CN106541210A - 一种超薄型均温板激光制备方法 - Google Patents

一种超薄型均温板激光制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及均温板技术领域，具体涉及一种超薄型均温板激光制备方法，一种超薄型均温板激光制备方法，包括下列步骤：步骤（一）：预处理：将基材进行清洗；步骤（二）：制备沟槽：在基材表面激光雕刻出沟槽；步骤（三）：对基材进行表面亲水处理；步骤（四）：焊接成型：将两基材沟槽面相对放置、激光焊接并预留充气口制得成型均温板；步骤（五）：焊接封口：对成型均温板填充工作介质再焊接封口。本发明的一种超薄型均温板激光制备方法，使雕刻出沟槽整齐细小，对基材的沟槽面进行表面亲水处理，利于均温板内工作介质的蒸发吸热及冷凝回流，同时对周边进行鱼鳞激光焊接，焊接密封性好，制备出热管卡体积小、传热性能好、回流阻力小。

Description

一种超薄型均温板激光制备方法
技术领域
本发明涉及均温板技术领域，具体涉及一种超薄型均温板激光制备方法。
背景技术
均温板是依靠自身内部工作流体相变实现导热的导热组件，其具有高导热性、优良等温性等优良特性，导热效果好，应用广泛。近年来电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集 及微型化，使得单位容积电子器件发热量剧增，均温板技术以其高效、紧凑以及灵活可靠等特点，适合解决目前电子器件因性能提升所衍生的散热问题。
均温板包括管体、密封头、吸液芯和工作介质，其中吸液芯是一个重要的组成部分。吸液芯的结构形式直接影响到均温板和均温板换热器的性能。近年来均温板技术得到了快速的发展，各种形式的吸液芯液得到了广泛的应用。常用的有：丝网状、沟槽状和烧结状。
丝网吸液芯是最普通的吸液芯，由多层金属丝网卷绕而成，层与层之间相互交错，其结构简单、制造方便、成本低廉，但缺点是这种结构中液体流动阻力与金属丝网卷绕的松紧程度有关，而且吸液芯与管体不是一体成型，网层间及丝网与管壁之间有间隙，导致热阻较大。
烧结吸液芯是在均温板内壁烧结一层金属粉末或金属纤维，即烧结金属粉末吸液芯和烧结金属毡吸液芯。这种吸液芯与均温板内壁有良好的接触，因此具有较小的热阻，同时烧结金属的孔比较小(通过控制金属丝的直径与粉末的粒度，可使孔径控制在3~400Lm)，能够产生较大的毛细压力，但也增加了液体回流的阻力。
沟槽式吸液芯一般有轴向沟槽和环向沟槽两种形式，轴向沟槽吸液芯是在均温板内壁加工的一些流体通道，与壁面为一整体。这一特点带来两方面的优势：首先，壁面与吸液芯结构之间的热阻较小；其次，二次加工性能好，在弯曲、压扁等加工过程中不会出现吸液芯结构与壁面剥离甚至脱落现象，保持了良好的传热性能。槽道式吸液芯是均温板毛细结构中制造比较简单的一种，采用整体成型工艺制造，成本是一般烧结吸液芯式均温板的2/3。但沟槽式均温板具有一个十分明显的缺点，即对沟槽深度和宽度的尺寸要求很高而且方向性很强，当均温板本身形状需要大弯折时，沟槽吸液芯的方向性特性就成了致命缺点，其会导致均温板传热性能的大幅下降。
同时由于传统均温板的制备方法多需要烧结出吸液芯或冲压出沟槽，但烧结出的吸液芯与管体不是一体成型，回流阻力大，与管本之间存在热阻；冲压出的沟槽吸液芯槽宽较大，使制备出的均温板的体积大，没法实现小型化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的上述不足，提供一种超薄型均温板激光制备方法，使用激光雕刻，使雕刻出的沟槽整齐细小，对基材的沟槽面进行表面亲水处理，利于均温板内工作介质的蒸发吸热及冷凝回流，同时对周边进行鱼鳞激光焊接，焊接密封性好，制备出的热管卡体积小、传热性能好、回流阻力小。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种超薄型均温板激光制备方法，包括下列步骤：
步骤（一）：预处理：将基材进行清洗；
步骤（二）：制备沟槽：在基材表面激光雕刻出沟槽；
步骤（三）：对基材进行表面亲水处理；
步骤（四）：焊接成型：将两基材沟槽面相对放置、激光焊接并预留充气口制得成型均温板；
步骤（五）：焊接封口：对成型均温板填充工作介质再焊接封口；
其中，所述沟槽为竖向沟槽、横向沟槽、交叉沟槽和斜向沟槽中二种以上。
本发明的均温板的激光制备使用激光雕刻沟槽，使雕刻出的沟槽整齐细小，对基材的沟槽面进行表面亲水处理，利于均温板内工作介质的蒸发吸热及冷凝回流，同时对周边进行鱼鳞激光焊接，焊接密封性好，制备出的热管卡体积小、传热性能好、回流阻力小。竖向沟槽和横向沟槽为相互水平设置的沟槽，竖向沟槽为圆周型的水平沟槽，沟槽为曲线，对热管的环向的导热性好，横向沟槽为相互水平的直线沟槽，对热管的水平导热性更好，交叉沟槽和斜向沟槽对热管的四面的导热性好，直线型与曲线型混合使用，使均温板在面积较大的情况下仍然保持很好的吸热散热性能。
基材的材质为铜、铝、不锈钢或其他合金，金属的导热性能好的物体，吸热快，散热也快，很适合均温板对吸热散热的要求。
其中，所述预处理采用超声波清洗：超声波的频率10~50KHz，功率密度0.3~5W/cm2，清洗温度30℃~70℃，清洗溶剂为水基。水基清洗剂包括下列重量份数的原料：椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠2-4份，壬基酚聚氧乙烯醚3-6份（非离子表面活性剂），十二烷基苯磺酸钠0.5-3份（阴离子表面活性性），三聚磷酸钠0.5-2份（络合剂），水10-30份，该清洗剂无毒安全、清洗高效，水基清洗剂细腻，不仅能高效地清洗基材表面的油污和灰尘，也能渗入基材表面的小孔和深孔中，清洗更全面，以便于后续的激光雕刻，同时水基清洗剂对基材表面是化学作用，结合超声波清洗的物理作用，使清洗更彻底。优选地，超声波的频率20KHz，功率密度2.5W/cm2，清洗温度60℃。
其中，所述激光雕刻采用二次雕刻，第一次激光雕刻的功率70%~95%，脉宽2~1000nm，频率15~150KHz，扫描速度150~1200mm/s，填充密度0.008~0.1mm，第二次激光雕刻的功率50%~75%，脉宽2~500nm，频率80~120KHz，扫描速度200~1500mm/s，填充密度0.01~0.1mm。第一次激光雕刻主要对基材表面进行沟槽雕刻，第二次激光雕刻主要对沟槽雕刻后产生的毛边、毛角进行修整，使沟槽更整齐，表面更平整，便于工作介质的传递；同时激光雕刻较细，需要严格控制激光雕刻的功率、脉宽、频率、扫描速度和填充密度才能雕刻出细小精密的沟槽，而且雕刻出的沟槽传递热量有效。
其中，所述激光焊接采用鱼鳞式激光焊接，焊接功率200~300W，焊接能量8~20J，焊点直径0.3~0.8mm。鱼鳞式激光焊接相对于点式激光焊接更牢固，而且鱼鳞式激光焊接为密封式焊接，便于热管抽真空和填充工作介质；同时焊接点直径较小，需要严格配合焊接功率与焊接能量才能焊接出密封性好的鱼鳞式激光焊接。
其中，所述鱼鳞式激光焊接采用四面鱼鳞式激光焊接。激光焊接相对于传统的焊接来说更精细，焊接密封性更好，焊接更节省材料，将基材的沟槽面相对放置再使用四面鱼鳞式激光焊接，焊接后上层基材的沟槽与下层基的沟槽之间形成一个空腔，空腔为工作介质提供了蒸发吸热的空间，使吸热性更好，均温板的密封性更好。
其中，所述表面亲水处理的方法：将1.5-2.0mol/L的过硫酸铵溶液、聚氧乙烯脂肪醇醚、月桂醇硫酸钠按质量份数比为1-5：2.5-6:3-7混合喷涂基材表面60-120s，并用氮气催干。过硫酸铵具有氧化性，能对基材表面的进行氧化亲水处理，并将非离子型表面活性剂与阴离子表面活性剂复配使用，亲水能够更强，使基材表面更具亲水性。
其中，所述沟槽的宽度为0.05~0.5mm。本发明利用激光制备出的沟槽的宽度相对于传统的技术，更精细，沟槽更细小密集，导热性大大提高。优选地，沟槽的宽度为0.04mm。
其中，所述沟槽一端的槽孔小于或等于另一端的槽孔。沟槽小而密，主要对工作介质起毛细力作用，使冷凝段的工作介质迅速地回流至吸热段进行蒸发吸热，优选地将冷凝段沟槽的槽孔小于吸热段沟槽的槽孔，使冷凝段的毛细力更大，利于工作介质的回流，使热管的导热性更好。
其中，步骤（五）中焊接封口的方法：在成型均温板中填充1/2~3/4的工作介质，并充入惰性气体使工作介质在气压在1.5~3mpa下维持1~2小时，再抽出惰性气体使气压维持在-10-2~-10-4mpa并焊接封口。充入工作介质和惰性气体并对热管进行加压处理，使工作介质在热管内壁能够进行充分的接触，特殊是能够使沟槽表面粘附有工作介质，便于热管密封后工作介质在沟槽中的毛细作用；最后抽出惰性气体维持热管内负压，使工作介质容易汽化蒸发，加快热量的传递。
其中，所述惰性气体为氮气、氩气或氦气。惰性气体稳定性好，不与工作介质反应，安全无毒，便于操作。
本发明的有益效果：本发明的一种超薄型均温板激光制备方法，使用激光雕刻，使雕刻出的沟槽整齐细小，再对基材面进行清洗，使激光雕刻出的沟槽更坚固，不易破裂，激光雕刻出的沟槽细小密集，周边进行鱼鳞激光焊接，焊接密口后不需要再磨平，工艺简单，制备出的均温板体积薄、传热性能好、回流阻力小。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种超薄型均温板激光制备方法，包括下列步骤：
步骤（一）：预处理：将基材进行清洗；
步骤（二）：制备沟槽：在基材表面激光雕刻出沟槽；
步骤（三）：将1.5mol/L的过硫酸铵溶液、聚氧乙烯脂肪醇醚、月桂醇硫酸钠按质量份数比为1：2.5:3混合喷涂基材表面60s，并用氮气催干；
步骤（四）：焊接成型：将两基材沟槽面相对放置、激光焊接并预留充气口制得成型均温板；
步骤（五）：焊接封口：在成型均温板中填充1/2的工作介质，并充入惰性气体使工作介质在气压在1.5mpa下维持1小时，再抽出惰性气体使气压维持在-10-2mpa并焊接封口。；
其中，所述沟槽为竖向沟槽和横向沟槽。
其中，所述预处理采用超声波清洗：超声波的频率10KHz，功率密度0.8W/cm2，清洗温度30℃，清洗溶剂为水基。水基清洗剂包括下列重量份数的原料：椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠2份，壬基酚聚氧乙烯醚3份，十二烷基苯磺酸钠2.5份，三聚磷酸钠0.5-2份，水10-30份。
所述激光雕刻采用二次雕刻，第一次激光雕刻的功率80%，脉宽20nm，频率20KHz，扫描速度200mm/s，填充密度0.01mm，第二次激光雕刻的功率50%，脉宽20nm，频率80KHz，扫描速度200mm/s，填充密度0.01mm。
所述激光焊接采用鱼鳞式激光焊接，焊接功率200W，焊接能量8J，焊点直径0.3mm。其中，所述鱼鳞式激光焊接采用四面鱼鳞式激光焊接。所述沟槽的宽度为0.055mm。所述沟槽一端的槽孔小于另一端的槽孔。所述基材的材质为铜。所述惰性气体为氮气。
实施例2.
实施例2区别于实施例1的地方在于：所述表面亲水处理的方法为将2.0mol/L的过硫酸铵溶液、聚氧乙烯脂肪醇醚、月桂醇硫酸钠按质量份数比为3：4:5混合喷涂基材表面80s，并用氮气催干。所述焊接封口的方法：在成型均温板中填充3/4的工作介质，并充入惰性气体使工作介质在气压在2.0mpa下维持1.5小时，再抽出惰性气体使气压维持在-10-3mpa并焊接封口。
其中，所述沟槽为交叉沟槽和斜向沟槽。其中，所述预处理采用超声波清洗：超声波的频率20KHz，功率密度0.3W/cm2，清洗温度30℃，清洗溶剂为水基。水基清洗剂包括下列重量份数的原料：椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠4份，壬基酚聚氧乙烯醚6份，十二烷基苯磺酸钠3份，三聚磷酸钠2份，水30份。
其中，所述激光雕刻采用二次雕刻，第一次激光雕刻的功率95%，脉宽800nm，频率150KHz，扫描速度1200mm/s，填充密度0.1mm，第二次激光雕刻的功率75%，脉宽500nm，频率120KHz，扫描速度1500mm/s, 填充密度0.1mm。
所述激光焊接采用鱼鳞式激光焊接，焊接功率280W，焊接能量16J，焊点直径0.8mm。
其中，所述沟槽的宽度为0.5mm。所述基材的材质为铝。所述沟槽一端的槽孔小于另一端的槽孔。所述惰性气体为氩气。
实施例3.
实施例3区别于实施例1的地方在于：所述表面亲水处理的方法为将1.8mol/L的过硫酸铵溶液、聚氧乙烯脂肪醇醚、月桂醇硫酸钠按质量份数比为3.5：6:6混合喷涂基材表面100s，并用氮气催干。所述焊接封口的方法：在成型均温板中填充5/8的工作介质，并充入惰性气体使工作介质在气压在2.5mpa下维持1.0小时，再抽出惰性气体使气压维持在-10-3mpa并焊接封口。
所述沟槽为竖向沟槽和斜向沟槽。所述预处理采用超声波清洗：超声波的频率40KHz，功率密度5W/cm2，清洗温度30℃，清洗溶剂为水基。水基清洗剂包括下列重量份数的原料：椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠2份，壬基酚聚氧乙烯醚3份，十二烷基苯磺酸钠0.5份，三聚磷酸钠1.5份，水10份。
所述激光雕刻采用二次雕刻，第一次激光雕刻的功率70%，脉宽2nm，频率15KHz，扫描速度150mm/s，填充密度0.008mm，第二次激光雕刻的功率50%，脉宽10nm，频率80KHz，扫描速度2000mm/s，填充密度0.05mm。
所述激光焊接采用鱼鳞式激光焊接，焊接功率240W，焊接能量10J，焊点直径0.5mm。
所述沟槽的宽度为0.08mm。所述基材的材质为不锈钢。所述沟槽一端的槽孔等于另一端的槽孔。所述惰性气体为氦气。
实施例4.
实施例4区别于实施例1的地方在于：所述表面亲水处理的方法为将2.0mol/L的过硫酸铵溶液、聚氧乙烯脂肪醇醚、月桂醇硫酸钠按质量份数比为1：2.5:7混合喷涂基材表面120s，并用氮气催干。所述焊接封口的方法：在成型均温板中填充1/2的工作介质，并充入惰性气体使工作介质在气压在3mpa下维持2小时，再抽出惰性气体使气压维持在-10-2mpa并焊接封口。
其中，所述沟槽为横向沟槽、交叉沟槽和斜向沟槽。
所述预处理采用超声波清洗：超声波的频率50KHz，功率密度4.5W/cm2，清洗温度30℃，清洗溶剂为水基，水基清洗剂包括下列重量份数的原料：椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠4份，壬基酚聚氧乙烯醚3份，十二烷基苯磺酸钠0.5份，三聚磷酸钠0.5份，水10份。
所述激光雕刻采用二次雕刻，第一次激光雕刻的功率70%，脉宽30nm，频率25KHz，扫描速度250mm/s，填充密度0.02mm，第二次激光雕刻的功率60%，脉宽20nm，频率120KHz，扫描速度200mm/s, 填充密度0.1mm。所述激光焊接采用鱼鳞式激光焊接，焊接功率280W，焊接能量8J，焊点直径0.3mm。
其中，所述沟槽的宽度为0.2mm。所述沟槽一端的槽孔小于另一端的槽孔。所述惰性气体为氩气。
实施例5.
实施例4区别于实施例1的地方在于：所述表面亲水处理的方法：将1.5mol/L的过硫酸铵溶液、聚氧乙烯脂肪醇醚、月桂醇硫酸钠按质量份数比为5：3:4混合喷涂基材表面120s，并用氮气催干。
其中，所述沟槽为竖向沟槽、横向沟槽、交叉沟槽和斜向沟槽。
所述预处理采用超声波清洗：超声波的频率50KHz，功率密度5W/cm2，清洗温度40℃，清洗溶剂为水基，水基清洗剂包括下列重量份数的原料：椰油酸单乙醇酰胺磺基琥珀酸单酯二钠2份，壬基酚聚氧乙烯醚5份，十二烷基苯磺酸钠2.5份，三聚磷酸钠1.5份，水20份。
所述激光雕刻采用二次雕刻，第一次激光雕刻的功率95%，脉宽1000nm，频率150KHz，扫描速度150mm/s，填充密度0.008mm，第二次激光雕刻的功率50%，脉宽250nm，频率100KHz，扫描速度1200mm/s, 填充密度0.1mm。
所述激光焊接采用鱼鳞式激光焊接，焊接功率280W，焊接能量11J，焊点直径0.6mm。
其中，所述沟槽的宽度为0.4mm。所述沟槽一端的槽孔等于另一端的槽孔。所述惰性气体为氦气。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：包括下列步骤：
步骤（一）：预处理：将基材进行清洗；
步骤（二）：制备沟槽：在基材表面激光雕刻出沟槽；
步骤（三）：对基材进行表面亲水处理；
步骤（四）：焊接成型：将两基材沟槽面相对放置、激光焊接并预留充气口制得成型均温板；
步骤（五）：焊接封口：对成型均温板填充工作介质再焊接封口；
其中，所述沟槽为竖向沟槽、横向沟槽、交叉沟槽和斜向沟槽中二种以上。
2.根据权利要求1所述的一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：所述预处理采用超声波清洗：超声波的频率10~50KHz，功率密度0.3~5W/cm2，清洗温度30℃~70℃，清洗溶剂为水基。
3.根据权利要求1所述的一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：所述激光雕刻采用二次雕刻，第一次激光雕刻的功率70%~95%，脉宽2~1000nm，频率15~150KHz，扫描速度150~1200mm/s，填充密度0.008~0.1mm，第二次激光雕刻的功率50%~75%，脉宽2~500nm，频率80~120KHz，扫描速度200~1500mm/s，填充密度0.01~0.1mm。
4.根据权利要求1所述的一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：所述激光焊接采用鱼鳞式激光焊接，焊接功率200~300W，焊接能量8~20J，焊点直径0.3~0.8mm。
5.根据权利要求4所述的一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：所述鱼鳞式激光焊接采用四面鱼鳞式激光焊接。
6.根据权利要求1所述的一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：所述表面亲水处理的方法：将1.5-2.0mol/L的过硫酸铵溶液、聚氧乙烯脂肪醇醚、月桂醇硫酸钠按质量份数比为1-5：2.5-6:3-7混合喷涂基材表面60-120s，并用氮气催干。
7.根据权利要求1所述的一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：所述基材的材质为铜、铝、不锈钢或其他合金。
8.根据权利要求1所述的一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：所述沟槽的宽度为0.05~0.5mm。
9.根据权利要求8所述的一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：所述沟槽一端的槽孔小于或等于另一端的槽孔。
10.根据权利要求1所述的一种超薄型均温板激光制备方法，其特征在于：步骤（五）中焊接封口的方法：在成型均温板中填充1/2~3/4的工作介质，并充入惰性气体使工作介质在气压在1.5~3mpa下维持1~2小时，再抽出惰性气体使气压维持在-10-2~-10-4mpa并焊接封口。
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