多芯片平板热管散热器性能的实验研究

　　摘 要 设计了一种新型多芯片平板热管散热器，通过测试模拟芯片的表面温度，对散热器在不同空气流速、芯片数目及位置和加热功率下的散热性能进行了实验研究。测试结果表明：在环境温度为20℃、芯片表面温度控制在80℃的条件下，散热器水平使用时，单芯片、双芯片和三芯片的最大散热能力分别为310W，390W和500W;散热器竖直使用时，其最大散热能力分别为275W，408W，500W。由此得出，多芯片平板热管散热器的散热性能较单芯片散热器具有更大优势。实验结论与平板热管的热扩散效果吻合良好，而且符合现代电子器件散热的要求。

　　随着微电子技术的迅猛发展，电子器件的微型化已成为现代电子设备发展的主流趋势。电子器件特征尺寸的不断减小，芯片的集成度、封装密度以及工作频率不断提高，使得芯片的热流密度和热负荷迅速升高，对装置的可靠性造成极大威胁[1-2]。为了保证电力电子设备的正常运行，需要使内装电子元件维持在一定温度范围内运转。这是因为电子元件的性能对温度非常敏感，温度过高或过低，元件性能将显著下降，不能稳定工作，从而也将影响到整个系统的可靠运行。因此迫切需要采用高效散热技术来解决此问题，这也是国内外该领域众所关心的一个重要课题之一[3]。芯片技术发展对高性能冷却的迫切要求与实际应用的广阔市场空间，使得对极高热流密度芯片、微系统的散热冷却研究一直成为非常重要而又活跃的研究领域[4]。平板热管作为一种新型的热管技术，由于其质量轻、热导率高、启动性和均温性良好，且由其做成的平板热管散热器的热管蒸发端与散热器底板面积相同，与芯片接触紧密，热阻小，故更能体现热管的传热特性，成为解决电子散热问题的很有前途的技术之一。

　　在大规模生产的制冷装置和精度较高的装载应用程序中，用的都是焊接上翅片的平板热管，所用平板热管独特的三维吸液芯为进一步研究微型热管的传热机理及优化设计打下了基础。前人已经对平板热管做了大量的理论和实验研究[1, 5-12]，但是由于多芯片分布造成不均匀的热负荷分布，以往应用于单芯片热管传热研究的传统的分析方法将不再适用，对多个芯片在平板热管上的分布和优化是一个崭新的研究领域。目前的工作是研究由改进平板热管所做散热器的性能特点，对三芯片嵌入式高性能平板热管散热器进行改进、制造和实验验证。为了考察该散热器的工作特性及设计的合理性，并找到芯片的最佳数目及位置，利用所建立的性能测试系统进行了大量的实验研究。

　　实验有三个目的：首先，研发一种高性能平板热管散热器;第二，检测多芯片散热器的最大传热量和散热能力;第三，确定各种操作条件对该散热器传热能力的影响。