【正文】 為準(zhǔn)確掌握多道次拉拔對微熱管的幾何尺寸及其它物理性能等的影響規(guī)律，則需要進(jìn)行大量的研究工作。溫度最高的地方發(fā)生在定徑孔的起始處，其次是在工作錐的位置。最后研究了穩(wěn)定狀態(tài)下犁削成形力情況，通過調(diào)整外部夾緊力，可保持犁削成形過程處于穩(wěn)定狀態(tài)。2．在微溝槽犁削過程中，多維復(fù)合整體翅片犁切擠壓成形過程可分為四個階段即切入、擠壓、成翅和修整，這四個階段分別連續(xù)、同時存在，犁削工藝能一次成形多維復(fù)雜翅結(jié)構(gòu)功能表面，無切屑，材料利用率高；翅片成形過程中犁切的金屬發(fā)生塑性變形變成一次翅片，而由于刀具的擠壓和摩擦作用一次翅片頂部發(fā)生延性撕裂而形成復(fù)合翅片，最終形成由犁切槽、一次翅片、復(fù)合翅片組成的，具有表面宏觀結(jié)構(gòu)、表面亞結(jié)構(gòu)和表面微結(jié)構(gòu)的多維翅結(jié)構(gòu)功能表面；擠壓角、犁削深度以及犁切速度對翅成形有顯著的影響。旋壓成形法只適宜于直徑為6mm左右的小型溝槽式圓熱管加工，對于直徑較小的熱管則很困難，特別是對于直徑3mm以下的微型熱管由于受到芯頭制造和使用的限制則幾乎無法加工。刀齒尖銳無圓角、芯頭位置不適當(dāng)，則芯頭易崩刃損壞。（2）在多齒芯頭與旋壓球的擠壓作用下，銅管壁會產(chǎn)生塑性變形，這不但使管壁的形狀和尺寸發(fā)生了改變，而且使管壁金屬的結(jié)構(gòu)和性能也發(fā)生了變化。1—旋壓套圈；2—旋壓球；3—銅管；4—多齒芯頭；ω1—旋壓球公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；ω2—旋壓器轉(zhuǎn)速；ω3—旋壓球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（a）旋壓加工原理圖1—芯頭固定臺；2—旋壓機(jī)；3—銅管；4—拉拔工作臺（b）旋壓加工過程圖21 微溝槽旋壓加工過程示意圖 Schematic diagram of the process of micro grooves微溝槽成形過程的實(shí)質(zhì)是銅管內(nèi)壁金屬在多齒芯頭、旋壓球及軸向拉力的連續(xù)拉拔－擠壓作用下的局部塑性變形過程。因此，研究出一種微熱管的制造方法使溝槽式微熱管的制造切實(shí)可行，提高溝槽式微熱管的毛細(xì)力，在不增加重量和體積的前提之下，提高熱管的性能，已是微熱管設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵。3．微型溝槽式圓熱管拉拔成形機(jī)理與拉拔成形研究。溝槽表面的犁溝能極大地提高類鱗刺犁溝 圖111 在微溝槽表面形成的亞結(jié)構(gòu) Fig 111 Substructure on the micro groove’s surface毛細(xì)壓力，并能增大液體回流的截面積，降低回流阻力；類鱗刺及粗糙的表面增大液體的浸潤性，也使得毛細(xì)壓力增大。因此，超高性能薄壁微型熱管技術(shù)的研究開發(fā)，不僅成為當(dāng)前電子領(lǐng)域中芯片散熱等迫切需要解決的重要課題，而且對于促進(jìn)微電子產(chǎn)業(yè)以及其它相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和結(jié)構(gòu)升級，提高產(chǎn)品的競爭力和附加值，都具有重要意義。美國的Thermacore、Noren和日本的Furukawa、Fujikura以及Hitachi等公司正相繼針對微電子行業(yè)開發(fā)外徑3mm6mm的光滑壁面梯形槽溝槽式圓熱管，他們已開發(fā)出的直徑6mm溝槽式小型熱管一般為55溝槽；華南理工大學(xué)現(xiàn)在制造技術(shù)研究所也通過高速充液旋壓成形的方法開發(fā)出了直徑為6mm的溝槽式小型熱管，其熱管溝槽數(shù)為60～80、。熱管的熱傳導(dǎo)能力及熱阻很大程度上取決于吸液芯結(jié)構(gòu)。Lee等[60]提出了一種微熱管集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造方法，該系統(tǒng)包括發(fā)熱器、熱管陣列、溫度和電容傳感器。微型熱管制造是微型熱管發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵[26]。為減少汽－液界面上的粘性剪切應(yīng)力，ShungWen Kang等[46]開發(fā)出一種具有三層結(jié)構(gòu)、允許液體和蒸汽流動隔開的徑向溝槽微熱管，通過實(shí)驗(yàn)估計(jì)，微熱管在70%的灌注率下的性能更好。M. A. Hanlon和H. B. Ma[39]提出了一個二維模型預(yù)測燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)的綜合傳熱能力，模型考慮了吸液芯的熱阻、毛細(xì)極限和最初核沸騰的情況，其數(shù)值解表明僅在吸液芯表面發(fā)生的薄膜蒸發(fā)在蒸發(fā)強(qiáng)化傳熱中起著重要的作用，其最大過熱量是粒子半徑、吸液芯孔隙率、吸液芯結(jié)構(gòu)厚度和有效熱阻的函數(shù)，并且對于最大傳熱量存在一個最優(yōu)化厚度。自1965年Cotter[32]提出熱管的基本理論以來，其研究成果就逐漸成為熱管研究基礎(chǔ)，特別是Cotter[33]1984年提出了微熱管的完整概念，許多科研人員對微熱管內(nèi)部蒸汽和液體流動規(guī)律及傳熱機(jī)理進(jìn)行探索和研究。可以設(shè)想，微熱管可以在某種恒定溫度下提供可控制的熱流速度以匹配生物組織的熱傳導(dǎo)率，它也可以用來處理用其他方法不能處理的在身體某個部位存在的腫瘤組織[29]。隨著裝置中計(jì)算能力和處理速度的提高以及結(jié)構(gòu)尺寸的下降，在這些裝置中產(chǎn)生的熱量的有效去除已經(jīng)變得越來越重要，因?yàn)檫^剩的熱將導(dǎo)致在單獨(dú)元件中將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。相應(yīng)于對尺寸很小的熱管需求的不斷增加和研究力度的不斷加強(qiáng)，可對微型熱管的定義卻仍然很模糊。熱管是一種高效率利用相變傳熱的熱傳導(dǎo)器，℃/W。所以，熱管的傳熱與一般固體以顯著改變的方式傳熱有著質(zhì)的不同，后者是通過自由電子的運(yùn)動、分子的熱運(yùn)動而傳遞熱量的，在數(shù)量上熱管可以比一般固體導(dǎo)熱大幾個數(shù)量級，熱管的導(dǎo)熱能力不是一般導(dǎo)熱器件或材料所能比擬的。1．2．2 熱管的工作原理及工作特點(diǎn)圖17為熱管的工作原理示意圖。熱電致冷技術(shù)一般應(yīng)用于溫度范圍為－20℃～常溫、制冷功率小于10W的場合?？招纠浒謇鋮s方法按照冷卻介質(zhì)的不同可分為氣冷式冷板和液冷式冷板，但兩種冷卻方式的傳熱能力都有限，且受工作環(huán)境影響較大。①自然對流冷卻技術(shù)。以前傳統(tǒng)的光滑表面或簡單結(jié)構(gòu)表面已經(jīng)不能適應(yīng)目前的高熱流密度散熱需求，未來表面熱功能結(jié)構(gòu)更趨向于多維、多尺度特征方向發(fā)展。在過去數(shù)十年間，IC芯片一直遵循摩爾定律快速進(jìn)步。論文研究內(nèi)容如下：關(guān)鍵詞：微型溝槽式熱管；旋壓成形；微溝槽；AbstractAlong with the emergence of the phenomena and the new characteristics namely that heat flow density is increased rapidly while effective cooling space is reduced in the microelectronic field, there is in urgent need of micro heat pipe as the ideal thermal conductive ponents which have the characteristics of high heatconductivity, fine isothermal property, fast heat response, and simple structure. The heat transfer performance of the heat pipe depends mainly on the structure of wick inside the inner wall.目 錄摘要…………………………………………………………………………………………IAbstract……………………………………………………………………………………IV主要符號表…………………………………………………………………………………IX第一章緒論…………………………………………………………11．1 引言………………………………………………………………………………………11．2 微電子芯片熱控制方法與熱管的工作特點(diǎn)……………………………………………1 1．2．1 微電子芯片熱控制方法…………………………………………………………1 1．2．2 熱管工作原理及工作特點(diǎn)………………………………………………………51．3 微型熱管技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢………………………………………………7 1．3．1 微型熱管概述……………………………………………………………………7 1．3．2 微型熱管的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀……………………………………………………8 1．3．3 微型熱管技術(shù)的發(fā)展趨勢……………………………………………………101．4 課題來源與本文的主要研究內(nèi)容……………………………………………………13 1．4．1 課題來源………………………………………………………………………13 1．4．2 本文的主要研究內(nèi)容…………………………………………………………13二、本論微型溝槽式圓熱管的旋壓成形方法研究…………………………………………162．1 引言……………………………………………………………………………………162．2 溝槽式圓熱管旋壓成形法的特點(diǎn)分析………………………………………………16 2．2．1 旋壓成形法的加工原理………………………………………………………16 2．2．2 旋壓成形法的加工特點(diǎn)………………………………………………………182．3 本章小結(jié)………………………………………………………………………………27結(jié) 論……………………………………………………………………………………121參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………124致謝…………………………………………………………………………………………137主要符號表 銅管橫截面積 單齒刀具的前刀面1 單齒刀具的前刀面2 蒸汽通道面積 吸液芯截面積 單齒刀具的后刀面 單齒刀具的成形面 單齒刀具的成形面 單齒刀具的基本寬度 單齒刀具中直線長度 連續(xù)翅結(jié)構(gòu)宏觀翅片寬度 鋸齒狀翅片結(jié)構(gòu)鋸齒寬度 撕裂狀翅片結(jié)構(gòu)撕裂寬度 蒸汽比熱容 液體比熱容D 銅管外徑 銅管空拔前外徑 銅管空拔后外徑 多齒刀具頂圓直徑 多齒刀具根圓直徑 熱管內(nèi)徑 蒸汽通道直徑 小型圓熱管外徑 鋸齒狀翅片結(jié)構(gòu)鋸齒間距 功函數(shù) 上給定面力 溝槽中液體的摩擦系數(shù) 蒸汽腔氣體摩擦系數(shù) 單齒刀具的基本高度 次溝槽高度 擠壓犁削臨界深度 多齒刀具單齒單元齒高 相變潛熱 連續(xù)翅結(jié)構(gòu)宏觀翅片高度 鋸齒狀翅片結(jié)構(gòu)鋸齒高度 小型圓熱管微溝槽名義深度 撕裂狀翅片結(jié)構(gòu)撕裂高度 Jacobian變換矩陣的逆矩陣 屈服剪應(yīng)力 冷凝段吸液芯有效導(dǎo)熱系數(shù) 蒸發(fā)段吸液芯有效導(dǎo)熱系數(shù) 液體導(dǎo)熱系數(shù) 蒸汽導(dǎo)熱系數(shù) 固體導(dǎo)熱系數(shù) 單齒刀具的基本長度 第對前刀面與基面相切之長度 鋸齒狀翅片結(jié)構(gòu)鋸齒長度 熱管總長度 絕熱段長度 冷凝段長度 多齒刀具的擠壓犁削導(dǎo)向長度 蒸發(fā)段長度 熱管有效長度 小型圓熱管微溝槽個數(shù) 等效應(yīng)變速率矩陣 毛細(xì)壓力 吸液芯中的最大毛細(xì)壓力 熱管吸液芯液體壓力 蒸發(fā)段始端蒸汽壓力 熱管內(nèi)蒸汽壓力 蒸發(fā)段傳熱功率 冷凝段輸出功率 熱管熱阻 吸液芯與固體壁交界處半徑 多齒刀具齒根半徑 多齒刀具齒頂半徑 蒸汽通道半徑 固體外壁半徑 氣泡半徑 通道水力半徑 多齒刀具單齒單元齒頂半徑 銅管內(nèi)徑 有效毛細(xì)半徑 銅管半徑 蒸汽通道半徑S 銅管壁厚 單齒刀具兩前刀面之間的中間切削刃 單齒刀具的前刀面和后刀面之間的切削刃 單齒刀具的成形面和前刀面之間的切削刃 單齒刀具的前刀面和后刀面之間的切削刃 單齒刀具的成形面和前刀面之間的切削刃 已知面力 已知速度表面 絕熱段溫度 液體溫度 蒸汽溫度 固體壁溫 冷凝段環(huán)境溫度 出水口和進(jìn)水口的溫差 小型圓熱管壁厚 銅管空拔前壁厚 銅管空拔后壁厚 微溝槽間隔 單元節(jié)點(diǎn)的速度向量 各速度分量 液體軸向速度 蒸汽軸向速度 蒸汽體積 擠壓犁削速度 單元內(nèi)部的速度場 液體徑向速度 蒸汽徑向速度 溝槽寬度 次溝槽底寬 槽道壁厚度 單齒刀具的后角 單齒刀具的成形角 槽深 吸液芯孔隙率 等效應(yīng)變速率 等效應(yīng)變 各應(yīng)變速率分量 體積應(yīng)變速率 銅管軸向應(yīng)變 銅管徑向應(yīng)變 銅管周向應(yīng)變 熱管傾角 多齒刀具相鄰齒夾角 單齒刀具中間切削刃的傾角 蒸汽粘度系數(shù) 液體粘度系數(shù) 蒸汽密度 液體密度 液體表面張力系數(shù) 等效應(yīng)力 各應(yīng)力分量 塑性區(qū)各應(yīng)力偏量 銅管強(qiáng)度極限 熱管周向拉應(yīng)力 材料的屈服應(yīng)力 熱管軸向拉應(yīng)力 銅管徑向應(yīng)力 銅管周向應(yīng)力微型熱管的基本理論及前景研究1．1 引言近年來,隨著電子科技的進(jìn)步,許多電子產(chǎn)品不斷地往高性能化、高功率化以及超薄、微型化發(fā)展,使得電子元件單位面積所產(chǎn)生的熱量越來越高,同時電子產(chǎn)品的高集成度使其有效散熱空間日趨減小，且許多場合散熱空間是封閉或半封閉的，從而導(dǎo)致有效散熱空間非常狹小而熱流密度又非常高，這一尖銳矛盾導(dǎo)致微電子產(chǎn)品中的熱控制成本急劇上升。我國也在973計(jì)劃2005年重要支持方向中設(shè)立了延長硅集成電路摩爾定律的重大專項(xiàng)。目前由美日少數(shù)大企業(yè)研制出來的微熱管，特別是美國Thermacore公司已經(jīng)成功研制并大規(guī)模生產(chǎn)的芯片高傳熱量燒結(jié)式微熱管，其內(nèi)壁也具有多維、多尺度復(fù)雜表面結(jié)構(gòu)。強(qiáng)迫空氣冷卻具有設(shè)備簡單、成本低、電子元器件易于更換維修、易受環(huán)境影響等特點(diǎn)，多用于耗散生熱量不大的電子設(shè)備。圖15 微通道結(jié)構(gòu) Structure of micro channel⑤熱電致冷技術(shù)。圖16 微噴流冷卻器 Microjet cooler⑦熱管相變冷卻技術(shù)。如此循環(huán)不停，熱量由熱管的一端傳至另一端，放給冷源。二是芯片至空氣的平均熱阻較大，如IBM4381多芯片組件采用的沖擊空氣圖18 熱源大小對于熱沉溫度分布關(guān)系示意圖 the