具有复合沟槽毛细结构的微热管激光刻蚀工艺与传热性能研究

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）具有复合沟槽毛细结构的微热管激光刻蚀工艺与传热性能研究杨旸二〇一八年五月广东工业大学硕士学位论文分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501084广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）具有复合沟槽毛细结构的微热管激光刻蚀工艺与传热性能研究杨旸指导教师姓名、职称：魏昕教授企业导师姓名、职称：无专业或领域名称：机械制造及其自动化学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUni

2、versityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEngineeringScience)RESEARCHONLASERETCHINGPROCESSANDHEATTRANSFERPERFORMANCEOFMICROHEATPIPEWITHCOMPOSITEGROOVESCAPILLARYSTRUCTURECandidate：YangYangSupervisor：Prof.WeiXinMay,2018FacultyofElectromechanicalEng

3、ineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou，Guangdong，P.R.China，510006摘要摘要随着微电子技术的迅猛发展，具有高热导率、良好等温性、快速热响应等优点的微热管已成为微电子产品散热的理想元件。微热管的传热性能主要取决于管内吸液芯结构，吸液芯结构的优化改进一直是国内外学者研究的热点和重点。本文利用激光制备出具有复合沟槽吸液芯结构的平板微热管，并研究了其传热性能，具体工作如下：（1）建立复合沟槽吸液芯有效毛细半径、最大毛细压力等基

4、本参数的计算模型，并在此基础上建立复合沟槽平板微热管各传热极限的理论模型。通过代入复合沟槽的结构参数以及工质的物性参数，计算出各传热极限的理论值，发现在30℃、50℃、70℃三个工作温度下，本文制备的复合沟槽平板微热管的传热性能均受毛细极限的约束，因此以最大毛细压力作为复合沟槽激光加工质量的评价指标。（2）通过观察激光刻蚀复合沟槽的微观形貌，结合激光加工基本原理，分析了复合沟槽的激光成形机理，并通过单因素实验法分析了不同激光工艺参数对复合沟槽形貌及尺寸的影响规律，获得了合理的激光刻蚀工艺参数。结果表

5、明：复合沟槽的成形机理主要是光热作用，汽化压力喷溅的熔融物在二次粘附的作用下堆积在主沟槽表面形成次沟槽。合理的激光刻蚀工艺参数为：激光平均功率20W，脉冲宽度100ns，重复频率40kHz，扫描速度150mm/s，扫描次数25次，该工艺参数下复合沟槽形貌良好，且为工质液体回流提供的毛细压力较大。（3）对微热管管壳材料、工质种类、充液率进行了选择，并通过单反测量工质流速、红外热像仪测量毛细上升高度两个实验度量不同工质受到复合沟槽吸液芯毛细压力的大小，并分析了其原因。经过中间铜框架和抽真空注液管的加工、

6、复合沟槽吸液芯的激光制备、组装焊接封装、气密性检验、抽真空注液等工艺流程，完成了用于传热性能测试的复合沟槽平板微热管实验样件的制备。（4）搭建了微热管传热性能实验平台，对不同工质、不同充液率的复合沟槽平板微热管进行启动性能和稳态性能实验测试。结果表明：启动性能测试中，水-微热管在80%充液率下的启动时间最短，为52s；丙酮-微热管和乙醇-微热管在100%充液率下的启动最快，启动时间分别为44s、48s。稳态性能测试中，工质为水、丙酮、乙醇的微热管对应的最佳充液率分别为100%、120%、120%，在

7、最佳充液率下的极限导热功率I广东工业大学硕士学位论文分别为22W、14W、11W。最后将实验结果与理论结果进行对比，发现以水作为工质、充液率为100%的复合沟槽平板微热管在50℃工作温度下的毛细极限理论值和实验值分别为24.58W、22W，两者较为吻合，验证了所建立的复合沟槽平板微热管传热极限理论模型的正确性。关键词：微热管、复合沟槽、激光刻蚀、工艺规律、传热性能IIABSTRACTABSTRACTWiththerapiddevelopmentofmicroelectronicstechnology

8、,themicroheatpipewithhighthermalconductivity,goodisothermandfastthermalresponsehasbecometheidealelementfortheheatdissipationofmicroelectronicproducts.Theheattransferperformanceofmicroheatpipemainlydependsonthestructureofthesuctioncore,t