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硅基平板微热管充液率与传热特性研究

董明  
【摘要】:在集成电路集成度的发展过程中,电子器件的高频、高速、高集成度使得芯片的发热功率和整个电子器件的温度迅速增加,影响着电子芯片的正常工作以及使用寿命,成为了制约集成电路发展的重要因素。硅基微热管不仅拥有良好的传热效率,还具有与硅基集成电路工艺良好的匹配性、易加工理想的微槽道等特点,已经成为散热器件微热管的研究热点。本文在微热管的传热传质原理基础上,通过ANSYS软件进行了热仿真和FLOTRAN CFD流体仿真,分析了微槽道宽度和微热管盖片材质对传热特性的影响,并证明了不等宽微槽道平板热管比等宽微槽道更有利于促进液体工质的回流,传热效果更好。根据仿真结果优化设计了一系列等宽与不等宽微槽道,并在硅晶圆上采用MEMS加工工艺制作了微槽道,进一步通过有效的封接方法制作了等宽与不等宽微槽道平板热管。为了研究微槽道结构参数、盖片材质、热源功率以及充液率对平板微热管传热特性的影响,利用测温系统和定量充液的方法对微热管在不同槽道宽度、不同电压、不同充液率的条件下进行了传热性能测试。实验结果表明:不等宽微槽道平板热管的传热特性优于同等条件下的等宽微槽道平板热管;盖片材质的导热系数与平板微热管的传热特性关系密切,从微热管传热特性的角度看,应该选择硅晶片作为盖片;充液率对微热管传热特性的影响效果显著,选择最佳充液率至关重要,本文制作的微槽道平板热管的最佳充液率范围为8%~12%。


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