[發(fā)明專利]可組合設(shè)計(jì)的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅均熱板的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410022375.8
• 申請(qǐng)日: 2014-01-18
• 公開（公告）號(hào): CN104792205B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施忠良;王虎;施忠偉;邱晨陽
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇格業(yè)新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): F28D15/04
• 分類號(hào): F28D15/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到一種均熱板的制造方法，屬于半導(dǎo)體電子元器件領(lǐng)域，是通過采用不同孔隙率的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅的組合設(shè)計(jì)作為吸液芯的均熱板及其制法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體電子器件的高頻、高速以及集成電路的高密度和體積趨于微小化使得單位容積的電子元件發(fā)熱量和單個(gè)芯片的能耗加大，設(shè)備緊湊化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)又使得散熱更加困難，因此人們一直不斷尋求高效散熱的器件以滿足不斷發(fā)展的半導(dǎo)體和電子散熱要求。熱管理器件的設(shè)計(jì)和研發(fā)一直制約半導(dǎo)體和電子器件的快速發(fā)展，這一問題對(duì)高速發(fā)展的便攜電子和通訊設(shè)備、電子元件、高電壓大功率電子器件以及軍工和航空航天上的電子元器件等重大裝備至關(guān)重要。近十年來由熱管和均熱板構(gòu)建散熱模組的研發(fā)與應(yīng)用使得半導(dǎo)體電子器件得到快速發(fā)展。

半導(dǎo)體電子器件均熱板(Vapor?Chamber)是一個(gè)內(nèi)壁具微結(jié)構(gòu)的真空腔體，當(dāng)熱由熱源傳導(dǎo)至蒸發(fā)區(qū)時(shí)，腔體里面的液相介質(zhì)會(huì)在低真空度的環(huán)境中，開始發(fā)生液相氣化，吸收熱能并且體積迅速膨脹，并逐步充滿整個(gè)蒸汽腔，氣相的介質(zhì)快速通過蒸汽腔，傳導(dǎo)到一個(gè)較冷的區(qū)域時(shí)便發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，借由氣-液轉(zhuǎn)變釋放出在相變潛熱，凝結(jié)后的液相介質(zhì)會(huì)借由內(nèi)壁上微結(jié)構(gòu)的毛細(xì)現(xiàn)象再快速回流到熱源的蒸發(fā)端，此過程將在腔體內(nèi)周而復(fù)始地循環(huán)進(jìn)行，這就是均熱板的工作過程。由于介質(zhì)在蒸發(fā)時(shí)吸液芯的微結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的毛細(xì)力，所以均熱板的工作是不受重力的影響，也稱其反重力特性和應(yīng)用過程中的無方向性。均熱板具有擴(kuò)展熱阻低、均勻的熱通量、熱量快速擴(kuò)散、重量輕和無噪音等優(yōu)點(diǎn)，正在得到重視和不斷開發(fā)之中。

目前通常的均熱板是由形變加工的微型溝槽結(jié)構(gòu)、編織銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)或燒結(jié)銅粉結(jié)構(gòu)分別作為吸液芯來制造成均熱板的毛細(xì)結(jié)構(gòu)。然后在銅片/板上加工具有毛細(xì)現(xiàn)象的微型溝槽難度大，編織的銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)其毛細(xì)現(xiàn)象又不如意，燒結(jié)銅粉結(jié)構(gòu)又難以控制最后燒結(jié)的質(zhì)量，因而產(chǎn)品的不良率和制造費(fèi)用較高且效果不盡如意。而江蘇格業(yè)新材料科技有限公司生產(chǎn)的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅均能克服上述三種毛細(xì)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，具有滿足均熱板吸液芯的特征和各種性能要求。因此，本發(fā)明是利用江蘇格業(yè)新材料科技有限公司生產(chǎn)的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅作為吸液芯的均熱板，結(jié)合均熱板的傳熱特點(diǎn)，提出可組合設(shè)計(jì)的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅均熱板的制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)目前溝槽結(jié)構(gòu)、編織銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)和燒結(jié)銅粉結(jié)構(gòu)的均熱板存在的問題，本發(fā)明提出了一種根據(jù)均熱板應(yīng)用特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特征，即蒸發(fā)端區(qū)域和其他部分液體介質(zhì)的流動(dòng)差異，利用不同孔隙率的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅進(jìn)行組合作為吸液芯的均熱板的制作方法，該分級(jí)構(gòu)造泡沫銅具有良好的毛細(xì)吸力，能夠?qū)崿F(xiàn)液態(tài)介質(zhì)相變和快速循環(huán)，且散熱功率較高和產(chǎn)品性能一致性好。該分級(jí)構(gòu)造的泡沫銅由江蘇格業(yè)新材料科技有限公司生產(chǎn)，孔徑大小范圍在300納米到1毫米之間可控，孔隙率可根據(jù)設(shè)計(jì)要求在40%-95%范圍內(nèi)選擇。具體的設(shè)計(jì)方法：?均熱板內(nèi)腔的吸液芯均采用分級(jí)構(gòu)造泡沫銅和泡沫銅柱，其中受熱蒸發(fā)端的部分，采用低孔隙率的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅，其孔隙率可選擇在40-75%；其他部分采用高孔隙率的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅，孔隙率為60-95%；孔徑大小范圍從300納米到1毫米；其厚度一般選擇相同厚度，在0.1毫米至3毫米之間根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇，但也可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求受熱蒸發(fā)端和其他部分選擇相近但不相同的厚度。

本發(fā)明的一種可組合設(shè)計(jì)的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅為吸液芯均熱板的制造方法，其分級(jí)構(gòu)造泡沫銅的微結(jié)構(gòu)如圖1所示，可以看出其孔的結(jié)構(gòu)和孔徑大小是不同的，即分級(jí)構(gòu)造結(jié)構(gòu)特征。不同孔隙率的泡沫銅為吸液芯組合設(shè)計(jì)的均熱板的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖根據(jù)熱源的情況分別如圖2、3和4所示，其蒸汽腔的中間支撐柱模板結(jié)構(gòu)如圖5所示，具體可組合設(shè)計(jì)的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅均熱板制造的主要步驟如下：

（1）模板加工與清洗：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用材質(zhì)為紫銅（純銅）的銅板或銅箔根據(jù)設(shè)計(jì)要求加工成上蓋板和下底板，并對(duì)其表面在加工后經(jīng)清洗和烘干處理；

（2）泡沫銅和支撐柱的加工：將不同孔隙率分級(jí)構(gòu)造泡沫銅根據(jù)均熱板熱傳導(dǎo)特點(diǎn)進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，采用模具結(jié)合上蓋板和下底板內(nèi)腔結(jié)構(gòu)中的位置和大小要求進(jìn)行沖切加工，并沖切加工設(shè)計(jì)所需厚度的分級(jí)構(gòu)造泡沫銅圓柱作為中間支撐柱（厚度通常根據(jù)蒸汽腔要求一般大于或等于0.8毫米），該支撐銅柱的數(shù)量根據(jù)均熱板內(nèi)腔結(jié)構(gòu)和尺寸布局，通常每根支撐柱間隔為10-12毫米，支撐柱的直徑可選擇為3至8毫米大小的泡沫銅；