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系統識別號 U0002-2108200818054400
中文論文名稱 蒸汽腔體均熱片之應力分析
英文論文名稱 Stress Analysis of Vapor Chamber Heat Spreaders
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 96
學期 2
出版年 97
研究生中文姓名 蔡萬俊
研究生英文姓名 Tsai-Wan Chun
學號 695370105
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2008-07-15
論文頁數 72頁
口試委員 指導教授-康尚文
委員-楊錫杭
委員-楊龍杰
委員-陳育堂
中文關鍵字 蒸汽腔體  均熱片  變形量 
英文關鍵字 Vapor Chamber  Heat Spreaders  Displacement 
學科別分類 學科別應用科學機械工程
中文摘要 本研究利用ANSYS分析軟體模擬蒸汽腔體均熱片之應力分析,模擬四個圓柱燒結之均熱片,均熱片尺寸為54mm×54mm×6mm,圓柱直徑為4mm,改變其圓柱離中心位置的距離以及擺放之角度,探討圓柱擺放角度位置與應力應變之關係。模擬分成兩種不同假設條件,條件一:熱量100W、強制對流係數300W/m2、均佈壓力12.5kg;條件二:內部80℃與100℃飽和蒸汽壓、均佈壓力12.5kg,分別針對三種不同圓柱角度位置以及兩種加熱面積30 mm × 30mm和14 mm × 14 mm進行分析比較。
分析結果,在條件一情況下,45°擺放角度在圓柱距離中心9√2 (12.728 mm)之位置為變形量最小的地方;在條件二情況下,45°擺放角度在圓柱距離中心11√2 (15.556 mm)為變形量較小之位置,80℃時之飽和壓力與加熱面30 mm × 30 mm是較小變形量之設定條件。依擺放角度所得之變形量大小順序為0°,30°,45°。分析較佳結果改變其內部腔體厚度,壁厚厚度越薄,變形量與應力均有增大之趨勢。
英文摘要 The purpose of this thesis is to investigate the stress analysis of vapor chamber heat spreaders. Various positions and angles of four sintered columns were investigated to analyze the relationship between the stresses and strains of vapor chamber by ANASYS. The vapor chamber has a dimension of 54 mm × 54 mm × 6 mm, and the diameter of sintered columns is 4 mm.
Two assumptions are made in conducting the analysis. Various angles (0°, 30° and 45°) and two heating area (30 mm × 30 mm and 14 mm × 14 mm) were investigated the influence of stresses and strains on vapor chamber. The first assumption includes the heat flux is 100 W, force convection coefficient is 300 W/m2 and the clamping pressure between the vapor chamber and the heat sink was maintained at 12.5 kgf. The result shows that the minimal displacement is located at 9√2 (12.728 mm) and 45° from the center of vapor chamber. The second assumption contains the clamping pressure is 12.5 kgf and the saturated vapor pressure which is corresponding to the saturated temperature at the 80℃ and 100℃. It shows that the minimal displacement is located at 11√2 (15.556 mm) while saturated vapor pressure at 80℃ which is 47390 pa and heating area are 30 mm × 30 mm. In addition, the effect of various angle on displacement are found that the maximum and minimal displacement are 0° and 45°, respectively. Based on above results, the displacement and stress are increasing with decreasing the thickness of vapor chamber.
論文目次 目錄
中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅹ
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 蒸汽腔體均熱片之簡介 3
1-3 文獻回顧 5
1-4 研究目的 15
第二章 相關理論簡介 16
2-1 耦合場分析方法簡介與原理 16
2-2 熱傳分析原理 18
2-3 結構分析原理 20
2-4 結構熱傳耦合分析原理 23
2-5 ANSYS有限元素分析簡介 24
第三章 數值模擬分析 26
3-1 有限元素分析之步驟 28
3-2 不同圓柱擺放位置之設計 35
第四章 結果與討論 37
4-1 負載模式一情況下之分析結果 37
4-2 負載模式二情況下之分析結果 48
4-3 改變內部腔體厚度尺寸 66
第五章 總結與未來建議 68
5-1 總結 68
5-2 未來建議 70
參考文獻 71


圖目錄
圖1-1 一般電腦常見之散熱方式……………...…………………………... 2
圖1-2 Thermacore, Inc.之平板式熱管………………………….....……….. 3
圖1-3 蒸汽腔體均熱片之作動原理………………………….....…………. 4
圖1-4 溝槽式微熱管均熱片各層實體圖….………………….....………… 5
圖1-5 金屬微熱管均熱片成品圖……………………….…………………. 6
圖1-6 蒸汽腔體內溝槽實體圖……………………………………………... 6
圖1-7 加熱面積31mm×31mm,工作流體為水的傾斜性能圖…….……… 7
圖1-8 溫度分佈圖…………………............................................................... 8
圖1-9 多層矽結構之3-D IC封裝與鰭片示意圖………………………….. 9
圖1-10 致動器之結構示意圖…………………………………………........... 9
圖1-11 鋼胚表面與內部之溫度分佈圖……………………………………... 10
圖1-12 蒸汽腔體溫度梯度圖…………………………………………........... 10
圖1-13 純銅塊溫度梯度圖…………………………………...……………… 11
圖1-14 有限元素模型圖……………………………………………………... 11
圖1-15 材料結構與熱應變之示意圖………………………………………... 11
圖1-16 建立CRT顯示器之有限元素模型圖……………………………….. 12
圖1-17 順序耦合與直接耦合分析結果之比較圖…………………………... 13
圖1-18 模仁立體圖與矽模仁放大圖………………………………………... 14
圖1-19 圓柱型散熱座實體圖…………………………………....................... 14
圖1-20 均熱片受熱變形圖………………………………............................... 15
圖3-1 實驗架設平台………………………………………………………... 26
圖3-2 實驗之簡易示意圖…………………………………………………... 27
圖3-3 分析流程圖………………………………………………………….. 28
圖3-4 Solid 98元素表示圖………………………………………………… 29
圖3-5 Solid45元素表示圖…………………………………………………. 29
圖3-6 均熱片之實體圖示………………………………………………….. 31
圖3-7 均熱片之詳細尺寸圖………………………………………………... 31
圖3-8 圓柱型1/4剖視網格化示意圖……………………………………… 32
圖3-9 第一種模擬模式之邊界設定圖……………………………………... 33
圖3-10 第二種模擬模式之邊界設定圖……………………………………... 33
圖3-11 圓柱距離中心距離21√2 (29.698mm)之應力分佈圖……………... 34
圖3-12 圓柱距離中心距離21√2 (29.698mm)之變形量分佈圖…………... 34
圖3-13 加熱面30mm×30mm與14mm×14mm之圓柱位置尺寸圖………… 35
圖3-14 加熱面30mm×30mm與14mm×14mm之圓柱位置尺寸圖……….. 36
圖3-15 加熱面30mm×30mm與14mm×14mm之圓柱位置尺寸圖……….. 36
圖4-1 不同加熱面與距離中心位置之變形量比較圖……………………... 39
圖4-2 加熱面30mm×30mm,距離中心位置9√2之變形量與其向量圖…. 39
圖4-3 加熱面14mm×14mm,距離中心位置9√2之變形量與其向量圖… 39
圖4-4 加熱面30mm×30mm 與14mm×14mm,距離中心位置7√2之應力分佈圖……………………………………………………………...
40
圖4-5 不同加熱面與距離中心位置之變形量比較圖……………………... 41
圖4-6 加熱面30mm×30mm,距離中心位置9√2之變形量與其向量圖……………………………………...................................................
42
圖4-7 加熱面14mm×14mm,距離中心位置9√2之變形量與其向量圖……………………………………...................................................
42
圖4-8 加熱面30mm×30mm 與14mm×14mm,距離中心位置11√2與5√2之應力分佈圖……………………………………......................
42
圖4-9 不同加熱面與距離中心位置之變形量比較圖……………………... 44

圖4-10 加熱面30mm×30mm,距離中心位置7√2之變形量與其向量圖……………………………………...................................................
44
圖4-11 加熱面14mm×14mm,距離中心位置9√2之變形量與其向量圖……………………………………...................................................
45
圖4-12 加熱面30mm×30mm 與14mm×14mm,距離中心位置11√2與7√2之應力分佈圖……………………………………......................
45
圖4-13 加熱面30mm×30mm與不同擺放角度之比較圖…………………... 47
圖4-14 加熱面14mm×14mm與不同擺放角度之比較圖…………………... 47
圖4-15 不同加熱面積與不同溫度蒸汽壓之變形量比較圖………………... 50
圖4-16 加熱面30mm×30mm與80℃蒸汽壓,距離中心位置11√2之變形量與其向量圖……………………………………………………...
50
圖4-17 加熱面14mm×14mm與80℃蒸汽壓,距離中心位置11√2之變形量與其向量圖……………………………………………………...
50
圖4-18 加熱面30mm×30mm與100℃蒸汽壓,距離中心位置11√2之變形量與其向量圖……………………………………...........................
51
圖4-19 加熱面14mm×14mm與100℃蒸汽壓,距離中心位置11√2之變形量與其向量圖……………………………………...........................
51
圖4-20 加熱面30mm×30mm 和80℃、100℃蒸汽壓,無圓柱與距離中心位置9√2之應力分佈圖……………………………………..............
51
圖4-21 加熱面14mm×14mm 和80℃、100℃蒸汽壓,均距離中心9√2之應力分佈圖……………………………………...............................
52
圖4-22 不同加熱面積與不同溫度蒸汽壓之變形量比較圖………………... 54
圖4-23 加熱面30mm×30mm與80℃蒸汽壓,距離中心位置7√2之變形量與其向量圖……………………………………...............................
54
圖4-24 加熱面14mm×14mm與80℃蒸汽壓,距離中心位置9√2之變形量與其向量圖……………………………………...............................
55
圖4-25 加熱面30mm×30mm與100℃蒸汽壓,距離中心位置9√2之變形量與其向量圖……………………………………...........................
55

圖4-26 加熱面14mm×14mm與100℃蒸汽壓,距離中心位置11√2之變形量與其向量圖……………………………………...........................
55
圖4-27 加熱面30mm×30mm 和80℃、100℃蒸汽壓,距離中心位置15√2與5√2之應力分佈圖……………………………………..................
56
圖4-28 加熱面14mm×14mm 和80℃、100℃蒸汽壓,距離中心位置7√2與9√2之應力分佈圖……………………………………..................
56
圖4-29 不同加熱面積與不同溫度蒸汽壓之變形量比較圖………………... 59
圖4-30 加熱面30mm×30mm與80℃蒸汽壓,距離中心位置9√2之變形量與其向量圖……………………………………...............................
59
圖4-31 加熱面14mm×14mm與80℃蒸汽壓,距離中心位置9√2之變形量與其向量圖……………………………………...............................
59
圖4-32 加熱面30mm×30mm與100℃蒸汽壓,距離中心位置11√2之變形量與其向量圖……………………………………...........................
60
圖4-33 加熱面14mm×14mm與100℃蒸汽壓,距離中心位置11√2之變形量與其向量圖……………………………………...........................
60
圖4-34 加熱面30mm×30mm 和80℃、100℃蒸汽壓,距離中心位置17√2與5√2之應力分佈圖……………………………………..................
60
圖4-35 加熱面14mm×14mm 和80℃、100℃蒸汽壓,均距離中心位置9√2之應力分佈圖……………………………………......................
61
圖4-36 加熱面積30mm×30mm、80℃蒸汽壓與不同角度之變形量比較圖……………………………………………………………………...
63
圖4-37 加熱面積30mm×30mm、100℃蒸汽壓與不同角度之變形量比較圖……………………………………………………………………...
64
圖4-38 加熱面積14mm×14mm、80℃蒸汽壓與不同角度之變形量比較圖……………………………………………………………………...
64
圖4-39 加熱面積14mm×14mm、100℃蒸汽壓與不同角度之變形量比較圖……………………………………………………………………...
65


表目錄
表3-1 材料參數……………………………………………………………… 30
表4-1 加熱面30mm×30mm與角度45°之分析結果……………………… 38
表4-2 加熱面14mm×14mm與角度45°之分析結果..……………………... 38
表4-3 加熱面30mm×30mm與角度0°之分析結果…………………………. 41
表4-4 加熱面14mm×14mm與角度0°之分析結果..……………………...... 41
表4-5 加熱面30mm×30mm與角度30°之分析結果……………………...... 43
表4-6 加熱面14mm×14mm與角度30°之分析結果..……………………… 44
表4-7 加熱面30mm×30mm與不同擺放角度之比較..……………………... 46
表4-8 加熱面14mm×14mm與不同擺放角度之比較..……………………... 46
表4-9 加熱面30mm×30mm與角度45°之分析結果..……………………... 49
表4-10 加熱面14mm×14mm與角度45°之分析結果..……………………... 49
表4-11 加熱面30mm×30mm與角度0°之分析結果…………………………. 53
表4-12 加熱面14mm×14mm與角度0°之分析結果..……………………...... 54
表4-13 加熱面30mm×30mm與角度30°之分析結果……………………...... 58
表4-14 加熱面14mm×14mm與角度30°之分析結果..……………………… 58
表4-15 不同角度與80℃蒸汽壓在加熱面30mm×30mm變形量之比較..…... 61
表4-16 不同角度與100℃蒸汽壓在加熱面30mm×30mm變形量之比較..… 62
表4-17 不同角度與80℃蒸汽壓在加熱面14mm×14mm變形量之比較..…... 62
表4-18 不同角度與100℃蒸汽壓在加熱面14mm×14mm變形量之比較..… 63
表4-19 不同壁厚厚度與兩種加熱面變形量與應力之比較…………………. 66
表4-20 不同壁厚厚度與蒸汽壓在加熱面30mm×30mm變形量與應力之比較………………………………………………………………………
66
表4-21 不同壁厚厚度與蒸汽壓在加熱面14mm×14mm變形量與應力之比較………………………………………………………………………
67

參考文獻 參考文獻
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論文使用權限
  • 同意紙本無償授權給館內讀者為學術之目的重製使用,於2010-08-27公開。
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