激光焊接技术在VC散热器件制造中的应用与发展

关键词：散热片激光焊接；VC均热板；微米级；行业唯一

技术背景

近年来随着人工智能、新能源汽车、3C消费电子及5G通信领域，电子设备及元器件对功率密度需求的爆炸性增长，据有机构预测2025-2035年散热器件行业产值年复合增长率约为10%-15%。到2035年，全球散热器件市场规模可能达到3000-4000亿美元，其中中国市场的占比可能超过30%，成为全球最大的散热器件生产与消费市场。散热器也从“辅助部件”演变为决定设备性能、可靠性与寿命的关键核心部件。

01人工智能（AI）/数据中心

追求极致算力密度下的超高散热效率，需应对GPU/ASIC高算力芯片极限热流密度，依赖高密度均热与液冷技术等尖端方案。

023C消费电子

在极限轻薄空间内平衡性能与发热，依赖超薄均热板、石墨烯等材料实现快速均热，保障用户体验。

03 新能源汽车

聚焦高安全与高可靠性，保障电池包均温性与电控系统高功率密度散热，要求散热系统轻量化、高集成。

04 通信基站

面临户外严苛环境与持续大功率工作挑战，需散热方案具备高可靠、耐腐蚀及强大的持续散热能力。

散热技术已成为突破各领域性能瓶颈、保障系统稳定运行的关键共性基础，驱动材料与系统级解决方案不断创新。这直接催生了散热设计向 “极致高效、精密复杂、集成化” 方向演进，从而对制造技术提出了革命性要求。

传统制造技术

传统散热片制造技术主要采用：钎焊、机械压合/环氧粘接及搅拌摩擦焊接等连接技术，传统方法在界面热阻、结构精度、密封可靠性和复杂几何形状适应性上无法满足新一代散热器的需求，激光焊接工艺以其独特优势逐渐成为散热片连接主流技术。

新型激光焊接工艺

激光焊接作为一种高能束、高精度、低热影响及高强度连接的焊接加工方式，焊接过程易于自动化集成，显著提升生产效率和产品一致性，非常适合高端、紧凑型散热器件的现代化高精密制造，有效解决了制造及后续使用过程中的行业难点及痛点。

激光焊接在散热器件上的制造优势：

01降低产品界面热阻及提高密封性，激光焊接过程实现材料“冶金结合”，极大降低界面热阻，焊缝成分与母材接近，接头强度高，具有良好的密封性，热传导连续性好，这是提升散热效率的最关键因素。

02控制产品变形，保证尺寸稳定性，焊接过程热输入可控、热变形极小，能避免传统焊接可能导致的翅片塌陷或整体翘曲，保证了复杂散热器（如铲齿、VC均热板）的尺寸稳定性与长期可靠性。

03针对精密结构及复杂几何形状加工，可实现精密、微小的焊缝（达到微米级别），几乎不损伤周围精密鳍片或内部微通道结构，非接触加工，可通过光学系统灵活导向，轻松实现复杂二维、三维轨迹焊接，能有效保障散热器的原有性能和外观完整性。

04可焊接材料范围广，能实现同种或异种材料（如铜-钢、铜-铝等）的高强度连接，可焊接高导热、高反射的铜、铝及其合金，有效实现材料轻量化与性能优化，为散热器设计提供更大自由度。

激光技术在散热片焊接中的应用

在散热技术领域，若论技术含量最高的产品，当属均热板以及尖端的环路热管，它们代表了当前被动式散热方案的技术巅峰。均热板已成为解决智能手机、高性能显卡芯片“热瓶颈”的关键部件。均热板（Vapor Chamber） 的技术壁垒极高，主要体现在三个方面：

精密的内在结构：其核心是内部微米级的毛细结构（如烧结铜粉）。该结构的均匀性、孔隙率和强度直接决定了传热极限和可靠性，其设计和制造工艺是行业最高机密。

极致的工艺挑战：需在超薄腔体（现已可低于0.3毫米）内实现高真空密封，并注入精确计量的工质。如何在大面积下保证腔体平整、焊接绝对可靠、长期使用不泄漏，涉及极为复杂的材料和工艺控制。

复杂的热物理设计：必须精确平衡毛细力、流体流动与相变效率，以应对芯片局部高达数百W/cm²的恐怖热流密度，设计容错率极低。

VC均热板散热原理

VC均热板核心原理：利用“液体蒸发吸热、蒸汽冷凝放热”的相变循环，高效传递热量。工作过程分为四步，形成一个闭环：

01 吸热蒸发：当热源（如CPU芯片）接触均热板底部时，热量迅速传导至内部。腔体内真空环境下的低沸点工质（如纯水） 瞬间吸收大量热量，在毛细结构（烧结铜） 表面沸腾，由液体变为蒸汽。

02 蒸汽扩散：蒸汽在腔体内部的真空环境中，急速向整个腔体（低温、低压区域）扩散，能瞬间将点状或线状热源的热量均匀地扩散到整个均热板平面。

03 冷凝放热：蒸汽到达温度较低的冷凝区（通常连接着散热鳍片）时，释放出携带的汽化潜热，重新凝结成液体。热量通过均热板外壳传给鳍片，最终被风扇气流带走。

04 液体回流：凝结的液体在多孔毛细结构产生的毛细力作用下，自动从冷凝区抽吸回蒸发区，完成循环，无需任何机械泵。

VC均热板通常是由铜、不锈钢、复合材料或者钛合金制成，上下两块封盖，内部由铜网、不锈钢或者钛网烧结成特殊毛细结构组成，相当于是把热管压成扁平化的样子。制造过程中的焊接工艺包括激光点网、上下盖合片、上下盖封边、注液体封口及周边结构件焊接等。

传统热管的导热率大概是5000-10000W/m·K，而VC均热板导热率大概是10000-20000W/m·K，是热管散热效率的两倍，甚至更高；热管可以看作是一维的点对点的传热，而VC均热板就相当于是二维的面对面散热，所以散热面积更广，单位时间内能带走的热量更多，重点是可以兼容处于不同高度的多个热源的散热。

01VC均热板-点网激光焊接

点网焊接是VC均热板散热技术中的关键工艺环节，主要用于将铜网等毛细结构与散热片基板焊接固定，形成完整的散热通道。该工艺要求高精度、高可靠性，需确保焊点均匀、牢固，且不影响散热性能。焊接过程中需要解决铜材薄、易变形等问题，保证焊接强度和密封性，以满足VC散热片在高温、高负荷环境下的稳定工作需求。这一工艺是提升VC散热效率和产品品质的核心环节之一。

针对点网焊接，大族激光手机构件及散热器焊接项目中心采用新型精密激光微焊接加工设备，通过精准的控制焊接热输入（mj级别），实现铜网与基板的局部熔合可靠连接，同时确保超薄VC片无击穿泄漏，几乎无焊接背痕，是目前行业内唯一能做到微米μm级别深度稳定控制的解决方案。

案例分享

焊接材料：0.055mm铜网+0.06mm铜片

工艺要求：铜网与铜片连接，控制焊接过程减少断丝现象，背面无击穿，保证焊接强度及无脱落。

焊接难点：保证铜网无脱落虚焊现象，微米级别加工，精准热输入，控制焊接熔深≤30μm。

针对微焊点的深度量化检测，每组参数扫描32pcs物料，无论焊点在铜网口还是网线上，深度值均在25微米以内，金相切片未发现深度超数值、铜片击穿现象。

02VC均热板-预固定激光焊接

VC均热板预固定激光焊接工艺，通过激光束聚焦能量，将VC的顶板和底板在预固定位置进行焊接，实现上下盖产品固定连接。激光焊接具有精度高、热影响区小、焊接强度大等优点，预固定工艺可提高生产效率和装配精度，适用于超薄、复杂结构的VC均热板制造，广泛应用于电子设备、数据中心等对散热要求较高的领域。

案例分享

焊接材料：0.1mm上盖铜片+0.15mm下盖铜片

工艺要求：保证具有一定强度，焊点无虚焊和击穿现象，破坏试验后，材料呈现撕裂效果。

焊接难点：焊接过程稳定，大幅面范围内振镜焊接，精准控制焊接热输入，保证熔深一致性。

03VC均热板-封边激光焊接

VC均热板封边激光焊接是确保腔体气密性的核心工艺，采用高能激光束精准熔接上下盖板边缘，形成密封焊接结构。该技术通过聚焦微米级焊缝，显著减少热变形，保障平面度与结构强度，有效减少传统钎焊的污染与能耗问题。

案例分享

焊接材料：0.15mm上盖铜片+0.2mm下盖铜片

工艺要求：铜合金VC上下盖实现密封缝焊，控制焊接变形，保证一定焊接强度。

焊接难点：焊接过程稳定性，保证熔深一致性，针对复杂焊接轨迹，保证速度一致性，精准控制焊接热输入。

04VC均热板-封口激光焊接

VC均热板激光焊接封口是通过高能量密度激光束聚焦于均热板的焊接水口部位，使金属材料瞬间熔化并融合，形成密封焊缝。该工艺具有精度高、热影响区小、密封性好等优点，能确保均热板内部真空环境和工质密封，防止泄漏，保障散热性能。激光焊接可实现微米级精度控制，适应超薄均热板（如0.2-0.3mm厚度）的焊接需求，同时减少热变形，提升产品可靠性，是现代均热板生产的核心技术之一。

案例分享

焊接材质：0.1mm Cu+0.1mm Cu 端部密封焊接

焊接要求：焊接过程稳定，无爆点及虚焊现象，产品实现密封并承受一定的气压。

05VC均热板-VC与结构件激光焊接

VC均热板与结构件的激光焊接是一种精密焊接工艺，主要用于确保VC均热板与被散热结构件的紧密连接。该工艺具有以下特点：

高精度：激光束聚焦能量集中，可实现微米级焊缝控制，确保焊接精度，避免虚焊、漏焊等问题。

热影响小：局部加热特性减少对周边材料的热变形影响，尤其适用于超薄VC均热板（如0.2-0.3mm厚度）的焊接，防止内部工质泄漏，保障散热性能。

自动化兼容：可与自动化生产线集成，提高生产效率和一致性，满足大规模制造需求。

该工艺是VC均热板散热系统的关键环节，对提升电子设备散热性能和可靠性至关重要。

案例分享

焊接材质：0.05~0.25mm Cu/SUS/复合材料+0.3~0.6mm AL/SUS/复合材料焊接

焊接要求：焊接过程稳定，外观良好，满足一定强度要求，无爆点及虚焊现象。

针对VC均热板焊接，大族激光快速开发出新型激光焊接工艺，该工艺获得国内外主要VC均热板生产厂商认可及大规模应用推广，确立了大族激光在VC均热板激光焊接领域领导者地位。

破局算力升级散热困境

在AI+场景下，散热性能已成为制约电子设备等产品性能升级的核心瓶颈。

作为目前行业内唯一能提供深度稳定控制的微米级VC散热片整套激光焊接解决方案提供商，大族激光3C焊接及自动化在柔性加工工艺上积极探索，有效破解VC散热片激光焊接精度控制、热变形平衡、缺陷防控等核心技术难点，突破传统散热技术局限和桎梏，满足散热功耗飙升时代的高热管理需求。

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