一种热二极管的制作方法

1.本实用新型属于散热领域，具体涉及一种热二极管。


背景技术：

2.热二极管是一种单向传递热量的电子器件，即在一个方向上具有很高的热导率，而在相反的方向上可以阻断热量的传递，因此可以有效地散发机载热量，同时屏蔽外部热源，对于电子封装或航天器的智能热管理是非常理想的散热装置。
3.目前的热二极管主要包括固态和相变热二极管两类，其中固态热敏二极管通过利用热膨胀，热接触或与温度相关的热导率的不对称性进行工作，其使用简单稳定，但是其效率η≈1而成为瓶颈；其中热二极管效率η定义为正向模式和反向模式下二者有效热导率的差与反向模式有效热导率的比值，其值越大，说明该热二极管的热二极性越佳。相比之下，相变热二极管可以通过仅在正向模式下利用巨大的汽化潜热来实现η≈10-100的热二极性。然而目前的相变热二极管主要为热虹吸管，其热传导方向依赖于重力方向，无法满足任何需要散热方向独立的系统，且随着热二极管导热距离的增加，热源界面处需要较大的过热度才能使内部工质传递到冷凝端，大大增加了热二极管的热阻，使其性能恶化。
4.因此，如何能改善热二极管存在的技术问题以满足现有的散热需求成为业者急需解决的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种可有效解决上述技术问题的热二极管。
6.本实用新型以均温板结构为基础，解决其技术问题所提供的技术方案如下：
7.一种热二极管，其特征在于，包括蒸发盖板与冷凝盖板，所述蒸发盖板与冷凝盖板之间结合形成有真空腔室，真空腔室内设有相变传热工质，所述蒸发盖板位于真空腔室内的表面设有毛细结构，所述冷凝盖板位于真空腔室内的表面形成有超疏水层，该毛细结构与超疏水层之间具有真空间隙，所述真空间隙的间距l的取值范围：0.01-0.1
㎜
。
8.优选地，所述毛细结构为多孔介质或微结构，并做超亲水处理。
9.优选地，所述蒸发盖板与冷凝盖板之间还具有连接模块，所述连接模块中央位置处形成有镂空区，且周缘具有支撑件。
10.优选地，所述支撑件具有上表面和下表面，所述支撑件的上表面以焊接或胶粘的连接方式贴合于蒸发盖板的内表面。
11.优选地，所述支撑件的下表面以焊接或胶粘的连接方式贴合于冷凝盖板的内表面。
12.优选地，所述连接模块与蒸发盖板或冷凝盖板呈一体成型。
13.优选地，所述蒸发盖板与冷凝盖板的材料为铜或铝。
14.优选地，所述连接模块的材料为聚四氟乙烯。
15.本实用新型还公开了如下技术方案：
16.一种热二极管，其特征在于，包括第一盖板、第二盖板和第三盖板，所述第一盖板、第二盖板和第三盖板叠层设置；
17.其中，所述第一盖板与第二盖板及第二盖板与第三盖板之间均设有连接模块，各所述连接模块中央位置处形成有镂空区，且周缘均具有支撑件；
18.其中，所述第一盖板与第二盖板及连接模块之间结合形成有第一真空腔室，所述第二盖板与第三盖板及连接模块之间结合形成有第二真空腔室，所述第一真空腔室内的冷凝端为第一盖板的内表面，且第一盖板的内表面形成有超疏水层，所述第一真空腔室内的蒸发端为第二盖板的第一表面，所述第二盖板的第一表面设有第一毛细结构，且该第二盖板的第二表面做疏水处理形成有超疏水层，所述第二真空腔室内的蒸发端为第三盖板的内表面，且该第三盖板的内表面设有第二毛细结构，所述第二真空腔室内的冷凝端为所述第二盖板的第二表面，各所述真空腔室内均设有相变传热工质，且各所述真空腔室内的毛细结构与超疏水层之间具有真空间隙，所述真空间隙的间距l的取值范围：0.01-0.1
㎜
。
19.优选地，所述第一真空腔室内的第一毛细结构与第二真空腔室内的第二毛细结构均为多孔介质或微结构，并做超亲水处理。
20.本实用新型的有益效果在于：
21.与现有技术相比，本实用新型的一种热二极管，由蒸发盖板，冷凝盖板和连接模块之间结合构成一个腔室，腔室内抽真空处理，并填充有相变传热工质，在腔室内部的蒸发盖板端壁面设置有毛细结构，并做超亲水处理，在冷凝盖板端壁面进行超疏水处理形成超疏水层，所述该毛细结构与超疏水层的之间具有真空间隙，且真空间隙的间距为0.01-0.1
㎜
，通过设置真空间隙的间距l，使气态相变传热工质遇冷凝盖板端壁面冷凝后所形成的大角度液滴直接与毛细结构相接触，并被吸附于毛细结构中，从而使冷凝后形成的大角度液滴不受重力约束，使该热二极管可满足任何需要散热方向独立的系统。
22.本实用新型的一种热二极管也可根据实际需求尺寸堆叠多个腔室，用以满足该热二极管更快的启动速度和更低的热源界面处的壁面过热度，同时降低该热二极管的热阻。
附图说明
23.下面将结合视图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
24.图1为本实用新型申请公开的一种实施方式的热二极管的立体示意图；
25.图2为图1中所示的一种热二极管的俯视图；
26.图3为图2中沿a-a线方向的半剖视图，具体展示了热二极管内部真空腔室的结构示意图；
27.图4为本实用新型申请公开的另一种实施方式的热二极管的立体示意图。
28.附图标记说明：
29.100-热二极管，110-冷凝盖板，111-超疏水层，120-蒸发盖板，121-毛细结构，130-连接模块，131-镂空区，132-连接件，140-真空腔室，141-真空间隙，l-真空间隙的间距，200-热二极管，210-第一盖板，211-超疏水层，220-第二盖板，221-第一毛细结构，222-超疏水层，230-第三盖板，231-第二毛细结构，240-连接模块，241-镂空区，242-连接件，250-第一真空腔室，260-第二真空腔室
具体实施方式
30.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
31.为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
32.请参阅图1至图3所示，为本实用新型申请公开的一种热二极管100，该热二极管100包括冷凝盖板110、蒸发盖板120和设置于冷凝盖板110与蒸发盖板120之间的连接模块130。
33.具体地，该连接模块130的中央位置处形成有镂空区131，该镂空区131的周缘具有支撑件132，所述支撑件132具有上表面和下表面，该支撑件的上表面和下表面分别与蒸发盖板120和冷凝盖板110相结合，使其形成有中空的腔室140，且腔室140内抽真空处理，并填充有相变传热工质(附图中未标注)。其中，支撑件132上开设有通孔，用于热二极管100成型后填充相变传热工质和抽真空处理。
34.具体地，该支撑件132的上表面和下表面分别以焊接或胶粘的连接方式贴合于蒸发盖板120及冷凝盖板110的内表面。
35.具体地，该连接模块130可采用导热率较低的材料来隔绝传热传递，如聚四氟乙烯，该材料的使用可提升该热二极管单向传导热的整体可实施性。考虑到加工难度，亦可以使用铜材或者铝材代替。
36.具体地，该冷凝盖板110和蒸发盖板120的材料可选用铜或铝，而连接模块130则采用导热率较低的材料，使热二极管100的热传递尽量通过相变传热工质进行传热，以便于提高热二极管100的工作效率。
37.请参阅图3所示，该蒸发盖板120位于真空腔室140内的表面设有毛细结构121，且该冷凝盖板110位于真空腔室140内的表面形成有超疏水层111，该毛细结构121与超疏水层111之间具有一真空间隙141，所述真空间隙141的间距l的取值范围：0.01-0.1
㎜
。
38.具体地，该毛细结构121为多孔介质或微结构，并做超亲水处理。并在冷凝盖板110的内表面进行超疏水处理形成超疏水层111，从而使液态的相变传热工质可以被捕捉在多孔介质或微结构内，不受重力约束。
39.具体地，该蒸发盖板120的多孔介质或微结构可设置为多种不同的形式，其中多孔介质可优选烧结铜粉、铜纤维丝、泡沫铜、铜网，或者上述多孔介质结构的组合；微结构优选微柱体结构、亦或其他不规则结构，此外亦可使用铜粉或者泡沫铜烧结为微结构，以提供更好地毛细力用于储存工质。由于多孔介质或微结构的外端面(面向于冷凝盖板110内表面的一个端面)可能存在凹凸不平的情况。因此，真空间隙141的间距l定义为超疏水表面111到多孔介质或微结构的外端面之间的最短距离。
40.在本实施方式中，该热二极管100内的液态相变传热工质的注入量为欠饱和或饱和状态，该液态相变传热工质受毛细力影响被吸附于毛细结构121中不易掉落。当热源位于蒸发盖板120的外表面时，该蒸发盖板120内表面上的多孔介质或微结构中的相变传热工质吸热后迅速蒸发，此时真空腔室140内的压强发生变化，蒸发后的气态相变传热工质受压强的影响通过真空间隙141而被传送至冷凝盖板110端，而后被凝结在冷凝盖板110上形成液珠；由于冷凝盖板110进行了超疏水处理，使该冷凝后的液珠于超疏水表面形成静态接触角
约为120
°
的大角度工质液滴，同时该工质液滴的最大直径可达到100μm；在实际过程中，在超疏水层111处形成的工质液滴的直径尺寸的变化范围一般为10-102μm。故本实施方式中于冷凝盖板110内表面冷凝后所形成的工质液滴可直接与毛细结构121接触，从而被吸附于毛细结构121中，使冷凝后形成的大角度液滴不受重力约束，因此，该热二极管可满足任何需要散热方向独立的系统。
41.在本实施方式中，该连接模块130还可与蒸发盖板110或冷凝盖板120呈一体成型。
42.请参阅图4所示，为本实用新型申请公开的另一种实施方式的一种热二极管200，与第一实施方式不同的是该热二极管200具有两个连接模块240。
43.其中，该热二极管200从下往上依次包括第一盖板210、第一块连接模块240、第二盖板220、第二块连接模块240和第三盖板230。
44.具体地，两个连接模块240的中央位置处均形成有镂空区241，且周缘均具有支撑件242，该两个支撑件242均具有上表面和下表面，该两个支撑件242的上表面和下表面分别与第一盖板210和第二盖板220相结合组成有第一真空腔室250，与第二盖板220和第三盖板230相结合组成有第二真空腔室260。
45.具体地，第一真空腔室250内的冷凝端为第一盖板210的内表面，且该第一盖板210的内表面做疏水处理形成有超疏水层211。第一真空腔室250内的蒸发端为第二盖板220的第一表面，该第二盖板220的第一表面设有第一毛细结构221，且该第二盖板220的第二表面做疏水处理形成有超疏水层222。第二真空腔室260内的蒸发端为第三盖板230的内表面，且该第三盖板230的内表面设有第二毛细结构231。其中，第二真空腔室260内的冷凝端为所述第二盖板220的第二表面。
46.其中，第一真空腔室250与第二真空腔室260内均设有相变传热工质，且第一真空腔室250与第二真空腔室260内的毛细结构221及毛细结构231分别与超疏水层211及超疏水层222之间有一真空间隙(图4中未标注)，所述真空间隙的间距l的取值范围：0.01-0.1
㎜
。
47.具体地，第一毛细结构221与第二毛细结构231均相同。
48.在本实施方式中，该热二极管200可根据实际需求尺寸堆叠多个腔室，用以满足热二极管更快的启动速度和更低的热源界面处的壁面过热度，同时降低该热二极管的热阻。
49.综上所述，本实用新型公开了一种热二极管，通过对蒸发盖板端的毛细结构和冷凝盖板的内表面进行润湿性处理，结合两盖板间存在的真空间隙，使蒸发盖板上的毛细结构中的工质吸热蒸发后凝结在冷凝盖板上，由于冷凝盖板进行了超疏水处理，工质会在其上凝结为液珠，当液珠达到一定体积后则会与毛细结构相接触而被吸回至毛细结构中，从而使工质不断地通过吸收和释放汽化潜热，以达到将蒸发盖板处的热量高效传递到冷凝盖板处的效果。在反向模式下，热源位于光滑冷凝盖板的背面，其上没有工质传递热量，从而导致腔体内变干，其内的真空空间便成为了一个高效的隔热装置，从而阻断热量的反向传递。该种结构的热二极管，其热二极性效率可达到η≈100且与重力无关，同时体积小巧，易于加工，多个腔室的堆叠亦可满足远距离单向传热的需求。