CN103178164A

CN103178164A - 制造相变太阳花散热装置的方法

Info

Publication number: CN103178164A
Application number: CN2011104285302A
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: Dongguan chiming Jinggong Technology Co.,Ltd.
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-12-20
Also published as: CN103178164B

Abstract

本发明公开了一种制造相变太阳花散热装置的方法，包括：将铝合金太阳花散热片加工成具有太阳花散热翅片的铝合金壳体，使其中心形成一端密封、另一端具有密封台阶的空腔；制作与所述密封台阶相配的密封盖；制作一端密封、另一端开口的中空铝合金粉沫柱；把所述中空铝合金粉沫柱插入所述铝合金壳体的空腔中，进行发泡处理，使发泡后的铝泡沫复合在所述空腔的内表面；将所述密封盖扣合到经过发泡处理的铝合金壳体的密封台阶上，再进行注工质及封装处理。使用本发明上述方法制造的散热装置的技术效果是：温度分布均匀，特别是趐片表面温度相比均温板焊接铝散热片的结构分布更加均匀、趐片热交换效率大幅提升。

Description

制造相变太阳花散热装置的方法

技术领域

本发明涉及一种散热技术，特别涉及一种制造相变太阳花散热装置的方法。

发明背景

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，特别是在大功率LED路灯散热领域。

传统的太阳花散热装置如图1和图2所示。热源直接接触至太阳花的中心实体区域(或采用插入铜柱技术提升热传效果)，并利用其独特的翅片结构将太阳花实体热柱传导来的热量通过空气对流交换出去。其中图1显示了其壳体，包括太阳花散热片21、和位于中心的空腔20。图2显示了将铜柱23插入空腔20中，形成太阳花散热装置的情形。

但伴随着LED芯片发热量越来越大，LED灯的发热区域的热流密度也越来越高，传统太阳花和太阳花加铜棒的结构已不能满足高功率LED及高热流密度的LED芯片的散热需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造高性能相变太阳花散热装置的方法，以便制造能够满足高功率LED及高热流密度的LED芯片散热需求的相变太阳花散热装置。

本发明的上述目的是这样实现的，一种制造相变太阳花散热装置的方法，包括以下步骤：

A、将铝合金太阳花散热片加工成具有太阳花散热翅片的铝合金壳体，使其中心形成一端封闭、另一端具有密封台阶的壳体空腔；

B、制作与所述密封台阶相配的密封盖；

C、制作一端封闭、另一端开口的中空铝合金粉沫柱；

D、把所述中空铝合金粉沫柱插入所述壳体空腔中，进行发泡处理，使发泡后的铝泡沫复合在所述壳体空腔的内表面；

E、将所述密封盖扣合到经过发泡处理的铝合金壳体的密封台阶上，再进行注组装及封装处理。

其中，所述步骤C包括：

C1、将铝合金粉沫与发泡剂均匀混合成泡沫铝材料；

C2、在压强为250～300MPa的压力下，把所述泡沫铝材料压制成厚度为3.0～5.0mm的中空铝合金粉沫柱。

其中，所述铝合金粉沫为150～200目的粉沫，所述发泡剂为TiH2；所述发泡剂与铝合金粉沫的重量份比为：(1～1.2)∶(97～100)。

其中，所述步骤D包括：

D1、将中空铝合金粉沫柱的封闭端对准壳体空腔的开口端，然后插入到铝合金壳体的空腔中，形成待发泡坯件；

D2、在氮气保护条件下，将温度升高到620～650℃，加热所述待发泡坯件8～10min，使铝泡沫复合在铝合金壳体空腔内表面上，形成具有空腔的铝泡沫复合太阳花壳体组件。

其中，在所述步骤C2中，通过把泡沫铝材料装入外模的空腔内，再用模芯对其压制，制成所述中空铝合金粉沫柱。

其中，所述步骤D1还包括：

在中空铝合金粉沫柱插入到铝合金壳体的空腔后，用所述模芯压紧已插入到铝合金壳体空腔的中空铝合金粉沫柱，使中空铝合金粉沫柱紧密接触铝合金壳体的空腔内表面；

对所述待发泡坯件预热30～40min，其预热温度为400～500℃。

其中，所述步骤E的组装及封装处理包括：

E1、从所述密封盖表面打小孔至铝泡沫复合太阳花壳体组件的空腔；

E2、将铝工艺管插入所述小孔；

E3、将密封盖和铝泡沫复合太阳花壳体组件组装在一起。

其中，所述步骤E3包括：将钎焊炉温度调整到560～650℃之间，在气体保护下，使密封盖和铝泡沫复合太阳花壳体组件在焊炉内进行密封钎焊。

其中，所述步骤E3还包括：将组装好的太阳花铝壳体组件进行超声波清洗，之后用铝钎焊剂进行壳体组件表面喷淋或浸泡处理，后取出在烘道内烘干，以便进行上述密封钎焊的步骤。

其中，所述步骤E的封装处理还包括：

E4、在实施所述步骤E3之后，利用铝工艺管对铝泡沫复合太阳花壳体组件的空腔进行抽真空、注工质处理。

其中，所述步骤E的封装处理还包括：

E5、在实施所述步骤E4之后，利用氩弧焊封装所述工艺管。

相对于现有技术，本发明的上述方法具有如下技术效果：

1.温度分布均匀，特别是趐片表面温度相比均温板焊接铝散热片的结构分布更加均匀、趐片热交换效率大幅提升；

2.制作工艺简单，成本可相对铜均温大幅降低；

下面结合附图对本发明的上述方法、效果进行详细说明。

附图说明

图1是传统的太阳花散热装置壳体的示意图；

图2是传统的太阳花散热装置的示意图；

图3是本发明制造的太阳花散热装置壳体的示意图；

图4是图3的倒置图；

图5是本发明制造中空铝合金粉沫柱的示意图；

图6是图5的轴向剖视图；

图7是本发明将中空铝合金粉沫柱插入图3所示的壳体形成待发泡坯件的示意图；

图8是本发明对待发泡坯件进行铝粉沫发泡处理以形成铝泡沫复合太阳花壳体组件的示意图；

图9是本发明密封铝泡沫复合太阳花壳体组件的示意图。

具体实施方式

如图3至图9所示，本发明的制造相变太阳花散热装置的方法包括如下步骤：

A、将铝合金太阳花散热片加工成具有太阳花散热翅片的铝合金壳体1，使其中心形成一端为封闭端4、另一端具有密封台阶3的空腔2，如图3和图4所示；

B、制作与所述密封台阶3相配的密封盖5，参见图9；

C、制作一端封闭、另一端开口的中空铝合金粉沫柱6，如图5和6所示；

D、把所述中空铝合金粉沫柱6插入所述铝合金壳体的空腔2中，进行发泡处理，使发泡后的铝泡沫复合在所述空腔的内表面，如图7和图8所示；

E、将所述密封盖5扣合到经过发泡处理的铝合金壳体的密封台阶3上，再进行注工质及封装处理，如图9所示。

上述步骤C包括：

C1、将铝合金粉沫与发泡剂均匀混合成泡沫铝材料；其中，铝合金粉沫为150～200目的粉沫，发泡剂为TiH2，发泡剂与铝合金粉沫的重量份比为：(1～1.2)∶(97～100)；

上述步骤D包括：

D1、将中空铝合金粉沫柱6的封闭端对准铝合金壳体的空腔2的开口端，然后插入到铝合金壳体的空腔2中，形成待发泡坯件7；

D2、在氮气保护条件下，将温度升高到620～650℃，加热所述待发泡坯件8～10min，使铝泡沫复合在铝合金壳体空腔内表面上，形成具有空腔的铝泡沫复合太阳花壳体组件8，如图8所示。

在上述步骤C2中，通过把泡沫铝材料装入一个外模9的空腔内，再用模芯10对其压制，制成所述中空铝合金粉沫柱6。

上述步骤D1还包括：

在中空铝合金粉沫柱6插入到铝合金壳体1的空腔后，用模芯10压紧已插入到铝合金壳体空腔2的中空铝合金粉沫柱6，使中空铝合金粉沫柱紧密接触铝合金壳体的空腔内表面，如图7所示；

对所述待发泡坯件预热30～40min，其预热温度为400～500℃。

上述步骤E的注工质及封装处理包括：

E1、从所述密封盖5表面打小孔至铝泡沫复合太阳花壳体组件的空腔2；

E2、将铝工艺管插入所述小孔；

E3、将密封盖5和铝泡沫复合太阳花壳体组件焊接在一起。

其中步骤E3包括：将钎焊炉温度调整到560～650℃之间，在气体如氮气保护下，使密封盖和铝泡沫复合太阳花壳体组件在焊炉内进行密封钎焊；然后，利用铝工艺管对铝泡沫复合太阳花壳体组件的空腔进行抽真空、注工质处理；接着，利用氩弧焊封装所述工艺管。

下面结合图3至图9，对上述制造方法进行详细描述。

1.铝合金太阳花壳体的制作：

a.利用铝挤挤出如例如图1所示的铝合金(材料6063)太阳花散热片，之后通过CNC加工制作出如图3和图4所示太阳花散热趐片的铝合金壳体1，其加工过程为：从上到下CNC太阳花中心实体部分，直至底部3～5mm，保证底部3～5mm铝壳体密封，之后再加工如图3所示的空腔2上部的密封台阶3。将铝合金太阳花壳体经过超声波脱油去脂和去污清洗后，烘干。

制成的壳体1如图3和图4所示，其中心具有空腔2，空腔2的底部为密封端4，空腔2上部具有密封台阶3。

然后依照太阳花腔体和密封台阶尺寸，通过铝合金板切削加工成密封盖5，其厚度为3～5mm。铝合金壳体与密封扣盖配合尺寸间隙小于0.08mm。

2.铝粉沫的预压成型：

根据产品的设计需求，选用(150～200目)的铝合金粉沫，并与1％～1.2％TiH2发泡剂均匀混合成泡沫铝材料，在250～300MPa压强下，将均匀混合的粉末在模具内预压成型为中空铝合金粉沫柱6，底部与太阳花壳体腔体底部外形相同，厚度为3.0～5.0mm。

具体地说，将混合成的泡沫铝材料装入如图5和图6所示的外模9空腔中，然后用模芯10对装入空腔中的泡沫铝材料施加250～300MPa压力，从而形成中空铝合金粉沫柱6。

3.铝粉沫柱预处理及与太阳花预热处理：

将预压成型的中空铝合金粉沫柱6腔体用丙酮洗净烘干，然后插入太阳花空腔2中，并用模芯10压紧，如图7所示，以保证中空铝合金粉沫柱6与太阳花空腔2紧密接触，并保持一定的压力，然后在400～500℃预热30～40min。

4.铝粉沫发泡

在620～650℃，及氮气保护条件下，中空铝合金粉沫柱6与铝合金壳体1发泡8～10min，将铝泡沫复合在太阳花腔体2内表面，形成具有空腔的铝泡沫复合太阳花壳体组件8，如图8所示。之后随炉冷却取出模芯10。

5.铝泡沫复合太阳花壳体组件与密封盖组装及壳体密封：

如图9所示，将铝泡沫复合太阳花壳体组件8与密封盖5组装扣合到一起。在上扣盖表面打D2.5mm小孔至壳体空腔，附加2.5mm铝工艺管(用于抽真空、充注工质)，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。

6.太阳花铝壳体组件预处理：

将组装好的太阳花铝壳体组件8进行超声波清洗，之后用铝钎焊剂进行壳体组件表面喷淋或浸泡处理，后取出在烘道内烘干。

7.太阳花铝壳体组件钎焊：

根据太阳花铝壳体组件8的工件大小、数量和工件流动速度，调整好钎焊炉温度(560～650℃之间)，在氮气(或其它保护气体)的气体保护下，使铝钎焊工件在气体保护钎焊炉内进行密封钎焊，将密封壳体一次性密封焊接在一起。在气体保护条件下冷却到38度以下取出工件。

8.抽真空、注工质

将密封焊接的铝壳体通过工艺管抽真空(＜1.3X10^-2～5.0X10^-3Pa)，并根据产品设计需求注入相应量的工质(141b、丙酮、乙二醇等)。

9.工艺管密封。

注入相应量工质后，利用氩孤焊封焊工艺管。

10、焊接壳体密封检测：

利用氦质谱检测对密封铝壳体进行密封检测，根据不同产品结构设计和不同需求进行气压检测(5～10kgf/cm2)，或利用氦质谱进行密封检测(根据产品设计要求、腔体体积大小不同、工质材料、使用年限等的不同，其微漏控制在3.0X10^-10～1.0X10^-11Pa.m³/S)。

11性能检测

将制作好的铝均温板进行传热量、均温性、热阻等性能测试。

与现有技术相比，利用本发明具有如下技术特点：

2.制作工艺简单，成本可相对铜均温大幅降低；

3.可以有效降低散热器重量；

4.在保证散热效能的条件下可以减小整个散热器体积；

5.结构简化可以提高产品的可靠性与稳定性。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种制造相变太阳花散热装置的方法，包括以下步骤：

B、制作与所述密封台阶相配的密封盖；

C、制作一端封闭、另一端开口的中空铝合金粉沫柱；

E、将所述密封盖扣合到经过发泡处理的铝合金壳体的密封台阶上，再进行组装及封装处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤C包括：

C1、将铝合金粉沫与发泡剂均匀混合成泡沫铝材料；

C2、在压强为250～300MPa的压力下，把所述泡沫铝材料压制成中空铝合金粉沫柱。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述铝合金粉沫为150～200目的粉沫，所述发泡剂为TiH2；所述发泡剂与铝合金粉沫的重量份比为：(1～1.2)∶(97～100)。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述步骤D包括：

D1、将中空铝合金粉沫柱的封闭端对准铝合金壳体的空腔的开口端，然后插入到铝合金壳体的空腔中，形成待发泡坯件；

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述步骤C2中，通过把泡沫铝材料装入外模空腔内，再用模芯对其压制，制成所述中空铝合金粉沫柱。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述步骤D1还包括：

在中空铝合金粉沫柱插入到所述壳体空腔后，用所述模芯压紧已插入到壳体空腔的中空铝合金粉沫柱，使中空铝合金粉沫柱紧密接触壳体空腔内表面；

对所述待发泡坯件预热30～40min，其预热温度为400～500℃。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，步骤E的组装及封装处理包括：

E2、将铝工艺管插入所述小孔；

E3、将密封盖和铝泡沫复合太阳花壳体组件组装在一起。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述步骤E3包括：将钎焊炉温度调整到560～650℃之间，在气体保护下，使密封盖和铝泡沫复合太阳花壳体组件在焊炉内进行密封钎焊。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，步骤E的封装处理还包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其中，步骤E的封装处理还包括：

E5、在实施所述步骤E4之后，利用氩弧焊封装所述工艺管。