【摘要】：基于氣液相變原理散熱的熱管是解決目前電子設備散熱問題的首選,而銅粉燒結式熱管是應用最廣泛的一類熱管,其傳熱性能主要取決于內部的吸液芯結構,填粉工序是吸液芯制作過程中的關鍵一步。本文通過對銅粉燒結式熱管的填粉工藝進行研究,以理論分析、模型建立和實驗測試為指導,研發(fā)一種新型自動填粉設備,并以新的設備為實驗平臺研究振動參數(shù)對不同類型熱管銅粉填充密度的影響規(guī)律,最后對設備核心零部件進行了優(yōu)化。本文介紹了銅粉燒結式熱管的填粉工藝及吸液芯結構的制造流程,采用掃描電子顯微鏡觀測分析現(xiàn)有填粉工藝得到的吸液芯結構,得出了相對于陶瓷芯棒,使用噴涂氮化硼的310S芯棒填粉燒結后形成的吸液芯結構表面會附著大量的氮化硼,影響液態(tài)工質回流,同時現(xiàn)有工藝得到的吸液芯結構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,影響吸液芯結構的毛細力。對于采用微振動力方式設計制造的銅粉填充振動系統(tǒng),當振動電機位于四個同規(guī)格支撐彈簧的中心時,其可以簡化為二自由度的振動模型進行相應的理論計算和分析,并利用三軸加速度傳感器測試驗證模型的準確性。采用伺服系統(tǒng)、電缸、PLC等技術,研發(fā)出了兩工位新型自動填粉機,設計的粉杯更換模塊和銅管中部定位套更換模塊能夠快速滿足管徑?5~?8mm、管長50~400mm的圓直管、單邊管、雙邊管和復合管填粉要求,單臺設備填粉效率可以達到1200根/小時以上,并且實現(xiàn)了銅粉精確定量、邊填粉邊加粉、銅管芯棒精確定位、粉杯從銅管上自動套入和取出的功能,提高了設備的自動化程度和銅粉填充質量,還減小了粉塵污染。利用研發(fā)的設備研究了振動參數(shù)對不同類型熱管的銅粉填充密度影響規(guī)律并進行了溫差和熱阻性能對比分析,得出圓直管、單邊管、雙邊管和復合管在激振力1000N、振動頻率50Hz時填充的銅粉致密性最好,對應制造出來的熱管性能也相對較好,在實際生產中,圓直管和復合管的最佳填粉時間在25~50s之間,單邊管和雙邊管的最佳填粉時間在50~70s之間。然后對設備核心零部件進行優(yōu)化,提高了設備的填粉質量和可靠性。
【圖文】：

散熱性能已嚴重影響微電子芯片的可靠性和穩(wěn)定性，成為微電子技術發(fā)展的一個重要瓶頸[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，當溫度超過電子元器件的額定工作溫度時，其可靠性將會顯著下降[4-5]。據(jù)統(tǒng)計，超過 55%的電子設備失效是由于散熱不及時導致溫度過高而引起的[6]。因此電子設備的散熱問題已經成為當今國內外專家學者的研究重點。目前常見的散熱方式有風冷散熱、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，采用氣液相變方式進行散熱是目前解決電子設備熱問題的重要方案。熱管（heat pipe）是一種將工作液體（即工質）注入到具有毛細結構的近似真空腔內而形成的能夠進行氣液相變傳熱的管狀傳熱裝置，具有質量輕、導熱率高、冷卻能力強、等溫性能好和壽命長等優(yōu)點[9-10]。目前在電子設備中熱管散熱器已經得到了廣泛應用。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后，經過抽真空和除氣并密封使其內部處于近似真空狀態(tài)，毛結構設置在壁殼的四周，熱管中間設置有空腔。熱管兩端分別被稱為蒸發(fā)端（入端）和冷凝端（即熱量輸出端），當熱管工作時，處于近似真空環(huán)境下具有的液態(tài)工質會迅速發(fā)生相變，形成的氣態(tài)工質在兩端微小壓力差的驅動下，在速由蒸發(fā)端流向冷凝端，流到冷凝端的氣態(tài)工質遇冷液化達到散熱效果，，冷凝質進入吸液芯結構內并在毛細力的驅動下流向蒸發(fā)端，依次循環(huán)，不斷的將熱端傳到冷凝端，實現(xiàn)快速散熱。.2 熱管性能特性熱管內部的吸液芯結構主要有三個作用：1）提供冷凝端液體回流到蒸發(fā)端的提供內壁與液體/蒸氣進行熱傳導的通道；3）提供產生毛細壓力所必須的孔隙液芯結構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：
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN605

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 丘盛昌;安琦;;圓柱螺旋彈簧橫向剛度的計算方法[J];華東理工大學學報(自然科學版);2015年06期

2 郝俊嬌;潘日;周剛;張亞軍;莊儉;;高熱流密度電子元件中熱管散熱技術的進展[J];化工進展;2015年05期

3 李勇;陳春燕;曾志新;;纖維復合溝槽吸液芯微熱管的傳熱性能實驗[J];華南理工大學學報(自然科學版);2013年07期

4 彭超;龔興龍;宗路航;郭朝陽;嚴啟凡;周鴻;;新型非線性低頻被動隔振系統(tǒng)設計及實驗研究[J];振動與沖擊;2013年03期

5 李勇;陳春燕;揭志偉;曾志新;;銅粉粒徑對燒結式熱管傳熱性能的影響[J];華南理工大學學報(自然科學版);2012年03期

6 欒積毅;孫銳;劉輝;許連飛;翁志剛;武雪梅;;空心螺旋微量給粉裝置的給料特性研究[J];節(jié)能技術;2011年04期

7 彭政;蔣亦民;;顆�？锥戳鞯淖畲笮葜箖A角和流量公式[J];物理學報;2011年05期

8 王時龍;雷松;周杰;李川;楊勇;蕭紅;;兩端并圈多股彈簧的沖擊響應研究[J];振動與沖擊;2011年03期

9 謝鋒;梁新立;;機構消隙的方法及應用[J];機械管理開發(fā);2011年01期

10 王輝;湯勇;余建軍;;相變傳熱微通道技術的研究進展[J];機械工程學報;2010年24期

相關博士學位論文 前3條

1 蔣樂倫;扁平熱管微孔槽燒結復合吸液芯成形及傳熱性能研究[D];華南理工大學;2011年

2 張西良;粉粒物料自動定量機理及系統(tǒng)研發(fā)[D];江蘇大學;2008年

3 肖國先;料倉內散體流動的數(shù)值模擬研究[D];南京工業(yè)大學;2004年

相關碩士學位論文 前7條

1 付琳;典型工業(yè)粉體的料倉下料特征及優(yōu)化研究[D];華東理工大學;2017年

2 鄧勝文;螺旋鋼彈簧振動傳遞特性及隔振措施研究[D];西南交通大學;2016年

3 劉繼佼;振動給料機偏心振動下物料顆粒運動分析與糾偏研究[D];中南大學;2014年

4 王巍;燒結式微熱管定量填粉工藝及設備研究[D];華南理工大學;2013年

5 李t

本文編號：2710999