热管的制程设计及导热性分析毕业设计

热管的制程设计及导热性分析毕业设计

目录：

第一章概论 (4)

1.1 前言 (6)

1.2 研究动机与目的 (8)

1.3 文献回顾 (11)

第二章热管的结构与功能 (13)

2.1. 热管结构组成及功能分析 (16)

2.2.热管的工作原理 (19)

2.3. 热管的基本特性 (23)

2.4.热管的分类............................... .. (24)

2.5.热管的相容性及寿命 (25)

第三章热管制作工艺 (26)

3.2.1 素材加工 (26)

3.2.2 端部加工 (27)

3.2.3 置网 (27)

3.2.4 清洗 (28)

3.2.5 填粉 (29)

3.2.6连续烧结 (29)

3.2.7缩软管及旋转焊 (29)

3.2.8热处理 (29)

3.2.9 工作液体充填 (30)

3.3.0 抽真空、封合及测漏 (31)

3.3.1 弯管与压管 (32)

3.3.2 老化测试 (34)

3.3.3两点温差(4T)测试 (39)

第四章实验结果与讨论 (39)

4.1 新，旧制程各工序差异及优劣比较 (41)

4.2.新制程导管的具体制造流程 (41)

4.3 试验对比：不同制程下导管的良率比较 (42)

4.4 不同制程下导管的良率比较 (43)

4.5 总结与概括 (43)

第五章毕业论文总结 (45)

参考文献 (47)

第一章

序论

1.1 前言

电子、通讯与光电产业在二十一世纪的今日已经与人类生活紧密的结合在一起。相对的，由于技术上日新月异，也使得这些3C 产品中的电子芯片在运算速度与效能上大幅的上升。尤其芯片在运算时，因为时脉频率提升所对应之发热功率增加，而造成电

子散热的问题也随之产生。由表1-1知，电子组件之故障有55%来自于温度因素，由此可知控制散热的好快将可以大幅左右电子零件的效能。当电子组件的温度每上升10℃，寿命将会降低一半，并且大大影响其使用周期。而热管(Heat Pipe)的诞生正好可以有效解决电子散问题，目前也大量的用于电子产品散热之中，尤其以桌上型计算机(Desktopcomputer , D/T)、笔记型计算机(Notebook computer , N/B)及服务器(Server)最为普遍。

1.2 研究动机与目的

如前言所述，因着科技进步、芯片效能提升，更高的功率消耗及更高的芯片热通量，而导致发热功率上升，连带产生热问题需要排解。例如以计算机来说，由于中央处理器(CPU)的效能不断提升，其频率频率与热能的产生量也趋近正比。虽然说现在的半导体制程及封装技术进步，中央处理器已经进化至双核心(Duel Core)或是多核心(Multi Core)，可分担芯片在运算时的耗能，有效降低单位发热量。但轻薄短小为现代社会对于电子产品之主流需求，不仅仅是笔记型计算机如此，桌上型计算机亦有如此趋势。如图1.1所示，宏碁(Acer) Aspire L310 桌上型计算机系列，只有一般传统型的1/10。就因为讲求轻薄短小，各个电子组件也想办法尽量集中。内部可运用的空间亦相对减少，导致散热难度增加。而热管的选用即可以有效解决这个问题，因为藉由其快速导热的特质可以有效的平均温度差，将热量由计算机中局部高温处传导

至相对低温的地方，如系统风扇、机壳等等，达到快速散热的目

的。

图1. 1 宏碁Aspire L310 : 250(长)*60(宽)*200(高)，单位：mm

早期的散热模块大多以单一金属鳍片的结构组成，中后期亦加入风扇，利用强迫对流来散热。但随着计算机功率的增加，相对的散热模块必须越做越大，如图1.2所示。然而加入热管后，由于热管是藉由相变化的对流模式传输热量，而非传统的散热模块利用热传导模式传热，所以可将热量由发热端快速导至散热端，进而提升均温及散热之效果。有效减少散热模块的体积及重量，达到轻巧化的目的。

图1. 2 前方–英特尔 Pent ium Overdrive 之散热器(1993) 后方–英特尔 Pent ium 4 之摽准散热器(2005)

1.3 文献回顾

热管为藉由温差来快速传递热能的装置，它是一种传热的介质，

亦可称之为热的超导体。主要特性就是不需任何外加能量就可以

传热的被动组件。热管一词的概念。是由美国俄亥俄州G.M.公司R.S.Gaugler在1942 年所提出以毛细结构作为热传之观念而起，并在1944 年获得美国专利，当时采用烧结的铁粉当作热管的内部组织，但并未有实际的工业运用。

1963 年，热管一词首次出现于Grover 等人所提到的专利中。他在美国新墨西哥的Los Alamos 研究所展开一系列有关热管的

研究，包括使用金属丝做成Wick 结构并测试不同的工作流体，使

得热管工作温度范围加大。

1970 年 Tien and Sun归纳出几种常用之毛细结构别为铜网(Mesh)、纤维(Fiber)、沟槽(Groove)和金属粉末(Powder)为现今热管业界制造毛细组织之主要类别，并整理出其性能特征曲线之函数关系。

1984 年 Cotter 首先提出微热管的概念，并指出非常适合于电子产品的散热组件。自此热管本身的效能进化以及在电子产品的应用也逐渐发展开来。例如Maezawa 的文献中针对热管在电子散热上的应用中(Maezawa and Fujitsu Co.) 所示，利用热管嵌入铝片中做成散热模块应用于笔记型计算机的散热。Sauciuc 等人所发表的超级纤维 (Super Fiber)，利用新型毛细结构来抵抗热管内工作液体的重力作用，兼顾毛细力与渗透率，与传统热管相较热阻约小2-3 倍。Moon 等人利用用微热管(Micro Heat Pipe)来进行散热。文中测试的条件包括工作流体的填充率、热管长度、蒸发端与冷端的长度、倾斜角度以及不同的发热功率。结果示直径3mm 和4mm 的热管，当工作流体填充率为29.3%和31%时，可以得到最小热阻。而且若斜角度在-5℃~5℃、长度在200mm~250mm 之间时，直径3mm 和4mm 的热管分别可带走6.8W~9.5W和

19.5W~47.5W的热量。此外在热管本身也因着电子零件进步而有相对的进化，由一维(X)传热(热管)而进化成二维(XY)传热之热板(Vapor Chamber)。如图1.3所示Mehl 等人以其公司开发之