江西坤遠(yuǎn)乾新材料科技有限公司
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新型插片式石墨治具
5G時(shí)代，對(duì)數(shù)據(jù)處理能力需求的快速增長(zhǎng)將帶來芯片功率密度的不斷增加，數(shù)據(jù)傳輸速度的提高及使用的便利性要求將帶來移動(dòng)終端設(shè)備集成度的不斷提高，由此會(huì)帶來更高的散熱需求。超薄均溫板（Ultra thin Vapor Chamber，以下簡(jiǎn)稱超薄VC）因能夠快速傳導(dǎo)并轉(zhuǎn)移CPU熱點(diǎn)廢熱而被廣泛關(guān)注，多家品牌終端采用超薄VC做為5G智能手機(jī)的重要散熱零件。
小米10 Pro超大面積VC散熱
目前，超薄VC普遍采用蝕刻制程成型上下腔體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并經(jīng)石墨夾具定位壓合，在燒結(jié)爐中高溫焊接。
石墨夾具是超薄VC銅網(wǎng)燒結(jié)與上下蓋焊接的承載體，其設(shè)計(jì)的合理性將關(guān)乎燒結(jié)焊接的質(zhì)量，進(jìn)而影響良率，成本以及超薄VC在5G手機(jī)中的普及率。
以銅網(wǎng)燒結(jié)為例，業(yè)界流行的制程是將點(diǎn)焊銅網(wǎng)后的VC上蓋，水平鋪置在板狀石墨夾具上，并在高度方向堆放至10層左右，然后置于燒結(jié)爐中加溫?zé)Y(jié)。燒結(jié)過程，藉由石墨的良好耐高溫導(dǎo)熱性，燒結(jié)熱量經(jīng)石墨夾具與超薄VC上蓋及銅網(wǎng)的壓合接觸面?zhèn)鲗?dǎo)
板式超薄VC焊接石墨夾具
燒結(jié)過程，石墨夾具將在以下幾個(gè)方面影響銅網(wǎng)與上蓋焊接的品質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致銅網(wǎng)導(dǎo)水性能的差異：
（1）石墨夾具重量大，影響加熱效率及燒結(jié)參數(shù)的設(shè)定。
燒結(jié)爐子中的石墨要升溫到焊接溫度，但大面積的石墨夾具要吸收大量熱量，達(dá)成焊接點(diǎn)的升溫過程耗費(fèi)大量時(shí)間。同時(shí)，各型號(hào)超薄VC產(chǎn)品的夾具體積不同重量不同，燒結(jié)過程需制定不同的升溫曲線，工藝參數(shù)制定復(fù)雜多變。
（2）焊接體系，溫度梯度大。
眾所眾知，石墨在面內(nèi)具有較高的導(dǎo)熱速率，而面間導(dǎo)熱系數(shù)低，熱量在石墨夾具內(nèi)的傳導(dǎo)狀態(tài)為各向異性，而多達(dá)10層的堆放系統(tǒng)存在復(fù)雜的溫度差。簡(jiǎn)單的說，各層的超薄VC產(chǎn)品受熱不均勻，焊接效果存在差異。
（3）不同堆放層焊接產(chǎn)品受力狀態(tài)存在差異。
由于是水平堆放，各層VC產(chǎn)品所受壓應(yīng)力存在梯度。例如10層堆放的情況下，底層承受了上面9層石墨夾具的壓應(yīng)力，而頂層產(chǎn)品沒有石墨夾具的壓應(yīng)力，受力情況的不同，導(dǎo)致銅網(wǎng)焊接效果的差異。
（4）石墨夾具受熱變形，導(dǎo)致上蓋與銅網(wǎng)的壓合效果存在差異。
石墨夾具在長(zhǎng)時(shí)間高溫?zé)Y(jié)過程存在微小形變，引起同一板或不同層夾具上的超薄VC銅網(wǎng)與上蓋的壓合力分布存在差異。
（5）占用爐腔空間，爐腔空間利用率低。
大片的石墨夾具，占用了大部分的爐腔空間，容納產(chǎn)品數(shù)量有限，爐腔空間利用率不足，產(chǎn)能低。
板式石墨夾具在爐中的堆放情況
因超薄VC為定制化產(chǎn)品，各型號(hào)產(chǎn)品外形尺寸不盡相同，而板式石墨夾具又存在以上種種弊端，業(yè)界有必要重新探討石墨夾具的設(shè)計(jì)，將夾具對(duì)超薄VC焊接的影響降到低。
經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)探索，江西坤遠(yuǎn)乾新材料科技有限公司對(duì)超薄VC石墨夾具提出了全新的認(rèn)識(shí)，開發(fā)出一種創(chuàng)新型超薄VC焊接夾具方案——新型插片式超薄VC石墨夾具，直擊傳統(tǒng)石墨夾具的痛點(diǎn)。
坤遠(yuǎn)乾將水平堆放的大片板狀超薄VC石墨夾具，化整為零，顛覆板狀?yuàn)A具的布設(shè)架構(gòu)，提出了垂直插片式夾具新型解決方案。以下，我們將從幾個(gè)方面探討此方案的優(yōu)點(diǎn)及革新之處。
（1）仿形插片夾具垂直堆放，產(chǎn)品受力情形一致。
仿形插片夾具，采用垂直堆放方式，超薄VC產(chǎn)品在焊接面上不受夾具本身壓力作用，不同堆放位置的產(chǎn)品在焊接面上受到的壓合力大小一致，保障了焊接品質(zhì)的一致性。
（2）爐腔空間利用率高。
為改善夾具變形，板狀超薄VC石墨夾具需保證一定的厚度以便維持整體強(qiáng)度，夾具的體積較大造成爐腔空間利用率低下。仿形插片石墨夾具不需要用本體強(qiáng)度來抵抗變形，夾具可以設(shè)計(jì)得小巧輕薄，提高了爐腔空間利用率。同等大小爐腔下，采用仿形插片式石墨夾具，產(chǎn)能提升。
（3）小巧輕薄的夾具本體，導(dǎo)熱更快速，受熱更均勻，不同堆放位置的產(chǎn)品能較好的保證受熱一致性，有利于提升焊接質(zhì)量的一致性；
（4）大幅降低石墨夾具材料成本；爐腔利用率提高，單片產(chǎn)品的夾具材料用量大幅降低。
（5）克服了水平堆放石墨夾具的形變影響，焊接品質(zhì)更高；
坤遠(yuǎn)乾新型插片式超薄VC石墨夾具
超薄VC的焊接封裝一直是量產(chǎn)難點(diǎn)，而廠家往往忽視了焊接夾具的微小結(jié)構(gòu)變化及夾具材料的導(dǎo)熱特性，焊接體系的受力及受熱等工藝細(xì)節(jié)，焊接品質(zhì)一致性不高成為普遍存在的問題。坤遠(yuǎn)乾從基礎(chǔ)原理上顛覆性新型插片式超薄VC石墨夾具，從焊接體系的受熱受力等根源問題著手，不失為值得業(yè)界引入開發(fā)的革新方案。
作者：黃雨林
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