一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光精密加工的技術領域，特別是涉及一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法。
【背景技術】
[0002]隨著電子技術的飛速發展，微電子器件的高頻、高速，以及集成電路的密集和微型化，使得電子芯片的功耗急劇增大，導致了極高的熱流密度。傳統的風冷和水冷等冷卻方式無法滿足要求，因而電子器件的散熱問題地成為了是制約其繼續發展的關鍵問題之一。
[0003]通過工質的相變實現傳熱的微熱管具有緊湊、優良的等溫性、極高的導熱性等特點，可以滿足芯片對散熱裝置緊湊、可靠、靈活、高散熱效率以及不需要維修等要求。因此，微熱管技術將成為未來微電子元器件及其系統散熱的主流，而微熱管的進一步強化傳熱效率則是影響芯片集成度發展的一個技術關鍵。
[0004]連續毛細結構與非連續毛細結構特別是多尺度多維交錯互通的非連續結構毛細結構都有助于液態工質表面張力發揮作用及其沸騰，而帶有非連續結構的微熱管傳熱性能更佳，其傳熱性能比連續毛細結構微熱管平均提高6.71%。
[0005]目前，微熱管內毛細結構溝槽的加工方法主要有擠壓-切削法，電火花加工法，電解加工法等。擠壓-切削法可能會造成熱管壁破裂以及道具磨損等危害，且其只能加工連續的毛細結構；電火花加工法效率低，工具電極存在消耗，無法實現對為熱管內表面的大量加工；電化學加工需要用到電解液，對環境會造成一定的影響，且加工得到的溝槽較為光滑，不利于增強溝槽的毛細力。激光精密加工在微細制造領域以及納米制造領域都存在很大的發展潛力。激光加工具有非接觸、與自動化設備結合靈活性高、無切削力、加工效率高、綠色環保無污染等特點。更重要的是，通過激光等高能束的輻照作用，在加工出溝槽幾何形態的同時，還實現了對管壁的表面自由能的調控，使原本接觸角為80°左右的銅表面轉化為接觸角小于5°的高能親水表面，極大地提高了毛細結構的表面張力，強化了微熱管的導熱性能。因而通過激光刻蝕在加工出毛細結構的同時，無需通過任何化學修飾便能提高內壁面的表面能，且該親水表面具有較強的耐熱性與穩定性，即使是在微熱管的高溫工作條件下仍能保持較強的親水性。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出操作簡單，方便使用，安全環保，具有較高加工速率的非連續毛細結構微熱管的激光制備方法。
[0007]所述方法便于操作實現，可在微熱管內加工得交錯相通具有高深寬比粗糙槽面的毛細溝槽，且通過激光加工所得的超親水毛細結構具有良好的耐水性和耐熱性。
[0008]本發明的目的通過如下技術方案實現:
[0009]一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法，包括如下步驟:
[0010](I)將符合微熱管尺寸的表面光滑銅基板清洗液中清洗，得到干凈的銅基板；
[0011](2)將銅基板置于多功能激光加工裝置中，將激光聚焦于銅基板表面上通過振鏡往X/Y方向掃描，并結合側吹空氣，在基板中刻蝕出一系列縱橫交錯網格非連續毛細結構，并得到超親水的毛細結構表面；
[0012](3)將形狀相同的兩塊具有非連續毛細結構的基板隔著與其形狀相同的銅框拼接在一起，利用激光精準鉆孔工藝在在其中一塊基板中分別鉆出充注孔和除氣孔；
[0013](4)利用夾具將兩基板與框架夾緊使用精密激光焊接對熱管的四周進行焊接；
[0014](5)用針筒通過注液空往熱管內注滿工質，將除氣孔密封；對工質進行加熱，使工質從充注孔中排出，待微熱管內剩余的液態工質達到設定的體積容量時，將充注孔封好，完成具有非連續毛細結構微熱管的激光制備。
[0015]本發明的優點和積極效果是:利用激光刻蝕的方法靈活、安全、高效地加工出能提高微熱管毛細回流能力的具有高深寬多維交錯互通的非連續毛細結構，并且在加工溝槽結構的同時，實現了對銅基板的表面改性，改變其表面分子活性，使得其表面自由能得到大幅提高并制備出接觸角小于5°的超親水表面，這對增強微熱管毛細結構的毛細力起到重要的作用。本發明實現了具有非連續毛細結構微熱管的激光制備，是一種操作簡單，環保高效，性能優越的加工方法。
【附圖說明】
[0016]圖1是微熱管非連續毛細結構的激光制備方法及裝置的示意圖。
[0017]圖2是平板式微熱管結構示意圖。
[0018]符號說明:
[0019]1.激光器，2.振鏡系統，3.場鏡，4.銅基板，5.熱管邊框
【具體實施方式】
[0020]實施例:
[0021]本發明具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法，包括以下步驟:
[0022](I)將表面光滑銅基板4先后分別在丙酮、無水乙醇和去離子水中使用超聲波清洗儀清洗3分鐘。烘干后得到干凈的銅基板。
[0023](2)將銅基板4置于多功能激光加工裝置中，將激光束通過振鏡系統2和場鏡3聚焦于銅基板4表面上，通過振鏡系統2往X/Y方向掃描，在加工參數為激光波長266nm，脈寬50nm，重復頻率90kHz，掃描速度1000mm/S的條件下并結合側吹空氣，在基板中刻蝕出一系列縱橫交錯非連續毛細結構，并在結構加工的同時獲得超親水的毛細結構表面，其接觸角小于5°
[0024](3)將形狀相同的兩塊具有非連續毛細結構的銅基板4(厚0.5mm)隔著與其形狀相同的銅框5(厚Imm)拼接在一起，利用激光精準鉆孔工藝在在其中一塊基板中分別鉆出充注孔和除氣孔。
[0025](4)利用夾具將兩基板與框架夾緊使用精密激光焊接對熱管的四周進行焊接。
[0026](5)用針筒通過注液孔往熱管內注滿工質液態水，并將除氣孔密封。
[0027](6)對工質水進行加熱，使工質水從充注孔中排出，待微熱管內剩余的液態工質水達到設定的體積容量時熱管內的工質水體積約為熱管容積的1/3，將充注孔封好，完成具有非連續毛細結構的微熱管的制備。
[0028]本發明實現了微熱管非連續毛細結構的激光制備。是一種簡單快捷，性能優良，方便使用，綠色環保的加工方法。一方面，通過激光刻蝕，能夠在銅基板中制備出具有高深寬比的且路徑復雜，深寬度變化的非連續毛細結構；另一方面，通過激光的輻照作用實現了銅基板的親水化表面改性，進一步增強了微熱管的毛細回流能力，提高了微熱管的傳熱能力。
【主權項】
1.一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法，其特征在于，包括以下步驟:將符合微熱管尺寸的表面光滑銅基板清洗液中清洗，得到干凈的銅基板；將銅基板置于多功能激光加工裝置中，將激光聚焦于銅基板表面上通過振鏡往X/Y方向掃描，結合側吹空氣，在基板中刻蝕出一系列縱橫交錯網格非連續毛細結構，并得到超親水的毛細結構表面；將形狀相同的兩塊具有非連續毛細結構的基板隔著與其形狀相同的銅框拼接在一起，利用激光精準鉆孔工藝在在其中一塊基板中分別鉆出充注孔和除氣孔；利用夾具將兩基板與框架夾緊使用精密激光焊接對熱管的四周進行焊接；用針筒通過注液空往熱管內注滿工質，將除氣孔密封；對工質進行加熱，使工質從充注孔中排出，待微熱管內剩余的液態工質達到設定的體積容量時，將充注孔封好，完成具有非連續毛細結構微熱管的激光制備。
2.如權利要求1所示一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法，其特征在于:加工參數為激光波長256-1064nm，脈寬lO-lOOOnm，重復頻率30-100kHz，掃描速度15-1500mm/so
3.如權利要求2所示一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法，其特征在于:所述激光波長優選為266nm，所述脈寬優選為50nm，所述重復頻率優選為90kHz，所述掃描速度優選為1000mm/s。
4.如權利要求1所示一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法，其特征在于:所述基板的厚度優選為0.5mm，所述銅框厚度優選為1mm。
5.如權利要求1所示一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法，其特征在于:使用聚焦激光束對微熱管進行刻蝕，加工出非連續毛細結構。
6.如權利要求1所示一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法，其特征在于:所述非連續毛細結構為交錯互通的毛細結構。
【專利摘要】本發明公開了一種具有非連續毛細結構微熱管的激光制備方法，包括如下步驟：(1)使用激光刻蝕的方法在銅基板中加工出非連續毛細結構；(2)通過焊接實現熱管的封裝；(3)抽真空與灌注工質。該方法的優點在于使用激光實現微熱管毛細溝槽的加工，不僅能制備出高深寬比的溝槽，提高毛細力，而且能同時改變熱管內壁表面分子活性，使得其表面自由能得到大幅提高，且制備出接觸角小于5°的超親水表面，這對增強微熱管毛細結構的毛細力起到重要的作用。再有，通過激光刻蝕，能在熱管中加工出不同尺寸、不同形狀的復雜非連續毛細結構，有效地解決了增強微熱管的毛細回流能力的問題。
【IPC分類】F28D15-04
【公開號】CN104567502
【申請號】CN201410857214
【發明人】謝小柱, 羅志強, 魏昕, 胡偉
【申請人】廣東工業大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月25日