【毕业学位论文】（Word原稿）自循环微通道电子冷却器的设计与实验研究-工程热物理

分类号 密级 编号 中国科学院研究生院 研究生学位论文 自循环微通道电子冷却器的 设计与实验研究 李 银 惠 指导教师姓名 徐 进 良 研 究 员 申请学位级别 硕士学位 学科专业名称 工程热物理 论文提交日期 2007年 6月 论文答辩日期 2007年 6月 培 养 单 位 中 国 科 学 院 广 州 能 源 研 究 所 学位授予单位 中 国 科 学 院 研 究 生 院 答辩委员会主席 2007年 6月摘要 I 自循环微通道电子冷却器的 设计与实验研究 摘 要 本文以水、甲醇作为工质， 设计并 制成了 4 个冷却器样品，对其 冷却性能 进行了实验研究，并提出了冷 却器的设计优化方案 。采用高速动态数据采集系统对冷却器的散热性能进行了测试，获得了脉动及冷却性能曲线等数据，为冷却器的优化设计奠定了基础。在实验中，研究了不同的工质对冷却器散热性能的影响、冷却器的最佳充液率、加热功率对散热性能的影响、冷却器的不同结构对散热性能的影响，并且分析了实验中出现的一些特殊的脉动现象，解释了其原因。 由于甲醇具有较好的流动性和较小的表面张力和汽化潜热，因而具有较短的脉动周期，容易在较高功率的时候发生烧干。而以水为工质制成的冷却器，脉动曲线极不规则。但是由于水具有较高的汽化潜热和表面张力 ，可在较少的工质充液率下获得更好的散热效果。 根据实验可知，在较低功率例如 130W 以下时，以水作为工质效果更好。在较高功率时，由于甲醇的流动性更好，采用甲醇作为工质效果更好。 根据本文定义的充液率， 冷却器的 最佳充液率在 30% 50 ，过低容易发生烧干，过高则影响工质的循环传热。 冷却器的管路结构对于散热性能具有重大影响。根据实验数据改进获得的冷却器 结构具有更好的散热能力。尽量减少管道弯头数量以免影响工质循环流动，采取降低冷凝器存液的结构，在 较高功率时使用较大的蒸发器与冷凝器高度差，较小功率时使用较小的高度差。 发现了冷却器的不同运行模式，有正运行、逆运行、单热管和 双热管 四 种模式。正运行指的是工质沿着预定的顺序从蒸发器汽化，沿着 蒸汽管进入冷凝器，然后冷凝回流到蒸发器。逆运行则是工质运行方向相反。 单热管指的是功率很低时，蒸汽从蒸汽管运行到冷凝器，然后原路返回，不经过冷凝管。 双热管则是蒸汽同时从蒸汽管和冷凝管上升到达冷凝器，然后沿原管路返回蒸发器。不同的运行模式揭示了冷却器在不同情况下的工作性能。 最后在个人电脑 设计安装了此冷却器，长期运行证明本冷却器效果良好。 关键词： 自循环 微通道 冷却器 蒸发器 冷凝 器 工质 充液率 自循环电子冷却器的设计与实验研究 of a as of a of A to of we of is In of on of of of of It is is to be of to of at It at 30W, as to it at is 0% 50%, to of is to be is to of of to by is to of be as as in of of be at at of is to to II to to in to to t to a is PU of it 录 自循环微通道电子冷却器的设计与实验研究 . I 摘 要 . I 目录 . 一章 引言 . 1 子冷却概述 . 1 用技术 . . 3 翅片散热器 . 4 风扇和鼓风机 . 4 冷板 . 5 热管 . 5 撑课题 . 5 第二章 原理与设计 . 7 作原理 . 7 构设计 . 9 通道蒸发器的设计 . 10 凝器的设计 . 11 扇 . 11 真空注液系统 . 12 体组装 . 13 第三章 实验测试 . 14 验系统 . 14 热块 . 15 动实验 . 16 能实验 . 18 . 19 质对性能的影响 . 24 扇 . 26 热块（热流密度） . 26 构的影响 . 27 行模式 . 28 1号冷却器的运行模式 . 33 2号冷却器的运行模式 . 40 论 . 45 动分析 . 46 第四章 材料与加工 . 49 料与加工技术 . 49 料与加工成本 . 50 第五章 实际应用 . 56 . 56 目录 V 箱结构修改 . 59 . 60 第六章 结论 . 61 质 . 61 液率 . 61 动性优化建议 . 62 计建议 . 62 冷却器的优势 . 62 期应用场合 . 63 附录 实验数据 . 65 附录 1 广州市能源监督检测所测试报告 . 65 附录 2 应用于个人电脑 号冷却器测试数据 . 67 参考文献 . 68 论文、专利、参与项目 . 69 论文 . 69 专利 . 69 参与项目 . 69 致 谢 . 70 第一章 引言 1 第一章 引 言 子冷却概述 信息电子产业 是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的领域 ， 体现整个电子领域最高技术水平的芯片高集成度技术直接关系到国家的利益和安全。 当今发达国家国民生产总值增长部分的 65%与集成电路有关 。 美日欧洲在制定其发展战略时，无不将 信息 电子产业 置于优先地位。一个国家技术的先进性 很大程度上 取决于 信息电子产 业 的发展水平和应用程度，已成为衡量一个国家地位和综合国力 的重要标志之一。 体现微电子领域最高技术水平的芯片高集成度技术 是当今世界竞争最激烈、发展最迅速的 高技术 领域 。芯片 集成度 的迅速倍增，使得 工 尺寸 急剧减小，同时也使得相关的先进电子制造设备向高速、高加速方面发展。 随着 工 尺寸急剧减小及其 集成度 的迅速倍增，造成芯片功耗密度增大，同时也使得相关电子制造设备趋于高加速度与高瞬间功耗，进而对高集成度芯片和相关制造装备产生致命的高热流密度、精 确热控制等问题，已成为制约 电子制造技术高集成度发展的 关键所在。 芯片的高集成度以及相关电子制造设备的高速、高加速度特性均导致了致命的高热流密度产生，已经成为当前制约高集成度芯片技术发展的首要问题 1。 高集成度芯片急剧增大的功耗带来 了 很高热流密度， 例如： 个人电脑 00 80W， 有的 超过 100W，其透过散热器基板传导的热流密度高达 104W 105W 有继续增加的趋势。高温会对电子元器件的性能产生 极为 有害的影响，譬如过高的温度会危及半导体的结点，损伤电路的连接界面，增加导体的阻值和形成机械应力损伤。 过高 的温度会降低芯片工作的稳定性，增加出错率，同时模块内部和模块所处的外部环境所形成的热应力会直接影响到芯片的性能、工作频率、机械强度和可靠性。比如，计算机芯片需要集成数百万计的元器件，芯片表面的热流密度高达 100W/如 图 子元器件的失效 率随着温度的上升呈指数递增。 器件在 70 水平上每增加一度，其可靠性将下降 5 2。 单个半导体元件的温度每升高 10，系统可靠性将降低 50，超过 55的电子设 备的失效是由于温度过高引起的。 对高集成度芯片而言，即使是降低 1C，也将使失效率降低一个 可观自循环电子冷却器的设计与实验研究 2 的量值，这对要求高可靠性的芯片尤为重要。 为保证电子元器件正常有效的工作，必须将电子元器件工作时产生的大量热量及时带走，保证元器件的内核与表面温度维持在相对较低的水平。研究表明微电子器件的温度每降低 10，其性能就能提高 3 ，电子元器件使用温度的降低不仅可以更好地发挥其性能，而且能够产生可观的经济效益，因而对电子元器件散热的研究就成为电子产品的重要 问题 ，为现代传热技术在电子冷却领域的应用提出了新的 要求 。 由此可见， 功率 芯片冷却问题已成为国际微电子和传热领域的研究热点。确保高热流密度条件下芯片热量及时排出， 是芯片设计必须考虑的一个重要方面，对目前高集成度芯片而言，已经是首要考虑的问题。若不对其热性能进行深入的研究和采取相应的措施，将严重影响高集成度芯片的热可靠性。进行有效的热分析、热设计，采用高效热控制技术提高芯片可靠性已成为电子制造业急待解决的关键难题。 编程序阵列逻辑芯片 256K 态随机访问内存 处理器 数据来源于美国军标 电子产品可靠性预计 图 效率与温度的关系 第一章 引言 3 外界环境对电子设备温度的影响目前只有定性的讨论，缺乏定量的分析，关键的冷却系统对保持相关元器件尤其是芯片的正常工作温度至关重要，其热可靠性主要取决于冷却系统的冷却性能，是解决高集成度芯片高热流密度问题的关键所在。根据专家预计，目前相当一段时间，高集成度芯片冷却系统，包括 冷散热器的主要结构部件包括：散热片、底座以及风扇，其中散热片是整个技术的关键部件。目前随着 热流密度呈显著增加的趋势，因 此为了提高散热量，散热片和风扇体积越来越大，其风扇转速也越来越高，噪声很大。 由于热物理性质的限制，传统的空气冷却方法的冷却极限为 50W/，因此空气冷却将越来越不适用于下一代电子芯片的冷却。在电子热设计领域，新的有效的冷却方法亟待开发研究。 在传热技术领域，针对高效传热技术和理论的研究工作很多，同时也对新传热技术和理论进行了探索。 20世纪 90年代出现了一个新的传热研究领域 微 小 尺度传热，其冷却效果大大超过目前常规方法冷却电子芯片所能达到的水平 。 二十世纪八十年代， 首 先提出了硅平行微通道热沉，其通道和肋片的宽度均为 57 微米，通道深度为 365 微米。实验研究表明，当水流量为 s、温升为 70 时，冷却热流密度可高达 790W/这样的冷却效率远远高于目前普通的散热技术，但是 其表面微结构影响机理和加工技术等问题尚待解决，目前还不能直接应用于芯片的散热。 本项目取长补短，利用了微通道相变传热的优势，根据当前电子设备冷却要求结 构紧凑、使用可靠、安装灵活、散热高效、噪音较小等特点，设计 了 一种新型的 冷却 设备来满足电子元器件的散热要求。 用 技术 . 热量 传递有三种基本方式：传导、对流 和辐射 5。 在电子设备的 散热设计 中，与这些热传递方式有关的一些定律是至关重要的。 一般情况下，一种传热方式在设计中占主要地位，然而，大多数电子设备在某种程度上都利用了这三种基本传热方式。但也有在设计中只采用一种方式的。例如，强迫对流冷却的电子设备机箱，可以利用风扇抽出电子元件周围的空气来进行强迫对流换热。 根据近年来电子产品热设计领域的一些发展趋势，作一 简 单介绍 6。 为了对电子自循环电子冷却器的设计与实验研究 4 设备进行有效的热管理工作，人们已经拥有了众多的手段，例如：散热器、风扇、鼓风机、冷板。热接触面材料 、风扇箱、温差制冷、热交换器、热管和空调等。下面分别对各散热方式作一介绍 。 翅片 散热器 采用散热器的目的在于将元器件表面上散发的热量直接传导出来，然后借助热辐射、自然对流或强迫空气冷却，将热量散发至周围环境的空气中去，散热器上的散热片提供了能够满足有效热耗散的散热表面积。 散热器的散热片通过加工成矩形的散热片（实心或者中间镂空），正方形散热针柱、或者圆形椭圆型散热针柱。后面三种“针柱状散热器”设计，可以允许气流从任意方向通过散热器。方形针柱状散热器在强迫空气冷却的情况下，会产生严 重的紊流现象 ，从而会引起较大的背压，为了能够满足自然对流冷却， 矩形散热片散热器必须从散热片的垂直方向安装，以确保受热能够顺畅的流 动 7。 美国麻萨诸塞州的 够满足功率器件（诸如： 220和 228）等单个元器件的冷却。他们一般的应用范围包括电源、调压器和马达控制，所用的器件耗能为 5 10W，这些器件能够通过螺钉紧固件或者弹簧夹子与散热器相互连接。 美国加利福尼亚州的 形 散热器采用了中间镂空的散热片，他们可以让不定向的气流流动 。这种散热器能够应用与 通过手动控制加紧装置将散热器稳固地附着在器件上面。 在实际应用中。常常将散热器与整个风扇结合在一起使用。 风扇和鼓风机 目前几乎所有 的 台式或者采用机柜安装的电子设备，都采用强迫空气冷却的冷却方式 8。 通过电子设备的冷却空气通常事由轴流式风扇或鼠笼式鼓风机所提供。在强迫空气冷却技术中主要考虑的因素有气流流量、压力头和噪声。 最近美国加利福尼亚州的 采用了无电刷直流设计，并且其噪声较 低。为了能够满足紧凑的组装设计要求，它采用了精密球轴承。 美国 能够针对不同的气第一章 引言 5 流工作点进行了气流量的预置。该鼓风机为了在适度的背压条件下满足电子设备内持续的负载，要求气流量能在一定范围内变化，单一的或者双鼓风机结构形式都能够予以采用。 冷板 现在对印刷电路板或者混合电路基片进行冷却的常用方式是将他们连接到采用空气或者液体冷却的冷板上。冷板采用空心结构，通常内部为蜂窝状或回旋状的结构形式，以达到令人满意的热传递目的。液体冷却 冷板也是常用的一种设计方法，它采用了弯弯曲曲的冷却管路与平板结合成一体，所采用的液体通常为冷却水、碳氟化合物，硅酯或者 乙 二醇。 美国 了 被 称为 Hi 种冷板的冷却管直接与元器件接触，从而实施有效的冷却，这种冷却管路形状为“ D”，所采用的管路平面部分与铝板表面处在同一高度，从而形成同一平面。 热管 热管 9,10作为 一种有 效传热元件 ， 正逐渐被人们所认识 ， 并在各种节能换热设备中 及电子元器件冷却中 发挥越来越重要的作 用 11,12。目 前大规模理论研究的高峰已趋于下坡 ， 而应用技术的研究正不断上升 ， 近两年热管及热管市场呈现出兴旺形势。国际学术交流活动频繁 ， 全球性的热管大会已从每 4年一次增加到每 2年一次 ， 而在这两年期间差不多每年又有国际性的区域研讨会 ， 新的应用专利也不断出现。目前国际发展最快的热管技术为微 /小 型热管技术 ， 微型热管的管径通常只有 1 2且具有各种形状和尺寸 ， 用于冷却电子装置的芯片、笔记本计算机的 功 率晶体管 13、可控硅整流器、复印机内发热元件、电路控制板和印刷电路板 (这些热管的市场目前被 日本及美国 3家大公司所垄断。美国的热管换热器应用 快速上升 。 另外，一些新型热管技术，例如环路型 热管 14,15、脉冲热管 16等， 由于其具备普通热管所无法比拟的优点，目前得到了越来越多公司和企业的重视，相关的研究工作也正在被大量开展。 撑课题 本课题是在 广州市科技计划攻关重点项目 ， 新型微通道自然循环电子冷却器的研自循环电子冷却器的设计与实验研究 6 制及产业化（编号： 2005的资助下完成的 ，资助金额 50万元人民币 。 在第三方机构 广州市能源监督检测所的检测下，本项目制成的电子冷却器已经完成并且超过了任务书的目标。 2006年 12月进行了项目验收和成果鉴定会，在广州市科技局和广州市各大高校专家组成的验收组的鉴定下，本项目成果被确认为达到国际先进水平。 第二章 原理与设计 7 第二章 原理与 设计 作原理 热管，是一种高效率的导热元件，其导热系数可达同直径铜棒的 100倍，现已经得到广泛应用。但是热管仅仅是一种导热元件，它可以将热量毫不费力地从一端传导到另一端，却不具备将热量散发到周围环境的功能。 本项目研制的 电子冷却器，采用特殊结构，不仅具有热管高导热性的优点， 更 增强了散热功能。 本冷却器本质上是一种分离式重力热管 ，采用新颖的设计使其达 到更高的性能 。所谓重力热管，指的是使用重力作为冷凝液体回流的动力的热管，其蒸发段处于冷凝段的下端，工质在蒸发段受热沸腾变为汽态后自然上升到冷凝段，在此被冷却后受重力作用返回蒸发段，完成一次循环。这种循环不需要外在的动力，如泵等，是一种自然循环，因此装置简单，可靠性高。 常规的重力热管只有一根管， 蒸汽与液体的流动方向相反，在交界面上两者相互作用，有阻止对方流动的趋势 。 蒸汽流动速度越高的时候这种作用越显著 ，部分冷凝回流的液体将被携带到冷凝器，没有参与传递热量的过程，这种现象成为携带现象。由于液体被大量带走，蒸发 段产生干涸，热管完全无 法 工作，这就达到了携带传热极限。 分离式热管则采用两根管路分别作为 蒸汽 上升的蒸汽管和冷凝液体的回流管，形成了一个封闭的循环空间，汽体与液体不再产生流动干扰。在这种情况下，热管的工作性能得到了很大的改进。 人们对热管的特性研究得比较充分，技术也比较成熟。本冷却器即是根据热管的特性，有针对性地做出了创新性的设计，使其工作性能更加适合电子设备冷却。热管本身的热阻，即蒸发段到冷凝段的热阻，很小。热阻主要产生在功率元件与蒸发器之间和冷凝器与环境之间，本 项目研制的 冷却器就是针对这两点做出了特殊的设 计，使热管的散热性能有了较大的改进。 将蒸发段扩展为蒸发器，采用内含微通道的平板与功率元件直接接触，微通道的设计可以更有效地将功率元件的热量传导给其中的工质，产生沸腾。冷凝器则借鉴了目前个人电脑中常见的高端镶铜芯太阳花式 原本为实心的铜芯重新设计加工，形成汽体冷凝的空腔， 汽体在铜芯空腔内冷凝成液体，相变 的 换热系数远远高过普自循环电子冷却器的设计与实验研究 8 通的导热。 电子元器件产生的热量通过蒸发器的铜质外壳导热传递到内部的液体工质；工质受热沸腾，产生蒸汽；蒸汽由于自然对流沿着出气管道到达冷凝器；蒸汽在冷凝器处放热被冷却，变回液 体；液体沿回液管回到蒸发器，完成一次循环。 与常规热管相比，本项目在蒸发器、管路、冷凝器三方面均有创新。常规热管只是作为导热元件使用，没有散热功能。 第一， 蒸发器采用微通道设计，提高了换热表面积， 增强热源与蒸发器之间的换热，可将电子元器件产生的热量更有效地传到蒸发器。 第二，将蒸汽管路与液体回流管路分开，避免了反向流动的蒸汽与液体互相干扰，工质的流动更加通畅，没有携带极限。 第三，冷凝器借鉴了当前高端 凝器流动阻力小， 换热系数高 ，能有效地把工质带来热量释放到环境中。 通过监控冷却器 关键几点的温度，可找出传热最薄弱的环节，加以优化。 散热器的热阻有两项 ， 如图 第一项是自然对流与辐射热阻 率越大，功率元件通过自然对流和辐射散出的热量越多，所以此项应加以考虑。第二项是电子冷却器热阻，包括三部分，分别是功率元件与蒸发器之间的接触热阻 发器与冷凝器之间的热管热阻 凝器与环境之间的散热热阻 加 热 块T 5 环 境T 3 冷 凝 器T 2 蒸 发 器热流方向图 阻图 第二章 原理与设计 9 构 设计 微通道自然循环电子冷却器由四部分 （图 组成，蒸发器、冷凝器、 管 路 、 充液 管。 共制成冷却器样品 4个 （表 。在 1号和 2号的基础上，改进设计了 3号冷却器， 并为一种应用场合设计 制 造了 4号冷却器，用于 个人电脑 图 却器实物图 自循环电子冷却器的设计与实验研究 10 表 却器规格 冷却器 1号 2号 3号 4号 冷凝器翅片 72片，轴向 长4552片，轴向 长30个串联 52片，轴向 长30个串联 共 602片，轴向 长30个串联 共 60凝器方向 轴向水平 轴向水平 轴向竖直 轴向竖直 容积 路内径 蒸汽管 /冷凝管） 、 2号 和 3号冷却器的 微通道 深 52 52条。 在微通道两端有 深 3 54 7示意图如 图 通过简单的计算可知，微通道增大换热表面积的比率为 4号冷却器的蒸发器根据个人电脑 构完全相同，只是 外形 尺寸较小 ，微通道深 36 42条 ，联箱深 3 44 6 随着微通道当量直径的减小，空泡份额也降低，这是因为两相边界层上速度斜率的增加会引起更强烈的气泡夹带作用以及更小的气泡直径（或两相边界层厚度） ，临界热流非常高，强化传热的效果非常好。 如果冷却器微通道尺寸进一步缩小，还有很大的强化传热的空间。但是限于加工技术和成本问题，微通道尺寸应在 上 ，这样 ，常规设备即可加工 。 第二章 原理与设计 11 图 通道示意图 凝器的设计 冷凝器外部的太阳花式铝翅片为 电脑城 购得，目前个人电脑高端 常采用此种结构。 翅片 内部嵌套铜芯，在铜芯内做结构改进。 1号冷却器采用 图 翅片轴向长度为 452、 3和 4号冷却器采用 图 翅片轴向长度为30用两个翅片串联起来的方式，轴向长度 共为 60 （ a） （ b） 图 阳花散热器和风扇 扇 风扇 对冷凝器的性能有很大的影响，其中主要是风量的问题。 空气的热容不变，风量越大，就可以在 同样 的时间内带走更多的热量，冷凝器效率更高。实验中使用了两个风扇， 1号风扇 （ 图 为酷冷至尊 大 转速 4200大 风量 2号风扇 （ 图 为 九州风神， 转速 250010%大风量 55作电压均为直流 12V。 两风扇 叶片 直径均为 9片数量均为 7片 。 自循环电子冷却器的设计与实验研究 12 真空注液系统 使用 进口 德华 图 极限真空为 10，可满足冷却器真空度的要求。抽真空注液采用本实验室具有专利的技术 （图 。 抽真空注液步骤如下： 图 质瓶。 1. 将 号 止血钳夹死，然后再连到三通。 将 端连接好。号止血钳松开，如图 将电子称清零后，开启真空泵。 2. 真空泵运行 30分钟后，关闭。 号止血钳夹死 开号止血钳，工质由于大气压力将自动进入已经抽成真空的冷却器内，电子称读数从 0开始，向负数变化，显示已经充灌的工质质量，合适时将号止血钳夹死，则充注完成，如图 图 德华 第二章 原理与设计 13 （ a） （ b） 图 真空注液示意图 体组装 冷却器各 部分之间使用 蒸发器与管路 的配合形式有很多 ，可根据应用场合选择适当的方式 。 蒸汽管必须与上联箱相接，冷凝管应与下联箱相接。 铜芯与冷凝器翅片采用过盈配合。 铝的 线 膨胀系数为 m ，铜的 线 膨胀系数为 m ， 铝比铜大。因此 可采用热胀冷缩的方法， 先将 铝 翅片加热， 翅片受热 后，翅片中心孔 膨胀后 ，可将直径稍大的 铜芯敲入，翅片冷却后形成紧密配合（ A B C A B C 自循环电子冷却器的设计与实验研究 14 第 三 章 实验测试 验 系统 实验 系统 由模拟加热、冷却器和数据采集三部分构成 ， 图 稳压 器、功率计、调压器和加热块组成的模拟加热系统可以调节加热功率，测试冷却器在不同功率下的表现。 稳压器提供稳定的 220压器和功率计控制加热功率，加热块加热微通道蒸发器，模拟电子设备功率元件。 采用测量误差为 精度 热电偶监控 5个关键点的温度。 1入加热块中距离接触面 2 10表加热块温度，本实验将此温度控制在 85以下。 管的壁厚为 过简单的计算可知典型功率 60管内外 壁温差小于测量误差，因此 性能分析中将 表冷凝器温度。 ，代表冷凝器回液温度。 表室温。 由安捷伦科技的 可将数据储存在电脑硬盘中。 使用透明的塑料软管代替铜管进行了一些实验，观察了管路中工质的流动状况。 第三章 实验测试 15 模拟发热元件系统 2 2 0 7 5 0 ( Y o k o g a w a )T 12电子冷却器系统加热块微通道蒸发器冷凝器 风扇蒸汽管冷凝管加热棒图 验系统示 意图 图 验系统（安捷伦数据采集器、 稳压电源、调压器、功率计、电脑 ） 热块 实验使用了两个加热块， 1号加热块由黄铜制成，加热面为 热电偶孔距离加热面为 32号加热块由紫铜制成，加热面为 3 3面自循环电子冷却器的设计与实验研究 16 积为 9热电偶孔距离加热面为 2图 号加热块，右为 2号加热块。 热电偶距离 加热面 有一定的距离，因此所测温度不能代表接触面温度。 通过简单的导热计算可知， 1号加热块接触面的温度应 为热电偶所测温度 减去 单位 W。 2号加热块接触面的温度应为热电偶所测温度减去 黄铜的导热系数为 109W/铜的导热系数为 399W/ 在加热块与蒸发器之间涂导热膏，生产商为台湾 号 导热系数为 图 热块实物图 动实验 常规的散热器一般是用翅片增加芯片的散热面积，以风扇强化换热，功率温差性能曲线是线性的 。 本冷却器的性能并不是完全的线性关系， 刚刚加热时，冷却器未必启动，直到沸腾产生的蒸汽经过冷凝器恢复成液体返回蒸发器之后，才算启动。 根据实验 室以往累积经验，此种冷却器 启动功率过高，例如 10图 0行 10000s（ 2到平衡温度，冷却器没有启动，加热块温度平衡于 60。 启动时加热块 首先达到很高的温度，待到冷却器正常运行时加热块温度又开始下降，最终达到一个平衡温度。此最高温度可能会超过功率元件的允许温度 。 图 0600s（ 1h）达到最高温度 此时冷却器启动，温度急剧下降，最终平衡温度为 第三章 实验测试 17 这些 缺点 限制了早先研制的冷却器的应用。 因此在本项目开始 阶段对新研制的冷却器进行了启动性能的研究。 实验发现， 新研制的 冷却器启动性能良好， 较低功率时 即 可以很快启动，也 已经杜绝了启动温度过高的问题。 图 1号冷却器水 30%加热 10运行 750s（ 12后加热块温度已经不 再 上升，最终平衡于 功率较高时， 启动更快，如 图 1号冷却器甲醇 77%加热 150W，在 200s（ 3曲线斜率突然变缓，说明冷却器开始运行， 然后 温度 缓 慢变化 最终达到平衡温度。 (a) (b) （ c） (d) 图 动曲线 原冷却器采用 铜管翅片结构做冷凝器，主要问题在于冷凝器管路过长，流动