電子冷卻技術調(diào)研(編輯修改稿)
2025-08-10 01:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 作為可由外部磁場驅動的部件研制了一種常開型微球閥。該微球閥由三個熱壓聚合物層和三個金屬層組成，各層通過黏附薄膜連接，開關頻率可達30Ｈｚ，開關時間為10ｍｓ。當電流為200ｍＡ，壓力為50ｋＰａ時，微閥被關閉，／ｍｉｎ。此外，這種微閥還可用作比例閥來調(diào)節(jié)出口壓力，當入口壓力為200ｋＰａ時，調(diào)節(jié)范圍為０～。（3）靜電驅動微閥靜電驅動反應時間快、功率低，但是驅動力較小。此外，由于靜電驅動微閥通常是以二進制的模式工作，所以需要使用閥陣列來控制流動。Ｔ．Ｈａｓｅｇａｗａ等人［７］提出了一種由空氣驅動無死體積的微分配系統(tǒng)，其中主要元件就是由微螺線管驅動器實現(xiàn)方向轉換的１０出口多方向微開關閥。這種開關閥包含帶有硅樹脂橡膠環(huán)的旋轉裝置和帶鋼球的自定位閉鎖裝置。定位裝置能精確地自動定位出口并檢測當前選中的出口，因而不需要其他傳感器和控制器。為使芯片能在５００ｋＰａ以上的高壓下快速轉換，硅膠環(huán)的高度應為３００μｍ，轉子壓縮力為３Ｎ，轉子旋轉力為０．８Ｎ。當在螺線管上施加電壓為６ＶＤＣ時，吸引力為１Ｎ。在基體上用光刻或其它刻蝕法制成截面尺寸僅有幾十到上百微米的槽道,換熱介質在這些小槽道中流過換熱器基體并通過基體與別的換熱介質進行換熱的技術。微通道制作的材料有硅、銅、鋁及其合金等，換熱介質除水外還有液氮、乙醇、硅油、氟利昂等液體。典型的微通道結構如圖21所示。電子芯片的可靠性主要取決于其內(nèi)部組件本身及組件間的溫度高低，微管道由于具有很高的傳熱系數(shù)，因此可利用其設計電子芯片內(nèi)部冷卻用的水冷式散熱器，并已成為芯片液冷研究的一個重點。微通道熱沉中常用工作介質有空氣、水和致冷劑。當冷卻水在短期內(nèi)似乎是首選的解決方案，但它具有大溫度梯度、高的凝固點和使用水與電氣連接點緊密接觸危險。而在微通道制冷劑沸騰冷卻中沒有這些問題。Bruno Agostini,John Richard Thome,Matteo Fabbri,Bruno Michel,Daniele Calmi, Urs Kloter[20]研究了冷卻劑R236在較大的熱通量、速度和質量蒸汽品質范圍內(nèi)在硅微通道中的局部傳熱系數(shù)。在低熱流密度、低蒸汽品質、低質量流速時，傳熱系數(shù)隨蒸汽質量的增加而增加，而且與熱通量和質流量無關。在中熱通量的傳熱系數(shù)幾乎蒸氣質量無關，而和熱流密度有關。此外，傳熱系數(shù)和質流量幾乎無關。在非常高的熱通量時，傳熱系數(shù)隨著質流量增加速度減慢，而隨著熱通量的增加而下降。這些結果與宏觀流動沸騰的趨勢明顯不同。特別是，似乎并不存在對流沸騰區(qū)域。散熱器是由67個并行通道，寬223，高680，長為20。 ，質量流速為281到1501 ，出口蒸汽品質為2％至75％。工作壓力和飽和度的溫度分別設定在273千帕和25℃。圖213為實驗裝置圖，它包括測試部分、一個帶冷卻池的冷凝器、液體泵（Fluidotech模型MGBR2）、預加熱器、一個7的過濾器和一個科里奧利質量流量計（科隆Optimass3050F）。蓄水池是用來儲存制冷劑并準確地控制工作壓力，它連接在過濾器和流量計之間。圖213實驗裝置圖圖214硅芯片的測試照片。左圖：微通道右圖：（a）加熱器；（b）熱電阻連接器；（c）五個熱電阻單行多層電阻加熱器（10納米鈦，1黃金，30納米的鎳和黃金）為通過光刻在芯片表面的。如圖所示 214，從而形成6個3毫米寬的加熱器。59 的熱電阻（如與加熱器成分相同，寬10）已存放于在五個不同地點。這些RTD的敏感長度約為寬度的三分之一，溫度沿通道在5個地點測量。，。如圖215，Lexan顯板（1毫米厚）被粘在硅芯片上。圖215測試部分：（a）組裝圖；（b）分開圖：集成塊和提供流量的狹縫板；（c）RTD的連接后視圖：加熱器的結構和RTD的位置。三、熱電冷卻技術（TEC） 熱電冷卻是利用半導體材料的溫差電效應——帕爾貼效應來實現(xiàn)制冷的一種技術，也稱為半導體制冷。帕爾貼效應是當直流電通過兩種不同導體材料構成的回路時結點將產(chǎn)生吸熱和放熱的現(xiàn)象，由法國人帕爾貼最早發(fā)現(xiàn)。圖24為熱電冷卻器制冷原理示意圖。圖31 熱電制冷原理示意圖熱電效應由塞貝克效應、帕爾貼效應、湯姆孫效應、焦耳效應和傅里葉效應五個不同的效應組成。熱電冷卻是熱電效應主要是帕爾貼效應在制冷技術方面的應用。熱電冷卻的冷卻效率與制冷器冷端溫度、冷端和熱端之間的溫差有關。，溫差越大制冷量越小，制冷系數(shù)越低。對于特定的熱電冷卻器，怎樣及時散去熱端的熱量是提高熱電冷卻系數(shù)和增大熱電冷卻量的關鍵。在制冷片工作期間，只要冷、熱面出現(xiàn)溫差熱量便不斷地通過晶格能的傳遞，將熱量移動到熱面并通過散熱設備散發(fā)出去。因此，冷卻片對于芯片來說是主動制冷的裝置，而對于整個系統(tǒng)來說，只能算是主動的導熱裝置。熱電冷卻的效果與許多因素有關，如冷端溫度、熱端溫度、熱傳導率、電傳導率、冷端與裝置表面的接觸熱阻、熱端的熱阻及電流。這些可調(diào)節(jié)的參數(shù)為熱電冷卻的廣泛應用提供了有利條件。例如在提供冷卻空間和除濕裝置中，熱電冷卻被用來提供一個溫度比周圍溫度低的環(huán)境。在電子冷卻中，熱電冷卻作為一個從溫度比環(huán)境溫度高的表面及時把熱量帶走的裝置，它的目的是維持電子元件的溫度在安全溫度范圍內(nèi)。熱電冷卻也許不能滿足未來電子冷卻的需求，但是它有諸多優(yōu)點，如高可靠性、良好的適應性、方便組裝、質量輕和可維持較低的溫度。熱電冷卻能力和可靠性取決于與芯片接觸的冷卻裝置。TEC工作時熱端需要一個冷卻裝置及時把熱量從冷卻器帶走?，F(xiàn)在，熱電冷卻與空氣制冷或水或其它液體制冷技術的結合已經(jīng)引起越來越多的關注。這種發(fā)展趨勢的主要優(yōu)點在于一個負的溫度梯度和較小的熱阻。HsiangSheng Huang, YingChe Weng, YuWei Chang , SihLi Chen, MingTsun Ke[10]探討了電子熱電水冷卻裝置的散熱性能。熱負荷的熱電冷卻器的影響和對現(xiàn)有的冷卻性能熱電裝置進行了實驗和理論上確定。本研究發(fā)展了一種新的熱比喻網(wǎng)絡分析模型預測的熱電裝置熱能力。該模型的預測與實驗吻合的數(shù)據(jù)。
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