[发明专利]制备微波固态电路耐蚀液冷冷板的方法

说明书

本发明公开的一种制备微波固态电路耐蚀液冷冷板的方法，旨在提供一种结构简单紧凑,可靠性较高且高耐蚀性冷板的制备方法。本发明通过下述技术方案予以实现：把瓷环管穿在电极上，根据冷板设计文件制作冷板铸造模型，将穿有瓷环管的电极预先埋入在冷板成型模具中，固定导电电极的端头进行冷板铸造并脱模，获得预先埋入穿有磁环管电极的冷板；然后将穿有磁环的电极接在微弧氧化系统中形成导电通路，通电对冷板外表面及其内部流道进行微弧氧化表面防护处理；在冷板工件表面及内部流道表面形成微弧放电形成微弧氧化层，完成微弧氧化后，从冷板流道口抽出穿有磁环的电极，就获得了冷板流道内壁表面以及冷板外表面共微弧氧化的高耐蚀冷板及其流道。

技术领域

本发明涉及一种高功率高发热密度电子设备中广泛使用的液冷冷板的制备方法,尤其是制备高耐蚀性复杂流道冷板的方法。

背景技术

由于超大规模集成电路(VLSIC)、专用集成电路(ASIC)、超高速集成电路(VHSIC)等微电子技术的不断发展,现代电子装备正在向小型化、轻量化、高工作频率、高可靠和低成本等方向发展，微电子元器件和设备的组装密度迅速提高，固态电路、集成电路、大规模集成电路电子设备开始向小型、超小型和微型组装方向发展。电子设备元件的工作温度限度是有限的，工作温度不得超过允许值，如果温度过高，将导致电子元件性能降低直至失效。电子设备元件工作温度主要指电子元件的结点温度，元件结点至冷却流体的总热阻由三部分组成，即内部热阻、外部热阻和系统热阻。内部热阻是指元件发热区到元件安装面之间的热阻；外部热阻是指元件安装面到基板的接触热阻；系统热阻是指基板与冷却流体之间的热阻。微波固态电路因其具有制作重复性好，性能优良，调整方便，体积小，重量轻，可靠性高等优点，目前得到了广泛的应用。微波固态电路一般结构形式复杂，功率高，接收增益也高，因而其热流密度也非常高，随着电子元器件的组装密度不断提高,其热流密度急剧增加,体积缩小热流密度变得更大，对冷却技术提出了更高的要求。研究表明，芯片级的热流密度已经超过250W/cm²，电子设备的失效率有55％是温度超过规定值引起的。过热是电子产品失效的主要原因之一，半导体元件的温度每升高10℃，其可靠性就会降低50％，因而液冷成为高功率高发热密度电子设备的首选冷却方式。液冷又称水冷，它是以单相液体作为冷却介质的一种散热方式。液冷系统主要由冷板、循环管路、泵、外部换热器四部分组成。其工作原理比较简单，冷却工质在泵的作用下流经冷板内将电子元件产生的热量带走，再经过外部换热器将热量散出，冷却后的液体再次流回冷板，如此循环往复来达到热控制的目的。由于液冷冷板冷却方式结构简单、冷却效率高以及可与微波固态电路进行共形集成等优点。因此液冷冷板是高功率高发热密度电子设备中最广泛使用的冷却结构形式之一，并广泛的应用在高可靠性的微波固态电路中。目前微波固态电路采用的冷却方式主要包括风冷和液冷，两种冷却方式各有优缺点。风冷技术的优点主要是结构简单，重量轻。但是，随着微波固态电路热流密度不断地提高，采用传统的风冷方式已难以满足散热要求，风冷技术已经越来越无法满足微波固态电路基本的冷却要求。液冷方式冷却效果好，温度一致性高，可适应高的热流密度，提高了系统的可靠性和寿命。越来越多的微波固态电路冷却系统都集中在了强迫液冷的冷却方式上。通常液冷组件结构液冷组件由以下几部分组成：进、出液快速接头、起拔器和锁紧机构、屏蔽盖板、高密度和高可靠性的电连接器、功率管及微带板电路、液冷冷板等。液冷冷板起着机械支撑和对流换热的双重作用，是液冷组件的核心，要求其结构简单紧凑，表面传热系数高，温度梯度小，均温性较好，能有效降低集中热负载的热点温度，可靠性较高.冷板的几何尺寸由固态组件电路所决定，流道的初步设计由功率管的位置决定，且采用易于加工的方形通道.其材料选用导热性能好、重量轻的LD31。但单位温差传热功率越大，对于同一种冷却流体来说，冷板效率越高。结构紧凑，重量轻是衡量冷板性能的一个重要指标。由于传热是一个复杂的过程，涉及的因素又如此之多，因此难以找到单项的评价标准来比较各种冷却液体的冷却效果。冷板的基材通常选用导热性能很好的铜、铝等金属材料，其目的是为了使冷却剂以能够克服冷却回路中总流体摩擦热所需的流量进行循环。流体一般为水、乙二醇、碳氟化合物等冷却剂，冷板采用空芯结构，液体流道截面通常为矩形、蜂窝状或回旋状的结构形式。冷却液要求有良好的热特性、高的稳定性、与金属材料接触时化学稳定性高、在工作温度范围内不挥发、不产生态的变化、有良好的物理性能和电性能等特性。液冷工质的选用必须考虑以下因素：冷却液的导热性能、冷却液的冰点和粘度、冷却液的沸点和分解温度、冷却液的绝缘温度、冷却液的腐蚀性即与金属材料接触时化学稳定性、冷却液的可燃性、毒性、费用等，常用的冷却液有水、乙醇、甲醇、乙二醇、二甲烷饱和溶液等。目前冷板微通道中的散热一般采用的乙二醇类冷却液冷，该冷却液介质在工作状态下会分解产生对冷板流道进行腐蚀的乳酸等物质，给电子装备的长期可靠工作带来很大的风险。目前，一般采用化学氧化技术或自流平漆进行铝制冷板流道内部的防护处理，化学氧化膜很薄，另外比较软，根据相关分析会加速冷板流道的腐蚀，另外流道内部涂层在冷却液的长期作用下也会很快失效。