CN111590044A - 一种铜铝结合5g天线散热器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种铜铝结合5G天线散热器的制作方法，采用预先加磨砂处理后的铜片通过压铸成型工艺制成，这个方法可以将铜和铝相接的热阻降到最低，同时，由于散热器的半椭球型的片层结构，可以将热量的散发速度加快，再加上用纯铜做基板，可以将芯片的热量均匀化，同时更好地将热量传递给铝制翅片，散热器温度分布均匀，表面温差小。多个散热片同时工作，散热效率高。由于内部存在弧形结构，所以可以加强微弱气流的上升，加强了翅片和空气的对流效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料加工技术领域，具体涉及一种铜铝结合5G天线散热器的制作方法。
背景技术
目前通讯技术高速发展，随着5G技术的日益普及，在性能和速度提高的同时，芯片内晶体管数量的增加，芯片的发热量也变大，芯片的功耗也越来越高。当芯片的工作温度超过200℃时，过高的温度使各材料之间产生过大的热膨胀应力。这会导致芯片永久性失效，而且温度过高会造成更大的发热量，这将大大增加器件的功耗。因此，基站芯片散热器成为了广大研究者的研究方向。
例如：中国专利(CN 105023892B)公开了一种芯片散热器，该芯片散热器，散热体内设有容置腔，第二导热体至少部分插设于散热液体内，利用液体的流动性，电子元件产生的热量通过导热体迅速被散热液体吸收，并通过容置腔的内壁分散到散热体上，再通过散热片以对流、辐射、传导等散热方式将热量散至空气中，有利于热量的快速传输及分散，提高了芯片散热器的散热性能。但是，由于散热器的密封性，导致散热器维修成本和制作难度大幅度提高。中国专利(CN 103175179B)公开了一种散热器，可同时通过热传导、热对流和热辐射三种热传递方式进行散热，而现有的散热器一般只有一两种散热方式。但是该发明没有充分解释和说明大功率芯片热量聚集问题。中国专利(CN 106409790B)公开了一种强效的芯片散热器，蒸发层隔离半导体制冷层和芯片，安全性高；通过液体冷却、半导体制冷进行散热，散热效率高，适用范围广。但是5G基站是在户外的，环境恶劣，这个散热器结构过于复杂，增加了维修以及生产的成本，同时在一定程度上减少了寿命。中国专利(CN208983906U)公开了一种铜铝复合散热器，通过散热铝板和散热铜板热融压合在一起，实现了散热铜板和散热铝板的稳定结合，使得铜铝复合散热器中铜部件和铝部件能够实现简易、稳固的结合，同时也显著降低了铜铝复合散热器中铜部件和铝部件的结合成本，进而在铜铝复合散热器的散热性能、整体体积、整体重量和制造工艺之间做到了兼顾和平衡。由于该散热器表面覆盖密封盖板，虽然散热器耐蚀性增强，但是密封盖板导致散热器散热性能变差，散热效率降低。
发明内容
本发明为了克服上述技术问题，提供了一种铜铝结合5G天线散热器的制作方法，提高了5G天线散热器的散热能力，改善了5G天线芯片的工作条件，并且所用的设备应用广泛原料成本相对较低，适合工业化生产，并且结构简单，易于推广使用。
解决上述技术问题的技术方案如下：
一种铜铝结合5G天线散热器的制作方法，采用铜基铝压铸成型方式制成，包括以下步骤：
制作模具：
根据需求设计模具结构，压铸模具采用H13模具钢做模芯，模框采用QT600球墨铸铁，对模具进行加热，将模具内均匀喷涂润滑液,使用装好铸件模具的压力铸造机械压铸；
压铸模具采用XR-D涂层，涂层厚度为2～5μm，涂层的抗氧化温度为1300～1500℃，涂层硬度为HV0.05：4500，颜色为灰黑。
模芯加工方法为：
1)调制，2)粗加工，3)3次回火处理，4)成型精电加工，5)去应力处理，6)氧化处理。
模具为使铜基铝翅片具有以下结构：
圆形结构的铜基板和半椭球状铝制翅片，所述的半椭球状铝制翅片由一体成型的圆形底部铝基和半椭球状曲面铝翅片组成，所述的圆形底部铝基与铜基板的上表面无缝贴合，实现铜基板与圆形底部铝基的热传导，圆形底部铝基进一步将热量传导给半椭球状曲面铝翅片，所述的半椭球状曲面铝翅片还等距设置有8个由椭球中心向圆形底部铝基扩散弯曲的呈喇叭状开口的散热通道，所述的散热通道内还具有由下往上弯曲的弧面，以实现半椭球状曲面铝翅片与任意方向气流充分接触。
制作铜基板
将冷却成型厚度为4～8mm的纯铜卷在生产线上展开，采用剪圆机进行切割，切割为规定要求大小，将表面进行磨砂处理后的厚度为4～8mm，半径为160～200mm的纯铜基板放到模具的底部中心处，为下一个压铸阶段做准备。
压铸铜基铝翅片
取纯铜材料进行持续加热，使其达到熔化状；取铝或者铝合金材料进行持续加热至熔融状态。
通过压铸成型工艺制作铝翅片，将铝翅片的底部与铜基板无缝贴合连接
先压铸模具，将步骤1)得到的已成型的铜基板放置于模具底部的固定位置，然后将铝锭加热至660-670℃成高温高压铝液，将高温高压铝液经模具顶部的注入口注入，待冷却后脱模，打磨，抛光，并对初胚进行修剪壕沟清理，抛光即得铜基铝翅片；
将芯片与铜基板的下表面通过液态金属或硅脂无缝贴合连接即得铜铝结合5G天线散热器。
进一步地说，所述的芯片与铜基板的下表面无缝贴合连接，基于目前5G天线芯片的功率及个数，将芯片定为32～48个，每一个芯片功率为8W。
本发明的有益效果是：
该发明提供了一种铜铝结合5G天线散热器的制作方法，具有以下优点：
(1)本发明提供了一种铜铝结合5G天线散热器，该散热器采用压铸成型工艺，压铸方式为模型的自上而下压铸，压铸成型工件结构紧密，避免缩孔、气泡等缺陷产生，保证成型工件的质量。
(2)本发明采用了铝合金与铜作为导热材料，椭球层式散热方式，导热系数大，因此铜铝压铸成型合金具有良好的导热性，能够有效传导芯片产生的热量，改善了芯片热量堆积的问题，延长了芯片的使用寿命，保证了芯片的性能。降低芯片与外壳的温差，采用高导热界面材料和热桥接导热块或热管；降低外壳表面温度，增加设备的外壳体积，优化散热叶片设计，加大表面积，改善外壳温度均匀性，延长了芯片的使用寿命，保证了芯片的性能。天线散热器翅片上设八个弧面喇叭形开口共同工作，增加散热器的散热效率，增强散热性能。
(3)本发明采用铜和铝合金作为基材，天线散热器铜基板与结合采用磨砂处理。适当加厚外壳，对冷却成型后的铜铝压铸件进行抛光打磨处理，使散热翅片表面光滑、平整。铝合金氧化后形成致密的氧化膜，增加散热器的耐腐蚀性，延长散热器工作寿命。
(4)本发明所涉及的设备均为常见设备，不需要特别要求处理，成本较低，操作方便，资源可回收利用，在大幅降低成本的同时，也保证了产品的性能，适合大规模生产，对于工业生产应用具有非常大的实际价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的5G天线散热器的拆分结构示意图；
图2为本发明的铝翅片正面结构示意图；
图3为本发明的铝翅片俯视结构示意图；
图4为本发明的散热通道内部设置的弧面结构示意图；
图5为芯片排布状态示意图；
图中：1为半椭球状铝制翅片，2为圆形底部铝基，3为铜基板，4为芯片，5为散热通道，6为散热通道内部设置由下往上弯曲的弧面。
具体实施方式
实施例1：
一种铜铝结合5G天线散热器的制作方法，采用铜基铝压铸成型方式制成，包括以下步骤：
制作模具：
根据需求设计模具结构，压铸模具采用H13模具钢做模芯，模框采用QT600球墨铸铁，对模具进行加热，将模具内均匀喷涂润滑液,使用装好铸件模具的压力铸造机械压铸；
压铸模具采用XR-D涂层，涂层厚度为2μm，涂层的抗氧化温度为1300℃，涂层硬度为HV0.05：4500，颜色为灰黑。
模芯加工方法为：
1)调制，2)粗加工，3)3次回火处理，4)成型精电加工，5)去应力处理，6)氧化处理。
模具为使铜基铝翅片具有以下结构：
如图1-5所示，圆形结构的铜基板3和半椭球状铝制翅片1，半椭球状铝制翅片1由一体成型的圆形底部铝基2和半椭球状曲面铝翅片组成，圆形底部铝基2与铜基板3的上表面无缝贴合，实现铜基板3与圆形底部铝基2的热传导，圆形底部铝基2进一步将热量传导给半椭球状曲面铝翅片，半椭球状曲面铝翅片还等距设置有8个由椭球中心向圆形底部铝基扩散弯曲的呈喇叭状开口的散热通道5，散热通道5内部设置由下往上弯曲的弧面6，以实现半椭球状曲面铝翅片与任意方向气流充分接触。
制作铜基板
将冷却成型厚度为4mm的纯铜卷在生产线上展开，采用剪圆机进行切割，切割为规定要求大小，将表面进行磨砂处理后的厚度为4mm，半径为160mm的纯铜基板放到模具的底部中心处，为下一个压铸阶段做准备。
压铸铜基铝翅片
取纯铜材料进行持续加热，使其达到熔化状；取铝或者铝合金材料进行持续加热至熔融状态。
通过压铸成型工艺制作铝翅片，将半椭球状铝制翅片1的底部与铜基板3无缝贴合连接，把铝锭加热至660℃的高温，在高温高压下让铝液流入到之前做好的特制模具中，将预先准备好的铜板放到打开的模具底部的固定位置，将模具安装好，再使高温高压铝液通过模具顶部的注入口注入高压铝液，将加热为液态的铝或铝合金浇入压铸机的入料口，经压铸机自上而下压铸，铸造出模具限制的形状和尺寸的铝锭。待铝液在模具中冷却，将成型的铜铝压铸件取出，并进行冷却处理，达到室内温度即可。压铸成型铜铝合金的作为散热片的初胚，然后对初胚进行裁剪、壕沟清理，对冷却成型后的铜铝压铸件进行抛光打磨处理，制成散热翅片。
将芯片4与铜基板3的下表面通过液态金属或硅脂无缝贴合连接即得铜铝结合5G天线散热器。
芯片4与铜基板3的下表面无缝贴合连接，基于目前5G天线芯片的功率及个数，将芯片定为32个，每一个芯片功率为8W。
芯片4与铜基板3的下表面通过液态金属或硅脂无缝贴合连接，芯片4采用6-10-16同心圆排布与铜基板3连接。
测试结果，经五点取样法取样，经过测量6个小时的模拟加热后，温度变化趋于稳定，温度保持在173.6℃。
实施例2：
一种铜铝结合5G天线散热器的制作方法，采用铜基铝压铸成型方式制成，包括以下步骤：
制作模具：
根据需求设计模具结构，压铸模具采用H13模具钢做模芯，模框采用QT600球墨铸铁，对模具进行加热，将模具内均匀喷涂润滑液,使用装好铸件模具的压力铸造机械压铸；
压铸模具采用XR-D涂层，涂层厚度为3μm，涂层的抗氧化温度为1400℃，涂层硬度为HV0.05：4500，颜色为灰黑。
模芯加工方法为：
1)调制，2)粗加工，3)3次回火处理，4)成型精电加工，5)去应力处理，6)氧化处理。
模具为使铜基铝翅片具有以下结构：
圆形结构的铜基板3和半椭球状铝制翅片1，半椭球状铝制翅片1由一体成型的圆形底部铝基2和半椭球状曲面铝翅片组成，圆形底部铝基2与铜基板3的上表面无缝贴合，实现铜基板3与圆形底部铝基2的热传导，圆形底部铝基2进一步将热量传导给半椭球状曲面铝翅片，半椭球状曲面铝翅片还等距设置有8个由椭球中心向圆形底部铝基扩散弯曲的呈喇叭状开口的散热通道5，散热通道5内部设置由下往上弯曲的弧面6，以实现半椭球状曲面铝翅片与任意方向气流充分接触。
制作铜基板
将冷却成型厚度为5mm的纯铜卷在生产线上展开，采用剪圆机进行切割，切割为规定要求大小，将表面进行磨砂处理后的厚度为5mm，半径为180mm的纯铜基板放到模具的底部中心处，为下一个压铸阶段做准备。
压铸铜基铝翅片
取纯铜材料进行持续加热，使其达到熔化状；取铝或者铝合金材料进行持续加热至熔融状态。
通过压铸成型工艺制作铝翅片，将半椭球状铝制翅片1的底部与铜基板3无缝贴合连接，把铝锭加热至670℃的高温，在高温高压下让铝液流入到之前做好的特制模具中，将预先准备好的铜板放到打开的模具底部的固定位置，将模具安装好，再使高温高压铝液通过模具顶部的注入口注入高压铝液，将加热为液态的铝或铝合金浇入压铸机的入料口，经压铸机自上而下压铸，铸造出模具限制的形状和尺寸的铝锭。待铝液在模具中冷却，将成型的铜铝压铸件取出，并进行冷却处理，达到室内温度即可。压铸成型铜铝合金的作为散热片的初胚，然后对初胚进行裁剪、壕沟清理，对冷却成型后的铜铝压铸件进行抛光打磨处理，制成散热翅片。
将芯片4与铜基板3的下表面通过液态金属或硅脂无缝贴合连接即得铜铝结合5G天线散热器。
芯片4与铜基板3的下表面无缝贴合连接，基于目前5G天线芯片的功率及个数，将芯片4定为36个，每一个芯片4功率为8W。
芯片4与铜基板3的下表面通过液态金属或硅脂无缝贴合连接，芯片采用同心圆排布与铜基板连接。
测试结果，经五点取样法取样，经过测量6～8个小时的模拟加热后，温度变化趋于稳定，温度保持在178.6℃。
实施例3：
一种铜铝结合5G天线散热器的制作方法，采用铜基铝压铸成型方式制成，包括以下步骤：
制作模具：
根据需求设计模具结构，压铸模具采用H13模具钢做模芯，模框采用QT600球墨铸铁，对模具进行加热，将模具内均匀喷涂润滑液,使用装好铸件模具的压力铸造机械压铸；
压铸模具采用XR-D涂层，涂层厚度为5μm，涂层的抗氧化温度为1500℃，涂层硬度为HV0.05：4500，颜色为灰黑。
模芯加工方法为：
1)调制，2)粗加工，3)3次回火处理，4)成型精电加工，5)去应力处理，6)氧化处理。
模具为使铜基铝翅片具有以下结构：
圆形结构的铜基板3和半椭球状铝制翅片1，半椭球状铝制翅片1由一体成型的圆形底部铝基2和半椭球状曲面铝翅片组成，圆形底部铝基2与铜基板3的上表面无缝贴合，实现铜基板3与圆形底部铝基2的热传导，圆形底部铝基2进一步将热量传导给半椭球状曲面铝翅片，半椭球状曲面铝翅片还等距设置有8个由椭球中心向圆形底部铝基扩散弯曲的呈喇叭状开口的散热通道5，散热通道5内部设置由下往上弯曲的弧面6，以实现半椭球状曲面铝翅片与任意方向气流充分接触。
制作铜基板
将冷却成型厚度为8mm的纯铜卷在生产线上展开，采用剪圆机进行切割，切割为规定要求大小，将表面进行磨砂处理后的厚度为8mm，半径为200mm的纯铜基板放到模具的底部中心处，为下一个压铸阶段做准备。
压铸铜基铝翅片
取纯铜材料进行持续加热，使其达到熔化状；取铝或者铝合金材料进行持续加热至熔融状态。
通过压铸成型工艺制作铝翅片，将半椭球状铝制翅片1的底部与铜基板3无缝贴合连接，把铝锭加热至665℃的高温，在高温高压下让铝液流入到之前做好的特制模具中，将预先准备好的铜板放到打开的模具底部的固定位置，将模具安装好，再使高温高压铝液通过模具顶部的注入口注入高压铝液，将加热为液态的铝或铝合金浇入压铸机的入料口，经压铸机自上而下压铸，铸造出模具限制的形状和尺寸的铝锭。待铝液在模具中冷却，将成型的铜铝压铸件取出，并进行冷却处理，达到室内温度即可。压铸成型铜铝合金的作为散热片的初胚，然后对初胚进行裁剪、壕沟清理，对冷却成型后的铜铝压铸件进行抛光打磨处理，制成散热翅片。
将芯片4与铜基板3的下表面通过液态金属或硅脂无缝贴合连接即得铜铝结合5G天线散热器。
芯片4与铜基板3的下表面无缝贴合连接，基于目前5G天线芯片的功率及个数，将芯片4定为48个，每一个芯片4功率为8W。
芯片4与铜基板3的下表面通过液态金属或硅脂无缝贴合连接，芯片4采用同心圆排布与铜基板连接。
测试结果，经五点取样法取样，经过测量8个小时的模拟加热后，温度变化趋于稳定，温度保持在186.2℃。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种铜铝结合5G天线散热器的制作方法，其特征在于，采用铜基铝压铸成型方式制成，包括以下步骤：
1)制作铜基板
采用剪圆机直接切割铜板，获得圆盘状的铜基板；
2)通过压铸成型工艺制作铝翅片，将铝翅片的底部与铜基板无缝贴合连接先压铸模具，将步骤1)得到的已成型的铜基板放置于模具底部的固定位置，然后将铝锭加热至660-670℃成高温高压铝液，将高温高压铝液经模具顶部的注入口注入，待冷却后脱模，打磨，抛光，并对初胚进行修剪壕沟清理，抛光即得铜基铝翅片；
3)将芯片与铜基板的表面无缝贴合连接即得铜铝结合5G天线散热器。
2.根据权利要求1所述的铜铝结合5G天线散热器的制作方法，其特征在于，所述的铜基板预先采用磨砂处理。
3.根据权利要求1所述的铜铝结合5G天线散热器的制作方法，其特征在于，所述的模具为使铜基铝翅片具有以下结构：
圆形结构的铜基板和半椭球状铝制翅片，所述的半椭球状铝制翅片由一体成型的圆形底部铝基和半椭球状曲面铝翅片组成，所述的圆形底部铝基与铜基板的上表面无缝贴合，实现铜基板与圆形底部铝基的热传导，圆形底部铝基进一步将热量传导给半椭球状曲面铝翅片，所述的半椭球状曲面铝翅片还等距设置有8个由椭球中心向圆形底部铝基扩散弯曲的散热通道，所述的散热通道内还具有由下往上弯曲的弧面，以实现半椭球状曲面铝翅片与任意方向气流充分接触。
4.根据权利要求3所述的铜铝结合5G天线散热器的制作方法，其特征在于，所述的模具制作方法如下：
根据权利要求3所述的模具作用进行模具结构的设计，压铸模具采用H13模具钢做模芯，模框采用QT600球墨铸铁，对模具进行加热，将模具内均匀喷涂润滑液,使用装好铸件模具的压力铸造机械压铸；
压铸模具采用XR-D涂层，涂层厚度为2～5μm，涂层的抗氧化温度为1300～1500℃，涂层硬度为HV0.05：4500，颜色为灰黑。
5.根据权利要求1所述的铜铝结合5G天线散热器的制作方法，其特征在于，所述的芯片与铜基板的下表面无缝贴合连接，所述的芯片采用6-10-16同心圆排布与铜基板连接。
6.根据权利要求5所述的铜铝结合5G天线散热器的制作方法，其特征在于，所述的芯片与铜基板的下表面通过液态金属或硅脂无缝贴合连接。
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