[發(fā)明專利]一種注射成形制備梯度結(jié)構(gòu)銅散熱片的方法

有效

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• 申請日: 2010-12-21
• 公開（公告）號: CN102554229A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅崢;陶海明;魏衍廣;崔雪飛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: B22F3/115
• 分類號: B22F3/115;B22F3/24
• 代理公司: 北京北新智誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11100
• 代理人: 耿小強

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種注射成形制備梯度結(jié)構(gòu)銅散熱片的方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前計算機產(chǎn)品正逐漸朝向輕薄化、小型化、高功能化和高頻化的趨勢發(fā)展，其單位面積所發(fā)出地?zé)崃浚òl(fā)熱密度）愈來愈高，電子散熱的問題也愈嚴(yán)重和棘手，相對地，散熱設(shè)計的困難度和所花費的成本也越來越高。而利用散熱片來增加散熱面積是熱管理技術(shù)中最常見也是最基本的方式。雖然近代新制備及設(shè)計技術(shù)不斷提升，散熱片的應(yīng)用在有限空間的限制下，似乎有漸漸趨向極限的趨勢，未來各種不同的冷卻技術(shù)如熱管、水冷、冷凍循環(huán)以及浸入式沸騰冷卻等都可能用來解決散熱問題。盡管如此，散熱片仍是最經(jīng)濟、最可靠的散熱方式，因此如何提高散熱片的材料熱傳導(dǎo)率和增加散熱片的散熱面積，以提升其整體散熱效率，是21世紀(jì)相關(guān)產(chǎn)業(yè)所面臨的重要關(guān)鍵課題。

電子器件的散熱主要有三類：風(fēng)冷、熱管和水冷，在這三類散熱方式中，散熱片是主要部件之一。散熱片的加工方式多種多樣，主要包括以下幾類：

⑴沖壓散熱片。鋁合金和銅均可采用沖壓工藝制備散熱片，沖壓工藝的優(yōu)點在于自動化、批量化，缺點在于只能制備形狀簡單（低發(fā)熱密度）的散熱片；?

⑵擠壓散熱片。擠壓是散熱片制造中最廣泛的加工方式，采用的材料通常是鋁合金。該技術(shù)的優(yōu)勢在于投資少、技術(shù)門檻低、易于投產(chǎn)、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)量大、適用范圍廣。但是，生產(chǎn)的鰭片形狀相對簡單，無法獲得很大（大于20）的高寬比，并且只能生產(chǎn)鋁合金散熱片。

⑶焊接散熱片。焊接作為傳統(tǒng)的金屬結(jié)合方式，在散熱片加工中被普遍采用。目前散熱片加工中采用的仍然主要是釬焊，其優(yōu)點在于底座與鰭片的組合多種多樣，相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備已經(jīng)非常成熟，易于大規(guī)模生產(chǎn)。但是，散熱片底座與鰭片之間存在界面熱阻，二者一旦結(jié)合度不好，嚴(yán)重影響散熱片性能；而且，控制焊著率難度較高，檢驗不易，容易出現(xiàn)不良品，加工成本較高。

⑷鑄造散熱片。鑄造技術(shù)可制造細(xì)薄、密集或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鰭片，易于一些特殊設(shè)計的實現(xiàn)；缺點是在鑄造時表面流紋及氧化渣過多，降低熱傳導(dǎo)效果，冷卻時內(nèi)部微縮孔偏高，實質(zhì)熱傳導(dǎo)率降低，模具壽命較短，設(shè)備相對復(fù)雜，產(chǎn)量較小，生產(chǎn)效率低，成本較高。

⑸機械加工散熱片。機加工工藝的最大優(yōu)勢在于散熱片底座與鰭片一體成形，不存在界面熱阻，能夠更有效利用散熱表面積，此外，切割而成的鰭片排列密集，能在單位體積內(nèi)獲得更大的散熱面積。然而，受到原材料等的影響，成品率低，機械加工的設(shè)備、人工成本高，大規(guī)模生產(chǎn)資金投入過大。

⑹鍛造散熱片。將鋁合金或者銅合金加熱至較高溫度，然后在較高壓力下填入鍛造模具成形。其優(yōu)點在于散熱片鰭片與吸熱底座一體成形，無界面熱阻，適于加工柱狀鰭片。但是，由于在冷卻時可能出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象，使鰭片存在厚薄、高度不均的情況，所需鍛造壓力高(500噸以上)，設(shè)備昂貴，模具制造成本高，磨損快，加工成本高，加工條件苛刻，時間長，不易量產(chǎn)。

⑺熱縮嵌套散熱片。利用熱脹冷縮原理的機械結(jié)合方式，主要用于鋁鰭片嵌銅。該工藝優(yōu)點是兼具鋁質(zhì)鰭片的低成本、低密度、易加工特性與銅材的高吸熱及導(dǎo)熱能力，缺點在于對鰭片、嵌入銅材尺寸、形狀要求嚴(yán)格，否則嚴(yán)重影響性能。

⑻金屬粉末注射成形散熱片。金屬注射成形是一種凈近成形技術(shù)，一次成形，無需后續(xù)機加工。采用該技術(shù)能大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜、散熱比表面積大、尺寸精度高的散熱片。目前，該項技術(shù)主要是制備銅散熱片。該技術(shù)的劣勢是不能制備大尺寸銅散熱片，且制備的銅散熱片底座相對密度在94%以下，底座的熱導(dǎo)率在320?W·m^-1·K^-1以下，不能充分發(fā)揮銅本身所具備的熱導(dǎo)性能。

影響銅散熱片應(yīng)用的主要是以下三個因素：①銅散熱片的原料成本高，集中應(yīng)用在電子行業(yè)的高端領(lǐng)域。②銅散熱片多是采用機械加工或焊接工藝制備，生產(chǎn)流程長，能耗高，成本高。③銅散熱片使用的是相對密度在99%以上的純銅。純銅的吸熱能力比鋁高，但是，銅的比熱容為0.39J·Kg^-1·K^-1，鋁的比熱容為0.9J·Kg^-1·K^-1，同等體積與同樣形狀的鋁散熱片比銅的散熱能力更強，傳統(tǒng)工藝制備的銅散熱片沒有充分發(fā)揮它所具備的吸熱能力。④銅的密度為8.9g·cm^-3，鋁的密度為2.7g·cm^-3，銅散熱片較高的質(zhì)量限制了它在便攜式計算機中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容