高热流密度芯片用热管散热器的实验研究及其复合结构的优化设计
当前电子设备都面临着性能提升的问题，而微型化与集成化已经成为发展的主导方向，集成化越高的直接后果便是单位面积的芯片发热量增加，因而散热结构与尺寸将会面临严峻挑战。热管散热器的散热效果在200W/cm2的形式，其散热效果优于传统结构。这种优势在高热流密度电子芯片的散热问题上更加明显，不仅因为优异的热性能，还在于热管散热器可满足空间结构的紧凑性与形式多样性。该领域的研发和探讨对我国电子信息、化工、新能源、高性能计算机、空间技术及MEMS等方面具有重要的意义。 本文从热管在CPU芯片散热领域的实际应用角度出发，设计并加工出了三种不同吸液芯结构的热管，即沟槽微结构类、烧结粉末类以及复合纤维类。利用Labview图形化语言进行温度采集程序的设计，并搭建热管测试平台，测试平台可实现多通道同时监测。基于该试验台，测试了不同吸液芯热管的启动性与传热性能，分析了不同吸液芯结构对热管启动性能的影响机理与规律，并且探讨了不同类型热管应用于电子芯片散热上的优缺点，比较得出烧结粉末吸液芯是最佳选择。 根据实验所得结论，采用烧结粉末芯热管设计了热管嵌插铝翅片的散热器，考虑到散热器各组件之间的干扰，对上述试验台的采集单元添加了滤波程序来提高测量精度。通过改变冷却风扇的风速和芯片模拟热功率大小，进行散热器热性能测试，绘制了温度曲线，分析影响散热性能的几个因素并得出热性能评价指标。 针对上述散热器建模，采用将热管等效的方法进行仿真并对比实验，所建模型有效。为实现轻量节约与紧凑的散热结构，结合聚合物微结构翅片增大散热表面积的特点，去掉风扇后，用该模型对该结构进行热管数量、直径与微结构翅片深高比的优化，最终得到了满足要求的散热效果最好的热管-微结构复合散热器的优化结构。
热管散热器;热性能;复合结构;优化设计;热流密度芯片
北京化工大学
硕士
动力工程及工程热物理
张亚军
2015
中文
TN402
82
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）