CN115609140B - 一种基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及金属加工技术领域，尤其是指一种基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法及应用于该方法的设备，该方法包括以下步骤：A.对金属工件清洗；B.把金属工件浸没在蚀刻液中并进行固定，由蚀刻液于金属工件表面形成第一孔隙结构；C.采用激光诱导方式成型凹腔，并使得凹腔内形成第二孔隙结构。D.把均热板自蚀刻液中取出，然后清洗均热板以祛除其表面残留的蚀刻液。本发明结合金属蚀刻以及激光诱导两种方式，通过两者同时进行的方式，使得均热板表面形成有凹腔，并让凹腔以及均热板表面分别具有孔隙密度不同的孔隙结构，从而让均热板的毛细性能更好。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工技术领域，尤其是指一种基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法及设备。
背景技术
激光诱导蚀刻快速成型技术(LIERP)是采用超快激光对玻璃进行定向改质，再经后续化学蚀刻将玻璃的改质通道进行放大形成通孔。该技术的基础是利用超快激光作用在玻璃材料后，使得相应区域发生相变，进而相变区域在化学蚀刻过程中表现出不同的蚀刻效率。
而目前均热板的吸液芯结构，通常是通过湿法蚀刻实现的，这种方式能够形成尺寸小且具有多孔结构的凹腔(即吸液芯结构)，但是基于目前的电子设备越趋于小型化，而仅通过湿法蚀刻制造的吸液芯结构，其毛细性能无法满足体积更小、结构更精密的电子设备的需求。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法及设备，应用于金属加工领域，能够在均热板表面形成毛细功能更好的吸液芯结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供的一种基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法，包括以下步骤：
A.对金属工件清洗；
B.把金属工件浸没在蚀刻液中并进行固定；
C.采用激光发生装置对焦金属工件表面，通过激光发生装置发出激光并在金属工件表面形成凹腔，从而让金属工件形成均热板；金属工件表面因蚀刻而形成第一孔隙结构，凹腔内壁因激光加热和蚀刻共同配合而形成更为第二孔隙结构，第二孔隙结构的孔隙密度大于第一孔隙结构的孔隙密度；
D.把均热板自蚀刻液中取出，然后清洗均热板以祛除其表面残留的蚀刻液。
进一步的，在步骤B中，提供一种蚀刻槽，其内部具有锁住金属工件的锁件；蚀刻槽的深度比金属工件高度大至少5.5mm；
步骤B中，蚀刻液液面没过金属工件顶部4.9-5.2mm。
进一步的，步骤D具体包括：
D1.把蚀刻槽内的蚀刻液导离蚀刻槽；
D2.把均热板自蚀刻槽中取出；
D3.采用去离子水清洗均热板。
进一步的，在步骤C中，凹腔的深度金属工件的厚度之比为 6.5-7.2:10。
进一步的，在步骤C中，激光发生装置所发出的激光功率为 0.01-50W，激光发生装置扫描金属工件表面的速度为0.01-1000mm/s，扫描次数不小于1次。
本发明还提供了一种激光诱导蚀刻的设备，包括激光发生装置以及蚀刻槽，蚀刻槽用于装蚀刻液，激光发生装置用于对蚀刻槽内的工件发射激光以诱导工件形成凹腔；蚀刻槽的深度大于工件的厚度。
进一步的，还包括换热器以及恒温池，恒温池用于装换热介质，换热器用于把蚀刻槽内的蚀刻液与恒温池内的换热介质进行换热；恒温池具有用于保持恒温池内部蚀刻液温度恒定的控温机构。
进一步的，所述换热器包括耐蚀泵和换热盘管，换热盘管位于恒温池内且浸没在恒温池内的换热介质中，耐蚀泵的两端分别与蚀刻槽、换热盘管连通。
进一步的，所述蚀刻槽内具有锁件，锁件用于对蚀刻槽内的工件进行锁住。
进一步的，所述蚀刻槽连接有交换泵，交换泵用于外接蚀刻液源，蚀刻液经交换泵进入蚀刻槽或流出蚀刻槽。
本发明的有益效果：本发明结合金属蚀刻以及激光诱导两种方式，通过两者同时进行的方式，使得均热板表面形成有凹腔，并让凹腔以及均热板表面分别具有孔隙密度不同的孔隙结构，从而让均热板的毛细性能更好。
附图说明
图1为实施例1的流程图。
图2为实施例2的结构示意图。
图3为应用本发明所制得的均热板的示意图。
图4为图3的A处放大图。
图5为图3的B处放大图。
附图标记：1—激光发生装置，2—蚀刻槽，3—换热器，4—恒温池，5—控温机构，6—金属工件，7—蚀刻液，8—换热介质，9—锁件，10—交换泵，11—激光发生器，12—振镜机构，13—高度调节机构， 14—X轴振镜，15—Y轴振镜，16—支撑杆，17—调节杆，18—升降驱动件，31—耐蚀泵，32—换热盘管，33—第一耐蚀管，34—第二耐蚀管，51—加热器，52—测温件，61—凹腔，62—第一孔隙结构，63 —第二孔隙结构。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例1
如图1、图3至图5所示，本实施例提供了一种基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法，包括以下步骤：
EX1.根据均热板的应用场合，设计均热板下壳体尺寸以及蚀刻槽2的尺寸；
EX2.在原料处进行材料，截取材料为紫铜的金属工件6；
A.对金属工件6清洗，该清洗具体为：使用1.2％除油粉水溶液在PH值为13温度为50℃环境下除油，除油后水洗，然后采用5％盐酸水溶液酸洗，酸洗后水洗，再50℃烘干，该步骤彻底清除基材表面的油污及氧化膜；
B.把金属工件6浸没在蚀刻液7中并进行固定，该蚀刻液7可为 35％的三氯化铁溶液，然后把蚀刻液7加热至40℃；
C.采用激光发生装置1对焦金属工件6表面，通过激光发生装置 1发出激光并在金属工件6表面形成凹腔61，从而让金属工件6形成均热板；金属工件6表面因蚀刻而形成第一孔隙结构62，凹腔61内壁因激光加热和蚀刻共同配合而形成更为第二孔隙结构63，第二孔隙结构63的孔隙密度大于第一孔隙结构62的孔隙密度；
D.把均热板自蚀刻液7中取出，然后清洗均热板以祛除其表面残留的蚀刻液7。
即本发明首次把激光诱导技术应用于金属加工中，且把激光诱导技术与蚀刻技术同时进行，使得激光诱导技术在金属工件6表面加工出凹腔61而提升了凹腔61的成型速度时，由于激光能量高而导致凹腔61内表面温度上升，从而让蚀刻反应更剧烈，使得凹腔61内部形成了更为致密的第二孔隙结构63，使得所制造的均热板的毛细性能更佳。
具体的，在步骤B中，提供一种蚀刻槽2，其内部具有锁住金属工件6的锁件9；蚀刻槽2的深度比金属工件6高度大至少5.5mm；
步骤B中，蚀刻液7液面没过金属工件6顶部4.9-5.2mm。
即在蚀刻时，保证蚀刻液7始终淹没金属工件6，并保证在激光诱导而导致部分蚀刻液7蒸发时也能确保蚀刻液7的液面不会低于金属工件6的高度，从而保证了蚀刻动作稳定进行；此外，蚀刻液7的液面高度不宜过高，避免造成对于激光的过渡折射而影响到凹腔61 的成型。
具体的，步骤D具体包括：
D1.把蚀刻槽2内的蚀刻液7导离蚀刻槽2；
D2.把均热板自蚀刻槽2中取出；
D3.采用去离子水清洗均热板。
本发明采取先把蚀刻液7导离蚀刻槽2后再把均热板取出，从而让均热板被取出时其表面所附着的蚀刻液7含量减小，以避免在把均热板移送至清洗的装置过程中滴落蚀刻液7，保护了周围环境的安全。
具体的，在步骤C中，凹腔61的深度金属工件6的厚度之比为 6.5-7.2:10，从而保证均热板的强度，避免凹腔61(即吸液芯结构) 发生塌陷甚至穿孔。
具体的，在步骤C中，激光发生装置1所发出的激光功率为 0.01-50W，激光发生装置1扫描金属工件6表面的速度为 0.01-1000mm/s，扫描次数不小于1次。
实施例2
如图2所示，本实施例提供了一种激光诱导蚀刻的设备，该设备应用于实施例1所述的方法中，其具体包括激光发生装置1以及蚀刻槽2，蚀刻槽2用于装蚀刻液7，激光发生装置1用于对蚀刻槽2内的工件发射激光以诱导工件形成凹腔61；蚀刻槽2的深度大于工件的厚度。
实际使用时，该设备还包括换热器3以及恒温池4，恒温池4用于装换热介质8，换热器3用于把蚀刻槽2内的蚀刻液7与恒温池4 内的换热介质8进行换热；恒温池4具有用于保持恒温池4内部蚀刻液7温度恒定的控温机构5。
具体的，该换热介质8为水，即本发明进行工作时，把金属工件6进行前处理后放入蚀刻池内，由蚀刻液7进行浸泡；随后激光发生装置1工作，通过往金属工件6发射激光而对金属工件6表面进行槽的成型；当槽成型后，激光发生装置1停止工作，此时由于金属工件6被激光射过的槽的位置处温度必然比其他位置要高，因此槽的位置与蚀刻液7反应会更为激烈，从而形成比其他位置更为致密的孔隙结构。由于激光发射能够更快地在金属工件6表面形成槽位，因此本发明相较于进采用化学蚀刻的方式具有更高的效率。
在本实施例中，所述激光发生装置1包括激光发生器11、振镜机构12以及高度调节机构13，振镜机构12位于激光发生器11与蚀刻池之间，高度调节机构13用于调节激光发生器11相对于蚀刻池的高度。
实际使用时，所述振镜机构12包括X轴振镜14和Y轴振镜15， X轴振镜14与Y轴振镜15配合用于调整激光发生器11所发出激光的水平汇聚位置。X轴振镜14与Y轴振镜15配合，让激光发射装置发出的激光在水平位置散开的部分进行汇聚，从而更为高效地射向金属工件6而对其进行作用；高度调节机构13则用于调整激光发生器11相对于蚀刻池的高度，起到调整激光对焦位置的效果，使得对焦位置作用在金属工件6表面处槽形成的位置，从而提升效率。
具体的，所述高度调节机构13包括支撑杆16和调节杆17，调节杆17的一端可升降地设置于支撑杆16，激光发生器11焊装与调节杆17的另一端。该调节杆17可由人工进行高度调节，或者如本实施例中直接设置一升降驱动件18实现自动调节高度的效果，该升降驱动件18可由电机与丝杆机构配合组成，从而达到高精度控制调节杆 17以及激光发生器11升降的效果，让激光发生器11对焦位置更为精准。
由于蚀刻液7在放置一定时间后，其热量会散发至外界而导致其温度下降，从而会影响到时刻效果。
因此在本实施例中，所述换热器3包括耐蚀泵31和换热盘管32，换热盘管32位于恒温池4内且浸没在恒温池4内的换热介质8中，耐蚀泵31的两端分别与蚀刻池、换热盘管32连通。即耐蚀泵31用于把蚀刻液7泵入换热盘管32中，通过管热盘管与恒温池4内的换热介质8进行热交换，然后让蚀刻液7达到所需温度后重新回流到蚀刻池中，从而保证蚀刻液7的温度，以保证对于金属工件6蚀刻的效率。
具体的，所述耐蚀泵31的两端分别连通有第一耐蚀管33和第二耐蚀管34，第一耐蚀管33与蚀刻池连通，第二耐蚀管34与换热盘管32连通。第一耐蚀管33与第二耐蚀管34均为常规的部件，其内表面具有耐腐蚀的涂层，以保证蚀刻液7流动过程中不会对两者造成腐蚀。
在本实施例中，所述控温机构5包括加热器51以及测温件52，测温件52与加热器51电连接，测温件52用于监测恒温池4内的换热介质8温度，加热器51用于在换热介质8的温度低于设定值时对换热介质8进行加热。测温件52可为温度传感器，而加热器51则为常规的发热丝或者电阻均可，当测温件52监测到换热介质8温度低于设定值时，则控制加热器51进行工作，从而让换热价值温度上升至设定值后再停止工作，以达到了控温效果。
在本实施例中，所述蚀刻槽2内具有锁件9，锁件9用于对蚀刻槽2内的金属工件6进行锁住。该锁件9可为一个槽，让金属工件6 能恰好放进去而不会偏移，从而保证了激光诱导时的稳定。
在本实施例中，所述蚀刻槽2连接有交换泵10，交换泵10用于外接蚀刻液7源，蚀刻液7经交换泵10进入蚀刻槽2或流出蚀刻槽 2，从而实现了对于蚀刻液7流入蚀刻槽2以及导出蚀刻槽2的效果，便于对方法进行可靠控制。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
A.对金属工件清洗；
B.把金属工件浸没在蚀刻液中并进行固定，然后把蚀刻液加热至40℃；
C.采用激光发生装置对焦金属工件表面，通过激光发生装置发出激光并在金属工件表面形成凹腔，从而让金属工件形成均热板；金属工件表面因蚀刻而形成第一孔隙结构，凹腔内壁因激光加热和蚀刻共同配合而形成为第二孔隙结构，第二孔隙结构的孔隙密度大于第一孔隙结构的孔隙密度；
D.把均热板自蚀刻液中取出，然后清洗均热板以祛除其表面残留的蚀刻液；
在步骤B中，提供一种蚀刻槽，其内部具有锁住金属工件的锁件；蚀刻槽的深度比金属工件高度大至少5.5mm；
步骤B中，蚀刻液液面没过金属工件顶部4.9-5.2mm。
2.根据权利要求1所述的基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法，其特征在于：步骤D具体包括：
D1.把蚀刻槽内的蚀刻液导离蚀刻槽；
D2.把均热板自蚀刻槽中取出；
D3.采用去离子水清洗均热板。
3.根据权利要求1所述的基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法，其特征在于：在步骤C中，凹腔的深度与金属工件的厚度之比为6.5-7.2:10。
4.根据权利要求1所述的基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法，其特征在于：在步骤C中，激光发生装置所发出的激光功率为0.01-50W，激光发生装置扫描金属工件表面的速度为0.01-1000mm/s，扫描次数不小于1次。
5.一种应用于权利要求1所述的基于激光诱导蚀刻的均热板制备方法的激光诱导蚀刻的设备，其特征在于：包括激光发生装置以及蚀刻槽，蚀刻槽用于装蚀刻液，激光发生装置用于对蚀刻槽内的工件发射激光以诱导工件形成凹腔；蚀刻槽的深度大于工件的厚度；
还包括换热器以及恒温池，恒温池用于装换热介质，换热器用于把蚀刻槽内的蚀刻液与恒温池内的换热介质进行换热；恒温池具有用于保持恒温池内部蚀刻液温度恒定的控温机构。
6.根据权利要求5所述的激光诱导蚀刻的设备，其特征在于：所述换热器包括耐蚀泵和换热盘管，换热盘管位于恒温池内且浸没在恒温池内的换热介质中，耐蚀泵的两端分别与蚀刻槽、换热盘管连通。
7.根据权利要求5所述的激光诱导蚀刻的设备，其特征在于：所述蚀刻槽内具有锁件，锁件用于对蚀刻槽内的工件进行锁住。
8.根据权利要求5所述的激光诱导蚀刻的设备，其特征在于：所述蚀刻槽连接有交换泵，交换泵用于外接蚀刻液源，蚀刻液经交换泵进入蚀刻槽或流出蚀刻槽。
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| FR2803237A1 (fr) * | 1999-12-29 | 2001-07-06 | Iniversite Catholique De Louva | Procede de creation de pores dans un materiau polymere en feuilles ou une couche polymere telle qu'un film mince d'epaisseur egale a une centaine de nanometres, prealablement deposee sur un support metallique |
-
2022
- 2022-09-20 CN CN202211144556.9A patent/CN115609140B/zh active Active
Patent Citations (7)
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