CN114993083B - 一种低温制程可视化超薄柔性均热板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低温制程可视化超薄柔性均热板及其制备方法。制备方法如下：S1、将上盖板和下盖板的相对面涂上热熔胶，然后进行烘烤固化；S2、将毛细颗粒、胶粘剂和水混合，得到含水膏状物；S3、将所述含水膏状物涂覆在上盖板或下盖板至少一个的热熔胶面上；S4、将涂有膏状物烘烤固化得到吸液芯；S5、将具有吸液芯的上盖板或下盖板中的一个进行支撑柱印刷，再通过烘烤固化；S6、以热压技术将所述上盖板和所述下盖板进行热压，通过热熔胶热压粘结；S7、再往剩下的一边注入液体工质，并利用真空机进行抽真空再热压封边。本发明的超薄均热板具有可视化、柔性、制造简便、成本低廉等特点，便于规模化制造生产。
Description
技术领域
本发明涉及均热板技术领域，具体涉及一种低温制程可视化超薄柔性均热板及其制备方法。
背景技术
随着微电子技术的迅速发展，电子器件特征尺寸不断减小，芯片的集成度，封装密度以及工作频率不断提高，这些都使芯片的热流密度迅速升高。研究表明，超过55％的电子设备的失效形式是由温度过高引起的，因此电子器件的热可靠性设计在电子器件发展中具有举足轻重的作用。同时由于柔性显示屏、平板电脑、5G手机以及可穿戴设备智能化等电子产品集成化和轻薄化程度的提高，人们在希望产品具有高速的计算速度的同时，其外形也能变得更加轻薄。因此，为满足用户的要求，电子器件不断地往高频、高速以及集成电路的密集和小型化的方向发展，使得单位容积电子器件的功耗剧增，发热量快速增大，对散热器件的性能要求也越来越高，传统的散热材料比如金属箔、石墨片等材料已经难以满足要求。
热管作为一种相变传热器件，与传统的散热材料相比，具有较高的导热系数和传热功率，其导热系数是现有金属材料的几十倍到几百倍。然而常规热管不论是直径还是厚度都在毫米级以上，难以适应电子设备狭小的空间，达不到轻薄化的要求。对于目前常用的圆柱形热管或者压扁型热管，都难以满足紧凑型高功率电子设备的轻薄化需求，这促使热管朝着轻薄化方向发展。但随着热管厚度的降低，其内部汽-液高速对流引起的界面剪切力将会增大，其传热能力又会受到限制。因此，热管在保证超薄化的同时，必须同时具有较强的传热能力，这是超薄热管领域的难点，也是热管领域研究的热点。
现代智能手机、平板电脑等电子设备设计时给散热器件预留的厚度非常小，大多小于1mm，在如此薄的热管内部还需设置相互分离的气液通道，以保证工作时气液循环高效传热，这对普通热管的设计和制造工艺的要求非常高。同时由于热管的形状所限，其主要实现由热源到热沉的一维方向传热。而在大部分电子元器件中，二维平面上的传热更为常见。针对二维平面散热，另一种相变传热组件——均热板应运而生。均热板是平板热管的一种，可以将聚集在热源表面的热流迅速传递并扩散到大面积的冷凝表面上，从而促进热量的散发，降低元器件表面的热流密度，保证其可靠工作。由于较低的热阻、良好的均温性能以及较高的临界热流密度，均热板目前广泛应用于大功率LED、CPU、GPU、高速硬盘等电子元器件的散热。
现有的均热板一般为平板状，由蒸发板、冷凝板及相应的吸液芯组成。工作时，热源热量通过蒸发面的壁壳和吸液芯传递到液态工质中，促使液态工质因温升而沸腾、气化；转为气态的工质传递到冷凝面，释放出热量后重新凝结为液体，液态工质依靠重力或者蒸发槽的毛细力返回蒸发端，完成了一个工作循环，如此反复，从而实现热量由一个集中的区域迅速扩散到整个冷凝面。但是现有的均热板技术还存在以下的不足：
现有均热板大多数为刚性结构，无法满足需要弯曲的可穿戴设备、柔性显示屏等应用场景。且壳板的加工大多采用刻蚀或激光雕刻，不适合大规模生产。
现有均热板大多数采用烘烤固化炉进行高温烘烤固化，均热板制作时间长，危险系数大，且成本较高。不利用一次生产大批均热板。
现有均热板大多数只能靠热成像或者仿真观察其内部水流现象，无法真正看到其真实的气液两相流的状况。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种低温制程可视化超薄柔性均热板及其制备方法。所制备的均热板可应用于可穿戴设备、柔性显示屏等需要弯曲的设备，且具有可视性，可方便观察其真实的气液两相流的状况，同时可将部分热转化成红外光，通过热辐射带走。
本发明提供的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种低温制程可视化超薄柔性均热板的制备方法，其中，所述均热板包括上盖板、下盖板和支撑柱；所述上盖板或下盖板至少一个为耐高温PET膜；
制备方法包括以下步骤：
S1、将上盖板和下盖板的相对面涂上热熔胶，然后进行烘烤固化；
S2、将毛细颗粒、胶粘剂和水混合，得到含水膏状物；
S3、将所述含水膏状物涂覆在上盖板或下盖板至少一个的热熔胶的面上；
S4、将涂有膏状物的上盖板和/或下盖板进行烘烤固化，通过水蒸发而使得膏状物仅残留所述毛细颗粒并于毛细颗粒间形成孔隙，从而得到吸液芯；
S5、将具有吸液芯的上盖板或下盖板中的一个，利用钢网模板进行支撑柱印刷，再通过烘烤固化；
S6、以热压技术将所述上盖板和所述下盖板进行热压，通过热熔胶热压粘结，先将上盖板和下盖板的三边及支撑柱压合；
S7、再往剩下的一边注入液体工质，并利用真空机进行抽真空再热压封边。
进一步地，步骤S1中，所述上盖板和下盖板的壁厚均为0.01-0.2mm，壁面材料为铜箔、铝箔、不锈钢箔、钛箔、镍箔或耐高温PET膜，所述上盖板和下盖板的内表面为粗糙表面。上盖板或下盖板其中一个为耐高温PET膜，以实现可视化。
进一步地，步骤S1中，所述热熔胶的熔点为100-140℃，涂布厚度为0.01-0.05mm；烘烤温度为30-50℃，恒温30-60min。
进一步地，步骤S1中，所述热熔胶包括聚氨酯热熔胶和丙烯酸树热熔胶。
进一步地，步骤S2中，所述毛细颗粒为铜粉、铝粉或二氧化硅微球中的一种或多种，其中铜粉和铝粉的粒度为80-5000目，二氧化硅微球为3-5um。
进一步地，步骤S2中，所述胶粘剂选自液体硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂以及玻璃纤维等。
进一步地，步骤S2中，所述膏状物的固含量为60-80％，其中毛细颗粒在膏状物中的质量占比为55-70％。
进一步地，步骤S3中，所述涂抹厚度为0.02-0.15mm。
进一步地，步骤S3中，所述含水膏状物涂覆区域为与盖板形状相同的正方形，且四边与盖板的四边距离均为10mm。
进一步地，步骤S4中，所述烘烤固化的方法为：放入烘箱中由室温升温到30-50℃并保持30-60min，再由30-50℃升温至100-140℃(优选烘烤温度为100-120℃)并保持30-60min。
进一步地，步骤S5中，所述钢网模板印刷板形状根据支撑柱大小厚度而定，厚度为0.02-0.2mm。
进一步地，步骤S5中，所述支撑柱直径为1-5mm，支撑柱中心间距为1-5mm，支撑柱形状为圆形、长条形或者根据散热需求设计的其他几何形状。
进一步地，步骤S5中，所述烘烤固化为将钢网模板印刷了支撑柱的盖板放在热板上100-140℃(优选烘烤温度为100-120℃)烘烤10-30min。
进一步地，步骤S6中，所述压合为将上盖板和下盖板以及内部支撑柱放在热压机下热压，热压温度100-140℃(优选热压温度为130-140℃)，其中内部支撑柱压力较小，粘合即可，三周需用力压合，以防漏气。
进一步地，步骤S7中，所述液体工质为自湿润流体，选自纯水、乙醇水溶液、正丁醇水溶液中的一种。
进一步地，步骤S7中，所述抽真空并热压封口为将注液的一边放入真空机中进行抽真空，并采用中温封口。
本发明针对均热板的主要组成部分盖板、吸液芯、支撑柱制造工艺进行改进与优化，并对传统均热板的注液、抽真空以及封口工艺进行优化，以研制出制造简便、成本低廉、安全性高且具有柔性及可视性的超薄均热板。本发明通过采用耐高温PET膜并控制其厚度以达到柔性及可视化的目的，使用固含量60％-80％的含水膏状物蒸发水分获得孔隙结构以增加吸液效果；采用硅酸钾、玻璃纤维等胶粘剂将毛细颗粒粘结在盖板上；采用两段式烘烤固化工艺先常温烘烤定型以避免高温热应力导致吸液芯裂开，再100℃以上烘干剩余水分并将吸液芯固化在盖板上。本发明整个制备过程中将烘烤温度控制在140℃以下，以使得低温制备得以实现并可以有效保证耐高温PET膜的物理特性。本发明还通过控制支撑柱的相关参数如直径、间距等，起到增加液体回流通道以及防止均热板塌陷的作用和效果。此外，本发明采用热熔胶进行热封处理，并留下一边进行注液，不再使用充液管，并采用真空机进行抽真空并对该边进行封口处理。本发明综合上述工艺和相关的技术参数的调节和控制，使得各步骤工艺方法能够协同作用，以制备获得低温制程可视化超薄柔性均热板。
第二方面，本发明提供利用第一方面所述的制备方法制备得到低温制程可视化超薄柔性均热板。
本发明的有益效果：
1.本发明的低温制程可视化超薄柔性均热板可对柔性电子组件起均热作用，也可运用于需要均温散热的弯曲发热源。
2.本发明的低温制程可视化超薄柔性均热板可显着降低均热板的制作难度与成本，便于大规模生产，也便于打开市场。
3.本发明的低温制程可视化超薄柔性均热板可观察均热板真实的气液两相流的状况，同时可将部分热转化成红外光，通过热辐射带走。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的超薄均热板的结构示意图；
图2是本发明实施例1制备的超薄均热板的截面图；
图3是本发明实施例3制备的超薄均热板的结构示意图；
图4是本发明实施例3制备的超薄均热板的截面图；
其中:1-上盖板；2-下盖板；3-吸液芯；4-支撑柱；5-热熔胶。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述实施例中，耐高温PET膜的分子量为25038，熔点为250-255℃。
实施例1
图1为本实施例提供的一种超薄均热板，包括上盖板1、下盖板2和支撑柱4，该低温制程可视化超薄柔性均热板制作方法如下：
S1、上盖板1采用0.01mm的耐高温PET膜，下盖板2采用0.02mm的铜箔，两个盖板均涂一层0.01mm的热熔胶5，并放入烘箱35℃烘烤30min。
S2、将500目铜粉以及5um二氧化硅微球分别与60-70wt％的水玻璃混合均匀，分别得到铜粉膏状物和二氧化硅膏状物；其中，铜粉膏状物中铜粉的质量占比为59％，二氧化硅膏状物中二氧化硅微球的质量占比为59％。
S3、将铜粉膏状物涂布到下盖板2上，将二氧化硅膏状物涂布到上盖板1上，涂布厚度均为0.1mm；
S4、将涂抹有膏状物的上盖板和下盖板放入烘箱中进行35℃30min，然后140℃30min烘烤固化得到各自的吸液芯3；
S5、将有吸液芯的下盖板放在热板上，利用钢网模板印刷板进行支撑柱4的钢网模板印刷，支撑柱采用和吸液芯相同的铜粉膏状物，钢网模板印刷厚度0.2mm，再进行140℃30min的烘烤固化，将支撑柱烘烤固化在下盖板上；
S6、利用热压机将上盖板和下盖板的三边与内部支撑柱4压合在一起，热压温度140℃；
S7、往剩下的一边注入去离子水1ml，并利用真空机进行-85kpa抽真空并采用中温热压封口。
S8、得到半透明的低温制程可视化超薄柔性均热板。
实施例2
本实施例提供的一种超薄均热板，包括上盖板1、下盖板2和支撑柱4，该低温制程可视化超薄柔性均热板制作方法如下：
S1、上盖板1与下盖板2均采用0.01mm的耐高温PET膜，两个盖板均涂一层0.01mm的热熔胶5，并放入烘箱35℃烘烤30min。
S2、将5um二氧化硅微球与60-70wt％的水玻璃混合均匀，得到膏状物；其中，所述膏状物中二氧化硅微球的质量占比为59％。
S3、将二氧化硅膏状物涂布到上盖板与下盖板上，涂布厚度均为0.1mm；
S4、将二氧化硅涂抹膏状物的上盖板和下盖板放入烘箱中进行35℃30min，然后140℃
30min烘烤固化得到各自的吸液芯3；
S5、将有吸液芯的下盖板放在热板上，利用钢网模板印刷板进行支撑柱4的钢网模板印刷，支撑柱采用和吸液芯相同的二氧化硅膏状物，钢网模板印刷厚度0.2mm，再进行140℃30min的烘烤固化，将支撑柱烘烤固化在下盖板上；
S6、利用热压机将上盖板和下盖板的三边与内部支撑柱压合在一起，热压温度140℃；
S7、往剩下的一边注入去离子水1ml，并利用真空机进行-85kpa抽真空并采用中温热压封口。
S8、得到全透明的低温制程可视化超薄柔性均热板。
实施例3
图3为本实施例提供的一种超薄均热板，包括上盖板1、下盖板2和支撑柱4。该低温制程可视化超薄柔性均热板制作方法如下：
S1、上盖板1采用0.02mm铝箔，下盖板2采用0.01mm的耐高温PET膜，两个盖板均涂一层0.01mm的水性或油性热熔胶5，并放入烘箱35℃烘烤30min。
S2、将5um二氧化硅微球与60-70wt％的水玻璃混合均匀，得到膏状物；其中，所述膏状物中二氧化硅微球的质量占比为59％。
S3、将二氧化硅膏状物涂布到下盖板2上，涂布厚度为0.1mm；
S4、将二氧化硅涂抹膏状物的下盖板放入烘箱中进行35℃烘烤30min，然后140℃烘烤30min烘烤固化得到吸液芯3；
S5、将有吸液芯的下盖板放在热板上，利用钢网模板印刷板进行支撑柱4的钢网模板印刷，支撑柱采用和吸液芯相同的二氧化硅膏状物，钢网模板印刷厚度0.2mm，再进行140℃30min的烘烤固化，将支撑柱烘烤固化在下盖板上；
S6、利用热压机将上盖板和下盖板的三边与内部支撑柱压合在一起，热压温度140℃；
S7、往剩下的一边注入去离子水1ml，并利用真空机进行-85kpa抽真空并采用中温热压封口。
S8、得到半透明半吸液芯的低温制程可视化超薄柔性均热板，横截面结构如图4所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内所做的任何修改，等同替换和改进等，均应包含在发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种低温制程可视化超薄柔性均热板的制备方法，其特征在于，所述均热板包括上盖板、下盖板和支撑柱；所述上盖板或下盖板至少一个为耐高温PET膜；
制备方法包括以下步骤：
S1、将上盖板和下盖板的相对面涂上热熔胶，然后进行烘烤固化；热熔胶的熔点为100-140℃，涂布厚度为0.01-0.05mm，烘烤温度为30-50℃，热熔胶包括聚氨酯热熔胶和丙烯酸树热熔胶；
S2、将毛细颗粒、胶粘剂和水混合，得到含水膏状物；所述毛细颗粒为铜粉、铝粉或二氧化硅微球中的一种或多种，其中铜粉和铝粉的粒度为80-5000目，二氧化硅微球为3-5um；所述胶粘剂包括液体硅酸钾、硅酸钠、硅酸锂和玻璃纤维；所述膏状物的固含量为60-80％，其中毛细颗粒在膏状物中的质量占比为55-70％；
S3、将所述含水膏状物涂覆在上盖板或下盖板至少一个的热熔胶面上；所述膏状物的涂覆厚度为0.02-0.15mm；
S4、将涂有膏状物的上盖板和/或下盖板进行烘烤固化，通过水蒸发而使得膏状物仅残留所述毛细颗粒并于毛细颗粒间形成孔隙，从而得到吸液芯；烘烤固化的方法为：先由室温升温到30-50℃并保持30-60min，再由30-50℃升温至100-140℃并保持30-60min；
S5、将具有吸液芯的上盖板或下盖板中的一个，利用钢网模板进行支撑柱印刷，再通过100-140℃的烘烤固化；
S6、以热压技术将所述上盖板和所述下盖板进行热压，通过热熔胶热压粘结，先将上盖板和下盖板的三边及支撑柱压合；压合为将上盖板和下盖板以及内部支撑柱放在热压机下热压，热压温度100-140℃；
S7、再往剩下的一边注入液体工质，并利用真空机进行抽真空再热压封边。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述上盖板或下盖板的材料为铜箔、铝箔、不锈钢箔、钛箔、镍箔或耐高温PET膜，上盖板或下盖板的厚度为0.01-0.2mm，内壁为粗糙表面。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，支撑柱直径为1-5mm，支撑柱中心间距为1-5mm；烘烤时间为10-30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中，液体工质为自湿润流体，选自纯水、乙醇水溶液、正丁醇水溶液中的一种。
5.一种低温制程可视化超薄柔性均热板，其特征在于：采用权利要求1-4任一项所述的方法制备。
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