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压扁型超薄烧结式微热管制造方法及性能分析

何恒飞  
【摘要】:伴随着微电子、光电子芯片不断向高集成度、高性能化方向发展,微电子、光电子产品也正不断向微型化、高集成化和便携化方向发展。微热管作为一种具有极高导热率的高效相变传热元件已被广泛应用于各种电子设备中。但是,现时微电子设备内部的有效空间正随着设备总体微型化紧凑化的趋势而日益减小。因此,要解决电子设备散热中的占用空间问题,必须开发出体积更小且热性能良好的超薄微热管。 本文探讨了压扁型超薄烧结式微热管的整个制造工艺流程,微热管采用烧结成型双边弓形吸液芯,并选用与吸液芯方向同向的压扁方向成型。压扁过程采用了相变压扁和内部吸液芯弹塑性变形辅助压扁相结合的工艺。本文实验制造的超薄微热管压扁厚度T分别为1.5mm、1.2mm和1.0mm,吸液芯粉层厚度H分别为0.95mm、0.70mm和0.45mm,铜粉粒径dp分别为60-100目、100-150目和150目以上。 本文研究了超薄微热管的传热热阻理论推导计算模型。运用了多孔材料表面的蒸发传热理论模型推算了热管内部的蒸发传热热阻,运用球形薄膜层流冷凝传热模型和平面薄膜层流冷凝传热模型推算了热管内部的冷凝传热热阻,利用固液两相混合多孔材料的等效热阻理论计算出吸液芯内部的热传导热阻,并对上述热阻进行综合和计算。 本文使用了扫描电子显微镜直接观察了超薄微热管内部吸液芯的具体成型情况,包括烧结状态、粉层挤压、粉层撕裂等,探索了不同工艺参数对多孔材料吸液芯最终成型的影响。在其他因素不变的情况下:越厚的粉层厚度挤压现象越严重,而且粉层表面的撕裂现象也越严重;越薄的热管厚度挤压现象越严重;越大的烧结用铜粉粒径粉层表面撕裂现象越严重。 本文搭建了实验平台,对不同工艺参数下的超薄微热管样品进行了稳态热性能测试和动态热性能测试。通过结果可知实验用的超薄微热管样品,极限传输功率最大可至25W,蒸发段热阻最小可至0.05K/W,蒸发传热系数最大可至60kWm-2K-1,冷凝段热阻最小可至0.021K/W、冷凝传热系数最大可至110kWm-2K-1。同时,一根压扁厚度T=1.5mm的典型超薄微热管从加热开始到达到稳定平衡状态大约需要200秒,一根压扁厚度T=1.2mm的典型超薄微热管从加热开始到出现干涸现象大约需要90秒。


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