CN111174616A - 一种超薄均温板结构及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超薄均温板结构及其制造工艺，超薄均温板结构包括带有凹坑的第一薄板和第二薄板，所述第一薄板和第二薄板之间设有多孔毛细结构，所述第一薄板的内壁一端开设第一凹槽，所述第二薄板的内壁一端开设第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽内固设抽真空/注液管，所述第一薄板内壁的凹坑内粘接或焊接有若干支撑柱，所述支撑柱为圆柱、圆筒、多边形柱或条形柱；所述多孔毛细结构放置在所述第二薄板内壁的凹坑内，所述多孔毛细结构的顶部与所述支撑柱接触；所述第一薄板和第二薄板均为冲压的方式制得。本发明结构可实现在传输一定热时产生更小的温差和能够传输更大的热功率，生产过程环境友好，提高产能，节省相关的材料成本和人力成本。
Description
技术领域
本发明涉及热传导材料技术领域，具体为一种超薄均温板结构及其制造工艺。
背景技术
随着5G的到来，越来越多的消费者对各种电子消费设备提出了更多更强的功能，从而导致这些电子设备的电功率和散热功率不但升高，导致传统的石墨或者铜箔无法控制发热器件的温度控制，从而出现用户体验太差或者产品寿命较短，比如用户握着手机觉得发烫，使用某些程序时出现死机或降频。研究和统计表明，出现类似的问题时96.3％的问题归属于产品核心器件的超温，因为核心器件的超温会导致该器件寿命降低比较严重，通常器件的寿命与器件所承受的温度成负指数关系，从而降低整个产品的使用寿命。
针对如上的问题，现有的技术采用石墨+铜箔或者是一定厚度的均温板/热管技术来进行相关的产品热管理。石墨+铜箔，利用了高导热材料依靠导热来实现传热和散热；而超薄均温板/热管，都是利用在一个密封的真空腔室下借助液态工质吸热时液体相变为气体并且吸收大量的热，气态的蒸汽靠一定的压差运动到低压的壳体壁面，壁面外部与冷却环境接触，从而实现将热端的热传递到冷端，应用于发热器件时可以实现器件的热迁移，气-液相变均温特点可以很方便地将集中的热快速扩展开到更大的散热面上去，从而实现在更小的温差下实现散热。
现在应用与5G移动终端设备上的散热均温板，厚度基本在0.4mm以内，因为其厚度较薄，所以采用厚板与薄板组合，其中厚板采用蚀刻的办法蚀刻很多支撑柱，这些支撑柱既保证薄板产品的强度，也为饱和蒸汽遇冷冷凝为液体提供回流的通路。为了蚀刻出这些支撑柱，蚀刻板通常厚度较厚，比如0.25mm或者0.3mm，由于需求量巨大，每一个产品损失材料为45％，采用厚板蚀刻这就导致材料浪费严重；同时，由于蚀刻是采用化学腐蚀去除未保护的材料，所以难免采用强酸溶液，这会导致环境污染和破坏；并且蚀刻工艺耗费了大量人力和财力。
因此需要开发一种新型的均温板。
发明内容
为解决以上现有问题，本发明提供一种超薄均温板结构及其制造工艺。本发明通过以下技术方案实现。
一种超薄均温板结构，包括带有凹坑的第一薄板和第二薄板，所述第一薄板和第二薄板之间设有多孔毛细结构，所述第一薄板的内壁一端开设第一凹槽，所述第二薄板的内壁一端开设第二凹槽，所述第一凹槽和第二凹槽内固设抽真空/注液管，所述第一薄板内壁的凹坑内粘接或焊接有若干支撑柱，所述支撑柱为圆柱、圆筒、多边形柱或条形柱；所述多孔毛细结构放置在所述第二薄板内壁的凹坑内，所述多孔毛细结构的顶部与所述支撑柱接触；所述第一薄板和第二薄板均为冲压的方式制得。
优选的，所述抽真空/注液管是外直径为D1.5mm～3mm的金属或高分子材料加工而成管体。
优选的，所述第一薄板与第二薄板采用0.03～0.35mm的卷型板料进行连续冲压获得，材料属性包括铜及其铜合金、铁、碳钢、铝及其合金和高分子材料比如赛刚。
优选的，所述支撑柱采用治具快速定位粘合在所述第一薄板的内壁。
优选的，所述支撑柱采用金属包括铜及其合金、铁及其碳钢等金属或非金属材料制成。
优选的，所述多孔毛细结构可采用金属丝或合成纤维编织而得，也可采用金属粉颗粒烧结获得。
优选的，多孔毛细结构采用编织丝网或者合成纤维时，多孔毛细结构与第二薄板采用电阻焊或者是烧结的方式进行接触；多孔毛细结构采用小于等于40μm以内金属粉末烧结得到时，金属粉末采用酒精或者是水与一定的粘结剂混合，然后将这种混合粉末涂到第二薄板的一个表面的制定区域上进行进炉高温烧结。
一种上述超薄均温板结构的制造工艺，包括以下步骤：
S1.第一薄板、第二薄板、多孔毛细结构以及支撑柱的加工；
S2.支撑柱与第一薄板的结合：支撑柱定位与摆放，支撑柱的定位采用专用治具快速定位，专用治具根据各种产品规格不同而不同；支撑柱一个端面涂粘结剂，采用程序指导自动机械臂快速定位并点粘结剂于支撑柱同一平面上的端面上；将涂好连接剂的与第一薄板进行结合，并施加一定的温度、力和时间；
S3.多孔毛细结构与第二薄板的结合：如果多孔毛细结构采用编织丝网或者合成纤维，则多孔毛细结构与第二薄板采用电阻焊或者是烧结的方式进行接触；如果多孔毛细结构采用小于等于40μm以内金属粉末，则将金属粉末采用酒精或者是水与一定的粘结剂混合，然后将这种混合粉末涂到第二薄板的一个表面的制定区域上进行进炉高温烧结；
S4.第一薄板与第二薄板四周相互贴合并焊接，采用钎焊、激光焊接、电阻焊或氩弧焊等焊接方法；
S5.焊接真空/注液管，将真空/注液管放置到第一薄板与第二薄板一端的槽孔内，然后采用钎焊或者是电阻焊接的办法将两者焊接在一起；
S6.注入工作流体，通过真空/注液管，向密封腔体注入一定量的工作流体，其注入量根据产品尺寸不同而不同；
S7.抽真空，通过真空/注液管连接真空泵，通过真空泵将产品内的不凝性气体尽可能排除；
S8.产品封口，当产品抽空达到一定值后，就将真空/注液管全部剪断并且密封。
优选的，步骤S2中支撑柱与第一薄板的结合时还需要配合氮/氢混合气体进行保护。
本发明的有益效果：
本发明超薄均温板采用铜及其铜合金、铁及其碳合金、铝及其合金、钛合金、高分子材料如赛钢等冲压加工第一薄板和第二薄板，内部注入工作流体，相对于传统石墨或者铜箔均温板，该产品具备更高的导热系数，其有效导热系数处于3000～12000w/m-K，远高于传统石墨和铜，可实现在传输一定热时产生更小的温差和能够传输更大的热功率。
本发明的第一薄板和第二薄板采用冲压方式，第一薄板上的支撑柱采用粘接的方式，传统方式为了蚀刻出这些支撑柱，与传统的蚀刻加工均温板工艺相比能节省用料，降低成本，避免强酸加工造成环境污染，而且产能对应提高至少53％，节省相关的材料成本和人力成本，最终降低产品成本和保护环境。
附图说明
图1为本发明一种超薄均温板的拆分结构示意图。
其中：1.第一薄板；101.第一凹槽；2.支撑柱；3.多孔毛细结构；4.真空管/真空/注液管；5.第二薄板；501.第二凹槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作更为详细、完整的说明。
一种超薄均温板结构，包括带有凹坑的第一薄板1和第二薄板5，所述第一薄板1和第二薄板5之间设有多孔毛细结构3，所述第一薄板1的内壁一端开设第一凹槽101，所述第二薄板5的内壁一端开设第二凹槽501，所述第一凹槽101和第二凹槽501内固设抽真空/注液管4，所述第一薄板1内壁的凹坑内粘接或焊接有若干支撑柱2，所述支撑柱2为圆柱、圆筒、多边形柱或条形柱；所述多孔毛细结构3放置在所述第二薄板5内壁的凹坑内，所述多孔毛细结构3的顶部与所述支撑柱2接触；所述第一薄板1和第二薄板5均为冲压的方式制得。
作为进一步说明，所述抽真空/注液管4是外直径为D1.5mm～3mm的金属或高分子材料加工而成管体；所述第一薄板1与第二薄板5采用0.03～0.35mm的卷型板料进行连续冲压获得，材料属性包括铜及其铜合金、铁、碳钢、铝及其合金和高分子材料。
作为进一步说明，所述支撑柱2采用治具快速定位粘合在所述第一薄板1的内壁；所述支撑柱2采用金属包括铜及其合金、铁及其碳钢等金属或非金属材料制成。
作为进一步说明，所述多孔毛细结构3可采用金属丝或合成纤维编织而得，也可采用金属粉颗粒烧结获得；多孔毛细结构采用编织丝网或者合成纤维时，多孔毛细结构与第二薄板采用电阻焊或者是烧结的方式进行接触；多孔毛细结构采用小于等于40μm以内金属粉末烧结得到时，金属粉末采用酒精或者是水与一定的粘结剂混合，然后将这种混合粉末涂到第二薄板的一个表面的制定区域上进行进炉高温烧结。
一种上述超薄均温板结构的制造工艺，包括以下步骤：
S1.第一薄板、第二薄板、多孔毛细结构以及支撑柱的加工；
S2.支撑柱与第一薄板的结合：支撑柱定位与摆放，支撑柱的定位采用专用治具快速定位，专用治具根据各种产品规格不同而不同；支撑柱一个端面涂粘结剂，采用程序指导自动机械臂快速定位并点粘结剂于支撑柱同一平面上的端面上；将涂好连接剂的与第一薄板进行结合，并施加一定的温度、力和时间；
S3.多孔毛细结构与第二薄板的结合：如果多孔毛细结构采用编织丝网或者合成纤维，则多孔毛细结构与第二薄板采用电阻焊或者是烧结的方式进行接触；如果多孔毛细结构采用小于等于40μm以内金属粉末，则将金属粉末采用酒精或者是水与一定的粘结剂混合，然后将这种混合粉末涂到第二薄板的一个表面的制定区域上进行进炉高温烧结；
S4.第一薄板与第二薄板四周相互贴合并焊接，采用钎焊、激光焊接、电阻焊或氩弧焊等焊接方法；
S5.焊接真空/注液管，将真空/注液管放置到第一薄板与第二薄板一端的槽孔内，然后采用钎焊或者是电阻焊接的办法将两者焊接在一起；
S6.注入工作流体，通过真空/注液管，向密封腔体注入一定量的工作流体，其注入量根据产品尺寸不同而不同；
S7.抽真空，通过真空/注液管连接真空泵，通过真空泵将产品内的不凝性气体尽可能排除；
S8.产品封口，当产品抽空达到一定值后，就将真空/注液管全部剪断并且密封。
具体实施例1
一种超薄均温板结构，包括带有凹坑的第一薄板1和第二薄板5，第一薄板1的厚度0.03～0.35mm，采用冲压方式，材料为铜及其铜合金、铁及其碳合金、铝及其合金、钛合金、高分子材料，其中的高分子材料可为赛钢等；第二薄板5的厚度0.03～0.35mm，采用冲压方式，材料与第一薄板1的加工材料相同。第一薄板1和第二薄板2的形状相同，两者之间设置有与第二薄板5的凹坑大小相同的多孔毛细结构3。充当吸收液体工作介质，以便在一定真空腔体时，液体吸热后会快速蒸发或者沸腾，并带走大量的热。
第一薄板1的内壁一端开设第一凹槽101，第二薄板5的内壁一端开设第二凹槽501，第一凹槽101和第二凹槽501内固设抽真空/注液管4，抽真空/注液管4是外直径为D1.5mm～3mm的金属或高分子材料加工而成管体；所述第一薄板1与第二薄板5采用0.03～0.35mm的卷料进行连续冲压获得，材料属性包括铜及其铜合金、铁、碳钢、铝及其合金和高分子材料。
第一薄板1内壁的凹坑内粘接或焊接有若干支撑柱2，支撑柱2为圆柱、圆筒、多边形柱或条形柱；支撑柱2采用治具快速定位粘合在所述第一薄板1的内壁；支撑柱2采用金属包括铜及其合金、铁及其碳钢等金属或非金属材料制成。
多孔毛细结构3放置在第二薄板5内壁的凹坑内，多孔毛细结构3的顶部与所述支撑柱2接触。
一种上述超薄均温板结构的制造工艺，包括以下步骤：
S1.第一薄板、第二薄板、多孔毛细结构以及支撑柱的加工：
第一薄板和第二薄板采用冲压方式加工；
支撑柱采用柱料，通过冲压或者剪切获得一定的长度，其界面形状可以是圆形、多边形、条形，材料为铜及其铜合金、铁及其碳合金、铝及其合金、钛合金、高分子材料等；
多孔毛细结构可采用金属丝或合成纤维编织而得，也可采用金属粉颗粒烧结获得；多孔毛细结构采用编织丝网或者合成纤维时，多孔毛细结构与第二薄板采用电阻焊或者是烧结的方式进行接触；多孔毛细结构采用小于等于40μm以内金属粉末烧结得到时，金属粉末采用酒精或者是水与一定的粘结剂混合，然后将这种混合粉末涂到第二薄板的一个表面的制定区域上进行进炉高温烧结。
S2.支撑柱与第一薄板的结合：
支撑柱定位与摆放，支撑柱的定位采用专用治具快速定位，专用治具根据各种产品规格不同而不同；支撑柱一个端面涂粘结剂，采用程序指导自动机械臂快速定位并点粘结剂于支撑柱同一平面上的端面上；将涂好连接剂的与第一薄板进行结合，并施加一定的温度、力和时间；
支撑柱高度0.05～0.2mm，采用机械臂进行程序化自动布置，并且在铜一个平面的端面上涂抹粘结剂，粘接方式可以是胶粘、钎焊、电阻焊。
S3.多孔毛细结构与第二薄板的结合：
如果多孔毛细结构采用编织丝网或者合成纤维，则多孔毛细结构与第二薄板采用电阻焊或者是烧结的方式进行接触；如果多孔毛细结构采用小于等于40μm以内金属粉末，则将金属粉末采用酒精或者是水与一定的粘结剂混合，然后将这种混合粉末涂到第二薄板的一个表面的制定区域上进行进炉高温烧结。
S4.第一薄板与第二薄板的结合：
第一薄板与第二薄板四周相互贴合并焊接，采用钎焊、激光焊接、电阻焊或氩弧焊等焊接方法进行密封。
S5.焊接真空/注液管，将真空/注液管放置到第一薄板与第二薄板一端的槽孔内，然后采用钎焊或者是电阻焊接的办法将两者焊接在一起；
S6.注入工作流体：
通过真空/注液管，向密封腔体注入一定量的工作流体，其注入量根据产品尺寸不同而不同；
工作流体可以是水，制冷剂，甲醇等。
S7.抽真空，通过真空/注液管连接真空泵，通过真空泵将产品内的不凝性气体尽可能排除。
S8.产品封口，当产品抽空达到一定值后，就将真空/注液管全部剪断并且密封。
工作原理：
本发明超薄均温板，当发热器件贴合第二薄板的外表面，内部的多孔毛细结构里会存储一定的液态工作流体，在一定的真空度下，液态工作流体吸热会相变为饱和蒸汽，饱和蒸汽会在一定的压差下流动到整个腔体，因为一定真空度下的气态工作流体的相变温度是恒定的，这些饱和蒸汽在腔体壁面遇到冷却时，饱和蒸汽会冷凝为液体状态，并释放相关的潜热，从而实现将器件的废热释放到更大的外部环境。
相对于传统石墨或者铜箔，该产品具备更高的导热系数，可以实现在传输一定热时产生更小的温差和能够传输更大的热功率。
相对于传统薄型均温板，本发明的第一薄板和第二薄板采用冲压方式，第一薄板上的支撑柱采用粘接的方式，传统方式为了蚀刻出这些支撑柱，所以蚀刻板厚度较厚，比如0.25mm或者0.3mm，由于需求量巨大，采用厚板蚀刻这就导致材料浪费严重，每一个产品损失材料为45％；同时，由于蚀刻是采用化学腐蚀去除未保护的材料，所以难免采用强酸溶液，这难免会导致环境污染和破坏；为了蚀刻这种产品从而耗费了人力和财力。本发明的目的是为了解决产品遇到的如上多方面的问题，采用冲压+粘接替代传统蚀刻，过程不产生酸液污染，而且产能对应提高至少53％，节省相关的材料成本和人力成本，最终降低产品成本和保护环境。
显然，所描述的实施例仅是本发明的个别实施例，而不是全部实施例。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前提下所获得的所有其它实施，都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种超薄均温板结构，包括带有凹坑的第一薄板(1)和第二薄板(5)，所述第一薄板(1)和第二薄板(5)之间设有多孔毛细结构(3)，所述第一薄板(1)的内壁一端开设第一凹槽(101)，所述第二薄板(5)的内壁一端开设第二凹槽(501)，所述第一凹槽(101)和第二凹槽(501)内固设抽真空/注液管(4)，其特征在于：
所述第一薄板(1)内壁的凹坑内粘接或焊接有若干支撑柱(2)，所述支撑柱(2)为圆柱、圆筒、多边形柱或条形柱；
所述多孔毛细结构(3)放置在所述第二薄板(5)内壁的凹坑内，所述多孔毛细结构(3)的顶部与所述支撑柱(2)接触；
所述第一薄板(1)和第二薄板(5)均为冲压的方式制得。
2.根据权利要求1所述的一种超薄均温板结构，其特征在于：所述抽真空/注液管(4)是外直径为D1.5mm～3mm的金属或高分子材料加工而成管体。
3.根据权利要求1所述的一种超薄均温板结构，其特征在于：所述第一薄板(1)与第二薄板(5)采用0.03～0.35mm的卷型板料进行连续冲压获得，材料属性包括铜及其铜合金、铁、碳钢、铝及其合金和高分子材料比如赛刚等。
4.根据权利要求1所述的一种超薄均温板结构，其特征在于：所述支撑柱(2)采用治具快速定位粘合在所述第一薄板(1)的内壁。
5.根据权利要求4所述的一种超薄均温板结构，其特征在于：所述支撑柱(2)采用金属包括铜及其合金、铁及其碳钢等金属或非金属材料制成。
6.根据权利要求1所述的一种超薄均温板结构，其特征在于：所述多孔毛细结构(3)可采用金属丝或合成纤维编织而得，也可采用金属粉颗粒浆烧结获得。
7.根据权利要求6所述的一种超薄均温板结构，其特征在于：多孔毛细结构采用编织丝网或者合成纤维时，多孔毛细结构与第二薄板采用电阻焊或者是烧结的方式进行接触；多孔毛细结构采用小于等于40μm以内金属粉末烧结得到时，金属粉末采用酒精或者是水与一定的粘结剂混合，然后将这种混合粉末涂到第二薄板的一个表面的制定区域上进行进炉高温烧结。
8.一种权利要求1所述的超薄均温板结构的制造工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1.第一薄板、第二薄板、多孔毛细结构以及支撑柱的加工；
S2.支撑柱与第一薄板的结合：支撑柱定位与摆放，支撑柱的定位采用专用治具快速定位，专用治具根据各种产品规格不同而不同；支撑柱一个端面涂粘结剂，采用程序指导自动机械臂快速定位并点粘结剂于支撑柱同一平面上的端面上；将涂好连接剂的与第一薄板进行结合，并施加一定的温度、力和时间；
S3.多孔毛细结构与第二薄板的结合：如果多孔毛细结构采用编织丝网或者合成纤维，则多孔毛细结构与第二薄板采用电阻焊或者是烧结的方式进行接触；如果多孔毛细结构采用小于等于40μm以内金属粉末，则将金属粉末采用酒精或者是水与一定的粘结剂混合，然后将这种混合粉末涂到第二薄板的一个表面的制定区域上进行进炉高温烧结；
S4.第一薄板与第二薄板四周相互贴合并焊接，采用钎焊、激光焊接、电阻焊或氩弧焊等焊接方法；
S5.焊接真空/注液管，将真空/注液管放置到第一薄板与第二薄板一端的槽孔内，然后采用钎焊或者是电阻焊接的办法将两者焊接在一起；
S6.注入工作流体，通过真空/注液管，向密封腔体注入一定量的工作流体，其注入量根据产品尺寸不同而不同；
S7.抽真空，通过真空/注液管连接真空泵，通过真空泵将产品内的不凝性气体尽可能排除；
S8.产品封口，当产品抽空达到一定值后，就将真空/注液管全部剪断并且密封。
9.根据权利要求8所述的一种超薄均温板结构的制造工艺，其特征在于：步骤S2中支撑柱与第一薄板的结合时还需要配合氮/氢混合气体进行保护。
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