一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光精密加工的技术领域，特别是涉及一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子技术的飞速发展，微电子器件的高频、高速，以及集成电路的密集和微型化，使得电子芯片的功耗急剧增大，导致了极高的热流密度。传统的风冷和水冷等冷却方式无法满足要求，因而电子器件的散热问题地成为了是制约其继续发展的关键问题之一。
[0003]通过工质的相变实现传热的微热管具有紧凑、优良的等温性、极高的导热性等特点，可以满足芯片对散热装置紧凑、可靠、灵活、高散热效率以及不需要维修等要求。因此，微热管技术将成为未来微电子元器件及其系统散热的主流，而微热管的进一步强化传热效率则是影响芯片集成度发展的一个技术关键。
[0004]连续毛细结构与非连续毛细结构特别是多尺度多维交错互通的非连续结构毛细结构都有助于液态工质表面张力发挥作用及其沸腾，而带有非连续结构的微热管传热性能更佳，其传热性能比连续毛细结构微热管平均提高6.71%。
[0005]目前，微热管内毛细结构沟槽的加工方法主要有挤压-切削法，电火花加工法，电解加工法等。挤压-切削法可能会造成热管壁破裂以及道具磨损等危害，且其只能加工连续的毛细结构；电火花加工法效率低，工具电极存在消耗，无法实现对为热管内表面的大量加工；电化学加工需要用到电解液，对环境会造成一定的影响，且加工得到的沟槽较为光滑，不利于增强沟槽的毛细力。激光精密加工在微细制造领域以及纳米制造领域都存在很大的发展潜力。激光加工具有非接触、与自动化设备结合灵活性高、无切削力、加工效率高、绿色环保无污染等特点。更重要的是，通过激光等高能束的辐照作用，在加工出沟槽几何形态的同时，还实现了对管壁的表面自由能的调控，使原本接触角为80°左右的铜表面转化为接触角小于5°的高能亲水表面，极大地提高了毛细结构的表面张力，强化了微热管的导热性能。因而通过激光刻蚀在加工出毛细结构的同时，无需通过任何化学修饰便能提高内壁面的表面能，且该亲水表面具有较强的耐热性与稳定性，即使是在微热管的高温工作条件下仍能保持较强的亲水性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出操作简单，方便使用，安全环保，具有较高加工速率的非连续毛细结构微热管的激光制备方法。
[0007]所述方法便于操作实现，可在微热管内加工得交错相通具有高深宽比粗糙槽面的毛细沟槽，且通过激光加工所得的超亲水毛细结构具有良好的耐水性和耐热性。
[0008]本发明的目的通过如下技术方案实现:
[0009]一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法，包括如下步骤:
[0010](I)将符合微热管尺寸的表面光滑铜基板清洗液中清洗，得到干净的铜基板；
[0011](2)将铜基板置于多功能激光加工装置中，将激光聚焦于铜基板表面上通过振镜往X/Y方向扫描，并结合侧吹空气，在基板中刻蚀出一系列纵横交错网格非连续毛细结构，并得到超亲水的毛细结构表面；
[0012](3)将形状相同的两块具有非连续毛细结构的基板隔着与其形状相同的铜框拼接在一起，利用激光精准钻孔工艺在在其中一块基板中分别钻出充注孔和除气孔；
[0013](4)利用夹具将两基板与框架夹紧使用精密激光焊接对热管的四周进行焊接；
[0014](5)用针筒通过注液空往热管内注满工质，将除气孔密封；对工质进行加热，使工质从充注孔中排出，待微热管内剩余的液态工质达到设定的体积容量时，将充注孔封好，完成具有非连续毛细结构微热管的激光制备。
[0015]本发明的优点和积极效果是:利用激光刻蚀的方法灵活、安全、高效地加工出能提高微热管毛细回流能力的具有高深宽多维交错互通的非连续毛细结构，并且在加工沟槽结构的同时，实现了对铜基板的表面改性，改变其表面分子活性，使得其表面自由能得到大幅提高并制备出接触角小于5°的超亲水表面，这对增强微热管毛细结构的毛细力起到重要的作用。本发明实现了具有非连续毛细结构微热管的激光制备，是一种操作简单，环保高效，性能优越的加工方法。
【附图说明】
[0016]图1是微热管非连续毛细结构的激光制备方法及装置的示意图。
[0017]图2是平板式微热管结构示意图。
[0018]符号说明:
[0019]1.激光器，2.振镜系统，3.场镜，4.铜基板，5.热管边框
【具体实施方式】
[0020]实施例:
[0021]本发明具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法，包括以下步骤:
[0022](I)将表面光滑铜基板4先后分别在丙酮、无水乙醇和去离子水中使用超声波清洗仪清洗3分钟。烘干后得到干净的铜基板。
[0023](2)将铜基板4置于多功能激光加工装置中，将激光束通过振镜系统2和场镜3聚焦于铜基板4表面上，通过振镜系统2往X/Y方向扫描，在加工参数为激光波长266nm，脉宽50nm，重复频率90kHz，扫描速度1000mm/S的条件下并结合侧吹空气，在基板中刻蚀出一系列纵横交错非连续毛细结构，并在结构加工的同时获得超亲水的毛细结构表面，其接触角小于5°
[0024](3)将形状相同的两块具有非连续毛细结构的铜基板4(厚0.5mm)隔着与其形状相同的铜框5(厚Imm)拼接在一起，利用激光精准钻孔工艺在在其中一块基板中分别钻出充注孔和除气孔。
[0025](4)利用夹具将两基板与框架夹紧使用精密激光焊接对热管的四周进行焊接。
[0026](5)用针筒通过注液孔往热管内注满工质液态水，并将除气孔密封。
[0027](6)对工质水进行加热，使工质水从充注孔中排出，待微热管内剩余的液态工质水达到设定的体积容量时热管内的工质水体积约为热管容积的1/3，将充注孔封好，完成具有非连续毛细结构的微热管的制备。
[0028]本发明实现了微热管非连续毛细结构的激光制备。是一种简单快捷，性能优良，方便使用，绿色环保的加工方法。一方面，通过激光刻蚀，能够在铜基板中制备出具有高深宽比的且路径复杂，深宽度变化的非连续毛细结构；另一方面，通过激光的辐照作用实现了铜基板的亲水化表面改性，进一步增强了微热管的毛细回流能力，提高了微热管的传热能力。
【主权项】
1.一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法，其特征在于，包括以下步骤:将符合微热管尺寸的表面光滑铜基板清洗液中清洗，得到干净的铜基板；将铜基板置于多功能激光加工装置中，将激光聚焦于铜基板表面上通过振镜往X/Y方向扫描，结合侧吹空气，在基板中刻蚀出一系列纵横交错网格非连续毛细结构，并得到超亲水的毛细结构表面；将形状相同的两块具有非连续毛细结构的基板隔着与其形状相同的铜框拼接在一起，利用激光精准钻孔工艺在在其中一块基板中分别钻出充注孔和除气孔；利用夹具将两基板与框架夹紧使用精密激光焊接对热管的四周进行焊接；用针筒通过注液空往热管内注满工质，将除气孔密封；对工质进行加热，使工质从充注孔中排出，待微热管内剩余的液态工质达到设定的体积容量时，将充注孔封好，完成具有非连续毛细结构微热管的激光制备。
2.如权利要求1所示一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法，其特征在于:加工参数为激光波长256-1064nm，脉宽lO-lOOOnm，重复频率30-100kHz，扫描速度15-1500mm/so
3.如权利要求2所示一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法，其特征在于:所述激光波长优选为266nm，所述脉宽优选为50nm，所述重复频率优选为90kHz，所述扫描速度优选为1000mm/s。
4.如权利要求1所示一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法，其特征在于:所述基板的厚度优选为0.5mm，所述铜框厚度优选为1mm。
5.如权利要求1所示一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法，其特征在于:使用聚焦激光束对微热管进行刻蚀，加工出非连续毛细结构。
6.如权利要求1所示一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法，其特征在于:所述非连续毛细结构为交错互通的毛细结构。
【专利摘要】本发明公开了一种具有非连续毛细结构微热管的激光制备方法，包括如下步骤：(1)使用激光刻蚀的方法在铜基板中加工出非连续毛细结构；(2)通过焊接实现热管的封装；(3)抽真空与灌注工质。该方法的优点在于使用激光实现微热管毛细沟槽的加工，不仅能制备出高深宽比的沟槽，提高毛细力，而且能同时改变热管内壁表面分子活性，使得其表面自由能得到大幅提高，且制备出接触角小于5°的超亲水表面，这对增强微热管毛细结构的毛细力起到重要的作用。再有，通过激光刻蚀，能在热管中加工出不同尺寸、不同形状的复杂非连续毛细结构，有效地解决了增强微热管的毛细回流能力的问题。
【IPC分类】F28D15-04
【公开号】CN104567502
【申请号】CN201410857214
【发明人】谢小柱, 罗志强, 魏昕, 胡伟
【申请人】广东工业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月25日