【摘要】：基于氣液相變?cè)砩岬臒峁苁墙鉀Q目前電子設(shè)備散熱問(wèn)題的首選,而銅粉燒結(jié)式熱管是應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)熱管,其傳熱性能主要取決于內(nèi)部的吸液芯結(jié)構(gòu),填粉工序是吸液芯制作過(guò)程中的關(guān)鍵一步。本文通過(guò)對(duì)銅粉燒結(jié)式熱管的填粉工藝進(jìn)行研究,以理論分析、模型建立和實(shí)驗(yàn)測(cè)試為指導(dǎo),研發(fā)一種新型自動(dòng)填粉設(shè)備,并以新的設(shè)備為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究振動(dòng)參數(shù)對(duì)不同類(lèi)型熱管銅粉填充密度的影響規(guī)律,最后對(duì)設(shè)備核心零部件進(jìn)行了優(yōu)化。本文介紹了銅粉燒結(jié)式熱管的填粉工藝及吸液芯結(jié)構(gòu)的制造流程,采用掃描電子顯微鏡觀測(cè)分析現(xiàn)有填粉工藝得到的吸液芯結(jié)構(gòu),得出了相對(duì)于陶瓷芯棒,使用噴涂氮化硼的310S芯棒填粉燒結(jié)后形成的吸液芯結(jié)構(gòu)表面會(huì)附著大量的氮化硼,影響液態(tài)工質(zhì)回流,同時(shí)現(xiàn)有工藝得到的吸液芯結(jié)構(gòu)銅粉顆粒分布不均勻,出現(xiàn)小顆粒在下大顆粒在上的現(xiàn)象,影響吸液芯結(jié)構(gòu)的毛細(xì)力。對(duì)于采用微振動(dòng)力方式設(shè)計(jì)制造的銅粉填充振動(dòng)系統(tǒng),當(dāng)振動(dòng)電機(jī)位于四個(gè)同規(guī)格支撐彈簧的中心時(shí),其可以簡(jiǎn)化為二自由度的振動(dòng)模型進(jìn)行相應(yīng)的理論計(jì)算和分析,并利用三軸加速度傳感器測(cè)試驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。采用伺服系統(tǒng)、電缸、PLC等技術(shù),研發(fā)出了兩工位新型自動(dòng)填粉機(jī),設(shè)計(jì)的粉杯更換模塊和銅管中部定位套更換模塊能夠快速滿(mǎn)足管徑?5~?8mm、管長(zhǎng)50~400mm的圓直管、單邊管、雙邊管和復(fù)合管填粉要求,單臺(tái)設(shè)備填粉效率可以達(dá)到1200根/小時(shí)以上,并且實(shí)現(xiàn)了銅粉精確定量、邊填粉邊加粉、銅管芯棒精確定位、粉杯從銅管上自動(dòng)套入和取出的功能,提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度和銅粉填充質(zhì)量,還減小了粉塵污染。利用研發(fā)的設(shè)備研究了振動(dòng)參數(shù)對(duì)不同類(lèi)型熱管的銅粉填充密度影響規(guī)律并進(jìn)行了溫差和熱阻性能對(duì)比分析,得出圓直管、單邊管、雙邊管和復(fù)合管在激振力1000N、振動(dòng)頻率50Hz時(shí)填充的銅粉致密性最好,對(duì)應(yīng)制造出來(lái)的熱管性能也相對(duì)較好,在實(shí)際生產(chǎn)中,圓直管和復(fù)合管的最佳填粉時(shí)間在25~50s之間,單邊管和雙邊管的最佳填粉時(shí)間在50~70s之間。然后對(duì)設(shè)備核心零部件進(jìn)行優(yōu)化,提高了設(shè)備的填粉質(zhì)量和可靠性。
【圖文】：

散熱性能已嚴(yán)重影響微電子芯片的可靠性和穩(wěn)定性，成為微電子技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸[2-3]。研究資料表明，電子元器件的失效率隨著其溫度的上升呈指數(shù)增加，當(dāng)溫度超過(guò)電子元器件的額定工作溫度時(shí)，其可靠性將會(huì)顯著下降[4-5]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過(guò) 55%的電子設(shè)備失效是由于散熱不及時(shí)導(dǎo)致溫度過(guò)高而引起的[6]。因此電子設(shè)備的散熱問(wèn)題已經(jīng)成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者的研究重點(diǎn)。目前常見(jiàn)的散熱方式有風(fēng)冷散熱、水冷散熱、熱電制冷散熱、氣液相變散熱等，其中氣液相變散熱方式的傳熱系數(shù)可以達(dá)到 5000W （m2 ℃）-1以上，是其它方式的幾十甚至上百倍[7-8]。由此可見(jiàn)，采用氣液相變方式進(jìn)行散熱是目前解決電子設(shè)備熱問(wèn)題的重要方案。熱管（heat pipe）是一種將工作液體（即工質(zhì)）注入到具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的近似真空腔內(nèi)而形成的能夠進(jìn)行氣液相變傳熱的管狀傳熱裝置，具有質(zhì)量輕、導(dǎo)熱率高、冷卻能力強(qiáng)、等溫性能好和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)[9-10]。目前在電子設(shè)備中熱管散熱器已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。圖 1-1 所示為兩種常用的熱管散熱器。

圖 1-2 熱管傳熱工作原理熱管在灌注工質(zhì)后，經(jīng)過(guò)抽真空和除氣并密封使其內(nèi)部處于近似真空狀態(tài)，毛結(jié)構(gòu)設(shè)置在壁殼的四周，熱管中間設(shè)置有空腔。熱管兩端分別被稱(chēng)為蒸發(fā)端（入端）和冷凝端（即熱量輸出端），當(dāng)熱管工作時(shí)，處于近似真空環(huán)境下具有的液態(tài)工質(zhì)會(huì)迅速發(fā)生相變，形成的氣態(tài)工質(zhì)在兩端微小壓力差的驅(qū)動(dòng)下，在速由蒸發(fā)端流向冷凝端，流到冷凝端的氣態(tài)工質(zhì)遇冷液化達(dá)到散熱效果，，冷凝質(zhì)進(jìn)入吸液芯結(jié)構(gòu)內(nèi)并在毛細(xì)力的驅(qū)動(dòng)下流向蒸發(fā)端，依次循環(huán)，不斷的將熱端傳到冷凝端，實(shí)現(xiàn)快速散熱。.2 熱管性能特性熱管內(nèi)部的吸液芯結(jié)構(gòu)主要有三個(gè)作用：1）提供冷凝端液體回流到蒸發(fā)端的提供內(nèi)壁與液體/蒸氣進(jìn)行熱傳導(dǎo)的通道；3）提供產(chǎn)生毛細(xì)壓力所必須的孔隙液芯結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了熱管的傳熱性能[11]。其性能特征有如下幾點(diǎn)：
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN605

【參考文獻(xiàn)】

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5 李t

本文編號(hào)：2710999