一种高强轻质的超薄均热板的制作方法

本发明属于均热板设计及制造技术领域，具体涉及到一种高强轻质的超薄均热板。

背景技术：

均热板作为一种高效相变传热元件，已广泛应用于手机、电脑等各类终端电子产品中。随着电子产品的轻薄化，均热板朝着超薄化大平面的趋势发展。传统的铜材板壳在进一步减薄铜材厚度时会导致材料强度减弱，均热板在热应力或其他外力作用下更容易出现翘曲、弯折等变形，影响产品的热学性能和机械性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种高强轻质的超薄均热板。本发明高强轻质的超薄均热板上、下盖板均由三层复合材料构成，在减薄板壳材料的同时能够保证机械强度和抗变形能力，保证了受限空间内超薄均热板的力学性能和散热效果。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种高强轻质的超薄均热板，包括周边密封连接形成密封工质腔的上盖板和下盖板，所述密封工质腔处于真空状态，其内填充有液态工质，所述上盖板和下盖板均采用复合材料制成，所述上盖板的下表面和下盖板的上表面均为凹面，上盖板的凹面内阵列排布若干支撑柱，下盖板的凹面设置有吸液芯。

所述复合材料从外至内依次包括第一材料层、第二材料层和第三材料层，其中第一材料层为高强度轻质型的不锈钢、钛或钛合金、镁或镁合金、铝或铝合金中的一种，厚度为30-100微米；第二材料层为镍镀层、钛镀层、锌镀层或铬镀层，厚度为0.5-2微米；第三材料层为铜镀层，厚度为10-20微米。

所述支撑柱包括若干小圆柱和长圆柱。

所述吸液芯为泡沫铜或编织铜网，吸液芯的上表面与上盖板的支撑柱紧密贴合，下表面与下盖板的凹面紧密贴合。

所述下盖板的上表面进行粗化处理，采用包括纳秒激光加工在内的物理方法在表面形成具有茸毛形貌的连续毛细结构；或者使用化学或电化学方法将其表面腐蚀，形成亲水性多孔结构；或者采用热氧化法使其表面粗化。

所述上盖板和下盖板采用钎焊或扩散焊的方式实现周边密封。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明上盖板和下盖板的壁面材质为高强度轻质复合材料，高强度复合材料包括三层材料层：第一材料层的材质为高强度轻质型的不锈钢、钛或钛合金、镁或镁合金、铝或铝合金中的一种，厚度为30-100微米，第二材料层位于壳体的内侧，厚度为0.5-1微米，第三层材料为镀铜层，采用化学镀铜或电镀铜的方法附于第二层材料上，厚度为5-20微米，这三层复合材料在结构上既保证了机械强度和抗变形能力，内侧第三层镀铜层又增加了内壁面的亲水性。其中第二材料层为中间过渡层，镀镍、镀钛、镀铬或镀锌，通过化学法如电镀法或物理法如物理气相沉积等附于第一材料层上，此镀层具有良好的厚度均匀性，作为中间过渡层，在其上再镀一薄层铜，可提高镀铜的稳定性及牢固程度。

上、下盖板由三层复合材料构成，在减薄板壳材料的同时有效解决了板壳易变形的问题，保证了受限空间内超薄均热板的力学性能和散热效果。

附图说明

图1是本发明高强轻质的超薄均热板的剖面图。

附图标记说明：1-上盖板；2-下盖板；3-密封工质腔；4-支撑柱；5-吸液芯；11-第一材料层；12-第二材料层；13-第三材料层。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1

如图1所示，一种高强轻质的超薄均热板，包括周边密封连接形成密封工质腔3的上盖板1和下盖板2，密封工质腔3处于真空状态，其内填充有液态工质，上盖板1和下盖板2均采用复合材料制成，构成高强轻质的空腔壁面，上盖板1的下表面和下盖板2的上表面均为凹面，上盖板1的凹面内阵列排布多个支撑柱4，下盖板2的凹面设置有吸液芯5。

所述上盖板1的厚度为0.15mm，内侧蚀刻有高度为0.1mm的支撑柱。壁面材料为复合材料，从外至内依次包括第一材料层11、第二材料层12和第三材料层13，其中第一材料层11为高强度轻质型的不锈钢，厚度为30微米；第二材料层12为镍镀层，厚度为0.5微米；第三材料层13为镀铜层，厚度为10微米。

所述下盖板2的厚度为0.12mm，内侧蚀刻有0.07mm的凹面。壁面材料为复合材料，从外至内依次包括第一材料层11、第二材料层12和第三材料层13，其中第一材料层11的材质为高强度轻质型的钛，厚度为30微米，第二材料层12为镍镀层，厚度为0.5微米；第三材料层13为铜镀层，厚度为10微米。通过热氧化法对下盖板2的凹面进行粗化处理，工艺简单，成本低廉，在解决毛细力不足的同时还能节省物料，使均热板整体更加轻薄。

所述第二材料层12为中间过渡层，通过电镀法附于第一材料层11上，此镀层具有良好的厚度均匀性，作为中间过渡层，在其上再镀一薄层铜，可提高镀铜的稳定性及牢固程度。

所述支撑柱4包括若干小圆柱和长圆柱，长圆柱强化支撑的同时对蒸汽产生一定的导流作用。

所述吸液芯5为泡沫铜，吸液芯5的上表面与上盖板1的支撑柱4紧密贴合，下表面与下盖板2的凹面紧密贴合，厚度为0.07mm，所述泡沫铜吸液芯通过点焊的方式初步固定于下盖板2凹面，后续与下盖板2烧结为一体。泡沫铜吸液芯的形状根据热源位置与均热板整体形状进行灵活设计，在保证热源处有足够吸液芯的前提下，泡沫铜吸液芯会贯穿于均热板平面。

所述下盖板2的上表面进行粗化处理，采用纳秒激光加工装置在表面形成具有茸毛形貌的连续毛细结构。

所述上盖板1和下盖板2采用钎焊的方式实现周边密封。将已烧结好吸液芯结构的上下盖板对正扣合，放入石墨治具内锁紧，置于高温还原气氛炉内进行焊接成型。

实施例2

一种高强轻质的超薄均热板，包括周边密封连接形成密封工质腔3的上盖板1和下盖板2，密封工质腔3处于真空状态，其内填充有液态工质，上盖板1和下盖板2均采用复合材料制成，构成高强轻质的空腔壁面，上盖板1的下表面和下盖板2的上表面均为凹面，凹面内阵列排布多个支撑柱4，下盖板2的凹面设置有吸液芯5。

所述上盖板1的厚度为0.22mm，内侧蚀刻有高度为0.18mm的支撑柱，壁面材料为复合材料，从外至内依次包括第一材料层11、第二材料层12和第三材料层13，其中第一材料层11为高强度轻质型的不锈钢，厚度为60微米；第二材料层12为镍镀层，厚度为0.5微米；第三材料层13为铜镀层，厚度为10微米。

所述下盖板2的厚度为0.18mm，内侧蚀刻有0.1mm的凹面，壁面材料为复合材料，从外至内依次包括第一材料层11、第二材料层12和第三材料层13，第一材料层11的材质为不锈钢，厚度为40微米，第二材料层12为镍镀层，厚度为0.5微米；第三材料层13为铜镀层，厚度为10微米。通过热氧化法对下盖板2的凹面进行粗化处理，工艺简单，成本低廉，在解决毛细力不足的同时还能节省物料，使均热板整体更加轻薄。

所述第二材料层12为中间过渡层，通过化学法如电镀法或物理法如物理气相沉积等附于第一材料层11上，此镀层具有良好的厚度均匀性，作为中间过渡层，在其上再镀一薄层铜，可提高镀铜的稳定性及牢固程度。

所述支撑柱4包括若干小圆柱和长圆柱，长圆柱强化支撑的同时对蒸汽产生一定的导流作用。

所述吸液芯5为泡沫铜，吸液芯5的上表面与上盖板1的支撑柱4紧密贴合，下表面与下盖板2的凹面紧密贴合，厚度为0.1mm，所述泡沫铜吸液芯通过点焊的方式初步固定于下盖板2凹面，后续与下盖板2烧结为一体。泡沫铜吸液芯的形状根据热源位置与均热板整体形状进行灵活设计，在保证热源处有足够吸液芯的前提下，泡沫铜吸液芯会贯穿于均热板平面。

所述下盖板2的上表面进行粗化处理，采用电化学方法将其表面腐蚀，形成亲水性多孔结构。

所述上盖板1和下盖板2采用钎焊的方式实现周边密封，将已烧结好吸液芯结构的上下盖板对正扣合，放入石墨治具内锁紧，置于高温还原气氛炉内进行焊接成型。

实施例3

一种高强轻质的超薄均热板，包括周边密封连接形成密封工质腔3的上盖板1和下盖板2，密封工质腔3处于真空状态，其内填充有液态工质，上盖板1和下盖板2均采用为高强度轻质复合材料制成，构成高强轻质的空腔壁面，上盖板1的下表面和下盖板2的上表面均为凹面，凹面内阵列排布多个支撑柱4，下盖板2的凹面设置有吸液芯5。

所述上盖板1的厚度为0.35mm，内侧蚀刻有高度为0.23mm的支撑柱，壁面材料为复合材料，从外至内依次包括第一材料层11、第二材料层12和第三材料层13，其中第一材料层11为高强度轻质型的不锈钢，厚度为100微米；第二材料层12为钛镀层，厚度为1微米；第三材料层13为铜镀层，厚度为20微米。

所述下盖板2的厚度为0.25mm，内侧蚀刻有0.13mm的凹面，壁面材料为高强度轻质复合材料，所述高强度复合材料从外至内依次包括第一材料层11、第二材料层12和第三材料层13，第一材料层11的材质为不锈钢，厚度为100微米，第二材料层12为钛镀层，厚度为1微米；第三材料层13为铜镀层，厚度为20微米。通过热氧化法对下盖板2的凹面进行粗化处理，工艺简单，成本低廉，在解决毛细力不足的同时还能节省物料，使均热板整体更加轻薄。

所述第二材料层12为中间过渡层，通过化学法如电镀法或物理法如物理气相沉积等附于第一材料层11上，此镀层具有良好的厚度均匀性，作为中间过渡层，在其上再镀一薄层铜，可提高镀铜的稳定性及牢固程度。

所述支撑柱4包括若干小圆柱和长圆柱，长圆柱强化支撑的同时对蒸汽产生一定的导流作用。

所述吸液芯5为泡沫铜，吸液芯5的上表面与上盖板1的支撑柱4紧密贴合，下表面与下盖板2的凹面紧密贴合，厚度为0.13mm，所述泡沫铜吸液芯通过点焊的方式初步固定于下盖板2凹面，后续与下盖板2烧结为一体。泡沫铜吸液芯的形状根据热源位置与均热板整体形状进行灵活设计，在保证热源处有足够吸液芯的前提下，泡沫铜吸液芯会贯穿于均热板平面。

所述下盖板2的上表面进行粗化处理，采用热氧化法使其表面粗化：将铜下盖板2上表面浸入到粗化处理液中2～10min，完成氧化后除去铜表面残余的氧化物和油污等杂质，放置在烘箱中烘干得到粗化表面。

所述上盖板1和下盖板2采用钎焊的方式实现周边密封。将已烧结好吸液芯结构的上下盖板对正扣合，放入石墨治具内锁紧，置于高温还原气氛炉内进行焊接成型。

在均热板内部，液态工质存在于吸液芯中，开始工作时，液态工质受热蒸发形成蒸汽，蒸汽沿支撑柱之间的通道中流动，热量扩散到热源远端。蒸汽冷凝后的形成的液态工质通过吸液芯的毛细力作用回流热源位置，如此不断循环。此超薄均热板利用相变传热原理可有效解决狭小空间高热流密度电子元件的散热问题。其轻质高强的三层复合材料能有效克服热应力等外力带来的翘曲、折弯等变形。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据本发明实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。