导　　师： 丁静

学科专业： H1701

授予学位： 博士

作　　者： ;

机构地区： 华南理工大学

摘　　要： 电子电器设备的高效散热是现代传热技术的主要应用之一。电子元器件可靠性的改善、功率容量的增加以及结构的微小型化，都直接取决于器件本身热控制的完善程度。随着电子及通讯技术的迅速发展，高性能芯片和大规模及超大规模集成电路的使用越来越广泛。电子器件芯片的功率不断增大，而体积却逐渐缩小，并且大多数电子芯片的待机发热量低而运行时发热量大，瞬间温升快。因此，抗热冲击和散热问题已成为电子技术发展的瓶颈。
　　 热适应复合材料是通过对复合材料进行组分及其含量的选择和排列取向的设计，而使之具有适合要求的热导率或热膨胀系数的一种复合材料。根据电子器件散热技术领域对热适应复合材料的性能要求，本文选取导热系数高且密度低的膨胀石墨作为无机支撑材料，石蜡作为有机相变材料，利用石蜡与膨胀石墨间的固-液表面张力、孔隙结构的毛细作用力以及膨胀石墨的多孔结构和非极性等特性，制备出高导热系数和储热密度的热适应复合相变材料。采用扫描电镜（SEM）、比表面和孔径分布测定仪（BET）、差示扫描量热仪（DSC）、偏光显微镜（POM）和HOT DISK热常数分析仪等多种测试技术，对复合相变材料进行了分析研究；通过储/放热实验和1000次热循环实验研究了复合材料的传热性能和热稳定性。实验结果说明该复合相变材料具有形状稳定、导热率高、储热密度大等特点，并具有良好的热稳定性和使用寿命。
　　 本文构建了基于热适应复合相变材料的电子器件散热模拟实验系统，研究其散热性能和抗热冲击性能。选取石蜡质量含量为75％的热适应复合相变材料制作储热材料器件，通过热管与模拟芯片及其散热器连接，测量在不同的恒定功率条件及波动功率（开/关脉冲功率模式、高／低脉冲功率模式、正弦变化功率模式）条件下模拟芯片的表面温度随时间的变化情况，并与同型号传统散热器比较，分析热适应复合相变材料对电子器件散热及抗热冲击的性能影响规律。同时，研究分析复合相变材料用量、结合主动温控方式对散热性能的影响规律。实验结果表明，在同等条件下，复合相变材料散热实验系统的散热效果及抗热冲击性能明显优于传统散热系统。
　　 从传热学和流体力学的基本原理出发，建立基于热适应复合材料的电子器件散热过程中的传热模型及相应的数值计算方法，对复合相变材料的相变过程采用显热容法进行处理，分析高换热系数的相变过程与传统电子散热器的导热以及空气自然对流（或强迫对流）换热过程相结合的传热过程机理，利用电子散热专业软件ICEPAK进行热分析，模拟结果与实验测量值相接近。将热适应复合相变材料应用于电子器件的散热器中，利用相变材料大的相变潜热和较为恒定的相变温度的特点，可有效提高电子元器件抗热冲击的能力，实现电子器件散热的有效管理，保证电子电器设备运行的可靠性和稳定性。

关 键 词： 电子散热 有机相变材料 相变温控 热分析 热适应复合材料

分 类 号： [TN405.94 TB341]

领　　域： [电子电信] [一般工业技术]