一种应用于VPX模块的铝VC均热板及其制备方法与流程

本发明涉及均热板制造，尤其涉及一种应用于vpx模块的铝vc均热板及其制备方法。

背景技术：

1、vpx是一种开放式的模块化电子系统架构，在现代电子技术领域，vpx模块的应用场景不断拓展和深化，尤其是在高性能计算、航空航天、通信以及复杂工业控制等关键领域，其重要性愈发凸显。然而，随着电子技术朝着高集成度、高运算速度以及高功率方向发展，vpx模块的散热问题已成为限制其性能提升和稳定运行的关键因素。从内部构造来看，vpx模块集成了众多高性能芯片和电子元件，这些组件在工作时功耗巨大，单位面积上的热流密度急剧上升。传统的散热方法，如简单的金属散热片结合风冷技术，由于其散热效率相对较低，且无法有效应对高功率密度下的不均匀热分布问题，难以满足vpx模块对于温度控制的严格要求，致使芯片结温过高，不仅会造成芯片性能的下降，还会严重影响芯片的可靠性和使用寿命，造成系统的故障和停机。

2、均热板（vapor chamber，vc）利用内部工质的相变循环进行高效传热，通过工质的蒸发和冷凝过程，能够迅速将热量从高热流区域传递到低温区域，实现热量的快速扩散和均匀分布。其独特的毛细结构设计能够确保工质在相变循环过程中的顺畅回流，进一步强化了传热效果，是解决vpx模块散热的理想方法。然而将均热板成功应用于vpx模块，面临着一系列技术难题：

3、其一，vpx模块具有标准化的板卡尺寸、固定的安装孔位及薄壁区域，内部高度空间极为有限，既要容纳足够厚度的吸液芯以保证毛细力，又要预留充足的蒸汽腔空间以保证相变传热效率，两者在空间上互相挤占；同时，安装孔及薄壁区域均属于无效散热区域，如何在有效散热面积被压缩的条件下保持整板温度均匀性，是结构设计面临的主要难题。

4、其二，vpx模块常用于航空航天、通信等关键任务场景，对密封可靠性要求极高。现有充注口密封多采用电子束焊等单一熔焊工艺，焊接过程易在焊缝区域引入热应力、微裂纹及气孔等缺陷，在温度循环和机械振动的长期作用下，这些缺陷可能扩展成为泄漏通道，导致均热板失效。

5、其三，现有吸液芯多采用粉末烧结工艺制备，工艺窗口窄、周期长、成本高，且孔隙率受限，导致工质回流驱动力不足，均热板的散热效率难以进一步提升。

6、综上，亟需对应用于vpx模块的铝vc均热板的制备方法进行系统性优化。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种应用于vpx模块的铝vc均热板及其制备方法，至少用以解决现有应用于vpx模块的铝vc均热板的制备存在的以下问题之一：1、现有密封方式易导致均热板长期密封可靠性不足；2、现有vpx模块用铝vc均热板中吸液芯制备及注液工艺复杂，制造成本高；3、现有vpx模块用铝vc均热板的散热效率不足。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种应用于vpx模块的铝vc均热板的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：以铝合金板材为原料，经数控加工和酸洗，得到表面洁净的vpx模块用板壳；

5、s2：以泡沫金属型材为原料，经激光线切割和清洗干燥，得到泡沫金属吸液芯；

6、s3：将板壳与吸液芯经真空钎焊和焊后热处理，得到具有封闭腔体的均热板主体；

7、s4：将薄壁空心铝管经压扁处理和低温钎焊安装于充注口，得到均热板半成品；

8、s5：将均热板半成品充入检测气体并保压监测，完成首次气密性检测；

9、s6：通过充液管对壳体内腔抽真空后充注丙酮工质，充液率为100%；

10、s7：对充注后的均热板半成品依次进行冷压焊临时密封和搅拌摩擦焊完全密封；

11、s8：对密封后的均热板半成品进行数控精加工和导电氧化表面处理，得到铝vc均热板成品；

12、s9：对铝vc均热板成品进行二次气密性检测。

13、进一步地，所述步骤s2中，所述泡沫金属型材为泡沫铝或泡沫镍，所述激光线切割的加工速度为30~70mm/s，光斑尺寸为60~100μm，扫描间距为0.1~0.5mm，跳转速度为800~1200mm/s。

14、进一步地，所述步骤s3中，所述真空钎焊的钎料为al~si系钎料，镁含量为0.1%~0.5%。

15、进一步地，所述步骤s3中，所述真空钎焊的焊接温度为595℃~610℃，真空度≤10-²pa；

16、采用多段升温与阶梯保温程序：以8~15℃/min升温至350~420℃保温20~60min，再以3~8℃/min升温至480~520℃保温20~60min，再以3~8℃/min升温至550~590℃保温20~60min，最后以3~8℃/min升温至595~610℃保温5~20min。

17、进一步地，所述步骤s3中，所述焊后热处理包括固溶处理和时效处理：将焊后工件加热至520℃~530℃保温1~2h后淬火冷却，再进行人工时效处理，加温至165℃~175℃保温6~10h。

18、进一步地，所述步骤s4中，所述充液管的外径为0.8mm~1.2mm，压扁后的厚度为0.8mm~1.2mm，压扁后的管壁两侧与充注口内壁之间留有0.05mm~0.15mm的装配间隙；

19、所述低温钎焊采用低温锡焊膏，加热至220℃~240℃保温1~2min。

20、进一步地，步骤s5中，所述气密性检测包括：向壳体内腔充入0.5~1.0mpa的干燥空气，保压30~40min，压力无下降则表明壳体密封性满足要求；

21、若压力下降，则使用环氧树脂胶或光固胶对泄漏部位进行二次密封，再次检测直至气密性合格。

22、进一步地，所述步骤s7中，所述冷压焊的下压力为0.5~2.0mpa；所述搅拌摩擦焊的搅拌头转速为1000~2000rpm，进给速度为200~500mm/min，下压力为5~15mpa。

23、本发明还提供了一种应用于vpx模块的铝vc均热板，由上述制备方法制备而成，包括上板壳（1）、下板壳（2）、泡沫金属吸液芯（3）、充液管（5）和封堵接头（4）；

24、所述上板壳（1）与下板壳（2）通过真空钎焊在其周边密封连接，共同构成内部具有密闭腔体的均热板壳体，所述上板壳（1）或下板壳（2）上设有贯穿板壳的充注口；

25、所述泡沫金属吸液芯（3）通过真空钎焊固定于所述上板壳（1）和/或下板壳（2）的内表面；

26、所述充液管（5）安装于所述充注口上，其末端通过冷压焊形成第一道密封；

27、所述封堵接头（4）设置于所述充注口处，通过搅拌摩擦焊焊接于充注口，覆盖于所述充液管（5）的已密封末端之上形成第二道密封，所述封堵接头（4）与所述充液管（5）共同构成充注口的复合密封结构。

28、进一步地，所述泡沫金属吸液芯（3）的材质为泡沫铝或泡沫镍，厚度为0.5mm~2.0mm，孔隙率为85%~97%；

29、所述封堵接头（4）呈台阶状，内部设有容纳充液管（5）末端的凹槽，边缘采用倒圆处理；

30、所述上板壳（1）、下板壳（2）和封堵接头（4）的材质为铝合金6063。

31、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

32、1、本发明提供了一种完整的、适用于vpx模块的铝vc均热板制备方法，该方法从结构适配性设计出发，通过泡沫金属吸液芯的激光线切割成型、真空钎焊、低温钎焊安装充液管、气密性检测、抽真空及100%充液率充注、两步法密封、精加工及表面处理、二次气密性检测等一系列步骤的协同配合，形成了一套完整的工艺体系，使均热板在vpx模块有限的空间内实现了高效散热，同时解决了现有铝vc均热板在密封可靠性和制造成本方面的不足。

33、2、本发明通过采用“冷压焊临时密封+搅拌摩擦焊完全密封”的两步复合密封法，以两种固态焊接工艺顺序承接、功能互补，从根本上消除了传统熔焊可能带来的热致缺陷（热应力、微裂纹、气孔），使均热板具备了优异的长期密封可靠性和使用寿命，完全满足vpx模块对失效零容忍的苛刻要求。

34、3、本发明通过以泡沫金属型材为原料经激光线切割制备吸液芯，相较于传统的粉末烧结工艺，无需复杂的烧结温度曲线和长时间保温，工艺流程更短、周期更快；同时避免了粉末烧结过程中孔隙率受限、烧结层脱落等风险，使吸液芯具备高孔隙率和高毛细力，显著提升了均热板的传热性能。

35、4、本发明将充液率设定为100%，即液态工质体积与吸液芯空腔体积相等，使工质完全填充吸液芯的孔隙空间，与泡沫金属吸液芯的高孔隙率特性形成协同效应，确保蒸发端毛细补给的连续性，避免局部干涸，从而充分发挥泡沫金属的高毛细力优势；同时采用先抽真空后充注的注液方式，相较于先充注后抽真空的注液方式，避免了工质损失及二次除气工序，精简了生产工序，提高了生产效率。

36、5、本发明通过定制化结构设计和精密数控加工，从设计源头考虑vpx模块的行业标准、安装孔位及薄壁区域进行避让，确保均热板在vpx模块有限空间内满足结构强度要求的同时实现最大散热面积，无缝集成于vpx系统中。

37、6、本发明还提供了一种铝vc均热板产品，其充注口处形成由充液管冷压焊密封部和封堵接头搅拌摩擦焊密封部构成的复合密封结构，该结构特征直接体现了制备方法中两步密封法的工艺优势，使产品具备优异的密封可靠性和长使用寿命。

38、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。