一种平面散热器制造工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种平面散热器制造工艺，其按照健全的平面散热器设计技术规范进行平面散热器设计，设计参数有理论支撑，使设计的平面散热器结构更加合理，提高了设计效率。通过热分析的仿真方法，验证所述平面散热器实际散热性能，通过结构有限元仿真验证所述平面散热器抗震性能，并根据验证结果，反向指导设计，做到散热及抗震性能最优化，提高了电子产品的可靠性。选用胶水粘接或胶膜粘接的任一方式实现平面散热器与印制板的充分贴合，此工艺既能保证平面散热器良好的热传递性能，又保证了机械强度的稳定性。
【专利说明】一种平面散热器制造工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及印制板散热【技术领域】，尤其涉及一种平面散热器制造工艺。
【背景技术】
[0002]自从硅集成电路问世以来，电路的集成度增加了几个量级，相应的每个芯片产生的热量也大幅度增加，平面散热器即冷板就应运而生，其主要用于粘接在印制板上散热。冷板俗称散热板或导热板，按照结构主要分为薄板式、一体式、分体式等。传统平面散热器制造工艺存在如下不足:一、行业内散热器比较繁杂，在加工前，没有一套完整的设计规范来指引印制板的散热。二、行业内的散热器在设计完成后，基本没有后期的效果验证，也许在设计中出现一些问题，导致散热或抗震性能不理想，而此情况并没有被发现，如此以来，电子产品的可靠性将大大降低。三、行业内散热器大多数使用螺钉锁紧，但在热传递过程中，由于印制板与散热器不能完全贴合，导致中间有很多空气，而空气的热导率较低，造成产品散热不理想。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于通过一种平面散热器制造工艺，来解决以上【背景技术】部分提到的问题。
[0004]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0005]一种平面散热器制造工艺，其包括如下步骤:
[0006]A、根据用户需求，按照预定设计规范，完成平面散热器设计；
[0007]B、通过热分析的仿真方法，验证所述平面散热器实际散热性能，通过结构有限元仿真验证所述平面散热器抗震性能，若满足设计要求，则执行步骤C，否则对平面散热器相关设计进行修改，直至满足设计要求；
[0008]C、开料:选取所述平面散热器所需铝板材料，通过剪板机将整张铝板剪成需要加工的尺寸；
[0009]D、执行平面散热器线切割工艺；具体工艺流程如下:首板校平，点孔定位，线切害I]，清洗，打磨，检验；
[0010]E、根据用户要求，选择相应阳极化方式对平面散热器进行表面阳极化处理；
[0011]F、选用胶水粘接或胶膜粘接的任一方式进行平面散热器与印制板的贴合。
[0012]特别地，所述步骤D中执行平面散热器线切割工艺，具体包括:
[0013]首板校平:将第一块板的一边进行线切割校平处理；
[0014]点孔定位:根据平面散热器结构的设计数据用钻头进行钻孔；
[0015]线切割:根据平面散热器结构的设计数据，利用在线切割机进行切割，每次不超过15块板；
[0016]清洗:用汽油将切好的半成品板进行清洗；
[0017]沉孔:若设计的平面散热器有成孔加工要求，则进行沉孔加工；[0018]打磨:用锉刀及砂纸对切割好的平面散热器进行打磨后处理；
[0019]检验:将做好的平面散热器和光绘底片进行比对。
[0020]特别地，所述步骤E中阳极化方式包括硬质阳极化、黑色阳极化、本色导电氧化及
金黄色导电氧化。
[0021]特别地，所述步骤E具体包括:选择硬质阳极化方式对平面散热器进行表面阳极化处理；
[0022]特别地，所述步骤F中胶膜粘接的工艺流程具体包括:
[0023]刻膜:首先，使用剪刀剪出对应尺寸的薄膜，长和宽的尺寸比平面散热器尺寸大2-3厘米；其次，使用刻字机将薄膜刻好，并与对应的底片进行核对；
[0024]冷粘:用针筒将丙酮注射到薄膜和平面散热器的表面，使其粘合，粘接完后再将其粘接在对应的印制板上，整体形成一板子；
[0025]定位:用定位销将冷粘完成的板子进行定位；
[0026]热粘:用硫化机压合冷粘完成的板子；
[0027]后处理:将已冷却的板子使用工具进行后处理；
[0028]检验:按照预定检验项对处理完成的板子进行检查。
[0029]特别地，所述冷粘具体包括:用航空汽油清洗平面散热器，晾干后用针筒将丙酮注射到薄膜和平面散热器的表面，使其粘合，粘接完后再将其粘接在对应的印制板上。
[0030]特别地，所述热粘具体包括:将板子放置在125摄氏度的恒温箱中预热5分钟，用硫化机压合冷粘完成的板子，压合完成后用铁块压住使其自然冷却。
[0031]本发明提供的平面散热器制造工艺具有如下优点:一、根据用户需求，按照健全的平面散热器设计技术规范进行平面散热器设计，设计参数有理论支撑，使设计的平面散热器结构更加合理，提高了设计效率。二、通过热分析的仿真方法，逐一建立包括印制板模型、导热胶模型、平面散热器模型、芯片模型等，并且通过仿真实际运行的环境条件进行热分析，运算出平面散热器发挥作用前后的温度，验证平面散热器实际的散热能，通过结构有限元仿真验证所述平面散热器抗震性能，并根据验证结果，反向指导设计，做到散热及抗震性能最优化，提高了电子产品的可靠性。三、选用胶水粘接或胶膜粘接的任一方式实现平面散热器与印制板的充分贴合，此工艺既能保证平面散热器良好的热传递性能，又保证了机械强度的稳定性。本发明通过对平面散热器结构的分布设计，平面散热器的散热性能相对现有性能提高了 20%以上，使得平面散热器能快速的散去印制板上产生的热量，从而保证平面散热器的散热效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明实施例提供的平面散热器制造工艺流程图。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0034]请参照图1所示，本实施例中平面散热器制造工艺具体包括如下步骤:[0035]步骤S101、根据用户需求，按照预定设计规范，完成平面散热器设计。
[0036]步骤S102、通过热分析的仿真方法，验证所述平面散热器实际散热性能，通过结构有限元仿真验证所述平面散热器抗震性能，若满足设计要求，则执行步骤S103，否则对平面散热器相关设计进行修改，直至满足设计要求；
[0037]通过热分析的仿真方法，逐一建立包括印制板模型、导热胶模型、平面散热器模型、芯片模型等，并且通过仿真实际运行的环境条件，进行热分析，运算出平面散热器发挥作用前后的温度，可以验证平面散热器实际的散热能。需要注意的是，因为印制板模型是多层复合材料，建立模型的时候不但要考虑基板的材料组成，还要考虑其中的覆铜率，包括过孔、焊盘等因素，同时平面散热器表面采用硬质阳极化之后材料性能会发生改变，仿真之前需要通过实验的方法测试材料的各项实际热性能后才能进行仿真，这样可以提升仿真准确度。通过结构有限元仿真技术验证所述平面散热器抗震性能，若不符合设计要求，则对平面散热器的结构进行相应修改，直至满足抗震要求。
[0038]步骤S103、开料:选取所述平面散热器所需铝板材料，通过剪板机将整张铝板剪成需要加工的尺寸，注意需放余量。在每次开料后，需提供铝板批次号。
[0039]平面散热器的选材要依据平面散热器的具体应用而定，例如为中航集团几家军工单位进行供货时，其选用的材料必须符合《GJB_2053-1994航空航天用铝合金薄板规范》标准。
[0040]步骤S104、执行平面散热器线切割工艺:该工艺具体流程如下:首板校平，点孔定位，线切割，清洗，打磨，检验。
[0041]于本实施例，所述执行平面散热器线切割工艺具体包括:
[0042]首板校平:将第一块板的一边进行线切割校平处理；
[0043]点孔定位:根据平面散热器结构的设计数据(坐标数据)用I毫米钻头进行钻孔。
[0044]线切割:根据平面散热器结构的设计数据，利用在线切割机进行切割，每次不超过15块板。
[0045]清洗:用汽油将切好的半成品板进行清洗。
[0046]沉孔:若设计的平面散热器有成孔加工要求，则进行沉孔加工。
[0047]打磨:用锉刀及砂纸对切割好的平面散热器进行打磨后处理。
[0048]检验:将做好的平面散热器和光绘底片进行比对。
[0049]步骤S105、根据用户要求，选择相应的阳极化方式对平面散热器进行表面阳极化处理。表面阳极化的处理方式有许多种，具体选用哪种方式应根据实际情况由用户指定。
[0050]最常用的阳极化方式包括硬质阳极化、黑色阳极化、本色导电氧化及金黄色导电氧化。于本实施例，选择硬质阳极化方式对平面散热器进行表面阳极化处理。其中，硬质阳极化的工艺流程如下:脱脂处理，蚀洗处理，酸洗，抛光，氧化，水洗，封孔处理。
[0051]步骤S106、选用胶水粘接或胶膜粘接的任一方式进行平面散热器与印制板的贴
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[0052]胶水粘接:采用专门的定制胶水进行粘接，大多数单位使用该种粘接方式。本实施例选用胶水粘接的方式进行平面散热器与印制板的贴合。胶水粘接的工艺流程具体流程如下:领料:按平面散热器生产单要求领取散热板、印制板及底片或图纸。检查:1、平面散热器表面应无明显划伤、损坏以及阳极化成脱落的现象；2、印制板应无明显翘曲、变形现象，表面应无划伤、阻焊脱落及焊盘损伤等缺陷；3、图纸上对粘接面标识应清楚无疑义。校平:对有翘曲的平面散热器进行手工校平。清洗:使用绸布或棉布沾试无水乙醇擦拭印制板及散热板的粘接面，保证印制板及散热板的粘接面清洁干净，并在室温下放置10-15分钟，晾干表面。调胶:按照胶水说明书混合比重进行调胶，一般一次调胶总量为5克。
[0053]胶膜粘接:采用专门的胶膜通过冷粘和热粘工序进行印制板及平面散热器的粘接，少数单位使用该种粘接方式。胶膜粘接的工艺流程具体包括:刻膜:首先，使用剪刀剪出对应尺寸的薄膜，长和宽的尺寸比平面散热器尺寸大2-3厘米；其次，使用刻字机将薄膜刻好，并与对应的底片进行核对。冷粘:用航空汽油清洗平面散热器，晾干后用针筒将丙酮注射到薄膜和平面散热器的表面，使其粘合，粘接完后再将其粘接在对应的印制板上，整体形成一板子。定位:用定位销将冷粘完成的板子进行定位。热粘:将板子放置在125摄氏度的恒温箱中预热5分钟，用硫化机压合冷粘完成的板子，压合完成后用铁块压住使其自然冷却。后处理:将已冷却的板子使用刀具、牙签等工具进行后处理。检验:按照预定检验项对处理完成的板子进行检查。
[0054]下面将对步骤SlOl中预定设计规范的核心事项进行扼要说明:
[0055]1、平面散热器的设计规则。
[0056]1.1、客户提出有平面散热器设计需求，在印制板布局时就应考虑平面散热器因素(器件排放整齐，留好平面散热器条通道)，尽量避免平面散热器条太窄，保证良好的连通性。
[0057]1.2、布线时避免在平面散热器条下表面走线、打孔。
[0058]1.3、有特殊要求的PGA器件，印制板焊盘顶层设置Φ 1.2mm，平面散热器打孔Φ 2.2mm,做双面倒角处理。
[0059]1.4、对于特殊情况，如两块印制板共用一块平面散热器时，需先将两块印制板叠加，平面散热器避开两者共同区(走线、过孔、铣切区、直插器件焊盘等)。
[0060]2、平面散热器设计原则。
[0061]2.11、确认客户是否提供平面散热器结构图，并按照结构图设计平面散热器。
[0062]2.12、平面散热器主要针对安装孔、直插器件，表贴器件不需要做平面散热器。
[0063]2.13、平面散热器尽量采用线形分割，尽量增大平面散热器的有效面积。分割的所有线形图形必须是封闭图形，而且不可重叠(出平面散热器数据时在未封闭图形区不报错，但在封闭图形区报错)；不可存在未封闭图形(如有断线头)。
[0064]2.14、多设计矩形和梯形相结合的切割区域，增强平面散热器的连通性。
[0065]2.15、平面散热器宽度不可太窄,614所要求宽度≥2mm,其他单位≥1mm。
[0066]2.16、电源板的印制板，可采取局部或整板打孔设计，遵循钻孔孔径最少化的原则。
[0067]2.17、尽量减少打孔数量，除印制板安装孔外，其它较接近的孔径尽量统一。
[0068]2.18、分割时注意不可将一个器件，一部分割进平面散热器，一部分未分割。特别是一些功率管器件，否则焊接器件时，会造成器件不牢靠。
[0069]2.19、平面散热器与所在层面的布线、过孔、表贴盘、直插器件焊盘边缘到平面散热器条边缘最小距离> 0.8mm。
[0070]2.110、对于平面散热器区域内的过孔、器件盘需放大处理。过孔:放大一倍；器件盘:< 1.5mm 的盘放大到 3.5mm, 1.5-2.0mm 的放大到 4mm, 2.0-2.5mm 放大到 5mm ；2.5_3mm放大到6mm, Mark点放大到2mm。(有特殊情况不确定或不清楚地,欢迎咨询质量组)
[0071]2.111、不任直径多大的盘，一律不采用圆形切割，而采用打孔的方式。
[0072]2.112、平面散热器中的孔属性统一设置为非金属化，以便工程部出平面散热器数据。
[0073]2.113、平面散热器中安装孔的大小与印制板(PCB)数据中安装大小保持一致，无需放大0.1mm.若客户要求放大，因在平面散热器中放大。
[0074]2.114、平面散热器与印制板采用膜粘时，需要增加四个定位孔(非金属化孔)，布置在平面散热器四角(尽量做到定位孔中心距平面散热器外边框> 5mm)。定位孔直径3_，平面散热器与印制板相同位置都要开孔。印制板上以定位孔为中心直径5_内为禁布区(禁布区内所有层不允许有图形)。平面散热器定位孔与平面散热器外边缘距离> 1_。
[0075]2.2、平面散热器设计的检验。
[0076]2.21、为确保平面散热器设计的正确性，设计工程师完成PCB布局后，设计好平面散热器，先将平面散热器发给质检师检查。
[0077]2.22、质检师将检查报告记录在《无锡同步印制板设计验证规范表》，设计工程师根据表单中记录的问题进行修改，修改完成后需要再次发给质检师检查，直至完全正确。
[0078]2.23、平面散热器无误后，PCB数据方可进行布线。同时布局人员根据平面散热器和印制板的粘贴方式，指导布线人员在布线过程中注意哪些问题。具体可参见上文。
[0079]2.3、平面散热器设计的确认。
[0080]2.31、平面散热器设计完成后，必须将相关设计数据发给客户，经客户确认无误后方可进行生产。如客户校对后有误，需按照客户要求更改，再发给客户校对，直至无误。
[0081]2.32、如客户在确认好平面散热器后，发现PCB布局不合理，需调整布局。调整布局时尽量不动平面散热器，如需更改平面散热器，先删除旧平面散热器文件，再重新出新平面散热器文件，并将新平面散热器文件发给客户校对。
[0082]2.33、平面散热器设计常规与PCB设计同时进行，因此PCB确认应包含平面散热器设计确认，具体确认方式参见《PCB设计开发控制程序》。
[0083]2.4、平面散热器对接。
[0084]2.41、如果为新设计，文件夹中除了 PCB的相关数据及表单外还应包含:XXX_C0L、XXX-DP、《平面散热器加工单》。绘制底片文件可参加“Protel98及Cadence出平面散热器数据”。
[0085]2.42、如果为改板，原板中有DP文件时，文件夹中除了 PCB的相关数据及表单外之需要《平面散热器加工单》;如果原板中没有DP文件，设计师应重新出DP，然后与《平面散热器加工单》一起放进PCB的文件夹。
[0086]2.5、平面散热器的校对及审核。平面散热器的检查参照《平面散热器检查规范》的要求进行。
[0087]本发明的技术方案具有如下优点:一、根据用户需求，按照健全的平面散热器设计技术规范进行平面散热器设计，设计参数有理论支撑，使设计的平面散热器结构更加合理，提高了设计效率。二、通过热分析的仿真方法，逐一建立包括印制板模型、导热胶模型、平面散热器模型、芯片模型等，并且通过仿真实际运行的环境条件进行热分析，运算出平面散热器发挥作用前后的温度，验证平面散热器实际的散热能，并根据验证结果，反向指导设计，做到散热最优化，提高了电子产品的可靠性。三、选用胶水粘接或胶膜粘接的任一方式实现平面散热器与印制板的充分贴合，此工艺既能保证平面散热器良好的热传递性能，又保证了机械强度的稳定性。本发明通过对平面散热器结构的分布设计，平面散热器的散热性能相对现有性能提高了 20%以上，使得平面散热器能快速的散去印制板上产生的热量，从而保证平面散热器的散热效果。
[0088]注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
【权利要求】
1.一种平面散热器制造工艺，其特征在于，包括如下步骤: A、根据用户需求，按照预定设计规范，完成平面散热器设计； B、通过热分析的仿真方法，验证所述平面散热器实际散热性能，通过结构有限元仿真验证所述平面散热器抗震性能，若满足设计要求，则执行步骤C，否则对平面散热器相关设计进行修改，直至满足设计要求； C、开料:选取所述平面散热器所需铝板材料，通过剪板机将整张铝板剪成需要加工的尺寸； D、执行平面散热器线切割工艺；具体工艺流程如下:首板校平，点孔定位，线切割，清洗，打磨，检验； E、根据用户要求，选择相应阳极化方式对平面散热器进行表面阳极化处理； F、选用胶水粘接或胶膜粘接的任一方式进行平面散热器与印制板的贴合。
2.根据权利要求1所述的平面散热器制造工艺，其特征在于，所述步骤D中执行平面散热器线切割工艺，具体包括: 首板校平:将第一块板的一边进行线切割校平处理； 点孔定位:根据平面散热器结构的设计数据用钻头进行钻孔； 线切割:根据平面散热器 结构的设计数据，利用在线切割机进行切割，每次不超过15块板； 清洗:用汽油将切好的半成品板进行清洗； 沉孔:若设计的平面散热器有成孔加工要求，则进行沉孔加工； 打磨:用锉刀及砂纸对切割好的平面散热器进行打磨后处理； 检验:将做好的平面散热器和光绘底片进行比对。
3.根据权利要求1所述的平面散热器制造工艺，其特征在于，所述步骤E中阳极化方式具体包括硬质阳极化、黑色阳极化、本色导电氧化及金黄色导电氧化。
4.根据权利要求1所述的平面散热器制造工艺，其特征在于，所述步骤E具体包括:选择硬质阳极化方式对平面散热器进行表面阳极化处理。
5.根据权利要求1至4之一所述的平面散热器制造工艺，其特征在于，所述步骤F中胶膜粘接的工艺流程具体包括: 刻膜:首先，使用剪刀剪出对应尺寸的薄膜，长和宽的尺寸比平面散热器尺寸大2-3厘米；其次，使用刻字机将薄膜刻好，并与对应的底片进行核对； 冷粘:用针筒将丙酮注射到薄膜和平面散热器的表面，使其粘合，粘接完后再将其粘接在对应的印制板上，整体形成一板子； 定位:用定位销将冷粘完成的板子进行定位； 热粘:用硫化机压合冷粘完成的板子； 后处理:将已冷却的板子使用工具进行后处理； 检验:按照预定检验项对处理完成的板子进行检查。
6.根据权利要求5所述的平面散热器制造工艺，其特征在于，所述冷粘具体包括:用航空汽油清洗平面散热器，晾干后用针筒将丙酮注射到薄膜和平面散热器的表面，使其粘合，粘接完后再将其粘接在对应的印制板上。
7.根据权利要求5所述的平面散热器制造工艺，其特征在于，所述热粘具体包括:将板子放置在125摄氏度的恒温箱中预热5分钟，用硫化机压合冷粘完成的板子，压合完成后用铁块压住使其自然冷却。
【文档编号】H01L21/48GK103474357SQ201310421277
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】王永康, 陈懿, 王锡刚, 朱玉丹, 应朝晖, 刘鹍 申请人:无锡市同步电子科技有限公司