原子形成的石墨层卷曲而成的无缝、中空管状物，具有优异的轴向导热性，其导热系数可达20000W/mK(大约为铜材料之50倍)，可大大提高板式散热管的热吸收端与工作流体间之导热性能，从而提高板式散热管之散热性能。

请参阅图1，一个板式散热管100，该板式散热管100的容器的截面为矩形，容器的下侧作为吸热部110并与热源150相接触，容器的上侧作为散热部120。在该散热部120的外部，设有多个散热鳍片180。然后，在容器的内部抽成真空后，封入有水等冷凝性的定量的工作流体140，该工作流体140中掺有纳米粒子142。

但是，电子设备的发展趋势是尺寸趋小，而发热量却趋大，因此需要散热效率更高之板式散热管。

有鉴于此，提供一种散热效率高的板式散热管及其制造方法实为必要。

【发明内容】

以下，将以实施例说明一种散热效率高的板式散热管及其制造方法。

一种板式散热管的制造方法，包括以下步骤：提供一个中空壳体，该中空壳体包括底板及与该底板相连的侧板；在该底板的内表面上涂覆催化剂层；在该催化剂层上生长碳纳米管，形成碳纳米管阵列；将一个与中空壳体相配合的盖体固定到中空壳体上，形成一个密闭容器；将该密闭容器内抽为真空；将工作流体注入该密闭容器。

一种板式散热管，包括：一个中空壳体，该中空壳体包括一个底板和与其相连的侧板；一个与该中空壳体相配合的盖体，该中空壳体与该盖体组合形成一密闭容器，工作流体设置于该密闭容器中；其中，该侧板的内表面具有毛细结构，该底板的内表面具有一催化剂层，该催化剂层上有碳纳米管阵列。

与现有技术相比，本发明提供的中空壳体的底板上具有碳纳米管阵列，有效的提高了中空壳体的底板吸收热源所发出的热量的效率，以及中空壳体中的工作流体吸收中空壳体所吸收的热量的效率，工作流体受热蒸发成蒸气，该蒸气通过与中空壳体相配合的盖体冷凝成液态工作流体，然后通过侧板上的毛细结构回流至底板上方，从而整个散热装置形成稳定高效的循环散热系统。

【附图说明】

图1是现有技术中板式散热管的截面示意图。

图2是本发明板式散热管制造方法的流程示意图。

图3(a)至(e)是本发明板式散热管制造方法的示意图。

图4是在碳纳米管阵列的底部沉积金属铜的示意图。

图5是本发明板式散热管第一实施例的截面示意图。

图6是本发明板式散热管第二实施例的截面示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图2、图3和图4，本发明板式散热管的制造方法包括以下步骤：提供一个中空壳体210，该中空壳体210包括底板212及与该底板212相连的侧板214，该侧板214的内表面具有毛细结构216；在该底板的内表面2121上涂覆催化剂层230；在该催化剂层230上生长碳纳米管，形成碳纳米管阵列240；将一个与中空壳体210相配合的盖体220焊接到中空壳体210上，形成一个密闭容器200；将该密闭容器200内抽为真空；将工作流体260注入该密闭容器200中。

如图3(a)所示，中空壳体210包括底板212及与该底板212相连的侧板214，盖体220可与其相配合，即中空壳体210与盖体220接合可以形成一个密闭容器。本实施例中侧板214垂直于底板212，此外，中空壳体210的截面形状可以为矩形、拱形或梯形等。该中空壳体210和盖体220选自下列材料之一：铜、铝、铁、镍、钛、钢、碳钢、不锈钢，和铜、铝、铁、镍、钛任意组合的合金。一般，盖体220的一侧具有散热鳍片280，以便获得较高的冷却性能。

如图3(b)所示，为了促成碳纳米管在底板上形成，可以将预定厚度的催化剂层230涂覆在底板的内表面2121上。该催化剂层230包含一种或多种过渡金属或其合金，例如铁、钴、镍。现有技术中，常用的为溅渡沉积法。该催化剂层230的厚度为1纳米(nm)～100纳米。

化学气相沉积法生长碳纳米管的技术已较为成熟，其可根据适当的操作条件生长单壁、双壁或多壁碳纳米管。如图3(c)所示，可以利用热化学气相沉积法(Thermal Chemical VaporDeposition)或等离子加强化学气相沉积法(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，PECVD)在催化剂层230上生长碳纳米管，形成碳纳米管阵列240，在本实施例中采用PECVD法。PECVD法的制程温度可以控制在500～700摄氏度。将碳纳米管阵列240中的碳纳米管所生长的长度控制在10微米～500微米。

为了使生长在底板的内表面2121的碳纳米管更为牢固，在将盖体220固定到中空壳体210之前还可以进一步包括在碳纳米管阵列240的底部沉积金属层270的步骤，金属层270为铜、金、银等。现如今，金属铜被广泛的应用于半导体产业，铜相对于铝具有更低的电阻率，可以通过溅镀、等离子气相沉积(Plasma Vapor Deposition，PVD)、及化学气相沉积法(ChemicalVapor Deposition，CVD)，但常用的方法是电沉积(ElectroDeposition)。如图4所示，本实施例中采用电沉积的方式在碳纳米管阵列240的底部沉积金属铜，形成金属层270，金属层270包裹着碳纳米管阵列240，且金属层270的厚度小于碳纳米管的长度。

如图3(d)所示，可以利用焊接或粘接的方式将该盖体220固定到中空壳体210上，形成一个密闭容器200；将该密闭容器200内抽为真空。

如图3(e)所示，将工作流体260注入该密闭容器200中。工作流体260包括一种液体和添加其中的碳纳米管、碳纳米球、铜纳米粉或其任意组合的纳米粒子261，所述液体包括纯水、氨水、甲醇、丙酮、庚烷中一种或多种的混合液体。

现有技术中将密闭容器抽为真空并注入工作流体的技术与方式已经较为成熟，在此不作赘述。

请参阅图5，本发明板式散热管第一实施例，其包括：一个中空壳体310，该中空壳体310包括一个底板312和与其相连的侧板314，该底板312的内表面具有碳纳米管阵列340，且该碳纳米管阵列340的下部具有铜金属层370，该侧板314的内表面具有毛细结构316；一个与该中空壳体310相配合的盖体320，该中空壳体310与该盖体320组合形成一密闭容器300，工作流体360设置于该密闭容器300中。

在底板312和铜金属层370之间进一步包括一催化剂层330，该催化剂层330包含一种或多种过渡金属或其合金，例如铁、钴、镍，该催化剂层330的厚度为1纳米～100纳米。

其中，所述中空壳体310和盖体320选自下列材料之一：铜、铝、铁、镍、钛、钢、碳钢、不锈钢，和铜、铝、铁、镍、钛任意组合的合金。

所述中空壳体310的截面形状可以为矩形、拱形或梯形等。

一般，盖体320的一侧具有散热鳍片380，以便获得较高的冷却性能。

所述碳纳米管阵列340中的碳纳米管的长度为10微米～500微米。

上述毛细结构316，其为多个沿垂直于底板312方向的沟槽。

上述工作流体360装设在密闭容器300中，且工作流体360的体积小于密闭容器300的容积。工作流体360选自沸点低的液体，如纯水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷等液体或其混合液体，并可在液体中添加具有高导热系数和高热容的高导热性材料，如纳米碳管、纳米碳球、纳米铜粉或其任意组合的纳米粒子361，以增加工作流体360的导热性能。

本实施例提供的板式散热管的工作过程如下所述，当热源350工作产生热量时，通过底板312的热传递，将热源350所产生的热量传递给密闭容器300内的液态工作流体360，液态工作流体360蒸发成气态工作流体360，气态工作流体360在密闭容器300的上方，即靠近盖体320一侧被冷凝成液态工作流体360，然后通过侧板314的内表面的毛细结构316流回底板312的上方，接着进行下一个循环过程。通过工作流体360如此循环流动，即可将热源350工作产生的热量散发，实现整个板式散热管的散热功能。

请参阅图6，本发明板式散热管的第二实施例结构与第一实施例的基本相同，其包括：一个中空壳体410，该中空壳体410包括一个底板412和与其相连的侧板414，该底板412的内表面具有碳纳米管阵列440，且该碳纳米管阵列440的下部具有铜金属层470，该侧板414的内表面具有毛细结构416；一个与该中空壳体410相配合的盖体420，该中空壳体410与该盖体420组合形成一密闭容器400，工作流体460设置于该密闭容器400中。工作流体460选自沸点低的液体，如纯水、氨水、甲醇、丙酮或庚烷等液体或其混合液体，并可在液体中添加具有高导热系数和高热容的高导热性材料，如纳米碳管、纳米碳球、纳米铜粉或其任意组合的纳米粒子461，以增加工作流体460的导热性能。

盖体420的一侧具有散热鳍片480，以便获得较高的冷却性能。

其不同在于在底板412与催化剂层430之间设置一缓冲层490。

该缓冲层490能防止催化剂层430与底板412之间的扩散。缓冲层490选自下列材料之一：钼、钛、钛钨、氮化钛和钼、钛、钛钨、氮化钛任意组合的合金。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其它变化。故，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种板式散热管的制造方法，包括以下步骤：提供一个中空壳体，该中空壳体包括底板及与该底板相连的侧板，该侧板的内表面具有毛细结构；在该底板的内表面上涂覆催化剂层；在该催化剂层上生长碳纳米管，形成碳纳米管阵列；将一个与中空壳体相配合的盖体固定到中空壳体上，形成一个密闭容器；将该密闭容器内抽为真空；将工作流体注入该密闭容器。

2.如权利要求1所述的板式散热管的制造方法，其进一步包括在催化剂层上沉积金属层的步骤，且该金属层的厚度小于碳纳米管的长度。

3.如权利要求2所述的板式散热管的制造方法，其特征在于，所述在催化剂层上沉积金属层是利用电沉积方式。

4.如权利要求2所述的板式散热管的制造方法，其特征在于，所述金属层为铜。

5.如权利要求1所述的板式散热管的制造方法，其特征在于，所述在该催化剂层上生长碳纳米管是采用热化学气相沉积方式或等离子加强化学气相沉积方式。

6.如权利要求1所述的板式散热管的制造方法，其特征在于，在该中空壳体底板的内表面上涂覆催化剂层之前进一步包括在底板上涂覆一缓冲层的步骤。

7.一种板式散热管，包括：一个中空壳体，该中空壳体包括一个底板和与其相连的侧板；一个与该中空壳体相配合的盖体，该中空壳体与该盖体组合形成一密闭容器，工作流体设置于该密闭容器中；其特征在于：该侧板的内表面具有毛细结构，该底板的内表面具有一催化剂层，该催化剂层上有碳纳米管阵列。

8.如权利要求7所述的板式散热管，其特征在于，所述催化剂层上有一金属层，该金属层的厚度小与碳纳米管的长度。

9.如权利要求8所述的板式散热管，其特征在于，所述金属层所用金属为铜。

10.如权利要求7所述的板式散热管，其特征在于，所述催化剂层包含一种或多种过渡金属或其合金。

11.如权利要求7所述的板式散热管，其特征在于，所述该底板与催化剂层之间有一缓冲层。

12.如权利要求7所述的板式散热管，其特征在于，所述盖体上具有多个散热鳍片。

13.如权利要求7所述的板式散热管，其特征在于，所述毛细结构为多个沿垂直于底板方向的沟槽。

Images