CN110052584A - 一种散热板制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种散热板制造方法，属于电器元件散热领域。散热板包括基体和液冷管；上述方法包括制作液冷管、制作铸型、浇注和开模等过程；铸造成型时，液冷管安装在铸型中，并采用低压铸造的方式进行浇注；成型后，液冷管和基体成为一个整体。上述散热板制造方法制造的散热板，其液冷管被整体浇注在散热板的基体内部；在基体冷却过程中，液冷管与基体能够良好地进行融合，使得液冷管和基体之间的热阻大大减小。另外，上述方法采用了低压铸造的工艺，并且在金属溶液冷却的同时，通过液冷管通入冷却水加快金属溶液的冷却凝结速度；因此，散热板的成型质量和效率较高。

Description

一种散热板制造方法

技术领域

本发明涉及电器元件散热领域，具体而言，涉及一种散热板制造方法。

背景技术

20世纪中后期，随着固态电路集成电路大规模集成电路的出现，电子设备开始向小型超小型和微型组装方向发展。由于超大规模集成电路(VLSIC)、专用集成电路(ASIC)、超高速集成电路(VHSIC)等微电子技术的不断发展，微电子元器件和设备的组装密度迅速提高。子设备的高密度封装使得组件和设备的热流密度也迅速增加。特别在机载电子设备中尤为突出。因为机载电子设备受到体积、重量的严格限制，随着电子设备功能的日益复杂，组装密度也越来越大。

目前，机载电子设备中的高功率器件热耗密度已达数十瓦每平方厘米。因过热而导致失效的问题已经逐渐成为制约电子技术发展的主要原因。因此，如何快速有效地对电子设备降温更显得尤为重要。当前机载电子设备的冷却散热的方式主要有：自然冷却，强制风冷和强制液冷等。而上述冷却方式中，采用散热板式的强制液冷使用比较广泛。随着冷却需求的增加，现有的散热板其换热效率相对来讲比较低，难以对组装密度较高的电子设备进行有效冷却。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种散热板制造方法，其能够制造出一种散热板，该散热板其换热效率较高。

本发明是这样实现的：

一种散热板制造方法，包括以下步骤：

a.制作液冷管；所述液冷管包括进水管、出水管和输送组件，所述输送组件包括多个输送管和连接管，多个所述输送管平行间隔设置，相邻的所述输送管的端部通过所述连接管连接，所述进水管和所述出水管分别与所述输送组件的两端连接；

所述进水管、所述出水管和所述输送管的内壁上设置有螺旋槽；

b.制作铸型；所述铸型为板状结构，其包括中空的型腔；所述铸型的上端设置有敞口，所述铸型的下端设置有注液管、第一管道和第二管道；所述铸型还包括连接件；

c.安装液冷管；将所述液冷管置于所述型腔中，利用连接件将所述液冷管与所述铸型进行固定；并将所述进水管与所述第一管道连接，将所述出水管与所述第二管道连接；

d.浇注；利用低压铸造或压差铸造的方式给所述注液管注入铝合金溶液；浇注过程中，通过第一管道给所述液冷管通入冷却水，并使得冷却水通过第二管道流出；

e.脱模；将所述连接件与所述铸型的连接拆开，然后开模。

进一步；

控制第一管道的进水温度为15-25℃，并控制第一管道的水流量，使得从第二管道流出的温度保持在35-45℃之间；并保证浇注温度在700℃-750℃之间，优选为700摄氏度。

由于液冷管遍布在基体内部，通过控制第一管道的进水温度、水流量和第二管道的出水温度，其能够有效控制型腔内部金属溶液的冷却速度；从而使得型腔内部金属溶液的冷却速度不会过快或过慢，而是与靠近铸型外壁的金属溶液冷却速度大致相等。上述设计能够防止由于冷却速度不均导致的铸造后的成型产品出现缩孔、开裂或变形等缺陷；进而能够提高成型产品整体的热传导效率。

进一步；

所述螺旋槽的螺距与所述输送管内径的比值为0.3-0.5；所述螺旋槽的槽深与所述输送管内径的比值为0.04-0.06。

经过实验研究证明，当输送管的内径一定时，采用上述螺距和槽深，其热交换效率较高；当螺距与内径比值为0.4，槽深与内径比值为0.05时，其热交换效率最高。

进一步；

所述铸型包括底板、两个平行间隔设置的面板和两个平行间隔设置的侧板，所述底板、面板和所述侧板相互可拆卸连接，并形成长方形壳体状结构；所述输送管平行于所述侧板设置；所述注液管与所述底板连接。

上述设计使得铸型便于装配和拆卸，从而便于脱模；将注液管设置在底板上，浇注时，铸型立放，从而便于采用低压或差压浇注的工艺。

进一步；

所述连接件包括两个对称设置的V型块，所述V型块与所述侧板可拆卸连接，两个所述V型块将所述液冷管进行夹持；所述第一管道和所述第二管道穿过所述底板；所述进水管套设在所述第一管道上，并与所述底板抵接；所述出水管套设在所述第二管道上，并与所述底板抵接。

利用连接件对液冷管进行夹持，连接件与第一管道、第二连架管一起对液冷管进行定位，从而能够对液冷管进行有效定位，保证液冷管与铸型底面的垂直度误差不超过0.0015。

进一步；

所述第一管道和所述第二管道的端部均设置有圆锥形连接头，所述进水管和所述出水管的端部均设置有圆锥形的连接孔；所述连接头能够与所述连接孔密封连接。

上述设计能够使得进水管和出水管与第一管道和第二管道的装配更加方便。并且，圆锥形连接头和连接孔的设计使得在液冷管自身重力的作用下，连接头和连接管能够可靠的密封连接；从而防止冷却过程中，液冷管中的冷却水渗到金属溶液中影响散热板的铸造质量。

进一步；

相邻的所述输送管上的螺旋槽旋向相反。

上述设计使得液冷管中水流的旋向在流到下一个输送管时被强制改变，从而能够使得输送管中部的液体流到靠近输送管管壁的位置，进而改善液冷管对金属液体的冷却效果。

进一步；

所述液冷管采用不锈钢材料，所述液冷管的内壁和外壁均采用清洗剂进行清洗，并去除氧化层。

进一步；

还包括在成型的散热板上加工安装孔，在进水管和出水管的端部安装快换管接头。

进一步；

所述输送管为直管，所述连接管为半圆弧型的弯管；所述输送管与所述连接管螺纹连接；所述输送管两端的螺纹旋向相反。

本发明的有益效果是：

上述散热板制造方法制造的散热板，其液冷管被整体浇注在散热板的基体内部，在基体冷却过程中，液冷管与基体能够良好地进行融合；使得液冷管和基体之间的热阻大大减小。另外，上述方法采用了低压铸造的工艺，并且在金属溶液冷却的同时，液冷管通入冷却水能够加快金属溶液的冷却凝结速度，并能够防止液冷管高温变形。因此，散热板的成型效率和质量较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施方式提供的散热板的结构示意图；

图2是本发明实施方式提供的液冷管的结构示意图；

图3是本发明实施方式提供的输送管的剖视图；

图4是本发明实施方式提供的铸型的结构示意图；

图5是本发明实施方式提供的图4的俯视图；

图6是本发明实施方式提供的液冷管安装在铸型中的结构示意图；

图7是本发明实施方式提供的图6的局部放大图。

图标：100-散热板；110-基体；120-液冷管；121-进水管；122-出水管；123-输送管；1231-螺旋槽；124-连接管；125-快换接头；130-铸型；131-第一管道；132-第二管道；133-注液管；134-底板；135-侧板；136-面板；137-V型块。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1：

请参考图1，本实施例提供了一种散热板100，其能够用于安装电子元件，并对电子元件进行有效散热。上述散热板100包括基体110及设置在基体110内部的液冷管120；基体110的外表面用于安装电子元件，液冷管120用于通过冷却介质对基体110及电子元件进行冷却。

请继续参考图1，并配合参考图2，液冷管120包括进水管121、出水管122、多个输送管123以及多个连接管124。多个输送管123平行间隔设置，相邻输送管123的一端通过连接管124进行连接，使得连接管124和与连接管124相连接的两个输送管123成U型。本实施例中的液冷管120采用了不锈钢材料，在其它实施例中，还可以采用铜合金等其它热传导效率比较高的金属材料。

具体地，输送管123与连接管124螺纹连接；并且，输送管123两端的连接螺纹的旋向相反，使得转动输送管123时，输送管123能够与两端的连接管124拧紧，从而提高装配效率。进水管121和出水管122均通过连接管124与输送管123进行连接。进水管121和出水管122的端部还设置有快换接头125。

请参考图3，为了提高热交换的效率，输送管123的内壁上设置有螺旋槽1231；本实施例中，螺旋槽1231的螺距与输送管123内径的比值为0.4；螺旋槽1231的槽深与输送管123内径的比值为0.5。在输送管123的内壁上设置螺旋槽1231，其加强了边界层流体的扰动及边界层流体和主流流体的混合，从而使传热过程强化，提高了热交换效率。

散热板100的基体110是整体浇筑在铸型130中形成的板状结构；浇注时，液冷管120置于型腔中，使得基体110成型后，液冷管120与基体110成为一体。并且，基体110的表面上设置有多个安装孔，用于安装电子元件。

上述散热板100的使用方法如下：

当需要对电子元件进行散热时，通过液冷管120的进水管121通入冷却介质，冷却介质在输送管123中螺旋流动。并且，由于相邻输送管123的螺旋方向相反，使得冷却介质能够通过液冷管120的管壁与基体110进行充分地热交换；冷却介质通过出水管122流出将部分热量带走后，使得电子元件的温度保持在正常温度内。

实施例2：

请参考图4-图7，本实施例提供了一种散热板100制造方法，其能够用于制造实施例1中的散热板100。具体包括以下步骤：

a.制作液冷管120；所述液冷管120包括进水管121、出水管122和输送组件，所述输送组件包括多个输送管123和连接管124，多个所述输送管123平行间隔设置，相邻的所述输送管123的一端通过所述连接管124连接，使得所述输送管123形成连续的流体通道，所述进水管121和所述出水管122分别与所述输送组件的两端连接；

所述进水管121、所述出水管122和所述输送管123的内壁上设置有螺旋槽1231；

b.制作铸型130，铸型130结构请参考图4和图5,；所述铸型130为板状结构，其包括中空的型腔；所述铸型130的上端设置有敞口，所述铸型130的下端设置有注液管133、第一管道131和第二管道132；所述铸型130还包括连接件；

c.安装液冷管120；请参考图6和图7，将所述液冷管120置于所述型腔中，利用连接件将所述液冷管120与所述铸型130进行固定；并将所述进水管121与所述第一管道131连接，将所述出水管122与所述第二管道132连接；

d.浇注；利用低压铸造或压差铸造的方式给所述注液管133注入铝合金溶液；浇注过程中，通过第一管道131给所述液冷管120通入冷却水，并使得冷却水通过第二管道132流出。并保证浇注温度在700℃-750℃之间，优选为700摄氏度。

e.脱模；将所述连接件与所述铸型130的连接拆开，然后开模。

进一步，通入冷却水进行冷却时，控制第一管道131的进水温度为15-25摄氏度，并通过控制第一管道131的水流量使得从第二管道132流出的出水温度保持在35-45℃之间。通过向液冷管120中通入冷却水，能够提高型腔内部的金属溶液的冷却速度，减少由于内部冷却速度与外部冷却速度相差较大导致的铸造缺陷。另外，通过控制进水温度和出水温度，能够有效控制型腔内部金属溶液的冷却速度，进而减少铸造缺陷。

上述方法中采用的铸型130为多个板连接形成的扁平状壳体结构，其主要包括底板134、两个平行间隔设置的面板136和两个平行间隔设置的侧板135。底板134、面板136和侧板135相互可拆卸连接；从而便于脱模。底板134的中部设置有注液管133，两端竖直设置有第一管道131和第二管道132，第一管道131和第二管道132穿过底板134，并延伸到型腔内部。第一管道131和第二管道132的端部均设置有圆锥形连接头，以便于与液冷管120连接。

铸型130还设置有连接件，连接件包括两个对称设置的V型块137，两个V型块137通过螺钉固定在侧板135上，并且两个V型开口相对设置。

浇注时，将铸型130竖直固定，并将液冷管120竖直安装在型腔中；两个V型块137将液冷管120夹持固定；液冷管120的进水管121和出水管122的端部均设置有圆锥形连接孔，进水管121套接在第一管道131的端部，出水管122套接在第二管道132的端部。在液冷管120自身重力的作用下，连接头与连接孔紧密连接，从而防止液冷管120中的冷却水渗漏到金属溶液中。

当金属溶液凝固后，液冷管120与金属溶液成为一体，散热板100成型。此时，将铸型130的两个面板136与侧板135和底板134的连接均拆开，并将V型块137与侧板135连接的螺钉拆下，即可进行脱模。V型块137留在散热板100中，无需取出。

最后，在成型的散热板100表面上加工出螺纹安装孔，用于安装固定电子元件。

本实施例提供的方法的优势如下：

1.采用低压铸造，在金属液的表面上造成低压力，金属液在压力作用下由下而上被压入铸型130型腔。这样得到的液冷板组织致密、均匀、纯净，内部不容易产生气泡，液冷管120和整个液冷板基体110的内表面为充分接触，不会影响换热性能。

2.在浇注的过程中，由第一管道131通入有一定流速的冷却水，流经过液冷管120后，由第二管道132流出。这样做一方面可以调节型腔内部的冷却速度；另一方面可以有效的保护液冷管120，避免液冷管120因为浇注时的高温而产生弯曲变形，甚至是产生裂痕。

3.整个液冷管120均采用优质高熔点不锈钢材质，解决了部分冷却剂对液冷板内部的冷却管路的腐蚀问题。

4.液冷管120内开了螺旋槽1231，流体流经螺旋槽1231时增加了旋转流动路径，在管内停留时间延长，同时加强了边界层流体的扰动及边界层流体和主流流体的混合，传热过程得以强化，液冷板的换热效率更高。

5.浇注前要对所有管子内外壁用不锈钢清洗剂进行清洗，去除氧化层、表面污垢和灰尘，增加表面光滑度，在浇注时能使不锈钢钢管与铝合金液充分润湿，减少气孔产生。这样液冷管100与基体110接触充分，传热热阻小，换热效率高。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种散热板制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.制作液冷管；所述液冷管包括进水管、出水管和输送组件，所述输送组件包括多个输送管和连接管，多个所述输送管平行间隔设置，相邻的所述输送管的一端通过所述连接管连接，使得所述输送管形成连续的流体通道，所述进水管和所述出水管分别与所述输送组件的两端连接；

b.制作铸型；所述铸型为板状结构，其包括中空的型腔；所述铸型的上端设置有敞口，所述铸型的下端设置有注液管、第一管道和第二管道；所述铸型还包括连接件；

c.安装液冷管；将所述液冷管置于所述型腔中，利用连接件将所述液冷管与所述铸型进行固定；并将所述进水管与所述第一管道连接，将所述出水管与所述第二管道连接；

d.浇注；利用低压铸造或压差铸造的方式给所述注液管注入铝合金溶液；浇注过程中，通过第一管道给所述液冷管通入冷却水，并使得冷却水通过第二管道流出；

e.脱模；将所述连接件与所述铸型的连接拆开，然后开模。

2.根据权利要求1所述的散热板制造方法，其特征在于：

控制第一管道的进水温度为15-25℃，并控制第一管道的水流量，使得从第二管道流出的温度保持在35-45℃之间；并保证浇注温度在700℃-750℃之间。

3.根据权利要求1所述的散热板制造方法，其特征在于：

所述螺旋槽的螺距与所述输送管内径的比值为0.3-0.5；所述螺旋槽的槽深与所述输送管内径的比值为0.04-0.06。

4.根据权利要求1所述的散热板制造方法，其特征在于：

所述铸型包括底板、两个平行间隔设置的面板和两个平行间隔设置的侧板，所述底板、面板和所述侧板相互可拆卸连接，并形成长方形壳体状结构；

所述输送管平行于所述侧板设置；所述注液管与所述底板连接。

5.根据权利要求4所述的散热板制造方法，其特征在于：

所述连接件包括两个对称设置的V型块，所述V型块与所述侧板可拆卸连接，两个所述V型块将所述液冷管进行夹持；所述第一管道和所述第二管道穿过所述底板；所述进水管套设在所述第一管道上，并与所述底板抵接；所述出水管套设在所述第二管道上，并与所述底板抵接。

6.根据权利要求5所述的散热板制造方法，其特征在于：

所述第一管道和所述第二管道的端部均设置有圆锥形连接头，所述进水管和所述出水管的端部均设置有圆锥形的连接孔；所述连接头能够与所述连接孔密封连接。

7.根据权利要求1所述的散热板制造方法，其特征在于：相邻的所述输送管上的螺旋槽旋向相反。

8.根据权利要求1所述的散热板制造方法，其特征在于：

所述液冷管采用不锈钢材料，所述液冷管的内壁和外壁均采用清洗剂进行清洗，并去除氧化层。

9.根据权利1所述的散热板制造方法，其特征在于：

还包括在成型的散热板上加工安装孔，在进水管和出水管的端部安装快换管接头。

10.根据权利要求1所述的散热板制造方法，其特征在于：

所述输送管为直管，所述连接管为半圆弧型的弯管；所述输送管与所述连接管螺纹连接；所述输送管两端的螺纹旋向相反。