CN109952001B - 一种双面搅拌摩擦焊冷板及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及散热设备技术领域，尤其涉及一种双面搅拌摩擦焊冷板及其加工方法。该双面搅拌摩擦焊冷板，通过在基板的周侧面上设置流通口，基板的上下侧面上设置上流道和下流道，上流道相互之间间隔设置且彼此不连通，下流道相互之间间隔设置且彼此不连通，仅使上流道和下流道之间上下连通，降低了工艺的复杂性；此外，盖板与流道对应设置，且盖板通过搅拌摩擦焊与基板焊接成型，可有效防止焊屑进入流道，保证流道的清洁度，提高散热效果。该加工方法用于加工上述双面搅拌摩擦焊冷板，加工工艺简单，能够减少流道内杂质，提高散热效果。
Description
技术领域
本发明涉及散热设备技术领域，尤其涉及一种双面搅拌摩擦焊冷板及其加工方法。
背景技术
冷板是一种单流体(气体或液体)的热交换器，通过流体的循环流动起到散热、冷却作用。冷板通常选用铝合金或铜合金材料制作，具有散热效率高、温度梯度小等特点，在电力电子、航空航天、船舶等领域有着广阔的应用前景，是各类高功率电子设备的理想散热元件。电子行业内，对芯片的散热通常使用电子氟化液作为冷板内部流通介质，对冷板的清洁度要求较高，因此冷板的结构需要特殊设计。冷板通常包括基板和盖板，在基板上设计流道布局，然后将盖板固定到流道上方，以实现对流道密封，防止冷却液泄露。
目前，冷板基板与盖板的焊接方式通常采用真空钎焊、锡焊、火焰焊等工艺，容易造成冷板流道内部焊接杂质多，散热效果差。而搅拌摩擦焊的焊缝与流道不接触，采用搅拌摩擦焊不会在流道内残存焊接杂质。但是，在搅拌摩擦焊中，由于盖板的尺寸相对于与其对应的流道尺寸较大，使冷板内的流道排布受焊接工艺限制较大，从而增大了加工工艺的复杂性。
因此，亟待需要一种双面搅拌摩擦焊冷板及其加工方法以解决上述问题。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种双面搅拌摩擦焊冷板，能够减少流道内杂质，提高散热效果，且便于加工，加工工艺简单。
本发明的另一个目的在于提供一种双面搅拌摩擦焊冷板的加工方法，用于加工上述双面搅拌摩擦焊冷板，加工工艺简单，能够减少流道内杂质，提高散热效果。
为实现上述目的，提供以下技术方案：
一种双面搅拌摩擦焊冷板，包括基板和盖板，所述基板上设置有流通口和流道，所述流道分为间隔设置在所述基板上侧面的上流道和间隔设置在所述基板下侧面的下流道，所述下流道与所述上流道相连通，以使冷流介质从一个所述流通口进入、依次交替流经所述上流道和所述下流道，从另一个所述流通口流出；
至少两个所述盖板与所述基板通过搅拌摩擦焊焊接成型。
进一步地，所述上流道包括上散热区流道，所述上散热区流道对应的所述盖板上设置有上散热翅片；和/或
所述下流道包括下散热区流道，所述下散热区流道对应的所述盖板上设置有下散热翅片。
进一步地，所述上散热区流道的深度值大于所述上散热翅片的翅片高度值；和/或
所述下散热区流道的深度值大于所述下散热翅片的翅片高度值。
进一步地，在所述基板的一侧，每个所述流道对应设置一个所述盖板，至少两个相邻的所述盖板连接为一体。
进一步地，所述上流道还包括上主流道，所述上散热区流道的所述盖板与其两侧相邻的所述上主流道的所述盖板一体成型。
进一步地，所述下流道还包括下主流道，两个所述下散热区流道的所述盖板与设置在其中间的两个所述下主流道的所述盖板一体成型。
一种双面搅拌摩擦焊冷板的加工方法，包括以下步骤：
加工流通口：在基板的周侧面上加工所述流通口；
加工流道：在所述基板的上侧面上加工多个间隔设置的上流道，在所述基板的下侧面上加工多个间隔设置的下流道，所述下流道与所述上流道相连通，以使冷流介质从一个所述流通口进入、依次交替流经所述上流道和所述下流道、从另一个所述流通口流出；
加工盖板：根据所述流道的形状设计并加工与其相适配的盖板；
焊接成型：采用摩擦焊将所述盖板与所述基板进行焊接，获得双面搅拌摩擦焊冷板。
进一步地，在所述焊接成型步骤中，沿所述盖板的边缘对所述盖板和所述基板进行焊接。
进一步地，在所述焊接成型步骤中还包括：
至少部分在所述上流道相互之间的间隔区，对所述盖板和所述基板进行二次焊接；或/和
至少部分在所述下流道相互之间的间隔区，对所述盖板和所述基板进行二次焊接。
进一步地，在所述焊接成型步骤后还包括：表面处理，采用飞切工艺修整所述双面搅拌摩擦焊冷板的平面度。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的双面搅拌摩擦焊冷板，通过在基板的周侧面上设置流通口，基板的上下侧面上设置上流道和下流道，上流道相互之间间隔设置且彼此不连通，下流道相互之间间隔设置且彼此不连通，仅使上流道和下流道之间上下连通，降低了工艺的复杂性；此外，盖板与流道对应设置，且盖板通过搅拌摩擦焊与基板焊接成型，可有效防止焊屑进入流道，保证流道的清洁度，提高散热效果。
本发明提供的加工方法，用于加工上述双面搅拌摩擦焊冷板，一方面，先在基板的周侧面加工流通口，在基板的上下侧面上加工流道，然后采用摩擦焊将盖板和基板进行焊接成型，降低了加工工艺的复杂性，且可有效避免加工过程中焊屑进入流道，以确保流道的清洁度；另一方面，在基板的上侧面和下侧面分别加工上流道和下流道，使多个上流道之间彼此不连通和多个下流道之间彼此也不连通，而使下流道与上流道之间上下连通，以使冷流路径为从一个流通口进入、交替流经上流道和下流道、最后经由从另一个流通口流出，加工工艺简单，提高了冷板流道的整体连通性，能够在提高冷流介质的流动性的同时，减少冷流介质的串流现象，提高散热效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的双面搅拌摩擦焊冷板一个方向的结构示意图；
图2为图1中A-A处剖视图；
图3为本发明提供的双面搅拌摩擦焊冷板一个方向的爆炸图；
图4为本发明提供的双面搅拌摩擦焊冷板另一方向的爆炸图；
图5为本发明提供的基板一个方向的结构示意图；
图6为本发明提供的基板另一个方向的结构示意图；
图7为图6中B处的放大图。
附图标记：
100-基板；200-盖板；
1-流通口；
2-上主流道；21-第一上主流道；22-第二上主流道；23-第三上主流道；24-第四上主流道；
3-上散热区流道；
4-下主流道；41-第一下主流道；42-第二下主流道；43-第三下主流道；44-第四下主流道；
5-下散热区流道；51-第一下散热区流道；52-第二下散热区流道；
6-上散热翅片；
7-下散热翅片。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或是本产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
冷板是用于电子设备散热的设备，双面冷板即冷板的上下两个面均具备散热作用。
实施例一
本实施例提供了一种双面搅拌摩擦焊冷板的加工方法，包括以下步骤：
加工流通口：在基板100的周侧面上加工流通口1；
加工流道：在基板100的上侧面上加工多个间隔设置的上流道，在基板100的下侧面上加工多个间隔设置的下流道，下流道与上流道相连通，两个流道分别与两个流通口1直接连通，以使冷流介质从一个流通口1进入、依次交替流经上流道和下流道、从另一个流通口1流出；
加工盖板200：根据流道的形状设计与其相适配的盖板200；
焊接成型：采用摩擦焊将盖板200与基板100进行焊接，获得双面搅拌摩擦焊冷板。
本实施例提供的加工方法，一方面，先在基板100的周侧面加工流通口1，在基板100的上下侧面上加工流道，然后采用摩擦焊将盖板200和基板100进行焊接成型，降低了加工工艺的复杂性，且可有效避免加工过程中焊屑进入流道，以确保流道的清洁度；另一方面，在基板100的上侧面和下侧面分别加工上流道和下流道，使多个上流道之间彼此不连通和多个下流道之间彼此也不连通，而使下流道与上流道之间上下交替连通，以使冷流介质从一个流通口1进入、交替流经上流道和下流道、最后经由另一个流通口1流出，加工工艺简单，提高了冷板流道的整体连通性，能够在提高冷流介质的流动性的同时，减少冷流介质的串流现象，提高散热效果。
冷流介质可以是冷流液或冷流气，冷流液可以是水、电子氟化液(HFE)等。当然，冷流介质还可以是其他物质，只要能够流动并起到散热效果即可。
可选地，本实施例提供的流通口1包括进口和出口，进口和出口设置在基板100的一个周侧面上，此时冷板流道可以设计为回路型，以使冷流介质在冷板的流道内运转一周后流出，提高冷板的散热效果。当然，进口和出口还可以分别设置在基板100的两个周侧面上，此时冷板流道可以设计为“之”字型或者为多个相连接的“之”字型，保证冷流介质流经冷板的每个部位，提高冷板的散热效果。此外，进口和出口可以根据需要以及安装位置进行互换，依旧能够达到上述效果。
示例性地，焊接成型步骤，沿盖板200的边缘对盖板200和基板100进行焊接，一方面可确保基板100和盖板200的焊接强度，另一方面可有效避免焊屑进入流道。
可选地，焊接成型步骤中还包括：可选择地在上流道相互之间的间隔区，对盖板200和基板100进行二次焊接；或/和，可选择地在下流道相互之间的间隔区，对盖板200和基板100进行二次焊接。“可选择地”指可根据需要，在任一个或多个上流道之间的间隔区进行二次焊接；或者在任一个或多个下流道之间的间隔区进行二次焊接。
示例性地，当一个盖板200盖设在多个上流道上时，为了保证上流道与上流道之间不连通，则需要对上流道与上流道之间的间隔区进行二次焊接。
示例性地，当一个盖板200盖设在多个下流道上时，为了保证下流道与下流道之间不连通，则需要对下流道与下流道之间的间隔区进行二次焊接。
此外，在焊接成型步骤后还包括：表面处理，采用飞切工艺修整双面搅拌摩擦焊冷板的表面平面度，以保证冷板与热源充分接触，提高散热效果，以及冷板的稳定性。
如图1-7所示，基于上述双面搅拌摩擦焊冷板的加工方法，本实施例还提供了一种双面搅拌摩擦焊冷板，包括基板100和设置在基板100上的盖板200，基板100上设置有流通口1和流道。流道分为间隔设置在基板100上侧面的上流道和间隔设置在基板100下侧面的下流道，下流道与上流道相连通，以使冷流介质从一个流通口1进入、交替流经上流道和下流道、最后经由另一个流通口1流出。盖板200与流道对应设置，且与基板100通过摩擦焊焊接成型。
本实施例提供的双面搅拌摩擦焊冷板，一方面，通过在基板100的周侧面上设置流通口1，基板100的上下侧面上设置上流道和下流道，且上流道相互之间间隔设置且彼此不连通，下流道相互之间间隔设置且彼此不连通，仅使上流道和下流道之间上下连通，盖板200与流道对应设置，且盖板200通过摩擦焊与基板100焊接成型，降低了加工工艺的复杂性，且可有效防止焊屑进入流道，保证流道的清洁度，同时提高了冷板流道的整体连通性，能够在提高冷流介质的流动性的同时，减少冷流介质的串流现象，提高散热效果。
示例性地，如图2结合图3所示，上流道包括上主流道2和上散热区流道3，两个上主流道2分别与两个流通口1直接连通；上散热区流道3对应的盖板200上设置有上散热翅片6。上主流道2与流通口1直接连通，能够减小冷板整体压降，提高流通口1处的冷流介质的流动性。在上散热区流道3对应的盖板200上设置上散热翅片6，增加了冷流介质在上散热区流道3内的流通路径，从而能够提高冷板上散热区的散热效果。
优选地，为了防止焊接时盖板200翘曲，上散热区流道3的深度值大于上散热翅片6的翅片高度值，以使上散热区流道3能够充分容纳上散热翅片6的翅片。具体为，上散热区流道3的深度值与上散热翅片6的翅片高度值的差值大于等于0.1mm。
本实施例提供的上散热翅片6的翅片高度值不超过5mm，单个翅片的厚度为0.1mm，两个翅片之间的距离为0.2mm。
示例性地，如图4结合图2所示，下流道包括下主流道4和下散热区流道5，两个下主流道4分别与两个流通口1直接连通；下散热区流道5对应的盖板200上设置有下散热翅片7。下主流道4与流通口1直接连通，能够减小冷板整体压降，提高流通口1处的冷流介质的流动性。在下散热区流道5对应的盖板200上设置下散热翅片7，增加了冷流介质在下散热区流道5内的流通路径，从而能够提高冷板下散热区的散热效果。
优选地，为了防止焊接时盖板200翘曲，下散热区流道5的深度值大于下散热翅片7的翅片高度值，以使下散热区流道5能够充分容纳下散热翅片7的翅片。具体为，下散热区流道5的深度值与下散热翅片7的翅片高度值的差值大于等于0.1mm。
本实施例提供的下散热翅片7的翅片高度值不超过5mm，单个翅片的厚度为0.1mm，两个翅片之间的距离为0.2mm。
可选地，在本实施例中，在基板100的一侧，每个流道对应设置一个盖板200。
优选地，为了减少盖板200的数量，以降低盖板200与基板100焊接过程中的工艺复杂性，至少两个相邻的盖板200连接为一体。“连接为一体”可以是一体成型，也可以是通过焊接连接为一体。
示例性地，上散热区流道3的盖板200与其两侧相邻的上主流道2的盖板200一体成型。
示例性地，两个下散热区流道5的盖板200与设置在其中间的两个下主流道4的盖板200一体成型。
优选地，如图5所示，在本实施例提供双面搅拌摩擦焊冷板中，上流道包括上主流道2和上散热区流道3，其中，上主流道2包括第一上主流道21、第二上主流道22、第三上主流道23和第四上主流道24。上流道的布局为：第一上主流道21、第二上主流道22、上散热区流道3、第三上主流道23和第四上主流道24依次间隔排列设置。其中，第二上主流道22、上散热区流道3和第三上主流道23共同对应一个盖板200，在盖板200与基板100焊接成型时，先沿盖板200的边缘进行焊接，之后在第二上主流道22和上散热区流道3之间的间隔区以及上散热区流道3和第三上主流道23之间的间隔区进行二次焊接。
优选地，如图6所示，在本实施例提供双面搅拌摩擦焊冷板中，下流道包括下主流道4和下散热区流道5，其中，下主流道4包括第一下主流道41、第二下主流道42、第三下主流道43和第四下主流道44；下散热区流道5包括第一下散热区流道51和第二下散热区流道52。下流道的布局为：第一下主流道41、第一下散热区流道51、第二下主流道42、第三下主流道43、第二下散热区流道52和第四下主流道44间隔设置，第二下主流道42和第三下主流道43设置在第一散热区流道和第二下散热区流道52之间，且第二下主流道42和第三下主流道43沿基板100的宽度方向设置。其中，第一下散热区流道51第二下主流道42、第三下主流道43和第一下散热区流道51共同对应一个盖板200，在盖板200与基板100焊接成型时，先沿盖板200的边缘进行焊接，之后在第一下散热区流道51、第二下散热区流道52与第二下主流道42和第三下主流道43之间的间隔区进行二次焊接。
示例性地，如图7所示，第一下主流通道41与一个流通口1相连，第四下主流通道44与另一个流通口1相连，两个流通口1均可作为进口或出口。
可选地，第四下主流道44的长度大于第一下主流道41、第一散热区流道、第二下主流道42、第三下主流道43和第二下散热区流道52长度的总和，提高冷流介质的流动性，提高散热效果。
冷流介质的流经路径为：从第一个流通口1流入，依次流经第一下主流道41、第一上主流道21、第一下散热区流道51、第二上主流道22、第二下主流道42、上散热区流道3、第三下主流道43、第三上主流道23、第二下散热区流道52、第四上主流道24、第四下主流道44，然后从第二个流通口1流出。
需要说明的是，本实施例提供的基板100的材质为6系铝材，基板100厚度为3mm，上主流道2和下主流道4对应的盖板200的材质为6系铝材，上散热区流道3和下散热区流道5对应的设置有散热翅片的盖板200的材质为1系铝材。当然，基板100和盖板200还可以是其他散热效果较好的材质，比如铜，在此不再一一举例说明。
实施例二
本实施例提供了一种双面搅拌摩擦焊冷板的加工方法，包括以下步骤：
1.备料：6系铝基板100，主流道盖板200为6系铝材，厚度3mm，带散热翅片结构的盖板200为1系铝材，翅片高度不超过5mm，翅片加工极限厚度为0.1mm，翅片间距0.2mm。
2.加工：在基板100的周侧面加工进口和出口，在基板100上下两侧面加工流道，散热区流道深度比翅片高度多0.1mm，避免在焊接时盖板200翘曲；
3.焊接：采用搅拌摩擦焊沿着各盖板200边缘进行焊接，之后需在各搭接区域进行二次焊接，防止内部流道串流；
4.飞切：冷板两侧表面飞平，保证整板热源接触面的平面度。
本实施例中，搅拌摩擦焊是一种固相焊接技术，能避免熔焊过程中产生气孔、裂纹等缺陷，且可有效减少焊屑的产生，避免焊屑进入流道，保证流道的清洁度。
基于上述搅拌摩擦焊冷板的加工方法，本实施例还提供了一种双面搅拌摩擦焊冷板，包括基板100和设置在基板100上的盖板200，基板100上设置有进口、出口和流道。进口和出口设置在基板100的周侧面上，流道分为间隔设置在基板100上侧面的上流道和间隔设置在基板100下侧面的下流道，下流道与上流道相连通，以使冷流路径为从一个流通口1进入、交替流经上流道和下流道、最后经由另一个流通口1流出。盖板200与流道对应设置，且与基板100通过摩擦焊焊接成型。该双面搅拌摩擦焊冷板的进口和出口可互换；分别在基板100的上下侧面上加工上流道和下流道，可降低工艺复杂性，提高设计灵活性；基板100和盖板200通过搅拌摩擦焊进行焊接成型，可有效避免加工过程中铝屑进入流道，确保内部流道清洁度；基板100上散热区流道3的深度比实际翅片的高度多0.1mm，可防止焊接时盖板200翘曲。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所说的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (9)
1.一种双面搅拌摩擦焊冷板，包括基板(100)和盖板(200)，所述基板(100)上设置有流通口(1)和流道，其特征在于，所述流通口(1)的数量为两个，所述流道分为间隔设置在所述基板(100)上侧面的上流道和间隔设置在所述基板(100)下侧面的下流道，所述上流道相互之间间隔设置且彼此不连通，所述下流道相互之间间隔设置且彼此不连通，所述下流道与所述上流道相连通，以使冷流介质从一个所述流通口(1)进入、依次交替流经所述上流道和所述下流道，从另一个所述流通口(1)流出；
所述基板(100)上侧面的上流道对应的位置盖设有所述盖板(200)，所述基板(100)下侧面的下流道对应的位置盖设有所述盖板(200)；至少两个所述盖板(200)与所述基板(100)通过搅拌摩擦焊焊接成型；
所述上流道包括上散热区流道(3)，所述上散热区流道(3)对应的所述盖板(200)上设置有上散热翅片(6)；
所述下流道包括下散热区流道(5)，所述下散热区流道(5)对应的所述盖板(200)上设置有下散热翅片(7)。
2.根据权利要求1所述的双面搅拌摩擦焊冷板，其特征在于，所述上散热区流道(3)的深度值大于所述上散热翅片(6)的翅片高度值；和/或
所述下散热区流道(5)的深度值大于所述下散热翅片(7)的翅片高度值。
3.根据权利要求1所述的双面搅拌摩擦焊冷板，其特征在于，在所述基板(100)的一侧，每个所述流道对应设置一个所述盖板(200)，至少两个相邻的所述盖板(200)连接为一体。
4.根据权利要求3所述的双面搅拌摩擦焊冷板，其特征在于，所述上流道还包括上主流道(2)，所述上散热区流道(3)的所述盖板(200)与其两侧相邻的所述上主流道(2)的所述盖板(200)一体成型。
5.根据权利要求3所述的双面搅拌摩擦焊冷板，其特征在于，所述下流道还包括下主流道(4)，两个所述下散热区流道(5)的所述盖板(200)与设置在其中间的两个所述下主流道(4)的所述盖板(200)一体成型。
6.一种双面搅拌摩擦焊冷板的加工方法，其特征在于，用于加工如权利要求1-5任一项所述的双面搅拌摩擦焊冷板，包括以下步骤：
加工流通口(1)：在基板(100)的周侧面上加工所述流通口(1)；
加工流道：在所述基板(100)的上侧面上加工多个间隔设置的上流道，在所述基板(100)的下侧面上加工多个间隔设置的下流道，所述下流道与所述上流道相连通，以使冷流介质从一个所述流通口(1)进入、依次交替流经所述上流道和所述下流道、从另一个所述流通口(1)流出；
加工盖板：根据所述流道的形状设计并加工与其相适配的盖板(200)；
焊接成型：采用搅拌摩擦焊将所述盖板(200)与所述基板(100)进行焊接，获得双面搅拌摩擦焊冷板。
7.根据权利要求6所述的双面搅拌摩擦焊冷板的加工方法，其特征在于，在所述焊接成型步骤中，沿所述盖板(200)的边缘对所述盖板(200)和所述基板(100)进行焊接。
8.根据权利要求7所述的双面搅拌摩擦焊冷板的加工方法，其特征在于，在所述焊接成型步骤中还包括：
至少部分在所述上流道相互之间的间隔区，对所述盖板(200)和所述基板(100)进行二次焊接；或/和
至少部分在所述下流道相互之间的间隔区，对所述盖板(200)和所述基板(100)进行二次焊接。
9.根据权利要求6所述的双面搅拌摩擦焊冷板的加工方法，其特征在于，在所述焊接成型步骤后还包括：表面处理，采用飞切工艺修整所述双面搅拌摩擦焊冷板的平面度。
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