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主流的散热器制作工艺讲解(上)

来源:鳍片散热器_铲齿散热器_水冷板_热管_均热板-东莞市同创电子科技有限公司      时间:2024-02-27 15:34:20

时下散热器的主流成型技术多为如下几类:


一、铝挤型散热片


铝挤压(Extruded)技术:铝,作为地壳中含有量最高的金属,成本低是其主要特点,并且由于铝挤压技术含量及设备成本相对较低,所以铝材质很早就应用在散热器市场。铝挤技术简单的说就是将铝锭高温加热至约 520~540℃,在高压下让铝液流经具有沟槽的挤型模具,作出散热片初胚,然再对散热片初胚进行裁剪、剖沟等处理后就做成了我们常见到的散热片。一般常用的铝挤型材料为 AA6063,其具有良好热传导率(约160~180 W/m.K)与加工性,为最普遍应用之制程。不过由于受到本身材质的限制散热鳍片的厚度和长度之比不能超过1:18,所以在有限的空间内很难提高散热面积,故铝挤散热片散热效果比较差,很难胜任现今日益攀升的高频率CPU。


二、铝压铸型散热片

除铝挤型外,另一个常被用来制造散热片的制程方式为铝压铸型散热片。其制程系将铝锭熔解成液态后,填充入金属模型内,利用压铸机直接压铸成型,制成散热片,采用压注法可以将鳍片做成多种立体形状,散热片可依需求作成复杂形状,亦可配合风扇及气流方向作出具有导流效果的散热片,且能做出薄且密的鳍片来增加散热面积,因工艺简单而被广泛采用。一般常用的压铸型铝合金为ADC12,由于压铸成型性良好,适用于做薄铸件,但因热传导率较差(约 96 W/m.K),现在国内多以 AA1070 铝料来做为压铸材料,其热传导率高达 200 W/m.K 左右,具有良好的散热效果,但是以 AA1070 铝料来压铸存在着一些如下

所述之问题:


(1)压铸时表面流纹及氧化渣过多,会降低热传效果。

(2)冷却时内部微缩孔偏高,实质热传导率降低(K<200 W/m.K)。

(3)模具易受侵蚀,致寿命较短。

(4)成型性差,不适合薄铸件。

(5)材质较软,容易变型。


随着CPU主频的不断提升,为了达到较好的散热效果,采用压铸工艺生产的铝质散热器体积不断加大,给散热器的安装带来了很多问题,并且这种工艺制作的散热片有效散热面积有限,要想达到更好的散热效果势必提高风扇的风量,而提高风扇风量又会产生更大的噪音。


三、接合型制程散热片

这种散热片是先用铝或铜板做成鳍片,之后利用导热膏或焊锡将它结合在具有沟槽的散热底座上。结合型散热片的特点是鳍片突破原有的比例限制,散热效果好,而且还可以选用不同的材质做鳍片。此制程之优点为散热片细长比可高达60 倍以上,散热效果佳,且鳍片可选用不同材质制作,当然了,缺点也显而易见,就是利用导热膏和焊锡接结合鳍片和底座会存在介面阻抗问题,从而影响散热,为了改善这些缺点,散热片领域又运用了2种新技术。

首先是插齿技术,它是利用60吨以上的压力,把铝片结合在铜片的基座中,并且铝和铜之间没有使用任何介质,从微观上看铝和铜的原子在某种程度上相互连接,从而彻底避免了传统的铜铝结合产生介面热阻的弊端,大大提高了产品的热传到能力。最为成功的就是前文介绍的AVC公司。

第二种是回流焊接技术,传统的接合型散热片最大的问题是介面阻抗问题,而回流焊接技术就是对这一问题的改进。其实,回流焊接和传统接合型散热片的工序几乎相同,只是使用了一个特殊的回焊炉,它可以精确的对焊接的温度和时间参数进行设定,焊料采用用铅锡合金,使焊接和被焊接的金属得到充分接触,从而避免了漏焊空焊,确保了鳍片和底座的连接尽可能紧密,最大限度降低介面热阻,又可以控制每一个焊点的焊铜融化时间和融化温度,保证所有焊点的均匀,不过这个特殊的回焊炉价格很贵,主板厂商用的比较多,而散热器厂商则很少采用。

把这个技术做得很成功的就是Tt公司。回流焊接包括了铜鳍片冲压技术以及回流焊接两部分组成。鳍片冲压也是其难点,鳍片冲压由连续冲床和加工模具进行加工,加工模具精度非常高,技术含量也很高,国内少有厂商可以做到,Tt的模具是在台湾开的,而连续冲床只要加大投资就可以获得,因此大部分技术难点还是体现在模具上面。目前回流焊接做的比较好的厂商除了Tt还有AVC和Thermalright。 回流焊接工艺的精度与效果和制造成本呈线性关系:成本越高,精度越高,效果越好。如果风冷散热器都像Thermalright一样不计成本的使用回流焊接技术导致成品售价过高,则无疑加速了液冷时代的来临。


回流焊接流程

1. 搅拌锡膏

2. 检验铜片外观(铜底板和铜鳍片)

3. SMT自动印刷机将锡膏印在铜板上,可以使锡膏的厚度、宽度均匀一致

4. 经过连续冲床和加工模具进行鳍片加工

5. 冲压完成后,通过治具将铜底和鳍片进行定位,压力适中,为回流焊接做准备

6. 通过治具检查后,将半成品送入回流焊接生产线,通过计算机控制7段式温度,监测焊接温度。焊接温度直接影响到产品的质量,因此非常重要。不同的产品其温度参数都不相同

7. 焊接过程大概由高温到低温,陆续冷却

8. 拆卸治具

9. 在加热过程中锡膏除高温蒸发后还会有部分残留,于是要对散热片进行超音波清洗,将锡膏中的铸焊剂(如松香)等杂质进行清洗

10. 最后的钝化过程是对铜质散热片最不可缺少的部分,防止铜受到氧化,影响散热效果。


四、可挠性制程散热片

可挠性散热片是先将铜或铝的薄板,以成型机折成一体成型的鳍片,然后用穿刺模将上下底板固定,再利用高周波金属熔接机,与加工过的底座焊接成一体,由于制程为连续接合,适合做高厚长比的散热片,且因鳍片为一体成型,有利于热传导之连续性,鳍片厚度仅有0.1mm,可大大降低材料的需求,并在散热片容许重量内得到最大热传面积。为达到大量生产,并克服材质接合时之接口阻抗,制程部份采上下底板同时送料,自动化一贯制程,上下底板接合采高周波熔焊接合,即材料熔合来防止接口阻抗的产生,以建立高强度、紧密排列间距的散热片。由于制程连续,故能大量生产,且由于重量大幅减轻,效能提升,所以能增加热传效率。