一种超薄均温板装置及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航天器热控制领域，涉及一种均温板，尤其涉及一种超薄均温板装置及其加工制作方法。
【背景技术】
[0002]在航天器热控领域，各类单机电子芯片热流密度的急剧增加以及有效散热空间的日益减小，使得超薄型的热管类散热元器件成为此类应用背景下的的理想导热元件。例如相控阵雷达的散热问题中，需要将阵列排序的T/R组件的发热元件迅速均温并传热，阵列间距随着雷达功率的不断提升越来越小，目前常见的组件间距在2mm左右，如何利用有限厚度空间将相控阵雷达T/R组件的发热迅速均温带走一直是热控设计的难题。又如星上电源使用的锂电池组，为了在有限体积中获取尽量大的电池容量，往往将电池组排列组合使用，导致其排列间隙一般小于2mm，在此有限空间内，如何保证电池组的发热能够迅速均温扩散也是制约大容量动力锂电池使用的难题。
[0003]均温板(或称平板热管、Vapor Chamber等)是解决此类散热问题的理想方案。目前主流的均温板，其结构主要包含底板、底层毛细芯、支撑柱、上层毛细芯以及上盖板。底板与上盖板通过开模冲压成型后，将毛细芯烧结在其内表面，在通过焊接实现底板与上盖板的连接。这种结构形式的均温板主要由上下毛细芯以及毛细芯中间的空腔区域分别构成液体回流通道与蒸汽流通空间，由于存在厚度方向上的蒸汽通道，难以减小其空腔高度空间。受限于这种结构形式与加工方法，此类主流结构的均温板一般厚度在3-6_以上，难以做到l-2mm厚度水平。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种超薄均温板装置及其加工制作方法。通过单片毛细芯的结构设计，能够在有限厚度方向上提供蒸汽流通空间以及液体回流通道，相比于传统均温板的上下两片毛细芯利用中间空腔作为蒸汽流通通道的结构形式，大大减小了均温板内部的空间高度，简化了均温板的结构，从而能够将均温板制作成为超薄结构形式，厚度在1_以下，尤其适用于超薄空间内的均温散热需求。
[0005]为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
[0006]一种超薄均温板装置，包含底板、毛细芯、上盖板以及工质。毛细芯采用了气液通道一体化设计方式，使毛细芯在平面方向上存在蒸汽流通空间与液体回流通道，解决了在有限厚度方向上的均温板内部蒸汽流动与液体回流的问题，从而在单片毛细芯上，具备了工质吸热蒸发、蒸汽流通、蒸汽冷凝、以及冷凝液体回流的能力。此外，在毛细芯的实体部分加工出支撑柱穿过的孔洞，底板结构上设计有支撑柱，支撑柱穿过毛细芯预留的孔洞，再与上盖板内表面接触，完成焊接成型，使其满足结构强度使用需求。成型后均温板通过预留的充液口充入工质并密封焊接，构成超薄均温板装置。
[0007]所述底板为凹槽结构，内部均匀布置支撑柱。
[0008]所述毛细芯为“#”字型结构，其厚度不超过0.5mm，蒸汽流通空间的开孔边长为2?5_，液体回流通道直径为2?5_，孔洞直径不超过2_。
[0009]所述毛细芯的厚度比内部空腔总高度大0.1?0.15mm。
[0010]所述毛细芯材质为铜或镍，结构形式为粉末烧结形式或多孔泡沫金属，孔隙率在50?90 %，平均孔径在10 μ m数量级。
[0011]所述底板、上盖板的材质为铜或铝合金。
[0012]所述底板、上盖板的材质为TU1铜与6063铝合金，所述工质为水或丙酮。
[0013]本发明同时提出一种超薄均温板装置的加工制作方法，主要包含以下步骤:
[0014]a、使用加工中心加工出底板与上盖板，厚度在3?5mm左右；底板为凹槽结构，内部均匀布置支撑柱结构，上盖板为一平板，双面平面度在0.05mm以内；
[0015]b、使用冲压方式加工出毛细芯，毛细芯结构形式为字型，冲压使用工具钢或模具钢加工出的字型工装，直接将毛细芯一次冲压成型；
[0016]c、将b步骤加工完成的毛细芯放置在a步骤加工出的带凹槽的底板中，将上盖板对应位置装配固定后，使用真空加压扩散焊设备对装配体完成焊接；
[0017]d、焊接后使用加工中心与线切割方式，去除两侧材料的余量，得到超薄均温板装置的壳体；
[0018]e、使用专用的抽真空注液设备将d步骤的超薄均温板装置抽真空，然后充入适量的工质；
[0019]f、将充液完成的超薄均温板装置使用对口压力钳密封并焊接，最后将其整形，满足使用需求。
[0020]优选地，毛细芯使用多孔泡沫铜或镍，“#”字型结构设计，孔隙率在80%，平均孔径在10um以下，厚度0.5mm, 字型的矩形开孔边长为5mm。
[0021]优选地，底板、上盖板的材质为TU1铜或6063铝合金。
[0022]优选地，真空加压扩散焊的真空度要求达到10 4pa，加压范围在0?20Mpa，焊接过程中压力可控，焊接后气密性要求达到10 10pa.m3/s漏率水平。
[0023]优选地，线切割后的两侧外壳厚底在0.3mm左右，整体厚度在1mm以内。
[0024]优选地，抽真空过程真空度达到10 4pa后再充入工质，工质选择丙酮或水，充液率在50?55%。
[0025]与现有技术相比，本发明装置具有如下的有益效果:
[0026]本发明提出的超薄均温板装置，通过单片毛细芯的结构设计，能够在有限厚度方向上提供蒸汽流通空间以及液体回流通道，相比于传统均温板的上下两片毛细芯利用中间空腔作为蒸汽流通通道的结构形式，大大减小了均温板内部的空间高度，简化了均温板的结构，从而能够将均温板制作成为超薄结构形式，厚度在1mm以下，尤其适用于超薄空间内的均温散热需求。相对于其他结构形式的均温板，本发明装置的超薄特性使其能够满足如相控阵雷达T/R组件或动力锂电池组的有限空间的散热需求，直接将本发明装置作为插件直接与热源贴合，能够迅速将点热源均温扩热，保证单机或装置的整体散热性能，同时应用本发明，还可以能够进一步减小单机布置的间距，提高有限空间的单机数量，带来相控阵雷达侦测性能的提升或电池组容量的进一步扩大，从而带来整体性能的升级。
[0027]本发明装置的加工制作方法主要通过以下措施来减小了均温板厚度:
[0028]1)使用了厚度为0.5mm左右的单片多孔泡沫金属作为毛细芯，在此基础上使用冲压的方式加工出“#”字型的结构形式，“#”字型的孔边长与实体宽度都为3?5_左右，作为超薄均温板装置的毛细芯结构，保证了真气流通空间与液体回流通道，相对传统的两片烧结铜粉结构，厚度降低至0.5mm左右。
[0029]2)使用底板与上盖板厚度冗余设计再加工去余量的方式，既保证了底板与上盖板的加工便利性、可操作性，也保证了焊接质量，实现了高气密性、高强度焊接，同时通过焊接后的线切割去余量的方式，得到两侧壁厚仅为0.3_，整体厚度为1_以下的超薄均温板装置。
【附图说明】
[0030]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0031]图1为本发明实施例的三维结构示意图；
[0032]图2是图1的分解图；
[0033]图3为毛细芯的俯视图；
[0034]图4为底板的俯视图；
[0035]图5为加工制作方法的流程图。
[0036]图中:1.底板，2.毛细芯，3.上盖板，101.充液口，102.支撑柱，201.蒸汽流通空间，202液体回流通道，203.孔洞。
【具体实施方式】
[0037]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发