一种水冷散热器的复合连接方法与流程

[技术领域]

本发明涉及水冷散热器，尤其涉及一种水冷散热器的复合连接方法。

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背景技术：
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水冷散热器是许多高功耗电子产品的重要部件，水冷散热器通常由基板和盖板组成，基板上有u形或蛇形的水道。由于零件制造过程中产生的形位和尺寸公差，为了弥补制造公差，基板上水道导流筋的顶端与盖板之间留有间隙，此间隙导致相邻水道之间短路窜水，流量损失在非主要换热区域，降低了水冷散热器的散热效率。

申请号为cn201810347261.9的发明公开了一种用于散热器类产品的复合连接方法，该方法包括以下步骤，散热器包括基板和盖板，基板上设有工艺台阶，将焊缝位置清洗干净；将金属用合成胶粘剂涂覆在整条焊缝的工艺台阶上，盖上盖板，并施加压力，使胶水固化，盖板与所述基板粘连牢固；在基板与所述盖板的对接面进行搅拌摩擦焊接，完成对焊缝的密封焊接，形成搅拌摩擦焊与胶接复合连接接头。

该发明在焊接前对散热器先进行了粘接，是粘接、焊接两种工艺的先后组合，两种工艺实现的密封性能并不能相互促进。该发明使用胶水涂胶后需施加压力使胶水固化，为保证胶水有效固化，那就要在胶水的固化过程中给胶水一个有效的、稳定的、均匀的压力，而这个压力必然需要一个压力设备及工装来完成。胶水完成固化后，散热器才可以进行焊接，这就增加了生产步骤，降低了生产的效率。而且焊接过程中产生的应力、温度对已固化胶水的粘接强度、密封性的影响也是未知风险。另外，该发明基板与盖板在高度方向不存在精准的定位面，依赖两者之间的胶层进行高度定位，组合精度较差；水道中无散热翅片，散热效率较低。

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技术实现要素：
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本发明要解决的技术问题是提供一种工艺简单、生产效率高的水冷散热器的复合连接方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种水冷散热器的复合连接方法，水冷散热器包括基板和盖板，基板包括u形或蛇形的水道，相邻水道之间由导流筋分隔开；基板上设有工艺台阶，盖板嵌入到工艺台阶中，导流筋的顶面低于工艺台阶；复合连接方法包括以下步骤：

101)在导流筋的顶面上注密封胶，形成密封胶的胶道；

102)将盖板扣合在基板上，用夹具将盖板与基板夹紧；

103)沿盖板的边缘，对基板与盖板进行搅拌摩擦焊焊接，利用搅拌摩擦焊产生的热量，使压在盖板与基板之间的密封胶固化。

以上所述的复合连接方法，导流筋顶面与盖板之间的间隙为h，导流筋的宽度为w，w×h＝s，在步骤101中注胶针头的孔径为d，注胶针头的出胶截面为所注密封胶的高度大于h。

以上所述的复合连接方法，盖板包括复数块插入到基板水道中的翅片和复数个定位柱，基板包括复数个定位孔；定位柱的高度大于翅片的高度加步骤101中注在导流筋的顶面密封胶的高度；定位柱与定位孔的间隙小于翅片与水道侧壁的间距。

以上所述的复合连接方法，获取基板与盖板进行搅拌摩擦焊焊接时，导流筋附近的温度曲线，通过选择搅拌针的规格、搅拌针的旋转速度和焊接的进给速度，使焊接过程中导流筋附近的温度曲线处于密封胶固化条件曲线的外侧。

以上所述的复合连接方法，基板工艺台阶的内侧包括第二台阶，水道布置在第二台阶中，导流筋的顶面与第二台阶为同一平面；u形或蛇形水道的拐弯处为弧形，在步骤101中，在导流筋的顶面上所注的条形的密封胶，沿第二台阶延伸到工艺台阶的内沿。

以上所述的复合连接方法，所述的盖板为两块，基板的两面各包括所述的u形或蛇形的水道和所述的工艺台阶，两块盖板分别嵌入到基板两面的工艺台阶中，形成双面散热器。

本发明利用搅拌摩擦焊产生的热量固化密封胶，无需单独对密封胶进行烘烤固化，简化了装配工艺，提高了装配效率，降低了装配成本。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例水冷散热器的主视图。

图2是图1中的a向剖视图。

图3是图1中的b向剖视图。

图4是本发明实施例基板注胶后的俯视图。

图5是图4中的c向剖视图。

图6是图2中ⅰ部位的局部放大图。

图7是图5中ⅲ部位的局部放大图。

图8是图3中ⅱ部位的局部放大图。

图9是本发明实施例焊接温度曲线与密封胶固化条件曲线的关系图。

[具体实施方式]

本发明实施例的散热器包括基板10和两块盖板20，基板10的两面各有工艺台阶12和第二台阶15，蛇形水道11布置在第二台阶15中，蛇形水道11的拐弯处为弧形，相邻水道11之间由导流筋13分隔开。导流筋13的顶面与第二台阶为同一平面。

盖板20直接嵌入到工艺台阶12中，盖板20以基板的工艺台阶12作为高度定位基准。盖板20上有多块插入到基板水道11中的翅片21和两个定位柱22，基板10每面有对应的两个定位孔14。

本发明的两块盖板20形成上下两个散热面，两个散热面分别给不同的发热器件散热。本发明实施例的散热器使用高温固化的fipg材料填封导流筋13与盖板20之间的配合间隙，从而可以封堵导流筋13与盖板20之间的间隙，防止窜水的通道的形成。

本发明实施例散热器的装配过程如下：

1.检查基板10、盖板20的配合面清洁无污；

2.在导流筋13的顶面上注fipg密封硅胶，形成密封胶的胶道01，密封胶的胶道01沿第二台阶15一直延伸到工艺台阶12的内沿。

点胶参数依照窜水通道高度和截面面积设定，本发明实施例的水道11窜水通道高度h小于0.5mm，导流筋13的宽度w为3mm，窜水通道的截面s为1.5mm2。为保证密封胶能有效封堵窜水通道，需保证点胶高度h大于窜水通道高度h，且点胶截面大于窜水通道截面。即点胶针头直径d大于0.5mm；出胶截面即d＞1.38mm。为避免密封胶在装配后溢到散热翅片21上影响散热器翅片21与冷却液有效换热，点胶针头点胶截面小于2倍通道截面，出胶截面即d＜1.95mm。由于1.38＜d＜1.95mm，故可选用φ1.5mm点胶针头进行点胶。

本发明实施例的第二台阶能够较好地弥补制造公差，保证盖板20边缘的底部与基板10的工艺台阶12贴合良好。

3.使用盖板20上的定位柱22与基板10上的定位孔14导向将盖板20扣合到基板10上：

盖板20的定位柱22直径d＝φ5.8mm，基板10的定位孔14直径d1＝φ6mm，两者的配合间隙0.2mm，小于散热器翅片21到导流筋13的间隙σ＝2.2mm，以保证定位柱22可起到导向作用，盖板扣合时不会翅片21刮到胶道01。盖板20定位柱22高度h1＝12mm，需高于翅片21高度h2＝9.5mm，且高度差大于点胶高度h(或大于点胶针头直径d)，即h1＞h2+h，并留有裕量，保证盖板20到达准确位置前翅片21不会触碰到密封胶。

以上盖板20的装入过程可以避免破坏密封胶注胶后的形态，盖板20装入后使用夹具将散热器夹紧，以减小焊接过程盖板20与基板10之间发生位移和形变。

4.使用搅拌摩擦焊工艺将盖板20焊接在基板10上，形成焊缝02，同时焊接过程中产生的高温将fipg密封胶固化封住封导流筋13的配合间隙。搅拌摩擦焊工艺参数如下:

窜水通道间隙小于0.5mm，即水道11装配后密封胶厚度小于0.5mm。通过试验测得该型号密封胶厚度为0.5mm时，固化时间与固化温度的关系如图9。若窜水通道的间隙和/或密封胶型号不同，可根据具体试验数据拟合固化温度-时间关系曲线。

本发明实施例的中，基板10和盖板20的材料为铝合金，焊接轨迹长度l＝1000mm，

选用搅拌针直径4mm，高度4mm，肩头直径12mm，肩轴下压0.4mm

搅拌针转速1200rpm/min，

焊接进给速度100mm/min即焊接时间t＝10min。

使用热电偶，检测焊接过程中窜水通道附近的温度。

针对不同的工件，根据盖板20与基板10的配合方式、焊接的深度等因素选择搅拌针，根据焊接轨迹的长度、窜水通道距焊缝的距离、工件的材料，选择焊接速度和搅拌针的旋转速度，搅拌针的旋转速度越高，焊接温度越高。搅拌针走刀速度越慢，焊接温度越高、焊接时间越长；反之焊接温度低，焊接时间短。焊接时，使用热电偶检测窜水通道附近的温度，可以得到焊接过程中导流筋13窜水通道附近的焊接温度曲线

如图9所示，通过调整搅拌针的旋转速度和走刀速度，可以得到合理的焊接温度和焊接时间，使焊接温度曲线处于密封胶固化条件曲线的外侧，以保证密封胶处固化温度、固化时间可以满足密封胶的固化条件曲线。

本发明以上实施例采用双层水道，盖板包括插入到基板水道中的翅片，可以提高散热效率，两者都减小了散热器的尺寸；第二台阶和导流筋的顶面低于作为盖板装配基准的工艺台阶，盖板与基板的变形可以通过第二台阶和导流筋与盖板之间的间隙来弥补；盖板的底面坐落基板的工艺台阶上，工艺台阶作为盖板高度定位面装配精度高。

本发明以上实施例利用搅拌摩擦焊产生的热量固化fipg密封胶，无需单独对密封胶进行烘烤固化，简化了装配工艺，减少了烘烤设备的投入，节约了成本。采用工业烤箱对密封胶加热固化时，常用的工业烤箱，最大功率为32kw。固化条件为12min@100℃。烤箱从常温升温至100℃，为满功率运行每分钟升温5摄氏度，大约需要15min；定温100℃烘烤，为额定功率20kw运行12min；降温过程只需开启排风扇，功率2kw，降温时间15min。即烘烤工序共需时间40min，能耗q＝32×0.25+20×0.2+2×0.25＝12.5kwh。使用本发明以上实施例可以节约生产时间40min，节约能耗12.5kwh。