CN108575073B - 可连续接合的液冷换热片及接合方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可连续接合的液冷换热片及连续接合方法，包括盖合在一起的第一盖板和第二盖板、形成在第一盖板和第二盖板之间的腔室，以及固定在腔室中的翅片，其中第一盖板为复合材料，当该液冷换热片采用连续接合将第一盖板、第二盖板和翅片固定在一起时，第一盖板和第二盖板之间，以及翅片与第二盖板之间熔化形成有接合层，且接合层的熔点低于第一盖板、第二盖板和翅片的熔点，本发明的换热片连续接合方法将包覆有接合层的各元件组装为换热片后，加热至接合温度使接合层熔化而各元件本身不熔化，使得换热片各元件同时接合在一起，并可在生产线上对多个换热片进行连续接合。

Description

可连续接合的液冷换热片及接合方法

技术领域

本发明涉及散热技术和装置，尤其涉及一种可连续接合的液冷换热片和接合方法。

背景技术

液冷散热器是当前被普遍使用的散热设备，应用于众多电子产品中，用以迅速地带走电子产品产生的热量，从而降低电子产品温度，提高使用寿命。换热片是液冷散热器的重要组成元件，其直接接触电子产品的发热区域，通过流入换热片中的液体将热量带离电子产品。

由于换热片在使用中需要有液体流入，因此对换热片的密封性能有着较高的要求。众多的液冷换热片通常将换热片的上下盖板和位于上下盖板之间的翅片接合在一起，从而达到密封的效果。在接合时，一般采用软焊(Soldering)或真空硬焊(Brazing)，软焊是在换热片的上下盖板之间涂抹熔点较低的焊料(如锡膏)，加热至高于焊料熔点的温度，使焊料具有足够的流动性，利用毛细作用充分填充在两盖板之间，待焊料凝固后将上下盖板接合在一起。而真空硬焊是用治具将换热片的上下盖板固定后，放入真空炉内加热至接近金属熔点或高温焊料熔点的温度，从而使上下盖板结合在一起。

而上述接合技术存在助焊剂不易排出的问题，从而影响了接合品质，且上述接合技术无法对换热片进行连续接合，从而降低了换热片的产量。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种可连续接合的换热片及连续接合方法，该液冷换热片将各元件同时接合在一起，提高了接合品质，且可在生产线上对该液冷换热片进行连续接合，提高了液冷换热片的产量。

为解决上述问题，本发明提供一种液冷换热片，其包含盖合在一起的第一盖板和第二盖板、形成在第一盖板和第二盖板之间的腔室以及设置在腔室中的翅片，其中第一盖板为复合材料，且第一盖板和第二盖板之间，以及所述翅片与所述第二盖板之间熔化形成有接合层，接合层的熔点低于第一盖板、第二盖板和翅片的熔点。

上述液冷换热片，其中第一盖板与翅片之间具有空隙。

上述液冷换热片，其中第一盖板、第二盖板和翅片在第一盖板和第二盖板相互接合的区域之外和翅片与第二盖板相互接合的区域之外也形成有接合层。

上述液冷换热片，其中第一盖板、第二盖板和翅片由基材制成，基材为铝或铝合金。

上述液冷换热片，其中接合层由铝硅合金制成。

上述液冷换热片，其中基材的熔点在630℃和660℃之间，接合层的熔点在577℃和610℃之间。

上述液冷换热片，其中第一盖板和/或第二盖板的中央区域向外凸起，以形成腔室。

上述液冷换热片，其中第一盖板和第二盖板的边缘还设置有多个锁附孔。

上述液冷换热片，其中第一盖板的边缘具有用于铆接的紧固件，该紧固件与第一盖板之间也熔化形成接合层。

上述液冷换热片，其中第一盖板顶部设置有两个与腔室连通的开口。

本发明还提供了一种液冷换热片，包含盖合在一起的第一盖板和第二盖板、形成在第一盖板和第二盖板之间的腔室以及设置在腔室中的翅片,第一盖板为复合材料，第一盖板、第二盖板和翅片之间彼此相互熔化形成有接合层，接合层的熔点低于第一盖板、第二盖板和翅片的熔点。

上述液冷换热片，其中第一盖板的边缘还具有用于铆接的紧固件，紧固件与第一盖板之间也熔化形成接合层。

本发明还提供了一种液冷换热片的连续接合方法，相较于现有的接合方法，其还包含如下步骤：

在构成所述液冷换热片的所有元件上包覆接合层，使用基材制造各个元件，并在每个元件上包覆接合层，该接合层的熔点低于元件的熔点。

上述接合方法，其中元件包括第一盖板、第二盖板和翅片，基材为铝或铝合金，接合层为铝硅合金。

上述接合方法，其中元件还包括多个用于铆接的紧固件。

综上所述，本发明的有益效果为：在对液冷换热片进行接合时，是将换热片的各个元件上包覆的接合层进行连接，并非对各个元件本身进行连接，并且接合层本身可以非常致密和薄，接合后各个元件紧密地连接在一起，提高了连接质量。

同时，本发明将包覆有接合层的每个元件组装后为液冷换热片直接一次接合成型，将换热片的每个元件同时连接在一起，从而可在流水线上对多个具有相同构造的换热片进行连续接合，提高了换热片的生产效率。

附图说明

图1为本发明的第一实施方式的液冷换热片的立体示意图；

图2为本发明的第二实施方式的液冷换热片的俯视图；

图3A为本发明的第一实施方式的液冷换热片的分解图；

图3B为本发明的第二实施方式的液冷换热片的分解图；

图3C为本发明的第三实施方式的液冷换热片的分解图；

图4为本发明的液冷换热片的元件结构的示意图；

图5A为本发明的液冷换热片的一部分的剖面图；

图5B为本发明的具有紧固件的液冷换热片的一部分的剖面图；

图6为本发明的连续接合方法的流程图；

图7为本发明的连续接合系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行说明。

请参阅图1和图2，图1为本发明的液冷换热片100的立体示意图，图2为本发明另一实施方式的液冷换热片200的俯视图，在图1中，液冷换热片100包括盖合在一起的第一盖板110和第二盖板120，第一盖板110的中央区域111向外突起，从而在第一盖板110和第二盖板120盖合在一起时，其两者之间会形成有腔室，翅片130(图中未表示)固定于该腔室中。在某些具体实施方式中，第一盖板110和第二盖板120的边缘还设置有多个锁附孔112，在为电子器件安装也能散热器时，可利用这些锁附孔112将液冷换热片100固定在发热器件上，也可利用这些锁附孔112将液冷换热片100和配套使用的散热组件组合在一起，所述散热组件一般由散热元件(例如散热鳍片或散热冷排)和风扇组成。

在一些实施方式中，第一盖板110的顶部还可设置有两个开口113A和113B，这两个开口113A和113B与液冷散热器中的冷却液管路(图中未表示)连接后，冷却液可经由这些开口进入位于第一盖板110和第二盖板120之间的腔室中，冷却液在流经翅片130时带走在翅片130上堆积的热量，之后再通过这些开口离开腔室。例如冷却液可经由图1左侧的开口113A进入液冷换热片100，并经由图1右侧的开口113B离开液冷换热片100。当然，开口可以有不同的形状，例如在图2中，第一盖板210上的两个开口213A和213B为大小不同的矩形，冷却液可通过位于第一盖板210中央的长条形开口213A进入腔室中，并通过位于第一盖板210右下侧较小的矩形开口213B离开腔室。另外，在图2中，第一盖板214的边缘除了设置有锁附孔212，还设置有紧固件214，在本实施方式中，紧固件214为用于铆接的螺母，当液冷散热器为大型散热器时，可使用这些紧固件214将液冷换热片200更佳紧固地与换热组件锁固在一起。

请结合图1继续参阅图3A～3B，图3A为本发明的第一实施方式的液冷换热片100的分解图，图3B为本发明的液第二实施方式的冷换热片200的分解图，图3C为第三实施方式的本发明的液冷换热片300的分解图。图3A中可清楚的表示液冷换热板100的结构，其中第二盖板120的中央区域121也可向外凸出，因此，在第一盖板110和第二盖板120盖合时，凸起区域111和112形成了一个腔室，使得翅片130可以放置在该腔室中。应当了解到的是，在其它的实施方式中，第一盖板110可以具有凸起区域111而第二盖板120是平坦的，或者第二盖板120可以具有凸起区域121而第一盖板110是平坦的，上述两种情况也同样可以形成用于放置翅片130的腔室。另外，在本实施方式中，翅片130为偏移翅片，所述偏移翅片是将多组弯折为方波形状的金属片相互错位后排列而成的，以使得其表面积最大化从而增加换热效率。当然，翅片130可以具有多种形式，例如图3B所示，液冷换热片300的翅片330是由多个铲齿状的金属片并排而成的铲齿翅片，还例如图4所示，液冷换热片200的翅片230是由多个均匀分布的金属柱体构成的，当然，还可采用其它类似的形式以使得翅片的表面积尽可能增大。

请参阅图4，图4为制作第一盖板110、第二盖板120或翅片130时使用的基材140的立体结构图。基材140为一种复合材料，其主要由基板141构成，在基板141的外部包覆有由与基板141的材料不同的材料形成的接合层142，因此，本文中的“复合材料”即指具有上述这种在基板上包覆不同材质的接合层的结构的材料。在具体实施方式中，基板141可由纯铝(熔点为660℃)或铝合金(例如锰铝合金AA3003，熔点为约643℃，或铝合金AA3005，熔点在630℃和655℃之间)制成，而接合层142则由熔点低于基板141的铝合金材料制成(例如硅铝合金AA4343，熔点为约582℃，或硅铝合金AA4045，熔点在574℃和599℃之间)，因此，当将由基材141制成的第一盖板110、第二盖板120和翅片130组装为液冷换热片100后，在接合层142熔点和基板141熔点之间的某一温度(例如600℃)下进行接合时，就可得到剖面结构如图6所示的液冷换热片100。

请参阅图5A和图5B，图5A和图5B为本发明的液冷换热片100的一部分的剖面图，通过图5A可清楚地表示液冷换热片100经过接合后的各元件的连接状态，第一盖板110、第二盖板120和翅片130均是由如图4所示的基材140制造而成，即液冷换热片100的每个元件都在基板141上包覆有接合层142，在本实施方式中，由于需要通过第一盖板110上的开口将冷却液引入和引出液冷换热片100，为使液冷换热片100能够达到充分的换热效果，可以将翅片130放置在第二盖板120上并与第二盖板120相接触，而翅片130与第一盖板110留有空隙使得翅片130与第一盖板110相互分离，从而在冷却液进入腔体时，能够迅速的到达翅片的每个表面。由此，当第一盖板110、第二盖板120和翅片130连接在一起时，在第一盖板110和第二盖板120相互接触的位置，第一盖板110和第二盖板120各自的接合层142通过虹吸作用和扩散机制熔融在一起，形成了接合层142A；同样的，接合在第二盖板120和翅片130相互接触的位置也熔化形成了接合层142C，而由于翅片130与第一盖板110留有空隙，使得在接合后，翅片130与第一盖板110相互面对的部位上的接合层142并没有熔融为一体。当然，在其它实施方式中，翅片130也可与第一盖板110和第二盖板均相互接触，以使得液冷换热片100的结构更加稳定，如图5B所示，液冷换热片100接合后，第一盖板110和第二盖板120各自的接合层142通过虹吸作用和扩散机制熔融在一起，形成了接合层142A，第二盖板120和翅片130相互接触的位置熔化形成了接合层142C，同时第一盖板110和翅片130相互接触的位置还熔化形成了接合层142B，此外，当液冷换热片100在第一盖板110的边缘还设置有螺母114时，螺母114也是由如图4所示的基材140制得，因此，在螺母114和第一盖板110相互接触的位置也可熔化形成有接合层142D；应当了解到的是，在图5A和图5B中，由于每个元件都包覆有接合层142，因此，在第一盖板110、第二盖板120、翅片130和螺母142彼此没有接触的位置，接合层也被保留了下来。虽然图5A和图5B是以可以清晰呈现的方式进行绘制的，但因了解到的是，在实际制造过程中，接合层142可以制作的很致密且很薄，因此，当液冷换热片100的左右元件被同时连接在一起时，每个元件之间的连接质量得到了提高。

应当了解的是，在其它一些实施方式中，图1～图5B的第一盖板110、第二盖板120或翅片130之间除了使用复合材料形成接合层外，也可以使用复合材料与焊料(如锡膏)同时进行接合，例如在一些实施方式中，第一盖板110为复合材料，用与第二盖板120熔化形成有接合层，而第二盖板120与翅片130之间可使用焊料熔化形成有接合层。或是在另外一些实施方式中，第二盖板120为复合材料，用与第一盖板110熔化形成有接合层，而第一盖板110与翅片130之间可使用焊料熔化形成有接合层。

请继续参阅图6，图6为对本发明的液冷换热片进行连续接合的流程图。在步骤S102中，对基材140进行加工，以制造构成液冷换热片100的各个元件，例如使用以铝合金AA3003作为基板，铝合金AA4343作为接合层的基材140制造出第一盖板110、第二盖板120和翅片130。在一些实施方式中，可对制造完成的各个元件进行预清洗，去除元件上附着的杂质，并烘干。在步骤S104中，将在S102中制造完成的各个元件组装成为液冷换热片100，例如将翅片130放置在第一盖板110和第二盖板120之间的腔室中后，将第一盖板110和第二盖板120盖合在一起，在某些实施方式中，若第一盖板110和第二盖板120的边缘上还设置有用于铆接的通孔112，还可在此步骤中使用螺母将第一盖板110和第二盖板120预先组装在一起。接着在步骤S106中，对组装完毕的液冷换热片进行预处理，在接合工艺中，预处理一般包括脱脂工序和喷淋助焊剂(flux)工序，脱脂工艺用以清除附着在液冷换热片100上的油脂，在具体实施方式中，可采用有机溶剂脱脂、碱液脱脂、电解液脱脂或超声波脱脂等，接着对脱脂后的液冷换热片100喷淋助焊剂，助焊剂可有效清除形成在液冷换热片100表面上的氧化膜并减缓其在高温接合时的氧化反应，提高接合质量。在步骤S108中，将液冷换热片100放置在真空环境中或充满不能与其发生反应的气体中(例如氮气或惰性气体)，加热至接合温度进行接合，在具体的实施方式中，接合温度在接合层142的熔点和基板141的熔点之间，例如当基板141为铝合金AA3003，接合层为AA4343时，接合温度可为590为，或基板141为铝合金AA3005，接合层为AA4045时，接合温度可为600为；此时，在该接合温度上，由于各个元件的接合层熔化，通过虹吸作用和扩散机制，相互接触的各个元件的各自的接合层就会熔融在一起，从而液冷换热片100的所有元件同时连接在了一起；同时由于接合温度并未达到基板141的熔点，元件本身并未熔化，避免了在接合过程中元件本身的损伤，提高了接合质量；由于在实际制造中，接合层142可以做的很薄，从而在液冷换热片100的各个元件连接在一起时，元件之间的连接缝均匀而紧密，也提高了接合质量。在液冷换热片100完成接合后，还可对其进行风冷冷却。

请继续参阅图7，图7为使用图6所示接合方法的液冷换热片制造系统400的示意图，传送带410将装配车间420、预处理腔室430和接合腔室440连接在一起，装配车间410可完成液冷换热片100各个零件的制造和组装(即图6中的步骤S102和S104)，并将组装完成后的液冷换热片100A送入转送带410上，液冷换热片100A被传送带410送入预处理腔室430，预处理腔室430可对液冷换热片100A进行预处理工序，包括脱脂和喷淋助焊剂(即图6中的步骤S106)，经过预处理后的液冷换热片100B接着被传送带410送入接合腔室440中，接合腔室440对液冷换热片100B进行接合处理(即图6中的步骤S108)，之后，接合完成后的液冷换热片100C将会被传送带410输送至下个处理腔室，例如后续的冷却腔室或质量评估腔室等(图中未表示)。如此一来，由包覆有接合层的基材制造的液冷换热片可通过上述接合方法在生产线上进行连续接合处理，从而大大提高了产品的生成效率。

虽然本发明以前述的实施例揭露如上，但并非用以限定本发明，任何熟悉所属技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，而这些更动与润饰皆落入本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (15)

1.一种液冷换热片，其特征在于，包含盖合在一起的第一盖板和第二盖板、形成在所述第一盖板和第二盖板之间的腔室以及设置在所述腔室中的翅片,

其中所述第一盖板、所述第二盖板和所述翅片由基材加工而成，所述基材具有基板和包覆所述基板的接合层，所述接合层由铝合金制成，所述接合层的熔点低于所述基板的熔点；

所述第一盖板和第二盖板的所述接合层在所述第一盖板和第二盖板相互接触的位置处熔融在一起，并且所述翅片与所述第二盖板的所述接合层在所述翅片和所述第二盖板相互接触的位置处熔融在一起。

2.如权利要求1所述的液冷换热片，其特征在于，所述第一盖板与所述翅片之间具有空隙。

3.如权利要求1所述的液冷换热片，其特征在于，所述第一盖板、第二盖板和翅片的所述基板由铝或铝合金制成。

4.如权利要求1所述的液冷换热片，其特征在于，所述接合层由铝硅合金制成。

5.如权利要求1所述的液冷换热片，其特征在于，所述基板的熔点在630℃和660℃之间，所述接合层的熔点在577℃和610℃之间。

6.如权利要求1所述的液冷换热片，其特征在于，所述第一盖板和/或第二盖板的中央区域向外凸起，以形成所述腔室。

7.如权利要求1所述的液冷换热片，其特征在于，所述第一盖板和第二盖板的边缘还设置有多个锁附孔。

8.如权利要求1所述的液冷换热片，其特征在于，所述第一盖板的边缘还具有用于铆接的紧固件，所述紧固件由所述基材加工而成，所述第一盖板和所述紧固件的所述接合层在所述第一盖板和所述紧固件相互接触的位置处熔融在一起。

9.如权利要求1所述的液冷换热片，其特征在于，所述第一盖板顶部设置有两个与所述腔室连通的开口。

10.如权利要求1所述的液冷换热片，其特征在于，所述翅片与所述第一盖板的所述接合层在所述翅片和所述第一盖板相互接触的位置处熔融在一起。

11.如权利要求10所述的液冷换热片，其特征在于，所述第一盖板的边缘还具有用于铆接的紧固件，所述紧固件与所述第一盖板之间也熔化形成接合层。

12.一种液冷换热片，其特征在于，包含：

盖合在一起的第一盖板和第二盖板；

形成在所述第一盖板和第二盖板之间的腔室；以及

设置在所述腔室中的翅片，其中

所述第一盖板、所述第二盖板和所述翅片由基材加工而成，所述基材具有基板和包覆所述基板的接合层，

所述第一盖板的所述接合层和所述第二盖板的所述接合层熔融在一起，使得所述第一盖板和所述第二盖板之间形成有所述接合层，

所述翅片的所述接合层和所述第二盖板的所述接合层熔融在一起，使得所述翅片与所述第二盖板之间形成有所述接合层，

所述接合层的熔点低于所述基板的熔点，并且

所述接合层的熔点在577℃和610℃之间。

13.一种液冷换热片的连续接合方法，其特征在于，包含如下步骤：

使用基材加工多个元件，所述基材具有基板和包覆所述基板的接合层，所述接合层由铝合金制成，所述接合层的熔点低于所述基板的熔点，所述多个元件包括第一盖板、第二盖板和翅片；

组装所述多个元件；

对组装后的所述多个元件进行预处理；和

加热至接合温度，使得所述多个元件的所述接合层在所述多个元件彼此接触的位置熔融在一起，所述接合温度位于所述接合层的熔点和所述基板的熔点之间。

14.如权利要求13所述的连续接合方法，其特征在于，所述基板为铝或铝合金，所述接合层为铝硅合金。

15.如权利要求13所述的连续接合方法，其特征在于，所述元件还包括多个用于铆接的紧固件。

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