【摘要】：快速增加的系統(tǒng)發(fā)熱已經(jīng)成為當(dāng)代先進(jìn)微電子芯片系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用的一項(xiàng)重大技術(shù)挑戰(zhàn)。熱管以其高導(dǎo)熱率、高穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)在高熱流密度元件熱控領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是,隨著電子產(chǎn)品不斷朝著高性能化與輕薄化的方向發(fā)展,其對(duì)熱管的尺寸和性能提出了新的要求。傳統(tǒng)粉末燒結(jié)、溝槽拉拔式熱管面臨尺寸過(guò)大、傳熱性能難以提升等技術(shù)瓶頸,探索具有新型吸液芯結(jié)構(gòu)的超薄熱管的制造工藝及傳熱性能規(guī)律已成為解決輕薄型電子器件散熱問(wèn)題的關(guān)鍵。鑒于此,本文以銅絲網(wǎng)燒結(jié)吸液芯超薄熱管為研究對(duì)象,從熱管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造工藝、絲網(wǎng)吸液芯表面氧化腐蝕及毛細(xì)性能表征、熱管傳熱性能三個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)且深入的研究,主要開(kāi)展的研究工作如下:根據(jù)不同電子器件對(duì)超薄熱管的尺寸及傳熱性能需求,采用一種全新的螺旋帶狀結(jié)構(gòu)的銅編織絲網(wǎng)作為超薄熱管的吸液芯結(jié)構(gòu),并對(duì)不同壓扁厚度的絲網(wǎng)吸液芯超薄熱管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其成形機(jī)理展開(kāi)系列研究,解決了超薄熱管在內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造工藝等方面的技術(shù)難題。通過(guò)對(duì)固相燒結(jié)參數(shù)的優(yōu)化以及熱管在相變壓扁過(guò)程中的應(yīng)力分析,制定了合理的銅絲網(wǎng)吸液芯燒結(jié)成形工藝和適用于絲網(wǎng)吸液芯超薄熱管的成形方案,為超薄熱管的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。針對(duì)絲網(wǎng)吸液芯毛細(xì)壓力低的問(wèn)題,提出一種堿輔助表面氧化工藝對(duì)銅絲網(wǎng)吸液芯表面進(jìn)行氧化腐蝕,并通過(guò)高溫?zé)Y(jié)工藝控制其表面結(jié)構(gòu)與纖維基體的結(jié)合強(qiáng)度。采用掃描電鏡對(duì)氧化和燒結(jié)處理后的銅絲網(wǎng)吸液芯表面微觀形貌進(jìn)行了表征,并通過(guò)毛細(xì)上升紅外測(cè)試方法對(duì)其毛細(xì)性能進(jìn)行了測(cè)試,研究了表面氧化腐蝕對(duì)絲網(wǎng)吸液芯毛細(xì)性能的影響及其作用機(jī)理。結(jié)果表明,表面氧化腐蝕可有效提升絲網(wǎng)吸液芯的毛細(xì)性能,當(dāng)銅絲網(wǎng)吸液芯的氧化時(shí)間和燒結(jié)溫度分別控制在15 min和500℃左右時(shí)最為合適。在前期研究成果的基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并制造了壓扁厚度為1.2 mm、1.0 mm和0.8 mm三種銅絲網(wǎng)吸液芯超薄熱管,對(duì)其在不同輸入功率以及不同工作傾角下的傳熱性能進(jìn)行了測(cè)試,分析了絲網(wǎng)吸液芯表面氧化腐蝕對(duì)超薄熱管傳熱性能的強(qiáng)化作用。通過(guò)與傳統(tǒng)銅粉燒結(jié)吸液芯超薄熱管的傳熱性能對(duì)比發(fā)現(xiàn),氧化腐蝕后的絲網(wǎng)吸液芯可有效提升超薄熱管的傳熱性能。針對(duì)極端壓扁厚度(≤0.5 mm)下超薄熱管傳熱特性的變化,以壓扁厚度為0.50 mm、0.47 mm、0.44 mm、0.41 mm和0.38 mm的銅絲網(wǎng)燒結(jié)吸液芯超薄熱管為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)其啟動(dòng)性能以及它們?cè)谒�、豎直和倒置三個(gè)不同方向的傳熱性能測(cè)試發(fā)現(xiàn),超薄熱管的啟動(dòng)速度及極限傳熱功率隨熱管壓扁厚度的減少而逐漸降低;而重力作用對(duì)熱管的傳熱性能影響較小,其在水平、豎直和倒置三個(gè)方向測(cè)試時(shí)的極限傳熱功率相差甚微。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TK124
【圖文】：

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文近年來(lái)，石墨導(dǎo)熱片由于其具有很高的平面導(dǎo)熱系數(shù)（1600 W/m·K）被大量應(yīng)用型移動(dòng)電子設(shè)備的散熱，如圖 1-3 所示，它可將電子器件的中心溫度均勻分散，并量引到與其相連的金屬機(jī)身后迅速擴(kuò)散。石墨導(dǎo)熱片超薄的厚度（0.017 mm）使它適用于輕薄型電子設(shè)備的散熱，但其散熱能力也因此受到限制，已經(jīng)逐漸不能滿(mǎn)足能移動(dòng)電子設(shè)備的散熱需求[7]。GraphiteGraphite

華南理工大學(xué)博士學(xué)位論文1.2.1 平板型超薄熱管平板型超薄熱管根據(jù)其不同的成形工藝又可分為壓扁型超薄熱管和超薄均熱板[18]。壓扁型超薄熱管是通過(guò)壓扁工藝對(duì)傳統(tǒng)圓柱型微熱管直接進(jìn)行壓扁得到，它的組成及工作原理均與典型微熱管一致。如圖 1-6 (a) 所示，它主要由管壁、吸液芯和工作介質(zhì)組成，分為蒸發(fā)段、絕熱段和冷凝段三個(gè)部分[19, 20]。壓扁型超薄熱管的制造過(guò)程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，但其外殼表面積較小，形狀比較單一，目前主要應(yīng)用于智能手機(jī)、平板電腦等小型移動(dòng)設(shè)備的散熱。超薄均熱板是由兩塊帶有吸液芯結(jié)構(gòu)的薄平板焊接封裝而成的封閉腔體，其工作原理如圖 1-6 (b) 所示。超薄均熱板由于其具有較大的散熱面積和較好的柔性，已被廣泛用于高熱流密度的電子器件散熱[21]。圖 1-7 (a)和(b)分別為壓扁型超薄熱管和超薄均熱板的實(shí)物圖。Heat Out(a)(b)

等小型移動(dòng)設(shè)備的散熱。超薄均熱板是由兩塊帶有吸液芯結(jié)構(gòu)的薄平板焊接封裝而成的封閉腔體，其工作原理如圖 1-6 (b) 所示。超薄均熱板由于其具有較大的散熱面積和較好的柔性，已被廣泛用于高熱流密度的電子器件散熱[21]。圖 1-7 (a)和(b)分別為壓扁型超薄熱管和超薄均熱板的實(shí)物圖。圖 1-6 熱管的工作原理圖：a）微熱管，b）均熱板Fig. 1-6 Schematic diagram of heat pipes: a) micro heat pipe, and b) vapor chamber(a) (b)Heat OutHeat In Heat InLiquid Turningto VaporCondenserLiquid ReturnEvaporator(a)(b)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 徐計(jì)元;鄒勇;;環(huán)路熱管毛細(xì)結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2013年08期

2 徐計(jì)元;鄒勇;程林;;環(huán)路熱管復(fù)合毛細(xì)芯的孔結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能研究[J];中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào);2012年23期

3 王輝;湯勇;余建軍;;相變傳熱微通道技術(shù)的研究進(jìn)展[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年24期

4 劉暉;張洪濤;肖紅;;水飽和蒸汽壓的Antoine方程常數(shù)的比較[J];內(nèi)蒙古石油化工;2009年13期

本文編號(hào)：2794196