本发明属于均热板加工，具体涉及一种陶瓷均热板及其制备方法。
背景技术：
1、近年来，电子芯片的高集成度以及高功耗导致芯片的热流密度大幅增加，需要及时高效地将热量释放到外界环境中以降低电子器件内部温度。均热板通过液态工质的相变过程来传输热量，具备导热能力强、均温性能好、结构适应强等优点，已被广泛应用于高热流密度电子器件的散热。
2、目前，均热板主要采用是铜、铝等金属材料，但金属与芯片材料的热膨胀系数不匹配，高温下产生的热应力和热疲劳容易导致均热板与芯片之间出现裂缝或错位，进而引起散热失效。陶瓷材料与芯片材料的热膨胀系数相匹配，且具有不导电、耐高温等特点，是制备均热板的理想材料，非常适合用于高热流密度芯片的散热，尤其适合于第三代半导体射频器件。但陶瓷均热板的冷凝端大多为平整表面，不具备迅速汇集冷凝液滴的特性，影响了工质的相变循环进程。且陶瓷属于硬脆性、难加工材料，目前主要采用磨削、激光等方法在陶瓷表面加工简单的微沟槽吸液芯结构，毛细性能难以满足均热板的传热需求。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种陶瓷均热板及其制备方法。
2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
3、一种陶瓷均热板，包括：
4、壳体，所述壳体包括上基板、下基板及设于上基板和下基板之间的框状结构；所述上基板、框状结构和所述下基板密封连接形成密封腔体，所述密封腔体内部为负压环境，且灌注有液态工质；
5、吸液芯结构，所述吸液芯结构设置于下基板上；
6、支撑柱，所述支撑柱设置于吸液芯结构表面；
7、支撑柱近向上基板的一端连接有回流结构；
8、所述回流结构设置在上基板的内表面上；
9、所述回流结构由自中心向外呈散射状圆周分布的多个椎体结构组成，单个锥体结构的横截面积自中心向外依次减小；
10、所述壳体、吸液芯结构、支撑柱和回流结构的材质为陶瓷。
11、在均热板内设置由中心向外呈散射状圆周分布的多个椎体结构组成的回流结构，单个锥体结构的横截面积自中心向外依次减小。由于形状梯度，在均热板上基板冷凝后的液态工质会受到指向锥体结构底部的拉普拉斯压力差产生的驱动力，使液滴向锥体结构底部即支撑柱的方向运动，且液滴在运动过程中沿着顺重力方向流动，可进一步加快液态工质回流至支撑柱的速度，进而提升均热板传热性能。
12、在其中一个优选的实施例中，所述回流结构设有圆环结构和若干个锥体结构；所述若干个锥体结构围绕圆环结构向外呈散射状分布。
13、在其中一个优选的实施例中，所述回流结构设有16-24个锥体结构。由于锥体结构、圆环结构和支撑柱尺寸一定时，过度增加椎体结构的数量将使得椎体结构的大端部位相互交错重叠，影响锥体结构的完整性，导致冷凝后的液态工质难以回流至支撑柱，降低均热板传热性能。锥体结构过少时，冷凝后的液态工质回流途径过少，将减慢液态工质回流至支撑柱的速度，降低均热板传热性能。
14、在一定数量范围内增加围绕支撑柱分布的锥体结构数量，可以为冷凝后的液态工质提供更多回流的途径，加快液态工质回流进程，进而提升均热板传热性能。
15、在其中一个优选的实施例中，所述锥体结构设有上径和下径；所述上径的长度小于下径的长度。
16、在其中一个优选的实施例中，所述锥体结构表面开设有第一沟槽。
17、在其中一个优选的实施例中，每个锥体结构表面开设有一个第一沟槽。
18、沟槽槽道的界面张力作用使得沟槽具有高渗透性，能够有效地促进液态工质的流动和分布，因此可以增强吸液芯结构、支撑柱和锥体结构的毛细压力，加快液态工质回流的速度，进而提升均热板传热性能。沟槽数量多了一方面不好加工，另一方面锥体结构本身表面积较小，会影响椎体结构的孔隙率。
19、沟槽槽道的界面张力作用使得沟槽具有高渗透性，能够有效地促进液态工质的流动和分布，因此可以增强吸液芯结构、支撑柱和锥体结构的毛细压力，加快液态工质回流的速度，进而提升均热板传热性能。
20、在其中一个优选的实施例中，所述第一沟槽深度为0.15-0.25mm。沟槽深度保持一致，不随锥体尺寸变化而变化。
21、在其中一个优选的实施例中，所述锥体结构为多孔结构。
22、多孔结构内部的大量孔隙和连通通道可提升锥体结构的毛细性能，加快液态工质回流到下基板，进而提升均热板传热性能。
23、在其中一个优选的实施例中，所述锥体结构的孔隙率与吸液芯结构和支撑柱保持一致，为50%-70%。
24、在其中一个优选的实施例中，所述锥体结构的锥度角5-10°，长度5-15mm，高度为0.5-1mm。
25、锥体结构高度过小时，液体驱动力小，影响回流的速度；
26、锥体结构高度过大时，上基板过厚，将增加均热板封装后的整体厚度，不符合均热板轻薄的设计理念。
27、在其中一个优选的实施例中，所述吸液芯结构的表面开设有阵列沟槽，椎体结构、支撑柱和吸液芯结构的沟槽结构保持一致，均为相同截面形状和尺寸的沟槽。
28、所述吸液芯结构为沟槽吸液芯结构。沟槽可以加快液态工质回流，简单易行。
29、在其中一个优选的实施例中，所述沟槽吸液芯结构的沟槽截面形状为“v”形、形或“ω”形。
30、在其中一个优选的实施例中，所述吸液芯结构为多孔结构。
31、多孔结构内部的大量孔隙和连通通道可提升吸液芯结构的毛细性能，且多孔结构提供大量的潜在汽化核心，有助于增加均热板下基板的蒸发面积，进而提升均热板传热性能。
32、在其中一个优选的实施例中，所述吸液芯结构的孔隙率与椎体结构和支撑柱的孔隙率保持一致，为50%-70%。
33、在其中一个优选的实施例中，所述框状结构封装时设于上基板和下基板中间。
34、在其中一个优选的实施例中，所述支撑柱开设有第二沟槽；第二沟槽围绕支撑柱中心圆周分布。
35、沟槽槽道的界面张力作用使得沟槽具有高渗透性，能够有效地促进液态工质的流动和分布，因此可以增强支撑柱的毛细压力，加快液态工质回流的速度，进而提升均热板传热性能。
36、在其中一个优选的实施例中，每个支撑柱开设有8-16个第二沟槽。椎体结构、支撑柱和吸液芯结构的沟槽结构保持一致，均采用相同截面形状和尺寸的沟槽。
37、在其中一个优选的实施例中，所述第一沟槽、第二沟槽的槽道可以是但不限于直槽和弯槽，沟槽截面可以是“v”形、形或“ω”形等简单形状，还可以是简单的几何图形形状，可根据实际需求自由设计。
38、在其中一个优选的实施例中，所述阵列沟槽、第一沟槽和第二沟槽的深度为0.15-0.25mm。
39、在其中一个优选的实施例中，所述支撑柱为多孔结构。
40、多孔结构内部的大量孔隙和连通通道可提升支撑柱的毛细性能，有助于增强支撑柱的毛细压力，加快液态工质回流的速度，进而提升均热板传热性能。
41、在其中一个优选的实施例中，所述支撑柱的孔隙率与锥体结构和吸液芯结构保持一致，为50%-70%。
42、在其中一个优选的实施例中，所述支撑柱的个数为4-6个。
43、支撑柱需要配合椎体结构使用，支撑柱数量过多，相应地会增加椎体结构的数量，但是上基板空间有限，无法容纳过多的椎体结构。
44、支撑柱的数量过少则会降低液态工质的回流到下基板的速度，降低均热板传热性能。
45、在其中一个优选的实施例中，所述圆环结构为多孔结构，所述锥体结构、支撑柱和吸液芯结构用于容纳液体工质，均为多孔-沟槽复合结构。椎体结构、支撑柱和吸液芯结构的沟槽结构保持一致，均采用相同截面形状和尺寸的沟槽。
46、多孔结构内部的大量孔隙和连通通道可提升锥体结构、圆环结构、支撑柱和吸液芯结构的毛细性能，加快液态工质回流的速度。且多孔结构提供大量的潜在汽化核心，有助于增加均热板下基板的蒸发面积，进而提升均热板传热性能。
47、在其中一个优选的实施例中，锥体结构、圆环结构、支撑柱和吸液芯结构的孔隙率均为50-70%。
48、若孔隙率过高，会导致锥体结构、圆环结构、吸液芯结构和支撑柱的毛细压力和强度降低，从而降低均热板传热性能和力学性能。若孔隙率过低，会导致液态工质回流受阻，从而降低均热板传热性能。
49、沟槽槽道的界面张力作用使得沟槽具有高渗透性，能够有效地促进液态工质的流动和分布，因此可以增强锥体结构、支撑柱和吸液芯结构的毛细压力，加快液态工质回流的速度，进而提升均热板传热性能。
50、一种均热板的制备方法，包括以下步骤：
51、s1、确定回流结构的位置和形状，绘制三维模型；根据孔隙率配置陶瓷浆料，采用光固化成型工艺在上基板的内表面进行回流结构的打印成形，经过脱脂和高温烧结，得到带有回流结构的上基板；
52、s2、确定吸液芯结构和支撑柱的形状，绘制三维模型；根据孔隙率配置陶瓷浆料，采用光固化成型工艺在下基板的内表面进行吸液芯结构和支撑柱的打印成形，经过脱脂和高温烧结，得到表面带有吸液芯结构和支撑柱的下基板；
53、s3、另取一片陶瓷基片，使用激光切割将基片切割成合适大小的边框结构；
54、s4、将带有回流结构的上基板、边框结构和表面带有吸液芯结构和支撑柱的下基板连接成一整体，然后进行抽真空、灌注液态工质、密封，得到陶瓷均热板。
55、在其中一个优选的实施例中，所述陶瓷浆料包括80-120份陶瓷粉末、20-40份造孔剂、20-60份光敏树脂、1-5份光引发剂和1-5份分散剂。
56、造孔剂份数20-40份时，制备的吸液芯结构孔隙率可控制在合理范围内。
57、在其中一个优选的实施例中，所述陶瓷粉末为氧化铝、氮化铝、氮化硅或氧化锆中中的一种或多种。
58、在其中一个优选的实施例中，所述造孔剂为高温受热后产生大量气体的物质。
59、在其中一个优选的实施例中，所述造孔剂可以是但不限于淀粉、炭粉或锯末中的一种或几种。
60、淀粉的造孔能力强，陶瓷素胚经过脱脂和烧结后易于形成大量孔隙，有利于提升吸液芯结构的毛细压力，从而提升均热板的传热性能。
61、在其中一个优选的实施例中，所述光敏树脂为乙氧化双酚a二甲基丙烯酸酯；所述光引发剂为mbf光引发剂；所述分散剂为adt-si3n4-zjd03。
62、在其中一个优选的实施例中，上基板、下基板和框状结构的材质可以是但不限于氧化铝、氮化铝和氮化硅中的一种；框状结构厚度为1-3mm，根据使用需求自由选取。
63、在其中一个优选的实施例中，陶瓷粉末可以是但不限于氧化铝、氮化铝和氮化硅中的一种或几种，陶瓷粉末的粒径为0.1-10µm。
64、在其中一个优选的实施例中，步骤s4中，带有回流结构的上基板、边框结构和表面带有吸液芯结构和支撑柱的下基板连接包括：将带有回流结构的上基板、边框结构和表面带有吸液芯结构和支撑柱的下基板拼合后连接，连接的方式可以是但不限于焊接和胶接。
65、在其中一个优选的实施例中，步骤s4中，所述液态工质可以是但不限于去离子水、冷媒或乙醇中的一种。
66、本发明具有以下创新和优势：
67、（1） 可加速工质的冷凝与回流。均热板上基板的多孔-沟槽复合的锥体结构可将冷凝后的液态工质迅速传输至支撑柱，通过支撑柱的多孔-沟槽复合结构迅速回流至吸液芯结构，可加快工质相变循环过程，从而提升均热板传热性能。
68、（2） 有效提升吸液芯结构的毛细及蒸发/冷凝性能。吸液芯结构胚体经过脱脂和烧结后，内部形成多孔结构，使吸液芯结构的毛细及蒸发/冷凝性能得到显著提升，有助于增强陶瓷均热板的传热性能。
1.一种陶瓷均热板，其特征在于，包括：壳体，所述壳体包括上基板、下基板及设于上基板和下基板之间的框状结构；所述上基板、框状结构和所述下基板密封连接形成密封腔体，所述密封腔体内部为负压环境，且灌注有液态工质；
2.根据权利要求1所述的陶瓷均热板，其特征在于，所述回流结构设有圆环结构和若干个锥体结构；所述若干个锥体结构围绕圆环结构向外呈散射状分布；优选的，所述锥体结构设有上径和下径；所述上径的长度小于下径的长度。
3.根据权利要求1所述的陶瓷均热板，其特征在于，所述锥体结构表面开设有第一沟槽，第一沟槽深度为0.15-0.25mm。。
4.根据权利要求1所述的陶瓷均热板，其特征在于，所述锥体结构为多孔结构；优选的，所述锥体结构的孔隙率为50%-70%；优选的，所述锥体结构的锥度角5-10°，长度5-15mm，高度为0.5-1mm。
5.根据权利要求1所述的陶瓷均热板，其特征在于，吸液芯结构表面开设有阵列沟槽；优选的，所述吸液芯结构为多孔结构；进一步优选的，所述吸液芯结构的孔隙率为50%-70%。
6.根据权利要求1-5任一项所述的陶瓷均热板，其特征在于，所述支撑柱开设有第二沟槽；第二沟槽围绕支撑柱中心圆周分布；优选的，每个支撑柱开设有8-16个第二沟槽；优选的，所述支撑柱为多孔结构；进一步优选的，所述支撑柱的孔隙率为50%-70%。
7.制备如权利要求1-6任一项所述的陶瓷均热板的方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷浆料包括80-120份陶瓷粉末、20-40份造孔剂、20-60份光敏树脂、1-5份光引发剂和1-5份分散剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述陶瓷粉末为氧化铝、氮化铝、氮化硅或氧化锆中的一种或多种；所述造孔剂可以是但不限于淀粉、炭粉或锯末中的一种或几种；所述光敏树脂为乙氧化双酚a二甲基丙烯酸酯；所述光引发剂为mbf光引发剂；所述分散剂为adt-si3n4-zjd03。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，上基板、下基板和框状结构的材质可以是但不限于氧化铝、氮化铝和氮化硅中的一种；框状结构厚度为1-3mm；陶瓷粉末可以是但不限于氧化铝、氮化铝和氮化硅中的一种或几种，陶瓷粉末的粒径为0.1-10µm。
