[发明专利]一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子器件热控制领域的相变温控组件及其一体化成形的制备方法，属于电子设备相变温控领域。

背景技术

通常电子器件需在一定的温度范围内工作，但电子器件在工作时会产生一定的热量使得自身温度不断升高，如果温度超过许用温度范围会因其电子器件或芯片失效，降低系统的可靠性。有统计报告指出:超过半数的电子器件失效都是由温度引起的。研究结果表明电子元件的温度在正常工作温度水平上降低1℃，其故障率可减少4％；若增加10～20℃，则故障率提高100％。然而，传统的依靠单相流体的对流换热方法和强制风冷方法难以满足许多电子器件的散热要求，因此必须研究和开发新的散热技术以适应有高热流密度散热要求的场合。

随着现代电子设备的种类越来越多，体积和质量越来越小，电子器件的功耗密度越来越高，单位面积上的热流密度也越来越高，对电子设备的温控提出了越来越高的要求。目前电子器件有两大发展趋势:一是运算高速化；二是芯片集成化，这就导致了电子器件的发热热流密度不断增大，电子器件的散热问题成为电子工业发展的瓶颈。研究表明电子设备的稳定性与工作温度直接相关，半导体器件接点温度每上升10℃，电子设备故障率就会翻一倍，温度每升高25℃，失效率增大10倍。比如由热引起的故障总数占到总故障的近1/2。另一方面，温度的周期性变化会产生热疲劳现象，这是由于各种材料膨胀系数的不同会在电子元件内部产生机械和热应力，常常会导致电子元件的破坏，因此电子设备良好的热设计成了系统设计的关键，这对可靠性要求高的航空航天电子系统而言显得尤为重要。

为了保证电子设备和机械设备有效和可靠工作，通常要求在一定的温度范围内工作，这就包括常温、低温和恒温要求；保持温度场的均匀性和稳定性，以保证有效载荷具有较高的结构稳定性。为了满足这些需求，一般采用主动温控手段，强制对流、电加热、低温制冷等方式来满足各种各样的温度要求。有些发热部件受到设备结构尺寸、安装位置等条件的限制难以通过导热方式将热量传递到冷板。在这种情况下，有必要研究新的更加有效的温控技术来对不同需求的电子设备进行热控制。

随着电子设备向着小型化、高集成化方向的高速发展，相变温控所具有的独特性质使其在间隙性或周期性运转的电子设备的温控上获得了广泛应用和高速发展。作为一种新兴的温控技术，相变温控利用相变材料(Phase Change Material，PCM)在某一特定温度下，从低熵聚集态转变到高熵聚集态物质时需吸收大量热量而转变过程中温度基本保持不变的性质，进而调整、控制温控对象周围环境温度，从而实现对电子设备的温控。。待温控对象停机期间相变材料再将吸收的热量释放到环境中，为下一次工作周期做好准备。实验结果表明：用相变材料进行温控的集成电路的温度比不使用相变材料进行温控的集成电路的温度平均低7～8℃。

目前国外相变控温技术已在许多高科技领域，如航空、航天、电子等领域得到了应用。按照相变类型划分，相变材料可分为气-液相变材料、气-固相变材料、固-液相变材料和固-固相变材料四种类型。气-液相变材料和气-固相变材料相变过程中伴随有气体变化，会引起相变材料体积的剧烈变化。因此尽管这两类材料相变过程的相变潜热很大，在实际中却很少应用。固-固相变材料的体积变化最小，但其相变潜热是四种相变材料类型中最小的，所以

在实际中亦很少应用。与其他三种类型相比，固-液相变材料的相变潜热适中，体积变化不大，

是实际中常常使用的相变材料类型。

按照化学成分组成，相变材料分为有机类相变材料、无机类相变材料和复合类相变材料。

在实际应用中相变材料的筛选需要考虑多方面的因素，如相变温度、储能密度等。对于选择相变材料一般原则需要从以下几个方面考虑:1、相变温度和使用目标相匹配；2、相变潜热大；3、廉价易得；4、化学稳定性好；5、与存储容器的相容性好；6、热稳定性好；7、具有良好的传热及流动性能；8、具有较低的蒸汽压等。另外相变储能材料还应该具有无毒、无味、相变体积变化小、无过冷或过冷度小、无相分凝现象、不易燃烧等性质。因此常用的相变材料主要有石蜡类、低熔点合金类及无机盐类。