一種利用熱管均溫特性的設計和分析方法

摘 要：某電子設備的主要特征是熱源分布不均，局部熱流密度大，且設備的重量和空間有嚴格限制，在保持箱體結和略微增加重量的前提條件下，文章介紹一種利用熱管“熱超導”均溫特性有效提高冷板散熱效率的方法。并運用仿真軟件驗證利用熱管均溫特性能夠降低主要器件節溫約8℃，改善效果明顯。

關鍵詞：熱管；熱流密度；熱仿真

引言

隨著電子元器件的高頻以及集成電路的高密度集成，體積趨于微小化，使得單位體積的發熱功率（熱流密度）急劇增加。傳統的散熱方式在傳熱量、體積、質量和冷卻方式等方面已慢慢不能滿足要求。由于熱管具有極高的導熱性、熱流密度可變性以及優良的等溫性和環境適應性等特點，已成為電子電器設備高效散熱的重要技術之一。目前已知的用于大功率電子元件散熱的熱管式散熱器最高散熱功率已達到200W/cm2[1]。可見，熱管技術是解決高熱流密度散熱問題的途徑之一。

熱管1964年發明于美國洛斯-阿洛莫斯國家實驗室，是一種具有極高導熱性能的傳熱元件，具有良好傳熱性制作，具有結構緊湊、傳熱量大、安裝方便和維護量小等特點，上世紀70年代開始在工業領域大量[2]。它通過在全封閉真空管內工質的汽、液相變來傳遞熱量，具有極高的導熱性，高達純銅導熱能力的上百倍，有“熱超導體”之美稱，熱管兩端溫差很小，具有很好的均溫性。本文中的電子設備因重量、空間等因素限制，無法將模塊熱量直接利用熱管傳遞至熱沉散熱，但可以利用其均溫特性對設備內熱源集中的區域進行熱擴散，以提高散熱效率。……