[发明专利]一种热化学法控温的散热装置及散热方法

说明书

技术领域

本发明的一种热化学法控温的散热装置及散热方法，尤其涉及大功率电子元件或者其它热源遇到突发情况，导致温度发生较大变化时的一种基于热化学法的控温散热装置及散热方法。

背景技术

近年来，随着高频、高速化的电子元件的发展，高功率的电子元件开发得以成功，大规模和超大规模的集成电子元件在工业和生活等领域有着广泛应用潜力，如何将高热流密度的电子元件推广到相应领域，是电子元件得到广泛应用的关键问题。目前两个主要原因是的电子元件难以得到推广：技术问题和成本问题。

研究资料显示，单个半导体元件的温度每上升2℃，其可靠性下降10%，基于目前对半导体制造技术的工艺水平，高功率电子元件在瞬间开启时，短时间内生成的热量超出散热器的散热能力，在正常工作时，产生的热量又低于瞬时产生的热量，无法全部发挥散热器散热能力。实践数据表明：电子元件寿命与结点温度成线性关系，即结点温度越高，寿命越短，因此瞬时产生的热量往往导致电子元件的结点温度过高，缩短电子元件的使用寿命和降低性能的发挥。目前，为应对电子元件工作时面临的极端条件，比如环境温度过高、芯片电流突增等，散热装置需预留较大设计余量，以保证电子元件处于最佳工作温度附近，这就导致散热器重量、体积过大，能耗增加，成本增加。

目前针对此情况，采用添加有机相变材料（如石蜡相变材料）以缩短储/放热时间，此种方法对定功率、可预见功率的保护是切实可行的，但有机相变材料对变功率、变工况下的温度变化没有选择性，且有机相变材料潜热低，分子量大单位摩尔量吸收热量少，添加过多的石蜡相变材料不利于整体散热装置性能的发挥；采用无机盐相变储热材料时，存在严重的过冷现象和较差的成核特性，在储热后无机盐结晶变为液态时，因过冷问题导致所储存的热量无法放出。因此亟需一种在变功率、变工况且具有高储/放热量能力的散热装置。

发明内容

本发明针对现有技术的难点，为克服因外界环境或电子元件内部电流等因素造成的芯片温度短期性升高、添加过多有机相变材料以及无机盐的过冷等问题，提供一种热化学法控温的散热装置及散热方法，以较小的散热装置尺寸和吸附/解吸能力强的储能材料，保证电子元件在最佳工作温度附近工作。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种热化学法控温的散热装置，包括电子元件、吸附/解吸床、散热装置；所述吸附/解吸床包括外壳和外壳内部的储能材料；电子元件与吸附/解吸床的外壳连接，散热装置紧贴于吸附/解吸床外壳。

所述储能材料为金属盐水络合物。

所述金属盐水络合物吸收热量时分解部分结晶水；释放热量时吸收水分重新生成金属盐水络合物，所述材料为具有较高反应焓的金属盐水络合物材料，如金属盐水络合物Na₂SO₄·10H₂O、MgSO₄·7H₂O、Na₂HPO₄·12H₂O、Na₂S₂O₃·5H₂O、CaCl₂·6H₂O、LiNO₃·3H₂O等中的一种或几种。

所述储能材料还包括支撑材料。

所述的支撑材料采用可膨胀石墨、金属泡沫、金属丝网、石墨纤维及多孔导热陶瓷中的一种或几种，用以强化金属盐水络合物传热，加快金属盐水络合物整体的吸附/解吸速率，缩短吸附/解吸水的时间。

当添加金属泡沫时，将金属泡沫和金属盐水络合物通过挤压成型方式塞入吸附/解吸床内，从而达到金属盐水络合物能均匀分布在金属泡沫内的效果。，所述金属泡沫为金属铝泡沫或者金属铜泡沫。

当采用添加膨胀石墨的金属盐水络合物组合时，按照不同比例将膨胀石墨与金属盐水络合物的水溶液混合搅拌均匀，干燥蒸发冷却定型后，可直接将粉末状的膨胀石墨和金属盐水络合物挤压成型塞入吸附/解吸床内，这样形成以膨胀石墨为支撑骨架的金属盐水络合物储/放热材料。

本发明中，电子元件的基板表面通过导热胶与吸附/解吸床上表面连接，吸附/解吸床内充满储能材料，吸附/解吸床的另一端与散热装置连接。其优点是使部分热量既可以传递给吸附/解吸床内部的储能材料，又可以经散热装置将热量散发到环境中，减少中间接触热阻、节约材料和降低成本，又能保证电子元件启动阶段的温度波动速率较小，更快的达到稳定工作环境，延长电子元件的工作寿命。