【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(huì)嚴(yán)重威脅電子設(shè)備的可靠性。高熱流密度問(wèn)題也成為了限制集成電路發(fā)展的瓶頸。因此,對(duì)于電子器件散熱技術(shù)的研究變得越來(lái)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(dòng)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(dòng)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(dòng)液體的流動(dòng)。壓電微泵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)力大、效率高,機(jī)械響應(yīng)快、易于集成等優(yōu)點(diǎn),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(wú)閥微泵。盡管無(wú)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(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。并且在高頻下有更好的性能。本文對(duì)擴(kuò)張/收縮管無(wú)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(dòng)態(tài)有限元模型對(duì)擴(kuò)張/收縮管無(wú)閥微泵進(jìn)行仿真研究。仿真結(jié)果表明,無(wú)閥微泵的流量特性不僅取決于擴(kuò)張/收縮管,還與整個(gè)結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)流體通過(guò)收縮管時(shí),與收縮管出口想接觸的腔體被認(rèn)為是一個(gè)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(huì)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(gè)“虛擬閥”,它可以阻止回流,使微泵產(chǎn)生單向流動(dòng)。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(shí),“虛擬閥”被激活,湍流開(kāi)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(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)得圓錐型擴(kuò)張/收縮管無(wú)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(duì)圓錐型擴(kuò)張/收縮管無(wú)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(shì)。(2)微泵的流量隨著兩個(gè)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(wú)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(guò)COMSOL Multiphysics進(jìn)行仿真計(jì)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(dòng)微流道散熱器的散熱裝置,仿真分析的結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN40

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 沐方清;張楊飛;;三維微流道系統(tǒng)技術(shù)研究[J];中國(guó)電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào);2011年01期

2 王偉,劉世炳,陳濤,左鐵釧;新型無(wú)閥微泵擴(kuò)張微流道中流體動(dòng)力學(xué)特性的仿真分析[J];工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào);2005年04期

3 張鵬;左春檉;周德義;;矩形微流道內(nèi)流體電動(dòng)效應(yīng)研究[J];光學(xué)精密工程;2007年04期

4 劉梓楓;梁驥;張孟倫;;一種集成微流道的薄膜體聲波液體濃度傳感器[J];納米技術(shù)與精密工程;2017年06期

5 陳婭君;龍威;楊紹華;柴輝;巨少華;;粗糙度對(duì)微流道內(nèi)流體連續(xù)自搬運(yùn)的影響[J];工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào);2018年03期

6 陳若夢(mèng);王宏;黃亞江;劉亞雄;賀健康;李滌塵;;酶交聯(lián)明膠水凝膠性能研究及仿生微流道制備[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);2017年12期

7 張遠(yuǎn)憲;儲(chǔ)玉飛;普小云;;微流道中消逝場(chǎng)激勵(lì)的熒光光源研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2017年01期

8 呂宋;郭鐘寧;周兵高;張會(huì);;基于納秒激光的316L不銹鋼直寫(xiě)微細(xì)溝槽實(shí)驗(yàn)研究[J];機(jī)電工程技術(shù);2017年04期

9 陳從平;王小云;黃杰光;李波;;3D打印過(guò)程微流道尺度效應(yīng)建模與數(shù)值模擬[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2017年06期

10 劉慶明;John Batton;Nadine Aubry;白春華;;基于電磁流體動(dòng)力攪拌器的微流道混合研究(英文)[J];實(shí)驗(yàn)流體力學(xué);2010年01期

相關(guān)會(huì)議論文 前4條

1 譚德坤;劉瑩;;微流道內(nèi)流動(dòng)電勢(shì)及壁面滑移效應(yīng)對(duì)傳熱特性的影響[A];第十一屆全國(guó)摩擦學(xué)大會(huì)論文集[C];2013年

2 楊健;鄭耀;李維仲;吳慶標(biāo);;微流道中生化分離的分子動(dòng)力學(xué)模擬研究[A];計(jì)算流體力學(xué)研究進(jìn)展——第十二屆全國(guó)計(jì)算流體力學(xué)會(huì)議論文集[C];2004年

3 戶亞娜;王續(xù)躍;;微流道模具掩模電解加工多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬[A];特種加工技術(shù)智能化與精密化——第17屆全國(guó)特種加工學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（摘要）[C];2017年

4 鄭旭;李戰(zhàn)華;;矩形微流道中的近壁速度測(cè)量[A];慶祝中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)成立50周年暨中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)’2007論文摘要集（下）[C];2007年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 韓小為;用于微流控分析芯片的PMMA高聚物熱雕刻技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 譚德坤;微流道內(nèi)表面效應(yīng)對(duì)流體流動(dòng)及傳熱特性的影響[D];南昌大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 何建;采用壓電微泵驅(qū)動(dòng)微流道的芯片級(jí)熱管理系統(tǒng)研究與制備[D];電子科技大學(xué);2018年

2 秦杰;仿生微流道散熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化及流動(dòng)散熱特性研究[D];電子科技大學(xué);2012年

3 劉凱輝;微流道內(nèi)壓力驅(qū)動(dòng)流數(shù)值模擬研究[D];南昌大學(xué);2010年

4 鄭毅;基于微觀層流控制技術(shù)的微流道內(nèi)二次流動(dòng)刻蝕工藝研究[D];浙江大學(xué);2010年

5 陳洪立;微流道中蛋白質(zhì)分離仿真及熒光檢測(cè)系統(tǒng)研究[D];吉林大學(xué);2005年

6 王立芳;梯形微流道中電滲流的數(shù)值模擬研究[D];吉林大學(xué);2006年

7 胡廣新;翅片式與微流道式散熱器散熱特性及應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2010年

8 呂宋;基于納秒激光的金屬微流道成型及質(zhì)量研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2017年

9 張曉飛;LTCC多芯片功放組件微流道設(shè)計(jì)及散熱特性研究[D];電子科技大學(xué);2017年

10 毛潘澤;樹(shù)狀分形微流道PEMFC傳遞過(guò)程研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2759677