微通道冷板低溫釬焊技術(shù)研究

1、微通道冷板低溫釬焊技術(shù)研究 【摘 要】本文采用 Sn/Pb 共晶釬料， 研究了低溫空氣 爐釬焊鍍銀鋁合金（3A21）微通道液冷冷板的工藝技術(shù)，微 通道寬度為0.5mm，通過剪切力學(xué)、X射線、水壓密閉性三 種手段對冷板的焊接質(zhì)量進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面釬縫的剪 切強(qiáng)度為44MPa、冷板流道內(nèi)未出現(xiàn)堵塞和液體泄漏現(xiàn)象。 【關(guān)鍵詞】微通道冷板；鋁合金；低溫釬焊 0 引言 隨著雷達(dá)等電子設(shè)備逐漸向小型化、集成化發(fā)展，各種 元器件的集成度越來越高，封裝密度越來越大，導(dǎo)致電子設(shè) 備的熱流密度急劇上升。傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)已無法滿足高熱流 密度器件的散熱需求，需采用更為高效的液冷冷卻技術(shù)，而 液冷冷卻技術(shù)的關(guān)鍵部件

2、為液冷冷板，其質(zhì)量的高低直接影 響到整部雷達(dá)工作的可靠性 1-3。微通道液冷冷卻系統(tǒng)能夠 極大地增大微通道散熱器單位體積的換熱面積，從而大幅提 高電子設(shè)備的散熱能力，其通常先采用機(jī)械加工流道結(jié)構(gòu)， 再通過焊接的方式將流道密封，焊接方式通常有真空釬焊、 真空擴(kuò)散焊、攪拌摩擦焊等，對于上述三種焊接方法通常情 況下可以滿足雷達(dá)產(chǎn)品對常規(guī)冷板的質(zhì)量要求，但產(chǎn)品在預(yù) 研階段，往往批量小、類型多，尤其對微通道冷板來說，其 體積僅有常規(guī)冷板的 1/5 左右，采用上述三種加工手段成本 較高。為此，本文作者采用一種成本低并滿足產(chǎn)品測試階段 質(zhì)量要求的微通道冷板成型技術(shù)，從而有效降低預(yù)研階段微 通道冷板的加工成本

3、、提高效率、縮短研產(chǎn)周期。因此，本 文重點(diǎn)研究了低溫空氣爐釬焊成型微通道冷板的工藝技術(shù)。 1 試驗(yàn)方法 1.1 實(shí)驗(yàn)材料 微通道冷板材質(zhì)為鋁合金(牌號：3A21 )。釬料采用美 國樂泰(LICTITE SN63CR32AGS89.5型錫焊膏。由于錫焊膏 在鋁合金表面不潤濕，無法直接釬焊鋁合金，因此本文采用 在鋁合金表面鍍銀的方法來滿足低溫錫焊條件，鍍銀層厚度 為 15 卩 m (Cu15Ag15)。 1.2 冷板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 冷板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用 UG7.0完成三維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1( a) 所示，冷板內(nèi)部流道由于無法直接成型，將冷板拆分為槽板 和蓋板兩部分，槽板見圖1 (b)所示，蓋板為厚度 3mm的

4、 平板，流道寬度為 0.5mm，微通道截面尺寸為 0.5 x 3mm , 筋板厚度為1mm，槽板和蓋板均采用數(shù)控機(jī)床加工成型。 1.3冷板成型與檢測設(shè)備 微通道冷板加工采用數(shù)控機(jī)床加工，加工刀具的刃徑為 0.5mm、刃長為5mm，加工參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速 16500r/min , 進(jìn)給速度200mm/min，切削深度0.16mm。焊接采用8Kw箱 式電阻爐，焊接參數(shù)為 260 C,當(dāng)爐溫穩(wěn)定在 260 C時(shí)入爐 焊接，保溫時(shí)間為 30mim 。冷板流道內(nèi)部質(zhì)量采用德國依科 視朗國際有限公司(YXLON的Y.Cougar SMT型X射線檢測 儀；水壓密閉性測試采用上海金威工具公司的手動(dòng)試壓泵。 2

5、試驗(yàn)結(jié)果與討論 2.1 微通道冷板焊接成型 冷板焊接部位需要預(yù)置錫焊膏，本文設(shè)計(jì)并制備了方格 陣列的網(wǎng)板作為釬料預(yù)置輔助工具，見圖2(a)所示，網(wǎng)板 采用厚度為 0.15mm 的不銹鋼薄板經(jīng)過激光切割而成，可有 效保證焊錫膏預(yù)置的均勻性，焊錫膏均勻預(yù)置在蓋板一側(cè)， 效果參見圖2 (b)所示。 將涂有釬料的冷板槽板和蓋板按照圖3( a)所示裝卡， 裝卡時(shí)蓋板在下，槽板在上，防止釬料熔化后流入流道內(nèi)而 堵塞，焊接采用剛性的U-型工裝裝卡；焊接溫度為260 C, 保溫30min ,見圖4 (a)插圖所示，當(dāng)爐溫穩(wěn)定在260C時(shí)， 將裝卡好的冷板放入爐中，直至焊接完成，隨后從爐膛取出 空冷至室溫，焊接

6、成型后的冷板如圖4 (a)所示。冷板焊接 完成后，采用機(jī)械加工的方式將外型尺寸加工到設(shè)計(jì)尺寸， 如圖4 (b)所示。 2.2 微通道冷板測試 1) 釬縫力學(xué)性能檢測 檢驗(yàn)冷板釬縫的強(qiáng)度，將搭接的力學(xué)性能試片隨爐進(jìn)行 焊接，試片尺寸為 50 x 10 x 3mm，搭接寬度約為3mm，參 加圖5 （a）所示，隨爐試片數(shù)量為四組，經(jīng)力學(xué)性能測試后 平均值為42MPa，斷裂后試樣如圖5 （b）所示。 2）X 射線檢測 采用 X 射線對冷板內(nèi)部流道情況進(jìn)行分析，參見圖6 所 示，流道內(nèi)部影像襯度未出現(xiàn)明顯變化，說明冷板通道內(nèi)部 無雜物及釬料堆積，流道沒有出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。另外，流道焊 接面（即襯度相對較暗區(qū)

7、域）出現(xiàn)白色斑狀影像，這可能歸 結(jié)于 Sn/Pb 焊料中的釬劑殘留，其對冷板密閉性的影響需進(jìn) 一步進(jìn)行水壓密閉性測試。 3）水壓密閉性檢測 水壓測試參數(shù)為：0.8 MPa，保壓30min。結(jié)果表明，在 規(guī)定的壓力和保壓時(shí)間下，冷板無滲水、漏水現(xiàn)象，說明冷 板的密閉性完好。 3 結(jié)論 1 ）微通道冷板焊前應(yīng)進(jìn)行鍍銀處理， 并采用 Sn/Pb 共晶 釬料。 2）通過剪切力學(xué)、 X 射線、水壓密閉性三種手段對冷板 的焊接質(zhì)量進(jìn)行分析， 結(jié)果表明： 釬縫的剪切強(qiáng)度為 44MPa， 冷板流道內(nèi)未出現(xiàn)堵塞及液體泄漏現(xiàn)象。 3）在空氣爐中實(shí)現(xiàn)微通道液冷冷板的焊接，該方法效 率高、成本相對較低。 4）采用低溫釬焊技術(shù)焊接的微通道冷板，可以滿足預(yù) 研小批量產(chǎn)品的測試需求，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。 【參考文獻(xiàn)】 1 宋君.相控陣?yán)走_(dá)冷板的加工技術(shù)研究J 電子機(jī)械工 程， 2002， 1 8（ 3）： 59-62. 2 張兆光.固態(tài)有源相控陣?yán)走_(dá)冷卻技術(shù)探討J 現(xiàn)代雷 達(dá)， 1 996， 1