熱管或均熱板用泡沫銅表面銀沉積改善界面結(jié)合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過冶金擴散反應(yīng)來提高界面結(jié)合的一種方法。通過超薄泡沫銅表面銀的沉積，來提高泡沫銅與熱管的銅管內(nèi)壁或均熱板的銅板之間高溫真空或還原處理過程中的界面結(jié)合，并提高熱管和均熱板相應(yīng)器件的可靠性。
【背景技術(shù)】
[0002]目前半導(dǎo)體電子器件通常散熱方法之一是采用熱管(HeatPipe)和均熱板(VaporChamber)來實現(xiàn)。因為熱管和均熱板內(nèi)壁通常需要具有毛細(xì)微結(jié)構(gòu)的真空腔體，當(dāng)熱由熱源傳導(dǎo)至熱管或均熱板的某一區(qū)域稱蒸發(fā)區(qū)時，腔體里面的液相介質(zhì)會在高真空度的環(huán)境下，開始發(fā)生相變，由液相轉(zhuǎn)為氣相，吸收熱能并且體積迅速膨脹，快速充滿整個蒸汽腔，其中熱管的蒸汽腔可近似看作一維結(jié)構(gòu)、均熱板的蒸汽腔可近似看作二維結(jié)構(gòu)，當(dāng)相應(yīng)的氣相介質(zhì)快速通過蒸汽腔，傳導(dǎo)到另一端或周邊較冷的區(qū)域時便發(fā)生凝結(jié)現(xiàn)象，借由氣-液轉(zhuǎn)變釋放出相變潛熱，凝結(jié)后的液相介質(zhì)，借由內(nèi)壁上多孔微結(jié)構(gòu)的通道，利用毛細(xì)現(xiàn)象快速回流到熱源的蒸發(fā)端，此相變過程將在腔體內(nèi)進(jìn)行快速循環(huán)，這就是熱管和均熱板的工作過程。通常熱管和均熱板的內(nèi)壁的毛細(xì)材料采用編織銅網(wǎng)、燒結(jié)銅粉和泡沫銅結(jié)構(gòu)，其中銅粉燒結(jié)結(jié)構(gòu)與銅管或銅板的結(jié)合取決于燒結(jié)溫度和時間，但燒結(jié)銅粉大面積表面平整度和厚薄均勻性難以有效控制，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。但編織銅網(wǎng)和泡沫銅結(jié)構(gòu)就存在與銅管內(nèi)壁或銅板之間的結(jié)合問題，如這一結(jié)合效果不好，將影響熱管或均熱板的可靠性。為了解決編織銅網(wǎng)或泡沫銅與銅管內(nèi)壁或銅板之間結(jié)合效果的難題，通常的途徑就是對編織銅網(wǎng)和泡沫銅表面進(jìn)行合適的處理，便于其在高溫下與銅管內(nèi)壁和銅板內(nèi)表面之間實現(xiàn)有效的擴散結(jié)合，為此提出了本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了提高超薄泡沫銅作為吸液芯材料用于電子熱管理器件如熱管和均熱板上，確保超薄泡沫銅與熱管的銅管內(nèi)壁或均熱板的銅板之間良好的界面結(jié)合，提出了對超薄泡沫銅進(jìn)行銀的沉積處理。當(dāng)超薄泡沫銅表面沉積一層銀后用于制備熱管和均熱板的吸液芯，在700-800 °C的真空或氫還原氣氛下，超薄泡沫銅表面沉積的銀將容易與銅管內(nèi)壁或銅板之間實現(xiàn)良好的界面擴散，使得超薄泡沫銅與銅管的內(nèi)壁或銅板之間的有效結(jié)合。
[0004]超薄泡沫銅表面銀的沉積采用兩種方法:(1)是化學(xué)鍍；(2)置換反應(yīng)。超薄泡沫銅采用江蘇格業(yè)新材料科技有限公司超薄的分級構(gòu)造泡沫銅，其孔徑大小在數(shù)百納米到數(shù)百微米之間，孔隙率在40-90%可選擇。該材料本身具有很好的毛細(xì)特性，采用上述的兩種方法在泡沫銅表面非常容易實現(xiàn)銀的沉積。
[0005]化學(xué)鍍銀的方法主要采用濃度為0.1M至0.5M的硝酸銀溶液和氨水，將加入適量的甲醛水溶液作為還原液，加速反應(yīng)和銀的沉積速度。
[0006]置換反應(yīng)的方法也采用0.1M至0.5M的硝酸銀溶液，可采用加入適量的氨水和提高溫度來促進(jìn)反應(yīng)的快速進(jìn)行。
【附圖說明】
[0007]圖1泡沫銅化學(xué)鍍銀后用作熱管吸液芯的結(jié)構(gòu)簡圖圖2泡沫銅化學(xué)鍍銀后用作均熱板吸液芯的結(jié)構(gòu)簡圖具體實例
例I泡沫銅表面化學(xué)鍍銀后，用于熱管的制造
如圖1所示，采用江蘇格業(yè)新材料科技有限公司制造的分級構(gòu)造泡沫銅，經(jīng)化學(xué)鍍銀后的泡沫銅，表面雖然鍍上了銀，但其需要在爐子中進(jìn)行低溫干燥和氫還原處理，加熱溫度為150-200 °C即可?；瘜W(xué)鍍銀的泡沫銅制備熱管工藝和常規(guī)的泡沫銅制備熱管工藝相似，經(jīng)計算、切割、卷曲、置入銅管內(nèi)，但還原燒結(jié)溫度可以適當(dāng)降低，在700-800 °C，處理時間需根據(jù)選擇的溫度確定，溫度低如選擇700 V，處理時間可以適當(dāng)延長至40-60分鐘；如選擇的溫度高達(dá)800 °C，則處理時間可以大大縮短，采用10-20分鐘即可。制造過程的其他部分和常規(guī)泡沫銅熱管制作方法相同。
[0008]例2泡沫銅表面化學(xué)鍍銀后用于均熱板的制造
如圖2所示，采用由江蘇格業(yè)新材料科技有限公司制造的分級構(gòu)造泡沫銅如厚度為0.3毫米孔隙率為80%，經(jīng)化學(xué)鍍銀后的泡沫銅，表面雖然鍍上了銀，但其需要在爐子中進(jìn)行低溫干燥和氫還原處理，加熱溫度為150-200 °C即可。化學(xué)鍍銀的泡沫銅制備均熱板工藝和常規(guī)的泡沫銅制備均熱板工藝相似，經(jīng)計算、測量、沖切加工和置入上蓋板和下底板內(nèi)，但還原燒結(jié)溫度可以適當(dāng)降低，可在700-800 1:之間選擇。處理時間需根據(jù)選擇的溫度確定，如溫度選擇低為700 0C ,處理時間可以適當(dāng)延長至40-60分鐘；如選擇的溫度高達(dá)800 °C，則處理時間可以縮短至10-20分鐘即可。其中支撐柱同樣采用江蘇格業(yè)新材料科技有限公司的分級構(gòu)造泡沫銅，厚度為1.0 mm,孔隙率為80%。均熱板制造工藝的其他部分和常規(guī)泡沫銅均熱板制作方法相同。
【具體實施方式】
[0009]1.泡沫銅表面通過化學(xué)鍍方法沉積銀
化學(xué)鍍銀通常以硝酸銀溶液為主，其配制的溶液濃度為0.1至0.5M，將所需沉積的泡沫銅置入硝酸銀溶液中，如果濃度大小取較高值時，在環(huán)境溫度相對高時，就可以直接發(fā)生相應(yīng)的置換反應(yīng)。為了加速反應(yīng)速度，加快化學(xué)鍍銀的沉積層速度和厚度，利用滴管加入適量的濃氨水，濃氨水的滴入量約為:2-10 mL/Lo當(dāng)硝酸銀溶液中慢慢滴入濃氨水,就開始明顯發(fā)現(xiàn)溶液顏色快速變成褐色，在泡沫銅表面也生成褐色的氫氧化銀沉淀。即發(fā)生如下反應(yīng)(I)
AgNO3 + NH3H2O (NH4OH) — Ag (OH)丨 + NH4NO3(I)溶液中形成的褐色氫氧化銀，將很快發(fā)生反應(yīng)(2)，分解成黑褐色的氧化銀沉淀，沉積在超薄泡沫銅的表面。2Ag0H —Ag2O丨+H20 (2)當(dāng)繼續(xù)加入過量的氨水時，Ag2O由反應(yīng)(3)被氨水溶解，形成無色透明的銀氨絡(luò)合物溶液:Ag20+4NH40H — 2Ag (NH3) 20H+3H20 (3)
為了減少溶液的銀的大量析出而耗損，可以將吸附無色透明的銀氨絡(luò)合物溶液的泡沫銅取出，置于潔凈的玻璃上，然后在其表面滴入甲醛，這樣在其表面特別是泡沫銅的下表面就形成銀百色的銀析出。甲醛的水溶液作為還原劑也是通過滴管少量的加入，這樣銀氨絡(luò)合離子與還原劑作用還原成銀沉積于基體材料表面上，特別是在下表層，可以用下表層作為與熱管內(nèi)壁或均熱板的銅板表面結(jié)合層。
[0010]2.泡沫銅表面的置換反應(yīng)沉積銀(不加還原劑，可以通過適當(dāng)提高濃度和溫度來實現(xiàn))
首先配制置換鍛銀的溶液，溶液濃度為0.1至0.5M的硝酸銀溶液,利用滴管濃氨水，滴入量約為:3-10 mL/L。將合適大小的超薄泡沫銅置于配好的溶液中，邊攪拌邊慢慢加入濃氨水，如上述反應(yīng)(I)和(2)相似，開始生成褐色的氫氧化銀沉淀，繼而褐色的氫氧化銀很快分解成黑褐色的氧化銀沉淀。當(dāng)繼續(xù)加入過量的氨水時，Ag2O被氨水溶解，形成無色透明的銀氨絡(luò)合物溶液，隨著溫度和時間延長，逐步在其表面形成銀白色的銀的沉積層。
【主權(quán)項】
1.本發(fā)明公開了一種通過泡沫銅表面銀的沉積，來改善其作為吸液芯材料在電子熱管理器件，如熱管和均熱板上應(yīng)用時，與銅管內(nèi)壁或銅板之間界面結(jié)合的方法。2.如權(quán)利要求1所述的銀的沉積是通過化學(xué)鍍銀的方法，來實現(xiàn)泡沫銅表面銀的沉積。3.如權(quán)利要求2所述的泡沫銅表面化學(xué)鍍銀后，其可在溫度為700-800°C范圍內(nèi)的真空或還原氣氛下，保溫20分鐘至I小時，實現(xiàn)化學(xué)鍍銀的泡沫銅其表面與熱管用銅管內(nèi)壁或均熱板的銅板之間良好結(jié)合。4.如權(quán)利要求1所述的銀的沉積可將泡沫銅置于硝酸銀溶液中，通過置換反應(yīng)的方法，來實現(xiàn)泡沫銅表面銀的沉積。5.如權(quán)利要求4所述的泡沫銅表面通過置換反應(yīng)沉積銀后,其可在溫度為700-800°C范圍內(nèi)的真空或還原氣氛下，保溫20分鐘至I小時，實現(xiàn)置換反應(yīng)鍍銀的泡沫銅其表面與熱管用銅管內(nèi)壁或均熱板的銅板之間良好結(jié)合。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種通過泡沫銅表面銀的沉積，來改善其作為吸液芯在熱管和均熱板應(yīng)用中與銅管內(nèi)壁或銅板之間界面結(jié)合的方法。泡沫銅作為關(guān)鍵的吸液芯材料在電子熱管理器件如熱管和均熱板應(yīng)用過程中，均遇到其與銅管內(nèi)壁或銅板之間界面結(jié)合的困難。通過銀在泡沫銅表面的沉積，易于實現(xiàn)高溫真空或還原氣氛下泡沫銅表面沉積的銀，與泡沫銅和銅管內(nèi)壁或銅板之間的擴散反應(yīng)，從而實現(xiàn)銀沉積的泡沫銅與銅管內(nèi)壁或銅板之間良好的界面結(jié)合，有利于提高泡沫銅為吸液芯的熱管和均熱板器件的可靠性。該方法雖增加了泡沫銅為吸液芯的電子熱管理器件制備過程的工序和成本，但操作簡單可行，提高了泡沫銅為吸液芯的熱管和均熱板等電子器件的可靠性。
【IPC分類】C23C18/42
【公開號】CN105200403
【申請?zhí)枴緾N201410289908
【發(fā)明人】施忠良, 王虎, 邱晨陽, 施忠偉
【申請人】江蘇格業(yè)新材料科技有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2014年6月26日