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化工进展
2009年第28卷第12期
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS
2105°
进展与述评8
OLOLOOLOAOSO
平板热管散热技术研究进展
陈金建,汪双凤
华南理工大学化学与化エ学院,传热强化与过程节能教育部重点实验室,广东广州510640)
摘要:平板热管作为一种新型的热管技术,具有热导率高、均温性良好等优点,成为解决电子散热问题很有前
途的技术之一。本文介绍了平板热管散热工作原理,并在综述国内外有关加工制作、毛细结构、热源布置及数值
模拟研究的基础上、提出了平板热管下一步的研究趋势。
关键词:平板热管;传热;电子冷却
中图分类号:TB172文献标识码:A文章编号:1000-6613(2009)12-2105-04
Research progress in flat plate heat pipes
CHEN Jinjian, WANG Shuangfeng
(The Key Lab of Enhanced Heat Transfer and Energy Conservation, Ministry of Education, School of Chemistry and
Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China)
Abstract: Flat plate heat pipe is one of the available technology to deal with the high density electronic
cooling problem. This paper introduces the working principle of flat plate heat pipe, and the research in
pipe making, capillary structure, layout of heat source and numerical simulation is comprehensively
reviewed. Future development for flat plate heat pipe is predicted
Key words: flat plate heat pipe; heat transfer; electronic cooling
随着微电子技术的迅速发展,电子器件的微型 chamber)的平板热管结构如图1所示。其工作原理
化已经成为现代电子设备发展的主流趋势。电子为平板热管是一个内壁具有毛细结构的真空腔体,
器件特征尺寸不断减小(如微处理器的特征尺寸腔体抽成真空并充入工质,当热量由热源传导至蒸
在1990~2000年内从0.35um减小到0.18um)リ,发区时,腔体里面的工质在低真空度的环境中会开
芯片的集成度、封装密度以及工作频率不断提高,始产生液相气化的现象,此时工质吸收热能并且体
这些都使芯片的热流密度迅速升高。因此电路及积迅速膨胀,气相的工质会很快充满整个腔体,当
其芯片散热问题显得格外突出。而平板热管具有气相工质接触到一个比较冷的区域时便会产生凝结
高的热导率和良好的均温性,成为解决电子散热的现象,从而释放出在蒸发时累积的热,凝结后的
问题的很有前途的技术之一。本文作者介绍了平液相工质由于毛细结构的毛细吸附作用再回到蒸发
板热管技术的工作原理,并在综述国内外对平板热源处,此过程将在腔体内周而复始进行,如此循
热管研究的基础上,提出了平板热管未来的发展环便能带走模块产生的热量
方向。
平板热管与传统热管相比具有以下优点:①能
1平板热管工作原理
有效解决散热和减小温度梯度;②平板热管通过降
平板热管属于热管的一种类型,并且平板热管收稿日期:2009-04-29;修改稿日期:2009-06-07
第一作者简介:陈金建(1984一),男,硕士研究生。联系人:汪双
比一般热管具有更加突出的优点,其形状非常有利风,教投,博士生导师。电话020-2229:E-mai
于对集中热源进行热扩散。一种称为蒸汽腔( vapor
swang(@scut.edu.cn
兔兔W.menti.com
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进展
2009年第28卷
公司应用的是金属薄膜,迈萪、沅达公司则采用铜
网技术。
体
3毛细芯结构
毛细芯的吸水能力是热管设计的重要参数,高
管壁
渗透率的毛细芯提供给工质高的传输能力,有利于
毛细芯
热源
工质的蒸发和冷凝回流,从而提高热管的传热性能
图1平板热管结构
查阅文献可知,目前国内外在毛细芯方面作了大量
的研究
低热阻而达到高热导率,保证热量快速及时传递
Wang等研究了非对称平板式热管中工质流
③)用热管基板代替金属基板能大大强化基板的热お动和热传递特性,并在理论上第一次详细分析了毛
散,热板的等温性也有益于降低热阻,为与电子元细芯中的相互作用,采用积分法研究了平板热管的
件一体化封装提供了条件,为此,平板热管正成为压力场和速度场。
国内外热管界及热管厂家研究的一个热点领域。
Yu等研究了微孔隙烧结芯的平板热管,结果
2加工制作技术
表明:当毛细芯的滲透率等于0.5时,平板热管具
有最佳的性能,实验数据表明其性能提高了33%以
采用传统加工技术产量低、代价高、机加工上。Lu等?研究了使用高导热性和渗透性的石墨泡
费时、报废率高,目前用金属辊压的方法来加工沫作为毛细芯的平板热管,结果表明:以乙醇作为
梯形槽,锯切加工矩形槽。这些加工方法的缺点工质时,石泡沫结构的性能约为铜芯结构的2倍
是:毛细抽吸半径与烧结芯和金属网相比不是最此外,如果用水来代替乙醇作为工质,平板热管的
小的,且要形成深糟不破坏壁面是困难的。另外,传热性能将会进一步提高。 Vadakkan等η研究了碳
微型平板热管的加工方法大都采用分别加工上下纳米管作为毛细芯的平板热管,由于单个碳纳米管
基板,然后通过金属焊接或者键合等工艺实现上具有极高的热导率200300wv(m?K)]从而显著
下基板的粘接。这样的工艺优点在于粘接牢靠、提高了热管的导热系数,其传热性能高于铜芯结构
密封性好,但也存在加工难度大、设备造价高等的平板热管。
题。
wong等?研究了一种新型的平板热管,该新型
刘晓为等?提出了一种微型平板热管的封装方的平板热管与传统的平板热管最大的区别在于以
法,他们米用低熔点金属作为焊料,通过特制模具块波纹形的榑道板代替常规的用于烧结毛细芯的上
对微热管壳体施加一定压力,在真空或者保护气体壁面,其内部平行的槽道既有利于蒸气的传输,也
环境下加温化焊料金属,再冷却后,使得微型平可以作为冷凝器并且起到支的作用。波纹形的槽
板热管上下基板粘合在一起,以达到微热管的封装道壁不仪扩展了冷凝的面积,而且缩短了液体冷凝
目的。该方法操作简单、成本低廉、连接稳定可靠,回流的路径,使得该新型平板热管具有更低的热阻
能够满足微型热管正常工作需求。
和优越的抗烧干特性。如图2所示。
张晓东等提出了一种热型连铸法制造槽道式
半板热管。这种方法可以铸出截面形状复杂、壁薄、
细小的铸件,月铸件表面光洁、尺寸准确,给热管
充液管
支撑