微電子芯片冷卻的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬.pdf

1、隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，芯片功率密度不斷上升，芯片的耗能和散熱已經(jīng)成為限制微電子技術(shù)發(fā)展的瓶頸，對(duì)微電子芯片冷卻技術(shù)的需求上升到前所未有的程度。因此，對(duì)高性能冷卻技術(shù)的研究具有十分重要的意義。 本論文探索了兩種微電子設(shè)備的冷卻技術(shù)。一種是液體射流沖擊冷卻，它是利用流體垂直向表面進(jìn)行高速?zèng)_擊，從而產(chǎn)生很強(qiáng)的換熱效果；另一種是真空制冷冷卻，它是利用抽真空降壓而使液體相變蒸發(fā)而獲得制冷。上述兩種技術(shù)已經(jīng)運(yùn)用在許多工程領(lǐng)域，在微電子設(shè)

2、備的冷卻上也具有廣闊的前景。 本論文進(jìn)行了以下3方面的工作： 1、設(shè)計(jì)了一個(gè)有限空間的浸沒射流裝置，建立了接近實(shí)際應(yīng)用的圓形浸沒射流系統(tǒng)，利用浸沒射流對(duì)CPU芯片進(jìn)行強(qiáng)化傳熱的實(shí)驗(yàn)研究。為了進(jìn)一步研究射流強(qiáng)化傳熱的規(guī)律，針對(duì)自主設(shè)計(jì)的浸沒射流裝置建立三維湍流數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用FLUENT軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬。實(shí)驗(yàn)和模擬發(fā)現(xiàn)，增大射流速度、降低射流進(jìn)口的溫度都有利于提高沖擊面平均換熱系數(shù)，降低芯片表面溫度；噴射間距對(duì)沖擊面平均換

3、熱及芯片表面溫度無(wú)明顯影響；在相同的射流速度下，增大噴嘴直徑有利于提高沖擊面換熱系數(shù)，且換熱系數(shù)分布更加均勻；在相同的射流流量下，減小噴嘴直徑有利于提高沖擊面平均換熱系數(shù)。實(shí)驗(yàn)值和模擬值基本吻合。 2、自行研制了結(jié)合微小矩形槽道的浸沒射流裝置，對(duì)其進(jìn)行了強(qiáng)化換熱的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬。實(shí)驗(yàn)和模擬都發(fā)現(xiàn)，結(jié)合微小槽道的射流裝置具有更佳的換熱效果；矩形槽道的截面尺寸越小，其換熱效果越佳。 3、利用真空制冷對(duì)模擬CPU芯片的冷卻