CN111099910A - 一种印制板非金属散热板的制备方法 - Google Patents

一种印制板非金属散热板的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种印制板非金属散热板的制备方法，包括步骤：三维编织MPCF预制体的成型；对所述预制体进行硬化处理；对硬化处理后的所述预制体进行真空压力浸渍；对真空压力浸渍后的所述预制体进行碳化制备成C/C复合材料坯体；对所述C/C复合材料坯体加工成C/C散热板初样；对所述C/C散热板初样进行CVD碳涂层处理；对碳涂层处理后的所述C/C散热板初样进行石墨化处理；对石墨化处理后的所述C/C散热板初样进行清漆处理；通过本发明生产的散热板轻质高导热，密度为2.03g/cm3，仅为为铝合金的76％，面内热导率最高可达380W/(m·K)，比导热性能最佳的铝合金材料还要高出60％以上。

Description

一种印制板非金属散热板的制备方法
技术领域
本发明涉及非金属散热板技术领域，具体涉及一种印制板非金属散热板的制备方法。
背景技术
目前航空航天电子设备集成程度越来越高，能量密度越来越大。小型化、集成化和模块化带来的一个问题就是印制板表面集成了大量的表面贴装元器件和模块，从而导致了印制板的热通量较大。在产品进行环境应力筛选时，高温条件下，很可能因为散热问题导致元器件失效，因而寻求一种简易有效的散热方法就非常迫切。在印制板中安装散热板是常用的方法之一，常采用的散热板均为金属材料，以铝合金和铜最为常见，铜的散热效果最好，但由于铜的密度较高，导致结构重量增加过多，同时表面容易氧化，因此目前的散热板材料多以铝合金为主，铝合金有良好的机械性能，强度高并且便于加工，密度低(约2.7g/cm3)，但是耐腐蚀性不强，并且导热性能较好的铝合金(1060)的常温热导率也仅为234W/(m·K)，同时铝合金表面必须进行阳极氧化或者导电氧化处理，表面的氧化层对铝合金的散热性能也产生不利影响，因此已渐渐难以满足高散热需求。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种印制板非金属散热板的制备方法，包括步骤：
S1，三维编织MPCF预制体的成型；
S2，对所述预制体进行硬化处理；
S3，对硬化处理后的所述预制体进行真空压力浸渍；
S4，对真空压力浸渍后的所述预制体进行碳化制备成C/C复合材料坯体；
S5，对所述C/C复合材料坯体加工成C/C散热板初样；
S6，对所述C/C散热板初样进行CVD碳涂层处理；
S7，对碳涂层处理后的所述C/C散热板初样进行石墨化处理；
S8，对石墨化处理后的所述C/C散热板初样进行清漆处理。
较佳的，在步骤S1中，以中间相沥青基纤维为增强体，通过四步法成型三维编织所述预制体，成型后的所述预制体密度为0.8g/cm3。
较佳的，在步骤S2中，将所述预制体置于CVD设备中进行硬化处理，气相前驱体为甲烷，CVD时间为4h，温度为900℃，真空度为-0.096MPa。
较佳的，在步骤S3中，将所述预制件置于真空压力浸渍灌中，将所述预制件完全浸渍于中间相沥青中，浸渍压力为2MPa，温度为200℃，时间为3h。
较佳的，在步骤S4中，将所述预制件连同所述中间相沥青置于热等静压碳化炉中进行碳化，碳化压力为50MPa，温度为900℃，时间为12h。
较佳的，在步骤S5中，对所述C/C复合材料坯体进行加工至设计尺寸的C/C散热板初样。
较佳的，在步骤S6中，所述C/C散热板初样通过CVD碳涂层处理，先驱体为甲烷，时间为12h，真空度为-0.096MPa。
较佳的，在步骤S7中，将所述C/C散热板初样取出后，进行真空石墨化处理，处理温度为2800℃到3000℃，时间为12h。
较佳的，在步骤S8中，在所述C/C散热板初样表面刷一层清漆，并静置固化24h。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：通过本发明生产的散热板轻质高导热，密度为2.03g/cm3，仅为为铝合金的76％，面内热导率最高可达380W/(m·K)，比导热性能最佳的铝合金材料还要高出60％以上。同时通过改变制备工艺，可以对材料的热导率进行调节，经过处理后表面光泽度较好，不产生多余物。
附图说明
图1为所述碳/碳复合材料散热板材料表面处理的示意图；
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
实施例一
本发明所述印制板非金属散热板的制备方法，包括步骤：
S1，三维编织MPCF(高性能沥青基碳纤维)预制体的成型；
S2，对所述预制体进行硬化处理；
S3，对硬化处理后的所述预制体进行真空压力浸渍；
S4，对真空压力浸渍后的所述预制体进行碳化制备成C/C复合材料坯体；
S5，对所述C/C复合材料坯体加工成C/C散热板初样；
S6，对所述C/C散热板初样进行CVD(化学气相沉积)碳涂层处理；
S7，对碳涂层处理后的所述C/C散热板初样进行石墨化处理；
S8，对石墨化处理后的所述C/C散热板初样进行清漆处理。
具体的，在步骤S1中，以中间相沥青基纤维为增强体，通过四步法成型三维编织所述预制体，成型后的所述预制体密度为0.8g/cm3。
在步骤S2中，将所述预制体置于CVD设备中进行硬化处理，气相前驱体为甲烷，CVD时间为4h，温度为900℃，真空度为-0.096MPa。
在步骤S3中，将所述预制件置于真空压力浸渍灌中，将所述预制件完全浸渍于中间相沥青中，浸渍压力为2MPa，温度为200℃，时间为3h。
在步骤S4中，将所述预制件连同所述中间相沥青置于热等静压碳化炉中进行碳化，碳化压力为50MPa，温度为900℃，时间为12h。
在步骤S5中，对所述C/C复合材料坯体进行加工，按要求加工成散热板所需形状尺寸的C/C散热板初样。
在步骤S6中，所述C/C散热板初样通过CVD碳涂层处理，先驱体为甲烷，时间为12h，真空度为-0.096MPa。
在步骤S7中，将所述C/C散热板初样取出后，进行真空石墨化处理，处理温度为2800℃到3000℃，时间为12h。
在步骤S8中，在所述C/C散热板初样表面刷一层清漆，并静置固化24h。
如图1所示，图1为所述碳/碳复合材料散热板材料表面处理的示意图；本发明提出印制板C/C复合材料散热板制备方法，该方法的核心思想是以三维编织结构的MPCF为预制体结构，中间相沥青为碳基体前驱体，通过硬化处理、浸渍、热压、碳化之后制备出3D高导热C/C复合材料坯体，加工成型后，再对表面进行化学气相沉积(CVD)碳涂层、石墨化处理、表面清漆处理。
通过本发明生产的散热板轻质高导热，密度为2.03g/cm3，仅为为铝合金的76％，面内热导率最高可达380W/(m·K)，比导热性能最佳的铝合金材料还要高出60％以上。同时通过改变制备工艺，可以对材料的热导率进行调节，经过处理后表面光泽度较好，不产生多余物。
实施例二
在本实施例中，所述印制板非金属散热板为长为120mm宽为90mm厚度为4mm的C/C复合材料散热板，具体制备方法包括以下步骤：
S1，首先将预制体成型后进行硬化处理；预制体置于化学气相沉积沉积4h，温度为900℃，真空度为-0.096MPa，预制体硬化后密度为0.84g/cm3；
S2，将硬化后的所述预制件置于真空压力浸渍罐中，进行加压浸渍中间相沥青，温度为200℃，压力为2MPa，时间为3h。将所述预制件连同沥青置于热等静压碳化炉中进行碳化，碳化压力50MPa，温度为900℃，时间为12h；
S3，对C/C复合材料坯体进行加工，按要求加工成120mmX90mmX4mm的C/C散热板初样；
S4，所述C/C散热板初样通过CVD碳涂层处理。先驱体为甲烷，时间为12h，温度真空度为-0.096MPa。随后，进行真空石墨化处理，处理温度为2800℃，由于厚度只有4mm，需要用石墨工装将所述C/C散热板初样夹紧，高温处理时间为12h。经测定，石墨涂层一般厚度设置约为40微米。再用清漆在散热板各个面均轻轻刷一层清漆，固化为24小时。
经过测试，在本实施例中，经步骤S4处理后的散热板密度为2.04g/cm3，面内热导率为330W/(m·K)，厚度方向热导率为65W/(m·K)，重量为43g(外围尺寸不变化，因为需要在散热板上切削以及打孔，与印制板进行匹配，因此质量约为未切削加工前的49％)。
实施例三
在本实施例中，所述印制板非金属散热板为长为150mm宽为110mm厚度为5mm的C/C复合材料散热板，具体制备方法包括以下步骤：
S1，首先将预制体成型后进行硬化处理，预制体置于化学气相沉积沉积为4h，温度为900℃，真空度为-0.096MPa，预制体硬化后密度为0.84g/cm3；
S2，将硬化后的预制件置于真空压力浸渍罐中，进行加压浸渍中间相沥青，温度200℃，压力为2MPa，时间为3h。将预制件连同沥青置于热等静压碳化炉中进行碳化，碳化压力为50MPa，温度为900℃，时间为12h；
S3，对C/C材料坯体进行加工，按要求加工成150mmX110mmX5mm的C/C散热板初样；
S4，C/C散热板初样通过CVD碳涂层处理。先驱体为甲烷，时间为12h，温度真空度为-0.096MPa。随后，进行真空石墨化处理，处理温度为2900℃，由于厚度只有5mm，需要用石墨工装将散热板夹紧，高温处理时间为12h。经测定，石墨涂层厚度约为40微米。再用清漆在散热板各个面均轻轻刷一层清漆，固化为24小时。
经过测试，在本实施例中，经步骤S4处理后的散热板密度为2.03g/cm3，面内热导率为345W/(m·K)，厚度方向热导率为74W/(m·K)，重量为82.5g(外围尺寸不变化，因为需要在散热板上切削以及打孔，与印制板进行匹配，因此质量约为未切削加工前的49％)。
实施例四
在本实施例中，所述印制板非金属散热板为长为180mm宽为130mm厚度为5mm的C/C复合材料散热板，具体制备方法包括以下步骤：
S1，首先将预制体成型后进行硬化处理，预制体置于化学气相沉积沉积为4h，温度为900℃，真空度为-0.096MPa，预制体硬化后密度为0.84g/cm3；
S2，将硬化后的预制件置于真空压力浸渍罐中，进行加压浸渍中间相沥青，温度为200℃，压力为2MPa，时间为3h。将预制件连同沥青置于热等静压碳化炉中进行碳化，碳化压力为50MPa，温度为900℃，时间为12h；
S3，对C/C材料坯体进行加工，按要求加工成180mmX130mmX5mm的C/C散热板初样；
S4，C/C散热板初样通过CVD碳涂层处理。先驱体为甲烷，时间为12h，温度真空度为-0.096MPa。随后，进行真空石墨化处理，处理温度为3000℃，由于厚度只有5mm，需要用石墨工装将散热板夹紧，高温处理时间为12h。经测定，石墨涂层厚度约为40微米。再用清漆在散热板各个面均轻轻刷一层清漆，固化24小时。
经过测试，在本实施例中，经步骤S4处理后的散热板密度为2.04g/cm3，面内热导率为365W/(m·K)，厚度方向热导率为83W/(m·K)，重量117g(外围尺寸不变化，因为需要在散热板上切削以及打孔，与印制板进行匹配，因此质量约为未切削加工前的49％)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种印制板非金属散热板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1，三维编织MPCF预制体的成型；
S2，对所述预制体进行硬化处理；
S3，对硬化处理后的所述预制体进行真空压力浸渍；
S4，对真空压力浸渍后的所述预制体进行碳化制备成C/C复合材料坯体；
S5，对所述C/C复合材料坯体加工成C/C散热板初样；
S6，对所述C/C散热板初样进行CVD碳涂层处理；
S7，对碳涂层处理后的所述C/C散热板初样进行石墨化处理；
S8，对石墨化处理后的所述C/C散热板初样进行清漆处理。
2.如权利要求1所述的印制板非金属散热板的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，以中间相沥青基纤维为增强体，通过四步法成型三维编织所述预制体，成型后的所述预制体密度为0.8g/cm3。
3.如权利要求2所述的印制板非金属散热板的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，将所述预制体置于CVD设备中进行硬化处理，气相前驱体为甲烷，CVD时间为4h，温度为900℃，真空度为-0.096MPa。
4.如权利要求3所述的印制板非金属散热板的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，将所述预制件置于真空压力浸渍灌中，将所述预制件完全浸渍于中间相沥青中，浸渍压力为2MPa，温度为200℃，时间为3h。
5.如权利要求4所述的印制板非金属散热板的制备方法，其特征在于，在步骤S4中，将所述预制件连同所述中间相沥青置于热等静压碳化炉中进行碳化，碳化压力为50MPa，温度为900℃，时间为12h。
6.如权利要求5所述的印制板非金属散热板的制备方法，其特征在于，在步骤S5中，对所述C/C复合材料坯体进行加工至设计尺寸的C/C散热板初样。
7.如权利要求6所述的印制板非金属散热板的制备方法，其特征在于，在步骤S6中，所述C/C散热板初样通过CVD碳涂层处理，先驱体为甲烷，时间为12h，真空度为-0.096MPa。
8.如权利要求7所述的印制板非金属散热板的制备方法，其特征在于，在步骤S7中，将所述C/C散热板初样取出后，进行真空石墨化处理，处理温度为2800℃到3000℃，时间为12h。
9.如权利要求8所述的印制板非金属散热板的制备方法，其特征在于，在步骤S8中，在所述C/C散热板初样表面刷一层清漆，并静置固化24h。
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