[发明专利]一种双金属微通道挤压复合与成形一体化装置和方法

说明书

本发明公开了一种双金属微通道挤压复合与成形一体化装置和方法，其解决了现有结构设计不合理，存在模具装置结构复杂、双金属微通道结构加工工艺流程复杂且制作成本高、材料利用率低、无法实现批量化生产的技术问题，其包括配套的上模座和下模座，上模座和下模座通过导套和导柱进行连接组成封闭的框架结构，上模座通过导套和导柱可实现上下往复运动；上模座的下表面上固设有凸模，下模座的上表面上固设有与凸模配套使用的凹模A和凹模B，凹模A和凹模B围成中间带有通孔的环状结构的凹模型腔，凹模型腔内的凹模A和凹模B的侧壁上分别设有相互对称的微通道，可广泛应用于微通道结构精密制造领域。

技术领域

本发明属于微通道结构精密制造领域，具体涉及一种双金属微通道挤压复合与成形一体化装置和方法。

背景技术

随着微小型器件结构的不断微型化，器件内部的物质和能量输运均受到了微小空间的限制，使得高功率器件面临功率过高所带来高能量及快速热输运问题。由微电子器件温度敏感性所带来的芯片热控制问题也不断突显。电子器件工作的可靠性对温度十分敏感，任何设计精良的电子设备在长期过热及不均匀热应力的作用下都会发生故障或失效。一般电子器件工作温度应在130℃以下。著名的10℃法则指出：当电子器件的温度在70-80℃水平上每增加10℃，可靠性就会下降50%。美国曾对机载电子设备全年的故障进行了分析，发现50％以上的故障是由各种环境因素所致，而这其中55％是超温而引起的。散热问题成为制约电子设备发展的瓶颈。因此开发新型的强化散热技术及高效率散热器以完善热设计和热控制方案已迫在眉睫。

1981年Tukerman和Pease针对高热流密度微电子冷却问题，提出了最早的微型化散热器件-微通道散热器。微通道散热器由平行排布的核心散热单元微通道组成，通过内部流过的流体(工质)以强迫对流的方式散逸微电子器件的热量。微通道的特征尺寸在亚毫米量级，当微通道尺度微细化之后，面积体积比显著增大，表面作用增强，热传递效率能比常规尺度提高2-3个数量级。相对于风冷方式、热管喷雾冷却等传统冷却方式，微结构冷却方式以其散热量大、结构紧凑、低热阻、薄片型、轻便等特点将成为解决未来电子器件散热问题的最佳途径之一。微通道散热器的核心部件是微通道，其通道宽度为10-1000μm，属于介观尺度范畴，因此微通道构件精密制造对微细加工技术提出了更高的要求。近年来，各种各样的微细加工技术被应用于加工微型换热器，如化学蚀刻技术、X射线光刻法(LIGA)、微铣削加工技术以及离子束加工技术等。化学刻蚀技术通过化学腐蚀方法去除材料，可以加工微米级微通道，存在成本高、环境污染、化学刻蚀剂不安全等缺点。X射线光刻法包括X光深度同步辐射光刻，电铸制模和注模复制三个工艺步骤，可以加工大高宽比、高质量微通道，存在成本高、加工效率低等缺点。微铣削加工技术具有可加工材料较为广泛、加工表面精度高等优点，存在加工效率低、需要价格昂贵的微钻头、成本高等缺点。离子束加工技术可以加工微纳尺度高精度的微通道，存在成本高、加工效率低等缺点。为了进一步促进微通道散热器在微型化产品中的推广应用，迫切需要开发具有效率高、成本低、易于实现批量化生产的新的微细加工技术。

塑性成形技术具有加工效率高、材料利用率高、制造成本低、零件性能优良和尺寸精度高等特点，可以解决现有微细加工技术在一些方面存在的不足，实现微通道构件低成本、高质量、高效率的批量化生产，推进微通道散热器在MEMS领域的应用。

中国专利文献CN102601529A(专利申请号201210084857.7)公开了一种提高飞秒激光制备微通道加工效率的方法。如下步骤：步骤一：利用飞秒激光系统产生飞秒脉冲激光，利用半波片和偏振片的组合调整能量，通过脉冲整形器把飞秒激光调制为飞秒间隔的脉冲序列；步骤二：把步骤一所得到的脉冲序列激光通过反射镜反射到物镜中聚焦，并借助CCD和照明光源成像，移动6维精密电控平台，使激光焦点位于水平放置于6维精密电控平台的样品的下表面；步骤三：计算机控制6维精密电控平台沿激光的传播方向运动，即可在样品上加工出微通道。本发明通过脉冲整形器把飞秒激光调制为飞秒间隔的脉冲序列，从而提高了微通道的制备效率。而且无需引入振动源，所以该方法不会降低精密加工的可控性。