一种超薄均温板的制备工艺的制作方法

本发明属于散热，具体涉及一种超薄均温板的制备工艺。

背景技术：

1、随着科技的发展，电子元器件朝着微型化和高功耗的方向发展，在提升性能的同时，散热问题成为制约长期运行可靠性的关键技术问题。均温板是一种基于相变传热技术的高效散热元件，具有优异的导热性能和快速均温的能力，已在电子元器件散热场景中得到广泛应用。然而，随着应用需求的提高，传统均温板面临着以下技术挑战：首先，在超薄化的趋势下，超薄板因内部空间有限，难以设置足够的支撑结构，在抽真空或受压时易变形塌陷。同时，现有技术中的均温板内部支撑柱与毛细芯为物理结合，结合强度较低，在长期热循环或振动后易发生脱离，使导热中断、回流阻力增加，进而造成均温性能下降。此外，现有超薄均温板的毛细结构仍存在高孔隙率与高毛细力不可兼得的矛盾，且支撑柱与毛细层之间因烧结收缩易产生微米级间隙，显著增加接触热阻，降低传热效率。

2、为解决上述技术问题，本领域技术人员不断更新改进均温板的制备工艺。如：专利cn122353236a公开了一种3d均温板的制备方法，其下盖板采用上有一体成型的支撑结构铜柱和铜台阶,将已烧结好毛细的上盖板合在下盖板上，合盖后，在上盖板的翻边孔中插入预设的定形柱，一起进行高温烧结和焊接，焊接完成后，取出定形柱；再将铜管对应插入上盖板的翻边孔中；进行后续工艺后即可得到3d均温板。该工艺采用定型柱使产品在受热、受压、冷却等变形过程中保持翻边孔的形状,避免了后期扩孔带来的板裂，压伤，凹陷等影响。专利cn122340768a公开了一种均温板、散热组件及电子设备，均温板内部设置有支撑块，支撑块的下端支撑于下板体的内表面，支撑块的上端支撑于上板体的内表面，支撑块整体具有毛细力、若干贯通孔，沿上下方向贯穿且相互之间间隔排列。该工艺中支撑块兼具支撑和毛细功能，同时贯通孔可作为蒸汽通道，有助于降低蒸汽流动阻力。该专利技术中支撑块与板体之间为物理接触，存在长期可靠性问题，同时支撑块占据腔体体积，对超薄场景的适用性有限。cn122205828a公开了一种毛细结构及其制作方法、均温板和电子设备，其上壳体和下壳体封合形成真空腔体，毛细结构，设置于所述真空腔体内。其毛细芯层包括金属编织网以及填充于所述金属编织网的网孔内和附着于其丝线上的金属粉末烧结层，毛细芯层上有多个支撑柱。该工艺通过金属编织网与金属粉末烧结层的复合结构改善毛细结构表面形貌，提升毛细结构与壳体之间的界面毛细效应，解决现有技术中吸水速率不足的问题。但金属编织网在超薄腔体内的厚度较难控制。

3、综上所述，现有超薄均温板制备技术仍存在支撑强度不足、毛细效率低、支撑柱与毛细层结合可靠性差及烧结收缩产生间隙等多个技术问题。针对上述技术问题，本发明提供了一种超薄均温板的制备工艺，以解决超薄均温板的支撑强度、毛细效率和长期可靠性等技术难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种超薄均温板的制备工艺，以解决现有超薄均温板存在的支撑强度不足、毛细结构层与上下板体结合强度低、可靠性差、以及无法兼顾高毛细力与高渗透性的技术问题。本发明的技术思路是：先在上盖板的内表面通过一体冲压成型工艺形成凸点结构。上盖板的凸点结构既可以为均温板腔体提供支撑，又可以与下盖板上的毛细结构层形成冶金结合的连接体。凸点高度为腔体高度的85%-95%，可保证上下盖板组装后凸点顶端和下盖板上金属粉末浆料层b之间有足够的嵌入空间，并通过带压烧结和抽真空封装后凸点能够支撑上下盖板，防止均温板变形塌陷。同时，上盖板和下盖板分别涂覆不同粒径的金属粉末浆料层，烧结后形成上盖板金属层a的高孔隙率传质和下盖板金属层b小孔径高毛细力的梯度孔径毛细层结构，使均温板中具有高渗透性与高毛细力，提高其传热和均温性能。此外，下盖板的金属层b采用小粒径金属粉体b，并添加造孔剂形成小孔径烧结体和大孔道结构。其中，小孔径的烧结体提供高毛细力抽吸液体，气化后从大孔道结构排出，可实现均温板中蒸汽排出通道与液体回流通道的分离，避免气液通道相互挤占，进一步提高相变传热效率。

2、为实现上述技术目的，本技术的技术方案如下：

3、一种超薄均温板的制备工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤：

4、步骤1：提供上盖板和下盖板，所述上盖板的内表面通过冲压成型形成凸点，所述凸点的高度为上盖板和下盖板组装形成的腔体高度的85%-95%；

5、步骤2：在上盖板的内表面涂覆金属粉末浆料a，在下盖板的内表面涂覆金属粉末浆料b，干燥后，将上盖板和下盖板组装后得到组装件，使上盖板凸点的金属粉末浆料层a与下盖板的金属粉末浆料层b接触；其中，上盖板和下盖板之间形成高度为0.1-1.8mm腔体；

6、步骤3：将步骤2制备得到的组装件在650-850℃的热处理温度和1-10mpa的压力条件下进行带压烧结，使所述上盖板凸点的金属粉末浆料a嵌入金属粉末浆料b，经烧结后形成烧结连接点，嵌入深度为烧结后金属层b厚度的10%-50%，所述上盖板凸点与金属层b形成冶金结合；同时使金属粉末浆料a和金属粉末浆料b烧结，制备得到带有金属层a和金属层b的均温板组件；

7、步骤4：对步骤3中制备得到的均温板组件进行封装、抽真空、注液和封口，即可得到超薄均温板。

8、其中，所述金属粉末浆料a中的金属粉末平均粒径大于所述金属粉末浆料b中的金属粉末平均粒径，使得所述金属层a的孔隙率高于所述金属层b的孔隙率，且所述金属层b的平均孔径小于所述金属层a的平均孔径。

9、进一步地，步骤1中所述的上盖板和下盖板的材质均为不锈钢、铜、铜合金、钛或钛合金；所述上盖板的凸点截面形状为圆柱形、圆台形或梯形棱柱形；所述上盖板的相邻凸点之间的距离为3-15mm。本发明凸点的高度为上盖板和下盖板组装后形成的腔体高度的85%-95%，可确保在带压烧结及后续抽真空封装后，凸点能有效支撑上下盖板，防止均温板变形塌陷，同时为凸点嵌入金属粉末浆料层b保留足够空间。

10、进一步地，所述上盖板和下盖板的厚度分别为0.05–0.3 mm。本发明通过控制盖板厚度，保证均温板强度。

11、进一步地，步骤2中所述的金属粉末浆料a和金属粉末浆料b的金属粉末材质为不锈钢、镍、铜、铜合金、钛或钛合金；所述金属粉末浆料a和金属粉末浆料b是由金属粉末、粘结剂和溶剂混合得到，所述粘结剂为聚乙烯吡咯烷酮（pvp）、聚乙烯醇缩丁醛（pvb）、聚乙烯醇（pva）、羟甲基纤维素钠中的一种或多种；所述溶剂为水、乙醇、乙二醇、1,2-丙二醇中的一种或多种。

12、进一步地，步骤2中所述的金属粉末浆料a和金属粉末浆料b中还包含高分子聚合物微球作为造孔剂；其中，在金属粉末浆料a中，所述造孔剂的平均粒径与金属粉末浆料a中的金属粉末的平均粒径之比为1.5-3:1；在金属粉末浆料b中，所述造孔剂的平均粒径与金属粉末浆料b中的金属粉末的平均粒径之比为1.2-1.8:1。本发明金属粉末浆料a和金属粉末浆料b中高分子聚合物微球造孔剂在烧结过程中分解挥发，形成大孔道，提高金属层的孔隙率和渗透性。

13、进一步地，步骤2中所述的上盖板金属粉末浆料a采用平均粒径为30-100μm的金属粉末，所述下盖板金属粉末浆料b采用平均粒径为5-30μm的金属粉末。本发明金属粉末浆料a中的金属粉末平均粒径大于金属粉末浆料b中的金属粉末平均粒径。金属粉末浆料层a烧结后形成高孔隙率结构，传质能力高。金属粉末浆料层b烧结后形成小孔径烧结体和大孔道结构。其中，小孔径的烧结体提供高毛细力抽吸液体，气化后从大孔道结构排出，可实现均温板中蒸汽排出通道与液体回流通道的分离，避免气液通道相互挤占，提高气液分离效率。

14、进一步地，步骤2中所述的金属粉末浆料a的固含量70%-80%，金属粉末浆料b的固含量为60%-70%；所述金属粉末浆料a的固含量大于金属粉末浆料b的固含量。本发明金属粉末浆料a固含量较高，可在烧结后形成结构疏松、孔隙率高的金属层a；金属粉末浆料b的低固含量可形成致密的小孔径的金属层b，实现金属层a高孔隙率和金属层b高毛细力的结构。

15、进一步地，步骤3中所述的金属层a的厚度为20-150μm，所述的金属层b的厚度为40-300μm，且所述金属层a的厚度小于所述金属层b的厚度。本发明上盖板金属层a厚度小、孔径大可强化传质，下盖板金属层b厚度大可提高毛细性能。

16、一种超薄均温板采用上述任一项制备工艺制备得到。本发明通过激光焊接、扩散焊或钎焊等方式将上盖板与下盖板密封连接，形成气密性真空腔体。再通过抽真空和常规注液，封口后即可得到超薄均温板。

17、具体地，一种超薄均温板，其特征在于，包括：上盖板和下盖板，所述上盖板和所述下盖板密封连接形成真空腔体；其中，金属层a附着于所述上盖板的内表面；金属层b附着于所述下盖板的内表面；其中，所述金属层a的平均孔径大于所述金属层b的平均孔径，且所述金属层a的孔隙率大于所述金属层b的孔隙率；所述上盖板凸点连同其表面的金属层a嵌入金属层b中，且所述凸点与金属层b形成冶金结合，形成连通金属层a与金属层b的液体回流通道；所述超薄均温板的总厚度为0.5-2.0mm。

18、本发明均温板工作时，下盖板作为蒸发端受热，金属层b内的工作介质在毛细力作用下分布在整个蒸发面，受热蒸发为蒸汽。蒸汽可通过金属层b中的大孔道及金属层a的高孔隙率结构向上扩散，上盖板作为冷凝端，蒸汽冷凝为液体。冷凝后的液体在金属层a和金属层b的毛细力作用下，从冷凝端回流到蒸发端。

19、其中，金属层b的小孔径结构提供高毛细力，为蒸发面持续供液；同时金属层b中的大孔道为蒸汽排出提供低阻力通道，实现气液分离，避免蒸汽与液体相互挤占通道。金属层a的高孔隙率结构使蒸汽从蒸发端到冷凝端低阻力传输，实现液体回流。凸点连同其表面的金属层a嵌入金属层b所形成的冶金结合通道，可减小液体从冷凝端回流至蒸发端的路程。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

21、本发明上盖板一体冲压成型形成的凸点，在带压烧结过程中所述上盖板凸点连同其表面的金属粉末浆料a嵌入金属粉末浆料b中，烧结后形成凸点与下盖板金属层b的冶金结合。而现有技术中均温板中的支撑柱与毛细结构层是物理接触，本发明的冶金结合界面具有较高的结合强度，在长期热循环和机械振动环境下，界面不会发生开裂，提高超薄均温板的长期运行可靠性。

22、本发明通过梯度孔径结构设计，在上盖板高孔隙率、大孔径金属层a，在下盖板形成致密、小孔径金属层b。金属层a提供低阻力蒸汽、液体通道，金属层b提供高毛细力，二者发挥协同作用，使均温板兼具高渗透性和高毛细作用。

23、本发明在金属层b中添加平均粒径为金属粉末浆料b中的金属粉末的平均粒径1.2-1.8倍的造孔剂，烧结后在金属层b的小孔径烧结体中形成大孔道。大孔道可方便下盖板蒸汽排出，不挤占液体通道，实现气液通道分离，提高传热效率。

24、本发明通过一体式带压烧结制备得到性能优异的超薄均温板，工艺简单，无需额外焊接。