界面熱阻實驗與建模及在筆記本電腦熱設(shè)計中的應(yīng)用研究.pdf

1、電子設(shè)備中芯片產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)至外部環(huán)境中會經(jīng)過各種界面。從微觀角度來說，固體的表面總是粗糙不平的，當(dāng)兩表面相互接觸時，實際接觸只發(fā)生在一些離散的點或微小的面積上，熱量流經(jīng)接觸界面時會發(fā)生收縮，形成對熱流的附加阻力，即界面熱阻。目前國內(nèi)外學(xué)者主要通過實驗的方法來測量界面熱阻的大小，大多數(shù)實驗在真空中進(jìn)行，操作不便。
　　本文搭建了一套帶微通道冷卻的測量界面熱阻的實驗裝置，采用主動加載，可準(zhǔn)確控制加載壓力，微通道散熱器能充分保證熱流沿

2、軸向一維傳遞。研究了界面溫度、加載壓力和界面材料對界面熱阻的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：界面熱阻隨載荷的增大而減?。浑S界面溫度的升高而減??；均方根粗糙度越大，界面熱阻越大；加入界面材料可減小固體接觸面的界面熱阻。并進(jìn)行了誤差分析。
　　根據(jù)單點接觸熱阻模型和接觸力學(xué)理論，推導(dǎo)出了界面熱阻的理論公式，對比了理論結(jié)果和實驗結(jié)果。結(jié)果表明理論值和實驗值的數(shù)量級均為10-4m2K/W，吻合良好。根據(jù)固體表面形貌理論和理想氣體定律，推導(dǎo)出了包含可流動界

3、面材料的界面熱阻計算公式，通過計算得知試件與界面材料的界面熱阻數(shù)量級為10-6m2K/W，固體間的界面熱阻主要表現(xiàn)為界面材料的導(dǎo)熱熱阻。
　　為改善筆記本電腦熱流密度大、表面溫度較高等問題，建立了基于界面熱阻的筆記本電腦數(shù)值分析模型，對系統(tǒng)內(nèi)部速度場和溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬，對散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果表明界面熱阻會降低散熱模組的散熱效果，導(dǎo)致芯片溫度上升，熱阻增大；CPU在滿負(fù)載工況下通過主動散熱和被動散熱所帶走的熱量分別為30.3W和

4、4.7W；當(dāng)散熱片的間距為1mm，厚度為0.4mm時，散熱模組具有最優(yōu)的散熱性能；增大通風(fēng)口面積、提高風(fēng)扇流量和降低環(huán)境溫度可增強(qiáng)筆記本電腦的散熱能力。
　　設(shè)計了基于石墨烯材料的筆記本電腦被動散熱系統(tǒng)，將 CPU、顯卡、北橋和主板等布置在液晶屏幕的背面，其他組件仍布置在機(jī)殼內(nèi)，經(jīng)自然對流 CPU、顯卡和北橋最高溫度分別為57℃、55.3℃和55℃。將微通道散熱器和蛇形-翅片散熱器在筆記本電腦內(nèi)得以應(yīng)用，在進(jìn)口流速為1m/s，溫度