關(guān)鍵電子元器件的面熱流密度不斷提高,傳統(tǒng)冷板已難以滿足散熱需求,微通道熱沉散熱收到普遍關(guān)注,而評(píng)價(jià)熱沉的散熱能力,需要一套與其參數(shù)范圍匹配的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),不僅要求達(dá)到大功率負(fù)載下的散熱能力,更需要考量此時(shí)熱負(fù)載表面的均溫效果,對(duì)熱沉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出新的要求。本文針對(duì)一種均溫微通道熱沉結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)一套液冷循環(huán)散熱系統(tǒng),并對(duì)系統(tǒng)中重點(diǎn)模塊（熱端模塊結(jié)構(gòu)、冷端模塊結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)管路等）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)參數(shù)制定。在系統(tǒng)熱端模塊設(shè)計(jì)中,對(duì)一種三層雪花構(gòu)型均溫?zé)岢两Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了性能的數(shù)值模擬,研究了其壓降和均溫散熱性能。設(shè)計(jì)了熱沉支撐體結(jié)構(gòu),研究了其入口流速、針肋直徑等參數(shù)對(duì)均溫?zé)岢两Y(jié)構(gòu)并聯(lián)入口邊界流速均勻性的影響。設(shè)計(jì)了高功率熱負(fù)載結(jié)構(gòu),對(duì)內(nèi)部發(fā)熱源功率、熱面熱流密度均勻性以及不同熱源安裝位置進(jìn)行了熱特性研究,并利用均溫性能評(píng)價(jià)方法對(duì)其熱面均溫性進(jìn)行評(píng)估。在系統(tǒng)冷端模塊設(shè)計(jì)中,采用風(fēng)冷和熱電制冷串聯(lián)方式,組成系統(tǒng)的冷端制冷模塊,該模塊將熱端流出的循環(huán)水制冷到初始常溫,達(dá)到循環(huán)利用的目的,其中風(fēng)冷散熱器實(shí)現(xiàn)主要的散熱作用,熱電制冷結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)小范圍溫控作用,達(dá)到所需溫控精度要求。在系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)中,主要進(jìn)行了循環(huán)... 

【文章來(lái)源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

英特爾CPU頻率趨勢(shì)圖

第一章緒論1第一章緒論1.1課題背景與意義近年來(lái)，隨著電子時(shí)代的高速發(fā)展，高性能設(shè)備（如云服務(wù)器、CPU芯片等）和數(shù)字移動(dòng)產(chǎn)品設(shè)備（智能手機(jī)、3D游戲手持設(shè)備等）為了獲得外觀和性能的優(yōu)勢(shì)[1]，盡可能將器件板級(jí)尺寸向小型化方向設(shè)計(jì)，由器件的功率密度引起的熱效應(yīng)已經(jīng)成為集成器件進(jìn)一步微型化障礙[2]，這將會(huì)迫使開發(fā)商在設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)留出設(shè)計(jì)余量，結(jié)果只能得到次最優(yōu)的參數(shù)，直接給生產(chǎn)商造成數(shù)不可估量的的經(jīng)濟(jì)損失。另外，對(duì)于大型數(shù)據(jù)中心，每散去一瓦熱量時(shí)需要耗費(fèi)0.35~0.65W不等的制冷電量，這個(gè)數(shù)值仍還在持續(xù)增加[3-5]，無(wú)論小型設(shè)備還是大型計(jì)算設(shè)備，熱效應(yīng)問(wèn)題對(duì)設(shè)備的可靠性和用戶體驗(yàn)已經(jīng)帶來(lái)了不可忽視的影響。從環(huán)保角度看，冗余熱也會(huì)增加二氧化碳的排放量，這不符合可持續(xù)發(fā)展時(shí)代特征。由于熱效應(yīng)的影響，大部分主流的電子器件生產(chǎn)商在設(shè)計(jì)物理基礎(chǔ)框架時(shí)，按照最強(qiáng)工作工況功耗給出了熱設(shè)計(jì)功率，設(shè)備在此功耗頻率下不允許超過(guò)數(shù)微秒，這是非常短的時(shí)間。但近幾十年之內(nèi)熱設(shè)計(jì)功率飛速增長(zhǎng)已經(jīng)成為一種“熱常態(tài)”，如圖1-1所示，為2010版英特爾CPU頻率趨勢(shì)圖，能客觀地反映出熱效應(yīng)問(wèn)題帶來(lái)的嚴(yán)重性，高性能器件的功率密度會(huì)分布不均勻，尤其處理器Die局部發(fā)熱區(qū)域，局部處的功率密度已經(jīng)超過(guò)了250W/cm[6]，局部熱點(diǎn)溫度一旦超過(guò)溫度閾值（一般范圍在80℃~105℃之間），會(huì)激活動(dòng)態(tài)熱管理引擎（DTM）并觸發(fā)系統(tǒng)降頻，同時(shí)在運(yùn)行期間，通過(guò)TDP表示的系統(tǒng)總功耗會(huì)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)不同計(jì)算核或芯片的功耗，從而導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降[7]。圖1-1英特爾CPU頻率趨勢(shì)圖圖1-2Inter16核處理器局部熱點(diǎn)平面

庵?螅?岷隙嗪舜?砥魅認(rèn)煊Π咐?餑芄恢?觀的反應(yīng)此類經(jīng)典問(wèn)題，圖1-2為Inter16核處理器在同一負(fù)載下局部熱點(diǎn)平面圖，處理器中出現(xiàn)數(shù)百個(gè)熱點(diǎn)，熱點(diǎn)處于芯片核心計(jì)算模塊區(qū)域（例如，整形和浮點(diǎn)數(shù)執(zhí)行單元、鏈表寄存器、數(shù)據(jù)緩存區(qū)域），一般而言，不同類型的載荷造成引起的熱點(diǎn)位置是不一致的，因?yàn)闀?huì)受到內(nèi)部因素（如性能節(jié)流度、設(shè)計(jì)和實(shí)際功耗、芯片Die排布方式、材料導(dǎo)熱材質(zhì)、負(fù)載程序等）和外在因素（如散熱方式、負(fù)載器件功率等）綜合影響，因此隨熱效應(yīng)的研究是當(dāng)今時(shí)代電子行業(yè)必須深入探討的一項(xiàng)學(xué)術(shù)問(wèn)題。圖1-3強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱圖1-4主板熱管相變散熱常見(jiàn)的電子功率器件散熱冷卻方式有空氣冷卻、液體冷卻、熱電制冷、相變冷卻等。在空氣冷卻中強(qiáng)迫空氣冷卻是首要的、最廣泛應(yīng)用的主動(dòng)冷卻技術(shù)，最常用的是風(fēng)冷[8]。如圖1-3所示，一般將冷卻風(fēng)扇直接固定在散熱器的頂部，使冷卻空氣垂直地吹向散熱器，這種冷卻方式通常被稱為沖擊冷卻[9]。液體冷卻具有較長(zhǎng)的發(fā)展歷史，IBM引入水冷技術(shù)用于冷卻疊板中的熱量。在實(shí)際中用來(lái)緩解器件上過(guò)多的熱損耗，同時(shí)會(huì)帶來(lái)新的開銷，因?yàn)橐后w冷卻系統(tǒng)涉及相關(guān)其它部件（如泵、液體管道、溫度傳感器等），并且需要確保冷卻液體的隔離，造成較高的設(shè)計(jì)成本。熱電冷卻（TEC）是最易于使用的技術(shù)之一，且在市場(chǎng)上有較為技術(shù)成熟的熱電冷卻器件產(chǎn)品。熱電材料的出現(xiàn)，主要?dú)w因于20世紀(jì)50年代中期引入化合碲化物和合金技術(shù)[10,11]，然而熱電制冷器件由于金屬的配對(duì)不良，會(huì)導(dǎo)致制冷效率很低，近年來(lái)，分立式TEC元件由于高制冷效率的特點(diǎn)已經(jīng)在實(shí)際中得到廣泛的應(yīng)用[12-14]。有文獻(xiàn)中報(bào)道了薄膜TEC裝置的顯著進(jìn)步，已經(jīng)提出了5um厚度的Bi2Te3超晶格裝置，估計(jì)能夠達(dá)到500W/cm2的冷卻能力[15]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]表面粗糙度的分形特征及其對(duì)微通道內(nèi)層流流動(dòng)的影響[J]. 張程賓,陳永平,施明恒,付盼盼,吳嘉峰.  物理學(xué)報(bào). 2009(10)
[2]Y形構(gòu)形微通道流動(dòng)換熱特性的數(shù)值分析[J]. 徐國(guó)強(qiáng),王夢(mèng),吳宏,陶智.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2009(03)
[3]電子元器件散熱方法研究[J]. 李慶友,王文,周根明.  電子器件. 2005(04)



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