用于便携式应用的高性能两相冷却装置的制作方法

用于便携式应用的高性能两相冷却装置
相关申请的交叉引用本非临时专利申请是继续申请，其要求于2017年5月9日提交的美国非临时专利申请序列号第15/590621号的优先权，该申请进而要求2016年5月23日提交的美国临时专利申请序列号第62/340308号的优先权。出于所有目的，这些在先申请通过引用而被全部纳入。关于联邦赞助研发的声明不适用。有关缩微平片附录的声明不适用。
技术领域
1.本发明涉及半导体装置的冷却，并且更具体地涉及用于冷却半导体和其他装置的冷却系统。


背景技术：

2.采用各种半导体装置和集成电路的电子器件普遍经受各种环境约束。这种电子器件的应用极为广泛，并采用了不同的半导体材料。
3.许多电子环境，比如移动设备或笔记本电脑具有薄型/平面型构造，其中，许多部件被紧凑地封装在非常受限的空间中。因此，冷却方案还必须适形于薄型/平面型构造。对于许多电子冷却应用而言，呈薄型热地平面(tgp)形式的散热器可能是期望的。


技术实现要素：

4.本技术公开了两相冷却装置。两相冷却装置是一类可以非常高效地传递热量的装置，并且可以包括：热管、热地平面、蒸气腔和热虹吸管等。
5.在一些实施例中，本技术提供了包括至少三个基底的两相冷却装置。在一些实施例中，基底中的一个或多个通过微加工金属形成，比如但不限于钛、铝、铜或不锈钢。在一些实施例中，基底可以形成为适合在电子装置中使用的热地平面结构。在一些实施例中，两相装置可包括预定量的至少一种合适的工作流体，其中，工作流体通过在液相与气相之间换相来吸收或排出热量。
6.在一些实施例中，本技术可以提供两相冷却装置，其包括金属、比如但不限于钛、铝、铜或不锈钢，基底包括多个蚀刻的微结构，从而形成芯吸结构，其中，微结构中的一个或多个的高度在约1－1000微米之间，宽度在约1－1000微米之间，并且间隔在约1至1000微米之间。在一些实施例中，蒸气腔可以与多个金属微结构连通。在一些实施例中，至少一个中间基底可以与芯吸结构和蒸气区域连通。在一些实施例汇总，流体可以包含在芯吸结构和蒸气腔内，用于将热能从热地平面的一个区域传输到热地平面的另一区域，其中，流体可以由芯吸结构内的毛细力驱动。
7.在一些实施例中，冷却装置可构造成实现芯吸结构中的大的毛细力，以支持液相
与气相之间的大压力差，同时最小化在芯吸结构中流动的液体的黏性损失。在一些实施例中，冷却装置可以是热地平面，该热地平面可以做得非常薄，并且与早先的tgp可以实现相比可以传递更多的热能。在一些实施例中，不同的结构部件可以位于蒸发器区域、绝热区域和冷凝器区域中。在一些实施例中，蒸发器区域可以包含中间基底，该中间基底包括多个微结构，当与芯吸结构配合时，该微结构形成大纵横比(aspect ratio)结构。在一些实施例中，中间基底特征与芯吸结构特征交错以增加芯吸结构的有效纵横比。在一些实施例中，绝热区域可以包含中间基底，该中间基底被定位成紧邻芯吸结构，以将蒸气腔中的蒸气与芯吸结构中的液体分离。在一些实施例中，冷凝器区域可以包含具有大开口(与微结构相比)的中间基底，使得芯吸结构与蒸气腔直接连通。在一些实施例中，冷凝器区域可以不包含中间基底，使得芯吸结构与蒸气腔直接连通。
8.便携式装置对尺寸、功耗和电池寿命有严格的要求。这些性能属性通常是相互关联的，因此较小、较轻的壳体可能会变热，从而降低电池性能。因此，钛热地平面可适于在便携式装置中使用，其中，钛热地平面的改进的热性能、小尺寸和机械强度是优于其他热管技术的显著优点。
附图说明
9.参照以下附图描述各种示例性细节，附图中：
10.图1是早先的基于钛的热地平面的示意性实施例，其包括带有芯吸结构的钛基底、背平面和蒸气腔；
11.图2a和图2b是带有芯吸结构的早先的钛基底的示意性实施例：图2a中芯吸结构包括柱，图2b中芯吸结构包括通道或凹槽；
12.图3a和图3b是早先的基于金属的热地平面的示意性实施例，其带有中间基底，该中间基底与芯吸结构和蒸气腔连通。中间层可包括微结构。图3a示出描绘实施例的各部件的轮廓图，图3b示出实施例的各结构部件的分解图；
13.图4a－图4d描绘了根据示意性实施例的结构部件，其中，不同的结构部件位于蒸发器区域、绝热区域和冷凝器区域中：图4a示出了中间基底包括多个微结构的实施例的蒸发器区域，这些微结构与芯吸结构交错，图4b示出了中间基底紧邻芯吸部定位的实施例的绝热区域，图4c示出了芯吸结构与蒸气腔直接连通的实施例的冷凝器区域，图4d示出中间基底的实施例的细节；
14.图5a－图5d是示意性实施例，是结构未润湿(即干燥的)以及被液体润湿的实施例的结构部件的轮廓图：图5a是蒸发器区域中的未润湿的结构部件，其示出了收集液体之处，图5b是绝热区域中的未润湿的结构部件，图5c是绝热区域中的已润湿的结构部件，图5d是冷凝器区域中未润湿的结构部件，其示出了收集液体之处；
15.图6示出了对于热地平面的示意性实施例的压力与轴向位置的关系曲线。该曲线示出了蒸气腔中的气相和芯吸结构中的液相的压力。在该情形中，液相与气相之间的最大压力差出现在蒸发器区域中。气相与液相之间的最小压力差出现在冷凝器区域中；
16.图7是根据一个或多个实施例的本技术的基于ti的tgp(基于金属的热地平面)的一个或多个实施例的形式的流程图的示意性实施例；
17.图8是本技术的基于ti的tgp的一个或多个实施例的形式的流程图的示意性实施
例；
18.图9a－图9b示出了与中间基底连通的芯吸结构的示意性实施例。有效纵横比定义为有效通道高度h与有效通道宽度w之比：图9a示出了中间基底中的微结构与芯吸结构交错的示意性实施例，图9b示出了中间基底中的微结构位于芯吸结构上方的替代实施例；
19.图10是用于便携式装置的titgp的简化剖视图；
20.图11是其上安装有传统热管的便携式装置的简化剖视图；
21.图12是其中安装有基于钛的热地平面的便携式装置的简化剖视图；
22.图13是便携式装置的简化剖视图，该便携式装置带有基于钛的热布朗平面和安装有所述部件的集成电路芯片；
23.图14是适用于便携式装置的热地平面的第一实施例的简化剖视图；
24.图15是适用于便携式装置的热地平面的第二实施例的简化剖视图；
25.图16a是适用于便携式装置的具有多个热地平面的热地平面的第一实施例的简化剖视图；图16b示出了多个titgp的另一实施例；图16c示出了多个titgp的又一实施例；
26.图17是适用于便携式装置的具有多个热地平面的热地平面的第二实施例的简化剖视图；以及
27.图18是适用于便携式装置的具有多个热地平面的热地平面的第三实施例的简化剖视图。
28.应理解的是，附图不一定按比例绘制，并且相同的附图标记可以指代相同的特征。
具体实施方式
29.本说明书的第一部分涉及新颖的钛热地平面的细节。后面的部分描述了其在便携式装置上的应用。
30.在下文对优选实施例的描述中，参考构成说明书一部分的附图，并且在附图中通过图示方式示出了可以实施本发明的特定实施例。要理解的是，在不脱离本发明范围的情况下，可以采用其他实施例，并且可以进行结构上的改变。使用以下附图标记来指示以下特征：21 ti基底22 芯吸结构24 柱28 凹槽120 背平面110 中间基底10、210 芯吸结构205 金属基底140 液体212 金属基底122 支承柱130 弯月面250 热源
260 散热器122 支承柱112 微结构300 蒸气腔170、270 激光焊接部400、480、1000 便携式装置410 前表面420 中间框架430 背表面440 热管450、452 芯片460 便携式装置覆盖框架510、511、512 芯吸结构220、120、520 ti背平面525 ti中间框架530、531、532 蒸气腔555 公共构件500、600、700、800、900 titgp
31.在一些实施例中，在此公开的热地平面可以用来在大范围的应用中提供有效空间利用以冷却半导体装置，上述应用包括但不限于飞机、卫星、笔记本电脑、台式计算机、移动设备、汽车、动力车辆、加热空气调节和通风系统，以及数据中心。
32.微制造基底可以用于制造更坚固、抗冲击的两相冷却装置，其形式可以呈热地平面(tgp)。尽管对这些基底可以采用各种材料，如结合的参考文献中所述，但是已经发现诸如但不限于钛、铝、铜或不锈钢基底的金属基底适合于tgp。
33.金属的选择取决于各种应用和成本考虑。各种金属都有优点。例如，在所有金属中，铜的导热系数最高。铝对于高导热性很重要且重量也可能很重要的应用可以是有利的。不锈钢在某些恶劣的环境中可能具有优势。
34.钛有许多优点。例如，钛具有高的断裂韧性，可以微制造和微机械加工，可以抵抗高温，可以抵抗恶劣环境，可以生物兼容。此外，钛基的热地平面可以制成为重量轻、相对较薄，并且具有高传热性能。钛可以用脉冲激光焊接。由于钛具有很高的断裂韧性，其可以形成薄的基底，以抵抗裂纹和缺陷的扩展。钛的热膨胀系数相对较低，其约为8.6
×
10
‑6/k。低的热膨胀系数与薄的基底可以有助于实质上减少由于热失配的应力。可以使钛氧化以形成纳米结构二氧化钛(nst)，其形成稳定且超亲水的表面。在一些实施例中，已发现：具有集成的纳米结构二氧化钛(nst)的钛(ti)基底适合于tgp。
35.金属，诸如但不限于钛、铝、铜或不锈钢，可以微制造成具有被控制的、范围在1－1000微米之间的特征尺寸(深度、宽度和间距)以针对最佳性能来工程设计出芯吸结构和中间基底，并且针对特定应用定制。在一些实施例中，被控制的特征尺寸(深度、宽度和间距)可在10－500微米范围内，以针对最佳性能来工程设计出芯吸结构，并且针对特定应用定制。
36.在一些实施例中，可以使钛氧化以形成纳米结构二氧化钛(nst)，其可提供超亲水的表面并且由此增加毛细力和增强热传递。在一些实施例中，nst可以由标称粗糙度为200纳米(nm)的毛发状图案构成。在一些实施例中，nst可以具有1－1000nm的标称粗糙度。
37.在一些实施例中，可以使铝氧化以形成亲水纳米结构，以提供超亲水涂层。在一些实施例中，烧结的纳米颗粒和/或微粒可以用于提供超亲水表面，并且由此增加毛细力和增强热传递。
38.在一些实施例中，可以将钛涂覆在另一类型的基底上，形成钛膜。可以使钛膜氧化以形成纳米结构二氧化钛(nst)，并且由此提供超亲水表面。
39.钛是这样的材料，其可以使用洁净室工艺技术来微制造，在加工车间中进行宏机械加工，以及使用脉冲激光微焊接技术来气密地封装。当热地平面由仅钛或二氧化钛作为结构材料构成时，各种部件可以激光焊接就位而不会引入污染物，这可能产生不可冷凝的气体，导致性能不佳，并且可能导致故障。此外，钛和二氧化钛已经示出为是与水可相容的，这有助于延长使用寿命和减少不可冷凝气体的产生。因此，钛基底可以通过激光焊接连接到钛背平面120，以形成气密密封的蒸气腔。
40.金属可以结合以形成气密密封。在一些实施例中，钛基底可以用脉冲激光微焊接在一起以形成气密密封。在其他实施例中，铜、铝和不锈钢基底可以使用多种技术来焊接，多种技术诸如但不限于焊接、铜焊、真空铜焊、tig、mig和许多其他已知的焊接技术。
41.本技术描述了金属基的热地平面(tgps)的制造。在不丧失通用性的情况下，本技术公开了热地平面的实施例，这些实施例可以由三个或更多个金属基底构成。
42.实施例可以包括三个基底(其中的一个或多个可以使用金属、诸如但不限于钛、铝、铜或不锈钢构成)以形成热地平面。在一些实施例中，钛基底可以用于形成热地平面。在一些实施例中，一个基底支承集成的超亲水芯吸结构210，第二基底由深蚀刻(或宏机械加工)蒸气腔组成，而第三中间基底110可以由微结构112组成，并且与芯吸结构210和蒸气腔300连通。基底可以用激光微焊接到一起以形成热接地面。
43.工作流体可以基于所需的性能特性、操作温度、材料兼容性或其他所需的特性来选择。在一些实施例中，并且在不丧失通用性的情况下，水可以用作工作流体。在一些实施例中，并且在不丧失一般性的情况下，氦、氮、氨、高温有机物、汞、丙酮、甲醇、flutec的pp2、乙醇、庚烷、flutec的pp9、戊烷、铯、钾、钠、锂或其他材料可以用作工作流体。
44.本技术的tgp比起早先的钛基的热地平面可以提供显著的改善。例如，本发明可提供更加高的热传递、较薄的热地平面、不易受重力影响的热地平面，以及许多其他优点。
45.以下尚未授权且同样转让给本技术人的美国专利申请与本技术关联，并且通过引用整体并入本文：美国专利号7,718,552b2，2010年5月18日授权给萨玛哈(samah)等人，名称为“纳米结构的二氧化钛(nanostructured titania)”，其通过引用并入本文。美国专利申请序列号61/082437，由诺埃尔c麦克唐纳(noel c.macdonald)等人于2008年7月21日提交，名称为“钛基的热地平面(titanium
‑
based thermal ground plane)”，其通过引用并入本文。美国专利申请序列号13/685,579，由波佐尔吉(payam bozorgi)等人于2012年11月26日提交，名称为“钛基的热地平面(titanium
‑
based thermal ground plane)”，其通过引用并入本技术。pct申请号pct/us2012/023303，由波佐尔吉(payam bozorgi)和诺埃尔c麦克唐纳(noel c.macdonald)于2012年1月31日提交，名称为“在mems封装中使用毫秒脉冲激光
焊接(using millisecond pulsed laser welding in mems packaging)”，其通过引用并入本文。美国专利临时申请序列号62017455，由波佐尔吉(payam bozorgi)和卡尔
·
迈哈特(carl meinhart)于2014年6月26日提交，名称为“具有低轮廓充电端口的两相冷却装置(two
‑
phase cooling devices with low
‑
profile charging ports)”，其通过引用并入本技术。
46.图1示出了热地平面，其在一些实施例中可以是钛基的热地平面，包括具有芯吸结构的钛基底、背平面以及在结合的引用文件中描述的蒸气腔。该装置可以用脉冲微焊接形成密封。热地平面可以充注工作流体，诸如处于热动态饱和状态的水，其中液相主要驻留在芯吸结构中，而蒸气相主要驻留在蒸气腔中。
47.如结合的引用文件所述，芯吸结构可以由多个柱、通道、凹槽、沟槽或其他几何结构构成。例如，图2a示出了早先的tgp，其中钛芯吸结构22由柱24构成。图2b示出了早先的tgp，其中钛芯吸结构22'由基底21上的通道或凹槽28构成。
48.图3a和图3b示出了具有中间基底110的新型金属基的热地平面的实施例，中间基底110与芯吸结构210和蒸气腔300连通。中间层可以包括微结构112。图3a示出了描述实施例的部件的轮廓图，而图3b示出了实施例的结构部件的分解图。金属基底212可以结合到金属背平面120以形成气密密封的蒸气腔300。因此，蒸气腔300可以由金属基底212和金属背平面120封围。例如，在实施例中，钛基底可以用脉冲激光微焊接到钛底板120以形成气密密封的蒸气腔。
49.在一些实施例中，可以使用多个中间基底110，其中至少一个不同的中间基底110可以用于热地平面的每个不同区域。该多个中间基底110可以彼此靠近地定位，以共同地为热地平面的功能提供整体益处。
50.在一些实施例中，中间基底110可以包含由多个微结构112组成的区域，其特征尺寸(深度、宽度和间距)的范围为1微米－1000微米。在一些实施例中，中间基底110可以包含由多个微结构112组成的区域，其尺寸(深度、宽度和间距)的范围为10微米－500微米。
51.至少一个中间基底110可以包含由多个微结构112组成的区域、由固体基底组成的区域，以及由至少一个中间基底110中的至少一个开口组成的区域(其与微结构112相比较大，并且例如开口的尺寸的范围可以是1毫米－100毫米，或者1毫米－1000毫米)。
52.在一些实施例中，针对热地平面的被选择区域的、中间基底110中的开口可以通过简单地不在这些区域中提供中间基底110来实现。热能可以由热源250供应并且由散热器260去除。热能可以从金属基底212的一个区域(蒸发部区域)传递到金属基底212的另一个区域(冷凝部区域)。在蒸发部区域中，局部温度高于液体/蒸气混合物的饱和温度，引起液体140蒸发成蒸气，由此吸收由于蒸发潜热而产生的热能。
53.驻留在蒸气腔300中的蒸气可以经过绝热区域从蒸发部区域流到冷凝部区域。散热器260可以从冷凝部区域吸收热量，引起局部温度低于液体/蒸气混合物的饱和温度，引起蒸气冷凝成液相，由此释放由于气化潜热的热能。
54.被冷凝的液体140可以主要驻留在芯吸结构210中，并且可以由于毛细力作用而经过绝热区域从冷凝部区域流到蒸发部区域。
55.结果，对于高性能热管，有利的是：(1)使流过芯吸结构210的液体140的黏性损失最小，并且(2)使蒸发部区域的毛细力最大。在许多实际的热地平面实施例中，难以同时实
现使黏性损失最小和使毛细力最大。引入具有多个微结构112的中间基底110，其在三个区域中的每一个中适当地构造，其可以提供这样的装置，即与早先的tgp相比，该装置中的热地平面在一些区域中可以具有降低的黏性损失同时在其他区域中表现出增加的毛细力，早先的tgp具有的大部分内部结构或多或少是相同的。
56.在一些实施例中，柱(支架)122用于机械地支承背平面120与芯吸结构210和/或中间基底110之间的空间。在一些实施例中，柱(支架)为蒸气腔300提供被控制的空间。柱(支架)可以使用化学湿式蚀刻技术或者其他制造技术(如上所述)来微制造。因此，背平面120可以包括与中间基底和/或金属基底连通的支架，用于结构地支承热地平面。
57.图4a、图4b、图4c、图4d描绘了实施例的结构部件，其中不同结构部件位于蒸发部区域、绝热区域和冷凝部区域中：图4a示出了实施例的蒸发部区域，其中中间基底110包括多个微结构112，这些微结构112定位成以增加芯吸结构210的有效纵横比。来自中间基底110的指状物(微结构112)与芯吸结构210中的通道交错，由此，与没有中间基底110的芯吸结构210的低纵横比特征相比，产生双倍数值的较高纵横比特征。图4b示出了实施例的绝热区域，其中中间基底110定位成紧靠芯吸结构210，而图4c示出了实施例的冷凝部区域，其中芯吸结构210与蒸气腔300直接连通。图4d示出了作为一个整体的中间基底110。
58.因此，热地平面可以具有蒸发部区域、绝热区域和冷凝部区域。继而，中间基底在不同区域中，特别是在与绝热区域有关的蒸发部区域中可以具有不同的形貌。
59.图4a示出了这样的实施例，其中中间基底110包括与金属基底212的芯吸结构210交错(interleaved)的多个微结构112。通过使中间区域的微结构112与金属基底212的芯吸结构210交错，固体与液体之间的交界部可以显著地增加。这可以增加施加到液体的毛细力，并且可以增加从金属固体到液体的热量传递的量。
60.图4b示出实施例的绝热区域，其中中间基底110定位成紧靠芯吸结构210。固体中间基底110可以用于将蒸气腔300与芯吸结构210隔离。通过将蒸气腔300与芯吸结构210隔离，可以增加固液交界部面积，并且液体可以基本上填充芯吸结构210而没有占据通道的弯月面(meniscus)，并且与早先的tgp相比，液体可以以较小的黏性压降对液体提供更高的质量流率，早先的tgp中芯吸结构210中的液体可能直接暴露在蒸气腔300中的蒸气中，并且弯月面驻留在液体/蒸气交界部处。
61.图4c示出了实施例的冷凝部区域，其中芯吸结构210与蒸气腔300直接连通。当芯吸结构210与蒸气腔300直接连通时，蒸气可以更容易地冷凝到芯吸结构210上。此外，在诸如冷凝部的区域中，液相和气相之间的压力可能没有显著差异，并且中间基底110可能不提供显著优势。
62.然而，在其他实施例中，如果冷凝部区域相对较大并且液相和气相之间存在显著的压差，则中间基底110也可以在冷凝部区域中提供优势。
63.图4d示出了如上所述的中间基底110的实施方式的说明性实施例。如图4a中所示,中间基底110的蒸发部区域包括在两端支承的成排的楔形指部，使得当tgp组装时，指部与基底芯微结构112交错，其中交错的结构暴露于蒸气腔300。如图4b中所示,中间基底110的绝热区域是覆盖芯微结构112一部分的盖。如图4c中所示,在一些实施例中，冷凝部区域可能不需要中间基底110部件。
64.纵横比通常限定为结构的一个主要尺寸与结构的另一个主要尺寸的比率。对于用
在热管应用中的柱、通道、沟槽、凹槽或其他特征，有效纵横比可以指由流体占据区域的高度与宽度之间的比率，诸如流过芯吸结构210的液体140。在一些实施例中，中间基底110可以包括一个部段(如图4a中的示例所示)，该部段与芯吸结构210结合提供的有效的纵横比，其显著地大于仅由芯吸结构210提供的纵横比。换句话说，中间基底110可以具有带有多个突起部的区域，这些突起部形状配合到芯吸结构210中，以形成狭窄的流体通路，经过这些流体通路的流体由毛细力驱动。如图4a中所示，突起部可以形状设计成配合到芯吸结构210中的特征中。
65.对于一些期望的微机械加工工艺，诸如湿式化学蚀刻，可能难以在芯吸结构210中实现高的纵横比。在芯吸结构中，相比使用单个被湿式蚀刻的结构，将两个结构交错可以实现更高的纵横比。中间基底110可以包括另一部段(如图4b中的示例所示)，该部段基本上是芯吸结构210上的盖，以使黏性损失最小化，将液体与上方紧靠的蒸气隔离，以及改善流量。第三部段(如图4c中的示例所示)，其中中间基底110由比微结构112更敞开的开口组成，以有利于芯吸结构210与蒸气区域之间的直接连通，并且促进冷凝。因此，中间基底的开口可以比所述微结构显著地更敞开，使得芯吸结构和蒸气腔可以在热地平面的至少一个区域中直接连通。
66.因此，中间基底110的添加允许且以可与诸如湿式蚀刻技术的微机械加工工艺和组装技术兼容的方式允许优化冷却装置的三个工作区域中的每一个中的芯吸结构210。
67.在不丧失一般性的情况下，芯吸结构210可以通过干式蚀刻、湿式化学蚀刻、其他形式的微机械加工、宏机械加工、用切割锯切以及许多其他类型的工艺来形成。在一些实施例中，干式蚀刻可以提供高纵横比的通道，其中深度可与通道的宽度相比或者甚至可能大于该宽度。然而，与湿式蚀刻工艺相比，干式蚀刻可能受限于更小的区域并且对于大规模制造可能不理想。基于掩模的湿式蚀刻可能是期望的，因为其可以适用于相对较大的蚀刻区域，可以具有成本效益，并且可以与大批量制造兼容。在一些实施例中，基于光刻的方法可用于干式蚀刻或湿式蚀刻。
68.在一些实施例中，芯吸结构210可以通过标准的湿式化学蚀刻技术形成。在一些实施例中，湿式化学蚀刻可以限制纵横比，该纵横比是芯吸通道深度与芯吸通道宽度的比率。在使用湿式蚀刻的一些实施例中，芯吸通道宽度可以比芯吸通道蚀刻深度至少宽2到2.5倍。在一些实施例中，在芯吸通道纵横比芯吸通道蚀刻深度至少宽2到2.5倍的情况下，低纵横比的芯吸通道可能有明显缺点。
69.气相和液相之间的压力可以由拉普拉斯压力公式(laplace pressure)来描述，
△
p＝p
ν
‑
p
i
＝2γ/r，其中p
ν
是蒸气压力，p
i
是液体压力，γ是表面张力，而r是表面的曲率半径。高的液相和气相之间的压差可以通过减小曲率半径r来获得。
70.一般而言，较小的曲率半径可以通过具有低接触角度的材料表面，以及通过形成具有相对较小几何尺寸的几何形状来实现。在许多实施例中，对于流过芯吸结构210的液体，可能期望具有低的黏性损失。芯吸结构210中的小的几何尺寸可显著增加流过芯吸结构210的液体的黏性损失。因此，在一些实施例中，可能难以实现低的黏性损失并且具有这样的弯月面，该弯月面具有能够支承气相和液相之间的高压差的小的曲率半径。本技术公开了一种方式，其中一些实施例可以构造成使毛细力最大化，例如在蒸发部区域中承受液相和气相之间的大压差。本技术公开了一种方式，其中一些实施例可以构造成通过在不同区
域中使用不同的结构来使在芯吸结构210中流动的液体的黏性损失最小化。
71.图5a－图5d示出了示例性实施例的结构部件的轮廓图，其中结构是非润湿的(即干燥的)并且由液体润湿：图5a，蒸发部区域中的非润湿的结构部件，图5b，蒸发部区域中的润湿的结构部件，图5c，绝热区域中的非润湿的结构部件，图5d，绝热区域中的润湿的结构部件，冷凝部区域中的非润湿的结构部件，冷凝部区域中的润湿的结构部件。
72.图5a示出了示例性实施例的轮廓图，其中中间基底110包括与金属基底212的芯吸结构210交错的多个微结构112。
73.该多个微结构112与金属基底212的芯吸结构210交错，并且其中微结构112和芯吸结构210被液体140润湿。图5b中的箭头示出了液体在狭窄空间中的聚集位置。
74.通过使中间基底110的微结构112与金属基底212的芯吸结构210交错，固体与液体140之间的交界部面积可以显著增加。这可以增加施加到液体140的毛细力，并且可以增加从金属固体到液体140的热量传递量。
75.图5b示出了液－气交界处的弯月面180。在一些实施例中，包含在中间基底110中的多个微结构112与芯吸结构210之间的间隙可以形成为基本上小于芯吸结构210的深度。在一些实施例中，与其中通过湿式蚀刻单个金属基底212形成芯吸结构210的一些实施例相比(如常见的并且在图4c中所示的)，包含在中间基底110中的多个微结构112与芯吸结构210之间的相对较小的间隙可以有效地提供更高纵横比的芯吸通道。
76.在一些实施例中，钛可用作基底材料。钛的导热系数约为k
ti
＝20w/(m k)，液态水的导热系数约为，k
w
＝0.6w/(m k)。由于钛的热导率约为液态水的30倍，因此中间基底110可提供附加的热传导路径，其可降低热地平面的外表面与位于芯吸结构210中的液体140之间的热阻。此外，包含在中间基底110内的微结构112可以增加固－液交界面积，这可以降低热阻，以及增加钛固体与液体140之间可能出现的临界热流。
77.在一些实施例中，芯吸结构210和中间基底110的组合可以有效地增加芯吸结构210中的通道的纵横比。在液相与气相之间的非常大的压力差下，弯月面180可能被向下推动并且不润湿芯吸结构210的顶部。但是，在一些实施例中，通过将中间基底110的微结构112与芯吸结构210交错而形成的复合芯吸结构210的形状可以选择为使得如果弯月面180上的压力差较大，则芯吸结构210仅部分变干(或至少可以基本上延迟变干)(以使tgp继续起作用)，并且热地平面不会经历灾难性的变干。
78.在早先的两相传热装置中，当液相转换成气相时，由于蒸发和/或沸腾而可能发生不稳定性。这些不稳定性会导致芯吸结构210局部变干并且会降低热地平面的性能。在本技术的一些实施例中，这些不稳定性可以显著降低。例如，在一些实施例中，可以选择通过使中间基底110的微结构112与芯吸结构210交错而形成的芯吸结构210的形状，使得在芯吸结构210中可以对液体流动具有相当大的黏性阻力。该黏性阻力可能是有利的，因为它可以增加在蒸发器中可能发生的蒸发和/或沸腾过程的稳定性。
79.图5b示出了示意性实施例的绝热区域的轮廓图，其中，中间基底110定位成紧邻芯吸结构210。在一些实施例中，中间基底110可以被直接放置在芯吸结构210上方。在一些实施例中，中间基底110可包括微结构112。在一些实施例中，可以使用实心中间基底110将蒸气腔300与芯吸结构210隔离。通过隔离蒸气腔300与芯吸结构210，可以增加固－液交界面积，并且液体140可以基本上充填芯吸结构210，与早先的芯吸结构210相比，其可以提供更
高质量的液体流率而具有较少的黏性压降。
80.图5c示出了示意性实施例的绝热区域的轮廓图，其中，中间基底110定位成紧邻芯吸部，且其中，液体140在芯吸结构210中被润湿。可以使用实心中间基底110将蒸气腔300与芯吸结构210隔离。通过隔离蒸气腔300与芯吸结构210，可以增加固－液交界面积，并且液体140可以基本上充填芯吸结构210，与早先的芯吸结构210相比，其可以提供更高质量的液体流率而具有较少的黏性压降。
81.在一些实施例中，在需要高性能的热能传递之处，减少绝热区域中的液体的黏性损失可能是重要的。在一些实施例中，可以使用中间基底110将蒸气腔300与芯吸结构210中的液体140隔离。在一些实施例中，蒸气与芯吸结构210中的液体之间的压力差较大，蒸气腔300可以通过实心中间基底110与芯吸结构210中的液体隔离，这可以防止大的压力差对芯吸结构210中的流动液体产生负面影响。
82.在早先的tgp中，湿法蚀刻的芯吸通道可以具有低的纵横比(即，通道高度与通道宽度之间的小比率)。在一些实施例中，如果在气相与液相之间存在大的压力差，则液相可能不会完全充填芯吸通道，并且流过芯吸结构210的液体140可能受到负面影响，并可能导致芯吸通道变干。在本技术公开的一些实施例中，中间基底110可以用于将蒸气腔300与芯吸结构210中包含的液体140隔离，并且可以延迟或甚至防止芯吸结构210变干。液体140可以收集在窄区域中，如图5d中所示，并且弯月面(未示出)可形成在芯吸结构210的底部并邻近芯吸结构210的侧面。
83.在图5d中，芯吸结构210可以与蒸气腔300直接连通。当芯吸结构210与蒸气腔300直接连通时，蒸气可以更容易地冷凝到芯吸结构210上。此外，在诸如冷凝器之类的区域中，液相与气相之间的压力可能没有显著差异，并且中间基底110可能并未提供显著的优点。然而，对于冷凝器区域较大的情形，液相与气相之间可能存在显著的压力差，因此，可以想到，冷凝器区域可以受益于至少一个带有微结构112的中间基底110，其效果在于，增加芯吸结构210的纵横比，从而缩短弯月面180的长度，并因此增加弯月面180可支持的压力的量，如上文针对蒸发区域所描述的。如图5d中所示，液体140可以收集在芯吸结构210的沟槽中。
84.如图5d中所示，芯吸结构210可以与蒸气腔300直接连通，使得芯吸结构210被液体140润湿。在一些实施例中，可能不存在芯吸结构210中的液体140与蒸气室300之间的显著压力差，并且中间基底110可能并不会提供显著的优点。然而，对于冷凝器区域较大的情形，液相与气相之间可能存在显著的压力差，因此，可以想到，冷凝器区域可以受益于至少一个微结构112，其效果在于，增加芯吸结构210的纵横比，并增加弯月面180可支持的压力的量，如上文针对蒸发区域所描述的。
85.图6示出了对于热地平面的示意性实施例的压力与轴向位置的关系曲线。该曲线示出了蒸气腔300中的气相和芯吸结构210中的液相的压力。在示意性实施例中，液相与气相之间的最大压力差可出现在蒸发器区域中。在示意性实施例中，液相与气相之间的最小压力差可出现在冷凝器区域中。
86.芯吸结构210可以包括通道、柱或其他结构。如果这些结构通过湿式蚀刻或其他制造工艺形成，则它们可包括带有小纵横比的特征。早先的芯吸结构210可包括小纵横比的通道或柱，而不包括中间结构。在这些早先的小纵横比的芯吸结构210中，液相与气相之间的大压力差可能导致两相之间的弯月面180朝向通道的底部延伸，从而减少了占据通道的液
体140的量并显著降低液体的质量流量。这进而可能导致较差的传热性能，并可能导致芯吸结构210变干。
87.如图6中所示，最高的蒸气压力通常发生在蒸发器区域，并且由于黏性损失，蒸气压力随着由tgp传递的热量的增加而增加。此外，可能希望使热地平面的整体厚度尽可能地薄，这可以通过使蒸气腔300相对地薄而实现。相对薄的蒸气腔300可能导致蒸气腔300中从蒸发器通过绝热区域冷凝器流动的蒸气的显著黏性损失。在蒸气腔300中流动的蒸气的高黏性损失也可能导致蒸发器中液相与气相之间的压力差较大。如上所述，增加了芯吸结构210的纵横比的中间基底110结构的效果在于，减小液/气交界的弯月面180的长度，从而使得在芯吸结构210的该部分中的曲率半径更小，由此使得弯月面180更能抵抗弯月面180的高压力(图5b)，并使tgp能够支持比以前的实施方式高得多的压力。因此，至少一个中间基底的至少一个区域可以具有多个微结构，所述多个微结构与芯吸结构的至少一个区域交错，以在热地平面的至少一个区域中形成高纵横比的芯吸结构。此外，在热地平面的至少一个区域中，至少一个中间基底可以紧邻芯吸结构，以隔离液相和气相。
88.支持液相与气相之间较高的压力差允许传递更多的热量而不会使芯吸结构210变干，并且使tgp更耐受更薄设计导致的黏性损失。因此，中间基底110的添加可以同时实现更高的热传递和更薄的基平面。
89.在一些实施例中，可以用指定质量的饱和液体/蒸气混合物填充热地平面，使得冷凝器中的气相与液相之间的压力差得到良好控制。在一些实施例中，可以选择液体/蒸气混合物的质量，使得冷凝器区域的部分可以包含比相邻的蒸气更高压力的液体。
90.与对于使用中间基底110的当前热地平面的说明性实施例的30w相比，早先的钛热地平面可能仅能够在芯吸结构210于30℃的运行蒸气温度下表现出干涸之前传递约10w的热能。类似地，对于50℃和70℃的运行蒸气温度，随着蒸气温度升高，对于当前的热地平面的说明性实施例，传递的最大热能分别增加至35w和40w。在所有情况下，本技术的热地平面的说明性实施例传递的最大热能比从早先的热地平面观察到的最大热能高15－20w。
91.图7示出了根据本发明的一个或多个实施例的当前的基于ti的tgp的一个或多个实施例的形成的流程图。在一些实施例中，在步骤s100中，可以通过(1)在热地平面的金属基底中形成多个金属微结构以形成芯吸结构来传输热能。在步骤s110中，可以形成蒸气腔。在步骤s120中，在与芯吸结构和蒸气腔连通的中间基底中形成至少一种结构和/或至少一种微结构，其中，中间基底的形状设计成并且定位成增加在芯吸结构的至少一个区域中增加芯吸结构的有效纵横比。在步骤s130中，流体可以包含在热地平面内。在步骤s140中，通过由多个微结构产生的毛细力驱动的流体运动，可以将热能从金属基底的至少一个区域传输到金属基底的至少一个其他区域。
92.图8示出了根据本发明的一个或多个实施例的当前的基于ti的tgp的一个或多个实施例的形成的流程图。在一些实施例中，可以通过以下过程形成基于金属的热地平面。在步骤s200中，形成第一基底。在步骤s210中，形成第二基底。在步骤s220中，形成至少一个中间基底。在步骤s230中，使基底附连。在步骤s240中，形成热地平面。
93.图9a和图9b示出了与中间基底110连通的芯吸结构210的说明性实施例。有效纵横比定义为有效通道高度h与有效通道宽度w之比：图9a示出了其中中间基底110的微结构112与芯吸结构210交错的说明性实施例，图9b示出了其中中间基底110的微结构112位于芯吸
结构210上方的替代实施例。
94.图9a和图9b中所示的说明性实施例可以提供比不包括中间基底110的芯吸结构210可获得的有效纵横比更高的有效纵横比。例如，如果芯吸结构210通过湿法蚀刻或其他各向同性蚀刻工艺形成，则纵横比h/w可以小于1，或者基本上小于1。使用中间基底110，可以实现芯吸结构210与中间基底110之间的流体通道的更高的有效纵横比。例如，在一些实施例中，h/w>1，其中，h是流体通道的有效高度(或深度)，w是宽度。
95.图9b示出了替代实施例，当期望相对低的黏性损失时，该实施例可以具有优点。
96.因为诸如热地平面(tgp)之类的两相冷却装置坚固、有效、小巧且抗冲击，所以它可能特别适于移动或便携式应用。例如，上述的钛基热地平面(titgp)可以适于在便携式装置中使用，以增加坚固性和效率并减小尺寸和成本。一种这样的常用装置被称为智能手机。然而，这里描述的结构还可以应用于其他移动计算和/或通信装置，比如膝上型计算机、信用卡和平板电脑、智能电话和头戴式装置。
97.图10示出了适用于便携式应用的钛基热地平面的简化剖视图。钛基热地平面通常可以具有与先前参照图1、3a－3b和5a－5d所示的相同的结构。但是，一个重要的区别是，作为图3a－3b所示的蒸发器区域、绝热区域和冷凝器区域的替代，可以没有冷凝器区域(和散热器)。相反地，热量是通过蒸气中的对流传递的。因此，用于便携式的titgp可以完全以蒸气模式运行，使得由于所涉及的温度和空间限制，蒸气实际上不在不同区域中冷凝成液体。结果是，仅存在作为集成电路450的热源250，其将热量施加到芯吸结构210。热量使蒸气腔300中的液体蒸发。蒸气最终在图10所示的热地平面的极右侧区域中重整为液体。然后液体通过芯吸结构返回热源。当在该模式下运行时，这样的titgp可以耗散至少约5w，并因此能够散发由ic 450产生的2－3w。
98.应当理解，术语“两相冷却装置”和“热地平面”在本文中互换使用。其两者都可以指定以上参照图1－10描述的钛基热地平面(titgp)。
99.图10所示的芯吸结构210可以是例如先前在图1－4d中描述的芯吸结构。芯吸结构210可以包含以上关于芯吸结构10和210以及例如在图1、3a－3b、4a－4d和5a－5d中描述的任何选项。具体地，芯吸结构210可包括至少一个区域，该区域具有特征尺寸为1－1000微米的多个微结构112。芯吸结构210还可以包括多个微结构，这些微结构与芯吸结构的至少一个区域交错以在热地平面的至少一个区域中形成高效纵横比的芯吸结构。在芯吸结构210内，液相和气相可以分别存在于热地平面内的单独区域内。如前所述，热地平面可以具有带有突起的中间基底。先前已经描述了可能的形状、尺寸和纵横比，其可以形成狭窄的通道。为了便于说明且说明清楚，图13－18中未示出这些细节，而是将titgp总体上示出为包括芯吸结构210或510和背平面220或520。
100.因此，热地平面500被描绘为具有两个基本部件，钛背平面520和钛基芯吸平面510。通用芯吸结构510应当理解为包括任何或所有先前描述的特征，例如参照图1－9b所描述的中间基底、微结构、支座和金属基底。背平面520和芯吸结构510可以通过如先前所述的激光焊接来连结。这些区域的总厚度约为0.5mm。
101.便携式装置的部件如图11所示，并且可以包括塑料或金属前表面410、中间支架或框架420以及塑料或金属背表面430，该前表面410包括前屏幕。
102.前表面410可以包括led玻璃屏幕表面。中间框架420和背表面典型地是铝合金
430。具体地，为了轻量化和强度，中间框架420和背表面430都可以由铝或铝镁合金制成。中间框架420提供机械刚度，并且可以与背表面一起限定便携式装置的构架，并提供机械强度和坚固性。
103.中间框架420通常向便携式装置400提供结构支承和刚性。中间框架大致跨越封壳的内部区域。控制便携式装置的电路可以包含在集成电路芯片450中，可以被封装在外壳内，并且可以附连于中间框架。风扇也可以设置在外壳的内部，以扩散通常由运行便携式装置的电路产生的热量。如图11所示，中间框架420通常为约0.2至0.8mm的厚度，并且通常为约0.5mm的厚度。
104.与通常设置在外壳内部并且通常是金属的中间框架420相反，前表面410以及金属或塑料背表面430可以形成便携式装置的外壳。例如，大多数智能手机具有形成外壳和内部构架的多个层。因此，图11是诸如智能手机之类的便携式装置400的简化的通用剖视图。
105.为了散发由ic生成的热量，热管440通常包括在封壳中。图12示出了使用热管440的便携式装置400的实施例。当前现有的热管技术440相对较厚且效率低下。现有热管技术的大多数实施例的厚度约为0.4毫米，并显著增加了智能手机的整体厚度和重量。由于对于这些小型装置，空间和重量是如此重要，因此许多公司急切地希望为这些便携式装置寻找更薄且更有效的热解决方案。较低的温度提高了装置的可靠性和使用寿命，减少或完全消除便携式装置的风扇噪音，并延长电池寿命。
106.当使用热管时，散发更多热量的一种方法是在内部将薄石墨片放置在芯片与前框架表面410、金属框架420或后背表面430之间。然而，石墨是昂贵的，其层厚约0.3mm，并且由于这种机械脆性和破裂的趋势而不能做得更薄。作为热解决方案，它不是很高效，并且作为导电元件，它有可能使ic芯片450短路。因此，制造商渴望一种新的解决方案，以将热量从芯片传导出去以使得便携式装置高效、可靠、使用舒适，并最大程度地延长电池充电之间的时间。注意，带有热管的便携式装置中间框架的总厚度接近1mm。
107.与传统的热管440相反地，titgp可用于散发由热源、特别是便携式装置封壳400内的ic芯片450生成的热量。
108.因为芯吸结构210的总厚度可以为大约0.1至0.15mm之间，所以热地平面加上钛基金属框架的总厚度范围可能为大约0.6至0.65mm。因此，便携式装置的中间框架(包括titgp)的总厚度范围可以为大约0.6至0.65mm。如以下将进一步描述的，这允许将总厚度减小近半毫米。如图12所示，这代表了先前描述的传统热管技术在厚度上的实质性改进。如前所述的集成电路或芯片可以直接设置在芯吸结构210的表面上。可以使用诸如导热油脂或导热环氧树脂或灌封化合物之类的任何导热粘合剂将芯片450附连至芯吸结构210。
109.图13－18的其余部分示出了将图10的titgp实施到便携式装置400中的各种方式。如将从下面的描述中看到的，titgp同时用作热结构(以散发热量)和机械结构(用于强度和刚度)。在这方面，将钛用于titgp是重要的性能优势，尽管通常钛的成本较高，但仍能激发钛的使用。因此，titgp既可以是用于构建移动应用的结构材料，也可以是散热模块。因此，titgp 500具有结构和热方面的优势。
110.在此公开并在图13－18中示出的是基于钛热管或钛热地平面(titgp)的改进的便携式装置。titgp 500可以是如以上在图1－10中所述的那样，但是适用于便携式装置应用。通常，便携式装置可以包括具有设置在便携式装置的内部中的蒸气腔的热地平面，该热地
平面包括金属基底上的芯吸结构和钛背平面120；与热地平面热连通的集成电路；以及将热地平面和集成电路封闭的外壳。
111.在一个实施例中，便携式装置可以包括中间框架构件，该中间框架构件具有容纳热地平面500的间隙，热地平面500具有芯吸结构510和背平面520。首先在图13中示出该实施例。在另一个实施例中，titgp 500嵌入或附连于现有的中间框架结构420，该中间框架结构可以是钛、铝或铝镁合金。无论哪种情况，中间框架都可以提供机械功能(强度和刚度)和热功能(热量散发)，同时仍保持极薄。该设计在图14中再次示出。
112.在图13的简化剖视图中示出了使用titgp的便携式装置400'的第一示例性实施例。图13中所示的是包括屏幕410的前表面、背表面430和中间框架420。中间框架420可以是形成有titgp 500或者titgp 500嵌入其中的的铝或铝基合金或钛构件。因此，在一个实施例中，便携式装置可以包括热地平面，其中，该热地平面是插入到便携式装置的中间框架构件中的模块。
113.在该实施例中，中间框架420可以具有形成在其中的腔，以容纳插入的titgp 500。在这种情况下，可以在钛基中间框架420中蚀刻出大约在约100至约1000微米之间的深度的腔。然后可以例如通过焊接或结合、胶合将titgp附连至其中。因此，便携式装置可以具有热地平面，该热地平面设置在形成于中间框架构件420中的腔中，其中，中间框架构件420包括钛。在中间框架构件中形成的腔的深度可以为大约400微米，从而留下跨越中间框架构件的约100微米的钛。
114.在图14中示出了使用titgp的便携式装置400"的第二示例性实施例。便携式装置400"可包括中间框架构件420和热地平面，该热地平面500具有芯吸结构510和背平面520，其中，中间框架构件420也形成了热地平面500的背平面520。装置400"还可以包括集成电路，其中，该集成电路固定于热地平面500的芯吸结构510并与芯吸结构热连通。热地平面500的蒸气腔530可以在钛基平面520之间形成，并且可以通过焊接至芯吸结构510来被密封，从而形成热地平面500。
115.因此，在该实施例中，titgp形成一体式部件，使得中间结构结合到titgp的设计中，从而用作背平面120。在这种情况下，中间框架420可以包括钛。可以在中间钛构件420中形成0.4mm的腔，该腔将是用于titgp 500的蒸气腔530。因此，在该实施例中，便携式装置可以包括热地平面500，该热地平面又包括蒸气腔530，其中蒸气腔530被芯吸结构510和钛背平面520封围。在该实施例中，芯吸结构510结合至金属背平面以形成气密的蒸气腔。如前所述，腔可以通过激光焊接来密封，以形成气密的蒸气腔。如前所述，蒸气腔构造有一个或多个凹陷区域，以提供变化的蒸气腔高度。
116.在该实施例中，titgp 500直接形成在中间框架420的材料中或由中间框架420的材料形成，并且中间框架的金属形成titgp的背平面120。如图所示，titgp的其余部分、即芯吸结构210和金属背平面120可以由其他表面形成。在该实施例中，芯吸结构540可以是芯片450所附连的表面。在该实施例中，包括钛中间框架520的titgp 500作为元件整体地代替了中间框架。
117.在该实施例中的titgp可以将钛中间框架520用作其背平面120。因此，所形成的腔可以横跨约3cm，不过钛中间框架实质上将更宽。因为中间框架520横跨便携式装置400的整个宽度延伸，所以腔宽度仅是钛中间框架的宽度的一部分，钛中间框架的宽度在每一侧延
伸超出蒸气腔至少一厘米。钛中间框架的宽阔宽度为便携式装置400提供了结构刚度，并有助于散发来自ic的热量。因此，热地平面可以形成便携式装置的结构元件。
118.替代地，titgp可以用作便携式装置的背盖430的一部分。在图15中示出了该实施例的便携式装置480。图15示出了芯吸结构510以及安装在便携式装置的背表面430上的蒸气腔。在该实施例中，背表面430是便携式装置400的相对于屏幕侧410的正面。titgp的芯吸结构510与芯片450热连通。titgp可以类似于图13中所示的中间框架安装方式安装在背表面430中的间隙中，或者，便携式装置的背表面430还可以类似于图14所示的系统那样用作titgp的背平面520。通过延展，titgp还可以安装在前表面上(如果该表面是金属的话)。
119.由于titgp的外形非常纤薄，因此还可以将两个热地平面联接在一起，以使titgp包括多个蒸气腔和芯吸结构。在小而封闭的便携式装置中，热模块必须排出来自芯片的热量，并在整个装置中将热量均匀地散布出去(等温条件)。多个titgp 600、700的构思可以为这种散热提供优异的等温表面。
120.多个titgp 600、700、800具有比单个titgp更高的热性能。图16a所示的是一个双titgp 600，它包括两个蒸气腔531和532，这两个蒸气腔一个在另一个上方地定位并通过公共构件555热连通。这两个蒸气腔531和532还具有两个对应的芯吸结构511和512。
121.titgp#1具有蒸气腔531，并且可以设置在titgp#2下方，并且可以热联接于发热芯片450。在多个titgp 600中，热源芯片450可以联接于titgp#1的底侧，并且与titgp#1的芯吸结构511热连通。然后，titgp#1通过公共构件555将其热量传递给titgp#2。公共构件555可以提供传导路径以将热量从titgp#1传递到#2，更具体地传递到其芯吸结构512。使用公共构件555允许这种高效的热传递。公共构件避免了使用在其他情况下会降低温度并因此降低热地平面500的热性能的任何其他热界面膜/材料。因此，titgp#2经由图16a所示的公共构件散发来自titgp#1的热量。这是一种极其高效的传热架构。该结构的显著特征是一个titgp的背平面可以用作另一titgp的芯吸结构。
122.图16b示出了多个titgp 700的另一个实施例。类似于titgp 600，titgp 700具有多个titgp，例如titgp#1和titgp#2。titgp#1具有蒸气腔531，并且可以设置在titgp#2底下。titgp#2可以热联接于发热芯片450。具体地，热源芯片450可以联接于titgp#2的顶侧，并且与titgp#2的芯吸结构512热连通。然后，titgp#2通过公共构件555将其热量传递给titgp#1。公共构件555可以提供传导路径以将热量从titgp#2传递到#1，更具体地传递到其芯吸结构511。使用公共构件555允许这种高效的热传递。公共构件避免了使用在其他情况下会降低温度并因此降低热地平面500的热性能的任何其他热界面膜/材料。因此，titgp#1经由图16b所示的公共构件散发来自titgp#2的热量。这也是一种极其高效的传热架构。
123.图16c示出了多个titgp 800的又一个实施例，其散发来自两个集成电路芯片450和452的热量。类似于titgp 600和700，titgp 800具有多个titgp，例如titgp#1和titgp#2。titgp#1具有蒸气腔531，并且可以设置在titgp#2底下。titgp#1可以在其底侧热联接于发热芯片450，并且titgp#2可以在其顶侧热联接于第二发热芯片452。具体地，热源芯片450可以联接于titgp#2的顶侧，并且与titgp#2的芯吸结构512热连通。然后，titgp#2通过公共构件555将其热量传递给titgp#1。公共构件555可以提供传导路径以将热量从titgp#2传递到#1，更具体地传递到其芯吸结构511。使用公共构件555允许这种高效的热传递。公共构件避免了使用在其他情况下会降低温度并因此降低热地平面500的热性能的任何其他热界面
膜/材料。因此，titgp#1经由图16b所示的公共构件散发来自titgp#2的热量。这也是一种极其高效的传热架构。
124.图17示出了多个titgp 900的另一个实施例，其通过使一个蒸气腔531小于上覆的蒸气腔532而具有不均匀的厚度。非均匀厚度的热模块对于便携式应用可能非常有吸引力，因为如图所示，发热芯片450可以紧凑地布置在这种结构中，而不损失热性能。便携式装置中的其他部件可以布置在可用空间中。具体地，可以在titgp#2(厚度#2)之间放置相对大体积的电池，而titgp#1保持相对较薄(厚度#1)。
125.虽然图16和图17示出了包括双蒸气腔和芯吸结构的多个titgp 600和700，但应当理解的是，这仅仅是示例性的，并且多个titgp可以包括任何数量的蒸气腔和芯吸结构。
126.图18示出了安装在便携式装置1000中的多个titgp的另一个实施例。在该实施例中，类似于titgp 600的titgp安装在便携式装置中，该便携式装置具有如前所述的包括前屏幕的塑料或金属的前件410以及塑料或金属的背表面430。前屏幕410和金属或塑料背表面430可以形成便携式装置的外壳。然而，在这种情况下，titgp#2的芯吸结构512可以在便携式装置1000内形成等温内壳。因此，芯吸结构512可以是钛基构件，从而提供结构辅助以及热辅助。至少部分地由于使用图18所示的titgp的缘故，外壳也可以是基本上等温的。基本上等温应当理解为，因为titgp的使用，所以横跨结构构件的温度梯度小于约10℃，更优选地小于约1℃。由于热量的非常有效的分配，因此在便携式装置1000的外壳内部可以不需要风扇。这可以允许减少重量、成本和能量需求，重量、成本和能量需求中每一个都是便携式装置的关键性能指标。
127.更一般地，图13－18中所示的titgp可以与便携式装置的至少一个结构元件热连通。这些结构元件是赋予便携式装置大部分强度和刚度的部件，并且可以形成装置的构架，并且可以至少包括中间框架420和背表面430。titgp的表面还可以是结构元件520和560。这些结构构件通常是金属的，并且可以包括例如前表面410、中间框架420和背表面430。更优选地，titgp包括钛，其具有密封背部的激光焊缝。结果，联接于titgp的该结构构件的表面可以是基本上等温的，具有小于约10℃的温度梯度。
128.现在，讨论转向用于便携式应用的titcp的制造。热模块500、600和700的芯吸结构和外壳可以通过用金属材料冲压形状而制成。较小的微结构可以通过微冲压制成。替代地，可以使用例如氢氟酸(hf)和硝酸((hno3))通过化学蚀刻来制造轮廓和腔。如本领域中已知的，可以通过涂层或掩模层来保护钛材料的一部分免受蚀刻剂的腐蚀。然后可以对所有暴露的表面进行蚀刻以形成凹槽、腔和较小的结构。
129.可以使用例如14/749439中描述的方法为titgp提供一定量的工作流体。工作流体可以是例如水，并且用于将工作流体封闭在蒸气腔中的密封方法可以是激光焊接。
130.因此，本文公开了一种便携式装置，这种便携式装置包括设置在便携式装置的外壳内的热地平面，该热地平面包含蒸气区域和用于工作流体的液体区域，其中，热地平面包括钛背平面；形成在金属基底上的蒸气腔和芯吸结构；集成电路芯片，该集成电路芯片与热地平面热连通，使得由芯片生成的热量通过热地平面分布在整个便携式装置中，并且其中，热地平面与便携式装置的至少一个结构元件热连通，并且上述至少一个结构元件基本上是等温的，其中，横跨结构元件的温度梯度小于10℃。
131.便携式装置可以具有由金属基底和钛背平面封围的蒸气腔，其中，通过激光焊接
将金属基底密封至金属背平面以形成气密的蒸气腔。该结构元件可以是便携式装置的中间框架构件、前表面和背表面中的至少一个，其中，前表面和背表面限定便携式装置的外壳，并且中间框架构件是外壳内的结构构件。
132.热地平面还可以包括芯吸结构，其中，该芯吸结构可以包括多个微结构，这些微结构与芯吸结构的至少一个区域交错以在热地平面的至少一个区域中形成高效纵横比的芯吸结构，并且其中，微结构中的一个或多个具有在约1－1000微米之间的高度，在约1－1000微米之间的宽度，以及在大约1－1000微米之间的间距，并且其中，这些微结构至少包括通道、支柱、凹槽和沟槽中的一种。热地平面可以是便携式装置的结构元件，并且机械地联接于便携式装置的外部或内部或中间壳体，还通过附连至中间框架构件而悬置在外壳内部。热地平面可以设置在形成于中间框架构件中的腔中，其中，中间框架构件包括钛。腔的深度可以在约100至约1000微米之间，从而在整个腔上留下跨过中间框架构件的约100至200微米的钛。
133.该热地平面还可以包括钛封壳和钛芯吸平面，其中钛封壳和钛芯吸平面在一起的厚度在约0.3mm至约1.5mm之间。热地平面还可以包括至少一个中间基底，该中间基底具有带有多个突起的区域，这些突起适形地装配到芯吸结构中，以形成狭窄的流体通道，流体被毛细力驱动通过该狭窄的流体通道，其中，突起的形状设计成装配到芯吸结构中的特征中。芯吸通道与中间基底之间的流体通道的有效纵横比h/w大于1，其中，h为有效高度，w为流体通道的宽度。热地平面的至少一个区域的表面可由纳米结构的二氧化钛(nst)构成。
134.热地平面可以设置在便携式装置的背表面上，并且其中，背表面还用作热地平面的芯吸结构。芯片可以基本上设置在热地平面的侧向范围的中间。热地平面可以包括插入到便携式装置的中间框架构件中的模块。
135.便携式装置可以具有设置在外壳内的钛中间框架构件，其中，中间框架构件形成热地平面的背平面；以及集成电路芯片，其中，集成电路固定于热传感器并与热地平面热连通。替代地，蒸气腔可以形成在钛中间框架构件和外框架构件中，并且通过芯吸结构密封以形成热地平面。
136.在其他实施例中，热地平面包括多个蒸气腔和多个芯吸结构。第一蒸气腔可以通过公共金属构件与至少另一个蒸气腔热连通，其中，该公共金属构件在多个蒸气腔之间在结构上和热量上共享，使得由芯片生成的热量分布在整个便携式装置中，并且外壳基本上是等温的。具有多个蒸气腔的热地平面可以具有不一致的横截面。在多个热地平面中，蒸气腔均包含芯吸结构，并且多个蒸气腔的芯吸结构设置成一个在另一个上方。
137.虽然已经结合上面概述的示例性实施方式描述了各种细节，但是在回顾前述公开内容时，各种替换、修改、变型、改进和/或实质等同，不管是已知的还是可预见到的，都将变得明显。因此，如上面阐述的示例性实施方式旨在是说明性的而非限制。