Wedbush：大众最有可能成为苹果电动汽车战略合作伙伴
06-17
摘要：电子器件散热问题是电子器件热设计中的关键问题。
本文简要介绍了几种最新颖的微型热管在高热流密度电子器件冷却中的应用，包括平板热管、圆棒热管和电流体热管。
还总结了目前一些前沿研究的研究现状，并指出了下一步的研究趋势，希望引起国内同行的关注。
关键词：微热管；电子设备;冷却 1 简介 电力电子器件正朝着功能越来越完善、体积越来越小的方向发展。
电力电子器件内部产生的高热流密度对器件的可靠性构成重大威胁。
对电力电子器件故障原因的统计表明，高温引起的故障占所有电子器件故障的50%以上，传热问题甚至成为电力电子器件小型化发展的瓶颈。
微热管是随着微电子技术的发展而发展起来的一项新兴技术。
随着电子元件集成度的增加，其产生的热量变得越来越难以散发。
电子元件除了最高温度要求外，还对温度均匀性有要求。
作为一项有前途的技术，微热管被用于电子元件中以改善散热和温度均匀性。
由于其体积小，可以减少流路系统中的无效体积，降低能耗和试剂消耗，且响应速度快，因此具有广阔的应用前景。
例如，流体的微分配、药物的微注射、微集成电路的冷却以及微型卫星的推进。
笔记本电脑CPU散热有相当一部分已经通过微热管解决了。
一般微热管的直径为3毫米左右。
与现有的风扇散热器结构相比具有明显的优势。
针对电子冷却的具体要求，开发了重力辅助热管、柔性回路热管、平板电子冷却热管和微型空对空热交换管等多种微型管。
直接嵌入芯片硅基板中的微热管已被开发出来，以取代集成电路中导热的金刚石薄膜。
这种微型热管的体积非常小，热管中蒸汽和液体之间的界面尺寸与热管的水力半径相当。
我们开发了这种微型热管的稳态计算机模型来计算热管的传热量。
但与芯片集成的热管在实际工程使用中还远远不够完美。
目前的散热方式采用导热系数高的金刚石。
由于成本较高，面临替代问题。
为了减小尺寸，可以将热管和散热元件集成到设计中。
针对微电子器件和多芯片元件的小尺寸，开发了嵌入式微型陶瓷热管。
芯片基板中嵌入数根微型热管，热管内注入水。
热管内的毛细管芯由陶瓷材料制成，并轴向开槽。
制造工艺与当前芯片基板制造工艺完全兼容。
图1为传统热管示意图。
与微热管不同，它沿轴向将热量从一端传递到另一端。
热管的主要部分作为隔热区域，将蒸发部分和冷凝部分分开。
长度方向基本可以忽略温度的变化。
微热管由密闭容器、毛细结构和工作流体组成。
将容器抽真空后，倒入适量的工作液，然后密封。
工作流体在容器内保持饱和状态。
一旦容器的一端受热，工作流体吸热汽化产生的蒸汽流到容器的另一端放热冷凝，冷凝水因毛细管力或重力又流回到原来的加热位置。
由于热管内的工作流体通过相变传递热量，因此可以获得极高的导热系数，达到恒温效果。
自2006年Cotter提出“微热管”概念以来，微热管的结构已经从重力式、带有毛细管芯的单根热管，发展到具有一组平行独立微通道的扁平热管，然后到内部渠道。
这些簇通过蒸汽空间互连，试图提供一种有效的方法来散发各种小面积、高热流部件的热量。
Plesch 和 Y.Cao 等人。
对几种小深宽比微槽扁平热管进行了实验研究。
经证实，这种热管具有更好的传热能力。
FaghriA 等人。
对三种不同几何尺寸和形状的铜-水微热管进行了研究实验，认为大深宽比通道赋予热管更好的传热性能。
然而，对于深微槽平板热管，现有的实验数据仍然缺乏，热管的传热极限以及许多其他因素对热管传热性能的影响有待进一步研究。
研究过。
目前微型热管的研究主要集中在圆棒热管、平板热管和电极液压热管。
图2所示为圆棒热管的制造过程。
图3是圆棒热管的横截面。
2 滚焊式热管 将单个或多个热管嵌入铝板表面，这是笔记本电脑最常见的散热形式。
但由于热管与铝板不是一体的，存在一定的接触热阻。
为了解决这个问题，开发了一种新型圆棒热管。
由于此类热管不具有传统热管的核心结构（通道或网状），因此很难确定其磁导率和各种毛细管极限。
圆棒热管由两块独立的铝板挤压而成，并用空气或工作液膨胀，使两块铝板能够良好接触，消除接触热阻，同时减轻重量和厚度。
弧形流道内产生毛细管效应，使流体快速回流，以适应CPU热负荷的变化。
目前的研究重点是毛细管极限分析、回路设计优化以及热性能研究。
圆棒热管在冷却笔记本电脑和电子元件方面具有巨大的应用前景。
文献[8]提出的模型根据实际有效长度合理预测了55 mm~mm的毛细管极限范围。
不同技术的测试表明，R-a的传热性能比R-12a略好。
目前圆棒热管正在研究中，优化为25%体积负载；测试表明8环路通道设计具有最佳的热性能。
目前对此的研究很少，大多停留在基础理论阶段。
3 扁平热管（Flat heat tube） 图4为扁平热管分布器示意图。
平板热管可以将热量从集中热源传递到大面积，其中热流密度按冷凝面积与蒸发面积之比降低。
流体回流是三维流动，热源和散热器位于热管的相对两侧，需要优化复杂的毛细结构。
这种热管扩散器比普通热管具有更大的冷却面积，可以直接冷却，无需任何额外的喷水或强制空气对流散热器。
平板热管因其重量轻、结构灵活、导热系数极高等优点，被广泛应用于航天器热控、大功率电子元件冷却、生物医学等领域。
扁平热管作为基板。
热管不仅是一个散热器，更是一个机械结构。
根据吸液芯的设计和结构，扁平热管一般分为两类：一类采用传统的多孔芯结构。
如烧结粉末、光纤、筛网等；另一种是采用非圆形微通道作为液体通道。
具有微通道或轴向凹槽的平板热管具有热流高、成本低等优点。
目前的研究热点是将微通道与电子元件集成。
参考文献[9]构建了二维数学模型来分析平板热管的瞬态和稳态传热性能。
这些模型解释了蒸汽核心压力与蒸汽区域的连续动量和能量方程的耦合。
设计了稳态数学程序来求解控制方程，从而提高了顺序求解的标准，同时考虑了相界面温度、压力和质量流量的敏感性。
该方法与热输入和预测的实验结果非常吻合。
文献[10]使用该模型来研究具有多个分散热源的平板热管的性能。
通过对最大液体和蒸气压降求和，可以确定所需的毛细管压降，从而确定提供必要的毛细管压降的吸芯的芯半径。
压力下降以防止干燥。
对于已知的芯半径，分析有助于确定干燥的时间和位置，即最大毛细管水头处的干燥时间和位置。
相变材料适用于短时瞬态和周期性散热。
采用PCM储能材料替代铜散热片，可降低结温，节省体积和重量。
由于PCM导热系数比铝合金小，多孔泡沫铝填充材料可以提高传热系数。
文献[12]的测试结果表明，热管最大传热能力的影响因素有网格数、丝材直径、网格层数、倾斜角度、烧结工艺及烧结网芯的致密系数。
下一步是研究热管的传热极限，优化蒸发面积，使热量能够传递到更大的冷却面积。
同时，测试结果表明，与凹槽表面相比，多孔结构可以提供更大的毛细管力。
开发新材料可以在保证密封的同时降低材料的热阻，提高导热系数。
如何测量加热器下方的温度是一个需要解决的问题。
目前主要有四个研究目标： （1）建立预测热管传热极限的理论模型； (2)改进其制造工艺。
目前产品的废品率很高； (3)确定几何形状和运行参数对传热能力的影响来优化热管的结构设计，并根据热力学第二定律的最小含水率进行结构优化； (4)增强传热，填充铝、金金属泡沫或PCM相变材料，降低材料热阻，提高传热性能。
4 电流体微热管 一体化电流体微热管示意图如图5所示。
由于液体从冷凝器输送到蒸发器过程中会产生较大的流体粘度损失，传统的微热管无法带走极端的功率电子元件的密度。
文献[13]提出用电极代替毛细管芯。
结果表明，电极可以在冷凝器和蒸发器中输送流体，但与现有的毛细管芯驱动现象相比，其性能较差。
文献[14]的试验证明，螺纹槽电流体热管驱动流体的传热性能比普通毛细管芯热管高%。
文献[15]表明，微热管阵列的传热性能提高了6倍。
电场在微热管中的应用不仅可以提高微热管的传热能力，而且文献表明电流体动力热管可以为瞬态热负荷提供热源的有效热控制。
文献[16]的结果表明，当施加电场时，与传统微热管不同，工质大部分集中在微热管的蒸发区域，降低了热源的温度通过蒸发。
蒸发器中的工作流体的量由电场的长度决定。
，改变电场的长度可以控制蒸发器内的工质的量，从而可以通过控制电场的长度来灵活地控制带走的热量和温度要求。
可以消除温度波动，使温度控制更加精确。
电流体微热管的主要特点是可以在蒸发器表面产生超细薄膜，依靠静电体积力驱动流体。
该装置可降低电子元件的工作温度并提供敏感元件的温度控制。
基于MEMS的冷却装置在计算机、生物医学、汽车、航空航天等领域具有良好的应用前景。
文献中原型装置的最大冷却能力[为65 W/cm2泵扬程Pa.R-a为工质。
文献[17]设计了一种具有可变电极间距的整体微型热泵装置。
微型热管蒸发器与水平面的夹角分别为30°、45°和60°，并在多种条件下进行测试。
19℃过热时冷却速率达到35W/cm2，电压V下的稳态压头为Pa。
这种小型冷却装置可以与背面有冷却装置的小型电子元件接触，可以调整从电子元件带走的能量。
热。
5结论 基于对前人研究的回顾，作者提出了未来研究的主要思路： （1）对材料和元件进行热和应力分析，改进封装工艺：改进微通道处理解决堵塞问题的技术； (2)利用神经网络建立热管振荡特性的预测控制，解决设备的疲劳热损伤、局部换热温度变化、局部干燥和振动问题，延长设备的使用寿命热管； (3)微喷嘴和微热管的综合运用，大大增强散热性能。
关于尺寸减小效应对液体表面张力和相变的影响，目前常用的是三角形流道，多边形流道结构设计、蜂窝结构和树形结构设计进行仿生优化，并比较了几种结构的优缺点。
随着单层微通道换热器的日益成熟，双层微通道也得到了研究。
目前的研究结果表明，后者有利于降低压降、提高芯片温度均匀性、降低热应力。
综合多种因素，确定功耗最小为目标函数，并优化结构，为实际工程应用提供参考； (4) 根据传统传热理论，流体流经通道时，入口段热边界层处于发育阶段，热边界层较薄，导致入口处出现Nu在完全发育阶段，截面比 Nu 大得多。
鉴于此，可以设计一种交错结构的新型硅基微通道，使其能够周期性地打断热边界层，达到强化传热的目的，并与传统直型硅基微通道进行水交换。
单相开发层流对流换热对比实验研究，改进结构设计； (5)基于热势耗能最小分析优化热管传热，利用场协同原理优化微热管结构，与目前流行的对比分析一致具有最小熵产生的优化结果。
微热管技术如何与其他研究领域合作发展是微流系统研究的另一个重要挑战； (6)利用热力学第二定律确定热管位置，进行熵产分析，优化系统性能和效率。
优化蒸发面积，使热量能够传递到更大的冷却面积。
版权声明：本文内容由互联网用户自发贡献，本站不拥有所有权，不承担相关法律责任。如果发现本站有涉嫌抄袭的内容，欢迎发送邮件 举报，并提供相关证据，一经查实，本站将立刻删除涉嫌侵权内容。
标签：
相关文章
06-18
06-17
06-06
06-21
06-17
最新文章
PCBA质检员的日常工作内容
美国法院裁定VoIP不属于电信服务，需征税
雷达嵌入式工控主板如何使用？工控主板故障分析
摩托罗拉在西班牙促销Z8手机
中宇买下了一台三星机型，品牌和规模是合作的主要原因
舰载军用加固计算机热设计
谷歌开始对仍由HTC生产的谷歌手机进行内部测试
英国EE分享LTE发展经验教训，面临终端-语音-回传三大挑战