相变材料应用于电子器件的控温性能研究

电子器件有两大发展趋势：一是运算高速化；二是芯片集成化，这就导致了电子器件的发热热流密度不断增大，电子器件的散热问题成为电子工业发展的瓶颈。相变材料应用于电子器件的散热冷却是利用相变材料的相变焓来吸收电子器件散发的热量，由于材料的相变潜热大，可灵活选用有合适相变温度的材料，且相变过程中温度变化小，故能够长时间维持电子器件的温度在合适的范围内。 本文选用有机酸和相变温度为58-60℃的石蜡作为相变材料，并利用膨胀石墨作为基质，制成有机酸/膨胀石墨复合材料和石蜡/膨胀石墨复合材料。采用差示扫描量热仪和热重分析仪测试发现选用的相变材料具有相变潜热大和热稳定性好的优点；而HotDisk热常数分析仪和偏光显微镜测试则发现所制得的复合材料具有导热系数高和定形稳定性好的优点。 通过试验填装了相变材料的散热系统发现：填装有相变材料的散热器可延长对电子芯片的控温时间。如在环境温度为50℃，使用1号散热器，加热功率在5W、10W、15W、20W、25W时，填充石蜡的散热器相比空腔散热器延长了100%、42%、31%、70%和75%的控温时间。通过合理的设计，并填以适量的相变材料，散热器能够对在严苛条件下工作的电子器件进行有效的散热冷却。如在环境温度为50℃，加热功率为25W的条件下，填装了石蜡的1号散热器和4号散热器对芯片控温时间仍然超过了30min。 相变焓相同时，纯相变材料和相应的复合相变材料对芯片的控温性能相近，但复合相变材料的热响应性和定形性好，因此是较为优选的储热材料。 当加热功率小于10W时，熔点较低的石蜡及其与膨胀石墨的复合材料是优秀的储热冷却材料；而当环境温度超过60℃或加热功率大于15W时，有机酸及其与膨胀石墨的复合材料是一种更为适宜的电子器件储热冷却材料。