52 / 2021-07-10 16:32:49

毛细芯结构对大功率均温板均温性的分析

大功率VC；理论模型；数值模拟；池沸腾

目前，电子元器件朝着高频、高集成和大功率方向发展，高热流密度散热问题亟待解决。本文针对大功率均温板（vapor chamber，VC）的设计方法，结合池沸腾实验数据，提出一种新颖可靠的用于分析，蒸发端搭载不同毛细芯结构情况下，大功率VC均温性的数学模型，并采用数值分析方法验证理论模型的准确性。该方法可以用于明确大功率VC总热阻的主导单元和计算当VC内部搭载不同不规则毛细结构时VC整体的最大温差，为VC的进一步优化提供方向。分别对450 μm和750 μm的电沉积蜂窝状毛细芯及烧结铜粉毛细芯进行池沸腾实验，获取不同热流密度下的沸腾换热系数，用于计算当热源热流密度为100 W/cm²时，搭载与池沸腾实验同样的吸液芯条件下VC的均温性能。通过理论模型计算得出，当大功率VC蒸发端毛细芯为450 μm烧结铜粉时，毛细芯热阻与蒸发端对流换热热阻之和占VC总热阻的85.6%，为VC总热阻的主导单元；且在100 W/cm²加热功率下，VC整体温差为21.7 K，该结果与数学模型计算结果吻合。将毛细芯替换为同等厚度的电沉积蜂窝状后，通过数学模型计算得到VC整体温差为12.1 K，降低了42.7%，电沉积蜂窝状结构可明显降低VC的温差，提高大功耗VC的传热性能。