纤维微热管制造工艺及其传热性能研究

论文摘要

近年来随着微电子领域对产品性能的无限追求,电子芯片不断地向高性能化、高功率化、超薄、微型化发展,使得有效散热空间越来越小,热流密度越来越高。高热流密度芯片的冷却问题成为当前电子产品首要克服的关键问题。当前电子产品的散热需求已经超过了普遍使用的直径为φ3-8mm的沟槽式和铜粉烧结式微热管。本文研究的纤维金属具有三维网状多孔结构、高精度全连通的孔径、孔隙率高、比表面积大等结构特点,有效克服了多孔有机高分子材料强度低且不耐高温,多孔陶瓷质脆且不抗热震,金属丝网易堵易破,粉末烧结易碎、流量小,滤纸滤布不耐温、耐压等缺点。因此,研究纤维微热管的制造工艺具有巨大的现实意义。本文通过对纤维微热管吸液芯的理论研究,从而指导和改进了高性能纤维微热管的设计与制作。主要研究内容如下:（1）研究纤维微热管裸管的设计参数。通过分析各种传热界限对纤维微热管的影响,和各自相关因数,从而就本文吸液芯设计的主要影响因素（毛细极限和沸腾极限）,对纤维微热管的影响和对吸液芯设计的参考作用进行详细分析。（2）应用了多齿刀具的加工方法进行了细长铜纤维的制造,并探讨了最佳的加工参数。（3）通过实验与理论的对比分析反复优化纤维烧结层的设计参数及工艺参数。文中详细研究了纤维吸液芯的三种制作方法,和它们的制造效果,对纤维制造工艺和烧结参数对纤维微热管烧结性能的影响做了对比分析,得出了较为适合数值,对纤维微热管吸液芯的制造进行了初步探讨。（4）研究纤维微热管的灌注和封装,并通过对性能的检测分析了各种纤维参数对温差、热阻和极限功率的影响,与理论部分反复验证,找出纤维微热管的最优的制造工艺。（5）分析了不同工质对纤维微热管的影响,找出更适合用于电子散热高功率应用场合的工质。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纤维微热管的国内外研究状况
• 1.2.1 微热管的国内外研究现状
• 1.2.2 微热管的吸液芯的种类
• 1.2.3 纤维烧结技术的研究国内外研究现状
• 1.3 研究目标及研究内容
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 研究目标
• 1.3.3 研究内容
• 1.3.4 技术路线
• 第二章 纤维吸液芯的设计和纤维微热管传热机理
• 2.1 引言
• 2.2 微热管基本工作原理
• 2.3 纤维微热管的传热极限
• 2.3.1 传热极限的理论分析
• 2.3.2 毛细极限对纤维微热管的影响
• 2.3.3 沸腾极限对纤维微热管的影响
• 2.4 纤维微热管管壁设计
• 2.5 纤维微热管的热阻计算
• 2.6 本章 小结
• 第三章 纤维吸液芯的制造工艺
• 3.1 引言
• 3.2 纤维的制造
• 3.2.1 纤维加工方法
• 3.2.2 纤维表征方法
• 3.3 纤维吸液芯的制造工艺
• 3.3.1 铜管的制备
• 3.3.2 纤维的填充工艺
• 3.4 纤维吸液芯烧结成形原理
• 3.5 纤维制造工艺对烧结性能的影响
• 3.5.1 直径的影响
• 3.5.2 长度的影响
• 3.5.3 孔隙度的影响
• 3.5.4 加入粉末的影响
• 3.6 烧结参数对烧结性能的影响
• 3.6.1 烧结温度的影响
• 3.6.2 烧结时间的影响
• 3.6.3 烧结气氛的影响
• 3.7 本章 小结
• 第四章 纤维微热管性能测试
• 4.1 引言
• 4.2 纤维微热管的制造
• 4.2.1 微热管尾部的封装
• 4.2.2 微热管灌注
• 4.2.3 微热管抽真空和封装
• 4.3 烧结毛细芯参数的影响
• 4.3.1 实验装置及方法
• 4.3.2 纤维参数对温差的影响
• 4.3.3 纤维参数对热阻的影响
• 4.3.4 纤维参数对极限功率的影响
• 4.4 不同工质对纤维微热管的影响
• 4.4.1 不同工质的充液率对温差的影响
• 4.4.2 不同工质的充液率对热阻的影响
• 4.4.3 不同工质的充液率对极限功率的影响
• 4.5 本章 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢