CN101782346A

CN101782346A - 交错互通微通道网状结构换热板及其制造方法

Info

Publication number: CN101782346A
Application number: CN201010019414A
Authority: CN
Inventors: 汤勇; 贺占蜀; ***; 丁鑫锐; 潘敏强; 万珍平; 周伟
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-01-14
Filing date: 2010-01-14
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2030-01-14
Also published as: CN101782346B

Abstract

本发明公开了交错互通微通道网状结构换热板及其制造方法，换热板两面加工有微通道，两面微通道相互垂直，微通道深度为薄板厚度的1/2～2/3，形成互通的网状结构；微通道宽度为0.1-1mm，微通道之间的肋片宽度为0.4-0.8mm，薄板厚度为1-3mm。加工时先将所要加工的薄板用夹具固定在铣床的分度头上，对薄板一面用多片叠加铣刀进行加工，通过铣床三轴的移动，控制微通道的深度，以及微通道间距；然后加工薄板另一面，使得上通道与下通道垂直，最后形成互通微通道；本发明换热板可增加比表面积，有利于成核，凹槽有利于气泡溢出，具有优良的沸腾强化性能，其制造方法采用多片叠加铣刀加工，加工效率大大提高，成本得到降低。

Description

交错互通微通道网状结构换热板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种换热板，特别是涉及一种交错互通微通道网状结构换热板及其制造方法，应用于散热领域。

背景技术

散热问题一直影响着产品性能和使用寿命，随着科技的发展，各种产品的集成度越来越高，***越来越复杂，现代人们又青睐小巧的物品，各种因素的作用导致散热问题越来越大。特别是电子领域，最高的热流密度已经超过1×106W/m2。温度升高会使产品性能降低，可靠性降低，安全性下降。可见优良的散热技术不仅节约能源，提高产品的品质和使用寿命，还能在间接上影响人们的生命财产安全，而传统的风冷技术已经难以满足要求。

上世纪80年代中期，美国学者Tucherman和Pease报道了一种孔槽结构，即交错互通微通道网状结构。该结构由高导热系数的材料(例如硅)构成。通道宽和通道壁厚均为50μm，通道高宽比约为10。在底面加上的热量q经过微通道壁传导至通道内，然后被强制对流的流体带走。由于微通道尺寸微小，通道内的传热规律与大尺度槽道完全不同。他们的实验表明当水的流量为10cm3/s，水的温升为71℃时，冷却热流高达790w/cm2，是目前散热能力最大的水冷装置。

目前，交错互通微通道网状结构的加工方法主要包括光刻蚀、化学腐蚀、电火花线切割、薄片切割、微细铣削等。Ghiu分别采用多种方法加工出不同微沟槽参数的交错互通微通道网状结构。利用镍基金刚石刀片切割出微通道(GLAD)加工出纳米级的交错互通微通道网状结构。Ramaswamy在硅片上采用光刻法，然后使用40％KOH溶液腐蚀，获得了微通道宽度为0.2mm、间距1.0mm的交错互通微通道网状结构。但以上方法都具有耗时长、成本高，工艺复深度0.6mm，间距0.7mm，槽宽分别为0.065、0.085、0.105mm的交错互通微通道网状结构；采用电火花线切割加工出微通道宽度分别为0.360、0.470mm的交错互通微通道网状结构。采用光刻蚀和化学腐蚀光的方法可以加工更细更密的交错互通微通道网状结构。Ngai采用喷镀沉积法杂等特性，皆难以大规模使用。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点，提供一种具有优良散热性能的交错互通微通道网状结构换热板。

本发明的另一目的在于提供上述交错互通微通道网状结构换热板的制备方法。

本发明首要目的通过如下技术方案实现：

一种交错互通微通道网状结构换热板：薄板两面加工有微通道，两面微通道相互垂直，微通道深度为薄板厚度的1/2～2/3，形成互通的网状结构；微通道宽度为0.1-1mm，微通道之间的肋片宽度为0.4-0.8mm，薄板厚度为1-3mm。

本发明的另一目的通过如下技术方案实现：

交错互通微通道网状结构换热板的制造方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)将所要加工的薄板用夹具固定在铣床的分度头上，通过调节分度头调整工件边线与主轴夹角实现工件上任意角度微通道的加工；

(2)对薄板的一面用多片叠加铣刀对其进行加工，通过铣床三轴的移动，控制微通道的深度，以及微通道间距，加工出微通道；所述多片叠加铣刀由刀柄、圆盘锯片铣刀、垫片、锁紧垫片和锁紧螺母组成；在刀柄和锁紧垫片之间多片圆盘锯片铣刀和垫片交替排列；锁紧垫片和锁紧螺母连接；圆盘锯片铣刀的宽度由上通道或者下通道的宽度决定；垫片宽度为2～5个微通道与其间肋片宽度之和，铣削第一轮微通道，而后将铣刀移动微通道之间的肋片宽度距离后，铣削第2～第5轮5微通道；然后多片叠加铣刀移动到未加工的薄板空白区域继续进行铣削；控制铣削的微通道深度为薄板厚度的1/2～2/3；

(3)加工完薄板的一面后，调整薄板，用步骤(2)同样的方法加工薄板另一面，使得上通道与下通道垂直，最后形成互通微通道；

(4)去毛刺，清洗。

进一步地，所述薄板为钢板、铝板或者铜板。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

(1)本发明具有垂直正交且交叉互通微通道的网状结构换热板微通道的宽度为0.1-1mm。该结构可大大增加比表面积，有利于成核，凹槽有利于气泡溢出，因而具有优良的沸腾强化性能。同样的热流密度下，该网状结构换热板比平滑表面的过热量降低80～90％，使用交错互通微通道网状结构比同尺寸块状结构的传热性能提升2.5倍。目前该网状结构换热板可直接用于热虹吸器、毛细泵环、环路热管等两相散热装置，在微电子高热流密度散热领域有较好的应用前景。

(2)本发明提供了一种高效低成本的加工方法。光蚀刻，化学腐蚀，电火花线切割，薄片切割，微细铣削等加工方法耗时长，成本高，工艺复杂，难以大规模使用。而本发明的设备要求很普通，普通铣床即可，成本很低，便于大规模加工。本发明应用了一种多片叠合铣刀，该叠合铣刀由刀柄，圆盘锯片铣刀，垫片，锁紧垫片和锁紧螺母组成。铣刀宽度由微通道宽度决定。圆盘锯片铣刀，垫片，依次装入刀柄上，之后用锁紧垫片和锁紧螺母固定，可以实现同时加工多个微通道。

(3)由于微通道之间的肋片宽度在0.4-0.8mm范围内。垫片过薄会难以固定，因此本发明采用间隔跳跃法铣削微通道阵列。微通道阵列并非从前到后按顺序加工，而是采用大厚度刀具垫片压紧多片铣刀后，先铣削第一轮微通道，而后将铣刀移动一定距离后，铣削第二轮、第三轮微通道。直至铣削出多轮符合尺寸要求的微通道后，然后跳跃到空白区域按同样方法继续进行铣削。该方法有利于克服微通道之间间距过小的问题，并且提高加工效率。

附图说明

图1为交错互通微通道网状结构示意图。

图2为加工为加工所用多片叠合铣刀示意图。

图3为本发明加工示意图。

图4为本发明间隔跳跃法加工示意图。

具体实施方式

为便于进一步理解本发明，下面结合附图对本发明作具体的说明。

如图1所示，一种交错互通微通道网状结构换热板，薄板两面带有微通道1，微通道宽度在0.1-1mm之间，微通道之间的肋片2宽度为0.4-0.8mm，薄板厚度为1-3mm。两面微通道相互垂直，微通道深度为薄板厚度的1/2～2/3，每一面的微通道深度大于或者等于板厚的二分之一，使得两面的微通道形成互通的网状结构。该薄板可为铜板、铝板或者铝青铜板。

一种交错互通微通道网状结构换热板的制造方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)将所要加工的薄板用夹具固定在铣床的分度头上，通过调节分度头调整工件边线与主轴夹角实现工件上任意角度微通道的加工。

(2)先对薄板的一面用多片叠加铣刀对其进行加工，通过铣床三轴的移动，控制微通道的深度，以及微通道间距，加工出所需微通道。如图2所示，该多片叠加铣刀由刀柄3、圆盘锯片铣刀4、垫片5、锁紧垫片7和锁紧螺母6组成。在刀柄3和锁紧垫片7之间多片圆盘锯片铣刀4和垫片5交替排列；锁紧垫片7和锁紧螺母6连接；圆盘锯片铣刀4的宽度由上通道或者下通道的宽度决定。安装时，圆盘锯片铣刀4和垫片5分别依次装入刀柄3上，之后用锁紧垫片7和锁紧螺母6固定，实现同时加工多个通道。垫片过薄会难以固定，采用间隔跳跃法铣削微通道阵列。

如图4所示，微通道阵列并非从前到后按顺序加工，而是采用大厚度刀具垫片压紧多片铣刀4后，具体是垫片5的宽度为2～5个微通道1与其间肋片2宽度之和，铣削第一轮微通道，控制铣削的微通道深度为薄板厚度的1/2～2/3，而后将铣刀移动微通道之间的肋片宽度距离后，铣削第2～第5轮5微通道；直至铣削出第2～第5轮5微通道符合尺寸要求，然后多片叠加铣刀移动到未加工的薄板空白区域按继续进行铣削。控制所有铣削的微通道深度为薄板厚度的1/2～2/3。

(3)加工完对薄板的一面后，调整薄板，用步骤(2)同样的方法加工薄板另一面，注意使得上通道与下通道垂直，最后形成互通微通道。

(4)去毛刺，清洗。

实施例

以加工2mm厚、微通道宽0.4mm、肋片宽度0.4mm、基板为铝青铜板举例，过程如下：

(1)将所要加工的薄板用夹具固定在铣床的分度头上，通过调节分度头调整工件边线与主轴夹角实现工件上任意角度微通道的加工，本实例选45度，即如图1所示通道与边线成45度夹角。

(2)首先对板的一面用多片叠加铣刀(如图2)采用间隔跳跃法铣削微通道阵列进行加工，以提高精度。如图4所示微通道阵列并非从前到后按顺序加工，而是采用大厚度刀具垫片(本实例厚度为3个肋片2个微通道即2mm)压紧多片铣刀进行加工。先铣削第一轮微通道，而后将铣刀移动一定距离后，在第一轮微通道肋片上铣削第二轮、第三轮……微通道。直至铣削出3轮微通道符合尺寸要求，然后多片叠加铣刀移动到空白区域按同样方法继续进行铣削。

加工示意图如图3：随着铣刀随主轴高速旋转，铣削微通道，工件随工作台沿Y轴进给，实现不断地切除切削层。本实例采用逆铣方式铣削微通道，即工件8与刀片4的相对运动方向相反。为实现高效加工，微通道尽量一次铣削成形，即微通道深度Hc将与铣刀切削深度相等，铣刀切削深度可通过工件沿X方向移动进行调整，而微通道宽度则由铣刀宽度Wc决定。铣刀随主轴沿Z轴移动，从而继续铣削下一个微通道，并控制通道间距Ws。

(3)用同样的方法加工另一面。

(4)去毛刺，清洗。

加工过程中应注意的事项：

①安装时应尽可能使铣刀中心线与机床主轴线重合。

②对于本工件的加工，通道深度在1.0-1.1mm范围内。

③刀具垫片直径Dg＝(0.6-0.8)Dt，(Dt为刀片直径)。

加工出的交错互通微通道网状结构换热板可大大增加比表面积，有利于成核，凹槽有利于气泡溢出，因而具有优良的沸腾强化性能。目前该结构已应用于热虹吸器、毛细泵环、环路热管等两相散热装置，在微电子高热流密度散热领域有较好的应用前景。

本发明的突出地方在于提供了一种高效低成本的加工方法。光蚀刻，化学腐蚀，电火花线切割，薄片切割，微细铣削等加工方法耗时长，成本高，工艺复杂，难以大规模使用。而本发明的设备要求很普通，普通铣床即可，成本很低，便于大规模加工。

Claims

1.一种交错互通微通道网状结构换热板，其特征在于薄板两面加工有微通道，两面微通道相互垂直，微通道深度为薄板厚度的1/2～2/3，形成互通的网状结构；微通道宽度为0.1-1mm，微通道之间的肋片宽度为0.4-0.8mm，薄板厚度为1-3mm。

2.权利要求1所述的交错互通微通道网状结构换热板的制造方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：

(2)对薄板的一面用多片叠加铣刀对其进行加工，通过铣床三轴的移动，控制微通道的深度，以及微通道间距，加工出微通道；所述多片叠加铣刀由刀柄、圆盘锯片铣刀、垫片、锁紧垫片和锁紧螺母组成；在刀柄和锁紧垫片之间多片圆盘锯片铣刀和垫片交替排列；锁紧垫片和锁紧螺母连接；圆盘锯片铣刀的宽度由上通道者下通道的宽度决定；垫片宽度为2～5个微通道与其间肋片宽度之和，铣削第一轮微通道，而后将铣刀移动微通道之间的肋片宽度距离后，铣削第2～第5轮5微通道；然后多片叠加铣刀移动到未加工的薄板空白区域继续进行铣削；控制铣削的微通道深度为薄板厚度的1/2～2/3；

(4)去毛刺，清洗。

3.根据权利要求2所述的交错互通微通道网状结构换热板的制造方法，其特征在于：所述薄板为钢板、铝板或者铜板。