一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法技术

本发明专利技术提出的一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法，旨在提供一种解决相变温控组件中泡沫金属与基体材料间存在间隙，影响热响应速率的问题的工艺方法，本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：根据封装容器外形尺寸制备封装容器夹具；在封装容器中预先加工出用于焊接泡沫金属的腔体，然后在封装容器腔体内侧焊接面铺放一层焊片，并在泡沫金属接触界面搪锡；将泡沫金属压缩至腔体尺寸；将封装容器、泡沫金属及夹具装配成一体并加热，冷却后从封装容器夹具内取出形成的相变温控组件毛坯；在恒温环境下，从封装容器底部灌注口将液态相变材料灌注进相变温控组件内；最后密封灌注口，并完成温控组件外形的加工。

Method for integrated preparation of foamed metal phase change temperature control module

An integrated method for preparing foam metal phase transition temperature control component provided by the invention is to provide a solution to the phase change temperature component of metal foam and matrix material between the gap, affect the thermal response process rate of the problem, the invention implemented through the following technical scheme: according to the size of packaging container preparation and packaging container fixture; in the packaging container pre processing chamber for the welding of metal foam, and then in the packaging container cavity inside the welding surface of laying a layer of solder, and contact interface of tin metal foam; foam metal compression to cavity size; packaging containers, metal foam and fixture assembling and heating, after cooling from the package out of phase change temperature control component container fixture blank is formed; in a constant temperature environment, from the bottom of the container and the liquid encapsulated PCM perfusion perfusion In the phase change temperature control module, the final sealing opening is completed, and the shape of the temperature control component is completed.

【技术实现步骤摘要】
一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法
本专利技术涉及一种电子器件热控制领域的相变温控组件及其一体化成形的制备方法，属于电子设备相变温控领域。
技术介绍
通常电子器件需在一定的温度范围内工作，但电子器件在工作时会产生一定的热量使得自身温度不断升高，如果温度超过许用温度范围会因其电子器件或芯片失效，降低系统的可靠性。有统计报告指出:超过半数的电子器件失效都是由温度引起的。研究结果表明电子元件的温度在正常工作温度水平上降低1℃，其故障率可减少4％；若增加10～20℃，则故障率提高100％。然而，传统的依靠单相流体的对流换热方法和强制风冷方法难以满足许多电子器件的散热要求，因此必须研究和开发新的散热技术以适应有高热流密度散热要求的场合。随着现代电子设备的种类越来越多，体积和质量越来越小，电子器件的功耗密度越来越高，单位面积上的热流密度也越来越高，对电子设备的温控提出了越来越高的要求。目前电子器件有两大发展趋势:一是运算高速化；二是芯片集成化，这就导致了电子器件的发热热流密度不断增大，电子器件的散热问题成为电子工业发展的瓶颈。研究表明电子设备的稳定性与工作温度直接相关，半导体器件接点温度每上升10℃，电子设备故障率就会翻一倍，温度每升高25℃，失效率增大10倍。比如由热引起的故障总数占到总故障的近1/2。另一方面，温度的周期性变化会产生热疲劳现象，这是由于各种材料膨胀系数的不同会在电子元件内部产生机械和热应力，常常会导致电子元件的破坏，因此电子设备良好的热设计成了系统设计的关键，这对可靠性要求高的航空航天电子系统而言显得尤为重要。为了保证电子设备和机械设备有效和可靠工作，通常要求在一定的温度范围内工作，这就包括常温、低温和恒温要求；保持温度场的均匀性和稳定性，以保证有效载荷具有较高的结构稳定性。为了满足这些需求，一般采用主动温控手段，强制对流、电加热、低温制冷等方式来满足各种各样的温度要求。有些发热部件受到设备结构尺寸、安装位置等条件的限制难以通过导热方式将热量传递到冷板。在这种情况下，有必要研究新的更加有效的温控技术来对不同需求的电子设备进行热控制。随着电子设备向着小型化、高集成化方向的高速发展，相变温控所具有的独特性质使其在间隙性或周期性运转的电子设备的温控上获得了广泛应用和高速发展。作为一种新兴的温控技术，相变温控利用相变材料(PhaseChangeMaterial，PCM)在某一特定温度下，从低熵聚集态转变到高熵聚集态物质时需吸收大量热量而转变过程中温度基本保持不变的性质，进而调整、控制温控对象周围环境温度，从而实现对电子设备的温控。。待温控对象停机期间相变材料再将吸收的热量释放到环境中，为下一次工作周期做好准备。实验结果表明：用相变材料进行温控的集成电路的温度比不使用相变材料进行温控的集成电路的温度平均低7～8℃。目前国外相变控温技术已在许多高科技领域，如航空、航天、电子等领域得到了应用。按照相变类型划分，相变材料可分为气-液相变材料、气-固相变材料、固-液相变材料和固-固相变材料四种类型。气-液相变材料和气-固相变材料相变过程中伴随有气体变化，会引起相变材料体积的剧烈变化。因此尽管这两类材料相变过程的相变潜热很大，在实际中却很少应用。固-固相变材料的体积变化最小，但其相变潜热是四种相变材料类型中最小的，所以在实际中亦很少应用。与其他三种类型相比，固-液相变材料的相变潜热适中，体积变化不大，是实际中常常使用的相变材料类型。按照化学成分组成，相变材料分为有机类相变材料、无机类相变材料和复合类相变材料。在实际应用中相变材料的筛选需要考虑多方面的因素，如相变温度、储能密度等。对于选择相变材料一般原则需要从以下几个方面考虑:1、相变温度和使用目标相匹配；2、相变潜热大；3、廉价易得；4、化学稳定性好；5、与存储容器的相容性好；6、热稳定性好；7、具有良好的传热及流动性能；8、具有较低的蒸汽压等。另外相变储能材料还应该具有无毒、无味、相变体积变化小、无过冷或过冷度小、无相分凝现象、不易燃烧等性质。因此常用的相变材料主要有石蜡类、低熔点合金类及无机盐类。无机类相变材料主要包括结晶水合盐类相变材料、熔融盐类相变材料、金属类相变材料及其它无机物。以水合盐类和熔融盐类为代表的盐类相变材料的储能密度高，但该类相变材料的主要缺点是:1、存在过冷现象，所谓“过冷”是指物质冷凝到“冷凝点”时并不结晶，而是要到“冷凝点”以下的一定温度时才开始结晶，同时释放出相变潜热使得温度迅速上升到冷凝点，这会影响相变材料对热量的释放和吸收；2、存在相分离现象，相分离是指当温度上升时，水合盐因融化所释放出来的结晶水不足以溶解所有的非晶态固体脱水盐，由于重力的原因这些未溶解的盐沉降到了容器底部，在凝固过程中，沉降到底部的未溶解的盐因无法与结晶水结合而不能重新结晶，形成了相的分层，致使相变材料的储能能力降低，导致相变储能材料的使用寿命降低。无机类相变材料中另一种常用材料是金属类相变材料，该类金属主要是由Sn、Bi、Pb、Cd、In、Ga、Sb等低熔点合金元素组成的三元合金和四元合金，该类材料相变潜热大，导热性好，导热系数通常是其他相变储能材料的几十倍和几百倍，无过冷现象，以及无相分离现象。实验结果表明，金属类相变材料具有较高的单位体积相变潜热，在应用中可减少相变材料的使用体积；金属类相变材料具有较好的导热性能，可有效降低相变材料内部的温度梯度。但金属类相变材料存在液体金属脆化现象，即液态金属类相变材料在固体金属(如铝及其合金)中的扩散引起的固体金属晶界扩散，从而导致外部的封装容器的腐蚀，一般表现为失效时延伸率及断面收缩率锐减，真实断裂应力降低，甚至低于材料的屈服强度。另一方面，各低熔点元素的组成比例对金属相变材料的热物性影响较大，这使得筛选金属相变材料耗时长、成本高，不便于在实际工程应用。有机类相变材料主要包括石蜡类相变材料、脂肪酸类相变材料、多元醇类相变材料和其他有机物。以石蜡类和脂肪酸类为代表的有机类相变材料温度适应性好、密度低、单位体积的相变焓值较高、物理化学性能稳定、对容器无腐蚀性，没有过冷以及析出导致的分层现象，腐蚀性也较小。但在实际应用中，有机类相变材料也存在导热率低和密度小等问题。导热率低，主要通过加入高热导率材料或采用导热增强结构弥补，这增大了这类复合相变材料的制备难度。在其它方面有机类相变材料也存在一定不足，如:相变过程中有机类相变材料体积变化大、易挥发、易燃烧、易氧化等。通常，相变温控系统主要由相变材料、导热增强体或导热填料和封装容器等三个主要部分组成。封装在系统内部的相变材料是整个系统的核心，其作用是实现温控功能，导热增强体(金属泡沫、肋片、蜂窝等)或导热填料(金属粉、石墨粉等)的作用是提高相变材料的导热能力，减小相变过程中产生的温度梯度等。外部封装容器的作用是防止相变材料在相变过程中熔化所导致的液相流失(固-液相变)或升华导致的气相损失(相变)，若没有合适的容器盛装，相变材料会发生泄露，导致相变温控组件的温控能力下降，甚至会对温控目标件造成破坏。某些金属相变材料甚至会腐蚀封装容器材料或挥发，会导致相变储能单元储能温控能力下降，甚至会对电子器件和封装容器造成破坏。另外，将相变材料封装在一定形状的、密封的容器中还可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法，具有如下技术特征：首先根据相变温控组件的外形尺寸制备一个封装容器夹具；在封装容器(4)中预先加工出用于焊接泡沫金属(3)的腔体，并在所述腔体及其封盖腔体的盖板(2)的焊接面上预镀银，然后在封装容器(4)腔体内侧焊接面铺放一层焊片，将封装容器(4)及封装容器夹具预热至焊片完全熔化；在泡沫金属(3)接触界面搪锡，将泡沫金属(3)放入封装容器夹具的压板(7)下方的压缩容腔中，压缩至腔体尺寸，并将封装容器(4)、盖板(2)及封装容器夹具装配成一体，放置在热台上加热；冷却后从封装容器夹具内取出形成的相变温控组件毛坯；在恒温环境下，从封装容器(4)底部灌注口将液态相变材料灌注进相变温控组件内；最后用堵销挤压进灌注口后用激光焊密封，并完成相变温控组件外形的加工。

【技术特征摘要】
1.一种一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法，具有如下技术特征：首先根据相变温控组件的外形尺寸制备一个封装容器夹具；在封装容器(4)中预先加工出用于焊接泡沫金属(3)的腔体，并在所述腔体及其封盖腔体的盖板(2)的焊接面上预镀银，然后在封装容器(4)腔体内侧焊接面铺放一层焊片，将封装容器(4)及封装容器夹具预热至焊片完全熔化；在泡沫金属(3)接触界面搪锡，将泡沫金属(3)放入封装容器夹具的压板(7)下方的压缩容腔中，压缩至腔体尺寸，并将封装容器(4)、盖板(2)及封装容器夹具装配成一体，放置在热台上加热；冷却后从封装容器夹具内取出形成的相变温控组件毛坯；在恒温环境下，从封装容器(4)底部灌注口将液态相变材料灌注进相变温控组件内；最后用堵销挤压进灌注口后用激光焊密封，并完成相变温控组件外形的加工。2.如权利要求1所述的一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法，其特征在于：所采用的泡沫金属3的孔径为2～3mm，通孔率98％以上。3.如权利要求1所述的一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法，其特征在于：相变温控组件由封装泡沫金属(3)的封装容器(4)及其盖板(2)构成。4.如权利要求1所述的一体化制备泡沫金属相变温控组件的方法，其特征在于：封装容器夹具包括：通过周向导柱(5)固定连接夹具上固联板(1)、夹具下固联板(6)构成的矩形框体和通过夹具上固联板(1)按矩阵排列的压紧弹簧扭(9)，压紧弹簧(8)被约束在所述压紧弹簧扭(9)环槽与...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏欣，谢义水，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51