CN101724771A - “压合”模块散热器用铝镁硅系铝合金材料及其加工工艺 - Google Patents

“压合”模块散热器用铝镁硅系铝合金材料及其加工工艺 Download PDF

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国占昌
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Abstract

本发明涉及一种压合模块散热器用铝镁硅系铝合金材料及其加工工艺，合金材料以质量百分比的化学成分为：硅0.44-0.48；镁0.68-0.74；铁≤0.15；硼≤0.06；混合稀土(La+Ce)≤0.15；其余为铝。采用铝镁硅类铝合金材料的压合模块散热器的加工工艺，首先，熔炼及合金化至上述化学成分范围；其次，挤压圆铸锭均匀化处理；加热温度560℃，保温8小时；然后，挤压在线固溶淬火，挤压型材出口温度≥510℃，风冷或水雾冷却；最后，将完成压合工序后的散热器模块进行人工时效热处理，加热温度160℃，保温时间8小时。优点是：方法简单、便于操作、导热性得到改善、保证了产品的强度和硬度等力学性能。

Description

“压合”模块散热器用铝镁硅系铝合金材料及其加工工艺
技术领域
本发明涉及一种散热器用铝合金材料及加工工艺，特别是涉及一种导热性好且能保证强度和硬度等力学性能的“压合”模块散热器用铝镁硅系铝合金材料及其加工工艺。
背景技术
众所周知，电子技术的迅速发展及其在各领域的广泛应用，使得人们愈加关注电子产品运行的可靠性，热环境就是影响电子产品性能和可靠性的重要因素之一。其中的变频器用大功率模块散热器，属于变频技术特殊功能配套产品，它是通过铝合金挤压过程及其“压合”工艺方法这一特殊深加工技术实现的。目前应用的由N片直齿形结构单体蓄热基板和散热翅片构成的模块散热器，因其蓄热基板结构中繁复密致“界面”对模块散热能力的不利影响，致使在系统结构设计后期热问题解决方案评估中，一直被视为潜在的不可忽视要素。作为热传输散热器基板，其“内界面”处在一种粘滞性摩擦、介质、铝合金三者之间非连续接触状态，这些状态与要素综合形成子界面热阻，降低了散热器热传输能力。常规的铝镁硅系合金散热材料已不完全适用于通过“压合”工艺构造的散热器模块的系统要求。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种导热性好且能保证模块在压合过程中形成界面结合强度的铝镁硅系铝合金材料及其加工工艺。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
“压合”模块散热器用铝镁硅系铝合金材料，它包括铝镁硅合金元素，其特征在于：其组分含有以下质量百分比的元素及微量合金元素：硅0.44-0.48；镁0.68-0.74；铁≤0.15；硼≤0.06；混合稀土(La+Ce)≤0.15；其余为铝。
采用铝镁硅系铝合金材料的“压合”模块散热器的加工工艺它包括熔炼、挤压、淬火和加工成模块散热器工序，其特征在于：
(1)熔炼及合金化至上述化学成分范围；
(2)挤压圆铸锭均匀化处理；加热温度560℃，保温8小时；
(3)挤压在线固溶淬火，挤压型材出口温度≥510℃，风冷或水雾冷却；
(4)压合工艺过程，在压缩载荷作用下实现N个散热翅片机械结合并构造“模块”；
(5)将完成压合工序后的散热器模块进行人工时效热处理，加热温度160℃，保温时间8小时。
本发明具有的优点和积极效果是：改善了材料导热性，应用该材料经“压合”工艺方法获得模块散热器，除可满足压缩载荷作用下发生塑性应变材料所需强度和硬度等力学性能，还可有效补偿“压合”工序制成“模块”过程中，在蓄热基板形成的机械界面导致散热能力损失。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下，请参阅图1。
如图1所示：
合金材料以质量百分比的化学成分为：硅0.44-0.48；镁0.68-0.74；
铁≤0.15；硼≤0.06；混合稀土(La+Ce)≤0.15；其余为铝。即在常规铝镁硅系和金基础上，开发一种适用于压合模块散热器的新型散热合金材料。即保持作为主要合金化元素镁和硅的合适比例，使镁硅质量比略小于1.73(例如镁硅比值为1.65)，当镁硅比大于1.73时，过剩镁使Mg2Si化合物溶解度降低，同时过剩镁溶于铝基体中增加其固溶度，合金导热性下降。另外，要限制铁含量在合金中质量分数和加入微合金化元素硼及混合稀土(La+Ce)。因为，微量硼的加入可与铝合金中固溶的微量杂质元素铁、锰、铬等反应生成硼化物，降低了这些杂质元素对导热性的有害作用。稀土元素作为微量添加剂加入铝合金中，除去改善力学性能之外，还因为稀土元素同样可减少杂质元素固溶效应而与其生成化合物，并因此改善导热性。
采用铝镁硅系铝合金材料的“压合”模块散热器的加工工艺如下：
(1)熔炼及合金化至上述化学成分范围；
(2)挤压圆铸锭均匀化处理；加热温度560℃，保温8小时；
(3)挤压在线固溶淬火，挤压型材出口温度≥510℃，风冷或水雾冷却；
(4)压合工艺过程，在压缩载荷作用下实现N个散热翅片机械结合并构造“模块”；
(5)将完成压合工序后的散热器模块进行人工时效热处理，加热温度160℃，保温时间8小时。在压缩载荷作用下构造的散热器模块，经人工时效热处理并达到材料“状态”规定的强度水平，以利于以后的铣削、钻孔、攻丝等机加工序。即从材料基因组成及热处理方面着手改善其导热性且同时满足散热器热传导能力及强度水平。
总之，由于“压合”工艺方制造散热器的特殊性，在影响功率器件散热的因素中，其界面总热阻除包括功率器件热内阻、界面热阻及散热器热阻以外，还增加构成散热器基板的内界面热阻(垂直和水平方向)及其不确定性。经工程热环境实际测试表明，该散热器平均温度较之常规铝镁硅合金材料产品下降2℃-4℃，既可保证功率器件散热器安全结温下工作，又能满足系统内部元器件允许工作温度情况下系统热设计方案。同时该材料的良好强度状态，又可满足散热器铣削、钻孔、攻丝等机加工性需求。稀土元素作为诸多铝合金的微合金元素之一，具有效果明显、资源丰富以及价格低廉等优点，可以成为微合金化方法提高散热器用铝合金综合性能的应用方向。
其优点是：改善了材料导热性，应用该材料经“压合”工艺方法获得模块散热器，除可满足压缩载荷作用下发生塑性应变材料所需强度和硬度等力学性能，还可有效补偿“压合”工序制成“模块”过程中，在蓄热基板形成的机械界面导致散热能力损失。

Claims (2)

1.一种“压合”模块散热器用铝镁硅系铝合金材料，它包括铝镁硅合金元素，其特征在于：其组分含有以下质量百分比的元素：硅0.44-0.48；镁0.68-0.74；铁≤0.15；硼≤0.06；混合稀土(La+Ce)≤0.15；其余为铝。
2.采用铝镁硅系铝合金材料的压合模块散热器的加工工艺，它包括熔炼、挤压、淬火和加工成模块散热器工序，其特征在于：
(1)熔炼及合金化至上述化学成分范围；
(2)挤压圆铸锭均匀化处理；加热温度560℃，保温8小时；
(3)挤压在线固溶淬火，挤压型材出口温度≥510℃，风冷或水雾冷却；
(4)压合工艺过程，在压缩载荷作用下实现N个散热翅片机械结合并构造“模块”；
(5)将完成压合工序后的散热器模块进行人工时效热处理，加热温度160℃，保温时间8小时。
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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