一種超薄均溫板裝置及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天器熱控制領(lǐng)域，涉及一種均溫板，尤其涉及一種超薄均溫板裝置及其加工制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在航天器熱控領(lǐng)域，各類(lèi)單機(jī)電子芯片熱流密度的急劇增加以及有效散熱空間的日益減小，使得超薄型的熱管類(lèi)散熱元器件成為此類(lèi)應(yīng)用背景下的的理想導(dǎo)熱元件。例如相控陣?yán)走_(dá)的散熱問(wèn)題中，需要將陣列排序的T/R組件的發(fā)熱元件迅速均溫并傳熱，陣列間距隨著雷達(dá)功率的不斷提升越來(lái)越小，目前常見(jiàn)的組件間距在2mm左右，如何利用有限厚度空間將相控陣?yán)走_(dá)T/R組件的發(fā)熱迅速均溫帶走一直是熱控設(shè)計(jì)的難題。又如星上電源使用的鋰電池組，為了在有限體積中獲取盡量大的電池容量，往往將電池組排列組合使用，導(dǎo)致其排列間隙一般小于2mm，在此有限空間內(nèi)，如何保證電池組的發(fā)熱能夠迅速均溫?cái)U(kuò)散也是制約大容量動(dòng)力鋰電池使用的難題。
[0003]均溫板(或稱(chēng)平板熱管、Vapor Chamber等)是解決此類(lèi)散熱問(wèn)題的理想方案。目前主流的均溫板，其結(jié)構(gòu)主要包含底板、底層毛細(xì)芯、支撐柱、上層毛細(xì)芯以及上蓋板。底板與上蓋板通過(guò)開(kāi)模沖壓成型后，將毛細(xì)芯燒結(jié)在其內(nèi)表面，在通過(guò)焊接實(shí)現(xiàn)底板與上蓋板的連接。這種結(jié)構(gòu)形式的均溫板主要由上下毛細(xì)芯以及毛細(xì)芯中間的空腔區(qū)域分別構(gòu)成液體回流通道與蒸汽流通空間，由于存在厚度方向上的蒸汽通道，難以減小其空腔高度空間。受限于這種結(jié)構(gòu)形式與加工方法，此類(lèi)主流結(jié)構(gòu)的均溫板一般厚度在3-6_以上，難以做到l-2mm厚度水平。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種超薄均溫板裝置及其加工制作方法。通過(guò)單片毛細(xì)芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠在有限厚度方向上提供蒸汽流通空間以及液體回流通道，相比于傳統(tǒng)均溫板的上下兩片毛細(xì)芯利用中間空腔作為蒸汽流通通道的結(jié)構(gòu)形式，大大減小了均溫板內(nèi)部的空間高度，簡(jiǎn)化了均溫板的結(jié)構(gòu)，從而能夠?qū)⒕鶞匕逯谱鞒蔀槌〗Y(jié)構(gòu)形式，厚度在1_以下，尤其適用于超薄空間內(nèi)的均溫散熱需求。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種超薄均溫板裝置，包含底板、毛細(xì)芯、上蓋板以及工質(zhì)。毛細(xì)芯采用了氣液通道一體化設(shè)計(jì)方式，使毛細(xì)芯在平面方向上存在蒸汽流通空間與液體回流通道，解決了在有限厚度方向上的均溫板內(nèi)部蒸汽流動(dòng)與液體回流的問(wèn)題，從而在單片毛細(xì)芯上，具備了工質(zhì)吸熱蒸發(fā)、蒸汽流通、蒸汽冷凝、以及冷凝液體回流的能力。此外，在毛細(xì)芯的實(shí)體部分加工出支撐柱穿過(guò)的孔洞，底板結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)有支撐柱，支撐柱穿過(guò)毛細(xì)芯預(yù)留的孔洞，再與上蓋板內(nèi)表面接觸，完成焊接成型，使其滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度使用需求。成型后均溫板通過(guò)預(yù)留的充液口充入工質(zhì)并密封焊接，構(gòu)成超薄均溫板裝置。
[0007]所述底板為凹槽結(jié)構(gòu)，內(nèi)部均勻布置支撐柱。
[0008]所述毛細(xì)芯為“#”字型結(jié)構(gòu)，其厚度不超過(guò)0.5mm，蒸汽流通空間的開(kāi)孔邊長(zhǎng)為2?5_，液體回流通道直徑為2?5_，孔洞直徑不超過(guò)2_。
[0009]所述毛細(xì)芯的厚度比內(nèi)部空腔總高度大0.1?0.15mm。
[0010]所述毛細(xì)芯材質(zhì)為銅或鎳，結(jié)構(gòu)形式為粉末燒結(jié)形式或多孔泡沫金屬，孔隙率在50?90 %，平均孔徑在10 μ m數(shù)量級(jí)。
[0011]所述底板、上蓋板的材質(zhì)為銅或鋁合金。
[0012]所述底板、上蓋板的材質(zhì)為T(mén)U1銅與6063鋁合金，所述工質(zhì)為水或丙酮。
[0013]本發(fā)明同時(shí)提出一種超薄均溫板裝置的加工制作方法，主要包含以下步驟:
[0014]a、使用加工中心加工出底板與上蓋板，厚度在3?5mm左右；底板為凹槽結(jié)構(gòu)，內(nèi)部均勻布置支撐柱結(jié)構(gòu)，上蓋板為一平板，雙面平面度在0.05mm以?xún)?nèi)；
[0015]b、使用沖壓方式加工出毛細(xì)芯，毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)形式為字型，沖壓使用工具鋼或模具鋼加工出的字型工裝，直接將毛細(xì)芯一次沖壓成型；
[0016]c、將b步驟加工完成的毛細(xì)芯放置在a步驟加工出的帶凹槽的底板中，將上蓋板對(duì)應(yīng)位置裝配固定后，使用真空加壓擴(kuò)散焊設(shè)備對(duì)裝配體完成焊接；
[0017]d、焊接后使用加工中心與線切割方式，去除兩側(cè)材料的余量，得到超薄均溫板裝置的殼體；
[0018]e、使用專(zhuān)用的抽真空注液設(shè)備將d步驟的超薄均溫板裝置抽真空，然后充入適量的工質(zhì)；
[0019]f、將充液完成的超薄均溫板裝置使用對(duì)口壓力鉗密封并焊接，最后將其整形，滿(mǎn)足使用需求。
[0020]優(yōu)選地，毛細(xì)芯使用多孔泡沫銅或鎳，“#”字型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，孔隙率在80%，平均孔徑在10um以下，厚度0.5mm, 字型的矩形開(kāi)孔邊長(zhǎng)為5mm。
[0021]優(yōu)選地，底板、上蓋板的材質(zhì)為T(mén)U1銅或6063鋁合金。
[0022]優(yōu)選地，真空加壓擴(kuò)散焊的真空度要求達(dá)到10 4pa，加壓范圍在0?20Mpa，焊接過(guò)程中壓力可控，焊接后氣密性要求達(dá)到10 10pa.m3/s漏率水平。
[0023]優(yōu)選地，線切割后的兩側(cè)外殼厚底在0.3mm左右，整體厚度在1mm以?xún)?nèi)。
[0024]優(yōu)選地，抽真空過(guò)程真空度達(dá)到10 4pa后再充入工質(zhì)，工質(zhì)選擇丙酮或水，充液率在50?55%。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明裝置具有如下的有益效果:
[0026]本發(fā)明提出的超薄均溫板裝置，通過(guò)單片毛細(xì)芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠在有限厚度方向上提供蒸汽流通空間以及液體回流通道，相比于傳統(tǒng)均溫板的上下兩片毛細(xì)芯利用中間空腔作為蒸汽流通通道的結(jié)構(gòu)形式，大大減小了均溫板內(nèi)部的空間高度，簡(jiǎn)化了均溫板的結(jié)構(gòu)，從而能夠?qū)⒕鶞匕逯谱鞒蔀槌〗Y(jié)構(gòu)形式，厚度在1mm以下，尤其適用于超薄空間內(nèi)的均溫散熱需求。相對(duì)于其他結(jié)構(gòu)形式的均溫板，本發(fā)明裝置的超薄特性使其能夠滿(mǎn)足如相控陣?yán)走_(dá)T/R組件或動(dòng)力鋰電池組的有限空間的散熱需求，直接將本發(fā)明裝置作為插件直接與熱源貼合，能夠迅速將點(diǎn)熱源均溫?cái)U(kuò)熱，保證單機(jī)或裝置的整體散熱性能，同時(shí)應(yīng)用本發(fā)明，還可以能夠進(jìn)一步減小單機(jī)布置的間距，提高有限空間的單機(jī)數(shù)量，帶來(lái)相控陣?yán)走_(dá)偵測(cè)性能的提升或電池組容量的進(jìn)一步擴(kuò)大，從而帶來(lái)整體性能的升級(jí)。
[0027]本發(fā)明裝置的加工制作方法主要通過(guò)以下措施來(lái)減小了均溫板厚度:
[0028]1)使用了厚度為0.5mm左右的單片多孔泡沫金屬作為毛細(xì)芯，在此基礎(chǔ)上使用沖壓的方式加工出“#”字型的結(jié)構(gòu)形式，“#”字型的孔邊長(zhǎng)與實(shí)體寬度都為3?5_左右，作為超薄均溫板裝置的毛細(xì)芯結(jié)構(gòu)，保證了真氣流通空間與液體回流通道，相對(duì)傳統(tǒng)的兩片燒結(jié)銅粉結(jié)構(gòu)，厚度降低至0.5mm左右。
[0029]2)使用底板與上蓋板厚度冗余設(shè)計(jì)再加工去余量的方式，既保證了底板與上蓋板的加工便利性、可操作性，也保證了焊接質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)了高氣密性、高強(qiáng)度焊接，同時(shí)通過(guò)焊接后的線切割去余量的方式，得到兩側(cè)壁厚僅為0.3_，整體厚度為1_以下的超薄均溫板裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0030]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2是圖1的分解圖；
[0033]圖3為毛細(xì)芯的俯視圖；
[0034]圖4為底板的俯視圖；
[0035]圖5為加工制作方法的流程圖。
[0036]圖中:1.底板，2.毛細(xì)芯，3.上蓋板，101.充液口，102.支撐柱，201.蒸汽流通空間，202液體回流通道，203.孔洞。
【具體實(shí)施方式】
[0037]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)