[发明专利]一种注射成形制备梯度结构铜散热片的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种注射成形制备梯度结构铜散热片的方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

目前计算机产品正逐渐朝向轻薄化、小型化、高功能化和高频化的趋势发展，其单位面积所发出地热量（发热密度）愈来愈高，电子散热的问题也愈严重和棘手，相对地，散热设计的困难度和所花费的成本也越来越高。而利用散热片来增加散热面积是热管理技术中最常见也是最基本的方式。虽然近代新制备及设计技术不断提升，散热片的应用在有限空间的限制下，似乎有渐渐趋向极限的趋势，未来各种不同的冷却技术如热管、水冷、冷冻循环以及浸入式沸腾冷却等都可能用来解决散热问题。尽管如此，散热片仍是最经济、最可靠的散热方式，因此如何提高散热片的材料热传导率和增加散热片的散热面积，以提升其整体散热效率，是21世纪相关产业所面临的重要关键课题。

电子器件的散热主要有三类：风冷、热管和水冷，在这三类散热方式中，散热片是主要部件之一。散热片的加工方式多种多样，主要包括以下几类：

⑴冲压散热片。铝合金和铜均可采用冲压工艺制备散热片，冲压工艺的优点在于自动化、批量化，缺点在于只能制备形状简单（低发热密度）的散热片； 

⑵挤压散热片。挤压是散热片制造中最广泛的加工方式，采用的材料通常是铝合金。该技术的优势在于投资少、技术门槛低、易于投产、生产成本低、产量大、适用范围广。但是，生产的鳍片形状相对简单，无法获得很大（大于20）的高宽比，并且只能生产铝合金散热片。

⑶焊接散热片。焊接作为传统的金属结合方式，在散热片加工中被普遍采用。目前散热片加工中采用的仍然主要是钎焊，其优点在于底座与鳍片的组合多种多样，相关生产设备已经非常成熟，易于大规模生产。但是，散热片底座与鳍片之间存在界面热阻，二者一旦结合度不好，严重影响散热片性能；而且，控制焊着率难度较高，检验不易，容易出现不良品，加工成本较高。

⑷铸造散热片。铸造技术可制造细薄、密集或结构复杂的鳍片，易于一些特殊设计的实现；缺点是在铸造时表面流纹及氧化渣过多，降低热传导效果，冷却时内部微缩孔偏高，实质热传导率降低，模具寿命较短，设备相对复杂，产量较小，生产效率低，成本较高。

⑸机械加工散热片。机加工工艺的最大优势在于散热片底座与鳍片一体成形，不存在界面热阻，能够更有效利用散热表面积，此外，切割而成的鳍片排列密集，能在单位体积内获得更大的散热面积。然而，受到原材料等的影响，成品率低，机械加工的设备、人工成本高，大规模生产资金投入过大。

⑹锻造散热片。将铝合金或者铜合金加热至较高温度，然后在较高压力下填入锻造模具成形。其优点在于散热片鳍片与吸热底座一体成形，无界面热阻，适于加工柱状鳍片。但是，由于在冷却时可能出现颈缩现象，使鳍片存在厚薄、高度不均的情况，所需锻造压力高(500吨以上)，设备昂贵，模具制造成本高，磨损快，加工成本高，加工条件苛刻，时间长，不易量产。

⑺热缩嵌套散热片。利用热胀冷缩原理的机械结合方式，主要用于铝鳍片嵌铜。该工艺优点是兼具铝质鳍片的低成本、低密度、易加工特性与铜材的高吸热及导热能力，缺点在于对鳍片、嵌入铜材尺寸、形状要求严格，否则严重影响性能。

⑻金属粉末注射成形散热片。金属注射成形是一种净近成形技术，一次成形，无需后续机加工。采用该技术能大批量生产形状复杂、散热比表面积大、尺寸精度高的散热片。目前，该项技术主要是制备铜散热片。该技术的劣势是不能制备大尺寸铜散热片，且制备的铜散热片底座相对密度在94%以下，底座的热导率在320 W·m^-1·K^-1以下，不能充分发挥铜本身所具备的热导性能。

影响铜散热片应用的主要是以下三个因素：①铜散热片的原料成本高，集中应用在电子行业的高端领域。②铜散热片多是采用机械加工或焊接工艺制备，生产流程长，能耗高，成本高。③铜散热片使用的是相对密度在99%以上的纯铜。纯铜的吸热能力比铝高，但是，铜的比热容为0.39J·Kg^-1·K^-1，铝的比热容为0.9J·Kg^-1·K^-1，同等体积与同样形状的铝散热片比铜的散热能力更强，传统工艺制备的铜散热片没有充分发挥它所具备的吸热能力。④铜的密度为8.9g·cm^-3，铝的密度为2.7g·cm^-3，铜散热片较高的质量限制了它在便携式计算机中的应用。

发明内容