CN101767281A

CN101767281A - 散热板制作方法

Info

Publication number: CN101767281A
Application number: CN200910311997A
Authority: CN
Inventors: 吴东旭; 王祥; 邢记星
Original assignee: AVIC No 631 Research Institute
Current assignee: AVIC No 631 Research Institute
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2009-12-22
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2029-12-22
Also published as: CN101767281B

Abstract

本发明提供的是一种散热板的制作方法，主要是包括以下步骤：1)绘制电子版光绘文件，并依据光绘文件编制程序；2)依据绘制好的光绘文件制作胶片；3)将步骤1)编制的程序输入加工中心设备和线切割机，对待加工散热板进行数控钻孔、铣外形，然后进行线切割长方窗加工；所述数控钻孔产生定位孔和用于线切割时定位的穿丝工艺孔；4)对数控加工后的散热板进行沉孔、擦板处理；5)将擦板处理后的散热板进行表面处理。本发明提供的方法易于实现、解决了机械铣切过程中的变形难题，且针对不同设计难度的板都可以实现。

Description

散热板制作方法

技术领域

本发明涉及一种散热板的制作方法。

背景技术

目前，国外散热板的加工方法主要是用铝合金化学铣切方法。主要是在特定条件下，利用碱性溶液，铝合金会发生均匀腐蚀，采用恰当的保护材料进行局部保护，使非保护部位发生均匀腐蚀而使金属减薄，达到机械铣切效果。主要适用于机械铣切不经济或不可能的散热板。利用化学铣切时，散热板是在自由状态下被铣切的，无外应力引起的变形，凡是溶液能够接触的部位，都可以进行化学铣切。

方法流程：散热板清洗→涂保护胶→硫化→刻型→化学铣切

该方法存在的技术缺陷是：1.必须选择恰当的装挂点，保证散热板操作过程姿态适当。2.边缘涂胶要连续，不能有漏点、针孔、裂纹。3.借助样板来完成刻型，只刻透保护胶而不在基体金属产生明显的刻痕。4.不适应孔位较多的散热板。

由此可看出国外散热板的化学铣切方法存在技术难度大且不适应多孔散热板的加工的问题。

但是，目前所用的机械铣切也是因为机械作业产生的外力大而容易引起散热板的发生形变。

因此，一种相对比较容易实现且不产生外力形变的散热板制作方法有待去解决。

发明内容

为了解决以上所述的技术问题，本发明提供了一种易于实现、解决机械铣切过程中的变形难题，且针对不同设计难度的板都可以实现的散热板制作方法。

本发明的技术方案是：一种散热板的制作方法，包括有以下几个步骤：

1)绘制电子版光绘文件，并依据光绘文件编制程序；

2)依据绘制好的光绘文件制作胶片；

3)将步骤1)编制的程序输入加工中心设备和线切割机，对待加工散热板进行数控钻孔、铣外形，然后进行线切割长方窗加工；所述数控钻孔产生定位孔和用于线切割时定位的穿丝工艺孔；

4)对数控加工后的散热板进行沉孔、擦板处理；

5)将擦板处理后的散热板进行表面处理。

对于长方窗较多的散热板，其制作方法最好是在步骤3)中还包括有图形转移加工。

上述编制程序包括钻孔程序、铣外形程序、线切割3B指令程序。

上述步骤3)所述定位孔的孔位、在散热板的分布与散热板所对应的印制板上的定位孔孔位、分布是一致的，避免粘结时外形尺寸错边问题，保证粘结后的零件尺寸符合要求。

上述步骤5)包括以下步骤：

5.1)前处理按照常用的电镀前处理的方法处理；

5.2)硬质氧化：将经过前处理的加工件在硫酸浓度为200～300g/L，槽电压的终压为40～60V的电解槽中进行阳极氧化处理，阳极电流密度为2～5A/dm2，温度为-10～-4℃，时间为1.5～3H；

5.3)水洗、烘干按照一般的水洗、烘干方法处理。

上述步骤5.2)是最好采用铝板作为阳极材料进行氧化处理。

上述步骤5.2)的硫酸浓度为280g/L，电流密度为2.5A/dm2。

上述步骤5.2)的温度控制为-6～-4℃。

本发明的有益效果是：

1、散热板定位孔与印制板定位孔一致

定位孔用于散热板与印制板粘接的定位。散热板定位孔的位置来源于印制板的钻孔文件，保证了散热板定位孔与印制板定位孔一致。由于散热板定位孔与散热板外形尺寸在设备上同时完成，印制板定位孔与印制板外形尺寸在设备上同时完成，避免粘接时的外形尺寸错边问题，保证粘接后散热板尺寸符合要求。

2、解决机械铣切过程中的变形难题，实现了方法的创新。

由于散热板在自由状态被铣切，而无外应力引起其的变形，实现散热板在机械铣切中不产生的变形，可以替代国外散热板的铝合金化学铣切方法加工方法。

3、可以实现孔位较多散热板的生产，由于采用了线切割与数控钻孔相结合可以实现不同设计难度的散热板的加工。

4、相对于化学铣切方法所要求的技术难度降低。因为采用图形转移和数控加工的技术难度相对化学铣切方法更容易操作，且容易控制。

附图说明

图1为DXF电子版图形胶片示意图

图2为在数控钻孔示意图；

图3为线切割顺序示意图；

图4为成品示意图；

具体实施方式

本发明所涉及的散热板的制作方法。

第一种实施方式：

本发明所涉及的散热板制作方法，可由以下步骤顺序实现：

1、绘制电子版光绘文件将印制板的设计文件转化成与之相应的散热板的DXF格式的光绘文件，并且依据该文件编制数控步骤所需的程序文件。

所述程序文件主要包括钻孔程序、铣外形程序、线切割3B指令程序的文件；钻孔程序文件是依据光绘文件中的孔位置坐标编制成钻孔时的数控程序；铣外形程序文件是依据光绘文件中的外形尺寸和位置坐标编制；线切割3B指令程序是依据光绘文件中的图形尺寸、位置坐标编制成的数控程序，以便于后续的数控加工。

2、依据绘制好的光绘文件制作胶片依据步骤1所述的DXF格式的光绘文件制作出胶片，主要是用来检查所有待加工孔的数量、位置，检查所有待加工长方窗的特征尺寸。

3、数控分步骤加工

包括以下步骤：

3.1数控钻孔、铣外形工序将步骤1中编制好的钻孔程序输入到加工中心设备，按照常规的数控钻孔操作步骤对待加工的散热板进行数控钻孔。数控钻孔产生定位孔和用于线切割时定位的穿丝工艺孔，定位孔的孔径、在散热板的分布与散热板所对应的印制板上的定位孔一致；在钻孔加工时，每次加工最好不要超过三件。加工中心设备钻孔完成之后铣切外形，这样保证加工的基准一致，有利于控制加工件的孔和外形的加工精度。

3.2线切割长方窗工序

3.2.1将步骤1中编制好的线切割3B指令程序输入到线切割机；

3.2.2依据线切割方法附图检查第一个穿丝孔是否正确，确定线切割顺序；

3.2.3按照常规的数控线切割操作步骤进行线切割。

线切割原理是根据步骤1编制的线切割3B指令程序，电火花线切割机床通过计算机数控，使电机丝按预定的轨迹进行切割加工，采用金属丝即电极丝作为工具(即电极)在脉冲电源作用下，利用液体介质被击穿后形成电火花放电时在火花通道中瞬间产生大量的热，使工件表面的金属局部熔化甚至气化，加上液体介质的共同作用而使金属被蚀除下来，待加工散热板在自由状态下被电火花切开，是在无外应力作用下进行切割，避免了因外力引起变形。

4、沉孔、擦板为了避免散热板粘接时，与印制板銲盘尺寸干涉，进行直径4mm的钻头沉孔。

擦板是利用制作印制板的刷板机设备自动擦板，散热板表面通过用尼龙擦棍进行刷洗，一般1-2遍即可，也可以用400号砂纸或者木炭在水中修磨。

为了解决散热板制作过程或原材料的表面划伤，依据有关标准进行检验性修磨，提高表面质量。标准中有关包铝层验收的要求：每面包覆层厚度占总厚度的百分比，工艺包铝板的是1.5％，正常包铝的是2.5％，加厚包铝的是0.5～4％。原料中工艺包铝板允许有包覆层脱落，其他包铝类型不允许有包覆层脱落，厚度大于0.6mm的包铝材料(除工艺包铝外)，其表面不允许有扩散斑点。

原料蒙皮板反面和结构板每面缺陷允许用400号砂纸进行检验性修磨。修磨面积应不超过板材每面面积的5％。正常包铝层和加厚包铝层的修磨深度应不超过包覆层厚度之半，不包铝板和工艺包铝板应保证其公差要求。

原料蒙皮板正面的轻微划伤，擦伤和揉擦伤的深度不超过0.02mm。蒙皮板反面和结构板的每面不应超过0.06mm，并且不应超过包覆层厚度之半。

不包铝板和工艺包铝板材，其深度不超过允许负偏差之半。

5、表面处理

5.1前处理；前处理按照常规的电镀前处理方法进行处理，碱洗时间是根据擦板后加工件的原材料以及包铝层的薄厚不同确定的。

锻铝6061材料、超硬铝7075已经去除包铝层(纯铝)的材料，要保证表面颜色均匀，则碱洗时间需要控制在1～3秒钟；LY12材料，则碱洗时间需1～3分钟。

5.2硬质氧化将经过前处理的加工件在电解槽中，冷冻环境下，利用机械或空气搅伴，以硫酸溶液为电解液进行阳极氧化。因为含铜量较高的铝合金(如2A12，一种铝合金的代号)中所含CuAl₂在氧化过程中溶解较快，易使这部位成为电流聚集中心而被烧毁击穿，所有通常控制硫酸溶液浓度为200～300g/l，最好是280g/l，氧化开始时，电流密度一般为0.5A/dm²，在25min内分5~8次逐渐升高到2.5A/dm²，然后保持电流密度恒定，并每5min调整一次电流密度，提高电流密度，氧化膜的生成速度加快，氧化时间缩短，膜层受硫酸的化学溶解作用相应减少，膜层的和耐磨性相应提高。槽电压的终压达到40～60V，50V最佳。如果液温下降，膜层硬度和耐磨性就增加，因此温度最好控制在-10～-4℃，-6~-4效果更佳；时间1.5～3h，阳极材料一般是铝板为佳。

5.3水洗、烘干按照一般的水洗、烘干处理方法处理。

由于散热板要与印制板粘接，电子器件要从散热板上的器件孔中穿过，与印制板器件孔进行焊接。电子器件贴装在散热板的表面实现散热。无论是散热板的元件面、粘接面，需要很好的绝缘性能。硬质阳极化膜层电阻值极大，可作为绝缘用膜层。

在进行表面处理之前应将工件上锐角倒圆，半径不应小于0.5mm。

散热板进入硬质氧化工序前散热板的表面状态可能不一样。锻铝6061一般没有影响，含有包铝层材料的硬铝LY12，1.0、1.2、1.5厚度的散热板，由于前期经过擦板工序进行允许划痕的可修复机械抛光，对散热板的包铝层有不同程度的减薄作用。氧化膜层表面可能出现发花现象。

当氧化膜层在包铝层(纯铝)上生成，要保证表面颜色均匀。或氧化膜层在基体材料(含铜)上生成，如锻铝6061材料、超硬铝7075已经去除包铝层(纯铝)的材料，要保证表面颜色均匀。则在前处理时碱洗时间需要控制在1～3秒钟，硬质氧化时间为90分钟。

当氧化膜层在包铝层(纯铝)局部已经减薄，局部已经漏出基体材料(含铜)的情况上生成，表面颜色会出现深的条纹、发花现象。由于材料不均匀，造成表面颜色不均匀。虽然绝缘性能合格，也属于允许缺陷。但出现在元件面会影响交付。LY12材料有时可能出现这种现象大约为50％。经对散热板有发花现象的氧化膜形貌、显微硬度及EDS能谱成分分析均无差异现象，较多深色条纹为硬质阳极化膜层的处理中产生。为了避免这种情况的产生，在前处理时碱洗时间应为1～3分钟，硬质氧化时间为120分钟。

方法要根据散热板表面情况决定。这样散热板进行硬质氧化处理不会出现发花现象。

第二种实施方式：

具体有以下步骤：

2、依据绘制好的光绘文件制作胶片依据步骤1所述的DXF格式的光绘文件制作出胶片，主要是用来检查所有加工孔的数量、位置，检查所有长方窗的特征尺寸，还有用于图形转移加工时的需要。

3、数控分步骤加工

包括以下步骤：

3.1数控钻孔、铣外形工序将步骤1中编制好的钻孔程序输入到加工中心设备，按照常规的数控钻孔操作步骤对待加工的散热板进行数控钻孔，并依据步骤2)的胶片进行孔位检查。数控钻孔产生定位孔和用于线切割时定位的穿丝工艺孔，定位孔的孔径、在散热板的分布与散热板所对应的印制板上的定位孔一致；在钻孔加工时，每次加工最好不要超过三件。加工中心设备钻孔完成之后铣切外形，这样保证加工的基准一致，有利于控制加工件的孔和外形的加工精度。

3.2图形转移加工对数控钻孔后的散热板进行图形转移加工，所述图形转移加工的具体实现方法与制作印制板时的图形转移加工方法相同。

其原理是：将绘制好的光绘文件制成的胶片上的图形，通过照相的原理复制在的散热板表面，通过划针划线的方法将图形保留在散热板的表面，随后退去照相产生的不导电印刷膜。

对于长方窗较多、不需要数控钻孔、长方窗边缘远离器件管脚的散热板，或者数控钻孔后需要线切割的散热板，或者无法生成电子版的图形文件、只有光绘胶片的散热板均可以用图形转移加工方法来实现。

3.3线切割长方窗工序

3.3.1将步骤1中编制好的线切割3B指令程序输入到线切割机；

3.3.2依据步骤2中的胶片检查第一个穿丝孔是否正确，确定线切割顺序；

3.3.3按照常规的数控线切割操作步骤对步骤A加工后的散热板进行线切割。

4、沉孔、擦板实施方法与上述第一种实施方式的沉孔、擦板方法相同。

5、表面处理

步骤5的表面处理方法与上述第一种实施方式的表面处理方法相同。

采用本方法产品可达到的质量要求为：

外观颜色为灰色、暗灰色至黑色或黄褐色，膜层应连续、均匀、完整

膜层厚度-48m微米

硬度-HV446～478

绝缘-摇表检测1000V、300兆欧以上。

Claims

1.一种散热板的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)绘制电子版光绘文件，并依据光绘文件编制程序；

2)依据绘制好的光绘文件制作胶片；

4)对数控加工后的散热板进行沉孔、擦板处理；

5)将擦板处理后的散热板进行表面处理。

2.根据权利要求1所述散热板的制作方法，其特征在于：所述步骤3)还包括图形转移加工。

3.根据权利要求1所述散热板的制作方法，其特征在于：所述编制程序包括钻孔程序、铣外形程序、线切割3B指令程序。

4.根据权利要求3所述散热板的制作方法，其特征在于：所述步骤3)所产生的定位孔的孔位、在散热板的分布与散热板所对应的印制板上的定位孔孔位、分布是一致的。

5.根据权利要求4所述散热板的制作方法，其特征在于：所述步骤4)的擦板处理时，正常包铝层和加厚包铝层的修磨深度不超过包覆层厚度的一半。

6.根据权利要求5所述散热板的制作方法，其特征在于：所述步骤5)包括以下步骤：

5.1)前处理；

5.3)水洗、烘干。

7.根据权利要求6所述散热板的制作方法，其特征在于：所述步骤5.2)是采用铝板作为阳极材料进行氧化处理。

8.根据权利要求7所述散热板的制作方法，其特征在于：所述步骤5.2)的硫酸浓度为280g/L，电流密度为2.5A/dm2。

9.根据权利要求8所述散热板的制作方法，其特征在于：所述步骤5.2)的温度控制为-6～-4℃。