CN117355096A - 一种均热板及其制备方法 - Google Patents
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- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Abstract
本申请涉及散热装置技术领域，特别涉及一种均热板及其制备方法。该均热板包括：第一基板、第二基板、支撑柱结构和铜网毛细结构；其中，所述铜网毛细结构和支撑柱结构设置在所述第一基板和第二基板之间的空腔内部，所述均热板还包括设置在所述第二基板和铜网毛细结构之间的亲水性毛细结构，且所述亲水性毛细结构内部设有复杂连续的流道，孔隙率不小于50％～95％。本发明的均热板的亲水性毛细结构采用3D打印技术可灵活控制亲水性毛细结构内部的流道，从而提高导热介质的回流速度和均热板的散热功率，本发明的方法适用于所有结构(气液共面、气液异面等)、所有尺寸(标准均热板(≥2mm)和超薄均热板(＜2mm)的制备。
Description
技术领域
本发明涉及散热装置技术领域，特别涉及一种均热板及其制备方法。
背景技术
随着现代电子信息技术产业的不断发展，我国传统产业正在经历数字化的转变，伴随着这些产业出现的设备热管理等问题一直受学术界和产业界的关注。特别是随着这些产品不断向高性能、功能集成和微型化(小、轻、薄)趋势发展，热流密度越来越高，散热需求持续增长。近些年，国内外各大企业和研究机构纷纷布局，致力于解决狭小空间下的高热流密度散热难题。
目前利用均热板内部相变传热传质的高效传热特性可以取得较低热阻、较高均温性的性能，但在均热板厚度日益减薄的趋势下，传统的烧结型吸液芯的孔隙率偏低，影响液体输运能力；铜网型吸液芯的导热性则相对较差；沟槽型吸液芯的毛细抽吸能力有限；泡沫金属型吸液芯的孔隙较大且分布不均匀，力学性能较低；复合结构型吸液芯是通过结合多种吸液芯结构的优势，可实现较好的毛细抽吸性能，但工艺复杂，吸液芯空间有限，限制了复合结构型吸液芯在超薄化均热板中的应用和发展。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本申请提供用于均热板新型制备方法，能够通过3D打印技术可灵活控制树脂吸液芯结构，从而提高导热介质的回流速度和均热板的散热功率
为达到上述目的，本申请采用如下技术方案：一种均热板，该均热板包括：第一基板、第二基板、支撑柱结构和铜网毛细结构；
其中，所述铜网毛细结构和支撑柱结构设置在所述第一基板和第二基板之间的空腔内部，且所述铜网毛细结构下端面与所述第一基板的内表面接触，所述支撑柱结构穿过在所述铜网毛细结构设置在所述第一基板的内表面上；所述均热板还包括设置在所述第二基板和铜网毛细结构之间的亲水性毛细结构，且所述亲水性毛细结构内部设有复杂连续的流道，且亲水性毛细结构的孔隙率不小于50％～95％。
进一步，所述亲水性毛细结构包括微米级聚合物吸液芯主体、铜镀层和亲水层；
其中，所述铜镀层采用通过电化学沉积技术包覆在所述微米级聚合物吸液芯结构的外表面，所述亲水层包覆在所述铜镀层的外表面。
进一步，所述微米级聚合物吸液芯主体为若干八面体复合束状单元以阵列方式组成；
其中，所述八面体复合束状单元包括立方体外框和体心；
所述立方体外框由12根圆柱首尾连接组成；
所述体心包括10根以立方体外框的体心交叉设置的圆柱，其中4根圆柱的端部分别与所述立方体外框的8个顶点连接，另外6根圆柱的端部分别连接立方体外框的6个表面的面心；
且圆柱的直径D与立方体外框边长L的比例为1：5。
进一步，所述微米级聚合物吸液芯主体采用光敏树脂材质制成。
进一步，所述铜网毛细结构为采用孔径为100～400目的铜材质的丝网编制而成。
本发明的另一目的是提供一种制备上述的均热板的方法，该方法具体包括以下步骤：
S1)通过冲压工艺制备该均热板的第一基板和第二基板；
S2)通过3D打印技术在第二基板上打印微米级聚合物吸液芯主体；
S3)在S2)得到的微米级聚合物吸液芯主体的表面通过电化学沉积技术镀铜，再采用氧化处理后，即得到亲水性毛细结构；
S4)再将支撑柱与所述第一基板和第二基板通过焊接相连接，焊接后进行注液、除气和封装处理，即得到均热板。
进一步，所述S1)中的所述第一基板和所述第二基板厚度均为0.05～1mm；
且第一基板和第二基板的材质均为纯铜、铜合金、铝合金、不锈钢或钛合金中的一种。
进一步，所述S2)的打印的具体步骤为：
S2.1)先根据微米级聚合物吸液芯主体的打印尺寸和精度创建平台，对模型进行缩放、移动或平移操作，将模型放置在平台中间，依次进行设置切片厚度、平台像素数、切片、导入3D打印设备；切片厚度为：10～40μm；平台像素数为：10x10 custom；
S2.2)绷膜调平:将成形室装上平台和绷膜,选中激光分别对绷膜的第一区域点,第二区域点,第三区域点进行调平，确保任意两点误差在10μm以内，选中镜头聚集绷膜的的第一区域点进行激光清零；
S2.3)平台调平:取下绷膜，移出成形室，用激光分别对平台区的第一区域点,第二区域点,第三区域点进行调平，确保任意两点误差在10μm以内；将激光移动到平台区的第一区域点，调整平台位置至-0.1mm处并记录位置；
S2.4)将成形室移出，通过装绷膜、刮气泡、调整平台、绷膜复位，用滚轮滚动2次操作，最后选择对应的打印曝光强度和曝光时间进行打印,曝光强度为45～60mw/cm2；曝光时间为3-5s；
S2.5)处理固化:将模型打印完成后，从平台上取下样件，用氟化液进行清洗5～10min后吹干，然后在紫外线固化箱进行二次固化，固化时间为20～30min。即得到微米级聚合物吸液芯主体。
进一步，所述S3)中的电化学沉积技术镀铜的步骤为除油、微蚀、粗化、敏化、活化、化学沉积铜、无铬钝化、电镀铜和烘干，得到的铜镀层厚度为5～100μm；
所述氧化处理包括双氧水法、碱辅助法和硝酸银溶液法，时间为15～25min。
进一步，所述S4)中的焊接方法为激光焊接、扩散焊、钎焊、高频感应焊或电阻焊中的任意一种，焊接后的所述均热板的厚度为0.2～5mm。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：该方法可以适用于不同厚度和不同材质的均热板制备，材料选择自由度高；
采用新的吸液芯制备技术，通过3D打印技术制备吸液芯，该方法可灵活控制吸液芯结构和孔隙率，从而提高导热介质的回流速度和均热板的散热功率；
与传统粉末烧结的制备方法相比，该方法减少了制备工序，大大缩短生产时间，提高生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明地一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的一种均热板的整体结构示意图。
图2为本发明一种均热板中的微米级聚合物吸液芯主体的结构示意图。
图3为本发明的八面体复合束状单元的剖视示意图。
图4为本发明的一种均热板的制备方法的流程框图。
图中：10.第一基板，20.第二基板，30.亲水性毛细结构，301.微米级聚合物吸液芯主体，3011.立方体外框，3012.体心，40.支撑柱结构，50.铜网毛细结构。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术问题、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用来解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请实施例中，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当元件被称为术语所提到的“连接”可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接的连接，除非另有明确具体的说明。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
需要说明的是，在本申请的描述过程中，术语所提到的“第一”、“第二”等仅用于描述更加方便，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的说明。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本申请中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。
应理解，实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
请一并参阅图1至图4，现对本申请实施例提供的均热板的结构及其制备方法进行说明。
如图1-图2所示，一种均热板，该均热板包括：第一基板10、第二基板20、支撑柱结构40和铜网毛细结构50；
其中，所述铜网毛细结构50和支撑柱结构40设置在第一基板10和第二基板20之间的空腔内部，且所述铜网毛细结构50下端面与所述第一基板10的内表面接触，所述支撑柱结构40穿过在所述铜网毛细结构50设置在所述第一基板的内表面上；所述均热板还包括亲水性毛细结构30，所述亲水性毛细结构30设置在所述第二基板20和铜网毛细结构50之间，通过所述支撑柱结构40固定。
所述亲水性毛细结构30包括微米级聚合物吸液芯主体301、铜镀层和亲水层；
其中，所述铜镀层采用通过电化学沉积技术包覆在所述微米级聚合物吸液芯结构的外表面，所述亲水层包覆在所述铜镀层的外表面。
如图3所示，所述微米级聚合物吸液芯主体301为若干八面体复合束状单元以阵列方式组成；
其中，所述八面体复合束状单元包括立方体外框3011和体心3012；
所述立方体外框3011由12根圆柱首尾连接组成；
所述体心3012包括10根以立方体外框的体心交叉设置的圆柱，其中4根圆柱的端部分别与所述立方体外框的8个顶点连接，另外6根圆柱的端部分别连接立方体外框的6个表面的面心；
且圆柱的直径D与立方体外框边长L的比例为1：5。
所述微米级聚合物吸液芯主体采用光敏树脂材质制成。
所述铜网毛细结构为采用孔径为100～400目的铜材质的丝网编制而成。
如图4所示，一种上述均热板新型制备方法，包括如下步骤：
S1，提供基板，将基板放置于冲压模具上制成第一基板10和第二基板20。采用焊接工艺将支撑柱40和丝网状毛细结构50固定在第一基板10上。
S2，3D打印：将第二基板20固定在3D打印设备平台上，通过采用3D打印工艺将毛细结构打印在第二基板上，并使得毛细结构光固化固定于第二基板20上。
S3，电化学沉积铜：通过电化学沉积工艺将微米级聚合物吸液芯主体表面镀铜，再将镀铜、氧化处理后得到亲水性毛细结构30固定于第二基板20上。
S4，焊接、注液、除气、封装：将支撑柱40、粘附丝网状毛细结构50的第一基板10和粘附镀铜亲水性毛细结构30的第二基板20通过焊接形成具有注液孔的所述内腔体；将注液管放入所述注液孔进入所述内腔体进行焊接；将所述内腔体进行注液和除气处理，之后用焊接工艺封堵所述注液口并作裁头处理，最后用焊接密封制成所述均热板。
均热板新型制作方法包括以下步骤：
步骤S01，提供基板冲压制成第一基板10，第二基板20。
步骤S01中的第一基板10、第二基板20的材质可以是纯铜、铜合金、铝合金、不锈钢、钛合金等材料中的任意一种，在此不做具体限制。
具体地，步骤S01包括以下步骤：
步骤S11，提供基板，将基板放置于冲压模具上制成第一基板10，将基板放置于冲压模具上制成第二基板20。
步骤S12，对第一基板10、第二基板20进行清洗。
其中，清洗步骤包括除污渍、除油、和除锈。除污渍过程：将第一基板10、第二基板20、支撑柱40、丝网状毛细结构50置于酒精溶液中清洗，完成后冲洗。除油过程：将第一基板10、第二基板20置于除油溶液中进行电解，完成后进行冲洗。除锈过程：将第一基板10、第二基板20置于除锈溶液中浸泡，完成后冲洗，得到清洗完成后的第一基板10及第二基板20。
步骤S02，将第二基板20固定在3D打印设备平台上，通过采用3D打印工艺将毛细结构打印在第二基板上，并使得毛细结构光固化固定于第二基板20上。
具体地，3D打印树脂吸液芯步骤包括：切片、绷膜调平、平台调平、准备打印、后处理。
步骤S03，将3D打印出的微米级聚合物吸液芯主体进行电化学沉积铜处理。
具体地，化学沉积铜步骤包括除油、微蚀、粗化、敏化、活化、化学镀铜、无铬钝化、烘干。镀层厚度为5～30微米。
步骤S04，将化学沉积铜后的毛细结构采用电镀沉积铜，镀层总厚度为30～100微米。
步骤S05，将电镀沉积铜后的毛细结构30采用双氧水处理20min，得到亲水性毛细结构30。
步骤S06，通过焊接的方式将支撑柱40、丝网状毛细结构50焊接于第一基板10上。
步骤S07，将电镀沉积铜后的亲水性毛细结构30叠置于第二板体20远离第一基板10的一侧，与镀铜后的亲水性毛细结构30和第一基板10焊接固定围成内空腔。
步骤S08，将注液管放入注液孔中，通过焊接工艺将注液管与注液孔焊接固定，其中注液管用于连通内空腔与外界环境。
步骤S09，通过注液管往内空腔中注入工作冷却工质。
步骤S10，将内空腔进行抽真空处理：通过注液管的管口将内空腔抽真空；
具体地，通过注液管对内空腔进行一次抽真空除气和二次抽真空除气，以确保将空气从内空腔中清除干净。
步骤S11，将二次抽真空除气后的板壳进行电阻焊封口后将注液管进行裁头，最后进行激光焊接密封，保证完好的内空腔气密性。
本申请还提供一种均热板，采用上述制备方法制备而成。制得的均热板的工艺步骤缩短，3D打印的树脂吸液芯结构吸液能力更强，传热性能更佳。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种均热板，所述均热板包括：第一基板、第二基板、支撑柱结构和铜网毛细结构；
其中，所述铜网毛细结构和支撑柱结构设置在所述第一基板和第二基板之间的空腔内部，其特征在于，所述均热板还包括设置在所述第二基板和铜网毛细结构之间的亲水性毛细结构，且所述亲水性毛细结构内部设有复杂连续的流道，且亲水性毛细结构的孔隙率不小于50％～95％。
2.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于，所述亲水性毛细结构包括微米级聚合物吸液芯主体、铜镀层和亲水层；
其中，所述铜镀层采用通过电化学沉积技术包覆在所述微米级聚合物吸液芯结构的外表面，所述亲水层包覆在所述铜镀层的外表面。
3.根据权利要求2所述的均热板，其特征在于，所述微米级聚合物吸液芯主体为若干八面体复合束状单元以阵列方式组成；
其中，所述八面体复合束状单元包括立方体外框和体心；
所述立方体外框由12根圆柱首尾连接组成；
所述体心包括10根以立方体外框的体心交叉设置的圆柱，其中4根圆柱的端部分别与所述立方体外框的8个顶点连接，另外6根圆柱的端部分别连接立方体外框的6个表面的面心；
且圆柱的直径D与立方体外框边长L的比例为1：5。
4.根据权利要求3所述的均热板，其特征在于，所述八面体复合束状单元采用光敏树脂材质制成。
5.根据权利要求1所述的均热板，其特征在于，所述铜网毛细结构为采用孔径为100～400目的铜材质的丝网编制而成。
6.一种制备如权利要求1-5任意一项所述的均热板的方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1)通过冲压工艺制备该均热板的第一基板和第二基板；
S2)通过3D打印技术在第二基板上打印微米级聚合物吸液芯主体；
S3)在S2)得到的微米级聚合物吸液芯主体的表面通过电化学沉积技术镀铜，再采用氧化处理后，即得到亲水性毛细结构；
S4)再将支撑柱、铜网毛细结构与所述第一基板和第二基板通过焊接相连接，焊接后进行注液、除气和封装处理，即得到均热板。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述S1)中的所述第一基板和所述第二基板厚度均为0.05～1mm；
且第一基板和第二基板的材质均为纯铜、铜合金、铝合金、不锈钢或钛合金中的一种。
8.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述S2)的打印的具体步骤为：
S2.1)根据需要打印尺寸构建微米级聚合物吸液芯主体模型，再对模型进行缩放、移动或平移操作，将模型放置在平台中间，依次进行设置切片厚度、平台像素数、切片、导入3D打印设备；切片厚度为：10～40μm；平台像素数为：10x10custom；
S2.2)绷膜调平:将成形室装上平台和绷膜,选中激光分别对绷膜的第一区域点,第二区域点,第三区域点进行调平，确保任意两点误差在10μm以内，选中镜头聚集绷膜的的第一区域点进行激光清零；
S2.3)平台调平:取下绷膜，移出成形室，用激光分别对平台区的第一区域点,第二区域点,第三区域点进行调平，确保任意两点误差在10μm以内；将激光移动到平台区的第一区域点，调整平台位置至-0.1mm处并记录位置；
S2.4)将成形室移出，通过装绷膜、刮气泡、调整平台、绷膜复位，用滚轮滚动2次操作，最后选择对应的打印曝光强度和曝光时间进行打印,曝光强度为45～60mw/cm2；曝光时间为3-5s；
S2.5)处理固化:将模型打印完成后，从平台上取下样件，用氟化液进行清洗5～10min后吹干，然后在紫外线固化箱进行二次固化，固化时间为20～30min。即得到微米级聚合物吸液芯主体。
9.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述S3)中的电化学沉积技术镀铜的步骤为除油、微蚀、粗化、敏化、活化、化学沉积铜、无铬钝化、电镀铜和烘干，得到的铜镀层厚度为5～100μm；
所述氧化处理包括双氧水法、碱辅助法和硝酸银溶液法，时间为15～25min。
10.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述S4)中的焊接方法为激光焊接、扩散焊、钎焊、高频感应焊或电阻焊中的任意一种，焊接后的所述均热板的厚度为0.2～5mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311302202.7A CN117355096A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种均热板及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311302202.7A CN117355096A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种均热板及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117355096A true CN117355096A (zh) | 2024-01-05 |
Family
ID=89362518
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311302202.7A Pending CN117355096A (zh) | 2023-10-09 | 2023-10-09 | 一种均热板及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117355096A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117663865A (zh) * | 2024-01-22 | 2024-03-08 | 华南理工大学 | 一种抗膨胀超薄均热板及其制造方法 |
-
2023
- 2023-10-09 CN CN202311302202.7A patent/CN117355096A/zh active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117663865A (zh) * | 2024-01-22 | 2024-03-08 | 华南理工大学 | 一种抗膨胀超薄均热板及其制造方法 |
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