一种水冷板散热器及其制备工艺的制作方法

本发明属于铝板加工领域，尤其涉及一种水冷板散热器及其制备工艺。

背景技术：

近年来，IGBT(绝缘栅双极型晶体管)元件普遍运用于大功率整流装置上，该元件使用时会产生大量的热量，设备的高集成性要求散热水冷板壁薄且散热密度大，这就对水冷板结构和材料和提出了较高的要求。

相比于钢铁材料，铝合金具有比强度大、质量轻、导热性好和耐腐蚀等优点，被广泛应用于汽车和船舶领域。钎焊与熔化焊不同，是一种用于材料连接或材料涂层的热连接方法，通过钎料的熔化和熔化的钎料在被焊接的两接触面之间的扩散作用实现焊接目的。目前采用钎焊制造的散热板广泛使用的材料为铝合金3A21，该材料在焊后存在软化现象，且属于不可热处理强化铝合金。6063铝合金属6系中等强度铝合金，焊接性能良好，可热处理强化，因此6063铝合金的真空钎焊在轻量化、高耐压的散热冷板结构中有很大的应用空间。

目前，大功率整流装置的散热器制造多是结合钻深孔加常规熔化焊的工艺方法，这就使得散热器内部流道设计受深孔钻的结构限制，导致水冷板散热器流道设计单一，散热效果大打折扣，且铝合金材料的熔化焊焊接过程中容易出现气孔和裂纹等缺陷，需要进行修补来保证水冷板散热器的焊接质量，加工工序繁琐。

技术实现要素：

有鉴于此，为了克服现有技术的不足，本发明提供一种一种水冷板散热器及其制备工艺，具有更好的热传导效率，能够在满足同样的散热指标的前提下，可以较大地缩减散热器的体积，同时也降低了散热器的重量。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种水冷板散热器，该水冷板散热器由上往下依次为盖板、钎料层和水冷板散热器基板，所述盖板和所述水冷板散热器基板相向的一面各设有一半水流道，所述钎料层能够焊接所述盖板和所述水冷板散热器基板。

进一步，两个所述一半水流道组合成水冷板水流道。

进一步，所述水冷板水流道的一端设有出水口，所述水冷板水流道的另一端设有进水口。

本发明还提供一种制备水冷板散热器的工艺，包括以下步骤：

1)水冷板散热器基板和盖板的制备：盖板选用3毫米厚的3A21铝合金板或6063铝合金板，采用激光切割进行下料；水冷板散热器基板选用6063铝合金板，采用水刀切割进行下料，然后用铣床加工水冷板水流道，其中，水冷板散热器基板和盖板的下料长宽方向每边预留2毫米加工余量；

2)水冷板散热器基板和盖板的清洗：先将完成铣床加工水冷板水流道的水冷板散热器基板和完成铣床加工水冷板水流道的盖板放在氢氧化钠溶液中浸泡3min后用温水冲洗干净，然后放入硝酸溶液中浸泡2分钟后用清水冲洗干净，然后烘干待焊；

3)焊前装配：先将4041铝合金箔片铣料剪成切割后的水冷板散热器基板外形尺寸相同的形状，然后平铺在水冷板散热器基板上，最后盖上烘干后的盖板并进行整体装夹固定，装入真空铣焊炉；

4)真空铣焊加工：首先是真空炉抽真空，钎焊过程中真空度应保证不大于2.0×10-3帕，然后是升温和保温；

5)钎焊后处理：将钎焊后水冷板散热器半成品用铣加工对表面进行加工，将步骤1)中各边2毫米的加工余量铣去；

6)真空钎焊气密性检验，用气密性检验工装对水冷板散热器进行气密性检验，检验压力为1兆帕。

进一步，所述氢氧化钠溶液的浓度为8％，所述氢氧化钠溶液的温度为60度。

进一步，所述硝酸溶液的浓度为15％，所述硝酸溶液的温度为常温。

进一步，所述步骤4)中铣焊温度比钎料熔点温度高10℃，铣焊的保温时间根据工件的大小和钎料与母材相互作用程度而定。

本发明的有益效果为：在钎焊过程中能精确控制温度、加热均匀，一般不使用钎剂，工件的变形小，容易保证工件的尺寸精度，在真空的焊接环境中进行，避免了铝合金熔化焊的各种焊接缺陷，而且该发明方法可一次使上下铝板的各接头一次成型。另外，本发明选用真空钎焊，水冷板散热器由水冷板散热器基板和盖板焊接组合而成，在水冷板散热器基板上设计水冷板散热器的内部水流道结构，采用铣加工的方式完成加工，规避了深孔钻时内部水流道的结构设计局限性，能够更大程度的增加水冷板散热器的内部水流道空间体积，提高整体散热效果，并且减少了水冷板散热器自重。此外，根据真空钎焊炉的炉内空间和水冷板散热器的外形尺寸，可以预算出一次真空钎焊加工能力，即可以一次性完成多个水冷板散热器的真空钎焊加工，有效提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明一种水冷板散热器及其制备工艺的水冷板水流道的结构示意图；

图2为本发明一种水冷板散热器的剖面结构示意图；

图3为本发明一种制备水冷板散热器的工艺流程图；

其中，1、水冷板散热器基板；2、水冷板水流道；3、进水口、4、出水口；5、盖板；6、钎料层；7、不绣钢隔板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种水冷板散热器，该水冷板散热器由上往下依次为盖板5、钎料层6和水冷板散热器基板1，盖板5和水冷板散热器基板1相向的一面各设有一半水流道，钎料层6能够焊接盖板5和水冷板散热器基板1，即盖板5与水冷板散热器基板1相邻的一面设有一半的水流道，水冷板散热器基板1与盖板5相邻的一面设有一半的水流道，盖板5面上的一半的水流道与水冷板散热器基板面上的一半的水流道对应拼合，形成水冷板水流道2。水冷板水流道2的一端设有出水口4，水冷板水流道2的另一端设有进水口3，其中出水口4和进水口4在同一侧。

一种制备水冷板散热器的工艺，包括以下步骤：

1)水冷板散热器基板和盖板的制备：盖板选用3毫米厚的3A21铝合金板或6063铝合金板，采用激光切割进行下料；水冷板散热器基板选用6063铝合金板，采用水刀切割进行下料，然后用铣床加工水冷板水流道，其中，水冷板散热器基板和盖板的下料长宽方向每边预留2毫米加工余量；

2)水冷板散热器基板和盖板的清洗：先将完成铣床加工水冷板水流道的水冷板散热器基板和完成铣床加工水冷板水流道的盖板放在氢氧化钠溶液中浸泡3min后用温水冲洗干净，然后放入硝酸溶液中浸泡2分钟后用清水冲洗干净，然后烘干待焊；其中，氢氧化钠溶液的浓度为8％，温度为60度；硝酸溶液的浓度为15％，温度为常温。

3)焊前装配：先将4041铝合金箔片铣料剪成切割后的水冷板散热器基板外形尺寸相同的形状，然后平铺在水冷板散热器基板上，最后盖上烘干后的盖板并进行整体装夹固定，装入真空铣焊炉；

4)真空铣焊加工：首先是真空炉抽真空，钎焊过程中真空度应保证不大于2.0×10-3帕，然后是升温和保温，铣焊温度比钎料熔点温度高10℃，铣焊的保温时间根据工件的大小和钎料与母材相互作用程度而定。工件尺寸按照钎焊成品尺寸计算，即354毫米×194毫米×19毫米,钎料为4041铝合金箔片，先加热至570度，然后保温3小时，再加热直630度，保温40分钟，随后随炉冷却即可。

5)钎焊后处理：将钎焊后水冷板散热器半成品用铣加工对表面进行加工，将步骤1)中各边2毫米的加工余量铣去；

6)真空钎焊气密性检验，用气密性检验工装对水冷板散热器进行气密性检验，检验压力为1兆帕。

基本原理为：将4041铝合金箔片铺在水冷板散热器基板和盖板之间，装配固定后放置在真空炉中加热、保温，获取优异焊接接头。铝板的真空钎焊工艺要点是利用钎料的润湿作用和毛细作用，促进母材与钎料相互作用，一种是固态母材向液态钎料溶解，另一种是液态钎料向固态母材扩散，从而获取优良的焊接接头。

本发明要点为：按照热交换的原理设计散热器模块内部的水流路线，冷却水流经过分流、回流等处理后，达到模块内部各个支路水流均匀、温度梯度均匀、热交换充分的效果。采用真空钎焊方式设计水流路线较深孔钻式散热器结构而言，具有更好的热传导效率。采用4104铝合金箔片作为钎料填充铝板，优化工艺参数(温度、时间等)，在高真空的环境下进行焊接以获取优质的焊接接头，满足设计要求的密封性和耐高压性。

本发明涉及大功率整流装置上散热设备使用的水冷铝板(铝合金6063)的焊接工艺方法，适合于在体积和重量要求比较苛刻的运输设备整流装置和其他移动设备整流装置中运用。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。