CN114619204A - 金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法 - Google Patents
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Abstract
金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，采用旋转的成型铣刀盘，将平板金属箔的一侧表面加工成凹的拱形曲面，并将该金属箔和另一片平板金属箔装入精密成型模具的两个相向内侧面，加工过的金属箔的凹面朝向里侧，然后将陶瓷料灌入两金属箔间的腔体内，振动、压实粉料，再将装入陶瓷粉料和金属箔的精密成型模具放入预热炉内预热至指定温度。预热完成后将精密成型模具放入压铸模具中进行压铸。压铸完成后，脱模取出压铸成型的近成型基板坯板。坯板经热处理后，将其装夹在数控车床上，按产品设计要求，对铣削成凹面的金属箔面的外表面进行拱形曲面的数控车削加工，从而使金属基陶瓷复合材料基板的一侧面覆有均匀金属层并具有拱形曲面。
Description
技术领域
本发明涉及金属基陶瓷复合材料散热基板加工工艺技术领域，尤其是一种金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法。
背景技术
金属基陶瓷复合材料是金属和陶瓷复合而成的金属基热管理复合材料，具有高热导率、与芯片相匹配的热膨胀系数、质量轻、刚度大等优良性能，是目前理想的大功率集成电路模块封装材料。
多芯片组件和大电流功率模块是航天航空、国防建设、民用交通、输变电***等的核心部件，目前多选用金属基陶瓷复合材料作为散热基底材料。金属基陶瓷复合材料制成的散热基板，需要与齿形散热器件等连接从而发挥散热效果，但因为金属基陶瓷复合材料基板与齿形散热器等不是同一材料，两者的热膨胀系数不同，故芯片发热后，随着热量的传导，金属基陶瓷复合材料基板与齿形散热器受热形成梯度不均匀的温度分布，产生不同的热膨胀变形，从而使基板与齿形散热器的连接面之间极易产生间隙，影响热传递。为避免基板与齿形散热器之间产生空隙，金属基复合材料散热基板在设计时，基板底面(即与齿形散热器的连接面)往往采取拱形曲面形状。当使用螺栓将齿形散热器与基板拱形面牢固连接在一起，齿形散热器会产生一定的预变形。当受热时，两种材料逐渐产生形变。因为金属基陶瓷复合材料基板与齿形散热器有预变形量，在形变过程中齿形散热器逐渐释放预变形量，继续保持与金属基陶瓷复合材料基板的紧密贴合，这就能实现金属基陶瓷复合材料基板始终与齿形散热器部件表面紧密贴合，不出现脱离的现象。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，从而通过采用成型铣刀盘，将平板金属箔(铝、铜、银等)的一侧加工成凹的拱形曲面,然后通过高压压铸法将该金属箔与金属基陶瓷复合材料牢固结合，随后对该金属箔层进行数控车削加工，从而使金属基陶瓷复合材料基板的一侧面覆有均匀金属层并具有符合设计要求的拱形曲面。。
本发明所采用的技术方案如下：
一种金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，包括如下操作步骤：
包括如下操作步骤：
第一步：根据金属基陶瓷复合材料散热基板的技术要求，确定散热基板侧面覆盖金属箔的尺寸，并裁剪两块金属箔，一块厚金属箔，一块薄金属箔；
第二步：将厚金属箔吸附在真空吸盘的上表面，并辅以压板压住，再将真空吸盘固定在铣床工作台面的上表面；
第三步：旋转主轴上装有一把成型铣刀盘，该成型铣刀盘镶有若干片错齿的成型刀片，该成型刀片的切削刃是按照金属基陶瓷复合材料散热基板的拱形曲面要求刃磨而成；
第四步：成型刀盘旋转，并沿旋转主轴的轴线方向进给，成型刀片在厚金属箔上刮削出与散热基板凸面拱度一致的凹面，得到一表面为凹面的拱形金属箔；
第五步：将拱形金属箔的平面一侧面向第一隔板贴覆，再将薄金属箔贴覆在相向的第二隔板上；
第六步：将若干个贴有拱形金属箔和薄金属箔的第一隔板、第二隔板装配成一套压铸精密成型模具；
第七步：将陶瓷粉料装填入精密成型模具中；
第八步：将装有陶瓷粉料的精密成型模具放置在振动台上，振动紧实；
第九步：将精密成型模具放入预热炉内预热至450-610度；
第十步：对压铸模具的模座和压头进行预热，预热至120度以上，并对金属液的接触面喷涂脱模剂；
第十一步：将预热好的精密成型模具放入压铸模内，浇入熔融金属液，在压机压头的挤压下，金属液渗入陶瓷粉料的间隙中，保压5-20分钟，撤压冷却，冷却到200度以下；
第十二步：将压铸模内的金属锭顶出，脱模，取出精密成型模具，再从中取出金属基陶瓷散热基板的近成型坯板，其中金属基陶瓷复合材料芯部与拱形金属箔和薄金属箔牢固粘结在一起；
第十三步：在进行热处理和形状特征机械加工完毕后，将金属基陶瓷散热基板的近成型坯板装夹在数控车床上，装夹时，拱形金属箔所在面向外，为加工面，按产品设计要求对此面进行端面车削，得到满足产品设计要求的，一侧面覆有均匀金属层并具有符合设计要求的拱形曲面的金属基陶瓷散热基板；
第十四步：对散热基板进行相关的表面涂镀处理及绝缘层的印刷工艺。
其进一步技术方案在于：
所述厚金属箔的厚度为0.2-2mm。
所述厚金属箔的厚度为1mm。
所述薄金属箔的厚度为0.2-1mm。
所述薄金属箔的厚度为0.5mm。
第九步中，指定温度为500度。
第十步中，预热至150度。
第十步中，预热至200度。
第十一步中，保压时间为15分钟。
冷却后的温度为150度。
本发明的有益效果如下：
本发明所述的工艺方法高效、简便，通过高压压铸法使芯部的金属基陶瓷复合材料与金属箔薄层牢固结合，从而实现基板表面覆金属层的要求，同时通过成型铣刀盘加工等的方法，实现金属基陶瓷复合材料散热基板拱形曲面的加工要求。
本发明是对金属基陶瓷复合材料基板外表面进行拱形曲面成型加工的方法,所得的是按设计要求将金属基陶瓷复合材料基板的一侧面覆有均匀金属层并加工有拱形曲面。
本发明采用旋转的成型铣刀盘，将平板金属箔(铝、硅铝、铜、银等)的一侧表面加工成凹的拱形曲面，并将该金属箔和另一片平板金属箔装入精密成型模具的两个相向内侧面，加工过的金属箔的凹面朝向里侧，然后将陶瓷(碳化硅、金刚石等)粉料灌入两金属箔间的腔体内，振动、压实粉料，再将装入陶瓷粉料和金属箔的精密成型模具放入预热炉内预热至指定温度。预热完成后将精密成型模具放入压铸模具中进行压铸。压铸完成后，脱模取出压铸成型的近成型基板坯板。坯板经热处理后，将其装夹在数控车床上，按产品设计要求，对铣削成凹面的金属箔面的外表面进行拱形曲面的数控车削加工，从而使金属基陶瓷复合材料基板的一侧面覆有均匀金属层并具有拱形曲面。
附图说明
图1为本发明真空吸盘吸附厚金属箔的结构示意图。
图2为本发明拱形金属箔的结构示意图。
图3为本发明拱形金属箔的截面图。
图4为本发明薄金属箔的结构示意图。
图5为本发明贴覆拱形金属箔和薄金属箔。
图6为本发明精密成型模具的结构示意图。
图7为本发明渗金属压铸的结构示意图。
图8为本发明对拱形金属箔进行端面车削示意图。
图9为本发明散热基板的结构示意图。
图10为本发明散热基板的侧视图。
其中：1、厚金属箔；2、薄金属箔；3、真空吸盘；5、压板；6、铣床工作台面；7、旋转主轴；8、成型铣刀盘；9、成型刀片；10、拱形金属箔；11、第一隔板；12、第二隔板；13、精密成型模具；15、压铸模具；16、模座；17、压头；20、散热基板。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1-图10所示，包括如下操作步骤：
第一步：根据金属基陶瓷复合材料散热基板的技术要求，确定散热基板侧面覆盖金属箔的尺寸，并裁剪两块金属箔，一块厚金属箔1，一块薄金属箔2；
第二步：将厚金属箔1吸附在真空吸盘3的上表面，并辅以压板5压住，再将真空吸盘3固定在铣床工作台面6的上表面；
第三步：旋转主轴7上装有一把成型铣刀盘8，该成型铣刀盘8镶有若干片错齿的成型刀片9，该成型刀片9的切削刃是按照金属基陶瓷复合材料散热基板的拱形曲面要求刃磨而成；
第四步：成型刀盘8旋转，并沿旋转主轴7的轴线方向进给，成型刀片9在厚金属箔1上刮削出与散热基板凸面拱度一致的凹面，得到一表面为凹面的拱形金属箔10；
第五步：将拱形金属箔10的平面一侧面向第一隔板11贴覆，再将薄金属箔2贴覆在相向的第二隔板12上；
第六步：将若干个贴有拱形金属箔10和薄金属箔2的第一隔板11、第二隔板12装配成一套压铸精密成型模具13；
第七步：将陶瓷粉料14装填入精密成型模具13中；
第八步：将装有陶瓷粉料14的精密成型模具13放置在振动台上，振动紧实；
第九步：将精密成型模具13放入预热炉内预热至450-610度；
第十步：对压铸模具15的模座16和压头17进行预热，预热至120度以上，并对金属液的接触面喷涂脱模剂；
第十一步：将预热好的精密成型模具13放入压铸模15内，浇入熔融金属液18，在压机压头17的挤压下，金属液渗入陶瓷粉料的间隙中，保压5-20分钟，撤压冷却，冷却到200度以下；
第十二步：将压铸模内的金属锭顶出，脱模，取出精密成型模具13，再从中取出金属基陶瓷散热基板的近成型坯板，其中金属基陶瓷复合材料芯部与拱形金属箔10和薄金属箔2牢固粘结在一起；
第十三步：在进行热处理和形状特征机械加工完毕后，将金属基陶瓷散热基板的近成型坯板装夹在数控车床上，装夹时，拱形金属箔10所在面向外，为加工面，按产品设计要求对此面进行端面车削，得到满足产品设计要求的，一侧面覆有均匀金属层并具有符合设计要求的拱形曲面的金属基陶瓷散热基板20；
第十四步：对散热基板20进行相关的表面涂镀处理及绝缘层的印刷工艺。
厚金属箔1的厚度为0.2-2mm。
厚金属箔1的厚度为1mm。
薄金属箔2的厚度为0.2-1mm。
薄金属箔2的厚度为0.5mm。
第九步中，指定温度为500度。
第十步中，预热至150度。
第十步中，预热至200度。
保压时间为15分钟。
冷却后的温度为150度。
实施例一：
第一步：根据金属基陶瓷复合材料散热基板的技术要求，确定散热基板侧面覆盖金属箔的尺寸，并裁剪两块金属箔，一块厚金属箔1，一块薄金属箔2；
第二步：将厚金属箔1吸附在真空吸盘3的上表面，并辅以压板5压住，再将真空吸盘3固定在铣床工作台面6的上表面；
第三步：旋转主轴7上装有一把成型铣刀盘8，该成型铣刀盘8镶有若干片错齿的成型刀片9，该成型刀片9的切削刃是按照金属基陶瓷复合材料散热基板的拱形曲面要求刃磨而成；
第四步：成型刀盘8旋转，并沿旋转主轴7的轴线方向进给，成型刀片9在厚金属箔1上刮削出与散热基板凸面拱度一致的凹面，得到一表面为凹面的拱形金属箔10；
第五步：将拱形金属箔10的平面一侧面向第一隔板11贴覆，再将薄金属箔2贴覆在相向的第二隔板12上；
第六步：将若干个贴有拱形金属箔10和薄金属箔2的第一隔板11、第二隔板12装配成一套压铸精密成型模具13；
第七步：将陶瓷粉料14装填入精密成型模具13中；
第八步：将装有陶瓷粉料14的精密成型模具13放置在振动台上，振动紧实；
第九步：将精密成型模具13放入预热炉内预热至450度；
第十步：对压铸模具15的模座16和压头17进行预热，预热至120度以上，并对金属液的接触面喷涂脱模剂；
第十一步：将预热好的精密成型模具13放入压铸模15内，浇入熔融金属液18，在压机压头17的挤压下，金属液渗入陶瓷粉料的间隙中，保压5分钟，撤压冷却，冷却到200度以下；
第十二步：将压铸模内的金属锭顶出，脱模，取出精密成型模具13，再从中取出金属基陶瓷散热基板的近成型坯板，其中金属基陶瓷复合材料芯部与拱形金属箔10和薄金属箔2牢固粘结在一起；
第十三步：在进行热处理和形状特征机械加工完毕后，将金属基陶瓷散热基板的近成型坯板装夹在数控车床上，装夹时，拱形金属箔10所在面向外，为加工面，按产品设计要求对此面进行端面车削，得到满足产品设计要求的，一侧面覆有均匀金属层并具有符合设计要求的拱形曲面的金属基陶瓷散热基板20；
第十四步：对散热基板20进行相关的表面涂镀处理及绝缘层的印刷工艺。
实施例二：
第一步：根据金属基陶瓷复合材料散热基板的技术要求，确定散热基板侧面覆盖金属箔的尺寸，并裁剪两块金属箔，一块厚金属箔1，一块薄金属箔2；
第二步：将厚金属箔1吸附在真空吸盘3的上表面，并辅以压板5压住，再将真空吸盘3固定在铣床工作台面6的上表面；
第三步：旋转主轴7上装有一把成型铣刀盘8，该成型铣刀盘8镶有若干片错齿的成型刀片9，该成型刀片9的切削刃是按照金属基陶瓷复合材料散热基板的拱形曲面要求刃磨而成；
第四步：成型刀盘8旋转，并沿旋转主轴7的轴线方向进给，成型刀片9在厚金属箔1上刮削出与散热基板凸面拱度一致的凹面，得到一表面为凹面的拱形金属箔10；
第五步：将拱形金属箔10的平面一侧面向第一隔板11贴覆，再将薄金属箔2贴覆在相向的第二隔板12上；
第六步：将若干个贴有拱形金属箔10和薄金属箔2的第一隔板11、第二隔板12装配成一套压铸精密成型模具13；
第七步：将陶瓷粉料14装填入精密成型模具13中；
第八步：将装有陶瓷粉料14的精密成型模具13放置在振动台上，振动紧实；
第九步：将精密成型模具13放入预热炉内预热至610度；
第十步：对压铸模具15的模座16和压头17进行预热，预热至120度以上，并对金属液的接触面喷涂脱模剂；
第十一步：将预热好的精密成型模具13放入压铸模15内，浇入熔融金属液18，在压机压头17的挤压下，金属液渗入陶瓷粉料的间隙中，保压20分钟，撤压冷却，冷却到200度以下；
第十二步：将压铸模内的金属锭顶出，脱模，取出精密成型模具13，再从中取出金属基陶瓷散热基板的近成型坯板，其中金属基陶瓷复合材料芯部与拱形金属箔10和薄金属箔2牢固粘结在一起；
第十三步：在进行热处理和形状特征机械加工完毕后，将金属基陶瓷散热基板的近成型坯板装夹在数控车床上，装夹时，拱形金属箔10所在面向外，为加工面，按产品设计要求对此面进行端面车削，得到满足产品设计要求的，一侧面覆有均匀金属层并具有符合设计要求的拱形曲面的金属基陶瓷散热基板20；
第十四步：对散热基板20进行相关的表面涂镀处理及绝缘层的印刷工艺。
实施例三：
第一步：根据金属基陶瓷复合材料散热基板的技术要求，确定散热基板侧面覆盖金属箔的尺寸，并裁剪两块金属箔，一块厚金属箔1，一块薄金属箔2；
第二步：将厚金属箔1吸附在真空吸盘3的上表面，并辅以压板5压住，再将真空吸盘3固定在铣床工作台面6的上表面；
第三步：旋转主轴7上装有一把成型铣刀盘8，该成型铣刀盘8镶有若干片错齿的成型刀片9，该成型刀片9的切削刃是按照金属基陶瓷复合材料散热基板的拱形曲面要求刃磨而成；
第四步：成型刀盘8旋转，并沿旋转主轴7的轴线方向进给，成型刀片9在厚金属箔1上刮削出与散热基板凸面拱度一致的凹面，得到一表面为凹面的拱形金属箔10；
第五步：将拱形金属箔10的平面一侧面向第一隔板11贴覆，再将薄金属箔2贴覆在相向的第二隔板12上；
第六步：将若干个贴有拱形金属箔10和薄金属箔2的第一隔板11、第二隔板12装配成一套压铸精密成型模具13；
第七步：将陶瓷粉料14装填入精密成型模具13中；
第八步：将装有陶瓷粉料14的精密成型模具13放置在振动台上，振动紧实；
第九步：将精密成型模具13放入预热炉内预热至500度；
第十步：对压铸模具15的模座16和压头17进行预热，预热至120度以上，并对金属液的接触面喷涂脱模剂；
第十一步：将预热好的精密成型模具13放入压铸模15内，浇入熔融金属液18，在压机压头17的挤压下，金属液渗入陶瓷粉料的间隙中，保压15分钟，撤压冷却，冷却到150度；
第十二步：将压铸模内的金属锭顶出，脱模，取出精密成型模具13，再从中取出金属基陶瓷散热基板的近成型坯板，其中金属基陶瓷复合材料芯部与拱形金属箔10和薄金属箔2牢固粘结在一起；
第十三步：在进行热处理和形状特征机械加工完毕后，将金属基陶瓷散热基板的近成型坯板装夹在数控车床上，装夹时，拱形金属箔10所在面向外，为加工面，按产品设计要求对此面进行端面车削，得到满足产品设计要求的，一侧面覆有均匀金属层并具有符合设计要求的拱形曲面的金属基陶瓷散热基板20；
第十四步：对散热基板20进行相关的表面涂镀处理及绝缘层的印刷工艺。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。
Claims (10)
1.一种金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
第一步：根据金属基陶瓷复合材料散热基板的技术要求，确定散热基板侧面覆盖金属箔的尺寸，并裁剪两块金属箔，一块厚金属箔(1)，一块薄金属箔(2)；
第二步：将厚金属箔(1)吸附在真空吸盘(3)的上表面，并辅以压板(5)压住，再将真空吸盘(3)固定在铣床工作台面(6)的上表面；
第三步：旋转主轴(7)上装有一把成型铣刀盘(8)，该成型铣刀盘(8)镶有若干片错齿的成型刀片(9)，该成型刀片(9)的切削刃是按照金属基陶瓷复合材料散热基板的拱形曲面要求刃磨而成；
第四步：成型刀盘(8)旋转，并沿旋转主轴(7)的轴线方向进给，成型刀片(9)在厚金属箔(1)上刮削出与散热基板凸面拱度一致的凹面，得到一表面为凹面的拱形金属箔(10)；
第五步：将拱形金属箔(10)的平面一侧面向第一隔板(11)贴覆，再将薄金属箔(2)贴覆在相向的第二隔板(12)上；
第六步：将若干个贴有拱形金属箔(10)和薄金属箔(2)的第一隔板(11)(11)、第二隔板(12)装配成一套压铸精密成型模具(13)；
第七步：将陶瓷粉料(14)装填入精密成型模具(13)中；
第八步：将装有陶瓷粉料(14)的精密成型模具(13)放置在振动台上，振动紧实；
第九步：将精密成型模具(13)放入预热炉内预热至450-610度；
第十步：对压铸模具(15)的模座(16)和压头(17)进行预热，预热至120度以上，并对金属液的接触面喷涂脱模剂；
第十一步：将预热好的精密成型模具(13)放入压铸模(15)内，浇入熔融金属液(18)，在压机压头(17)的挤压下，金属液渗入陶瓷粉料的间隙中，保压5-20分钟，撤压冷却，冷却到200度以下；
第十二步：将压铸模内的金属锭顶出，脱模，取出精密成型模具(13)，再从中取出金属基陶瓷散热基板的近成型坯板，其中金属基陶瓷复合材料芯部与拱形金属箔(10)和薄金属箔(2)牢固粘结在一起；
第十三步：在进行热处理和形状特征机械加工完毕后，将金属基陶瓷散热基板的近成型坯板装夹在数控车床上，装夹时，拱形金属箔(10)所在面向外，为加工面，按产品设计要求对此面进行端面车削，得到满足产品设计要求的，一侧面覆有均匀金属层并具有符合设计要求的拱形曲面的金属基陶瓷散热基板(20)；
第十四步：对散热基板(20)进行相关的表面涂镀处理及绝缘层的印刷工艺。
2.如权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：所述厚金属箔(1)的厚度为0.2-2mm。
3.如权利要求2所述的金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：所述厚金属箔(1)的厚度为1mm。
4.如权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：所述薄金属箔(2)的厚度为0.2-1mm。
5.如权利要求4所述的金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：所述薄金属箔(2)的厚度为0.5mm。
6.如权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：第九步中，指定温度为500度。
7.如权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：第十步中，预热至150度。
8.如权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：第十步中，预热至200度。
9.如权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：第十一步中，保压时间为15分钟。
10.如权利要求1所述的金属基陶瓷复合材料基板拱形表面的成形方法，其特征在于：冷却后的温度为150度。
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