一种超薄泡沫银为吸液芯的微型热管制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超薄泡沫银为吸液芯的微型热管制造方法。该方法与常规烧结铜热管相似，不同点在于采用超薄泡沫银取代铜粉或银粉烧结作为吸液芯，经高温烧结等工序制得所需孔隙率的超薄泡沫银为吸液芯的热管方法。                                微型热管通常由铜粉直接烧结制得，其烧结铜吸液芯孔隙率一般为40-50%。利用超薄泡沫银制得的热管，吸液芯孔隙率高达60-90%，且孔隙率可根据需要设计。本发明专利技术所采用的超薄泡沫银具有良好的毛细吸力、均匀的分级构造、孔隙率和热导率高，有利于加速液体介质的相变循环速度，减少热管热阻，明显提高散热效率。该制造方法简单，生产过程无污染，能够满足高热流密度的电子装备所需高导热效率和小型化的要求，因价格原因适合高端装备热管理应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子器件能够实现快速导和散热应用微型热管的制造方法，特别涉及利用超薄结构泡沫银作为吸液芯的微型热管的制造方法。
技术介绍
电子热管理是半导体和电子行业中的一个重要领域，因为热管理就是对半导体电子设备的运行温度进行有效的热控制，以保证其工作的稳定性和可靠性。随着信息技术、通讯、LED和太阳能等微电子技术突飞猛进的发展，半导体电子元器件尺寸已经从微米量级进入亚微米和纳米量级。随着电子器件集成化的程度越来越高，电子器件的高频、高速以及集成电路的高密度和体积趋于微小化使得单位容积的电子元件发热量和单个芯片的能耗加大，设备紧凑化结构的设计又使得散热更加困难，因而迫切需要解决器件集成后的高效散热技术难题。这一问题对高速发展的便携电子和通讯设备、高电压大功率电子器件以及军事装备上的电子元器件至关重要。热管技术的专利技术与发展，为半导体和电子散热提供了重要的解决方法和途径。热管是一种具有极高导热性能的新型传热元件，它通过在全封闭真空管内的液体介质的蒸发与凝结来传递热量，它利用毛细吸附作用等流体原理，起到良好的制冷效果。具有极高的导热性、良好的等温性、冷热两侧的传热面积可任意改变、可远距离传热、温度可控制等特点。将热管散热器的基板与晶闸管、IGBT、IGCT等大功率电力电子器件的管芯紧密接触，可直接将管芯的热量快速导出。吸液芯是热管的一个重要组成部分。吸液芯的结构形式将直接影响到热管和热管换热器的性能。近年来随着热管技术的发展，各国研究者在吸液芯材料、结构和理论研究方面做了大量工作，一个性能优良的管芯应具有:(I)足够大的毛细抽吸压力，或较小的管芯有效孔径；(2)较小的液体流动阻力，即有较高的渗透率；(3)良好的传热特性，即有小的径向热阻；(4)良好的工艺重复性及可靠性，制造简单，价格便宜。针对目前普遍直接采用微米级铜粉制成的烧结铜吸液芯微型热管，其烧结铜粉的孔隙率大致在40-50%，孔隙率相对低，循环过程中回流热阻相对大。为了解决这两个吸液芯存在的关键问题，提出本
技术实现思路
。
技术实现思路
本专利技术针对目前直接用铜粉进行烧结作为吸液芯，存在孔隙率低影响液体介质相变循环速度和相对增大冷凝端液体回流阻力，提出一种采用超薄泡沫银为吸液芯的热管。与现有用铜粉烧结制成的烧结铜为吸液芯的热管相比，采用超薄泡沫银为吸液芯后，泡沫银本身的热导率是金属中最好之一，泡沫银的孔隙率可高达60-90%，孔径大小是分级构造，使得液体介质产生较强的毛细吸力，促使相变过程和液-汽循环速度加快，特别是大大加快了气体在冷凝端转变为液相后的回流速度，降低冷凝后液体介质回流的热阻，提高了散热效率，有效解决高发热量电子元件所需快速散热问题。【附图说明】图1是铜管置于通孔的多孔陶瓷模板上的示意图 图2是不锈钢或陶瓷中间柱放入后的结构，放入超薄泡沫银的示意图【具体实施方式】常规微型热管采用外径为4、5、6、8、10、12.7、16mm的纯铜管，壁厚可选用0.2、0.3,0.4或0.5_，根据吸液芯的厚度要求，分别选用不同直径的不锈钢或氧化铝陶瓷中间柱，铜管切割并清洗干燥后，可以缩颈处理也可以不做缩颈处理，直接置于图1的支撑模板上，模板采用通孔的多孔陶瓷板，如多孔的堇青石、莫来石等作为模板。根据热管的长度设计，结合所需不同孔隙率的超薄泡沫银的厚度，选取合适大小的超薄泡沫银，切割卷曲后放入铜管与不锈钢或陶瓷中间柱之间的孔隙中，如图2所示。将其推入还原炉内，炉子用氮气充分洗炉，保证后续通入氢氮混合气体时的安全。还原气氛用氢氮混合气，混合气中氢的含量可以在10%_75%之间均可。通常在温度为500°C以上时，通入氢氮混合气。还原温度在700C-900°C之间，还原时间在30分钟至2小时，还原后随炉冷却至室温(实际操作在小于等于80°C即可取出)。可制备所需的高孔隙率的超薄泡沫银为吸液芯的厚度从0.1毫米到2毫米进行调节。若吸液芯厚度偏厚时，则还原烧结温度可选适当高的温度和延长保温时间等。然后进行圆状热管缩颈处理、注液、封装和散热性能测试过程。首先是取出中间柱，检测烧结后超薄泡沫银在热管中位置是否满足要求。检测满足要求后，进行下端拉拔，并用氩弧摩擦焊接。上端后续进行拉拔缩颈后，进行抽真空注液，然后封装焊合。注液量的多少是根据超薄泡沫银的孔隙率的量来计算所需液体介质的量，实际注液量是通过传感器根据注液量直接控制，通常稍有偏差。这样就完成了超薄泡沫银经高温还原烧结的微型热管的制造。后续设计所需的弯曲形变工序和常规烧结铜热管的弯曲形变制备方法相似。本专利技术提供了一种通过超薄泡沫银经过还原烧结工艺，制得不同孔隙率的超薄泡沫银作为吸液芯的热管。经热性能测试与分析发现，散热功率有明显提高且液体回流的热阻明显下降，相变循环速度加快，满足电子设备所需的超快速散热要求。本专利技术制备方法简单、操作方便，设备简单，生产过程无污染，产品质量好(产品纯度高、结构可控)，但作为贵金属银的应用，相对成本比较高，故适合高端装备所需的热管理器件应用。具体实例 以下是利用超薄泡沫银，制备0.4毫米厚度不同孔隙率的吸液芯的外径为8 mm的微型热管。(I)根据所选纯铜管(紫铜或无氧铜)的外径为8毫米、壁厚为0.3毫米的铜管； (2)清洗干燥后，置入多孔堇青石模板，保证垂直定位，然后按照定位方式分别放入直径为6.6 mm的不锈钢或氧化铝陶瓷中间柱； (3)根据设计要求，选取合适大小的0.4毫米厚度的超薄泡沫银，经卷曲后与不锈钢或陶瓷中间柱一并插入铜管的孔隙中； (4)转入还原炉进行高温还原烧结，首先低温下采用氮气洗炉，当温度达500°C以上通入氢氮混合气氛，进行高温还原烧结的热机械处理，氢氮混合比为(75-10%)(氢气):(25-90% (氮气)，加热速度为15-200C /分，至850°C保温I小时； (5)然后按照常规热管制造方法，其一端进行缩颈和氩弧焊接，另一端进行缩颈后，注水、抽真空和封装。然后经二次除气，制得不同孔隙率的超薄泡沫银为吸液芯的微型热管。注液量的多少是根据超薄泡沫银的孔隙率的数量进行计算。制得的上述不同孔隙率超薄泡沫银为吸液芯的圆状热管，可与直接用铜粉烧结的烧结铜为吸液芯的热管相比，经测试Qmax提高明显，且热阻大大减少。表明由超薄泡沫银为吸液芯制备的热管具有高效散热效果。【主权项】1.一种由超薄泡沫银作为吸液芯的微型热管制备方法，其特征在于选用超薄泡沫银作为吸液芯，具有高孔隙率、高热导率和分级构造的孔径变化特点，制成具有小的热阻和高的热传导功率的热管。2.如权利要求1所述的超薄泡沫银为吸液芯的微型热管的方法，其制备过程包括:(I)铜管清洗干燥，其中一端可进行拉拔缩颈处理，也可在步骤(4)进行；(2)将超薄泡沫银按照大小要求切割并卷曲，随中间柱一并置于模或夹具中；(3)还原烧结；(4)如步骤(I) 一端已拉拔缩颈，则将其进行氩弧焊接，如两端均未进行拉拔缩颈，则一端需要进行拉拔缩颈并进行氩弧焊接，另一端需拉拔缩颈用于注液；(5)注液、抽真空和机械封装；(6)加热进行二次除气并机械封装端口 ；(7)机械封装端口进行氩弧焊接；(8)圆状热管温差、热阻和散热功率等性能检测；(9)根据设计要求进行弯曲及形变成型；(10)热阻和散热功率等性能检测，确保可靠性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由超薄泡沫银作为吸液芯的微型热管制备方法，其特征在于选用超薄泡沫银作为吸液芯，具有高孔隙率、高热导率和分级构造的孔径变化特点，制成具有小的热阻和高的热传导功率的热管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：施忠良，王虎，施忠伟，邱晨阳，
申请(专利权)人：江苏格业新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32