CN115255385A - 芯片散热装置的制备方法及芯片散热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芯片散热装置的制备方法，并公开了通过所述制备方法制成的芯片散热装置，其中芯片散热装置的制备方法包括：获取芯片散热装置的三维模型数据；移动基板至第一打印位置，将金属粉末均匀铺设基板上，根据三维模型数据熔化金属粉末，以打印一层散热片；控制基板多次向下移动预设距离，每移动一次就在上一层的基础上继续打印一层散热片，从而获得所述芯片散热装置，通过本发明提出的制备方法，能够一体成型制备芯片散热装置，避免了芯片散热装置在使用过程中被腐蚀或内部流道被堵塞，提高了芯片散热装置的散热效果。

Description

芯片散热装置的制备方法及芯片散热装置
技术领域
本发明涉及散热冷却装置技术领域，特别涉及一种芯片散热装置的制备方法及芯片散热装置。
背景技术
相关技术中，传统的制造芯片散热装置的方法通常将多个散热片逐层焊接封装，从而构成一个完整的芯片散热装置，然而芯片散热装置在使用过程中，连接两层散热片之间的焊接层可能会被腐蚀，从而导致芯片散热装置内部通道里的冷却液泄露，而若在内部通道镀金以防止焊接层被腐蚀，其镀金层也可能会有脱落，导致芯片散热装置的内部流道被堵塞，从而影响芯片散热装置整体的散热性能。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种芯片散热装置的制备方法，能够使芯片散热装置一体成型，提高芯片散热装置的散热性能。
本发明还提出一种通过上述制备方法制备的芯片散热装置。
根据本发明的第一方面实施例的芯片散热装置的制备方法，包括：获取所述芯片散热装置的三维模型数据；移动基板至第一打印位置，将金属粉末均匀铺设所述基板上；根据所述三维模型数据熔化所述金属粉末，以打印一层散热片；控制所述基板多次向下移动预设距离，每移动一次就在上一层的基础上继续打印一所述层散热片，从而获得所述芯片散热装置。
根据本发明第一方面实施例的芯片散热装置的制备方法，至少具有如下有益效果：根据芯片散热装置的三维模型数据，逐层制备芯片散热装置的散热片，多层散热片呈一体成型结构，以共同构成芯片散热装置，从而能够有效避免芯片散热装置被腐蚀或芯片散热装置内部流道被堵塞，提高了芯片散热装置的散热性能。
根据本发明的一些实施例，将第一层散热片打印完成后，对所述第一层散热片的表面进行激光重熔。
根据本发明的一些实施例，所述激光的工艺参数设置为扫描速度500mm/s至700mm/s，功率为350W至400W，间距0.07mm至1mm。
根据本发明的一些实施例，打印所述散热片采用正交的扫描方式。
根据本发明的一些实施例，所述激光的光斑补偿值设为90μm至110μm。
根据本发明的一些实施例，所述芯片散热装置打印完成后，通过电火花线切割的方式使所述芯片散热装置与所述基板分离。
根据本发明的一些实施例，所述芯片散热装置与所述基板分离后，使用超声波对所述芯片散热装置的表面进行多次清洗。
根据本发明的一些实施例，所述基板能够向下四次移动预设距离，以打印五层所述散热片。
根据本发明的一些实施例，所述金属粉末为铜铬锆合金粉末，所述基板为铜铬锆合金材料制成。
根据本发明的第二方面实施例的芯片散热装置，所述芯片散热装置通过上述第一方面实施例的制备方法制成。
根据本发明实施例的芯片散热装置，至少具有如下有益效果：芯片散热装置为一体成型结构，能够防止芯片散热装置在工作过程中被腐蚀或内部流道被堵塞，本申请提出的芯片散热装置的散热效率较高，使用寿命较长。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明，其中：
图1为本发明一个实施例的芯片散热装置的制备方法的流程图；
图2为本发明另一实施例的芯片散热装置的制备方法的流程图；
图3为本发明另一实施例的芯片散热装置的制备方法的流程图；
图4为本发明另一实施例的芯片散热装置的制备方法的流程图；
图5为本发明另一实施例的芯片散热装置的制备方法的流程图；
图6为本发明另一实施例的芯片散热装置的制备方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1，在本发明的一些实施例中，芯片散热装置的制备方法包括：
步骤S100:获取芯片散热装置的三维数据模芯。
在本发明的一些实施例中，利用激光选区熔化技术，使用激光选区金属熔化3D打印机完成对芯片散热装置的制备。激光选区金属熔化3D打印机接收芯片散热装置的模型数据，并通过控制器处理得到芯片散热装置的三维模型数据。
步骤S200：移动基板至第一打印位置，将金属粉末均匀铺设于基板上。
在本发明的一些实施例中，在本发明的一些实施例中，控制器控制基板移动至第一打印位置，并由铺粉系统将金属粉末均匀铺设于基板上。需要说明的是，在铺设金属粉末时，还需要对基板进行预热操作。
步骤S300：根据所述三维模型数据，通过激光熔化所述金属粉末，以打印一层散热片。
在本发明的一些实施例中，控制器控制激光器发射激光，并根据三维模型数据激光选区熔化金属粉末，以制备散热片。需要说明的是，激光能够使技术粉末快速完全熔化，在迅速凝固在一起，从而得到散热片。
步骤S400：控制基板多次向下移动预设距离，每移动一次就在上一层散热片的基础上继续打印散热片。
在本发明的一些实施例中，一层散热片打印完成后，控制器控制基板向下移动预设距离，继续打印下一层散热片，根据芯片散热装置的结构，来确定打印散热片的数量，从而能够实现逐层打印多层散热片，从而获得芯片散热装置。
需要说明的是，第一层的散热片是在基板的基础制备完成的，即第一层的散热片会粘连在基板上，其他每层的散热片是在上一层的散热片的基础上制备完成的，即相邻的散热片之间会相互粘连，从而使多层所述散热片为一体成型结构，以共同构成所述芯片散热装置。传统的制备芯片散热装置的方法是，通过焊接的方式将多层散热片焊接在一起，为了防止焊接层被腐蚀，需要在散热装内部流道镀上金属层，但是镀上金属层后，金属层也会有脱落的风险，从而影响芯片散热装置的散热效果。因此，本发明提供的芯片散热装置的制备方法，使芯片散热装置一体成型，无需焊接，从而不会被腐蚀以及芯片散热装置内部流道也不会被堵塞，保证了芯片散热装置的散热性能，提高了芯片散热装置的使用寿命。
参照图2，在本发明的一些实施例中，可以打印五层散热片，在第一打印位置时，制备第一层散热片，然后基板需要向下移动预设距离四次，以打印另外四层散热片，其包括以下步骤：
步骤S410：向下移动基板至第二打印位置，根据三维模型数据打印第二层散热片。
在本发明的一些实施例中，再参照图4，制备第二层散热片的步骤包括：
步骤S411：将基板向下移动第二层散热片的厚度，以使基板位于所述第二打印位置。
需要说明的是，三维模型数据包括每层散热片的厚度，基板每次向下移动的预设距离等于需要打印的散热片的层厚，即第一层散热片打印完成后，基板向下移动第二层散热片厚度的距离，从而使基本位于第二打印位置。还需要说明的是，根据三维数据模型对散热片进行切片处理，并根据切片模型逐层打印每一层散热片。
步骤S412:将金属粉末均匀铺设于第一层散热片的上方。
需要说明的是，基板移动至第二打印位置后，铺粉系统将金属粉末均匀铺设于第一层散热片上，从而以第一层散热片为基础，在第一层散热片上打印第二层散热片。
步骤S413：控制激光器发射激光，并根据三维模型数据熔化金属粉末，以打印第二层散热片。
需要说明的是，三维模型数据还包括芯片散热装置的第二层散热片的长度和宽度，以及第二层散热片上的冷却流道的第二宽度。激光器发出的激光通过振镜控制，按照当前层散热片的三维模型数据开始熔化金属粉末，然后金属粉末迅速凝固，以形成散热片。
还需要说明的是，芯片散热装置的1至4层的散热片的层厚为0.3㎜，当最后一层散热片打印完成后采用电火花切割的方式使芯片散热装置从基板上脱落，由于在切割时，难以定位以及产生残余应力等因素的影响，因此，第五层的设计厚度为5㎜。
步骤S420:向下移基板动至第三打印位置，根据三维模型数据打印第三层散热片。
参照图5，在本发明的一些实施例中，打印第三层散热片的步骤包括：
步骤S421:将基板向下移动第三层散热片的厚度，以使基板位于所述第三打印位置。
在本发明的一些实施例中，基板向下移动的预设距离等于第三散热片的厚度，以移动至第三打印位置。
步骤S422:将金属粉末均匀铺设于所述第二层散热片的上方。
在本发明的一些实施例中，基板移动至第三打印位置后，铺粉系统将金属粉末均匀铺设于第二层散热片上，以能够在第二层散热片的基础上打印第三层散热片。
步骤S423:控制激光器发射激光，并根据三维模型数据熔化金属粉末，以打印第三层散热片。
在本发明的一些实施例中，控制器能够控制激光器发射激光，并根据第三层散热片的三维模型数据控制激光选区熔化金属粉末，以制备第三层散热片。需要说明的是，三维模型数据包括芯片散热装置的第三层散热片的长度和第一宽度，以及第三层散热片上的冷却流道的第二宽度。激光器发出的激光通过振镜控制，按照当前层散热片的三维模型数据开始熔化金属粉末，然后金属粉末迅速凝固，以形成散热片。激光扫描时，采用正交的扫描策略，即0°与90°交互扫描。
S430:向下移动基板至第四打印位置，根据三维模型数据打印第四层散热片。
S440:向下移动基板至第五打印位置，并根据三维模型数据打印第五层散热片。
需要说明的是，制备第四层和第五层的步骤与上述制备第二层和第三层的步骤相同，在此不再赘述。
还需要说明的是，散热片的层数可以为五层，当然也可以为四层或六层等，可根据具体情况而定，在此不作具体限定。
参照图3，在本发明的一些实施例中，芯片散热装置的制备方法还包括：
步骤S210:将第一层散热片打印完成后，对第一层散热片的表面进行激光重熔。
在本发明的一些实施例中，对散热片表层进行激光重熔操作(即，使材料表面经历了一个快速熔化然后凝固过程，所得到的熔凝层为铸态组织，也称其为液相淬火法，激光束将表面熔化而不加任何金属元素，以达到表面组织改善的目的)，有助于提高对基板的热量传递，防止芯片散热装置产生翘曲等状况。
参照图6，在本发明的一些实施例中，芯片散热装置的制备方法还包括：
步骤S500:通过电火花切割的方式使芯片散热装置与基板分离。
在本发明的一些实施例中，当最后一层散热片打印完成后，通过电火花切割的方式使第一层散热片从基板分离，从而使芯片散热装置从基板脱离。
步骤S600:使用超声波对芯片散热装置的表面进行清洗。
在本发明的一些实施例中，芯片散热装置从基板上脱离后，使用超声波清洗的方式多次清洗芯片散热装置的表面，例如可以清洗4次、5次或6次等，以提高芯片散热装置表面的清洁度。需要说明的是，超声波清洗完成，再通过酒精擦拭的方式，擦拭芯片散热装置的表面。
在本发明的一些实施例中，金属粉末为铜铬锆合金粉末，基板为铜铬锆合金材料制成。铜铬锆合金具有高导热性能，能够增强芯片散热装置的散热性能。当然，也可以采用其他金属材料的粉末，基板与金属粉末的材料一致。
在本发明的一些实施例中，首先，使用SolidWorks等三维软件制作芯片散热装置的三维模型，然后导入Materialise Magics软件(Materialise Magics是平面数据处理工具，支持测量和处理STL文件、整合外形、表面修整、双重三角检测器等功能，能够进行高度自动化的STL操作)进行支撑设置和切片工作，并使3D打印机能够接受芯片散热装置的三维模型数据。
在本发明的一些实施例中，激光工艺参数设置为扫描速度为500mm/s至700mm/s，例如可以为500㎜/s、600㎜/s或700㎜/s等，功率为350W至400W，例如可以为350W、380W或400W等,间距为0.07mm至1㎜，例如，可以为0.07㎜、0.08㎜或1mm等。打印散热片，激光扫描时采用正交的扫描策略，即0°与90°交互扫描。在激光打印散热片的过程中采用光斑补偿，光斑补偿的值设为90μm至110μm，例如，可以设置为90μm、100μm或110μm等。
本发明第二方面实施例的芯片散热装置，通过第一方面实施例的芯片散热装置的制备方法制备而成。通过上述制备方法制备的芯片散热装置为一体成型结构，无需通过逐层焊接散热片的方式制备，从而能够避免焊接层被腐蚀的风险，也就无需在流道内部设置镀金层，流道内部也就不会因镀金层脱离而被堵塞，因此，本申请提出的芯片散热装置的散热效率较高，使用寿命较长。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种芯片散热装置的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述芯片散热装置的三维模型数据；
移动基板至第一打印位置，将金属粉末均匀铺设于所述基板上；
根据所述三维模型数据，通过激光熔化所述金属粉末，以打印一层散热片；
控制所述基板多次向下移动预设距离，每移动一次就在上一层所述散热片的基础上继续打印一层所述散热片，从而获得所述芯片散热装置。
2.根据权利要求1所述的芯片散热装置的制备方法，其特征在于，将第一层散热片打印完成后，对所述第一层散热片的表面进行激光重熔。
3.根据权利要求1所述的芯片散热装置的制备方法，其特征在于，所述激光的工艺参数设置如下：扫描速度为500mm/s至700mm/s，功率为350W至400W，扫描间距为0.07mm至0.1mm。
4.根据权利要求1所述的芯片散热装置的制备方法，其特征在于，所述激光采用正交的扫描策略。
5.根据权利要求1所述的芯片散热装置的制备方法，其特征在于，在所述激光打印所述散热片的过程中采用光斑补偿，所述光斑补偿的值设为90μm至110μm。
6.根据权利要求1所述的芯片散热装置的制备方法，其特征在于，所述芯片散热装置打印完成后，通过电火花线切割的方式使所述芯片散热装置与所述基板分离。
7.根据权利要求6所述的芯片散热装置的制备方法，其特征在于，将所述芯片散热装置与所述基板分离后，使用超声波对所述芯片散热装置的表面进行清洗。
8.根据权利要求1所述的芯片散热装置的制备方法，其特征在于，控制所述基板向下四次移动预设距离，以打印五层所述散热片。
9.根据权利要求1所述的芯片散热装置的制备方法，其特征在于，所述金属粉末为铜铬锆合金粉末，所述基板为铜铬锆合金材料制成。
10.一种芯片散热装置，其特征在于，通过权利要求1至9任一项所述的方法制备而成。
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