高热流密度芯片用热管散热器的实验研究及复合微结构的优化设计

发布时间：2017-03-20 02:07

  本文关键词：高热流密度芯片用热管散热器的实验研究及复合微结构的优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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。
【关键词】：热管散热器 热性能 实验研究 复合结构 优化设计
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172.4
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 符号说明7-14
• 第一章 绪论14-26
• 1.1 研究背景和意义14-17
• 1.2 国内外研究进展17-19
• 1.3 存在的主要问题19-21
• 1.4 FloEFD软件的介绍21-23
• 1.4.1 FloEFD软件的基本结构21-22
• 1.4.2 FloEFD软件的仿真流程22-23
• 1.5 本文的研究内容23-26
• 第二章 热管启动性能的实验研究26-46
• 2.1 热管的基本理论26-29
• 2.1.1 热管的工作极限26
• 2.1.2 吸液芯的毛细压力26-28
• 2.1.3 吸液芯材料28-29
• 2.2 不同吸液芯热管在芯片散热中的应用与研究29-30
• 2.2.1 不同吸液芯热管的应用29-30
• 2.2.2 不同热管启动性能的研究30
• 2.3 启动性能测试的实验原理与平台的搭建30-36
• 2.3.1 热管性能测试实验系统的设计与组成30-34
• 2.3.2 实验过程及步骤34-36
• 2.4 实验数据处理与分析36-44
• 2.4.1 槽道吸液芯热管的启动特性36-41
• 2.4.2 烧结粉末吸液芯热管的启动特性41-43
• 2.4.3 复合纤维吸液芯热管的启动性能43-44
• 2.5 本章小结44-46
• 第三章 铝翅片热管散热器热性能的实验研究46-60
• 3.1 散热性能测试平台的系统原理设计46-48
• 3.2 实验测试用热管散热器的结构与型式48-49
• 3.3 测试装置的主要单元设计49-52
• 3.3.1 热输入单元模块49-50
• 3.3.2 冷却单元模块50
• 3.3.3 采集单元模块50-52
• 3.4 实验过程及数据分析52-58
• 3.4.1 实验步骤52-54
• 3.4.2 不同热管数量对散热性能的影响54-56
• 3.4.3 不同冷流风速对芯片表面温度的影响56-57
• 3.4.4 不同结构散热器对芯片表面温升过程的影响57-58
• 3.4.5 不同功率对H-3散热器下芯片瞬态表面温度的影响58
• 3.5 本章小结58-60
• 第四章 复合微结构热管散热器的设计与模拟60-68
• 4.1 复合微结构散热器的基本理论60-61
• 4.2 理论模型的验证61-63
• 4.3 微结构翅片与热管组合结构上优化63-67
• 4.3.1 微结构翅片的理论计算63-64
• 4.3.2 三热管矩形槽道微结构翅片的应用优化64-65
• 4.3.3 两根热管与微结构翅片组合结构的优化65-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 结论与展望68-70
• 5.1 全文工作与结论68-69
• 5.2 存在的不足与展望69-70
• 参考文献70-76
• 致谢76-78
• 研究成果及发表的学术论文78-80
• 作者和导师简介80-81
• 附件81-82

【参考文献】

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本文编号：256957