熱電制冷液體冷卻技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體電路密集化和電子設(shè)備小型化程度逐步提升，微電子芯片的熱負(fù)荷和熱通量正在迅猛增長。較大的熱流密度導(dǎo)致芯片溫度上升，過高的節(jié)點(diǎn)溫度會影響芯片的可靠性和使用壽命。為了保證微電子芯片的正常運(yùn)行，使其維持在一定溫度范圍內(nèi)，現(xiàn)迫切需要更高效合理的散熱冷卻技術(shù)。
　　本文提出熱電制冷液體冷卻技術(shù)，應(yīng)用于微電子芯片的散熱冷卻。自行設(shè)計(jì)開發(fā)了一套熱電制冷液體冷卻散熱器，以實(shí)現(xiàn)電子芯片低于環(huán)境溫度的冷卻，解決芯片超頻運(yùn)行的二次散熱問題。從熱

2、電制冷基本原理出發(fā)，建立熱電制冷散熱模型，針對芯片節(jié)點(diǎn)溫度、制冷量、能效比（COP）、工作電流和熱沉熱阻等參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算。然后搭建實(shí)驗(yàn)平臺，通過控制虛擬熱源發(fā)熱量、散熱風(fēng)速和熱電制冷器（TEC）工作狀況，重點(diǎn)從熱阻、最大散熱能力、制冷能力、制冷效果和制冷效率對該熱電制冷液體冷卻散熱器進(jìn)行全面的實(shí)驗(yàn)研究。
　　研究結(jié)果表明，TEC存在一個最佳的工作電壓值，使得散熱器整體的熱阻和制冷量達(dá)到最優(yōu)，因此確定TEC的最佳工作電壓尤為重要，

3、當(dāng)熱通量28.5W·cm?2、風(fēng)速5m·s?1和9m·s?1時，最佳工作電壓分別為28V和32V。此外散熱器工作在高環(huán)境溫度(35℃)下，TEC有效降低散熱阻力，提升最大散熱量。熱電制冷裝置通電后能夠快速制冷，響應(yīng)迅速從而保障芯片超頻運(yùn)行，當(dāng)熱通量23.78W·cm?2、風(fēng)速5m·s?1時，開啟 TEC運(yùn)行10s熱源表面溫度降低3℃，30s之后溫降達(dá)到最大值5.4℃。熱電制冷裝置能夠?qū)崿F(xiàn)芯片低于環(huán)境溫度的冷卻，保持熱源表面溫度與環(huán)境溫度

4、相同， TEC工作電壓48V、風(fēng)速3~5m·s?1的條件下，散熱能力最大達(dá)到7W·cm?2。
　　結(jié)果同時顯示，傳統(tǒng)液冷散熱系統(tǒng)能夠彌補(bǔ) TEC能效比較低、制冷量有限的不足，維持熱源表面溫度高于環(huán)境溫度10℃、TEC輸入電壓4~48V、風(fēng)速3~5m·s?1情況下，最大能效比達(dá)到3.5，最大熱通量達(dá)到15.7 W·cm?2。在限定熱源表面溫度（65℃）的條件下，散熱器在實(shí)驗(yàn)風(fēng)速3~9m·s?1時，最大散熱能力達(dá)45.2W·cm?2，