1 引言
电力电子装置正向着功能越来越完善而体积越来越小的方向发展，在电力电子装置内部产生的高热流密度对装置的可靠性造成极大威胁。对电力电子装置失效原因的统计表明，由于高温导致的失效在所有电子设备失效中所占的比例大于50％，传热问题甚至成为电力电子装置向小型化方向发展的瓶颈。微热管则是随着微电子技术的发展而发展起来的一门新兴技术。随着电子元件集成密度的增加，其产生热量的散逸变得困难。电子元件除了对最高温度有要求外，对温度的均匀性也提出了要求。作为一项很有发展前景的技术，微型热管正是应用于电子元件中，以提高热量的导出率和温度的均匀化。由于其尺寸小，可减小流动系统中的无效体积，降低能耗和试剂用量，而且响应快，因此有着广阔的应用前景。例如，流体的微量配给、药物的微量注射、微集成电路的冷却及微小卫星的推进等。
笔记本电脑CPU的冷却已有相当一部分采用微型热管解决，一般微型热管的直径为3 mm左右，它与现有的风扇加热沉结构相比有明显的优点。针对电子冷却的特定要求，现已开发了重力辅助热管柔性回路热管、平板型电子冷却热管和微型空气对空气换热管等多种微型管。直接埋入芯片硅衬底中的微型热管已经开发，可代替在集成电路中起导热作用的金刚石膜。这种微型热管的体积已小到热管中蒸汽和液体界面尺寸跟热管的水力半径可比的程度。已开发的这种微型热管的稳态计算机模型能计算热管的传热量。但与芯片一体化的热管在实际的工程使用中还很不完善。
目前的散热是用导热系数很高的金刚石，由于代价很高，正面临替代的问题。为缩小体积，可进行热管和散热元件的一体化设计。针对微电子器件和多芯片组件体积小的特点，开发了一种埋入式微型陶磁热管。在芯片衬底里埋入数个微热管，热管内注水，热管中具有毛细作用的芯是用陶磁材料制成的，轴向开槽，制作工艺与现在的芯片衬底制造工艺完全兼容。
如图1所示为传统热管示意图，与微热管不同，它是沿轴向从一端到另一端传热，热管的主体部分作为一个绝热区域把蒸发和冷凝部分分开，长度方向基本可以忽略温度的变化。
微热管由密闭容器、毛细结构与工作流体构成。将容器抽成真空后，流入适量的工作流体，然后密封。工作流体在容器内维持饱和状态，一旦容器的一端受热，工作流体吸热汽化所产生的蒸汽流向容器另一端放热凝结，而凝结液将因毛细作用力或重力回流至原加热位置。由于热管内的工作流体通过相变传输热量，因而可得到极高的传导系数，达到温度均恒的效果。自Cotter在1984年提出“微型热管”的概念以来，微型热管的结构经历了从重力型、具有毛细芯的单根热管，到具有一簇平行独立微槽道的平板热管，进而发展到内部槽道簇之间通过蒸汽空间相互连通的形式，试图为各种小面积、高热流元件散热提供有效的方法。Plesch和Y.Cao等对几种小深宽比的微槽平板热管进行了实验研究。证实了此种热管有较好的传热能力。FaghriA等针对3个几何尺寸及形状不同的铜-水微型热管进行了研究实验，认为大深宽比的槽道使热管具有更好的传热性能。然而，对于深微槽平板热管，现有的实验数据还很缺乏，对热管传热极限以及其他诸多因素对热管传热性能的影响都有待进一步研究。目前对微热管的研究重点是圆棒热管、扁热管和电极水力热管。如图2所示为圆棒热管的制作工艺。图3是圆棒热管的交叉截面。
2 圆棒热管(Roll bond heat pipe)
单个或多个热管被嵌到铝板表面是笔记本电脑最通用的冷却形式。然而由于热管和铝板之间不是一体化的，有一定的接触热阻。为了解决这个问题，研制了新型的圆棒热管。这种热管由于没有传统热管的芯体结构(槽道或者丝网)，因此很难确定它的渗透性能和各种毛细限。
圆棒热管是由两个单独的铝板挤压成的，用空气或工作流体进行胀接，使得这两个铝板能很好地接触，以消除接触热阻，同时降低重量和厚度，在弧型流道中产生毛细效应，能够使流体快速返回，以适应CPU热负荷的变化。目前研究的重点是毛细限的分析、回路的设计优化和热性能的研究。
圆棒热管在冷却笔记本电脑以及电子元件方面有很大的应用前景。文献[8]提出的模型依据实际有效长度合理地预测了毛细限的范围55 mm~110mm；对不同工致进行了试验，表明R-134a比R-12a的传热性能略好；目前圆棒热管在研究中的优化是25％的体积负荷；试验表明8环线通道设计的热性能最好。目前对它的研究很少，而且，大多都停留在基础理论阶段。