扁平微热管孔槽复合吸液芯加工及传热性能研究

According to the rapid rising of heat flux and the reduction of dissipating space in the microelectronic field, this project focuses on the fabrication theory of micro sintered-crack composite wick (short for sintered-crack wick) for flattened micro heat pipe. The main research works on: phase change flattening process for sintered-crack wick flattened heat pipe (short for sintered-crack heat pipe) and optimizing its parameters, forming mechanism of axial crack channels, structure characterization and mass transfer mechanism of sintered-crack composite wick, heat transfer performance of sintered-crack heat pipe，optimization of sintered-crack wick structure for high thermal performance sintered-crack heat pipe, and finally to establish core technology and product with independent intellectual property rights for the microelectronic chip cooling in China.

针对电子领域狭小空间高热流密度电子芯片热控制对高性能微热管的迫切需求，本项目重点围绕扁平微热管核心技术-孔槽复合毛细吸液芯微结构（简称孔槽复合吸液芯）制造理论及方法开展研究，内容包括：孔槽复合吸液芯扁平微热管（简称孔槽复合热管）相变压扁制造技术及工艺优化、轴向微裂槽阵列结构成形机理、孔槽复合吸液芯结构表征、孔槽复合吸液芯传质机理、孔槽复合热管传热性能研究、孔槽复合吸液芯结构主动优化设计，最终构成一套完整的高性能孔槽复合热管制造理论体系及加工方法，为我国在电子芯片热控制领域提供具有核心自主知识产权的技术及产品支撑。

随着电子芯片热流密度急剧增加及有效散热空间日益狭小，具有高导热率、高可靠性、热响应快、无需额外动力等特点的扁平热管已成为电子领域使用的理想导热元件。毛细吸液芯(简称吸液芯)是扁平热管的核心部件，项目提出了一种全新的复合吸液芯：孔槽复合毛细吸液芯微结构（简称孔槽复合吸液芯）。孔槽复合吸液芯扁平微热管（简称孔槽复合热管）具有制造工艺简单、成本低、传热性能高、可产业化等优点。.(1)孔槽复合热管加热相变压扁制造及参数优化。提出了孔槽复合热管加热相变压扁制造新技术；理论分析了加热相变压扁制造过程中热管几何形状变化，内部蒸汽压作用机制及热管弹塑性大变形成形过程，并进行了实验测试。相变压扁过程作用机制为饱和蒸汽压方程；相变压扁过程，热管几何形状变化很大，最大等效塑性应变主要发生在扁平段吸液芯/蒸汽界面上，并超出吸液芯极限抗拉强度；压扁温度480K时，压扁热管屈曲率微小。.(2)孔槽复合吸液芯结构成形、表征与性能研究。微裂槽呈周期性轴向排列，并多发生于微齿顶端；铜粉粒径对微裂槽阵列结构影响最大，烧结温度，吸液芯烧结厚度也有较大影响；铜粉烧结多孔板在空气中表现为疏水性；多孔铜粉烧结芯的热导率随孔隙率的增大而降低；孔槽复合吸液芯毛细提升速率随球形铜粉粒径增大而减少。.(3)孔槽复合热管传热性能研究。孔槽复合热管具有良好的启动性能和等温性能；吸液芯烧结厚度对热阻影响最大; 球形铜粉粒径对极限功率影响最大，吸液芯烧结厚度与压扁高度也有较大影响，大粒径铜粉吸液芯易受重力影响。