本申請是于2014年9月17日提交的標(biāo)題為“啟用微柱的熱接地平面”(MICROPILLAR-ENABLED THERMAL GROUND PLANE)的美國臨時專利申請?zhí)枮?2/051,761的非臨時申請；和于2014年10月28日提交的標(biāo)題為“基于聚合物微制造的熱接地平面”(POLYMER-BASED MICROFABRICATED THERMAL GROUND PLANE)的美國臨時專利申請?zhí)枮?2/069,564的非臨時申請，所述申請中的每一者均以全文引用的方式并入本公開內(nèi)容。

本申請還是標(biāo)題為“真空增強(qiáng)型散熱器”(VACUUM-ENHANCED HEAT SPREADER)的美國專利申請?zhí)枮?4/853,833的部分繼續(xù)申請，所述申請要求于2014年9月15日提交的標(biāo)題為“真空增強(qiáng)型散熱器”(VACUUM-ENHANCED HEAT SPREADER)的美國臨時申請?zhí)枮?2/050,519的優(yōu)先權(quán)，所述申請中的每一者以全文引用的方式并入本公開內(nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請公開一種熱接地平面(TGP)。所述TGP可包括第一平面襯底部件，被配置成封圍工作流體；第二平面襯底部件，被配置成封圍所述工作流體；設(shè)置在所述第一平面襯底上的多個芯吸結(jié)構(gòu)；以及設(shè)置在所述第二平面襯底上的一個或多個平面間隔件。所述第一平面襯底和所述第二平面襯底可被氣密密封。

在一些實(shí)施方案中，所述多個芯吸結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述第一平面襯底部件上的多個柱或通道，且所述多個芯吸結(jié)構(gòu)包括在所述第二平面襯底部件上形成的多個柱或通道。

在一些實(shí)施方案中，所述第一平面襯底部件和/或所述第二平面襯底部件包括金屬層、具有熱通孔的覆銅聚合物層、沒有熱通孔的覆銅聚合物層、涂覆有聚合物的銅層、被親水涂層包封的金屬層、被親水疏水涂層包封的銅金屬層，和/或被金屬層包封的聚合物層、被親水涂層包封的聚合物層，和/或被疏水涂層包封的聚合物層。在一些實(shí)施方案中，所述第一平面襯底部件(例如，金屬包覆層)和/或第二平面襯底部件可在一個或多個區(qū)(例如，在蒸發(fā)器或冷凝器附近的區(qū))中更厚。

在一些實(shí)施方案中，所述多個芯吸結(jié)構(gòu)包括與網(wǎng)層結(jié)合的多個銅柱。

在一些實(shí)施方案中，多個芯吸結(jié)構(gòu)可以包括具有選自以下列表中的至少一個性質(zhì)的材料：銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)、金屬網(wǎng)、聚合物網(wǎng)、銅包封的網(wǎng)、被親水涂層包封的網(wǎng)、被疏水涂層包封的網(wǎng)，和通過氣密密封件包封的網(wǎng)。

在一些實(shí)施方案中，所述多個芯吸結(jié)構(gòu)包括與被銅包封的不銹鋼網(wǎng)或銅網(wǎng)結(jié)合的銅柱。

在一些實(shí)施方案中，所述一個或多個平面間隔件包括與被銅包封的不銹鋼網(wǎng)或銅網(wǎng)結(jié)合的銅柱。

在一些實(shí)施方案中，所述一個或多個平面間隔件包括多個銅柱或通道。

在一些實(shí)施方案中，所述一個或多個平面間隔件包括具有各種星形橫截面(例如，矩形、圓形和/或星形)的多個柱或通道。

在一些實(shí)施方案中，所述多個芯吸結(jié)構(gòu)包括通過銅或其它涂層氣密密封和/或使用親水涂層或疏水涂層增強(qiáng)的聚合物柱。

在一些實(shí)施方案中，所述多個芯吸結(jié)構(gòu)包括網(wǎng)層。所述網(wǎng)層例如可包括選自以下列表的網(wǎng)：銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)、金屬網(wǎng)、聚合物網(wǎng)和銅包封的網(wǎng)。所述網(wǎng)層例如可包括親水涂層或疏水涂層或氣密涂層。

在一些實(shí)施方案中，使用光刻圖案化工藝來沉積所述多個芯吸結(jié)構(gòu)和/或所述一個或多個平面間隔件。

在一些實(shí)施方案中，所述氣密密封件可以是超聲波焊接、靜電焊接或激光焊接的銅-銅界面。

在一些實(shí)施方案中，所述氣密密封件可包括選以下列表的密封件：銅-銀燒結(jié)界面、錫/鉛焊料，和無鉛焊料合金。

本申請公開一種熱接地平面(TGP)。所述TGP可包括：頂層；網(wǎng)層，其包括沿著所述網(wǎng)層的長度形成的多個干道；以及底層，其包括延伸到所述多個干道中的多個柱。所述底層和所述頂層可圍繞所述頂層的至少一個邊緣和所述底層的至少一個邊緣密封。所述多個柱中的每一者的至少一個尺寸可具有小于所述多個干道中的至少一者的尺寸。

在一些實(shí)施方案中，可以從網(wǎng)層切割所述多個干道。在一些實(shí)施方案中，所述TGP可包括設(shè)置在所述底層上的微芯層。在一些實(shí)施方案中，所述TGP可包括設(shè)置在所述頂層上的多個柱

附圖說明

在參考附圖閱讀以下詳細(xì)描述時，會更好地理解本公開內(nèi)容的這些和其它特征、方面以及優(yōu)勢。專利或申請文件含有帶顏色的至少一個圖式。在請求并支付必需費(fèi)用之后，專利局將提供具有彩色圖式的此專利或?qū)＠暾埞及傅母北尽?/p>

圖1示出在不同接觸持續(xù)時間下使用不同材料的移動系統(tǒng)的最大容許表面溫度圖。

圖2示出根據(jù)一些實(shí)施方案在沒有有效熱發(fā)散的情況下的非均勻加熱的移動裝置的示例紅外圖。

圖3示出根據(jù)一些實(shí)施方案的熱接地平面(TGP)的示例圖。

圖4示出根據(jù)一些實(shí)施方案的柔性熱接地平面的實(shí)例。

圖5示出在一些實(shí)施方案中通過1英寸×1英寸加熱器向TGP注入熱量和通過1英寸×1英寸熱沉器從TGP提取熱量校準(zhǔn)的從TGP的蒸發(fā)區(qū)到冷凝區(qū)的熱阻。

圖6示出根據(jù)一些實(shí)施方案的TGP。

圖7示出根據(jù)一些實(shí)施方案的TGP，所述TGP具有頂層、底層和芯吸結(jié)構(gòu)，所述頂層具有形成在其中的柱，所述底層具有形成在其中的柱。

圖8示出根據(jù)一些實(shí)施方案制造的TGP的薄度。

圖9示出根據(jù)一些實(shí)施方案的具有底層的示例TGP，所述底層具有與涂覆有銅的不銹鋼網(wǎng)電鍍和結(jié)合的銅柱。

圖10示出根據(jù)一些實(shí)施方案的具有多個銅柱的頂層。

圖11示出根據(jù)一些實(shí)施方案的可用于表征具有由冷板界定的冷凝區(qū)的薄柔性TGP的性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。

圖12示出根據(jù)一些實(shí)施方案并使用圖11示出的實(shí)驗(yàn)設(shè)置制造的TGP的熱阻圖。

圖13示出根據(jù)一些實(shí)施方案可用于表征具有分布式冷凝器冷凝的薄柔性TGP的性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置，其中通過自然空氣對流來提取熱量。

圖14A示出根據(jù)一些實(shí)施方案的另一示例TGP。

圖14B示出根據(jù)一些實(shí)施方案的TGP。

圖15示出根據(jù)一些實(shí)施方案的另一示例TGP。

圖16示出根據(jù)一些實(shí)施方案的用于制造TGP的示例過程。

圖17示出根據(jù)一些實(shí)施方案的另一TGP 700的俯視圖。

圖18A、18B和18C示出根據(jù)一些實(shí)施方案的圖17示出的TGP的側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

對于移動系統(tǒng)(例如，智能電話、平板計(jì)算機(jī)和可穿戴電子器件)的一個挑戰(zhàn)是對表層溫度的控制。表層溫度是由人體的手指、手、臉、耳朵或任何其它部分觸摸的裝置的外部部分(例如殼體)的溫度。當(dāng)裝置的一部分的溫度超過最大容許溫度時，用戶將認(rèn)為裝置的溫度較熱。當(dāng)然，對熱的感知取決于材料和接觸持續(xù)時間；其還由于人們在熱生理機(jī)能方面的差異而因人而異。圖1示出考慮到不同觸摸持續(xù)時間的許多不同材料的可接受的表層溫度圖。

如圖2所示，可通過電子芯片(例如5瓦的處理器或1瓦的小型無線放大器)產(chǎn)生具有比智能電話(或其它裝置)上的其它位置高得多的溫度的熱點(diǎn)或區(qū)域?？赏ㄟ^有效的熱發(fā)散移除這些熱點(diǎn)或區(qū)域，因?yàn)檫@些熱點(diǎn)之外的區(qū)域中的溫度可能低得多。

通常，金屬熱發(fā)散器(例如鋁或銅熱發(fā)散器)可能是有效的。然而，正在降低金屬熱發(fā)散器的厚度以便滿足降低總的系統(tǒng)厚度的需求。對于大多數(shù)移動系統(tǒng)而言，通常需要更薄的配置。在薄金屬熱發(fā)散器的情況下，其熱阻會增加，因?yàn)闊嶙枋艿綗釋?dǎo)率和用于熱傳導(dǎo)的橫截面區(qū)域的影響。替代性方法可使用高熱導(dǎo)率石墨熱發(fā)散器。然而，石墨熱發(fā)散器的熱導(dǎo)率一般隨著石墨層的厚度而減小。高熱導(dǎo)率石墨(例如1,500W/mK的熱導(dǎo)率)太薄(例如0.017mm)而無法有效傳遞大面積的熱量。

一些實(shí)施方案包括具有改進(jìn)熱性能的薄熱接地平面(TGP)。舉例來說，TGP可使用具有用于熱傳遞的蒸發(fā)-蒸汽運(yùn)輸-冷凝-液體返回路徑的相變熱傳遞機(jī)制。作為另一實(shí)例，TGP可以是具有高于銅的熱導(dǎo)率的具有有效熱導(dǎo)率的非常好的熱發(fā)散器(參看圖5)。在一些實(shí)施方案中，TGP可包括組件和/或可以使用在標(biāo)題為“柔性熱接地平面及其制造”(Flexible Thermal Ground Plane and Manufacturing the Same)的美國專利申請?zhí)枮?2/719,775中描述的方法制造，所述申請以全文引用的方式并入本文以用于所有目的。

實(shí)施方案還可包括頂層，所述頂層包括使用具有多個柱的底層密封的多個間隔件(或柱)。在一些實(shí)施方案中，可使用光刻圖案化工藝將所述間隔件沉積在所述頂層上。在一些實(shí)施方案中，可使用光刻圖案工藝將所述柱沉積在所述底層上。在一些實(shí)施方案中，可在第一平面襯底和/或第二平面襯底上結(jié)合或劃刻所述柱和間隔件。在一些實(shí)施方案中，所述柱可具有小于或大于柱和/或間隔件的直徑的直徑。在一些實(shí)施方案中，所述間隔件柱可具有小于或大于所述柱的間距直徑的間距。在一些實(shí)施方案中，間隔件中的柱可具有小于或大于芯吸結(jié)構(gòu)中的柱的間距的高度、直徑或間距。

圖3示出根據(jù)一些實(shí)施方案的實(shí)例TGP 300的圖。在此實(shí)例中，TGP 300包括頂層310、底層315、液體通道320和/或蒸汽核心325。TGP 300例如可與水或其它冷卻介質(zhì)的蒸發(fā)、蒸汽運(yùn)輸、冷凝和/或液體返回一起操作，以用于蒸發(fā)區(qū)330與冷凝區(qū)335之間的熱傳遞。頂層310可包括銅、聚酰亞胺、涂覆有聚合物的銅、覆銅KAPTON等。頂部底層315可包括銅、聚酰亞胺、涂覆有聚合物的銅、覆銅KAPTON等。在一些實(shí)施方案中，可使用焊料、激光焊接、超聲波焊接、靜電焊接或熱壓壓縮或密封劑340將TGP的頂層310和底層315密封在一起。

在一些實(shí)施方案中，液體通道320可包括銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)或由其它材料但被銅包封而制成的網(wǎng)。液體通道320例如可包括一個、兩個、三個、四個、五個、六個或更多層相同或不同材料的網(wǎng)。在一些實(shí)施方案中，可使用FEP(氟化乙烯丙烯)、電鍍、燒結(jié)和/或其它粘合劑或密封劑將液體通道320與頂層310結(jié)合和/或密封。在一些實(shí)施方案中，為了增強(qiáng)金屬網(wǎng)的親水性質(zhì)，可使用Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或其它涂層的原子層沉積(ALD)來包封具有理想功能的液體通道320的網(wǎng)。

在一些實(shí)施方案中，蒸汽核心325可包括安置在頂層310上的多個柱和/或通道?？墒褂萌魏晤愋偷某练e技術(shù)例如氣相沉積等來沉積所述柱和/或通道。

圖4示出根據(jù)一些實(shí)施方案的柔性熱接地平面的實(shí)例。TGP可包括各種大小的有效區(qū)域，例如TGP可具有小于2cm、5cm、10cm、20cm、50cm、100cm、500cm、1000cm等的至少一個尺寸(例如長度、寬度、半徑、直徑等)和/或小于0.1mm、0.25mm、0.5mm、1mm、10mm、50mm、100mm等的厚度。在特定實(shí)例中，所述有效區(qū)域可具有9.5cm×5cm×0.1cm的尺寸。

在一些實(shí)施方案中，TGP可包括覆銅KAPTON底層和覆銅KAPTON頂層，在所述底層與頂層之間夾有銅或金屬網(wǎng)和/或聚合物間隔件。所述金屬網(wǎng)可以是具有銅涂層或沒有銅涂層的銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)，或由其它材料但是被銅包封制成的網(wǎng)。所述銅網(wǎng)層例如可包括一個、兩個、三個、四個、五個、六個或更多的網(wǎng)層。在一些實(shí)施方案中，可使用FEP(氟化乙烯丙烯)、電鍍、燒結(jié)和/或其它密封劑將TGP的多個部分(例如銅網(wǎng)和/或聚合物間隔件)結(jié)合并密封。在一些實(shí)施方案中，為了增強(qiáng)金屬網(wǎng)的親水性質(zhì)，可使用Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或其它涂層的原子層沉積(ALD)來包封具有理想功能的網(wǎng)。

圖5示出根據(jù)一些實(shí)施方案而制造的從TGP的蒸發(fā)器蒸發(fā)區(qū)到冷凝區(qū)的熱阻。在此實(shí)例中，TGP的特征在于：通過1英寸×1英寸的加熱器向TGP注入熱量和通過1英寸×1英寸的熱沉器從TGP提取熱量。在此實(shí)例中，測試樣本的有效區(qū)域是約200mm×50mm×1mm。將結(jié)果與具有相同尺寸的銅參考樣本獲得的結(jié)果進(jìn)行比較。

在一些實(shí)施方案中，TGP可包括具有使用電鍍工藝制造的多個柱的層，其產(chǎn)生例如具有銅-鎳-金層的大結(jié)合襯墊。另外或替代地，在一些實(shí)施方案中，可使用ALD親水或疏水涂覆工藝來改變柱的可濕性。

如圖5所示，將根據(jù)實(shí)施方案制造的TGP的熱阻與具有相同尺寸的銅參考樣本的熱阻進(jìn)行比較。從蒸發(fā)器到冷凝器的熱阻是加熱器的輸入功率的函數(shù)。如圖所示，當(dāng)功率從5瓦增加到25瓦時，熱阻從7K/W下降到約2K/W。銅樣本的相應(yīng)熱阻是約10K/W。TGP的有效熱導(dǎo)率在25瓦時達(dá)到約2,000W/mK，因?yàn)槠錈嶙枋蔷哂?00W/mK熱導(dǎo)率的銅的約1/5。在另一測試中，我們的客戶將功率一直運(yùn)行到35瓦，且達(dá)到高達(dá)4,000W/mK到7,000W/mK的有效熱導(dǎo)率。

在一些實(shí)施方案中，可使用具有比基片材料更高熱導(dǎo)率的熱通孔。然而，在用于產(chǎn)生圖5所示結(jié)果的此樣本中不使用熱通孔；因此，由于KAPTON的低熱導(dǎo)率，存在跨50μm厚的KAPTON層的相對大且不理想的熱阻。在使用熱通孔的情況下，TGP的總熱阻甚至在25瓦功率電平下可隨著超過3,000W/mK的有效熱導(dǎo)率而增加。

圖6示出根據(jù)一些實(shí)施方案的TGP 600。在此實(shí)例中，頂層310和/或底層315可包括覆銅KAPTON和/或可以類似于上文結(jié)合圖3而描述的頂層310和底層315。在一些實(shí)施方案中，可使用焊料、激光焊接、超聲波焊接、靜電焊接或熱壓壓縮將TGP 600的頂層310和底層315一起密封。在頂層310與底層315之間，TGP 600可包括液體通道、芯吸結(jié)構(gòu)和/或蒸汽核心。

芯吸結(jié)構(gòu)610例如可包括具有銅涂層或沒有銅涂層的銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng)，或由其它材料但被銅包封制成的一個或多個網(wǎng)。芯吸結(jié)構(gòu)610例如可包括一個、兩個、三個、四個、五個、六個或更多層的相同或不同材料的網(wǎng)。在一些實(shí)施方案中，可使用FEP(氟化乙烯丙烯)電鍍、燒結(jié)和/或其它粘合劑或密封劑將芯吸結(jié)構(gòu)610與頂層310結(jié)合和/或密封。在一些實(shí)施方案中，為了增強(qiáng)芯吸結(jié)構(gòu)610的親水性質(zhì)，可使用Al₂O₃、TiO₂、SiO₂或其它涂層的原子層沉積(ALD)來包封具有理想功能的液體通道615的網(wǎng)。在一些實(shí)施方案中，芯吸結(jié)構(gòu)610可與液體通道615的多個柱結(jié)合或結(jié)合在所述多個柱上。

在一些實(shí)施方案中，芯吸結(jié)構(gòu)610可包括編織網(wǎng)，其可以通過電鍍工藝結(jié)合到液體通道615和/或蒸汽核心605的柱。在一些實(shí)施方案中，所述網(wǎng)可以是銅編織網(wǎng)或金屬網(wǎng)。在此過程期間，例如，芯吸結(jié)構(gòu)610(例如編織網(wǎng))可被銅包封。可使用芯吸結(jié)構(gòu)610將具有蒸汽核心605的頂層310和具有液體通道615的底層315一起密封，其中在頂層310與底層315之間具有網(wǎng)。在密封之后，可以使用工作流體(例如水、甲烷、氨或與暴露于工作流體的表面相容的其它冷卻劑或制冷劑)充滿TGP 600。

液體通道615例如可包括多個柱(例如電鍍柱)。

蒸汽核心605例如可包括多個柱(例如電鍍柱)。在一些實(shí)施方案中，蒸汽核心605中的柱可具有小于液體通道615的柱的至少一個尺寸(例如高度、寬度、長度、直徑等)的至少一個尺寸(例如，高度、寬度、長度、直徑等)。

在一些實(shí)施方案中，可使用光刻圖案工藝來制造液體通道615和/或蒸汽核心605中的柱。舉例來說，可使用光刻圖案工藝在頂層310上形成多個柱以形成蒸汽核心605，和/或可使用光刻圖案工藝在底層315上形成多個柱以形成液體通道615。光刻圖案化工藝?yán)缈稍跀?shù)微米的分辨率下控制柱的定位和/或高度?？赏ㄟ^機(jī)械劃刻工藝形成頂層310和/或底層315上的多個柱。

在一些實(shí)施方案中，TGP(例如TGP 300或TGP 600，或本公開內(nèi)容中描述的任何其它TGP)的厚度可以是數(shù)毫米或甚至小于約500微米、450微米、400微米、350微米、300微米、250微米、200微米、150微米或100微米。舉例來說，頂層310和/或底層315的厚度可以是10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米等，液體通道(例如液體通道615)的厚度可以是5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米，芯吸結(jié)構(gòu)(例如芯吸結(jié)構(gòu)610)的厚度可以是5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、60微米，且/或蒸汽核心(例如蒸汽核心605)的厚度可以是10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、75微米、100微米、125微米、150微米等。

圖7示出根據(jù)一些實(shí)施方案的TGP 600的實(shí)例，所述TGP具有頂層310、底層315和設(shè)置在其間的芯吸結(jié)構(gòu)610，其中所述頂層具有在其上形成的柱以形成蒸汽核心605，所述底層具有在其上形成的柱以形成液體通道615。

在一些實(shí)施方案中，可在光刻界定的開口上使用電鍍來制造柱。在一些實(shí)施方案中，如圖8所示，根據(jù)一些實(shí)施方案而制造的TGP可具有大于或小于0.25mm的厚度。可進(jìn)一步減小總厚度，因?yàn)殛P(guān)鍵特征的所有尺寸都是通過光刻工藝來界定。在一些實(shí)施方案中，TGP可具有小于約0.25mm、0.2mm、0.15mm、0.1mm、0.05mm等的厚度。

在一些實(shí)施方案中，液體通道615和/或蒸汽核心605的柱可允許TGP甚至在非常薄的配置中在不同的機(jī)械負(fù)荷下保持有效。

圖9示出根據(jù)一些實(shí)施方案的具有多個電鍍柱和網(wǎng)的示例TGP。舉例來說，頂層和/或底層上的柱可使用光刻圖案工藝來制造，和/或可具有任何尺寸，例如100μm×100μm的正方形，其中每個正方形之間具有60μm的間距。這些柱例如可通過各種結(jié)合技術(shù)(例如銅電鍍)結(jié)合到不銹鋼編織網(wǎng)(例如具有500個網(wǎng)格/英寸、50μm厚)。所述網(wǎng)例如還可至少部分地或完全地被電鍍銅包封。

在一些實(shí)施方案中，組合的網(wǎng)-柱結(jié)構(gòu)在蒸發(fā)區(qū)域中可實(shí)現(xiàn)低毛細(xì)管半徑(或高泵送壓力)和在流體通道中可實(shí)現(xiàn)更高的流動水力半徑(或低流動壓力降)。

在一些實(shí)施方案中，可以使用受控的過鍍電鍍工藝來形成具有圓頭的柱。在一些實(shí)施方案中，此形狀例如在柱子與所結(jié)合的網(wǎng)之間的每個界面之間形成的尖角可能是有益的。這些尖角例如可增強(qiáng)拉動從冷凝器到蒸發(fā)器返回液體的毛細(xì)管泵送力。

圖10示出根據(jù)一些實(shí)施方案的具有通過光刻界定的開口而電鍍的銅柱的頂層實(shí)例。在此實(shí)例中，柱的高度是100微米，柱的直徑(或?qū)挾?是1mm，且柱之間的間距是2mm。在此實(shí)例中，柱可界定蒸汽核心的間隙。在大間距(例如柱之間的間距大于每個柱的直徑的，或柱之間的間距大于或等于每個柱的直徑的兩倍)的情況下，流動阻力可能會相當(dāng)?shù)汀?/p>

在一些實(shí)施方案中，在頂層上和/或在底層上形成的柱可以是親水的。在一些實(shí)施方案中，所述柱可具有圓形、橢圓形、多邊形、星形(例如如圖6所示)、六邊形、八邊形、五邊形、正方形、矩形、三角形等的橫截面。在一些實(shí)施方案中，蒸汽的冷凝可沿著蒸汽核心發(fā)生。在一些實(shí)施方案中，蒸汽核心中的柱的親水性質(zhì)可減小蒸汽液滴或氣泡的大小。在一些實(shí)施方案中，星形柱可進(jìn)一步增強(qiáng)親水性或可濕性。

在一些實(shí)施方案中，可由除了銅之外的材料構(gòu)造柱。例如可使用光刻沉積和蝕刻技術(shù)由聚合物制造所述柱。此類聚合物柱例如可經(jīng)過烘烤，隨后使用銅、ALD防潮涂層或其它密封材料進(jìn)行氣密封裝。在一些實(shí)施方案中，聚合物柱的熱導(dǎo)率可遠(yuǎn)低于銅的熱導(dǎo)率。

在一些實(shí)施方案中，TGP的制造工藝可包括將空氣移除出TGP，隨后使用水或與暴露的TGP內(nèi)表面相容的其它工作流體充滿TGP。在一些實(shí)施方案中，小直徑銅管可與TGP耦合以允許真空處理和/或裝載。在裝滿水之后，例如，此管可經(jīng)過夾緊密封。在一些實(shí)施方案中，可通過將有效區(qū)域與具有管的區(qū)域分離的額外密封件來移除夾緊密封的管。

圖11示出可用于表征根據(jù)一些實(shí)施方案的薄柔性TGP的性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。在此實(shí)例中，通過大小是8mm×8mm的加熱器界定蒸發(fā)器(例如加熱器)區(qū)域，并通過面積為5cm×2.5cm的冷凝器塊界定冷凝區(qū)域。測量蒸發(fā)器蒸發(fā)區(qū)域與冷凝器冷凝區(qū)域之間的溫度差，并使用傳遞到冷凝器的的輸入功率的每單元熱的差異來計(jì)算所考慮的熱阻。通過熱絕緣物覆蓋整個裝備以減小由空氣造成的空氣自然對流效果。

圖12示出根據(jù)一些實(shí)施方案并使用圖11示出的實(shí)驗(yàn)設(shè)置而制造的TGP的熱阻作為加熱器的輸入功率的函數(shù)。如圖所示，根據(jù)實(shí)施方案而制造的TGP制品勝過銅。從這些結(jié)果看到，薄TGP的有效熱導(dǎo)率可在500W/mK與5,000W/mK之間，或者在1,000W/mK與1,500W/mK之間。

在一些實(shí)施方案中，熱量提取冷凝的位置可能影響TGP的性能。圖13示出根據(jù)一些實(shí)施方案的可用于表征在沒有有效冷卻熱沉器的情況下具有通過空氣自然空氣對流而冷卻的分布式冷凝器冷凝的薄柔性TGP的性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)置。在圖中，1英寸×1英寸加熱器放置在附接有芯吸層的每個樣本的底部側(cè)的中心處，附接有間隔件層的頂部側(cè)面上的上部區(qū)和中心(加熱區(qū))之間的溫度差對于具有4W輸入的TGP樣本是約0.6℃。此溫度差在相同的4W輸入下對于銅樣本增加到5.4℃。在大區(qū)域上的分布式冷凝的情況下，與銅進(jìn)行比較，TGP的熱發(fā)散性能得到顯著提高，甚至沒有有效熱沉器也如此。

圖14A示出根據(jù)一些實(shí)施方案的TGP 400。TGP 400可使用以下配置中的任一者構(gòu)造。舉例來說，暴露于水的內(nèi)表面上的材料可以是銅。作為另一實(shí)例，可使用被銅包封的不銹鋼網(wǎng)405。作為另一實(shí)例，可使用銅網(wǎng)。作為另一實(shí)例，可通過聚合物網(wǎng)(例如尼龍網(wǎng)或PEEK網(wǎng))結(jié)合銅柱或除了銅柱之外來界定用于蒸汽核心的間隔件420。另外間隔件420可以是銅網(wǎng)。在一些實(shí)施方案中，可包括一個或多個覆銅Kapton層410和420。在一些實(shí)施方案中，可包括芯吸層405。可將一個或多個層組合和/或結(jié)合在一起。

圖14B示出根據(jù)一些實(shí)施方案的實(shí)例TGP。在此實(shí)例中，可在覆銅Kapton層之間密封多個網(wǎng)(例如銅網(wǎng)和尼龍/pEEK間隔件)。

可使用一種或多種密封技術(shù)(例如超聲波焊接、激光焊接、兩層之間的熱壓壓縮和/或使用焊料密封)來組裝和/或密封底層和/或頂層以形成高產(chǎn)率氣密密封件?？墒褂萌魏纹渌夹g(shù)來氣密密封TGP。例如光刻界定的焊接掩模、銅-銅接縫焊接(包括超聲波焊接或激光焊接)、銅-銀燒結(jié)、浸焊等。在此實(shí)例中，可使用第一密封件455和第二密封件455。

圖15示出根據(jù)一些實(shí)施方案的另一實(shí)例TGP。在此實(shí)例中，可通過使用銀漿料的銅銀燒結(jié)來結(jié)合覆銅Kapton的底層和覆銅Kapton的頂層。在一些實(shí)施方案中，所述銀漿料可允許低溫釬焊或燒結(jié)。舉例來說，可在不施加任何壓力的情況下在250℃下使用銀漿料進(jìn)行結(jié)合。在一些實(shí)施方案中，可使用金、銀和/或鈀來處理銅表面。在一些實(shí)施方案中，可通過燒結(jié)之前的干燥過程來除去漿料中的有機(jī)粘結(jié)劑。

圖16示出根據(jù)一些實(shí)施方案的用于制造TGP的示例過程。在框505處，可在底層上形成多個柱。這些柱例如可用于形成液體層或通道?？墒褂萌魏晤愋偷墓饪虉D案化工藝或機(jī)械劃刻工藝形成所述柱。所述柱可具有小于一毫米的高度、小于5毫米的直徑，并且柱之間的間隔大于每個柱的直徑。所述柱可以是基于金屬和/或聚合物，和/或包括親水涂層或疏水涂層。

在框510處，可在頂層上形成多個間隔件。這些間隔件例如可用于形成蒸汽核心層?？墒褂萌魏晤愋偷墓饪虉D案化工藝形成所述間隔件。所述間隔件可具有小于一毫米的高度、小于5毫米的直徑，并且柱之間的間隔大于每個柱的直徑。在一些實(shí)施方案中，所述間隔件的直徑可小于柱的直徑，和/或柱之間的間隔大于每個柱的直徑。所述間隔件可以是基于金屬和/或聚合物，和/或被銅包封，和/或包括親水涂層，和/或包括疏水涂層。

在框515處，網(wǎng)層可夾在頂層與底層之間。所述網(wǎng)可以是金屬網(wǎng)、金屬包封的網(wǎng)，或銅包封的不銹鋼網(wǎng)。所述網(wǎng)可以是編織網(wǎng)。所述編織網(wǎng)例如可具有厚度小于75微米厚度的織法。在一些實(shí)施方案中，所述網(wǎng)可被銅包封。在一些實(shí)施方案中，所述網(wǎng)可在親水或疏水涂層的情況下具有理想的可濕性。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)與水的反應(yīng)可忽略。在一些實(shí)施方案中，可通過電鍍銅使網(wǎng)結(jié)合到底層。

在框520處，可密封頂層和底層以產(chǎn)生空腔，工作流體可置于所述空腔內(nèi)。可使用任何類型的密封，包括本文所描述的密封和本文未描述的密封。管可以通過密封延伸以允許排出和裝載TGP。

在框525處，可使用任何技術(shù)排出空隙內(nèi)的任何空氣或非可冷凝的氣體或其它材料。在框530處，可使用工作流體例如水、甲烷、氨或與暴露TGP內(nèi)表面相容的其它工作流體來充滿TGP。

圖16示出的方法的各個步驟可以任何次序發(fā)生，和/或可移除任何框。

在一些實(shí)施方案中，根據(jù)一些實(shí)施方案可使用錫/鉛焊料(或類似的無鉛焊料合金)來密封TGP。可限制錫/鉛焊料與水的反應(yīng)。

圖17示出另一TGP 700的俯視圖，以及圖18A、18B和18C示出根據(jù)一些實(shí)施方案的TGP 700的側(cè)視圖。TGP 700包括頂層(圖18的805)和底層705。圖17示出移除了頂層805的TGP 700。頂層805和/或底層705可包括銅和/或聚酰亞胺材料。在一些實(shí)施方案中，頂層805和/或底層705可包括銅和聚酰亞胺兩者的層。

TGP 700包括網(wǎng)返回層715，所述網(wǎng)返回層包括在該網(wǎng)返回層715內(nèi)形成或切割的多個返回干道710。在一些實(shí)施方案中，返回干道710可以不延伸到TGP 700的蒸發(fā)器區(qū)720中。在一些實(shí)施方案中，返回干道710的寬度可小于30微米。在一些實(shí)施方案中，返回干道710的寬度可小于100微米。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)返回層715可包括芯。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)返回層715可包括鋼網(wǎng)，例如具有網(wǎng)格的厚度小于50微米或25微米的網(wǎng)。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)返回層715可包括具有200、300、400、500、600、700等網(wǎng)格/英寸的簡單織法的網(wǎng)。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)返回層715可使用銅電鍍。網(wǎng)返回層715可包括指定蒸發(fā)器區(qū)，其可提供用于熱源的特定位置。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)返回層715可具有約40微米的厚度。

網(wǎng)返回層715可具有任何數(shù)目的形狀和/或配置。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)返回層715可具有多邊形或圓形形狀。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)返回層715可具有沒有返回干道710的多個區(qū)段。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)返回層715可包括任何數(shù)目、形狀或配置的返回干道710。在一些實(shí)施方案中，返回干道710可具有安置在返回干道710內(nèi)的一個或多個柱或其它機(jī)構(gòu)。

在一些實(shí)施方案中，返回柱835(參看圖18)可從底層705延伸穿過網(wǎng)返回層715的返回干道710。在一些實(shí)施方案中，返回柱835可形成平行于網(wǎng)返回層715而形成的蒸汽區(qū)。在一些實(shí)施方案中，返回柱835可形成TGP 700的隔熱區(qū)和/或冷凝器區(qū)中的干道。

返回柱835可具有小于返回干道710的寬度的至少一個尺寸。在一些實(shí)施方案中，這些柱可以具有小于10微米的至少一個尺寸(例如高度、寬度、長度、直徑等)。在一些實(shí)施方案中，這些柱可具有小于50微米的至少一個尺寸(例如高度、寬度、長度、直徑等)。在一些實(shí)施方案中，這些柱可具有小于100微米的至少一個尺寸(例如高度、寬度、長度、直徑等)。

圖18A示出通過圖17所示截面A而切割的TGP 700的側(cè)視圖。在圖18A中，通過其中返回干道710沿著網(wǎng)返回層715的一部分延伸的區(qū)域切割TGP 700。如圖18A所示，網(wǎng)返回層715存在于蒸發(fā)器區(qū)中。顯示返回柱835通過返回干道710延伸。TGP 700還包括設(shè)置在頂層805上的多個頂部柱825。頂部柱825可具有大于返回柱835的至少一個尺寸(例如高度、寬度、長度、直徑等)。頂部柱825可具有大于0.25mm、0.5mm、0.75mm、1.0mm、1.25mm等的至少一個尺寸(例如高度、寬度、長度、直徑等)。

在一些實(shí)施方案中，TGP 700可包括微芯層815。微芯層815例如可包括多個柱(例如電鍍柱)。微芯層815可具有小于返回柱835的至少一個尺寸(例如柱高度、寬度、長度、直徑、間距等)。微芯層815可具有小于5μm、10μm、15μm、20μm、25μm等的至少一個尺寸(例如高度、寬度、長度、直徑等)。微芯層815可與返回干道710對齊。

圖18B示出通過圖17所示截面B切割的TGP 700的側(cè)視圖。在圖18B中，通過沒有返回干道710沿網(wǎng)返回層715的一部分延伸的區(qū)域切割TGP。相反，網(wǎng)返回層715沿著TGP 700的此截面的TGP 700的長度延伸。

圖18C示出通過圖17所示截面C切割的TGP 700的端視圖。在圖18C中，通過網(wǎng)返回層715切割TGP，從而示出網(wǎng)返回層715和在網(wǎng)返回層715中形成的返回干道710。在一些實(shí)施方案中，返回柱835可通過返回干道710延伸。在一些實(shí)施方案中，返回柱835中的一者或多者可接觸頂部柱825中的一者或多者。

在一些實(shí)施方案中，沿著頂層805的至少一個邊緣和沿著底層705的至少一個邊緣密封頂層805和底層705。在一些實(shí)施方案中，沿著頂層805的至少兩個邊緣和沿著底層705的至少兩個邊緣密封頂層805和底層705。

在一些實(shí)施方案中，可通過設(shè)計(jì)產(chǎn)生緩沖區(qū)，以通過被動式對流來收集和儲存任何不可冷凝的氣體。舉例來說，可在網(wǎng)外部(例如圖6示出的網(wǎng)區(qū)外部)的區(qū)域形成數(shù)毫米的空間?？稍诮Y(jié)合之前添加此空間。此空間可收集將由于其不同密度而移動到此空間的任何不可冷凝的氣體，并因此可基本上減小其對蒸發(fā)和冷凝的影響。

可使用各種其它密封技術(shù)，例如熱超聲或熱壓結(jié)合、超聲波焊接、激光焊接、電子束焊接、電鍍；使用與水可忽略反應(yīng)的合金的焊料密封；以及通過防潮涂層(例如基于原子層沉積(ALD)的涂層)包封的聚合物結(jié)合。

一些實(shí)施方案可包括啟用柱的TGP。在一些實(shí)施方案中，TGP可包括覆銅Kapton膠片，其包括三個層。這些層可例如包括銅和Kapton層。每個層可以是約12μm厚。在一些實(shí)施方案中，可包括不銹鋼編織網(wǎng)并且其可具有小于75μm的厚度。在一些實(shí)施方案中，柱可允許在不同機(jī)械負(fù)荷下使柱之間的流體和/或蒸汽運(yùn)輸。

在一些實(shí)施方案中，可使用各種光刻圖案工藝中的任一者在銅層(例如頂層和/或底層)上形成多個柱。

在一些實(shí)施方案中，銅包封的不銹鋼網(wǎng)可夾在頂層與底層之間。不銹鋼網(wǎng)例如可具有厚度小于75微米的織法。在一些實(shí)施方案中，所述網(wǎng)可被銅包封。在一些實(shí)施方案中，所述網(wǎng)可以是親水的。在一些實(shí)施方案中，網(wǎng)與水的反應(yīng)可以忽略。

在一些實(shí)施方案中，TGP可包括網(wǎng)-柱芯吸結(jié)構(gòu)。網(wǎng)-柱芯吸結(jié)構(gòu)可允許TGP在蒸發(fā)區(qū)中實(shí)現(xiàn)低毛細(xì)管半徑(高泵送壓力)和/或在流體通道中較高的流動水力半徑(低流動壓力降)。

在一些實(shí)施方案中，TGP可包括具有圓滑頭部的柱。舉例來說，可使用受控的過鍍敷形成柱。在一些實(shí)施方案中，所述柱可在柱與所結(jié)合的網(wǎng)之間的界面處形成非常尖的角。在一些實(shí)施方案中，可以使用這些尖角例如增強(qiáng)拉動從冷凝器返回蒸發(fā)器的液體的毛細(xì)管泵送力。

在一些實(shí)施方案中，可在具有星形多邊形的各種橫截面的頂層和/或底層上構(gòu)造多個星形柱。

在一些實(shí)施方案中，可在頂層和/或底層上構(gòu)造多個親水柱。

在一些實(shí)施方案中，通過冷凝的排熱可分布在TGP的整個外表面上。

在一些實(shí)施方案中，柱和/或間隔件可設(shè)置在層上，其密度(柱之間或間隔件之間的間距)跨層而變，其直徑跨層而變，其間距跨層而變等。

各附圖均未按比例繪制。

術(shù)語“基本上”意指在所提及的值的5％或10％內(nèi)或在制造公差內(nèi)。

本文陳述眾多特定細(xì)節(jié)以提供對所要求保護(hù)的技術(shù)方案的透徹理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，可在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐所要求保護(hù)的技術(shù)方案。在其他實(shí)例中，未詳細(xì)描述本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方法、設(shè)備或系統(tǒng)以便于不會使所要求保護(hù)的技術(shù)方案模糊不清。

本文使用“被調(diào)適成”或“被配置成”意指開放性和包括性語言，其不排除被調(diào)適成或被配置成執(zhí)行額外任務(wù)或步驟的裝置。另外，使用“基于”意指開放性和包括性，原因在于“基于”一個或多個所述條件或值的方法、步驟、計(jì)算或其它行動實(shí)際上可基于除了那些所述條件或值之外的附加條件或值。本文包括的標(biāo)題、列表和編號僅用于方便闡釋，并不意味著限制。

雖然已經(jīng)對本申請所述技術(shù)方案的特定實(shí)施方案進(jìn)行了詳細(xì)描述，但應(yīng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在理解前述內(nèi)容之后可容易產(chǎn)生對這些實(shí)施方案的改變、變化和等同物。因此，應(yīng)理解，本公開內(nèi)容呈現(xiàn)實(shí)施例的目的不是限制，并且不排除包括對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的對本申請的修改、變化和/或添加。