【摘要】：隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展,集成電路芯片的集成度不斷增加,導(dǎo)致芯片產(chǎn)生高熱流密度。熱流密度的急劇增加將會嚴(yán)重威脅電子設(shè)備的可靠性。高熱流密度問題也成為了限制集成電路發(fā)展的瓶頸。因此,對于電子器件散熱技術(shù)的研究變得越來越重要。微流道散熱器是目前應(yīng)用在高熱流密度微電子芯片的一種有效散熱技術(shù)。微泵是一種其將電能、熱能或機(jī)械能轉(zhuǎn)化為流體動能的設(shè)備,是微流控系統(tǒng)的重要組成部分,微泵可以作為微流道散熱器的液體驅(qū)動源。壓電微泵利用壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械形變,驅(qū)動液體的流動。壓電微泵具有結(jié)構(gòu)簡單、驅(qū)動力大、效率高,機(jī)械響應(yīng)快、易于集成等優(yōu)點,在生物醫(yī)學(xué)、化學(xué)分析、航空航天、微電子冷卻等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。根據(jù)微泵中流體控制部件的組成不同,壓電微泵可以分為有閥微泵和無閥微泵。盡管無閥微泵并不能完全限制液體的回流。但其與有閥微泵相比具有高可靠性、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。并且在高頻下有更好的性能。本文對擴(kuò)張/收縮管無閥壓電微泵的性能進(jìn)行了研究。主要包括以下內(nèi)容:1.本文建立動態(tài)有限元模型對擴(kuò)張/收縮管無閥微泵進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果表明,無閥微泵的流量特性不僅取決于擴(kuò)張/收縮管,還與整個結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)流體通過收縮管時,與收縮管出口想接觸的腔體被認(rèn)為是一個具有180°角的擴(kuò)張管。這種擴(kuò)張管工作在射流區(qū),高速流體會在收縮管和腔體的交接區(qū)域產(chǎn)生湍流,這些湍流相當(dāng)于一個“虛擬閥”,它可以阻止回流,使微泵產(chǎn)生單向流動。2.研究發(fā)現(xiàn),湍流程度與流體速度密切相關(guān),而流體速度則由輸入電壓決定。當(dāng)輸入電壓大于閾值電壓(20V)時,“虛擬閥”被激活,湍流開始出現(xiàn),并且隨著輸入電壓的增加不斷增大,微泵的流量也隨之增加。3.實驗結(jié)果測得圓錐型擴(kuò)張/收縮管無閥微泵的輸出流量可與一般的有閥微泵相比擬,其最大流量可以達(dá)到5.4ml/min。4.對圓錐型擴(kuò)張/收縮管無閥壓電微泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行仿真,具體結(jié)果如下:(1)微泵流量隨泵腔高度的變化曲線呈先增大后減小的趨勢。(2)微泵的流量隨著兩個擴(kuò)張/收縮管的間距而增大,最后趨于穩(wěn)定。(3)微泵流量隨進(jìn)/出口腔體直徑的增大而增大,最終趨于平穩(wěn)。5.平面擴(kuò)張/收縮管無閥壓電微泵的流量在一定范圍內(nèi)隨著擴(kuò)張/收縮管角度2θ的增大而增大。最優(yōu)值并不是10°。因此,以前被廣泛采用的最佳“10°規(guī)則”應(yīng)予以糾正。6.微流道散熱器的散熱性能通過COMSOL Multiphysics進(jìn)行仿真計算。仿真結(jié)果表明,熱源溫度隨微泵流量的減小而減小,最終趨于穩(wěn)定。最后,建立了微泵驅(qū)動微流道散熱器的散熱裝置,仿真分析的結(jié)論通過實驗得到了驗證。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN40

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本文編號：2759677