辐射沟槽式吸液芯均热板加工工艺及传热性能研究

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近年来,随着现代化微电子技术向大功率、高性能、高集成等方向快速发展的同时,所带来的高温高热、热量集中等问题,也成为了阻碍其自身发展的重要原因。均热板是一种被广泛运用于解决微电子产品过热、热流密度高等相关问题的有效散热元件。吸液芯是均热板的重要组成部分,对均热板传热性能有着决定性的影响。目前被广泛使用的吸液芯结构虽然具有相对成熟的制备流程,但其仍具有质量大、传热系数低、热阻高等不足之处,无法满足部分微电子产品的散热需求。针对均热板内部的吸液芯结构进行有效的创新优化,使均热板向轻薄化、传热性能高效化发展,是当今国内外学者们研究的重点,也是未来必然的发展趋势。本文提出了一种辐射沟槽式吸液芯均热板,首先分析其传热极限以及传热传质数值模型;然后对辐射沟槽式吸液芯的激光加工工艺进行了研究;最后制备了不同参数的辐射沟槽式吸液芯均热板,并对其传热性能进行了研究。具体工作内容如下:(1)根据均热板的工作原理,分析了均热板的传热极限,并通过使用UDF软件将吸液芯表面接触角大小由固定不变更改为随着位置的变化而改变,建立了辐射沟槽式吸液芯均热板的传热传质数值模型。对传热极限与数值模型的分析结果表明:吸液芯的毛细极限对均热板传热性能影响最大;辐射沟槽式吸液芯能够有效提升均热板的传热性能,但沟槽辐射角度较小的均热板的均温性能相对较差。(2)以双温扩散模型分析激光加工机理和观测得到的沟槽微观形貌为依据,选用了纳秒激光打标器作为沟槽式吸液芯的加工设备,然后通过单因素实验与正交试验分析了主要加工参数对沟槽式吸液芯形貌的影响规律,并对相关参数进行了优化组合与验证,最后采用优化后的激光加工参数,通过调整激光扫描路径,制备出不同辐射角度的沟槽吸液芯,并对吸液芯的毛细性能进行了检测,检测结果表明:激光加工出沟槽式吸液芯的辐射角度越小,工质流动速度越快、流动距离越长,吸液芯的毛细性能越强。(3)使用优化后的激光加工工艺参数,通过改变沟槽分布、沟槽辐射角度、充液率、吸液芯冷凝端表面浸润性,制备了具有不同参数的辐射状沟槽式均热板,同时搭建了均热板传热性能检测平台。研究了不同的参数对均热板传热性能影响,结果表明:辐射沟槽式吸液芯在均热板两端均有分布能够有效提升其整体的传热性能;相对较低的充液率能够使辐射沟槽式吸液芯均热板的启动时间加快,但只有适量的充液率才能有效提升辐射沟槽式吸液芯均热板传热性能;较小的辐射角度能够有效降低均热板的平均热阻,但是会使其均温性变差;冷凝端为疏水性的辐射沟槽式吸液芯均热板适用于低功率工作环境。
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