不同复合相变材料用于电子器件控温性能

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1、第卷第期工程热物理学报，年月不同复合相变材料用于电子器件控温性能的研究凌子夜张正国方哓明汪双凤高学农徐涛华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室，广州摘要本文实验研究°°了两种相变温度分别为和的有机物膨胀石墨复合相变材料对模拟芯片的控温性能在模拟芯片的发热功率分别为、和条件下，测试了不同环境温度下两种复合相变材料对芯片的控温效°°果结果表明，复合相变材料可以使模拟电子芯片的控制在以下的时间延长在环境温度高达的条件下也能达到控温需求。墨关键词相变材料；电子散热；膨胀石中图分类号：文献标识码：文章编号：°°°°引言随着电子产品的微型化和高度集成化，电子芯制空

2、冷的装置庞大、风扇噪声大，液冷换热系数高片的发热流密度急剧上升。未来芯片的热流密度可但是装置复杂等。达，电子设备的散热问题已成为制约电利用相变材料发生相变时的巨大相变潜热吸收子工业发展的瓶颈。芯片散发的热量，将芯片表面温度长时间保持在材°工作温度升高是一研究表明，如果电子元件的，料的相变温度附近，种新型的散热手段由则其可靠性就会减少。美国空军预测的电于相变材料的相变潜热大，因此即使不外加能量子元件失效都是由于温度过高引起的因此，为用于冷却，也能长时间保持器件温度恒定在安全了确保电子元件的运行可靠性和稳定性，延长电子温度之内。除了拥有被动散热不需要外加能量的器件

3、的使用寿命，开发研究高效实用的电子器件散优势，相变材料还具有形状可变，可用于不同外热技术也就成为了日益重要和紧迫的课题。形的器件散热。把相变材料用于模拟电常用电子器件的主动散热方法主要有空子芯片控温系统，结果表明使用了相变材料控温气强制对流散热，液体冷却，热电制冷；被动散热的系统，不仅模拟芯片的升温速率大大降低，芯：自然对流散热方法主要有，热管散热和相变储热片的峰值温度也比没有相变材料的散热系统降低了丨。和研究发现散热等。传统的散热方式都有各自的优缺点例如强，使：收稿日期：冬修订日期基金项目：广东省教育部产学研结合项目（国际科技合作计划项目（中央高校基本科研业

4、务费专项资金资助（：凌子夜男：作者简介，博士研究生主要从事动力电池热管理研究通信作者张正国，教授，（，工程热物理学报卷用了相变材料的温度控制单元可以极大地减小便携将有机物膨胀石墨复合相变材料填压进相变材料腔式电子设备的温度波动。等研究了热管与体（合金铝材质，填压密度为。相变材料。研腔体如图所示相变材料复合的控温系统对电子器件控温效果，其容积为。填压完成后，将究对比了相变材料结合风冷和自然对流结合风冷的相变材料腔体扣在加热模块上，并利用压紧片和压使用情况。再，发现相同的控温效果下，热管与相变材紧螺杆固定其位置将整套装置放入恒温箱，利用一一料结合在起的复合控温系统

5、可减少的风扇消恒温箱控制环境温度。加热模块表面固定个型耗，和模拟了半导体元件的热电偶，热电偶连接至数据采集系热管理系统，。，结果显示纯的有机相变材料热导率低，统用于记录芯片表面温度，数据采集周期为控温效果较差，待温度达到，而把有机相变材料注入金属泡沫时预设的温度上限时，关闭电源，数据采集使相变材料的导热率，提高相变材料的控温能力。除系统继续工作直至芯片冷却至恒温箱温度。通过调】了将相变材料注入金属泡沫，等提出，利节施加在模拟芯片的工作电压以获得不同的加，可°用多孔性膨胀石墨吸附融熔有机物相变材料也可以热功率：、和。对相变温度为。而且相比于金属泡沫提高相变材料的

6、热导率，膨复合相变材料的控温系统，实验的环境温度分别为°°和°°胀石墨基复合相变材料可以保证在相变材料的相变、对于相变温度为的复合相°°温度之上相变材料也不会发生泄漏良好变材料控温系统环境温度则为、，能够保持，实验的°的定形特性。等对比了传统的强制空冷技术和。与有机物膨胀石墨复合相变材料控温技术结果表，明相变材料热控系统的有效换热系数是传统强制空冷技术的倍°。使用相变材料控温的芯片表图是相变温度为有机物膨胀石墨复面达到热平衡时的温度在不同的芯片发热流密度下，合相变材料控温系统中当发热功率为时芯片，都要比传统的强制空冷技术低。表面温度在不同环境温度中的变化曲线，

7、其中代°°本文实验研究了相变温度分别为和表环境温度。从图中可以看出，使用相变温度°°复合相变材料用于最大加热功率为模拟发热为的相变材料，当环境温度低于时，芯芯片的控温效果°°。模拟芯片的控温条件设置为片温度可以维持在实验控制的安全温度上限°°以内。比较了两种膨胀石墨基复合相变材料在不同发以内超过当环境温度为和时，芯片°热功率及环境温度条件下对模拟芯片的控温效果。温度将在第和第达到。不添■、°加相变桐料的控温系纟充中±温度为和，当环竟°时，芯片温度达到安全温度上限的时间分别为。。和实验相变材料分别为相变温度为和比有相变材料的系统提前了和的有机物膨胀石墨复合相变材

8、料。可见，相变材料的存，对应的相变焓在