一种压印成型的超薄均热板及其制造方法

技术领域

本发明属于均热板技术领域，尤其涉及一种压印成型的超薄均热板及其制造方法。

背景技术

随着电子信息技术的发展和推广，电子产品、工业设备、新能源汽车及军事装备等领域的产品朝着小型化和集成化方向演变。产品的集成度越来越高，热流密度也呈现指数倍增长，部分产品的热流密度已经超过200W/cm2，甚至作温度已接近临界温度。根据阿伦尼斯经验方程可知，电子产品工作温度每升高10℃，其可靠性降低50％。因此，热设计已成为电子产品设计中必不可少的一部分。传统散热方式，如自然冷却、强制风冷，已不能满足高热流密度产品的散热需求。均热板作为一种高效的散热设备，具有较高的热导率和均温性，正逐渐成为解决高热流密度产品散热问题的技术手段之一。

现有均热板的两个外壳由铜和铝制成，且铜和铝均热板的两个外壳通常是由刻蚀得到，经济成本高，工艺难度大、效率低且刻蚀液会污染环境，需进一步处理，此外，铜和铝的成本较高，不适合大规模批量生产和使用，且通常较厚(0.6mm-2mm)，散热效果不佳。

因此，发明人致力于设计一种均热板及其制造方法以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种压印成型的超薄均热板，可降低成本和厚度，提高散热性能。

本发明的另一目的在于：提供一种超薄均热板的制作方法，高效、无污染的制作厚度较低的均热板。

为了达到上述目的，本发明所采用的一种技术方案为：

一种压印成型的超薄均热板，包括上板和下板，所述下板的盖合面上通过压印成型形成多个压槽和多个支柱，多个所述压槽与多个所述支柱呈一排间隔交错设置，相邻两个所述压槽之间由同一所述支柱隔开，每个所述压槽的底部通过压印成型形成多个沟槽和多个沟槽吸液芯，多个所述沟槽呈一排设置，相邻两个所述沟槽之间由同一所述沟槽吸液芯隔开，所述沟槽内填充有粉末烧结吸液芯，所述粉末烧结吸液芯与所述沟槽吸液芯烧结形成复合吸液芯，所述上板盖设于多个所述压槽上形成多个气流通道，多个所述气流通道相互连通，所述气流通道内填充有工作液体。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，所述粉末烧结吸液芯由不同粒径的金属粉末混合而成，所述金属粉末的粒径为30um-70um。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，所述支柱呈长条梯形，所述沟槽和所述沟槽吸液芯均呈长条V形，所述支柱和所述沟槽均沿所述下板的长度方向设置，所述压槽的内壁和所述复合吸液芯表面均钝化处理。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，同一所述压槽内：多个所述沟槽吸液芯的总宽度与对应所述压槽底部的宽度比为2:3。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，所述沟槽和所述沟槽吸液芯由对应所述压槽的底壁内凹而成，所述气流通道位于所述复合吸液芯的正上方。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，所述沟槽吸液芯的深度与宽度比为3:1，每个所述沟槽的宽度为0.3mm。

为了达到上述目的，本发明所采用的另一种技术方案为：

一种压印成型的超薄均热板，包括上板和下板，所述下板的盖合面上通过压印成型形成多个压槽和多个支柱，多个所述压槽与多个所述支柱呈一排间隔交错设置，相邻两个所述压槽之间由同一所述支柱隔开，每个所述压槽的底部通过压印成型形成多个沟槽和多个沟槽吸液芯，多个所述沟槽呈一排设置，相邻两个所述沟槽之间由同一所述沟槽吸液芯隔开，所述沟槽内填充有粉末烧结吸液芯，所述粉末烧结吸液芯与所述沟槽吸液芯烧结形成复合吸液芯，所述上板盖设于多个所述压槽上形成多个气流通道，多个所述气流通道相互连通。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，所述粉末烧结吸液芯由不同粒径的金属粉末混合而成，所述金属粉末的粒径为30um-70um。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，所述支柱呈长条梯形，所述沟槽和所述沟槽吸液芯均呈长条V形，所述支柱和所述沟槽均沿所述下板的长度方向设置，所述压槽的内壁和所述复合吸液芯表面均钝化处理。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，同一所述压槽内：多个所述沟槽吸液芯的总宽度与对应所述压槽底部的宽度比为2:3。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，所述沟槽和沟槽吸液芯由对应所述压槽的底壁外凸而成，所述气流通道位于所述复合吸液芯的旁侧。

作为本发明压印成型的超薄均热板的一种改进，所述沟槽吸液芯的深度与宽度比为2:1，每个所述沟槽的宽度为0.5mm。

为了达到上述另一目的，本发明所采用的一种技术方案为：

一种上述超薄均热板的制造方法，包括以下步骤：

S1、将上板材通过冲裁工艺一步冲裁成型形成上板；

S2、将下板材通过压印工艺多步压印成型形成下板，使下板上形成多个压槽和多个支柱，且每个压槽的底部形成多个沟槽和多个沟槽吸液芯；

S3、在各个沟槽内填充粉末烧结吸液芯，利用烧结工艺将粉末烧结吸液芯与沟槽吸液芯烧结形成复合吸液芯；

S4、将上板和下板进行超亲水、超疏水和钝化处理；

S5、将上板盖于下板上形成多个气流通道，再将上板与下板的边缘处焊接并预留注液孔，在注液孔处插上注水管；

S6、向气流通道内注入工作液体，经冷冻、抽真空、封口处理形成超薄均热板。

作为本发明超薄均热板的制造方法的一种改进，所述步骤S4中，钝化处理条件为：采用质量比为2:1:7的氢气、二氧化碳和水蒸气混合钝化上板和下板，钝化温度为300℃，时间为80min。

与现有技术相比，本发明的压印成型的超薄均热板，利用压印工艺形成下板的多个压槽和多个支柱，并在每个压槽的底部压印形成多个沟槽和多个沟槽吸液芯，降低成本和厚度，同时，利用填充于沟槽内的粉末烧结吸液芯与沟槽吸液芯烧结形成具有较好毛细性能的复合吸液芯，通过长度方向传热提高散热性能。

与现有技术相比，本发明的超薄均热板的制造方法，利用冲裁工艺一步形成上板，多步压印工艺成型下板，使下板上形成压槽和支柱，且压槽的底部形成沟槽和沟槽吸液芯，再利用粉末烧结吸液芯与沟槽吸液芯烧结形成复合吸液芯，经钝化、焊接、注入工作液体等处理形成厚度较低的超薄均热板(厚度：0.25mm-0.4mm)，整个压印过程简便、高效、无污染，可批量生产。

附图说明：

图1是本发明第一实施例的下模板第一步压印过程示意图；

图2是本发明第一实施例的下模板经第二步压印后的结构示意图；

图3是本发明第一实施例的下模板经第三步压印后的结构示意图；

图4是本发明第一实施例的下模板第四步压印过程示意图；

图5是本发明的第一实施例的上板和下板的立体分解示意图；

图6是本发明的第一实施例的超薄均热板在宽度方向上的剖视结构示意图；

图7是本发明的第一实施例的超薄均热板第一种使用状态的剖视结构及传热示意图；

图8是本发明的第一实施例的超薄均热板第二种使用状态的剖视结构及传热示意图；

图9是本发明第二实施例的下模板的剖视示意图；

图10是本发明第二实施例的上板和下板的立体分解示意图；

图11是本发明第二实施例的超薄均热板在宽度方向上的剖视结构示意图；

图12是本发明第二实施例的下板和复合吸液芯的俯视结构及传热示意图；

图13是本发明第二实施例的超薄均热板第一种使用状态的阶梯剖视结构及传热示意图；

图14是本发明第二实施例的超薄均热板第二种使用状态的阶梯剖视结构及传热示意图；

图15是本发明的超薄均热板的制造方法流程图。

图示说明：

1、上板；2、下板；21、支柱；211、通槽；22、沟槽吸液芯；221、沟槽；23、气流通道；24、压槽；25、注液孔；3、粉末烧结吸液芯；4、下模板；5、初压上模板；6、终压上模板；7、蒸发器；8、散热器。

具体实施方式

下面结合附图，具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

实施例一

参照图5至图8，是本发明超薄均热板的第一实施例，一种压印成型的超薄均热板，包括一上板1和一下板2，下板2的内表面通过与粉末烧结吸液芯3烧结形成复合吸液芯，下板2盖设于上板1上形成多个气流通道23，多个气流通道23内填充有工作液体。

参照图5和图6，相对于铜和铝而言，不锈钢具有硬度高、强度好、耐蚀性强的优点，可大大降低材料成本，因此，本实施例中的下板2由316L不锈钢材料多步压印而成，下板2整体呈长方体状，下板2的底部两端均可作为传热面，下板2的顶面为其盖合面，下板2的盖合面上通过压印成型形成多个压槽24和多个支柱21，多个压槽24与多个支柱21呈一排间隔交错设置，相邻两个压槽24之间由同一支柱21隔开，所有支柱21均呈长条梯形，即：支柱21的两侧面均为斜面，支柱21的上端宽度小于其下端的宽度，多个支柱21的两末端还分别设有通槽211，多个压槽24的两端分别通过通槽211连通，每个压槽24的底部通过压印成型形成多个沟槽221和多个沟槽吸液芯22，每个沟槽221的宽度为0.1mm-1mm，本实施例沟槽221的宽度优选为0.3mm，本实施例中，沟槽221和沟槽吸液芯22由对应的压槽24的底壁内凹而成，即：沟槽221位于压槽24的底平面以下。同一压槽24内：多个沟槽221呈一排设置，相邻两个沟槽221之间由同一沟槽吸液芯22隔开。每个沟槽吸液芯22的深度与宽度比为3:1，多个沟槽吸液芯22的总宽度a与对应的压槽24底部的宽度b比为2:3。本实施例中，沟槽221和沟槽吸液芯22均呈长条V形，所有的支柱21、沟槽221、沟槽吸液芯22和压槽24均沿着下板2的长度方向设置。

参照图5和图6，所有沟槽221内均填充有粉末烧结吸液芯3，该粉末烧结吸液芯3由不同粒径的金属粉末混合而成，金属粉末的粒径为30um-70um，本实施例中，粉末烧结吸液芯3优选以两种不同粒径的金属粉末混合而成，两种金属粉末的粒径优选为30um和50um，每种金属粉末可选用铜、铝、镍、不锈钢等材料的金属粉末，粉末烧结吸液芯3与沟槽吸液芯22一同烧结形成所述复合吸液芯，压槽24的内壁和复合吸液芯表面均钝化处理。

参照图5和图6，所述上板1由316L不锈钢材料一步冲裁而成，该上板1呈平板状，上板1的底面钝化处理，上板1盖设于下板2的多个压槽24上形成多个气流通道23和一注液孔25，多个支柱21的顶部抵压上板1的底部，注液孔25的一半位于上板1底部，注液孔25的另一半位于下板2的盖合面边缘处，注液孔25与多个气流通道23连通，多个气流通道23的两端通过通槽211相互连通，本实施例中，由于粉末烧结吸液芯3铺设于压槽24的底面，当粉末烧结吸液芯3与沟槽吸液芯22烧结形成复合吸液芯后，会在复合吸液芯的正上方形成一定空间(即：气流通道23)，故本实施例的气流通道23位于对应复合吸液芯的正上方(如图6所示)。

参照图7和图8，均热板是一种相变换热结构，主要通过工作液体的蒸发和冷凝循环实现热量的高效传递，由于本实施例中，各个气流通道23均沿整个均热板的长度方向设置，因此，本实施例的均热板为长度方向传热超薄均热板，主要利用均热板的两端与外界传导热量，本实施例均热板的两种使用方法以及原理如下：

①、当蒸发器7安装于本实施例均热板的一端底部，散热器8安装于本实施例均热板的另一端底部(如图7所示)时，蒸发器7散发的热量通过下板2传递到复合吸液芯的蒸发端，复合吸液芯的蒸发端内的液体由于处于具有一定真空度的气流通道23内，在较低的温度下蒸发为蒸汽，蒸汽在压差的作用下向上充满整个气流通道23，由于均热板的冷凝端底部连接外部散热器8，以强制对流方式、风冷散热或水冷散热方式带走热量，因此，蒸汽在冷凝端的复合吸液芯处迅速凝结为液体，凝结的工作液体在复合吸液芯的毛细压力和重力的作用下回流至复合吸液芯的蒸发端，进行下一次蒸发、冷凝循环。

②、当蒸发器7安装于本实施例均热板的一端底部，散热器8安装于本实施例均热板的另一端顶部(如图8所示)时，蒸发器7散热的热量通过下板2传递到复合吸液芯的蒸发端，复合吸液芯的蒸发端内的液体由于处于具有一定真空度的气流通道23内，在较低的温度下蒸发为蒸汽，蒸汽在压差的作用下向上充满整个气流通道23，由于均热板的冷凝端顶部连接外部散热器8，以强制对流方式、风冷散热或水冷散热方式带走热量，因此，蒸汽在冷凝端的复合吸液芯处迅速凝结为液体，凝结的工作液体在复合吸液芯的毛细压力和重力的作用下回流至复合吸液芯的蒸发端，进行下一次蒸发、冷凝循环。

参照图1、图2、图3、图4和图15，本实施例的超薄均热板的制造方法，包括以下步骤：

S1、将上板材通过冲裁工艺一步冲裁成型形成上板1；

S2、将下板材通过压印工艺多步压印成型形成下板2，使下板2上形成多个压槽24和多个支柱21，且每个压槽24的底部形成多个沟槽221和多个沟槽吸液芯22；

S3、在各个沟槽221内填充粉末烧结吸液芯3，利用烧结工艺将粉末烧结吸液芯3与沟槽吸液芯22烧结形成复合吸液芯；

S4、将上板1和下板2进行超亲水、超疏水和钝化处理；

S5、将上板1盖于下板2上形成多个气流通道23，再将上板1与下板2的边缘处焊接并预留注液孔25，在注液孔25处插上注水管；

S6、通过注水管向气流通道23内注入工作液体，经冷冻、抽真空、封口处理形成超薄均热板。

所述步骤S2中，多步压印包括以下步骤：

①、将冲裁好的下板材放入下模板4的型腔内，利用初压上模板5下压下板材，形成下板2中部的支柱21和两个压槽24(如图1所示)；

2、更换上模板，进一步下压，在下板2中部的两个压槽24内形成多个沟槽221和沟槽吸液芯22(如图2所示)；

3、更换上模板，进一步下压，形成下板2两端的压槽24(如图3所示)；

4、将上一步的上模板更换为终压上模板6，进一步下压，使下板2两端的压槽24内形成多个沟槽221和沟槽吸液芯22(如图4所示)。

所述步骤S4中，钝化处理条件为：采用质量比为2:1:7的氢气、二氧化碳和水蒸气混合钝化上板1和下板2，钝化温度为300℃，时间为80min。

本实施例的超薄均热板采用四步压印工艺而成，相比刻蚀工艺，压印工艺简便、高效、无污染，更适宜制作较薄的均热板。

实施例二

参照图9至图14，是本发明超薄均热板的第二实施例，本实施例的超薄均热板与第一实施例的区别在于：本实施例的所有沟槽221和沟槽吸液芯22由对应的压槽24的底壁外凸而成，即：沟槽吸液芯22向压槽24内凸起，使沟槽221和沟槽吸液芯22均位于压槽24的底平面以上，沟槽吸液芯22的凸出方向与支柱21的凸出方向相同，本实施例的每个沟槽吸液芯22的深度与宽度比为2:1，每个沟槽221的宽度优选为0.5mm，本实施例中，由于粉末烧结吸液芯3位于压槽24的底面以上的沟槽221内，当粉末烧结吸液芯3与沟槽吸液芯22烧结形成复合吸液芯后，支柱21旁边的复合吸液芯会顶住上板1，故本实施例的气流通道23位于复合吸液芯的旁侧，复合吸液芯与气流通道23形成气液共面结构，在提高均热板的毛细性能的同时保证了均热板的超薄性，其他结构与第一实施例相同，在此不再阐述。

参照图12、图13和图14，本实施例的超薄均热板也具有两种使用方法，两种使用方法以及原理如下：

①、当蒸发器7安装于本实施例均热板的一端底部，散热器8安装于本实施例均热板的另一端底部(如图13所示)时，蒸发器7散发的热量通过下板2传递到复合吸液芯的蒸发端(如图12和图13所示)，复合吸液芯的蒸发端内的液体由于处于具有一定真空度的气流通道23内，在较低的温度下蒸发为蒸汽，蒸汽在压差的作用下向旁侧移动充满整个气流通道23(如图12所示)，由于均热板的冷凝端底部连接外部散热器8，以强制对流方式、风冷散热或水冷散热方式带走热量，因此，蒸汽在冷凝端的复合吸液芯处迅速凝结为液体，凝结的工作液体在复合吸液芯的毛细压力和重力的作用下回流至复合吸液芯的蒸发端，进行下一次蒸发、冷凝循环。

②、当蒸发器7安装于本实施例均热板的一端底部，散热器8安装于本实施例均热板的另一端顶部(如图14所示)时，蒸发器7产生的热量通过下板2传递到复合吸液芯的蒸发端，复合吸液芯的蒸发端内的液体由于处于具有一定真空度的气流通道23内，在较低的温度下蒸发为蒸汽，蒸汽在压差的作用下向旁侧移动充满整个气流通道23(如图12所示)，由于均热板的冷凝端顶部连接外部散热器8，以强制对流方式、风冷散热或水冷散热方式带走热量，因此，蒸汽在冷凝端的复合吸液芯处迅速凝结为液体，凝结的工作液体在复合吸液芯的毛细压力和重力的作用下回流至复合吸液芯的蒸发端，进行下一次蒸发、冷凝循环。

参照图9至图15，本实施例的超薄均热板的制造方法与第一实施例基本相同，在此不再阐述。

本发明的超薄均热板具有以下有益效果：

(1)、粉末烧结吸液芯3可选择不同粒径的微粒构成复合孔隙提高毛细性能；

(2)、通过压印成型得到带有沟槽吸液芯22和气流通道23的下板2，并通过粉末烧结得到复合吸液芯，提高超薄均热板的传热性能；

(3)、通过压印的方式得到均热板的上下板，避免的刻蚀的环境污染问题和大批量生产的成本问题；

(4)、本发明以不锈钢作为均热板的外壳材料，大大降低了材料成本，且相较于铜和铝而言，不锈钢硬度高、强度好、耐蚀性强，更适用于超薄化均热板；

(5)、上板1为单独壳板通过冲裁一体成型，下板2通过压印形成支柱21和沟槽吸液芯22结构，支柱21与沟槽221交替分布，保证超薄均热板在工作时不会塌陷，在沟槽吸液芯22上方烧结有粉末颗粒，构成复合吸液芯结构，复合吸液芯附近的空腔作为气流通道23，烧结的复合吸液芯具有较好的毛细性能，弥补了沟槽吸液芯22在工作时工质循环不足的缺陷，使得超薄均热板具有较好的散热能力，满足高性能散热需求。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围上所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。