CN103157964B

CN103157964B - 一种铝烧结均温板的制作方法

Info

Publication number: CN103157964B
Application number: CN201110414183.8A
Authority: CN
Inventors: 刘晓东; 王子杰
Original assignee: State Energy Research (beijing) Steady-State Heat And Mass Transfer Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: State Energy Research (beijing) Steady-State Heat And Mass Transfer Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: CN103157964A

Abstract

本发明公开了一种铝烧结均温板的制作方法，包括如下进行的步骤：1)分别制作带有泡沫铝的上铝壳体组件和下铝壳体组件；2)将上铝壳体组件与下铝壳体组件扣合，形成其内具有空腔的铝均温板本体；3)对铝均温板本体进行密封、抽真空和注入工质；步骤1)包括如下进行的步骤：1a)分别制作具有散热翅片的下铝壳体和具有吸热面的上铝壳体；1b)加工分别与上、下铝壳体相匹配的上、下泡沫铝；1c)将上泡沫铝与上铝壳体烧结在一起，形成所述上铝壳体组件；将下泡沫铝与下铝壳体烧结在一起形成所述下铝壳体组件。该制作方法简单，成本低，制作成型的铝烧结均温板热性能优异，结构强度大，可以有效降低散热器重量。

Description

一种铝烧结均温板的制作方法

技术领域

本发明涉及一种均温板，尤其涉及一种铝烧结均温板的制作方法。

背景技术

随着电子、IT、通讯、LED、太阳能等行业的飞速发展，其中所用电子元气件的发热功率也在不断提高，热流密度大幅提升，利用传统的散热组件已很难很好的解决相关的热传问题。

传统的散热多以热源加散热片或将热源的热量通过热管等传热元件传送至远端，并通过热交换将热量排出系统外部的方式进行散热，但由于其结构空间、材料传热特性及散热模组重量、结构强度及可靠性等限制，在遇到大功率、高热流密度时，传统的散热模式无法满足散热需求。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种铝烧结均温板的制作方法，该制作方法简单，成本第，制作成型的铝烧结均温板散热快，结构强度大，可以有效降低散热器重量。

为实现本发明的上述目的，提供以下技术方案：

一种铝烧结均温板的制作方法，包括如下进行的步骤：1)分别制作带有泡沫铝的上铝壳体组件和下铝壳体组件；2)将上铝壳体组件与下铝壳体组件扣合，形成其内具有空腔的铝均温板本体；3)对铝均温板本体进行密封、抽真空和注入工质。

其中，步骤1)包括如下进行的步骤：1a)分别制作具有散热翅片的下铝壳体和具有吸热面的上铝壳体；1b)加工分别与上、下铝壳体相匹配的上、下泡沫铝；1c)将上泡沫铝与上铝壳体烧结在一起，形成所述上铝壳体组件；将下泡沫铝与下铝壳体烧结在一起形成所述下铝壳体组件。

特别是，步骤1c)包括如下进行的步骤：采用冷压模将所述上、下泡沫铝分别与所述上、下铝壳体冷压到一起；将上述经冷压的工件在400～550℃，氮氢混合气体保护条件下预热20～40min；采用热压钢模将上述经预热的工件在600～650℃，氮氢混合气体保护条件下热压8～15min，从而将所述上、下泡沫铝分别与上、下铝壳体烧结在一起，形成所述上、下铝壳体组件。

此外，还包括在所述冷压之前进行的采用60～200目的砂带对所述上、下泡沫铝和上、下铝壳体的相应表面进行打磨粗化处理的步骤，以便增大上、下泡铝沫分别和上、下铝壳体的接触面积。

其中，步骤2)包括如下进行的步骤：2a)以所述上泡沫铝与所述下泡沫铝相对的方式将所述上铝壳体组件与所述下铝壳体组件扣合；2b)在氮气气体保护条件下对所述上、下泡沫铝的结合区域进行局部加热，使得上、下泡沫铝连接成整体，上、下铝壳体组件围城所述空腔；2c)在所述上铝壳体上安装工艺管，工艺管的一端穿过所述上泡沫铝进入所述空腔，另一端伸出上铝壳体。

其中，步骤3)包括如下进行的步骤：3a)将所述铝均温板本体进行铝钎焊剂喷淋或浸泡处理，后取出在烘道内烘干；3b)在450～650℃、氮气保护条件下在钎焊炉内将所述上、下铝壳体进行一次性密封焊接，并在气体保护条件下冷却到40℃以下；3c)利用所述工艺管对所述空腔抽真空，使得空腔内压强为5.0×10^-3Pa～1.3×10^-2Pa；3d)之后由所述工艺管向所述空腔内注入所述工质；3e)密封所述工艺管。

此外，还包括在步骤3e)之后进行的利用氦质谱检漏仪对所述经密封焊接的上、下铝壳体进行密封检测的步骤。

其中，下铝壳体包括基板和围绕在基板边缘上并由基板的一个侧面向上延伸的侧壁；其中，侧壁顶部宽度小于底部宽度；基板的外侧面设置有所述散热翅片，基板的内侧面上设置有顶部为台阶状的支撑结构。

其中，上铝壳体为平板状，上铝壳体上设置有用来安装所述工艺管的安装孔，上铝壳体设置有与所述支撑结构相配合的通孔。

其中，步骤1a)包括如下进行的步骤：采用铝挤挤出所述下铝壳体的所述基板和所述散热翘片；采用数控加工工艺进行所述侧壁和支撑结构的成型；或采用压铸成型工艺进行所述下铝壳体的所述散热翅片、侧壁和支撑结构的成型。

本发明的有益效果体现在以下方面：

本发明采用铝合金材料成型上、下铝壳体，将泡沫铝烧结在上、下铝壳体上，以便形成铝烧结均温板的毛细结构层，其换热表面及热流密度较大，温度分布均匀，翅片热交换效率高，本发明的铝烧结均温板的制作工艺简单。

附图说明

图1是本发明制作成型的下铝壳体的结构效果图；

图2是本发明制作成型的上铝壳体的结构效果图；

图3是本发明制作成型的泡沫铝的结构效果图；

图4是本发明将泡沫铝与上、下铝壳体烧结在一起的结构效果图；

图5是本发明制作成型的铝烧结均温板的结构效果图；

图6是本发明制作成型的铝烧结均温板的剖视示意图；

附图标记说明：1-下铝壳体；2-上铝壳体；3-下泡沫铝；4-上泡沫铝；5-支撑结构；6-空腔；7-散热翅片；10-基板；11-侧壁；20-通孔；21-安装孔；30-底板；31-侧板；32-通孔；40-通孔。

具体实施方式

如图5本发明制作成型的铝烧结均温板的结构效果图以及图6所示，本发明的铝烧结均温板包括：内部具有空腔6的封闭铝壳体；烧结在铝壳体内壁表面上的泡沫铝；填充在空腔内的工作介质(图中未示出)；以及设置在铝壳体一侧表面上并与其一体成型的散热翅片7。

此外，还包括铝壳体内壁上的支撑结构5，泡沫铝上设置有供支撑结构5穿过的通孔。

如图6所示，本发明的铝壳体包括下铝壳体1和密封在下铝壳体1上的上铝壳体2。如图1所示，下铝壳体1包括基板10和围绕在基板10边缘上并由基板10的一个侧面向上延伸的侧壁11，侧壁11与基板10围成一个下沉槽；其中，侧壁11的顶部形成台阶状(如图6所示)，也就是说侧面11的顶部宽度小于底部宽度，使得该下沉槽的顶部开口宽度大于底部开口宽度；基板10的外侧面设置有散热翅片7，基板10的内侧面上设置有支撑结构5，支撑结构5的顶部也形成台阶状，使得支撑结构5的顶部宽度小于底部宽度。如图2所示，本发明的上铝壳体2为平板状，上铝壳体2上设置有供支撑结构5的顶部穿过的通孔20和用来安装工艺管的安装孔21。当将上铝壳体2封盖在下铝壳体1上时，上铝壳体2支撑在侧壁11和支撑结构5顶部形成的台阶上(如图6所示)，从而增加铝烧结均温板整体的结构强度。

本发明的支撑结构5为设置在基板10的内侧面上的长条形凸起，支撑结构5也可以为圆柱形或其它任意形状。

如图6所示，本发明的泡沫铝包括下泡沫铝3和上泡沫铝4。其中，如图3(a)所示，本发明的下泡沫铝3具有底板30和围绕在底板30边缘上并由底板30的一个侧面向上延伸的侧板31，底板30上设置有供支撑结构5穿过的通孔32，以便当将下泡沫铝3烧结在下铝壳体1上时，使得下泡沫铝3的底板30避开支撑结构5烧结在下铝壳体1的基板10上，下泡沫铝3的侧板31烧结在下铝壳体1的侧壁11上(如图6所示)。如图3(b)所示，本发明的上泡沫铝4为平板状，其上设置有供支撑结构5穿过的通孔40，当将上泡沫铝4烧结在上铝壳体2上时，上泡沫铝4上的通孔40与上铝壳体2上的通孔20相对应。上泡沫铝4的宽度与上述下沉槽底部的开口宽度相等，以便当将上泡沫铝4与上铝壳体2形成的整体组装在下铝壳体1上时，如图6所示，上铝壳体2支撑在侧壁11顶部形成的台阶上，而烧结在上铝壳体2上的上泡沫铝4向下伸入该下沉槽内与下泡沫铝3的侧板31顶部对接。在该对接处对上、下泡沫铝进行局部加热，使得上、下泡沫铝连接成整体，上、下泡沫铝便围成空腔6，空腔6内填充有工作介质(图中未示出)。

本发明中的上铝壳体2与热源接触，热量被传导至上铝壳体2，空腔6内的工作介质吸收热量后被蒸发为汽态，扩散至整个空腔6。当汽态工作介质接触到下铝壳体1上半部时，由于下铝壳体1上半部温度相对较低，汽态工作介质释放出热量，下铝壳体1上半部吸收的热量由散热翅片7发散到周边的空气中。汽态工作介质释放出热量后重新被冷凝为液态的工作介质，并因本身重力的影响直接往下滴落，或是沿着支撑结构5流回至下半部，或是沿着泡沫铝流回至下半部，以便重新进行上述的吸热-蒸发-冷凝-回流的热交换的过程。

下面对本发明的铝烧结均温板的制作方法进行详细描述。

首先，利用铝挤挤出制作出如图1(a)所示的带有散热翅片7的下铝壳体的基板10。采用数控加工工艺进行侧壁11和支撑结构5的成型。或者采用压铸成型工艺制作下铝壳体1的散热翅片7、侧壁11和支撑结构5。本发明的下铝壳体采用的材料为6063铝合金。

通过切削加工工艺成型如图2所示的上铝壳体2。将上、下铝壳体1、2经过超声波脱油去脂和去污清洗后，烘干。

之后，根据不同产品的设计需求，选用不同网孔的泡沫铝(80～120目)，设计所需供支撑结构穿过的通孔32和40，并利用机械冲压方式分别制作与上、下铝壳体1、2匹配的上、下泡沫铝3、4(如图3所示)。利用超声波对上、下泡沫铝3、4进行去污、脱脂清洗，之后烘干。

利用60～200目的砂带对上、下铝壳体1、2和上、下泡沫铝3、4的相应接触表面进行打磨粗化处理，以增大泡沫铝表面与铝壳体接触面积，并可去除泡沫铝表面氧化层。

如图4所示，通过冷压模将下泡沫铝3与下铝壳体1紧密组装到一起，将上泡沫铝4与上铝壳体2紧密组装到一起。泡沫铝压缩比控制在50％～70％之间。

将冷压到一起的下泡沫铝3与下铝壳体1、上泡沫铝4与上铝壳体2通过治具(图中未示出)紧密锁合在一起，并根据工件外形和数量在400～550℃，和氮氢混合气体(氢气含量为5％)保护条件下预热20～40min。

将预热的泡沫铝和铝壳体在氮氢混合气体(氢气含量为5％)保护条件下，利用热压钢模，在600～650℃条件下，热压8～15min，使得下泡沫铝3与下铝壳体1烧结在一起，上泡沫铝4与上铝壳体2烧结在一起，分别形成上、下铝壳体组件。待上、下铝壳体组件冷却至常温即可取下治具。

将上、下铝壳体组件组装扣合到一起(如图5所示)，并使通过锁合治具(图中未示出)将上、下铝壳体组件紧密结合。在氮气气体保护的条件下，对下泡沫铝3与上泡沫铝4的结合区域(图6中虚线表示的区域)进行局部加热，使得上、下泡沫铝连接成整体，从而使得上、下泡沫铝有效地连接在一起，上、下铝壳体组件便围成空腔6。待上、下泡沫铝冷却至常温即可取下治具。

将工艺管(图中未示出)安装在上铝壳体2的安装孔21上，并使得工艺管的一端穿过上泡沫铝进入空腔6内，另一端伸出上铝壳体2。在组装过程中控制好壳体与壳体焊接缝隙之间的配合间隙，一般小于0.08mm。

将组装好的铝壳体组件进行超声波清洗，之后用铝钎焊剂进行铝壳体组件表面喷淋或浸泡处理，后取出在烘道内烘干。

根据壳体工件的大小、数量和工件流动速度，调整钎焊炉温度为450～650℃，在氮气(或其它保护气体)的气体保护下，对上述铝壳体组件进行一次性密封焊接。之后，在气体保护条件下冷却到40℃以下取出。

利用氦质谱检漏仪对上述经密封焊接的铝壳体组件进行密封检测。根据不同产品结构设计和不同需求进行气压检测，其气压范围应控制在5～15kgf/cm²，或利用氦质谱检漏仪进行密封检测，其微漏控制在3.0×10^-10-1.0×10^-11Pa.m³/S。

利用工艺管对空腔6内抽真空，空腔6内的压力范围控制在5.0×10^-3Pa～1.3×10^-2，并根据产品设计需求注入相应量的工作介质，本发明的工作介质可以选用141b、丙酮、乙二醇等。

最后，利用氩孤焊封焊工艺管。并对制作好的铝烧结均温板进行传热量、均温性、热阻等性能测试。

尽管上文对本发明作了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种铝烧结均温板的制作方法，包括如下进行的步骤：

1)分别制作带有泡沫铝的上铝壳体组件和下铝壳体组件；

2)将上铝壳体组件与下铝壳体组件扣合，形成其内具有空腔的铝均温板本体；

3)对铝均温板本体进行密封、抽真空和注入工质；

其特征在于：

所述步骤1)包括：

1a)分别制作具有散热翅片的下铝壳体和具有吸热面的上铝壳体；

1b)加工分别与上、下铝壳体相匹配的上、下泡沫铝；

1c)将上泡沫铝与上铝壳体烧结在一起，形成所述上铝壳体组件，将下泡沫铝与下铝壳体烧结在一起形成所述下铝壳体组件；

所述步骤1c)包括：

采用冷压模将所述上、下泡沫铝分别与所述上、下铝壳体冷压到一起；

将上述经冷压的工件在400～550℃，氮氢混合气体保护条件下预热20～40min；

采用热压钢模将上述经预热的工件在600～650℃，氮氢混合气体保护条件下热压8～15min，从而将所述上、下泡沫铝分别与上、下铝壳体烧结在一起，形成所述上、下铝壳体组件。

2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，还包括在所述冷压之前进行的采用60～200目的砂带对所述上、下泡沫铝和上、下铝壳体的相应表面进行打磨粗化处理的步骤，以便增大上、下泡沫铝分别和上、下铝壳体的接触面积。

3.如权利要求1或2任一所述的制作方法，其特征在于，所述步骤2)包括如下进行的步骤：

2a)以所述上泡沫铝与所述下泡沫铝相对的方式将所述上铝壳体组件与所述下铝壳体组件扣合；

2b)在氮气气体保护条件下对所述上、下泡沫铝的结合区域进行局部加热，使得上、下泡沫铝连接成整体，上、下铝壳体组件围成所述空腔；

2c)在所述上铝壳体上安装工艺管，工艺管的一端穿过所述上泡沫铝进入所述空腔，另一端伸出上铝壳体。

4.如权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述步骤3)包括如下进行的步骤：

3a)将所述铝均温板本体进行铝钎焊剂喷淋或浸泡处理，后取出在烘道内烘干；

3b)在450～650℃、氮气保护条件下在钎焊炉内将所述上、下铝壳体进行一次性密封焊接，并在气体保护条件下冷却到40℃以下；

3c)利用所述工艺管对所述空腔抽真空，使得空腔内压强为5.0×10^－3Pa～1.3×10^－2Pa；

3d)之后由所述工艺管向所述空腔内注入所述工质；

3e)密封所述工艺管。

5.如权利要求4所述的制作方法，其特征在于，还包括在步骤3e)以后进行的利用氦质谱检漏仪对所述经密封焊接的上、下铝壳体和密封管进行密封检测的步骤。

6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述下铝壳体包括基板和围绕在基板边缘上并由基板的一个侧面向上延伸的侧壁；其中，

侧壁顶部宽度小于底部宽度；

基板的外侧面设置有所述散热翅片，基板的内侧面上设置有顶部为台阶状的支撑结构。

7.如权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述上铝壳体为平板，上铝壳体上设置有用来安装所述工艺管的安装孔，上铝壳体设置有与所述支撑结构相配合的通孔。

8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述步骤1a)包括如下进行的步骤：

采用铝挤挤出所述下铝壳体的所述基板和所述散热翘片；采用数控加工工艺进行所述侧壁和支撑结构的成型；或采用压铸成型工艺进行所述下铝壳体的所述散热翅片、侧壁和支撑结构的成型。