CN112458503A

CN112458503A - 均温板上盖板的制备方法以及均温板

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Publication number: CN112458503A
Application number: CN202011299917.8A
Authority: CN
Inventors: 陈晓杰; 石一卉; 方文兵
Original assignee: Ruisheng Technology Nanjing Co Ltd
Current assignee: AAC Technologies Holdings Nanjing Co Ltd; Ruisheng Technology Nanjing Co Ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2021-03-09
Anticipated expiration: 2040-11-19
Also published as: WO2022104875A1; CN112458503B

Abstract

本发明提供了一种均温板上盖板的制备方法、均温板上盖板以及均温板，均温板上盖板的制备方法包括以下过程：制作均温板的上盖板；对上盖板进行电化学沉积，在上盖板的内壁沉积形成具有多孔结构的毛细结构层，其中，上盖板作为电化学沉积的阴极；毛细结构层的材质为铜，电化学沉积的电解液包括30g/L‑80g/L的硫酸铜、150g/L‑200g/L的硫酸、硫酸根浓度为0.04mol/L‑0.55mol/L的硫酸盐和11.5mL/L‑46.5mL/L的第一添加剂；对毛细结构层进行热处理，得到具有毛细结构层的均温板上盖板。本发明通过电化学沉积的方法在均温板内侧构建毛细结构，该方法操作便利，工艺简单，成本低，且构建的毛细结构厚度易控，性能良好，与盖板结合紧密，可用于制作超薄均温板，解决了传统方法的大部分工艺缺陷。

Description

均温板上盖板的制备方法以及均温板

【技术领域】

本发明涉及散热技术领域，具体涉及一种均温板上盖板的制备方法、以及均温板。

【背景技术】

目前业内的均温板上盖板毛细结构的制造方法主要有铜粉烧结和铜网粘结两种，烧结工艺复杂、效率低且价格高昂，而采用在均温板内侧粘结铜网方法得到的毛细结构与盖板结合力较差，使其毛细性能无法保持稳定，成品率不高，难以大规模生产。因此亟需开发一种工艺简单、成本低廉且与盖板结合紧密、性能稳定高效的毛细结构制作方法。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种均温板上盖板的制备方法，通过电化学沉积的方法在均温板内侧构建毛细结构，该方法操作便利，工艺简单，成本低，且构建的毛细结构厚度易控，性能良好，与盖板结合紧密，可用于制作超薄均温板，解决了传统方法的大部分工艺缺陷。

本发明的技术方案如下：

制作均温板的上盖板；

对所述上盖板进行电化学沉积，在所述上盖板的内壁沉积形成具有多孔结构的毛细结构层，其中，所述上盖板作为所述电化学沉积的阴极；所述毛细结构层的材质为铜，所述电化学沉积的电解液包括30g/L-80g/L的硫酸铜、150g/L-200g/L的硫酸、硫酸根浓度为0.04mol/L-0.55mol/L的硫酸盐和11.5mL/L-46.5mL/L的第一添加剂；所述第一添加剂包括10mL/L-40mL/L的聚乙二醇和聚丙二醇的混合物、1mL/L-5mL/L的聚乙烯亚胺和0.5mL/L-1.5mL/L的明胶，其中，所述聚乙二醇和所述聚丙二醇的质量比为1:0.1-1:2；

对所述毛细结构层进行热处理，得到具有毛细结构层的均温板上盖板。

优选的，所述硫酸盐选自硫酸镁和硫酸钾中的一种或两种；

优选的，所述电解液的温度为20℃-40℃；所述电化学沉积的电流密度为1A/dm2-5A/dm2；所述电化学沉积的时间为30min-150min。

优选的，所述热处理之前，还包括在所述毛细结构层的表面形成亲水性保护层的过程。

优选的，所述亲水性保护层的制备过程为：配制亲水性溶液，所述亲水性溶液包括30g/L-50g/L的聚乙二醇、20g/L-50g/L的偏硅酸钠、5g/L-10g/L的尿素、3g/L-10g/L的苯甲酸钠和0.2g/L-0.8g/L的苯并三氮唑，在所述毛细结构的表面形成亲水性溶液层，固化所述亲水性溶液层，在所述毛细结构层的表面形成所述亲水性保护层。

优选的，所述热处理的过程为：将所述上盖板置于真空或无氧保护气氛中进行所述热处理，所述热处理的温度为300℃-800℃，所述热处理的时间为30min-60min。

优选的，对所述上盖板进行所述电化学沉积之前，还包括对所述上盖板进行除油和/或除锈的过程。

优选的，所述除油的过程为：将所述上盖板置于除油液中，作为阴极，电解，完成后冲洗所述上盖板，得到除油后的上盖板；

所述除锈的过程为：将所述上盖板置于除锈液中浸泡，完成后冲洗所述上盖板，得到除锈后的上盖板。

优选的，所述除油液为pH值为7-9的碱性溶液；所述除油液的温度为50℃-60℃；所述电解的电流密度为2A/dm2-5A/dm2；所述电解的时间为2min-5min。

优选的，所述碱性溶液包括20g/L-50g/L的磷酸三钠、20g/L-40g/L的碳酸钠、10g/L-30g/L的偏硅酸钠和1ml/L-5ml/L的OP乳化剂。

优选的，所述除锈液为混合酸溶液；所述混合酸溶液包括150g/L-250g/L的硫酸、5g/L-15g/L的硝酸、2g/L-10g/L的盐酸、5g/L-10g/L的尿素和0.2g/L-1g/L的苯并三氮唑；所述上盖板在所述除锈液中的浸泡时间为2min-5min。

本发明还提供了一种均温板，包括下盖板和上述方法制备的均温板上盖板，所述均温板上盖板和所述下盖板盖合形成内部用于存储冷却介质的密封腔体，所述毛细结构层位于所述密封腔体内。

本发明的有益效果在于：

1)通过电化学沉积的方法形成毛细结构层，不仅工艺简单、易控且成本低廉，而且能够得到厚度为0.03mm－0.1mm的超薄毛细结构层，解除了传统毛细结构制造的厚度限制，可用于制造超薄均温板，有效节省了均温板的占用空间，拓宽了均温板的使用范围。

2)通过热处理，能够提高毛细结构层的强度，以及提高毛细结构层与上盖板的结合强度，得到性能稳定高效的毛细结构。

3)通过精选电解液的组份及组份含量，控制所生成的毛细结构层的晶体形态、厚度、沉积速度以及沉积质量等，能够得到粒径在20-200μm范围，孔隙的孔径在微-纳米范围(100nm≤孔径≤100μm)，以及孔隙的深度在20μm以上的毛细结构，以产生显著的毛细效果，从而提高换热效率。

【附图说明】

图1是本发明一具体实施例的均温板的爆炸结构示意图。

图2是本发明一具体实施例的均温板上盖板的制备方法的流程示意图。

图3是本发明一具体实施例生成的铜毛细结构层的SEM图像。

图4是图3所示图像放大500倍的局部放大图。

图5是图3所示结构沿对角线弯折180°处的界面形貌图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

参考图1，本发明公开了一种均温板，包括均温板上盖板01和下盖板02，均温板上盖板01和下盖板02盖合形成内部用于存储冷却介质的密封腔体，均温板上盖板01的内壁设有具有多孔结构的毛细结构层03(图中仅体现毛细结构层，但未体现多孔结构)，均温板上盖板01和下盖板02之间还设置有用于支撑毛细结构层03的支撑柱04。

在一具体实施例中，毛细结构层03的厚度为0.03mm-0.1mm，以制造超薄均温板，有效节省了均温板的占用空间，拓宽了均温板的使用范围。

在一具体实施例中，均温板的厚度为0.1mm-0.8mm。

在一具体实施例中，均温板上盖板01和下盖板02可以为金属材质或金属合金材质，其具有更高的换热效率，在本具体实施例中，为铜材质或铜合金材质。

毛细结构层03的材质为铜材质。

支撑柱04的包括多个且呈阵列排布。

均温板上盖板01和下盖板02可以通过焊接的方式组装成均温板成品。

参考图2，本发明还提供了一种上述均温板上盖板的制造方法，包括以下过程：

步骤S1：制作均温板的上盖板01和下盖板02。

为了制造超薄均温板，优选的，采用蚀刻的方法形成具有凹槽的上盖板01和/或下盖板02，上盖板01和下盖板02盖合后，凹槽形成用于存储冷却介质的密闭腔体。蚀刻前，上盖板01和下盖板02的基底厚度可以在0.05mm-0.4mm之间。

在进行电化学沉积之前，优选的，还包括对上盖板01进行除油和/或除锈的过程，具体如下。

步骤S2：对上盖板01进行除油，以去除上盖板01内壁的油污，使上盖板01内壁完全亲水，便于后续电化学沉积中及时排走阴极产生的气体，便于控制沉积的晶体的形态和沉积速度。

在一具体实施例中，除油的过程为：将上盖板01置于除油液中，作为阴极，电解，完成后冲洗上盖板01，得到除油后的上盖板01。采用电解的方式除油，可以强化除油效果，且除油速度更快，以确保上盖板01内壁在后续电化学沉积中完全亲水。将上盖板01作为阴极，电解时析出氢气，析氢量多，氢气分散性好，气泡尺寸小，乳化作用强烈，除油效果好，速度快，且不腐蚀上盖板01。

在一具体实施例中，除油液可以为pH值为7-9的碱性溶液，在碱性溶液中，可以保证阴极持续产生氢气，使电解反应持续、快速进行。

在一具体实施例中，碱性溶液包括20g/L-50g/L的磷酸三钠、20g/L-40g/L的碳酸钠、10g/L-30g/L的偏硅酸钠和1ml/L-5ml/L的OP乳化剂。在该碱性溶液中，上述配比的磷酸根、碳酸根和偏硅酸根相结合，能够使电解液的pH值稳定的保持在7-9,OP乳化剂可以使产生的气泡均匀分散。

电解的电流密度、电解液的温度与电解时间是对除油质量影响较大的工艺参数，优选的，在一具体实施例中，除油液的温度为50℃-60℃，电解的电流密度为2A/dm²-5A/dm²，电解的时间为2min-5min，能够提供较佳的除油效果以及较快的除油速度。

步骤S3：对步骤S2得到的上盖板01进行除锈，以去除上盖板01内壁的氧化皮等杂质，提高毛细结构层03与上盖板01的结合强度。

在一具体实施例中具体的，将步骤S2得到的上盖板01置于除锈液中浸泡，完成后冲洗上盖板01，得到除锈后的上盖板01。

在一具体实施例中，采用混合酸溶液进行除锈，混合酸溶液包括150g/L-250g/L的硫酸、5g/L-15g/L的硝酸、2g/L-10g/L的盐酸、5g/L-10g/L的尿素和0.2g/L-1g/L的苯并三氮唑。浸泡的时间为2min-5min。

步骤S4：对上盖板01进行电化学沉积，在上盖板01的内壁沉积形成具有多孔结构的毛细结构层02，其中，上盖板01作为电化学沉积的阴极，毛细结构层的材质为铜，电化学沉积的电解液包括30g/L-80g/L的硫酸铜、150g/L-200g/L的硫酸、硫酸根浓度为0.04mol/L-0.55mol/L的硫酸盐和11.5mL/L-46.5mL/L的第一添加剂。第一添加剂包括10mL/L-40mL/L的聚乙二醇和聚丙二醇的混合物、1mL/L-5mL/L的聚乙烯亚胺和0.5mL/L-1.5mL/L的明胶，其中，聚乙二醇和聚丙二醇的质量比为1：0.1-1:2，优选质量比为1:0.5。

在本过程中，阳极可以为毛细结构层03材质或惰性材质，具体的，可以为铜板或惰性材质。

在本过程中，电化学沉积的电解液的组份及组份含量、电化学沉积的参数(电解液温度、电流密度、电解时间)等都会影响毛细结构层03的晶体形态(例如紧实薄膜型、颗粒状、纤维状、树枝状、针锥状等)、厚度、沉积速度以及沉积质量等，因此，电化学沉积过程是复杂的，需要严格控制电解液及电化学沉积参数，以获得目标需求的沉积晶体。

在本发明中，毛细结构层02包括颗粒状晶体，且颗粒状晶体之间含有孔隙，颗粒状晶体的粒径在20μm-200μm范围，优选40μm-60μm，孔隙的孔径在微-纳米范围，即100nm≤孔隙的孔径≤100μm，孔隙的深度大于等于20μm，通过形成上述具有孔隙的颗粒状晶体，以产生显著的毛细效果，从而提高换热效率。

为了达到上述晶体的形态要求，使用特定的电解液配方和工艺参数，在本具体实施例中，使硫酸铜浓度较低，使硫酸浓度较高，以及增加硫酸根负离子，能够沉积得到目标需求的晶体形态以及实现较佳的沉积速度和沉积质量，通过添加特定的第一添加剂可以进一步调节沉积的晶体形态。

在本具体实施例中，聚乙二醇和聚丙二醇的混合物能够提供电解液较佳的润湿性，使电解液能够和作为阴极的上盖板01充分接触，有效排出阴极在电解过程中产生的气体，避免气体对沉积晶体形态产生不可控的影响，聚乙烯亚胺能够使沉积的晶粒细小化，增大毛细结构层03的比表面积，除产生预期的毛细效果外，进一步提高换热效率，以及得到超薄毛细结构层03。明胶主要提供表面活性作用以及分散作用，降低上盖板01与电解液界面的表面张力，使沉积更容易，以及提高铜离子在上盖板01的分散均匀度。另，聚乙烯亚胺也为络合剂，络合剂易与电解液中的金属离子结合，使金属离子以络合体形式存在，能够降低金属离子的沉降速度，控制毛细结构层03的厚度，聚乙二醇和聚丙二醇也为表面活性剂，络合剂和表面活性剂也可以相作用，进一步保证得到目标形态的毛细结构层03。

除了严格精选电解液外，还需严格精选与电解液相互配合的电解工艺参数，在一较佳实施例中，电解液的温度为20℃-40℃；电化学沉积的电流密度为1A/dm²-5A/dm²；电化学沉积的时间为30min-150min。

在一具体实施例中，硫酸盐选自硫酸镁和硫酸钾中的一种或两种。

步骤S5：在毛细结构层03的表面形成亲水性保护层得到半成品上盖板01。

在本过程中，由于铜的毛细结构层易被氧化而丧失亲水性，因此，亲水性保护层可以避免金属的毛细结构层03放置时间延长而丧失亲水性。

在一具体实施例中，在毛细结构层03的表面形成亲水性保护层的过程为：配制亲水性溶液，亲水性溶液包括30g/L-50g/L的聚乙二醇、20g/L-50g/L的偏硅酸钠、5g/L-10g/L的尿素、3g/L-10g/L的苯甲酸钠和0.2g/L-0.8g/L的苯并三氮唑，在毛细结构的表面形成亲水性溶液层，固化亲水性溶液层，在毛细结构层03的表面形成亲水性保护层。

在毛细结构的表面形成亲水性溶液层，可以通过浸泡、涂覆或喷淋的方式实现。

步骤S6：对毛细结构层进行热处理，得到具有毛细结构层03的均温板上盖板01。热处理可以进一步加固毛细结构的强度。

在一具体实施例中，热处理的过程为：将半成品上盖板01置于真空或无氧保护气氛(例如，氢气或惰性气体等)中进行热处理，热处理的温度为300℃-800℃，热处理的时间为30min-60min。

通过上述技术方案实现毛细结构层，除油过程和生成毛细结构层过程均采用电化学方法进行，涉及的药品为常见药品，价格低廉，使用周期长，另一方面，电化学方法操作简便、设备简单、耗时短、能耗低，比起传统的铜粉烧结或铜网粘结方法，原料价低易得，同时无需经过长时间的高温烧结，很大程度上提高生产效率。

以下为具体实施例。

实施例1

S1.上盖板和下盖板的制作：通过对铜片进行蚀刻得到，铜片的厚度在0.05mm-0.4mm之间。

S2.除油：使用溶液为弱碱性除油液，成份包括磷酸三钠50g/L、碳酸钠20g/L、偏硅酸钠20g/L、OP乳化剂3ml/L，溶液温度为50℃，将上盖板放入该溶液中阴极电解5min，电流密度2A/dm²，而后立即用纯水清洗干净。

S3.除锈：使用溶液为混合酸溶液的除锈剂，成份包括硫酸200g/L、硝酸10g/L、盐酸5g/L、尿素10g/L、苯并三氮唑0.5g/L。在室温下将上盖板放入该溶液中浸泡3min，而后立即用纯水清洗干净。

S4.电化学沉积铜：使用溶液为硫酸铜80g/L、硫酸200g/L、硫酸镁20g/L、硫酸钾30g/L、聚乙二醇和聚丙二醇的混合物(聚乙二醇和聚丙二醇的质量比为1:0.5)40mL/L、聚乙烯亚胺5mL/L、明胶1.5mL/L，电解铜为阳极，上盖板为阴极，沉积电流密度为4A/dm²，沉积时间为150min，结束后取出上盖板，纯水洗净。

S5.形成亲水性保护层：使用溶液为pH值为8-10的碱性亲水性溶液，成份包括聚乙二醇40g/L、偏硅酸钠30g/L、尿素10g/L、苯甲酸钠5g/L、苯并三氮唑0.5g/L。上盖板在该溶液中浸泡1min，取出洗净，置于75℃干燥箱中烘干20min。

S6.热处理：在真空条件下进行热处理，热处理的温度为680℃，时间为60min。

实施例2

S2.除油：使用溶液为弱碱性除油液，成份包括磷酸三钠20g/L、碳酸钠40g/L、偏硅酸钠30g/L、OP乳化剂3ml/L，溶液温度为50℃，将上盖板放入该溶液中阴极电解3min，电流密度3A/dm²，而后立即用纯水清洗干净。

S3.除锈：使用溶液为混合酸溶液的除锈剂，成份包括硫酸150g/L、硝酸15g/L、盐酸5g/L、尿素5g/L、苯并三氮唑0.8g/L。在室温下将上盖板放入该溶液中浸泡5min，而后立即用纯水清洗干净。

S4.电化学沉积铜：使用溶液为硫酸铜60g/L、硫酸180g/L、硫酸镁10g/L、硫酸钾20g/L、聚乙二醇和聚丙二醇的混合物(聚乙二醇和聚丙二醇的质量比为1:0.5)30mL/L、聚乙烯亚胺2.5mL/L、明胶1mL/L，电解铜为阳极，上盖板为阴极，沉积电流密度为3A/dm²，沉积时间为60min，结束后取出上盖板，纯水洗净。

S5.形成亲水性保护层：使用溶液为pH值为8-10的碱性亲水性溶液，成份包括聚乙二醇20g/L、偏硅酸钠250g/L、尿素10g/L、苯甲酸钠2g/L、苯并三氮唑0.5g/L。上盖板在该溶液中浸泡0.5min，取出洗净，置于75℃干燥箱中烘干20min。

S6.热处理：在氢气保护气氛下进行热处理，热处理的温度为680℃，时间为60min。

实施例3

S2.除油：使用溶液为弱碱性除油液，成份包括磷酸三钠40g/L、碳酸钠30g/L、偏硅酸钠10g/L、OP乳化剂1ml/L，溶液温度为60℃，将上盖板放入该溶液中阴极电解2min，电流密度5A/dm²，而后立即用纯水清洗干净。

S3.除锈：使用溶液为混合酸溶液的除锈剂，成份包括硫酸250g/L、硝酸5g/L、盐酸10g/L、尿素10g/L、苯并三氮唑1g/L。在室温下将上盖板放入该溶液中浸泡2min，而后立即用纯水清洗干净。

S4.电化学沉积铜：使用溶液为硫酸铜30g/L、硫酸150g/L、硫酸镁15g/L、硫酸钾15g/L、聚乙二醇和聚丙二醇的混合物(聚乙二醇和聚丙二醇的质量比为1:0.5)20mL/L、聚乙烯亚胺1.5mL/L、明胶0.5mL/L，电解铜为阳极，上盖板为阴极，沉积电流密度为2A/dm²，沉积时间为30min，结束后取出上盖板，纯水洗净。

S5.形成亲水性保护层：使用溶液为pH值为8-10的碱性亲水性溶液，成份包括聚乙二醇40g/L、偏硅酸钠30g/L、尿素10g/L、苯甲酸钠5g/L、苯并三氮唑0.5g/L。上盖板在该溶液中浸泡0.5min，取出洗净，置于75℃干燥箱中烘干20min。

实验例1

图3是本发明一具体实施例生成的铜毛细结构层的SEM图像，图4是图3所示结构放大500倍的局部放大图，从图中可以看出：铜毛细结构层是由颗粒状晶体沉积形成，颗粒状晶体的粒径在20μm-200μm范围，颗粒状晶体之间含有孔隙。

图5是图3中沿直线所示的对角线弯折180°的截面形貌图，从图中可以看到：毛细结构层未与上盖板分离，结构良好，可见，毛细结构层的结合力良好，未出现起皮、脱落等问题，100nm≤孔隙的孔径≤100μm，孔隙的深度大于等于20μm。

表1为实施例1-3得到的均温板的形态参数和性能参数，从表1可以看到：本发明得到的毛细结构层的厚度更薄，可以低至0.04mm，且具有较高的垂直吸液速率，现有技术中采用铜粉烧结或铜网粘结方法制备的毛细结构层的厚度在0.3mm-0.5mm范围，可见，本发明的方法不仅工艺简单、成本低廉且能够得到与上盖板结合紧密、性能稳定高效且尺寸更小的均温板。

表1：实施例1-3得到的均温板的形态参数和性能参数

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种均温板上盖板的制备方法，其特征在于，包括以下过程：

制作均温板的上盖板；

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述硫酸盐选自硫酸镁和硫酸钾中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电解液的温度为20℃-40℃；所述电化学沉积的电流密度为1A/dm²-5A/dm²；所述电化学沉积的时间为30min-150min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述热处理之前，还包括在所述毛细结构层的表面形成亲水性保护层的过程。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述亲水性保护层的制备过程为：配制亲水性溶液，所述亲水性溶液包括30g/L-50g/L的聚乙二醇、20g/L-50g/L的偏硅酸钠、5g/L-10g/L的尿素、3g/L-10g/L的苯甲酸钠和0.2g/L-0.8g/L的苯并三氮唑，在所述毛细结构的表面形成亲水性溶液层，固化所述亲水性溶液层，在所述毛细结构层的表面形成所述亲水性保护层。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述热处理的过程为：将所述上盖板置于真空或无氧保护气氛中进行所述热处理，所述热处理的温度为300℃-800℃，所述热处理的时间为30min-60min。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述上盖板进行所述电化学沉积之前，还包括对所述上盖板进行除油和/或除锈的过程。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述除油的过程为：将所述上盖板置于除油液中，作为阴极，电解，完成后冲洗所述上盖板，得到除油后的上盖板；

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述除油液为pH值为7-9的碱性溶液；所述除油液的温度为50℃-60℃；所述电解的电流密度为2A/dm²-5A/dm²；所述电解的时间为2min-5min。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液包括20g/L-50g/L的磷酸三钠、20g/L-40g/L的碳酸钠、10g/L-30g/L的偏硅酸钠和1ml/L-5ml/L的OP乳化剂。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述除锈液为混合酸溶液；所述混合酸溶液包括150g/L-250g/L的硫酸、5g/L-15g/L的硝酸、2g/L-10g/L的盐酸、5g/L-10g/L的尿素和0.2g/L-1g/L的苯并三氮唑；所述上盖板在所述除锈液中的浸泡时间为2min-5min。

12.一种均温板，其特征在于，包括下盖板和权利要求1-11任一项所述方法制备得到的均温板上盖板，所述均温板上盖板和所述下盖板盖合形成内部用于存储冷却介质的密封腔体，所述毛细结构层位于所述密封腔体内。