随着电子元件的发展速度的不断增加，行业对电子元件体积要求越来越小，使得单位面积的发热量成倍提高，而在一些半导体制造设备中的大功率发热元件，其热通量甚至达到250瓦每立方厘米，因此高热流密度元件的散热问题成为影响电子器件设计的关键技术之一。现在常用的散热器大多是风扇或板式散热片，随着科技技术的发展与进步，大家对电子产品的环保、效率上的要求大大增加，所以体积小、重量轻、耗电低成为了绝大多数电子产品的主要发展方向。现以强制空气冷却为主的微处理器散热技术在市场上占有较大的份额，然而其技术最多只能处理60%微处理器所产生的废热，故市场上需要一种质量轻，体积小且散热效率更高的产品来代替。 1 研究目标及基本内容 综述国内外文献对热管的研究，国内外研究者提出了许多结构的微型热管，并进行了实验与理论两方面的研究，但是这些结构大部分都存在传热效率低的缺点，离实际应用还有很长的距离。在对微型热管技术进行了充分调研分析之后，本课题提出了一种新型——沟槽代替散热平面和以铜丝为吸液芯结构的平板式微型热管，并对其进行了理论研究。具体的研究内容分为以下几部分：1）查阅文献，了解微型热管结构以及模型研究方面的国内外的发展现状；2）了解微型热管的基本工作原理，基本特性，并对各种环境下微型热管工作的极限的计算与分析；3）研究分析以铜丝为吸液芯结构的平板式微热管内毛细流动的传热机理。 2 热管的工作原理 热管的基本工作原理如图1所示，典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将管内抽成负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。管的一端为蒸发段（加热段）,另一端为冷凝段（冷却段）,介于蒸发段和冷凝段之间的为绝热段。当热管的一端受热时,毛细芯中的液体蒸发汽化,蒸汽在微小的压差下流向另一端放出热量并凝结成液体,液体再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段。如此循环不已，热量就不断的被排出。 热管结构示意简图 热管通过相变传递潜热来传递热量远远比通过对流或传导传递的热量多。即它的导热性能比常见的多金属材料大得多[1]。 3 新型平板式微热管的设计 影响微热管传热性能的主要因素有如下几点；本课题对新型平板式微热管的设计重点放到这五点上： 3.1 工作温度与管壳材料的选择。工作温度即工作情况下热管内部工作液体的饱和蒸汽温度。管壳材料的选择要考虑的因素较多，一是与工作液体的相容性，二是材料的强度和刚度要达到其要求，另外经济性和材料的来源也要考虑在内。 因新型平板式热管应用于电子元件的散热，故工作温度选择在0～100℃。又综合考虑以上因素，本课题选择铜为热管的壳体材料。铜是热的良导体，铜的导热系数为385W/m/℃，并且紫铜材料性能较好，耐腐蚀，其硬度相对较低，所以使加工生产的难度系数降低。 3.2 工作液体的选择。热管是依靠工质的相变来传递热量的，所以，工质的各种物理性质对于热管的工作特性有着至关重要的影响。一般良好的工质具有如下特性[2]：1）汽化潜热能高；2）浸润性能好；3）在工作温度范围内有适当的饱和蒸汽压；4）与管芯、管壳材料能够长期相容；5）其他因素（包括经济性、毒性、环保等）。 采用水、甲醇或乙醇作为工质，是因为他们的熔点、沸点和临界点，在工作温度范围内可以良好的工作，但是三者在0～100℃内传热能力存在差异。根据三种材料的物理特性的比较结果，乙醇具有适当的饱和蒸汽压，较好的综合物理特性，又与作为吸液芯结构的铜丝和作为壳体材料的铜有较好的相容性，所以选择乙醇作为微热管的工作液体。 3.3 吸液芯的选择。热管的吸液芯结构多种多样，为了让工件的效率达到最大，从要求提供最大传热量的角度出发，要求吸液芯具有非常小的有效毛细孔半径，使其毛细力达到最大；渗透率要大，使回流液体的压力损失减少；导热热阻要小，以减少径向导热阻力。吸液芯的选择需要考虑的因素较多，考虑到以上的原因，本课题采用铜丝作为吸液芯结构。 3.4 散热平面的设计。对于散热平面设计，本课题采用增大单位微热管体积的散热面积的方法使其传热效率增加。具体操作是在微热管的散热平面上制造出相互平行且等腰的沟槽。根据几何原理加工后的散热面面积是加工前的1/sin θ倍，有如下公式： 式中：S（1）——加工后散热平面面积；S（0）——加工前散热平面面积；θ——沟槽顶角的1/2倍。 对于公式中θ值的选取可根据平板式微热管的用途、所在环境等具体因素进行设定。本课题提出的一种以沟槽代替散热平面和铜丝作为吸液芯结构的微型平板式热管，其结构由四部分组成，分别为：装有铜丝的基板、铜丝、隔板及上面带沟槽的盖板。将这四部分通过板式压制与焊接方法结合在一起。避免了整体精加工，简化了制作工艺，降低了制造成本。 4 新型沟槽式平板微热管的社会价值及推广意义 统计表明，由于高温导致的失效在所有电子设备失效中所占的比例大于50%，传热问题甚至成为电力电子装置向小型化方向发展的瓶颈。热管则是随着微电子技术的发展而发展起来的一门新兴技术。随着电子元件集成密度的增加，对其产生的热量进行处理变得越来越困难。电子元件对最高温度和温度的均温性均有较高要求。热管散热作为一项很有发展前景的技术，其优良性能可以提高热量的导出速率和温度的均匀性。未来在国内发展这项产品与技术，不仅有助于国内信息、医疗、仪器等产品的升级，利用微热管技术所衍生的相关热管产品如热管散热器、热交换器等可以广泛的应用在各种需要精密温控、散热器的产业中。

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