基于3D打印的电子散热器制作方法与流程

文档序号:31053707发布日期:2022-08-06 09:49阅读:159来源:国知局
基于3D打印的电子散热器制作方法与流程
基于3d打印的电子散热器制作方法
技术领域
1.本发明涉及散热器加工制造技术领域,尤其涉及一种基于3d打印的电子散热器制作方法。


背景技术:

2.随着计算机产业与微电子技术的不断发展,所需的计算机处理器运算速度与能力要求不断提高,电子芯片集成度逐年提高,在此趋势之下,处理器及芯片产生的热量剧烈增加,导致电子元器件因温度过高产生的热问题越来越突出。现如今在电子元器件箱体外或直接在电子器件上会使用散热器,以降低电子元器件的工作温度,提高工作能力。
3.现有散热器的种类有很多种,传统的散热器一般如美国专利us5592363与us5594623这种一体式挤压成形鳍片式散热器,或如美国专利us5509465和us5038858这种插入式鳍片散热器,或美国专利us5375655所示弯折鳍片式散热器,也有类似于日本专利jph09283666a所示柱状散热器。不同的散热器尺寸及设计可适应工作环境的空间上要求,以及散热效果的要求。
4.现有相关散热器的制造方法有很多种,如压铸成形,插片式等。所谓压铸成形散热器,是通过将金属熔融成液态后填充进模具中,利用压铸机直接压铸成形,制成一体式散热片,常见的一体式鳍形散热器就通常使用压铸成形的方法。插片式制造方法是指将基底与鳍片分开制造,基底和鳍片通过冲压或铸造的方法制造,再使用导热胶或插槽的方法将鳍片结合于基底上。现如今随着对散热器散热效果要求的提高,鳍片式散热器的鳍片宽度、鳍片的密度都有了更高的要求,进而提高散热器整体散热表面积,增加热交换。为减小鳍片宽度和分布密度,现往往在传统散热器制造后额外增加一道切削或机加工过程以达到所需的结构。
5.现有的散热器制作方法存在以下缺陷:
6.①
使用一体成形压铸成形的散热器高度受模具及制造水平所限制,难以成形较高鳍片结构,其鳍片宽度与高度的比值也同样受制造水平影响,减小鳍片宽度的同时其可制造高度也将大大降低,导致制作的散热器散热效果差。
7.②
插片式散热器制造方法可生产较高鳍片,但由于使用导热胶或插槽的方法连接基底和鳍片,基底与鳍片非一体式结构,其中间的导热胶或空隙会导致散热器热阻偏大,降低散热器散热效果。
8.③
由于现有制造水平限制,目前仅有少数厂商能制造宽度小于0.7mm的特薄鳍片散热器,当鳍片宽度极薄时,其结构非常脆弱,无法承受切割时的冲击、振动,无论是压铸成形,插片成形,或使用机加工生产特薄鳍片,都有极高的不良率,难以大量生产。
9.④
现有散热器与电子器件结合通常采用导热胶粘合,或使用插槽、螺栓等结构固定于电子器件表面,使用导热胶热阻值较大,散热器与电子器件中间由于导热胶的热阻,影响了散热效果,若使用其他贴合固定的方式,散热器底板难以紧密地结合在电子器件上,中间的空气同样有较大的热阻,影响了散热效果。
10.⑤
现有散热器材料主要为铝或铝合金,也有少量采用铜为材料。采用铝或铝合金材料,其导热系数较低,散热效果较差。
11.⑥
由于现有制造水平限制,无法制造小型散热器,现有散热器基底长宽尺寸及鳍片高度尺寸无法难以小于5mm,较大的散热器尺寸难以安装于散热器工作空间中,且较大的散热器尺寸会影响空气流动,影响整体工作温度。若可直接生产散热效果极佳的小型散热器,便可同电子器件于工作空间内部一同使用,每个电子器件可独立配套散热器,合理布局散热,提高空间利用率,提高散热效果。


技术实现要素:

12.本发明提供一种基于3d打印的电子散热器制作方法,用以解决现有技术中小型散热器制作困难,散热效果差的缺陷,通过3d打印技术直接在电子器件上打印,实现小型散热器的制作,提高了制作效率,且散热器散热效果好。
13.本发明提供一种基于3d打印的电子散热器制作方法,包括:
14.s1、利用3d打印技术在电子器件表面直接打印出基底;
15.s2、利用3d打印技术在所述基底上打印出散热结构;
16.s3、将打印出的基底和散热结构加热烧结固化,形成一体结构。
17.根据本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,所述s1具体包括:
18.s11、电子器件移动至盛有金属浆料的3d打印针头的下方,利用3d打印针头挤出金属浆料,同时移动电子器件,使得金属浆料在电子器件表面打印出第一层基底;
19.s12、在所述第一层基底上重复步骤s11打印出若干层基底。
20.根据本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,所述s11的具体步骤为:
21.s111、利用3d打印针头挤出金属浆料,并沿电子器件的长度方向移动电子器件,使得3d打印针头由电子器件的一端打印到另一端从而打印出第一条金属线;
22.s112、沿电子器件的宽度方向移动电子器件设定距离,并重复步骤s111,打印出第二条金属线,并使得打印出的所述第二条金属线紧贴于所述第一条金属线;
23.s113、重复步骤s112,从而打印出第一层基底。
24.根据本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,所述s2具体包括:
25.利用盛有金属浆料的3d打印针头在所述基底上打印出鳍片式散热结构或立柱式散热结构。
26.根据本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,所述s2具体包括:
27.s211、利用3d打印针头挤出金属浆料,并沿电子器件的长度方向往复移动并逐层下降电子器件,使得3d打印针头多次由基底的一端打印到另一端,打印出的金属浆料沿高度方向叠加形成第一鳍片;
28.s212、沿电子器件的宽度方向移动电子器件设定距离并提升电子器件,重复步骤s211,打印出第二鳍片,并使得所述第二鳍片与所述第一鳍片沿电子器件的宽度方向间隔设置;
29.s213、重复步骤s212,从而在基底上打印出若干鳍片。
30.根据本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,所述鳍片的宽度取值
范围为0.03-1mm。
31.根据本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,所述s2具体包括:
32.s221、利用3d打印针头挤出金属浆料,并使得电子器件沿高度方向逐层下降,当电子器件下降至设定高度时,3d打印针头停止供料,并使得电子器件迅速下降使得3d打印针头与金属浆料分离,从而打印出第一立柱;
33.s222、水平移动电子器件并提升电子器件,重复步骤s221,打印出第二立柱,并使得所述第二立柱与所述第一立柱沿电子器件的水平方向间隔设置;
34.s223、重复步骤s222,从而在基底上打印出若干立柱。
35.根据本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,所述立柱的直径取值范围为0.01mm~1mm,高度取值范围为0.01mm~3mm。
36.根据本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,所述金属浆料为金属纳米颗粒与有机配体的混合物。
37.根据本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,所述3d打印针头的内径大于0.001mm。
38.本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,通过3d打印技术可直接在电子器件上成型制造,与电子器件形成一体结构,无需粘合或固定,打印形成的散热器与电子器件之间无空隙,无其他介质;尺寸设计高度自由,实现了小型电子散热器的制作,提高了制作效率,且散热器散热效果好。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1是本发明提供的基于3d打印的电子散热器制作方法的流程示意图;
41.图2是本发明提供的鳍片式散热结构的制作过程示意图;
42.图3是本发明提供的立柱式散热结构的制作过程示意图。
具体实施方式
43.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
44.下面结合图1至图3描述本发明的一种基于3d打印的电子散热器制作方法。该制作方法包括:
45.s1、利用3d打印技术在电子器件表面直接打印出基底;
46.s2、利用3d打印技术在基底上打印出散热结构;
47.s3、将打印出的基底和散热结构加热烧结固化,与电子器件形成一体结构,无需额外装夹或粘贴。
48.具体地,在打印之前还包括以下准备步骤:
49.将金属浆料填充到3d打印针筒中,并与气动点胶机连接,将电子器件固定于移动机台上,机台能够进行水平移动和升降运动,本实施例采用的是通过机台带动电子器件进行水平移动和升降移动,而3d打印针头则保持静止,容易控制精度,打印机头晃动较小;
50.启动自动化控制软件,通过计算机自动控制程序使得超高精度运动控制系统进行机械归零,通过自动控制程序超高精度运动控制系统将机台运动至高度测量系统(即高度传感器)下方,并对机台上电子器件表面进行扫描,记录电子器件表面高度位置数据;
51.通过自动控制程序超高精度运动控制系统移动机台,使得3d打印针头位于打印起始位置。
52.进一步地,利用直写3d打印技术,在一定的气压和速度参数下,通过挤出式方法挤出金属浆料形成线状平面结构,在电子器件表面通过层层叠加的方式成型散热结构,打印过程中机台根据高度传感器测得的电子器件表面高度数据进行高度微调,使得每层打印出来的高度相同,确保基底和散热结构与电子器件表面间无空隙以及散热结构的致密性。当打印完毕后,将电子器件取下,对基底和散热结构进行加热烧结固化,形成一体结构,提高了散热结构与基底之间的结合强度,且不适用导热胶进行粘合,提高了散热效果。
53.进一步地,3d打印针头的内径大于0.001mm,优选取值范围为0.001mm~1.5mm,可实现0.001mm~0.5m金属线线性结构打印,使用不同内径的打印针头,在特定的工艺参数下可实现多种尺寸规格的金属线线宽打印。3d打印机可集成多个针头,多z轴控制器及多工位,一台设备上多个针头同时在一个或多个电子器件上成型散热结构,大幅提高打印效率。
54.在本发明的其中一个实施例中,s1具体包括:
55.s11、电子器件移动至盛有金属浆料的3d打印针头的下方,利用3d打印针头挤出金属浆料,同时移动电子器件,使得金属浆料在电子器件表面打印出第一层基底;s12、在第一层基底上重复步骤s11打印出若干层基底。在本实施例中,步骤s11通过移动电子器件,配合视觉及定位系统,使得3d打印针头与电子器件之间形成相对运动,并在其表面打印出第一层基底,然后步骤s12在第一层基底上方重复打印出若干层基底,通过多层基底叠加形成所需要的基底。进一步地,本实施例中可以打印两层基底进行叠加,根据实际的尺寸需要,也可以打印多层基底进行叠加,本发明不局限于此。进一步地,机台移动精度为50nm,成型结构的精度为0.001mm。
56.在本发明的其中一个实施例中,金属浆料为金属纳米颗粒与有机配体的混合物,金属纳米颗粒可选择银或铜。
57.在本发明的其中一个实施例中,s11的具体步骤为:
58.s111、利用3d打印针头挤出金属浆料,并沿电子器件的长度方向移动电子器件,使得3d打印针头由电子器件的一端打印到另一端从而打印出第一条金属线;s112、沿电子器件的宽度方向移动电子器件设定距离,并重复步骤s111,打印出第二条金属线,并使得打印出的第二条金属线紧贴于第一条金属线;s113、重复步骤s112,从而打印出第一层基底。在本实施例中,基底为矩形结构,因此先在电子器件上打印出第一条金属线,然后在其旁边打印出第二条金属线,以此类推,打印出多条金属线,从而平铺形成基底整体。
59.在本发明的其中一个实施例中,s2具体包括:
60.利用盛有金属浆料的3d打印针头在基底上打印出鳍片式散热结构或立柱式散热
结构。在本实施例中,通过移动机台来完成散热结构不同形态的打印,可形成鳍片式或立柱式的散热结构,依据实际使用环境进行相应打印加工。
61.以下通过两个实施例分别阐述鳍片式散热结构和立柱式散热结构的打印步骤:
62.实施例1:
63.首先,利用上述实施例的方法在电子器件上打印出基底,然后进行散热结构的打印,最后进行加热烧结固化,如图2所示,其具体打印步骤包括:
64.s211、利用3d打印针头挤出金属浆料,并沿电子器件的长度方向往复移动并逐层下降电子器件,使得3d打印针头多次由基底的一端打印到另一端,打印出的金属浆料沿高度方向叠加形成第一鳍片;
65.s212、沿电子器件的宽度方向移动电子器件设定距离并提升电子器件,重复步骤s211,打印出第二鳍片,并使得第二鳍片与第一鳍片沿电子器件的宽度方向间隔设置;
66.s213、重复步骤s212,从而在基底上打印出若干鳍片。
67.打印完毕后,将打印出的基底和散热结构加热烧结固化,形成一体结构。
68.可以理解的是,在步骤s211中,3d打印针头由基底一端移动到另一端,打印出一条金属线,之后下降机台,在该条金属线上重复打印,以此类推,通过若干根沿高度方向叠加的金属线形成具有一定高度的第一鳍片。在步骤s212中,通过机台的移动,在第一鳍片的一定间距依照上述方法打印出第二鳍片,在步骤s213中,以此类推,在基底上打印出多个间距相等的鳍片,形成鳍片式散热结构。
69.进一步地,打印出的鳍片的宽度为0.03-1mm,宽度优选为30μm~200μm之间,高度在0.01mm~1mm之间,多个鳍片构成的散热结构的长度和宽度可小于1mm,但一般的鳍片结构的长度和宽度均设计为5mm,当然,可以根据实际芯片的尺寸相应设计鳍片结构的尺寸。
70.实施例2:
71.首先,利用上述实施例的方法在电子器件上打印出基底,然后进行散热结构的打印,最后进行加热烧结固化,如图3所示,其具体打印步骤包括:
72.s221、利用3d打印针头挤出金属浆料,并使得电子器件沿高度方向逐层下降,当电子器件下降至设定高度时,3d打印针头停止供料,并使得电子器件迅速下降使得3d打印针头与金属浆料分离,从而打印出第一立柱;
73.s222、水平移动电子器件并提升电子器件,重复步骤s221,打印出第二立柱,并使得第二立柱与第一立柱沿电子器件的水平方向间隔设置;
74.s223、重复步骤s222,从而在基底上打印出若干立柱。
75.打印完毕后,将打印出的基底和散热结构加热烧结固化,形成一体结构。
76.可以理解的是,在步骤s221中,通过逐渐下降机台,使得3d打印针头打印出圆柱形结构,待打印完毕后,迅速下降机台,使得3d打印针头与金属浆料分离,形成第一立柱。在步骤s222中,通过机台的水平移动和竖直移动,利用上述打印方法,在第一立柱的间隔距离处打印出第二立柱,在步骤s223中,以此类推,在基底上打印出多个间距相等的立柱,形成立柱式散热结构。
77.进一步地,立柱的直径取值范围为0.01mm~1mm,高度取值范围为0.01mm~3mm。
78.本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器制作方法,通过3d打印技术可直接在电子器件上成型制造,与电子器件形成一体结构,无需粘合或固定,打印形成的散热器与电
子器件之间无空隙,无其他介质;尺寸设计高度自由,实现了小型电子散热器的制作,提高了制作效率,且散热器散热效果好。
79.实施例3:
80.上述散热结构的打印不仅可直接于电子器件上打印,也可打印于如金属基板,硅片或可牺牲材料上。打印方法如上两个实施例相同,但后续可通过线切割,激光切割的方式将小型散热器取下,或使用化学方法将可牺牲材料基板去除,从而获得独立的小型散热器。此小型散热器可同传统电子散热器同样使用,即使用导热胶粘接,其与传统电子散热器的区别在于其超小的尺寸和鳍片宽度,以及其超高的精度,微米级制造精度。
81.通过上述实施例的制作方法制作而成的基于3d打印的电子散热器,其包括:基底和散热结构,基底和散热结构均通过3d打印技术制作而成。
82.其中,所述基底位于电子器件表面,利用3d打印技术直接在电子器件表面打印基底。该基底为平面矩形结构,用于打印散热结构。所述散热结构设于所述基底上,通过3d打印技术在基底上直接打印出散热结构,打印完毕后进行加热烧结固化,使得散热结构与所述基底成为一体结构。
83.利用3d打印技术打印出基底和散热结构,能够实现散热器小型化制作,且能够直接在电子器件表面进行加工制作,制备过程简单,而且利用3d打印技术,可以打印出任意形状或形式的散热结构,从而满足不同电子器件的需要。另外,采用3d打印技术,可以选择合适的金属浆料进行打印,从而达到良好的散热效果。
84.本发明提供的一种基于3d打印的电子散热器,基于高精度3d打印直写技术,尺寸设计高度自由,实现小型、超薄散热器的制造;并可以在电子器件上直接制造散热器,与电子器件形成一体结构,无需粘合或固定,打印形成的散热器与电子器件之间无空隙,无其他介质,散热器散热效果好。
85.如图2所示,若所述散热结构采用鳍片式散热结构,所述鳍片式散热结构包括多个鳍片,所述鳍片垂直固定于所述基底上,且多个所述鳍片平行设置;相邻所述鳍片之间间距相等并布满所述基底。
86.如图3所示,若所述散热结构采用立柱式散热结构,所述立柱式散热结构包括多个立柱,所述立柱垂直固定于所述基底上;相邻所述立柱之间间距相等并布满所述基底。
87.通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现,当然也可以通过硬件。基于这样的理解,上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中,如rom/ram、磁碟、光盘等,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
88.最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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