CN107887355A - 复合铜箔片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高集成度电子元器件的导热，一种复合铜箔片，包含上铜箔片、下铜箔片及由二者密封形成的内腔，所述内腔中设有烧结层，所述烧结层由铜粉烧结呈多孔毛细结构，所述内腔还填充有导热液，所述导热液与所述内腔的上下内壁相接触。在实际导热过程中，所述上铜箔片可以通过连接的所述下铜箔片、烧结层、和所述导热液三种途径将热量传导开来，相对于单一材质的导热材料，实现了导热性和结构适用性的兼备，为高集成度电子元器件导热提供了一种可靠性高的新解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及电子硬件领域，尤其涉及高集成度电子元器件的导热。
背景技术
随着移动智能终端的发展，轻薄化、便携化的趋势越来越明显。对于现今的电子元器件的集成化程度随之越来越高，而高度集成化的电子元器件会带来内部导热不佳的问题。传统的铜、铝、石墨等高导热的材料虽然目前被广泛应用在移动终端的电子硬件领域，但因为各自的不足，仍然无法完全满足日益高度集成化的电子元件导热需求。
铜箔材料的导热性能约为400w/mK左右，目前单独的铜箔应用无法满足高集成度电子元器件的导热的要求；石墨片材料尽管平面方向的导热性能很好，但是由于其结构的不稳定，外形较为脆弱，容易有粉尘掉下。如果粉尘掉落在需要导热的电子元器件，很容易造成电子元器件的短路，因此在电子元器件中石墨材料也无法单独使用，而是需要采用聚对苯二甲酸乙二醇酯等高分子材料对石墨进行包边处理才能控制住粉尘问题。包边处理后石墨导热片的热传导性能会大大衰减，导热功能大打折扣。
当前的移动终端设备里还有一种常用的导热元件，即热管。它是运用固液混合原理，辅以毛细结构加大局部导热面积和造成压力差等方式对电子元器件进行导热，但是由于热管往往直径较小，对于大面积的导热表面需要配置多根热管并排进行导热，这又大大增加了导热元件的体积，不利于移动终端整体轻薄化外形的控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、具有高导热性的复合铜箔片，提供如下技术方案：
一种复合铜箔片，包含相对设置的上铜箔片、下铜箔片以及由所述上铜箔片和所述下铜箔片密封而成的内腔，所述内腔中设有烧结层，所述烧结层由铜粉烧结呈多孔的毛细结构，所述内腔还填充有导热液，所述毛细结构在所述内腔中及内腔壁上形多处缝隙，用于收容所述导热液。
其中，所述烧结层分为上烧结层和下烧结层，所述上烧结层连接于所述上铜箔片上，所述下烧结层连接于所述下铜箔片上。
其中，所述上烧结层与所述下烧结层接触。
其中，所述上铜箔片与所述下铜箔片是由同一张铜箔片弯折后将其边缘贴合制成。
其中，所述边缘贴合处设有相对所述内腔反向延伸的弯曲部，用于巩固所述复合铜箔片的密封效果。
本发明还涉及上述复合导热铜箔的制造方法，具体方法包括以下步骤：
用硫酸清洗铜箔片外表面，在所述铜箔片一侧表面放置直径1um～100um的铜粉；
将所述铜箔片含所述铜粉一侧向内卷绕在不锈钢芯棒上，两端用堵头堵住；
将卷绕在所述芯棒上的所述铜箔片放入高温炉加热，以使所述铜粉形成烧结层；
取出卷绕在所述芯棒上的所述铜箔片，同时卸下所述芯棒和所述堵头；
将中空圆筒状的所述铜箔片压平，形成两侧为开口的中空复合铜箔片；
密封一侧所述开口，向中空的所述复合铜箔片内注入导热液，再密封另一侧开口。
其中，将卷绕在所述芯棒上的所述铜箔片放入高温炉加热时，加热温度为850～900℃。
其中，所述高温炉内部封闭，配备压力控制系统，所述压力控制系统用于控制所述高温炉内部的气压。
其中，将中空圆筒状的所述复合铜箔片压平时，使得所述复合铜箔片内部的所述烧结层相互接触。
其中，对中空的所述复合铜箔片密封时，采用先压紧再进行边缘焊接的压实工艺。
本发明复合铜箔片，结合了铜箔片可以实现大面积电子元器件的导热，和热管结构导热能力强的优点，针对现有导热材料在电子元器件中的应用要求，提供了一种新型的复合铜箔片作为导热的材料。通过对毛细结构的孔隙率控制，使得毛细结构在保证空隙的情况下具备一定的强度，可以从内部直接支撑以保持整个复合铜箔片的刚性。该结构不仅保留了铜箔较好的机械性能，而且还有效的提高了材料的导热性能，另外不需要包边的工艺，使得整体的结构更加简单和轻薄。
附图说明
图1是本发明复合铜箔片的示意图；
图2是本发明复合铜箔片制造方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1的复合铜箔片100，从上到下依次为上铜箔片10、烧结层30和下铜箔片20，所述上铜箔片10和所述下铜箔片20相对设置，密封后形成内腔40，所述内腔40收容所述烧结层30。所述烧结层30由铜粉加热烧结而成，其内部呈多孔毛细结构，所述内腔40中还填充有导热液50，所述毛细结构在所述内腔40中及内腔壁上形多处缝隙，用于收容所述导热液50，所述导热液50布满所述烧结层30的毛细结构中，同时所述导热液与所述内腔40的上内壁41和下内壁42都接触，更充分的接触可以保证更好的导热性能。
在使用本发明复合铜箔片100进行导热时，将所述复合铜箔片100贴合于需要散热的电子元器件表面上，所述上铜箔片10或所述下铜箔片20贴合后，其传导热量同时有三种途径，即由直接接触的所述上铜箔片10传导给所述下铜箔片20，或者由所述上内壁41传导给所述烧结层30，再或者由所述上内壁41传导给所述导热液50。这样三种导热途径，使得所述上铜箔片10所接触到的热量可以迅速传导到整个所述复合铜箔片100的全部位置，进而通过连接散热片或直接通过裸露的所述下铜箔片20将热量散发出去。
对于所述烧结层30，通过铜粉高温加热制成毛细结构的工艺已经非常成熟，目前已知通过在高温加热过程中控制高温炉内的温度、气压以及铜粉本身的微观形状等，所获得的所述烧结层30的体积收缩率、孔隙率、渗透率等特性都可以得到较精确的控制。本发明所述复合铜箔片100采用直径为1um～100um的铜粉，辅以烧结温度控制在850～900℃，可以将所述烧结层30的孔隙率控制在50％，此时的所述烧结层30毛细结构中既包含一定孔隙率以容许所述导热液50的通过，又具备一定的刚度以支撑所述上铜箔片10和所述下铜箔片20，保证本发明复合铜箔片100的结构稳定性。相应的，所述导热液50可以是水，也可以是乙醇、煤油等本领域常用的导热液体。
一种实施例，所述烧结层30分为上烧结层31和下烧结层32，所述上烧结层31连接于所述上铜箔片10上，所述下烧结层32连接于所述下铜箔片20上，此时所述上铜箔片10和所述下铜箔片20的厚度均取10um～500um，可以保证所述上铜箔片10和所述下铜箔片20保持足够刚度的情况下，在所述烧结层30高温烧结的过程中具备足够的厚度不被熔透，且在使用本发明复合铜箔片100时不会因为所述上铜箔片10和所述下铜箔片20的厚度过大而造成热量无法迅速传导至所述烧结层30的不利后果。
因为所述上烧结层31和所述下烧结层32的孔隙率控制，使得所述上烧结层31和所述下烧结层32具备了足够的刚度，一种实施例中将所述上烧结层31与所述下烧结层32设置为直接接触，这样对本发明复合铜箔片100的刚度就形成了支撑，保证所述复合铜箔片100的外形结构更稳定。
对于本发明复合铜箔片100的贴合密封，因为金属对液体的密封难度较大，因此也做了相应优化设计。首先，通过将所述上铜箔片10与所述下铜箔片20由同一张铜箔片弯折形成这一措施，可以在所述上铜箔片10和所述下铜箔片20贴合密封时减少一条边的密封动作，同时所述上铜箔片10和所述下铜箔片20相连的这一条边也是密封效果最好的部位。
另一方面，对于需要贴合的所述上铜箔片10的上边缘11和所述下铜箔片20的下边缘21，需要先对所述上边缘11和所述下边缘21进行外部加热并压制，期间因为所述上铜箔片10与所述下铜箔片20材料的气化，所述内腔40会产生一定的气压，此时需要调整所述内腔40内部的压力，通过内部气压和外部贴合压力的调控来完成压制，控制贴合的稳定性和一致性。最好还能对所述上边缘11和所述下边缘21的接缝处进行焊接，避免泄漏。进一步的，在所述上铜箔片10和所述下铜箔片20的贴合处设有相对所述内腔40反向延伸的弯曲部43，所述弯曲部43通过对所述上边缘11和所述下边缘20的形状改变，可以巩固所述复合铜箔片的密封效果。
本发明还涉及上述复合铜箔片100的制造方法，具体方法包括以下步骤：
用硫酸清洗铜箔片1的外表面，所述铜箔片1的厚度最好控制在10um～500um范围内，在所述铜箔片1的一侧表面上放置直径1um～100um的铜粉2；
将所述铜箔片1放置了所述铜粉2的一侧向内，卷绕在不锈钢芯棒3上(见图2)，所述铜箔片1需要覆盖所述芯棒3的全圆周范围，以保证所述铜粉2不会洒出。所述铜箔片1呈圆筒状，其两端开口用堵头4堵住，避免所述铜粉2泄漏。所述堵头4宜采用陶瓷材料；
将卷绕在所述芯棒3上的所述铜箔片1同设置在所述铜箔片1和所述芯棒3之间的所述铜粉2及所述堵头4一并放入高温炉5加热，以使所述铜粉2形成烧结层30；
取出卷绕在所述芯棒3上的所述铜箔片1，同时卸下所述芯棒3和所述堵头4；
此时所述铜箔片1呈中空圆筒状，其内壁上是所述铜粉2通过高温制得的所述烧结层30。
将所述铜箔片1压平，即形成两侧为开口6的中空复合铜箔片100；
密封中空的所述复合铜箔片100的一侧所述开口6，向中空的所述复合铜箔片100内的内腔40注入导热液50后，再密封所述复合铜箔片100的另一侧所述开口6。
本方法将所述芯棒3穿入所述铜箔片1中以形成所述复合铜箔片100，可以通过所述芯棒3的直径变化，来控制最终所述复合铜箔片100的面积，因此使得所述复合铜箔片100可以针对电子元器件的实际大小来调整自身面积。而所述陶瓷堵头4的使用，也使得所述铜粉2能够在高温过程中保持封闭，避免洒出。同时通过良好的密封，可以控制所述铜箔片1内部的气体压力，有助于所述烧结层30的形成。另外，在所述复合铜箔片100压制的过程中，所述堵头4与所述铜箔片1接触的位置，即所述两侧开口6的位置上没有所述铜粉2的存在，因而高温加热后也不会形成所述烧结层30以干扰压制的效果，因此所述堵头4的存在也有利于所述复合铜箔片100的后续成形。
与上述复合铜箔片100的原理一样，将卷绕在所述芯棒3上的所述铜箔片1放入高温炉加热时，烧结温度控制在850～900℃，可以将所述烧结层30的孔隙率控制在50％，有利于提高所述烧结层30的刚度，同时保证足够的流通通路。
另一方面，所述高温炉5内部在高温加热时可以封闭气压，同时配备压力控制系统51，所述压力控制系统51用于控制所述高温炉5内部的气压，也有利于对所述烧结层30的孔隙率等参数的控制。
按照本制造方法制成的所述复合铜箔片100，其内部形成的烧结层30一般呈现出上述结构中的所述上烧结层31和所述下烧结层32两层的状态。在压制的过程中，将中空圆筒状的所述铜箔片1压平时，因为所述上烧结层31和所述下烧结层32均具备了一定的刚度，所以可以在压制时使所述铜箔片1内部的所述上烧结层31和所述下烧结层32相互接触，实现对所述复合铜箔片100的支撑。
相应的，对所述中空复合铜箔片1的所述开口6进行密封时，也可以采用上述结构中的先压紧再进行边缘焊接的压实工艺，进一步还设置弯曲面，进一步保证密封效果。
本发明复合铜箔片，运用铜箔作为外部结构，利用了金属铜材相对较好的机械性能，以及较高的热传导性能，使得所述复合铜箔片整体得到较好的保护，不易被破坏。而在复合铜箔片的内部，运用现有技术中热管的原理，运用铜粉通过高温加热形成毛细结构，并辅以散热液的热传导能力，使得整个复合铜箔片的热传导能力大大提高，结合所述烧结层为所述复合铜箔片带来的刚度支持，使得本发明复合铜箔片特别适宜于大面积散热面的热量传导。而相应制造方法的发明，使得所述复合铜箔片具备根据实际散热面积调整自身外形的能力，这对于内部结构较缜密，密封性能要求较高的复合铜箔片来说，更解决了制造和结构适应能力，较为有效的解决了导热性能与结构适用性相匹配的电子元器件导热问题。
以上所述的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定。任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合铜箔片，其特征在于：包含相对设置的上铜箔片、下铜箔片以及由所述上铜箔片和所述下铜箔片密封而成的内腔，所述内腔中设有烧结层，所述烧结层由铜粉烧结呈多孔的毛细结构，所述内腔还填充有导热液，所述毛细结构在所述内腔中及内腔壁上形多处缝隙，用于收容所述导热液。
2.如权利要求1所述复合铜箔片，其特征在于，所述烧结层分为上烧结层和下烧结层，所述上烧结层连接于所述上铜箔片上，所述下烧结层连接于所述下铜箔片上。
3.如权利要求2所述复合铜箔片，其特征在于，所述上烧结层与所述下烧结层接触。
4.如权利要求1所述复合铜箔片，其特征在于，所述上铜箔片与所述下铜箔片是由同一张铜箔片弯折后将其边缘贴合制成。
5.如权利要求1所述复合铜箔片，其特征在于，所述边缘贴合处设有相对所述内腔反向延伸的弯曲部，用于巩固所述复合铜箔片的密封效果。
6.一种复合铜箔片的制造方法，具体包括以下步骤：
用硫酸清洗铜箔片外表面，在所述铜箔片一侧表面放置直径1um～100um的铜粉；
将所述铜箔片含所述铜粉一侧向内卷绕在不锈钢芯棒上，两端用堵头堵住；
将卷绕在所述芯棒上的所述铜箔片放入高温炉加热，以使所述铜粉形成烧结层；
取出卷绕在所述芯棒上的所述铜箔片，同时卸下所述芯棒和所述堵头；
将中空圆筒状的所述复合铜箔片压平，形成两侧为开口的所述复合铜箔片；
密封一侧所述开口，向所述复合铜箔片内注入导热液，再密封另一侧开口。
7.如权利要求6所述复合铜箔片的制造方法，其特征在于，将卷绕在所述芯棒上的所述铜箔片放入高温炉加热时，加热温度为850～900℃。
8.如权利要求6所述复合铜箔片的制造方法，其特征在于，所述高温炉内部封闭，配备压力控制系统，所述压力控制系统用于控制所述高温炉内部的气压。
9.如权利要求6所述复合铜箔片的制造方法，其特征在于，将中空圆筒状的所述复合铜箔片压平时，使得所述复合铜箔片内部的所述烧结层相互接触。
10.如权利要求9所述复合铜箔片的制造方法，其特征在于，对所述复合铜箔片密封时，采用先压紧再进行边缘焊接的压实工艺。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (4)
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| JPH04110597A (ja) * | 1990-08-29 | 1992-04-13 | Kobe Steel Ltd | 熱交換器用伝熱管 |
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| JP2002327993A (ja) * | 2001-05-01 | 2002-11-15 | Fujitsu Ltd | 薄型ヒートパイプ、薄型ヒートシンク、熱制御システムおよび薄型ヒートパイプの製造方法 |
| CN101676673A (zh) * | 2008-09-16 | 2010-03-24 | 泰硕电子股份有限公司 | 散热管的制造方法 |
-
2017
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