发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含铜/金刚石烧结吸液芯的复合VC散热器及其制备方法，所述复合VC散热器内有孔隙结构合理、导热性能优异、散热面积广、亲水性好的铜/金刚石烧结体作为毛细吸液芯，内置或外置高导热铜/金刚石复合板，从结构与材料的协同下最大化的提高散热性能，更好的满足新一代高功率电子器件散热需求。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明一种含铜/金刚石烧结吸液芯的复合VC散热器，所述VC散热器包含下壳板，所述下壳板内表面中心位置设置有凹腔，外表面中心位置设置与凹腔平面尺寸一致的凸台，所述凸台表面或凹腔表面设置有铜/金刚石复合板，所述凸台表面设置有有铜/金刚石复合板时，所述凹腔表面直接设置三维多孔结构的铜/金刚石烧结体，所述凹腔表面设置有铜/金刚石复合板时，再于铜/金刚石复合板表面设置三维多孔结构的铜/金刚石烧结体，所述铜/金刚石烧结体的孔隙率为40-80％，优选为50-75％。

发明人发现，将铜/金刚石烧结体的孔隙率控制在上述范围，多孔材料内部孔隙多，联通通道多，孔径合理，有利于工质液体流动，提高VC板散热性能。

在实际应用过程中，芯片安放于VC散热器的外表面的中心位置，本发明在下壳板的中心位置设置与芯片尺寸匹配的凸台，相应的下壳板内表面的中心设置有凹腔，其中凹腔的尺寸与凸台的尺寸对应，下壳板凹腔内吸液芯与芯片在垂直方向一致，是热流密度最大的地方，因此，在本发明中，将凹腔内设置为孔隙结构合理、导热性能优异、散热面积广、亲水性好的铜/金刚石烧结体作为吸液芯，可以大幅的提高整个VC散热器的散热性。而在凹腔内或凸台上进一步的设置铜/金刚石复合板可以进一步的提升散热性。

在本发明中，下壳板的内表面是指与上壳板相配合形成空腔的表面。

优选的方案，所述铜/金刚石复合板的平面尺寸与凸台及凹腔的平面尺寸一致，所述铜/金刚石复合板的厚度为1-2mm，所述铜/金刚石复合板中，金刚石的质量分数为10-70％,优选为30-50％。

在本发明中铜/金刚石复合板为致密材料。

优选的方案，所述铜/金刚石烧结体中，金刚石的质量分数为10～90％，优选为35-60％。

优选的方案，所述下壳板内表面沿宽度方向均匀间隔设置有若干支撑柱，同时下壳板内表面的中心设置有凹腔，所述毛细吸液芯A均匀分布于任意两根支撑柱中间形成的通道中，所述毛细吸液芯A选自丝网金属，金属粉末烧结体，金属纤维烧结体，泡沫金属、铜/金刚石烧结体中的一种或多种，优选为铜/金刚石烧结体。

优选的方案，所述铜/金刚石烧结体的制备过程为：将金刚石颗粒沉积过渡层，然后再于含过镀层的金刚石颗粒表面镀铜，获得含铜包覆层的金刚石颗粒，然后将含铜包覆层的金刚石颗粒与铜粉混合，获得混合粉末，松装于石墨模具中，进行烧结，即得铜/金刚石烧结体。

进一步的优选，所述过渡层材料选自镍、铌、钽、钛、钴、钨、钼、铬中的一种或多种的复合，所述过渡层的厚度为0.5-30μm。

在本发明中，只要能满足过渡层的厚度，结合性好的要求，对过渡层的制备方法不受限制，如可以采用现有技术中的电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积中的一种。

更进一步的优选，所述过渡层采用磁控溅射的方法获得，所述磁控溅射的沉积功率为100-300W，磁控溅射的沉积时间为20-90min。

进一步的优选，所述金刚石颗粒表面镀铜采用磁控溅射沉积，以铜靶为原料，沉积功率为100-300W，沉积时间为20-120min。

进一步的优选，所述铜包覆层的厚度为2-30μm，优选为2-9μm。

在铜/金刚石烧结体的制备过程中，需要通过控制沉积参数，控制铜包覆层的厚度为2-30μm，若铜包覆层过薄会导致其粘结作用难以发挥，在烧结过程中金刚石颗粒容易与铜脱离，烧结后吸液芯整体机械强度过低，而若铜包覆层过厚会增大金刚石周围低导热金属材料含量，相当于变相降低金刚石含量，从而降低整体导热性能。

进一步的优选，所述铜粉的粒径为40-150μm，金刚石颗粒的粒径为75-500μm。

在本发明中，通过将铜粉、金刚石颗粒的粒径控制在上述范围内，再结合铜、含铜包覆层在金刚石中的占比，可以有效控制本发明所得铜/金刚石烧结体的孔隙率。

更进一步的优选，所述铜粉的粒径60-150μm，金刚石的粒径为150-500μm。

进一步的优选，混合粉末中，含铜包覆层的金刚石颗粒的质量分数为10～100％。优选为20～70％，进一步优选为40-50％。

在本发明中，将混合粉末松装于石墨模具中是非常重要的，且在没有正压力的情况下进行固相烧结，由于颗粒间存在间隙，故而可获得松散的颗粒状的三维多孔铜/金刚石烧结体。

进一步的优选，所述烧结在真空气氛或还原下气氛进行，烧结的温度为700-1000℃，优选为800-950℃，烧结的时间为30-90min。

更进一步的优选，所述烧结的升温过程为：先以4-12℃/min，优选为5-10℃/min的速度升温至700-750℃，然后再以1-5℃/min，优选为2-4℃/min的速度升温至800-950℃，保温30-90min。

发明人发现，由于金刚石与铜之间的热膨胀系数有差异，在不掺入其他的金属，共烧结时，升温速率过快将导致界面处剥离，很容易使铜与金刚石发生剥离，而按上述升温程序，则可保证铜与金刚石的结合。

优选的方案，所述VC散热器还包含上壳板，所述上壳板与下壳板通过焊接成型内部形成空腔，所述上壳板中均匀分布毛细吸液芯B，所述毛细吸液芯B选自丝网金属，金属粉末烧结体，金属纤维烧结体，泡沫金属其中的一种或多种，所述空腔中含有工质液体。

本发明一种含铜/金刚石烧结吸液芯的复合VC散热器的制备方法，包括如下步骤：将毛细吸液芯B安放于上壳板中，烧结，将毛细吸液芯B固定于上壳板上，然后在下壳板凹腔处扩散焊接铜/金刚石复合板，然后再将烧结吸液芯A、铜/金刚石烧结体置于烧结固定模具上模中，下壳板置于烧结固定模具下模中，并确保烧结吸液芯A均匀分布于下壳板任意两根支撑柱中间形成的通道中对应的位置，而铜/金刚石烧结体位于下壳板内表面中心凹腔对应的位置，锁紧固定，得到烧结固定模具，将烧结固定模具置于真空气氛或还原性气氛下于750-950℃烧结，将毛细吸液芯A、铜/金刚石烧结体固定于下壳板上，将上壳板与下壳板配合，边缘密封，焊接成型获得散热板，然后再焊接充液管，注入工质液体，使得工质液体占空腔体体积的5～80％，再将采用氩气电弧焊接法将充液管封口，获得焊接封口的散热板，再将散热板机加工、抗氧化处理，即得复合VC散热器。

优选的方案，所述抗氧化处理为于抗氧化剂内浸泡90-180s，于表面生成抗氧化膜。

优选的方案，所述毛细吸液芯B选自丝网金属，金属粉末烧结体，金属纤维烧结体，泡沫金属其中的一种或多种。

优选的方案，毛细吸液芯A选自丝网金属，金属粉末烧结体，金属纤维烧结体，泡沫金属、铜/金刚石烧结体中的一种或多种，优选为铜/金刚石烧结体。

本发明一种含铜/金刚石烧结吸液芯的复合VC散热器的制备方法，包括如下步骤：将毛细吸液芯B安放于上壳板中，烧结，将毛细吸液芯B固定于上壳板上，然后再将烧结吸液芯A、铜/金刚石烧结体置于烧结固定模具上模中，下壳板置于烧结固定模具下模中，并确保烧结吸液芯A均匀分布于下壳板任意两根支撑柱中间形成的通道中对应的位置，而铜/金刚石烧结体位于下壳板内表面中心凹腔对应的位置，锁紧固定，得到烧结固定模具，将烧结固定模具置于真空气氛或还原性气氛下于750-950℃烧结，将毛细吸液芯A、铜/金刚石烧结体固定于下壳板上，将上壳板与下壳板配合，边缘密封，焊接成型获得散热板，然后再焊接充液管，注入工质液体，使得工质液体占空腔体体积的5～80％，再将采用氩气电弧焊接法将充液管封口，获得焊接封口的散热板，再将散热板机加工、抗氧化处理，再将铜/金刚石复合板扩散焊接于下壳板外表面的凸台上，即得复合VC散热器，即得复合VC散热器。

优选的方案，所述抗氧化处理为于抗氧化剂内浸泡90-180s，于表面生成抗氧化膜。

优选的方案，所述毛细吸液芯B选自丝网金属，金属粉末烧结体，金属纤维烧结体，泡沫金属其中的一种或多种。

优选的方案，毛细吸液芯A选自丝网金属，金属粉末烧结体，金属纤维烧结体，泡沫金属、铜/金刚石烧结体中的一种或多种，优选为铜/金刚石烧结体。

有益效果

现阶段VC散热器件采用的毛细吸液芯主要为烧结金属，丝网编织，加工微槽道吸液芯。吸液芯采用主要采用铜，铝，铁。此类金属材料吸液芯由于其本征热导率低，在VC散热器传热过程中产生了较大热阻，制约了VC散热性能的提升。本发明首创的制备了三维多孔结构的铜/金刚石烧结体作为毛细吸液芯应用于VC器件，得益于金刚石颗粒极高的本征热导率(1800-2000w/mk)，相较于传统烧结铜粉毛细吸液芯，本发明所得三维多孔结构的铜/金刚石烧结体作为吸液芯整体热阻更小，有助于提高VC器件整体传热性能。同时，本发明通过镀覆金属改性层解决了镀铜金刚石颗粒在烧结时界面剥离问题，本发明通过依次镀覆金属过渡层、铜包覆层，改善了金刚石颗粒与铜粉间烧结结合情况，同时有效控制了金刚石颗粒与铜粉的粒径，装粉方式、烧结程序等工艺过程从而得到了具有一定机械强度，合理孔径与孔隙率的多孔铜/金刚石烧结体。为高导热碳材料及其复合材料在相变传热器件领域的应用提出了新的解决方案。

另外，在本发明中，通过在下壳板的中心处设置凹腔，下壳板凹腔内吸液芯与芯片在垂直方向一致，是热流密度最大的地方，因此，在本发明中，将凹腔内设置为孔隙结构合理、导热性能优异、散热面积广、亲水性好的铜/金刚石烧结体，可以大幅的提高整个VC散热器的散热性，而其他的地方可以根据应用情况选择普通吸液芯，在保证散热性的情况下，又节约了成本，具有非常高的应用价值。

同时，本发明在下壳板的外表面凹腔对应的位置设置了凸台，而在凹腔内或凸台上进一步的设置铜/金刚石复合板可以进一步的提升散热性。

综上所述，本发明提供的复合VC散热器复合VC散热器内设置有孔隙结构合理、导热性能优异、散热面积广的铜/金刚石烧结体，而在凹腔内或凸台上设置有铜/金刚石复合板，从结构与材料的协同下最大化的提高散热性能，更好的满足新一代高功率电子器件散热需求。