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不等宽微槽道平板热管的研制

作　者: 唐吉仁
导　师: 闫卫平
学　校: 大连理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 毛细力不等宽微槽道 ANASYS MEMS技术传热特性
分类号: TK124
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着微电子技术的高速发展,集成化和小型化已成为芯片的主要发展趋势,由此产生的高热流密度将影响芯片的正常工作和使用寿命,已成为微电子工业发展的技术瓶颈。微热管以其体积小、高传热性能、良好的启动性、均温性、可与电子器件直接贴合等特点,已成为解决微电子芯片热积聚问题,以及航空航天、医药、生物等领域散热问题的研究热点。根据微热管的最大传热能力主要受限于微槽道毛细力的大小,本文提出了一种液体工质的弯月面半径沿轴向呈阶梯状分布的不等宽三角形微槽道结构。通过建立理论模型,得出了不宽等毛细结构的微槽道能提供较大毛细力的理论依据。利用ANSYS软件进行了热仿真和FLOTRAN流体仿真,证明不等宽微槽道能提供更大的液体回流速度,并在此基础上提出了微热管的内部微结构优化设计。采用MEMS工艺,在双面抛光(100)Si晶片上制作了不等宽微槽道和等宽微槽道,搭建了8通道并行测温电路,对微热管的传热性能进行了测试,并对不等宽微槽道与等宽微槽道传热性能进行了比较。测试结果表明,当宽槽端做为热管的冷端而窄槽端做为热端时,在相同的测试条件下,不等宽微槽道热管表现出明显的单向传热效应,其传热特性优于常规的等宽槽道微热管。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-12
  1.1 课题的提出  8-9
  1.2 微热管的发展及研究现状  9-11
  1.3 本文研究工作  11-12
2 微热管传热的理论基础  12-18
  2.1 微热管的定义  12
  2.2 微热管的传热原理  12-15
  2.3 微热管毛细力的形成  15-16
  2.4 微热管的传热极限  16-18
3 不等宽微槽道平板热管的仿真分析及其优化设计  18-42
  3.1 仿真分析方案设计  18-21
    3.1.1 不等宽微槽道理论模型  18-19
    3.1.2 微槽道实体模型的建立  19-21
  3.2 微槽道平板热管的ANSYS传热分析  21-30
    3.2.1 常规微槽道的瞬态传热过程  22-24
    3.2.2 不同工质微热管冷却效率  24-26
    3.2.3 微槽道结构尺寸与瞬态传热效率  26-29
    3.2.4 微槽道数目与平板热管冷却速率  29-30
  3.3 微槽道平板热管的ANSYS/FLOTRAN求解  30-39
    3.3.1 基于ANSYS/FLOTRAN的分析过程  30-31
    3.3.2 轴向梯型槽道与水平槽道的液体流动分析  31-36
    3.3.3 连通通道内无水乙醇蒸气热稳态湍流分析  36-39
  3.4 微槽道平板热管优化模型设计  39-42
4 不等宽微槽道平板热管制作  42-57
  4.1 微槽道热管结构及工艺流程  42-43
  4.2 掩模版的设计与制作  43-47
  4.3 微热管制作  47-53
    4.3.1 Si基微槽道制作  47-52
    4.3.2 玻璃环的刻蚀  52-53
  4.4 封装与充液  53-57
    4.4.1 微热管的封装  53-54
    4.4.2 充液  54-57
5 不等宽微热管传热特性及其分析  57-81
  5.1 温度分布测试电路设计  57-70
    5.1.1 温度采集硬件电路设计  57-61
    5.1.2 控制软件设计  61-66
    5.1.3 测温曲线拟合  66-68
    5.1.4 测温电路精度分析  68-70
  5.2 微热管测试系统组建  70-72
  5.3 微热管测试结果及其分析  72-81
    5.3.1 微热管传热性能评价参数  72-74
    5.3.2 不同液体工质的流动速度  74-75
    5.3.3 加热功率与热管壁面温度关系  75-78
    5.3.4 轴向倾角与微热管传热关系  78-79
    5.3.5 不等宽微槽道微热管传热特性  79-81
结论  81-82
参考文献  82-85
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  85-86
致谢  86-87

不等宽微槽道平板热管的研制

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