[发明专利]各向异性热导管

说明书

一种具有外部圆筒管以及与该外部圆筒管一起布置的各向异性热材料的各向异性热导管。

技术领域

本公开总体上涉及热导管，尤其涉及各向异性热导管。

背景技术

如本领域已知的，热导管被用于许多应用。一种应用是在散热器中，散热器有时也被称为传热界面，其用于从热源提取热量并将排出的热量传递至冷源。此外，为了制造稳健、高可靠性的散热器，散热器和热源之间的热膨胀系数(CTE)应当紧密匹配，并且散热器和冷源之间的CTE也应当紧密匹配。例如，在电气应用中，这些额外的界面会使热性能下降并且使电寄生增加，从而增加电损耗、降低效率和/或增加系统设计的成本及复杂性。

由于在许多应用中，高导热金属与低导热材料半导体之间的CTE失配界面太大以致不能可靠地建立直接过渡，因此散热器设计的现有方法已经在低CTE且热导率通常较低的导热材料和诸如铜的高热导性且通常高热膨胀材料之间添加中间散热器过渡部(heatspreader transition)。由于增加了热和电气界面，这种方法增加了设计的复杂性、成本和性能损失。

如本领域已知的，热解石墨(TPG)材料表现出非常各向异性的热导性，使得热导率在基面内可以是～1600W/m-°K(铜的四倍)，而垂直于基面是～10W/m-°K(铜的四十分之一)。具体而言，石墨具有各向异性结构，并因此表现出或者具有许多高度定向的性质，例如，导热性和导电性以及流体扩散。更具体而言，石墨由碳原子的六角形阵列或网络的层平面构成。这些由六角形排布的碳原子构成的层平面是大致平坦的，并且被定向或排列成彼此大致平行且等距。由碳原子构成的大致平坦且平行等距的片或层(通常被称为石墨烯层或基面)被连接或结合在一起，并且其基团呈微晶排列。一片热解石墨可以被描述为具有三个定向轴线；平行于包括基面的沉积表面且彼此垂直的a轴和b轴，以及垂直于a轴和b轴并且垂直于基面的c轴。热解石墨的热学性质受其结构各向异性的强烈影响。热解石墨在c轴方向(沿着石墨的沉积方向；垂直于石墨沉积在其上的表面的平面)上作为优异的热绝缘体起作用；而在包括a轴和b轴的平面上作为相对良好的热导体起作用。

应理解到，术语“热解石墨”(“TPG”)可以与“高定向热解石墨”(“HOPG”)或压应力热处理热解石墨(“CAPG”)互换使用。

本领域还已知TPG材料已被用作如图1所示的平面散热器中的各向异性热导管；基面由虚线表示。

发明内容

根据本公开，提供了一种热导管，其包括：外部圆筒管；以及与外部圆筒管一起布置的各向异性热材料。

在一个实施例中，各向异性热材料是热解石墨(TPG)。

在一个实施例中，各向异性热材料沿着管的纵向轴线的热导率大于各向异性热材料沿着垂直于管的纵向轴线的方向的热导率。

在一个实施例中，各向异性热材料沿着管的纵向轴线的热导率小于各向异性热材料沿着垂直于管的纵向轴线的方向的热导率。

在一个实施例中，各向异性热材料的热导性使得能相对于管的纵向轴线径向向外地传导热量。

在一个实施例中，各向异性热材料具有垂直于管的纵向轴线的基面。

在一个实施例中，各向异性热材料具有平行于管的纵向轴线的基面。

在一个实施例中，各向异性热材料具有相对于管的纵向轴线径向向外地垂直延伸的基面。

在一个实施例中，各向异性热材料沿着管内的周向方向的热导率小于各向异性热材料沿着管的纵向轴线方向的热导率。

在一个实施例中，各向异性热材料被与管嵌在一起。

在一个实施例中，管是导热金属。

在一个实施例中，内管或杆被包括，并且各向异性热材料被布置在内管或杆与外管之间。