一种高强度、高导热的轻薄均热板制造技术

本发明专利技术公开了一种高强度、高导热的轻薄均热板，其结构包括上下盖板、吸液芯、支撑柱，上下盖板密封形成内腔体，内腔体的上下内表面设置有吸液芯，内腔体的上下内表面之间采用一定数量的支撑柱抵接，各支撑柱之间的空隙作为蒸发腔或毛细腔，上下盖板中至少一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材制备而成；其中，铜合金/纯铜形成的复合铜材中，铜合金位于盖板的外侧，纯铜位于盖板的内侧；上下盖板在密封形成内腔体时采用复合铜材的内层材料纯铜与纯铜直接焊接而成。本发明专利技术一种高强度、高导热的轻薄均热板满足了当前均热板高效、耐热、可靠兼轻薄化的发展要求，解决当前均热板强度低、厚度和质量大、铜膏焊接缺陷问题。铜膏焊接缺陷问题。铜膏焊接缺陷问题。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度、高导热的轻薄均热板


[0001]本专利技术属于电子器件散热
，涉及一种高强度、高导热的轻薄均热板。

技术介绍

[0002]随着电子技术的迅速发展，各种移动电子产品以及数据中心、服务器和电动汽车等运算部件的集成化程度快速提高，体积越来越小，特别随着5G产品的深入发展，各种移动电子产品和运算部件的运行功率迅速增大，产品终端会产生超高的热量，需要有良好散热功能的散热器件辅助，均热板是解决电子产品散热问题的良好方式，但常规的均热板无法满足小型化产品如芯片等的散热要求，均热板要求向轻薄化发展，但随着均热板的轻薄化又衍生了均热板的强度和可靠性下降的问题，同时随着均热板的厚度减小到一定厚度，蒸汽腔的热阻急剧增大，导致散热效果急剧下降，坏品率上升，可靠性下降，说明均热板的轻薄化情况复杂，制备工艺困难，是制约电子产品小型化的重要影响因素。
[0003]均热板由上下盖板构成内腔体，用于支撑吸液芯和支撑结构，现有均热板产品上下盖板均选用选择单一材料制备而成，如纯铜或铜合金板带，主要原因是原料成熟、生产工艺简单。由于纯铜是导热率最好的廉价金属，常规均热板的上下盖板通常采用纯铜，但纯铜的强度和硬度低(抗拉强度为120MPa～150MPa，硬度为50HV～60HV)，为保证均热板达到一定的结构强度，常规均热板总厚度通常大于2mm，此外，纯铜冲裁折弯处再经过高温焊合后晶粒易粗大，易导致出现外观不均一的问题。目前也有采用C19000铜合金制备均热板上下盖板的技术，但由于铜合金扩散焊接性能差，在拼接处只能采用涂铜膏焊接，但受铜膏涂抹均匀性、铜膏质量和焊合工艺影响，拼接界面极易出现如图1所示的无铜膏、铜膏太厚、孔洞等缺陷，诸类缺陷加剧了超薄均热板的泄漏率、降低了产品的可靠性，并且在高服役温度(约200℃)下，其强度偏低，容易发生变形、抗弯强度差等问题。上述说明，超薄均热板的上下盖板的选材非常重要，提供轻薄化、高强度、高导热的均热板对于促进芯片等电子产品小型化发展有着至关重要和意义深远的影响。
[0004]复合材料可以解决单一材料均热板强度低、厚度和重量大的问题，却鲜有采用，主要是由于复合材料本身存在制备工艺复杂、成本高、热导率低、界面不良问题；制备均热板时冲裁过程由于硬度高，出现变形困难、模具磨损严重、盖板易开裂等缺陷。铜以其良好的热导率仍然是均热板盖板材料的良好选择，但需解决其厚度较厚和易变型等问题，构建铜的复合材料作为均热板的盖板材料可以综合多种材料的优点，同时提高均热板的盖板强度，为制备高强度、高导热轻薄均热板理想材料提供了新的研究思路。
[0005]但选择铜复合的材料制备均热板盖板是一个复杂的问题，第一，需选择与铜热膨胀系数差异小的复合选材，否则在均热板制备时越容易发生变形，如表1所示，铝、钛、镁、钨、铬及其合金的热膨胀系数与纯铜的热膨胀系数相差过大，不适合制成复合材料；第二，需选择热导率高的复合选材，否则将导致均热板散热能效大幅下降，不锈钢、钛、镁、钨、铬及其合金的热导率远低于纯铜的热导率(400W
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‑1)；第三，需选择与纯铜的晶体结构和晶格常数越近的复合选材，使得复合加工成型容易进行，铜的晶体结构是面心立方，容易
加工变形，钨和铬晶体结构是体心立方，钛和镁晶体结构是密排六方，变形抗力均较大，不同晶体结构材质的复合加工难度更大，冲裁成盖板时强度高，模具磨损严重；第四，需考虑复合选材与纯铜复合界面问题，铜与钛、铬、镁会在复合界面形成金属间化合物，大幅降低复合材界面结合力，其复合材整体强度严重下降；第五，复合选材不能有过高的密度，钨、钼等金属密度远高于铜，对热均热板轻薄化呈负面影响；第六，复合选材要有足够高的熔点，铝、镁虽然密度小，但其熔点低于均热板制备所用最高温度，不能用于制备均热板；第七，复合选材要有合适的原料成本，316L不锈钢中含有14％价格昂贵的镍，其并非复合材良好选择。
[0006]综合上述，现有的超薄均热板的盖板选材仍有很大的改进空间，为满足当前均热板高效、耐热、可靠兼轻薄化的发展要求，有待开发一种高强度、高导热的轻薄均热板，解决上述现有技术中存在的均热板强度低、厚度和质量大、铜膏焊接缺陷问题。

技术实现思路

[0007]为了达到上述目的，本专利技术提供一种高强度、高导热的轻薄均热板，满足了当前均热板高效、耐热、可靠兼轻薄化的发展要求，解决当前均热板强度低、厚度和质量大、铜膏焊接缺陷问题。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是，一种高强度、高导热的轻薄均热板，其结构包括上下盖板、吸液芯、支撑柱，上下盖板密封形成内腔体，内腔体的上下内表面设置有吸液芯，吸液芯采用铜网或铜粉制备而成，内腔体的上下内表面之间采用一定数量的支撑柱抵接(支撑柱数量根据均热板的设计要求确定)，支撑柱的内芯采用纯铜柱或与上下盖板相同的复合铜合金柱，起到高强度支撑上下盖板的作用，同时，与盖板内侧纯铜板焊合时，同质材料有优良焊接界面和强度，支撑柱的外芯采用铜粉烧结铜环，优势在于均热板烧结时在高温、压力作用下，支撑柱内芯略微膨胀，与铜粉烧结铜环无间隙接触并焊合为一体，十分利于冷却介质回流，各支撑柱之间的空隙作为蒸发腔或毛细腔，用于快速导热，上下盖板中至少一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材制备而成；其中，铜合金/纯铜形成的复合铜材中，铜合金位于盖板的外侧，纯铜位于盖板的内侧；上下盖板在密封形成内腔体时采用复合铜材的内层材料纯铜与纯铜直接焊接而成。
[0009]进一步地，铜合金/纯铜形成的复合铜材中所采用的铜合金的成分为：Fe 0.1％～10％，Ni 0.1％～5％，Mg 0～0.5％，Si 0～1.5％，Ti 0.2％～3.5％，V 0～0.3％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％。
[0010]一种优选的铜合金/纯铜形成的复合铜材中所采用的铜合金的成分为：Fe 0～3％，Ni 0～5％，，Si 0～1.5％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％；
[0011]另一种优选的铜合金/纯铜形成的复合铜材中所采用的铜合金的成分为：Fe 0～0.5％，Ni 0～0.5％，Mg 0～0.5％，Ti 0～3.5％，V 0～0.3％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％；
[0012]铜合金中的Fe与Cu不形成金属间化合物，形成两相假合金，均有良好热导率，铜合金含0～10％的铁利于提高强度；Ni、Mg、Si三者可形成细小的Ni2Si和Mg2Si相，合金中含Ti元素，形成Cu4Ti相，热处理后这些相在铜合金呈纳米级颗粒均匀析出，起主要强化作用，为
铜合金提供高强度、硬度和耐热性能；同时Ti与Fe形成Fe2Ti相，起细化晶粒作用；合金中V形成(Fe,V)2Ti有更高的热稳定性，退火时抑制晶粒长大，防止均热板冲裁成型退火后表面晶粒粗大、出现橘皮等不良外观缺陷；最后纯铜与铜合金各成分在界面处不形成金属间化合物，不影响界面结合。
[0013]铜合金/纯铜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强度、高导热的轻薄均热板，其结构包括上下盖板、吸液芯(2)、支撑柱(3)，上下盖板密封形成内腔体，内腔体的上下内表面设置有吸液芯(2)，内腔体的上下内表面之间采用一定数量的支撑柱(3)抵接，各支撑柱(3)之间的空隙作为蒸发腔或毛细腔，其特征在于，所述上下盖板中至少一个盖板采用铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)制备而成；其中，所述铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)中，铜合金(1.1)位于盖板的外侧，纯铜(1.2)位于盖板的内侧；上下盖板在密封形成内腔体时采用复合铜材的内层材料纯铜(1.2)与纯铜(1.2)直接焊接而成。2.根据权利要求1所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，所述铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)中所采用的铜合金(1.1)的成分为：Fe 0.1％～10％，Ni 0.1％～5％，Mg 0～0.5％，Si 0～1.5％，Ti 0.2％～3.5％，V 0～0.3％，不可避免杂质含量≤0.5％，余量为Cu，各成分含量的总和为100％。3.根据权利要求1所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，所述铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)中纯铜(1.2)的厚度占比为10％～50％。4.根据权利要求1所述的一种高强度、高导热的轻薄均热板，其特征在于，所述铜合金/纯铜形成的复合铜材(1)的制备方法，包括以下步骤：S1，将纯铜和铜合金分别通过熔炼，铸造成板坯，形成的板坯再分别经过热轧、铣面、一次冷轧、退火、酸洗、二次冷轧制备出厚度为1.5mm的纯铜板带材和厚度为1.5mm的铜合金板带材；S2，将S1得到的纯铜板带材和铜合金板带材分别于900℃固溶10min～60min再以200℃/s～300℃/s冷却速率快速冷却至室温～50℃，此时纯铜板带材的硬度不高于60HV，铜合金板带材的硬度不高于120HV；S3，对S2处理后的纯铜板带材和铜合金板带材的表面进行酸洗，然后用钢刷清理表面的氧化层；S4，将经S3处理的纯铜板带材和铜合金板带材直接在空气中单道次冷轧复合成制成厚度为1.4mm的复合铜材；冷轧单道次压下率大于50％；S5，将S4得到的厚度为1.4mm的复合铜材在真空或保护气氛下80...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘位江，杨斌，刘柏雄，张建波，曾龙飞，魏海根，
申请(专利权)人：江西先进铜产业研究院，
类型：发明
国别省市：