一种超薄均热板及其制备方法与流程

本发明涉及电子散热的技术领域，更具体地，涉及一种超薄均热板及其制备方法。

背景技术：

随着微电子技术和信息产业的飞速发展，电子器件的高性能、小型化、集成化已经成为现代电子设备发展的主流趋势。电子芯片的高集成度、高功耗及小尺寸导致芯片的热流密度大幅增加，传热与散热问题越发严峻。超薄均热板是由带有吸液芯结构的薄平板焊接封装而成的封闭腔体，具有较大的散热面积和较好的柔性，被广泛应用于高热流密度的电子器件散热。随着超薄均热板厚度的进一步降低，微沟槽吸液芯成为较好的选择。目前，微沟槽吸液芯主要采用犁削-挤压成形、激光刻蚀、化学腐蚀等特殊制造工艺进行加工，受到加工工艺的限制，加工完成后的微沟槽结构单一、精度较差，导致吸液芯毛细压力较低、尺寸相对较大，进而影响超薄均热板的传热性能和限制超薄均热板厚度的降低，目前超薄均热板的厚度大多在1mm以上。另外，目前超薄均热板的吸液芯结构、蒸汽腔、回流柱以及支撑柱等关键组成部分无法一次加工，制造过程繁琐复杂、效率较低。

中国专利cn107008981a公开了一种微沟槽电火花加工工具电极及其制备方法，采用微沟槽电火花加工工具电极的加工面的电阻率不同，电极端面的加工面电阻率高的部分损耗较大，而电阻率低的部分损耗较小，加工面逐渐形成多条微沟槽，加工面的微沟槽结构也同时复制到不锈钢工件加工表面。上述方案虽可适合于大深宽比微沟槽电火花加工，但是其加工过程中需采用旋转运动的圆盘工具带动电火花加工工具电极对不锈钢工件进行往复加工，制造过程繁琐复杂，且加工得到的一次微沟槽无微凹坑和翅片结构、毛细压力较低，且后期还需额外加工回流柱和蒸汽腔，加大了设计难度和制造难度，故上述方案难以适用于高性能超薄均热板的制造。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种超薄均热板及其制备方法，吸液芯、蒸汽腔和回流柱同时加工成形，无需额外加工回流柱及支撑柱，设计难度和制造难度低，有利于减小均热板厚度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种超薄均热板，包括第一平板和第二平板，第一平板和第二平板封装且第一平板和第二平板之间形成有封闭腔体；所述封闭腔体内设有呈纵横垂直交错的阵列沟槽结构，所述阵列沟槽结构包括蒸汽腔、凸台及多组平行分布的吸液芯，所述吸液芯、蒸汽腔均设于凸台之间且所述蒸汽腔位于吸液芯上方，所述凸台上下两端分别抵接于第一平板和第二平板的内侧面。

本发明的超薄均热板，使用时对封闭腔体抽真空和灌注工作介质，凸台既可作为液态工作介质的回流柱，又可作为防止超薄均热板凹陷/膨胀的支撑柱，吸液芯、蒸汽腔和回流柱同时加工成型，无需额外增加回流柱和支撑柱，蒸汽腔和吸液芯上下布置且同位于阵列沟槽结构内，可简化均热板的内部结构设计，合理分配均热板的内部空间，设计难度和制造难度低，助于减小均热板的厚度。

进一步地，所述吸液芯包括微凹坑以及翅片，若干微凹坑呈多行多列整齐排布，所述翅片环绕于微凹坑四周。

进一步地，所述翅片的顶部凹陷形成有第一弧面结构；所述微凹坑底面凹陷形成有第二弧面结构。

进一步地，所述翅片包括第一翅片和第二翅片，所述第一翅片紧邻于微凹坑四周，所述第二翅片位于相邻凸台之间。

进一步地，所述第二翅片为沟槽结构，且所述第二翅片的顶面高度与第一翅片的顶面高度相等。

本发明还提供了一种超薄均热板的制备方法，包括以下步骤：

s10.制备电火花加工工具电极：电火花加工工具电极包括层叠贴合设置的低电阻率导电层、高电阻率导电层，贴合后的厚度端面为加工面；所述低电阻率导电层、高电阻率导电层间隔设置，低电阻率导电层、高电阻率导电层发生不同程度的损耗，在加工面形成凹凸结构；

s20.加工一次微沟槽：在第一平板的表面平行于一侧面的方向均匀连续地复刻步骤s10中所述凹凸结构形成一次微沟槽；

s30.加工二次微沟槽：在第一平板的表面垂直于一次微沟槽的方向均匀连续地复刻步骤s10中所述凹凸结构形成二次微沟槽，所述二次微沟槽与一次微沟槽纵横垂直交错形成阵列沟槽结构；

s40.封装得到超薄均热板：封装第一平板和第二平板，第一平板、第二平板之间形成有封闭腔体，对所述封闭腔体抽真空、灌注工作介质和封口得到超薄均热板。

本发明的超薄均热板的制备方法，采用电火花成形技术加工阵列沟槽结构，相比于传统的沟槽加工方法，其加工精度更高，能够加工出尺寸更小、深宽比更大的微沟槽结构；吸液芯、蒸汽腔和回流柱同时得到，设计难度和制造难度低。

优选地，步骤s10中，所述低电阻率导电层为镀锡铜箔，所述高电阻率导电层为铜箔；多层所述低电阻率导电层、高电阻率导电层两侧通过夹具夹紧固定。

优选地，相邻一次微沟槽之间的距离与相邻二次微沟槽之间的距离相等；一次微沟槽、二次微沟槽的长度与加工面的长度相等。

优选地，所述一次微沟槽和所述二次微沟槽交错处形成凸台，所述凸台用于超薄均热板的支撑柱和回流柱；所述凸台为柱状凸台。

优选地，步骤s40中，第一平板和第二平板采用焊接工艺封装。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明超薄均热板，自带回流柱与支撑柱，无需额外加工，应用难度低；蒸汽腔和吸液芯上下布置并同位于阵列沟槽内，简化均热板的内部结构设计，合理分配均热板的内部空间，助于减小均热板的厚度；且本发明超薄均热板由于微凹坑和翅片的结构设置，可有效提升吸液芯的毛细压力，改善超薄均热板的传热性能。

本发明超薄均热板的制备方法，采用电火花成形技术加工阵列沟槽结构，相比于传统的沟槽加工方法，其加工精度更高，能够加工出尺寸更小、深宽比更大的微沟槽结构；吸液芯、蒸汽腔、回流柱同时加工成形，无需额外加工回流柱及支撑柱，设计难度和制造难度低，有利于降低均热板厚度、提高加工精度。

附图说明

图1为实施例一中超薄均热板的结构示意图；

图2为实施例一阵列沟槽结构的结构示意图；

图3为实施例二中阵列沟槽结构的加工示意图；

图4为按实施例二制备方法制备得到的均热板的扫描电镜图；

附图中：1-第一平板；2-第二平板；3-蒸汽腔；4-吸液芯；41-微凹坑；42-翅片；421-第一翅片；422-第二翅片；5-凸台；7-一次微沟槽；8-二次微沟槽；10-阵列沟槽结构；11-低电阻率导电层；12-高电阻率导电层；13-夹具；14-加工工件。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

如图1至图2所示为本发明的超薄均热板的实施例，包括第一平板1和第二平板2，第一平板1和第二平板2封装且第一平板1和第二平板2之间形成有封闭腔体；封闭腔体内设有阵列沟槽结构10，阵列沟槽结构10包括蒸汽腔3、凸台及多组平行分布的吸液芯4，吸液芯4、蒸汽腔3均设于凸台5之间且蒸汽腔3位于吸液芯4上方，凸台5上下两端分别抵接于第一平板1和第二平板2的内侧面。

本实施例实施时，对封闭腔体抽真空和灌注工作介质，凸台既可作为液态工作介质的回流柱，又可作为防止超薄均热板凹陷/膨胀的支撑柱，吸液芯4、蒸汽腔3和回流柱同时加工成型，无需额外增加回流柱和支撑柱，蒸汽腔和吸液芯上下布置且同位于阵列沟槽结构内，可简化均热板的内部结构设计，合理分配均热板的内部空间，设计难度和制造难度低，助于减小均热板的厚度。可以得知的是，与封闭腔体连通设置有充液口和抽真空口，当然充液口和抽真空口也可合并为一个。

在其中一个实施例中，封闭腔体设于第一平板1，第二平板2为表面平整的板状结构，凸台的高度与封闭腔体的深度相等。如此设置，阵列沟槽结构10在第一平板1上加工得到，封闭腔体也在第一平板1上加工得到，第二平板2采用表面平整的板状结构，可简化加工工序、降低加工成本。另外，本实施例中的凸台为在加工吸液芯4过程中形成的结构，而不是额外加工得到的结构，具有很强的实用性和适用性。

在其中一个实施例中，吸液芯4包括微凹坑41以及翅片42，若干微凹坑41呈多行多列整齐排布，翅片42环绕于微凹坑41四周。对封闭腔体抽真空和灌注工作介质，每个微凹坑41相当于微型的储液池，可储存工作介质，可有效提升吸液芯4的毛细压力，提高超薄均热板的传热性能；微凹坑41四周设置翅片也可助于提高均热板的传热性能。其中，若干翅片的顶部凹陷形成有第一弧面结构，微凹坑41底面凹陷形成有第二弧面结构。第一弧面结构和第二弧面结构的设置助于工作介质的流动，避免流动过程中形成涡流影响传热效果。在其中一个实施例中，翅片42包括第一翅片421和第二翅片422，第一翅片421紧邻于微凹坑41四周，第二翅片422位于相邻凸台5之间。本实施例中，第一翅片421和第二翅片422的结构存在差异，结构丰富，尺寸较小，可增大吸液芯的毛细压力，有助于工作介质均匀分布，改善均热板的均匀效果，但第一翅片421和第二翅片422并不作为本发明的限制性规定。

在其中一个实施例中，第二翅片422为沟槽结构，且第二翅片422的顶面高度与第一翅片421的顶面高度相等。第二翅片422为加工一次微沟槽7时自然形成，第一翅片421为加工二次微沟槽8时自然形成，凸台5、第一翅片421和第二翅片422、蒸汽腔3均在加工一次微沟槽7和二次微沟槽8时自然形成，无需额外加工。本实施例实施时，一次微沟槽7形成于同行或同列相邻凸台5之间，二次微沟槽8为一次微沟槽7的再加工，第一翅片421位于一次微沟槽7和二次微沟槽8的交错重叠处，第二翅片422位于一次微沟槽7和二次微沟槽8内，第一翅片421位于四组第二翅片422的中心处。

在其中一个实施例中，一次微沟槽7连续均匀分布，二次微沟槽8连续均匀分布，相邻一次微沟槽7之间的距离与相邻二次微沟槽8之间的距离相等。需要说明的是，这是为了获得较好的传热效果而做出的优选，并不作为本发明的限制性规定。

在其中一个实施例中，一次微沟槽7与二次微沟槽8采用相同的加工方式加工，一次微沟槽7与二次微沟槽8的加工方向垂直，二次微沟槽8在一次微沟槽7上加工得到。如此结构组成的阵列沟槽结构10，对加工要求较低，易于实现。

在其中一个实施例中，蒸汽腔3形成于翅片顶部与凸台顶部之间，微凹坑41与翅片42组成吸液芯，吸液芯位于蒸汽腔下部，如此设置，吸液芯与蒸汽腔同处于阵列沟槽内，简化均热板的内部结构设计，均热板内部空间得到合理分配，可有效减小均热板的厚度，本实施例的均热板的厚度可低于0.5mm。

在上述具体实施方式的具体内容中，各技术特征可以进行任意不矛盾的组合，为使描述简洁，未对上述各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

实施例二

如图3所示为本发明的超薄均热板的制备方法的实施例，包括以下步骤：

s10.制备电火花加工工具电极：电火花加工工具电极包括层叠贴合设置的低电阻率导电层11、高电阻率导电层12，贴合后的厚度端面为加工面；低电阻率导电层11、高电阻率导电层12间隔设置，低电阻率导电层11、高电阻率导电层12发生不同程度的损耗，在加工面形成凹凸结构；

s20.加工一次微沟槽7：在第一平板1的表面平行于一侧面的方向均匀连续地复刻步骤s10中凹凸结构形成一次微沟槽7；

s30.加工二次微沟槽8：在第一平板1的表面垂直于一次微沟槽7的方向均匀连续地复刻步骤s10中凹凸结构形成二次微沟槽8，二次微沟槽8与一次微沟槽7纵横垂直交错形成阵列沟槽结构10；

s40.封装得到超薄均热板：在第一平板1上盖合第二平板2并封装第一平板1和第二平板2在第一平板1、第二平板2之间形成封闭腔体，对封闭腔体抽真空、灌注工作介质和封口得到超薄均热板。

步骤s10中，低电阻率导电层11为镀锡铜箔，高电阻率导电层12为铜箔；多层低电阻率导电层11、高电阻率导电层12两侧通过夹具13夹紧固定。本实施例中选用镀锡铜箔为低电阻率导电层11、选用铜箔为高电阻率导电层12，是基于原料易得、降低加工成本而做出的优选，并不作为本发明的限制性规定，其他电阻率一大一小、电火花成型加工时电极会产生损耗的电极材料也可适用于本发明。电火花成形加工时，由于锡材电极加工时的损耗大于铜材电极，所以在加工过程中电极的底部会产生出凹凸结构，电火花加工过程中，加工面的凹凸结构复刻到加工工件14的表面，加工工件14的表面加工出一次微沟槽7和二次微沟槽8。一次微沟槽7和二次微沟槽8的结构及数量可通过调整低电阻率导电层11、高电阻率导电层12叠加数量进行控制。但不论低电阻率导电层11、高电阻率导电层12叠加数量如何，为保证加工的准确性和精确性，在层叠电极的两侧边一定采用高电阻率导电层12。另外，一次微沟槽7和二次微沟槽8的加工高度可由加工时间进行控制，翅片42的高度可由镀锡铜箔的镀锡层厚度进行控制。

相邻一次微沟槽7之间的距离与相邻二次微沟槽8之间的距离相等；一次微沟槽7、二次微沟槽8的长度与加工面的长度相等。相邻一次微沟槽7之间的距离与相邻二次微沟槽8之间的距离可由加工时电极每次移动的距离进行控制，一次微沟槽7、二次微沟槽8的加工可采用同一电极进行加工。

一次微沟槽7和二次微沟槽8交错处形成凸台，凸台用于超薄均热板的支撑柱和回流柱；凸台为柱状凸台。凸台既可作为液态工作介质的回流柱，又可作为防止超薄均热板凹陷/膨胀的支撑柱，无需额外增加回流柱和支撑柱，简化加工工序，赋予本发明以较好的实用性和适用性。

步骤s40中，第一平板1和第二平板2采用焊接工艺封装。需要说明的是，焊接工艺封装并不作为本发明的限制性规定，其他能够在第一平板1和第二平板2之间形成封闭腔体的封装方式也可适用于本发明。

经过以上步骤，加工得到的阵列沟槽结构10的扫描电镜图如图4所示。采用电火花成形技术加工得到一次微沟槽7和二次微沟槽8，操作简便，加工精度更高，能够加工出尺寸更小、深宽比更大的微沟槽结构，可加工得到厚度小于0.5mm的均热板；且一次微沟槽7和二次微沟槽8的交错处形成起到支撑作用和回流作用的凸台，无需额外加工回流柱和支撑柱，简化加工过程，提高加工效率。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。