專利名稱：一種熱化學(xué)法控溫的散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型的一種熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，尤其涉及大功率電子元件或者其它熱源遇到突發(fā)情況，導(dǎo)致溫度發(fā)生較大變化時(shí)的一種基于熱化學(xué)法的控溫散熱裝置。
背景技術(shù)：
近年來，隨著高頻、高速化的電子元件的發(fā)展，高功率的電子元件開發(fā)得以成功，大規(guī)模和超大規(guī)模的集成電子元件在工業(yè)和生活等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用潛力，如何將高熱流密度的電子元件推廣到相應(yīng)領(lǐng)域，是電子元件得到廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題。目前兩個(gè)主要原因是的電子元件難以得到推廣技術(shù)問題和成本問題。研究資料顯示，單個(gè)半導(dǎo)體元件的溫度每上升2 V，其可靠性下降10%，基于目前對(duì)半導(dǎo)體制造技術(shù)的工藝水平，高功率電子元件在瞬間開啟時(shí)，短時(shí)間內(nèi)生成的熱量超出 散熱器的散熱能力，在正常工作時(shí)，產(chǎn)生的熱量又低于瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量，無法全部發(fā)揮散熱器散熱能力。實(shí)踐數(shù)據(jù)表明電子元件壽命與結(jié)點(diǎn)溫度成線性關(guān)系，即結(jié)點(diǎn)溫度越高，壽命越短，因此瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量往往導(dǎo)致電子元件的結(jié)點(diǎn)溫度過高，縮短電子元件的使用壽命和降低性能的發(fā)揮。目前，為應(yīng)對(duì)電子元件工作時(shí)面臨的極端條件，比如環(huán)境溫度過高、芯片電流突增等，散熱裝置需預(yù)留較大設(shè)計(jì)余量，以保證電子元件處于最佳工作溫度附近，這就導(dǎo)致散熱器重量、體積過大，能耗增加，成本增加。目前針對(duì)此情況，采用添加有機(jī)相變材料(如石蠟相變材料)以縮短儲(chǔ)/放熱時(shí)間，此種方法對(duì)定功率、可預(yù)見功率的保護(hù)是切實(shí)可行的，但有機(jī)相變材料對(duì)變功率、變工況下的溫度變化沒有選擇性，且有機(jī)相變材料潛熱低，分子量大單位摩爾量吸收熱量少，添加過多的石蠟相變材料不利于整體散熱裝置性能的發(fā)揮；采用無機(jī)鹽相變儲(chǔ)熱材料時(shí)，存在嚴(yán)重的過冷現(xiàn)象和較差的成核特性，在儲(chǔ)熱后無機(jī)鹽結(jié)晶變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)，因過冷問題導(dǎo)致所儲(chǔ)存的熱量無法放出。因此亟需一種在變功率、變工況且具有高儲(chǔ)/放熱量能力的散熱裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的難點(diǎn)，為克服因外界環(huán)境或電子元件內(nèi)部電流等因素造成的芯片溫度短期性升高、添加過多有機(jī)相變材料以及無機(jī)鹽的過冷等問題，提供一種熱化學(xué)法控溫的散熱裝置及散熱方法，以較小的散熱裝置尺寸和吸附/解吸能力強(qiáng)的儲(chǔ)能材料，保證電子元件在最佳工作溫度附近工作。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案?！N熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，包括電子元件、吸附/解吸床、散熱裝置；所述吸附/解吸床包括外殼和外殼內(nèi)部的儲(chǔ)能材料；電子元件與吸附/解吸床的外殼連接，散熱裝置緊貼于吸附/解吸床外殼。本實(shí)用新型中的儲(chǔ)能材料，包括金屬鹽水絡(luò)合物和支撐材料。所述金屬鹽水絡(luò)合物吸收熱量時(shí)分解部分結(jié)晶水；釋放熱量時(shí)吸收水分重新生成金屬鹽水絡(luò)合物，所述材料為具有較高反應(yīng)焓的金屬鹽水絡(luò)合物材料，如金屬鹽水絡(luò)合物Na2SO4 IOH2O、MgS04 7H20、Na2HPO4 · 12H20、Na2S2O3 · 5H20、CaCl2 · 6H20、LiNO3 · 3H20 等中的一種或幾種。本實(shí)用新型中，所述的支撐材料采用可膨脹石墨、金屬泡沫、金屬絲網(wǎng)、石墨纖維及多孔導(dǎo)熱陶瓷中的一種或幾種，用以強(qiáng)化金屬鹽水絡(luò)合物傳熱，加快金屬鹽水絡(luò)合物整體的吸附/解吸速率，縮短吸附/解吸水的時(shí)間。當(dāng)添加金屬泡沫時(shí)，將金屬泡沫和金屬鹽水絡(luò)合物通過擠壓成型方式塞入吸附/解吸床內(nèi)，從而達(dá)到金屬鹽水絡(luò)合物能均勻分布在金屬泡沫內(nèi)的效果。所述金屬泡沫為金屬鋁泡沫或者金屬銅泡沫。當(dāng)采用添加膨脹石墨的金屬鹽水絡(luò)合物組合時(shí)，按照不同比例將膨脹石墨與金屬
鹽水絡(luò)合物的水溶液混合攪拌均勻，干燥蒸發(fā)冷卻定型后，可直接將粉末狀的膨脹石墨和金屬鹽水絡(luò)合物擠壓成型塞入吸附/解吸床內(nèi)，這樣形成以膨脹石墨為支撐骨架的金屬鹽水絡(luò)合物儲(chǔ)/放熱材料。本實(shí)用新型中，電子元件的基板表面通過導(dǎo)熱膠與吸附/解吸床上表面連接，吸附/解吸床內(nèi)充滿儲(chǔ)能材料，吸附/解吸床的另一端與散熱裝置連接。其優(yōu)點(diǎn)是使部分熱量既可以傳遞給吸附/解吸床內(nèi)部的儲(chǔ)能材料，又可以經(jīng)散熱裝置將熱量散發(fā)到環(huán)境中，減少中間接觸熱阻、節(jié)約材料和降低成本，又能保證電子元件啟動(dòng)階段的溫度波動(dòng)速率較小，更快的達(dá)到穩(wěn)定工作環(huán)境，延長(zhǎng)電子元件的工作壽命。本實(shí)用新型的金屬鹽水絡(luò)合物是利用金屬鹽水絡(luò)合物在不同溫度段的熱脫水機(jī)理，當(dāng)金屬鹽水絡(luò)合物吸收熱量時(shí)脫去金屬鹽水絡(luò)合物中的結(jié)晶水，當(dāng)脫去結(jié)晶水的金屬鹽水絡(luò)合物釋放熱量時(shí)吸收空氣中的水分，重新生成金屬鹽水絡(luò)合物，從而利用這一特征對(duì)吸附/解吸水的過程進(jìn)行儲(chǔ)存和釋放熱量，達(dá)到控制溫度目的。所述電子元件可以為L(zhǎng)ED燈電子芯片、CPU、半導(dǎo)體制冷芯片。當(dāng)電子元件的表面溫度超過最佳工作溫度時(shí)，從電子元件出來的熱量經(jīng)過導(dǎo)熱膠，然后通過外殼將熱量傳遞給散熱裝置的同時(shí)傳遞給吸附/解吸床內(nèi)部的儲(chǔ)能材料，儲(chǔ)存多余熱量；當(dāng)電子元件表面溫度低于最佳工作溫度時(shí)，吸附/解吸床內(nèi)部的儲(chǔ)能材料將儲(chǔ)存的熱量通過散熱裝置散出；當(dāng)電子元件的表面溫度低于最佳工作溫度時(shí)，從電子元件出來的熱量經(jīng)過導(dǎo)熱膠，然后通過外殼將熱量傳遞給散熱裝置，直接將熱量散出，具有單向儲(chǔ)熱，單向?qū)幔３譄嵩刺幱谙鄬?duì)恒定溫度的工作環(huán)境中。整個(gè)散熱裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，品質(zhì)穩(wěn)定，散熱效果好，性能安全可靠，制造低廉。散熱裝置為圓柱型散熱器、方形散熱器，便于加工，中間位置為中空，便于連接吸附/解吸床或本身作吸附/解吸床，柱體、方體周圍有肋片連接，便于散熱。也可以采用其它類型散熱設(shè)備及其它類型的散熱器，同樣能滿足散熱需求及儲(chǔ)存功能；散熱裝置采用鋁質(zhì)或銅質(zhì)材料。金屬泡沫材料為金屬鋁泡沫或者金屬銅泡沫；膨脹石墨材料魚鱗狀石墨，經(jīng)高溫加熱后完全膨脹，達(dá)到最大體積的30% - 100%。本實(shí)用新型的有益效果其一，本實(shí)用新型兼顧在電子元件開始工作至穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)，保證電子元件的溫度波動(dòng)速率較小，減小開始段因電流沖擊造成的熱效應(yīng)對(duì)芯片的影響，同時(shí)減小電子元件到達(dá)穩(wěn)定工作環(huán)境的時(shí)間；其二，當(dāng)電子元件處于正常工作狀態(tài)下，因外界環(huán)境不可知因素，如溫度增加、散熱器外表面覆蓋灰塵時(shí)，解決散熱器的散熱能力降低的問題，其三，克服了有機(jī)相變材料無法對(duì)變工況、變功率條件下對(duì)溫度變化無法選擇的缺點(diǎn)，解決了有機(jī)相變材料的分子量大、單位摩爾量吸收熱量少，添加過多的有機(jī)相變材料不利于整體散熱裝置性能發(fā)揮的問題；其四，解決了無機(jī)鹽相變儲(chǔ)熱材料時(shí)，存在嚴(yán)重的過冷現(xiàn)象和較差的成核特性的問題。部分金屬鹽水絡(luò)合物存在多個(gè)反應(yīng)溫度(如MgS04 7H20在55°C生成MgS04 4H20，在60°C生成MgS04 3H20)從而達(dá)到吸熱峰值，能滿足電子元件的不同工作環(huán)境需求，可以進(jìn)行多次吸熱，，增加儲(chǔ)存散熱器散出的熱量，保證電子兀件的基板表面仍維持在最佳工作環(huán)境。

圖I為本實(shí)用新型中結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型中俯視圖。其中，I、LED燈電子芯片；2、導(dǎo)熱膠；3、吸附/解吸床；4、儲(chǔ)能材料；5、散熱器。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。實(shí)施例I :如圖I所示，本實(shí)施例包括LED燈電子芯片I、導(dǎo)熱膠2、吸附/解吸床3、儲(chǔ)能材料4、散熱器5。本實(shí)施例中，LED燈電子芯片I的基板通過導(dǎo)熱膠2與吸附/解吸床3外殼的上表面連接，吸附/解吸床內(nèi)充滿儲(chǔ)能材料4，散熱器5的肋片通過擠壓方式緊貼于吸附/解吸床3外殼的外表面。本實(shí)施例中，LED燈電子芯片的功率為36W，儲(chǔ)能材料4采用金屬泡沫鋁作為導(dǎo)熱支撐骨架，并采用金屬鹽水絡(luò)合物MgSO4 · 7H20達(dá)到吸附/解吸的作用，通過擠壓方式將金屬泡沫鋁和金屬鹽水絡(luò)合物定型后放入吸附/解吸床內(nèi)部。本實(shí)施例中，在環(huán)境溫度為25°C條件下，LED燈從開始工作達(dá)到穩(wěn)定工作狀態(tài)，經(jīng)歷1800s，LED燈基板溫度從常溫25°C以平緩的變化速率達(dá)到與系統(tǒng)溫度55°C平衡狀態(tài)。當(dāng)環(huán)境溫度上升到30°C保持500s，LED燈電子芯片I的基板溫度僅上升1°C，維持在59°C，仍在正常工作范圍內(nèi)，從而保證了 LED燈良好的工作環(huán)境。實(shí)施例2 本實(shí)施例包括LED燈電子芯片I、導(dǎo)熱膠2、吸附/解吸床3、儲(chǔ)能材料4和散熱器5。本實(shí)施例中，LED燈電子芯片I的基板通過導(dǎo)熱膠2與吸附/解吸床3表面連接，吸附/解吸床3中心位置開圓孔作為儲(chǔ)存容器，儲(chǔ)能材料由膨脹石墨和MgSO4 · 7H20構(gòu)成。鱗片狀膨脹石墨在900°C膨脹后干燥，在85°C的環(huán)境下與脫水溫度為60°C的MgSO4 ·7Η20按不同比例混合均勻后，擠壓定型后放入吸附/解吸床3中間開孔位置內(nèi)。本實(shí)施例中，LED燈的開始功率為36W，在達(dá)到系統(tǒng)穩(wěn)定60°C后，增加LED燈電子芯片I的輸入電流，此時(shí)功率為40W，經(jīng)歷300s后，LED燈電子芯片的基板溫度維持在61°C，從而保證了 LED燈良好的工作環(huán)境。上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍以內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，其特征是，包括電子元件、吸附/解吸床、散熱裝置；所述吸附/解吸床包括外殼和內(nèi)部的儲(chǔ)能材料；電子元件與吸附/解吸床的外殼連接，散熱裝置緊貼于吸附/解吸床的外殼。
2.如權(quán)利要求I所述的熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，其特征是，所述儲(chǔ)能材料包括金屬鹽水絡(luò)合物。
3.如權(quán)利要求2所述的熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，其特征是，所述金屬鹽水絡(luò)合物為Na2SO4 · IOH2O' MgSO4 · 7H20、Na2HPO4 · 12H20、Na2S2O3 · 5H20、CaCl2 · 6H20 或 LiNO3 · 3H20 一種或幾種。
4.如權(quán)利要求I所述的熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，其特征是，所述儲(chǔ)能材料還包括支撐材料。
5.如權(quán)利要求4所述的熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，其特征是，所述支撐材料為膨脹石墨、金屬泡沫、金屬絲網(wǎng)、石墨纖維及多孔導(dǎo)熱陶瓷中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求5所述的熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，其特征是，所述金屬泡沫為金屬鋁泡沫或者金屬銅泡沫。
7.如權(quán)利要求5所述的熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，其特征是，所述膨脹石墨為魚鱗狀石墨。
8.如權(quán)利要求I所述的熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，其特征是，所述電子元件的基板表面通過導(dǎo)熱膠與吸附/解吸床上表面連接。
9.如權(quán)利要求I所述的熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，其特征是，所述散熱裝置為圓柱型散熱器、方形散熱器，中間位置為中空，柱體、方體周圍有肋片連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種熱化學(xué)法控溫的散熱裝置，包括電子元件、吸附/解吸床、散熱裝置；所述吸附/解吸床包括外殼和內(nèi)部的儲(chǔ)能材料；電子元件與吸附/解吸床的外殼連接，散熱裝置緊貼于吸附/解吸床外殼。當(dāng)電子元件溫度達(dá)到金屬鹽水絡(luò)合物的脫水溫度時(shí)，金屬鹽水絡(luò)合物開始工作，吸收熱量并脫去結(jié)晶水；當(dāng)電子元件溫度低于金屬鹽水絡(luò)合物吸附溫度值時(shí)，脫去結(jié)晶水的金屬鹽水絡(luò)合物通過散熱器將儲(chǔ)存的熱量釋放到環(huán)境中并吸附環(huán)境中的水分，重新形成結(jié)晶；正常時(shí)工作時(shí)，熱量由散熱器散到環(huán)境中。本實(shí)用新型生產(chǎn)成本低，重量輕，具有較好控溫儲(chǔ)熱的散熱性能。
文檔編號(hào)H05K7/20GK202799547SQ20122048728
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者賴艷華, 魏露露, 呂明新 申請(qǐng)人:山東大學(xué)