GB/T 40677-2021 微型导热管

　　ICS 27 . 060 . 30 J 75

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 40677—2021

　　微 型 导 热 管

　　Miniatureheatpipe

　　2021-10-1 1 发布 2022-05-01 实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/T 40677—202 1

　　前 言

　　本标准按照 GB/T 1 . 1—2009 给出的规则起草。

　　本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出。

　　本标准由全国半导体器件标准化技术委员会(SAC/TC 78)归口 。

　　本标准起草单位：江苏宏力光电科技股份有限公司、宜兴市产品质量和食品安全检验检测中心、联宝(合肥)电子科技有限公司、苏州科勒迪电子有限公司、昆山广兴电子有限公司。

　　本标准主要起草人：吕文卿、诸葛玲、林唯耕、吴展宏、史波、郭广品、何泽林、杨强。

　　GB/T 40677—202 1

　　微 型 导 热 管

　　1 范围

　　本标准规定了微型导热管的要求、检验方法、检验规则和交货准备。

　　本标准适用于电子工业等领域中使用的长度不大于 300 mm、直径不大于 10 mm 的常温铜水微型导热管的设计、制造、检验和验收。 其他尺寸的导热管可参照执行。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件对于本文件的应用是必不可少的。 凡是注 日期的引用文件，仅注 日期的版本适用于本文件 。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 191 包装储运图示标志

　　GB/T 2423 . 10—2019 环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 Fc：振动(正弦)

　　GB/T 2423 . 22—2012 环境试验 第 2 部分：试验方法 试验 N：温度变化

　　3 术语和定义

　　GB/T 14811—2008 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　微型导热管 miniatureheatpipe

　　在铜管内用铜粉烧结或用铜丝网、沟槽等形式的毛细结构加入一定比例的水作填充而制成的，长度不大于 300 mm、直径不大于 10 mm 的导热管。

　　注 ：以下简称“热管”。

　　3.2

　　热管无效端长度 non-effectivelengthofheatpipe

　　由于加工封口造成工作流体在该热管顶端区域(长度)内完全无法流动，也无法有效产生热交换的区域的长度。

　　3.3

　　蒸发器(区、段)evaporatingsection

　　热管液态工质吸热、汽化成气态的装置(区、段)。

　　[GB/T 14811—2008,定义 2 . 1 . 5] 。

　　3.4

　　冷凝器(区、段)condensersection

　　热管气态工质放热、由气态转变为液态的装置(区、段)。

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　　[GB/T 14811—2008,定义 2 . 1 . 6]

　　3.5

　　绝热器(区、段)adiabaticsection

　　热管蒸发器与冷凝器之间不与外界换热的段(区域)。

　　注：改写 GB/T 14811—2008,定义 2 . 1 . 7 。

　　3.6

　　工作温度 operatingtemperature

　　热管工作时工质蒸气的温度。

　　[GB/T 14811—2008,定义 2 . 2 . 5]

　　4 要求

　　4 . 1 材料与结构

　　材料与结构应符合 GB/T 9082 . 2—2011 中 4 . 1 的规定，其中工质采用导电率不大于 0 . 05 μS/cm、 pH 值为 6.8~7.0 的纯水。

　　4 . 2 尺寸

　　热管的尺寸应符合 GB/T 9082 . 2—2011 中 4 . 2 的规定。

　　4 . 3 外观质量

　　热管的外观质量应符合 GB/T 9082 . 2—2011 中 4 . 3 的规定。

　　4 . 4 产品标志

　　产品标志应符合 GB/T 9082 . 2—2011 中 4 . 4 的规定。

　　4 . 5 性能

　　4 . 5 . 1 等温性能

　　按 5 . 5 . 7 的方法进行测试，温差 ΔTd 应不大于 4 ℃,如购货方有特殊要求，可与承制方另行协商。

　　4 . 5 . 2 最大传热热流量

　　在热损失率δloss≤10%的条件下，热管在规定的工作条件下，最大传热热流量应满足相关订购文件规定。

　　4 . 5 . 3 总热阻

　　热管在规定的工作条件下，总热阻应满足相关订购文件规定。

　　4 . 5 . 4 耐温性能

　　热管的耐温性能应符合 GB/T 9082 . 2—2011 中 4 . 5 . 6 的规定。

　　4 . 5 . 5 冷热冲击

　　热管经冷热冲击试验后，外观质量应符合 4 . 3 的要求，且等温性能应符合 4 . 5 . 1 的规定。

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　　4 . 5 . 6 温度循环

　　热管经温度循环试验后，外观质量应符合 4 . 3 的要求，且等温性能应符合 4 . 5 . 1 的规定。

　　4 . 5 . 7 寿命

　　热管经寿命试验后，外观质量应符合 4 . 3 的要求，且等温性能应符合 4 . 5 . 1 的规定。

　　4 . 5 . 8 缓慢泄漏

　　热管经缓慢泄漏试验后，外观质量应符合 4 . 3 的要求，且等温性能应符合 4 . 5 . 1 的规定。

　　4 . 5 . 9 爆破温度

　　热管经爆破试验后，外观质量应符合 4 . 3 的要求。 热管的爆破温度应符合下列规定：

　　— 壁厚 ≥0.4 mm：不低于 300 ℃ ;

　　— 壁厚<0.4 mm：不低于 200 ℃。

　　4 . 5 . 10 振动

　　热管经振动试验后，外观质量应符合 4 . 3 的要求，且等温性能应符合 4 . 5 . 1 的规定。

　　5 检验方法

　　5 . 1 材料和结构

　　按所选材料的相关标准规定进行检验。

　　5 . 2 尺寸

　　用分度值不大于 0 . 01 mm 的直尺、游标卡尺、塞尺等工具检查。

　　5 . 3 外观质量

　　用目视方法检查。

　　5 . 4 产品标志

　　用目视方法检查。

　　5 . 5 性能

　　5 . 5 . 1 检验环境

　　应符合 GB/T 14812—2008 中第 6 章的规定。

　　5 . 5 . 2 隔热

　　如图 1 所示，以绝热材质(如泡棉、陶瓷等)包覆热管蒸发器(区、段)(含加热装置)、热管绝热器(区、段)及热管冷凝器(区、段)。为确保隔热有效，热管蒸发器(区、段)、绝热器(区、段)及冷凝器(区、段)各区域隔热材质的外表面温度，即 Te, w 、Tadi, w 、Tc, w 与环境温度之差均应不大于 1 ℃ 。

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　　说明：

　　1 — 蒸发器(区、段)测温点，测得温度为 Te ;

　　2 — 热管;

　　3 — 绝热器(区、段)测温点，测得温度为 Tadi ;

　　4 — 冷却介质的出水口测温点，测得温度为 T2 ;

　　5 — 冷凝器(区、段)测温点，测得温度为 Tc ;

　　6 — 绝热泡棉;

　　7 — 加热铜块;

　　8 — 蒸发器(区、段)隔热材料外表测温点，测得温度为 Te, w ;

　　9 — 绝热器(区、段)隔热材料外表测温点，测得温度为 Tadi, w ;

　　10 — 冷凝器(区、段)隔热材料外表测温点，测得温度为 Tc, w ;

　　11 — 冷却介质的进水口测温点，测得温度为 T1 ;

　　12 — 冷凝水套。

　　图 1 测温部位示意图

　　5 . 5 . 3 测温要求

　　5 . 5 . 3 . 1 测温组件

　　测温组件的精度及组装应满足如下要求：

　　a) 测温组件采用热电耦等温度传感器，温度传感器应经检定并在有效期内，在试验温度范围内其测量不确定度应不大于 0 . 3 ℃ ;

　　b ) 测温组件应与热管壁面直接接触，不应有间隔;

　　c) 测温组件的布点位置应便于检测热管性能。

　　5 . 5 . 3 . 2 测温点的定位

　　5 . 5 . 3 . 2 . 1 蒸发器(区、段)测温点的位置

　　如图 2 所示。 A点至 E点的长度为热管总长度，将蒸发器(区、段)长度 Le 定义为 20 mm 长(除另

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　　有规定外)，从 B点算起蒸发器(区、段)的 1/4 长度处作为蒸发器(区、段)测温点，测得温度为 Te 。无效端长度 L0 按下列方法计：

　　a) 当管径 ≤6 mm 时，L0 = 10 mm;

　　b) 当 6 mm<管径 ≤10 mm 时，L0 =20 mm。

　　说明：

　　L — 热管总长度;

　　L0 — 热管无效端长度;

　　DHP — 热管直径;

　　Le — 蒸发器(区、段)长度;

　　La — 绝热器(区、段)长度;

　　Lc — 冷凝器(区、段)长度;

　　Te — 蒸发器(区、段)测温点测得的温度;

　　Tc — 冷凝器(区、段)测温点测得的温度;

　　Tadi — 绝热器( 区 、段)测温点测得的温度;

　　T1 — 冷却介质的进水口测温点测得的温度;

　　T2 — 冷却介质的出水口测温点测得的温度。

　　图 2 热管测试位置示意图

　　5 . 5 . 3 . 2 . 2 冷凝器(区、段)测温点的位置

　　如图 2 所示，冷凝器(区、段)长度 Lc( 即从 D点至 E 点的长度)定义为 60 mm,温度测量点位于距热管尾端 E点的垂直距离 20 mm 长度处，测得温度为 Tc 。冷却水温度测量点分别位于入水口和出水口处，宜分别在距水套入水口和出口处 4 cm 以内，测得温度分别为 T1 和 T2 。

　　5 . 5 . 3 . 2 . 3 绝热器(区、段)测温点的位置

　　如图 2 所示，热管蒸发器(区、段)与冷凝器(区、段)之间为绝热器(区、段)，温度测量点位于绝热器( 区 、段)La( 即从 C点至 D点的长度)的 1/2 长度处，测得温度为 Tadi 。

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　　5 . 5 . 4 试验装置和仪器

　　5 . 5 . 4 . 1 测试仪器准确度

　　测试仪器准确度应满足如下要求：

　　a) 测量加热电功率的仪表采用电流表、电压表或功率表，其测量不确定度应不大于 0 . 5% ;

　　b ) 温度测量仪器准确度在 ±0 . 3 ℃以内，分辨力应不大于 0 . 1 ℃ ;

　　c) 流量测量仪器准确度在 ±5%以内。

　　5 . 5 . 4 . 2 测温组件准确度

　　测温组件采用热电耦等温度传感器，其测量不确定度应不大于 0 . 3 ℃ 。

　　5 . 5 . 5 蒸发器(区、段)加热方法

　　加热方法如下：

　　a) 利用直流电对铜块进行加热，应确保热管蒸发器(区、段)与铜块接触良好，保证其输入电功率

　　等于其加热功率，如果以其他方式加热，应能精准测出其输入功率;

　　b ) 外部按 5 . 5 . 2 的方法进行隔热。

　　5 . 5 . 6 冷却方法

　　采用水冷式冷却，冷却装置主要由热管安装支架、恒温恒压水源、水套、流量计、电源调控系统、加热器及测温系统等组成，外部按 5 . 5 . 2 的方法进行隔热。 冷凝水套的出口处宜加装扰流装置，以增加出口温度的均匀性，冷却介质的出水口温度 T2 的测试位置宜设在水套出口处 4 cm 以内。

　　5 . 5 . 7 等温性能

　　将热管平置于温差测试机上，蒸发器(区、段)加热方式按 5 . 5 . 5 的规定进行，加热铜块(按实际芯片设计加热源尺寸)以直流电源供应器提供加热功率，热管蒸发器(区、段)温度 Te 控制在(70±5)℃ 。其余部分自然冷却。 将热管平置于温差测试机上起开始计时，5 s后测得冷凝器( 区 、段)温度 Tc 。等温性能按温差 ΔT=Te -Tc 计算。

　　5 . 5 . 8 最大传热热流量、总热阻

　　5 . 5 . 8 . 1 试验步骤

　　试验步骤如下：

　　a) 选取热管样品;

　　b ) 设定工作温度[绝热器(区、段)温度 Tadi ] ;

　　c) 逐步增加加热功率;

　　d) 调整水套水流量或进水水温，使 Tadi 保持为工作温度;

　　e) 记录蒸发器(区、段)温度 Te ;

　　f) 记录输入功率 Q1 , 计算实际真正输入功率 Qin , 画出 Te 与 Qin的趋势图，见图 3 ;

　　g) 计算最大传热热流量 Qmax 。

　　5 . 5 . 8 . 2 最大传热热流量的计算

　　热管最大传热热流量 Qmax按下列方法进行计算：

　　a) 如图 3 a)所示，温度曲线如果没有拐点，当 ΔTd=Te-Tadi 达到规定的温差 4 ℃时，按该温度

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　　Te 所对应的真正输入功率 Qin计 ;

　　b ) 如图 3 b)所示，温度曲线如果出现拐点，则以该拐点温度所对应的真正输入功率 Qin作为该热管的最大传热热流量。

　　a)部分干化

　　b)完全干化

　　图 3 热管蒸发器(区、段)温度与真正输入功率的性能指标图

　　5 . 5 . 8 . 3 总热阻的计算

　　…………………………( 3 )

　　Qin =Q1 -Qloss …………………………( 4 )

　　R …………………………( 5 )

　　式中：

　　G —冷凝水套工作流体的质量流率，单位为克每秒(g/s) ;

　　c —水套工作流体的比热，单位为焦耳每克摄氏度[J/(g · ℃ )] ;

　　T2 —水套出水口的温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　T1 —水套进水口的温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　Q1 —输入电功率，单位为瓦特(W) ;

　　Q3 —水冷式水套的热流量，单位为瓦特(W) ;

　　Qloss —热管的热损失量，单位为瓦特(W) ;

　　Qin —实际输入热管的功率，单位为瓦特(W) ;

　　δloss —热管的热损失率;

　　Rth —热管的总热阻，单位为摄氏度每瓦特(℃/W) ;

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　　Te —蒸发器( 区 、段)测温点的温度，单位为摄氏度(℃) ;

　　Tc —冷凝器( 区 、段)测温点的温度，单位为摄氏度(℃) 。

　　5 . 5 . 9 耐温性能

　　按 GB/T 9082 . 2—2011 中 5 . 4 . 13 的规定进行试验，检验性能和条件参见 GB/T 9082 . 2—2011 中表 B. 1 中第 7 项 。

　　5 . 5 . 10 冷热冲击

　　先按 GB/T 2423 . 22—2012 规定的试验 Na进行冷热冲击试验，目测检查热管外观;如外观不符合要求，则为不合格品;外观符合要求的，再按 5 . 5 . 7 的方法进行等温性能测试。

　　5 . 5 . 1 1 温度循环

　　先按 GB/T 2423 . 22—2012 规定的试验 Nb 进行温度循环试验，目测检查热管外观;如外观不符合要求，则为不合格品;外观符合要求的，再按 5 . 5 . 7 的方法进行等温性能测试。

　　5 . 5 . 12 寿命

　　先按 GB/T 14813—2008 的规定进行寿命试验，目测检查热管外观;如外观不符合要求，则为不合格品;外观符合要求的，再按 5 . 5 . 7 的方法进行等温性能测试。

　　5 . 5 . 13 缓慢泄漏

　　将热管放入密封容器，灌入(300±7 . 5)kPa大气压的氦气并维持 2 h后取出，目测检查热管外观;如外观不符合要求，则为不合格品;外观符合要求的，再按 5 . 5 . 7 的方法进行等温性能测试。

　　5 . 5 . 14 爆破温度

　　在不外加其他冷却装置的前提下，进行如下操作，并用目视方法检查：

　　a) 壁厚 ≥0 . 4 mm：从 200 ℃开始以每分钟 1 ℃的速率持续加热至 300 ℃ ,并维持 1 h ;

　　b ) 壁厚<0 . 4 mm：从 100 ℃开始以每分钟 1 ℃的速率持续加热至 200 ℃ ,并维持 1 h。

　　5 . 5 . 15 振动试验

　　试验步骤如下：

　　a) 先将热管按 GB/T 2423 . 10—2019 的规定进行振动试验，振动条件如下：

　　1) 频率范围：10 Hz~55 Hz~10 Hz;

　　2) 振幅：0.35 mm;

　　3) 扫频速率：1 oct/min;

　　4) 试验方向：x 轴 、Y轴 、Z轴 ;

　　5) 试验时间：每个轴向均为 30 min。

　　b ) 再按 5 . 5 . 7 进行等温性能测试。

　　6 检验规则

　　6 . 1 检验分类

　　热管的检验分为出厂检验和型式检验。

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　　6 . 2 出厂检验

　　6 . 2 . 1 检验项目

　　按表 1 规定的出厂检验项目进行。

　　6 . 2 . 2 检验类型

　　检验类型分为全数检验和抽样检验。

　　表 1 检验项目

　　6 . 2 . 3 组批规则

　　产品按以下方法组批：

　　a) 除全数检验外，承制方应以相同材料、相同规格和相同工艺、基本在同一时间内制造的产品组批;

　　b ) 除全数检验外，承制方可按每个订货合同组批，也可按一次交货产品组批。

　　6 . 2 . 4 抽样方案

　　抽样方案如下：

　　a) 尺寸、外观质量、等温性能、耐温性能、缓慢泄漏试验为全数检验。

　　b ) 材料与结构、产品标志按 GB/T 2828 . 1—2012 规定的正常检验一次抽样方案进行。 符合一般检验水平 Ⅱ级、接收质量限 AQL 为 0 . 65 。

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　　6 . 2 . 5 拒收批

　　若检验批中不合格数大于允许不合格判定数时，则判定该批不合格。

　　6 . 2 . 6 样本单位的处理

　　已通过检验合格的试样可按规定出厂，未通过检验合格的试样按规定进行返修或报废处理。

　　6 . 3 型式检验

　　6 . 3 . 1 检验条件

　　有下列情况之一时，应进行型式检验：

　　a) 新产品投产前定型鉴定时;

　　b ) 如工艺、结构、材料有较大改变，可能影响产品质量时;

　　c) 产品停产 3 个月以上，恢复生产时;

　　d) 正常生产时，应每年进行一次。

　　6 . 3 . 2 检验项目

　　按表 1 规定的型式检验项目进行。

　　6 . 3 . 3 抽样方案

　　按以下方法抽取检验样品：

　　a) 在 6 . 3 . 1 a) ~c)情况时，从同批次生产的热管中随机抽取样品，每个检验项 目 的样品量应不少

　　于 20 支;

　　b ) 在正常生产时，从同批次生产的热管中随机抽取样品，每个检验项目的样品量应不少于 5 支 。

　　6 . 3 . 4 合格判据

　　符合各检验项目要求即认为型式检验合格。

　　6 . 3 . 5 样本单位的处理

　　已通过检验合格的试样可按规定出厂，未通过型式检验的不合格试样，承制方应按下列步骤进行处理：

　　a) 立即停止产品交货和出厂检验。 在此期间如果产品已售出，应及时通知购货方。

　　b ) 查明不合格原因，在材料、工艺或其他方面提出纠正措施，对采用基本相同的材料和工艺进行制造、不合格模式相同、能够进行纠正的所有产品采取纠正措施。

　　c) 完成纠正措施后，重新抽取试样进行型式检验，是对全部项目检验或仅对原试样不合格项 目检验由监督检查机构确定。

　　d) 出厂检验可重新开始，但应在型式检验的重新检验合格后，产品才能交货。

　　7 交货准备

　　7 . 1 包装

　　交付的热管应有完好的包装箱。 包装箱内应有减振、防潮、隔热措施，装箱操作时应防止损坏热管。

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　　7 . 2 交付文件

　　产品合格证、使用说明书、装箱清单等与产品一同交付。

　　7 . 3 运输

　　在运输过程中不应受机械撞击和雨雪淋袭，运输环境不应有腐蚀性物质。

　　7 . 4 贮存

　　热管在下列条件下贮存：

　　a) 室内环境应无腐蚀性物质;

　　b ) 环境温度宜为 0 ℃ ~40 ℃ ;

　　c) 相对湿度不大于 80% 。

　　7 . 5 包装标志

　　7 . 5 . 1 包装箱上应标明产品名称、型号、产品数量、执行标准编号、箱体尺寸、总重量、制造厂家和包装日期等。

　　7 . 5 . 2 包装储运图示标志应符合 GB/T 191 的规定。