电子元器件热电冷却技术研究进展

在深刻分析热电制冷机理的基础上,结合国内外学者对热电制冷技术用于电子元器件热管理的理论分析,从芯片整体表面散热和局部热点消除两方面,详细介绍了集成电路芯片热电冷却实验的国内外研究进展;对芯片热电冷却技术的数值模拟与热电制冷器(TEC)的选型优化进行了详细报道;指出国内缺乏芯片热电冷却的应用研究,在芯片散热的整体研究水平上与国外仍有差距.芯片热电冷却及其表面的热管理将是今后提高电子元器件散热性能的一个重要研究方向.     

射流微通道耦合高效散热器传热实验研究

针对光导开关高重复频率运行时产生丝电流加热,使光导开关温度迅速超过材料最高允许使用温度,造成开关失效或损伤的难题,本文结合微通道散热技术和射流冷却技术的优点,设计了射流微通道耦合高效散热器。通过实验测试,对不同运行工况下射流微通道耦合高效散热器的传热特性进行了研究,并与美国进口的蜂窝型微通道散热器进行散热性能对比。实验结果表明：体积流量为3 L/min的情况下,射流微通道耦合高效散热器的换热系数超过35 000 W/(K·m²),散热量高达1 000 W,相比蜂窝型微通道散热器散热量提升了45%。在测试流量下,随着体积流量的增加,射流微通道耦合高效散热器的平均换热系数接近线性增加,而蜂窝型微通道散热器的平均换热系数在大流量下却增加缓慢。此外,采用射流微通道耦合高效散热器冷却的热源面温度均匀性明显优于采用蜂窝型微通道散热器冷却的热源面温度均匀性,采用射流微通道耦合高效散热器的热源面温度波动能降低58%,更有利于降低光导开关热应力。     

压电微泵一体化自闭环微系统热管理技术研究

近年来,以嵌入式微流体液冷散热技术为代表的主动热管理因其优异的散热性能而被广泛研究。然而,嵌入式微流体液冷散热技术常使用体积较大的外置泵、阀等构成流体回路,以致该技术难以应用于现有的射频微系统。该文提出了一种集成压电微泵阵列的一体化自闭环微系统热管理方法,并完成了该微系统样机的设计与研制。在常温、高温与低温环境下分别对该微系统样机供液流量及散热性能进行了测试。常温测试结果表明,在芯片热流密度为250.9 W/cm²时,芯片表面温升能控制在56 ℃以下,而集成的2×2压电微泵阵列实现了高达57 mL/min的供液流量。该技术可用于解决高功率射频微系统的高效一体化热管理问题。     

大功率激光器喷雾冷却中无沸腾区换热性能实验研究

以水为冷却介质,采用雾化角60°的Steinen系列1.5和2.0实心圆锥喷嘴,研究不同流量(3.26～5.0 L/h)时大功率激光器喷雾冷却中的换热性能.结果表明,喷雾冷却"无沸腾"区换热性能不能简单以流最大小来衡量;对于同种型号喷嘴,压力,流量增大会导致换热性能增强;但对不同型号的喷嘴,增大压力与流量不能明显增强换热能力.在液滴喷射速度变化不大时,由于流量增加会引起液滴数通量、液滴粒径大小、液膜厚度等喷雾参数的变化,这些参数共同影响着换热.冷却效率主要受液体流量和液滴喷射速度共同影响.对于同种型号喷嘴,压力增强冷却效率下降.相对于光滑表面,粗糙换热面在喷雾冷却"无沸腾"区有着更好的换热性能和冷却效率.     

大功率LED用微喷射流冷却系统的实验研究

将封闭微喷射流冷却系统应用于发光二极管(LED)散热,实验研究了该系统对高功率LED的散热冷却效果.实验过程中,通过测试LED芯片组中各点的温度,研究了该冷却系统的效果.实验测试表明:在环境温度为25.6℃,LED芯片组输入电功率为2.45 W时,如果不采取散热措施,LED芯片在开始工作1 min后其温度迅速上升到72℃,而当本冷却系统开始工作后,其温度快速下降到34.81℃.当LED芯片输入电功率为9.3 W时,其热流密度为14.53 W/cm2,该冷却系统依然能迅速地把LED芯片温度降到54.34℃.     

CPU风冷散热器散热性能的实验测试

CPU风冷散热器作为最传统的散热方式,现在仍被广大PC机用户使用.按散热片材料分为全铝、全铜和铜铝复合式三种,其中铜铝复合式是现今主流产品.为对其散热性能进行测试,设计测试散热器散热性能的实验装置.通过改变输入电压,改变风道、风速和模拟芯片的发热功率,测试目前PC机使用最多的放射状铜铝复合式风冷散热器在不同风速、不同加热功率下强迫风冷时的散热性能.从它的瞬时储热能力、热阻及CPU表面温度三个方面分析其散热性能,得出这款散热器能较好地满足CPU发热功率在120 W以内的散热需求.实验测试装置具有通用性,实验结果有助于对此款散热器的改进,以提高其散热性能.     

芯片结-环境热阻DOE参数化性能研究

封装材料和技术的选用直接影响芯片的结-环境热阻大小,通过对CQFP-U型集成电路芯片的热阻测试与仿真结果进行对比分析,确保仿真的准确性.采用参数化仿真研究的方法,分析导热胶、热沉的不同材料热导率和不同PCB板尺寸对芯片结-环境热阻的影响.结果表明,PCB板的散热性能对CQFP-U型芯片的结-环境热阻的影响较大,芯片的热...     

芯片冷却中热电制冷器性能的实验研究

设计了电子芯片冷却实验装置,对热电制冷器在电子芯片冷却中的冷却效果和制冷性能进行了研究。实验结果表明,不仅热电制冷片热端冷却水流量是影响冷却效果的重要因素,而且热电电流和芯片功率与热电冷却性能也有着密切的关系。实验结果对热电冷却器的最佳冷却性能的确定具有一定的参考意义。     

压电泵为动力源的计算机芯片水冷系统研究

介绍了压电泵为动力源的计算机芯片水冷系统及系统中所用的四腔串并联压电泵的工作原理及构成。搭建了实验测试系统,评价了该水冷系统的冷却效果,并用实验验证了组成水冷系统的各部件及冷却液性能对芯片冷却效果的影响,提出了各部件的设计原则。该文为计算机芯片散热提出了一条新的有效途径。     

GaN基功率型LED芯片散热性能测试与分析

与正装LED相比,倒装焊芯片技术在功率型LED的散热方面具有潜在的优势.对各种正装和倒装焊功率型LED芯片的表面温度分布进行了直接测试,对其散热性能进行了分析.研究表明,焊接层的材料、焊接接触面的面积和焊接层的质量是制约倒装焊LED芯片散热能力的主要因素;而对于正装LED芯片,由于工艺简单,减少了中间热沉,通过结构的优化,工艺的改进,完全可以达到与倒装焊LED芯片相同的散热能力.     

一种无填料二次雾化喷雾冷却塔

介绍了一种无填料二次雾化喷雾冷却塔.它采用漩流雾化喷头,并在漩流雾化喷头下方布置了二次雾化装置,改善了喷雾冷却塔的雾化冷却效果.同时,通过试验分析了无填料二次雾化喷雾冷却塔的冷却性能.试验结果表明:无填料二次雾化喷雾冷却塔的逼近度为4.9℃,冷却效率高达54.7%,冷却效果明显.     

喷雾位置对上喷式喷雾冷却塔冷却性能的影响

根据雾化冷却原理,建立了25t/h实验用上喷式无填料喷雾冷却塔,并通过2个工况的实验分析了喷雾位置对上喷式喷雾冷却塔冷却性能的影响。实验结果表明:将雾化喷头位置升高360 mm,进塔空气流量增加了10.8%;冷却效率增加了近35.7%;冷却能力评价指标值约增加了30.6%,达到95.0±1.5%,基本满足设计要求。     

激光手术中喷嘴尺寸对制冷剂闪蒸喷雾冷却表面传热特性的影响

制冷剂闪蒸喷雾冷却(CSC)已经成为激光治疗葡萄酒色斑等皮肤病手术中的标准冷却辅助手段。为优化喷嘴设计,进一步增进冷却效率和改善治疗效果,搭建了制冷剂闪蒸瞬态喷雾冷却实验台,设计了8个不同内径和长度的直管型喷嘴,采用先进的磁控溅射沉积薄膜热电偶测温方法,应用杜哈梅尔定理计算表面热流密度,定量研究了不同喷嘴对冷却表面传热特性的影响,并对其传热规律和雾化特性进行了系统的分析比较。此外,提出了评价喷嘴冷却效率标准,给出了采用不同几何尺寸喷嘴时冷却表面换热量随喷雾距离的变化规律。     

低电导率乙二醇冷却液在雷达液冷系统的应用

随着军用雷达微波功率组件的热流密度不断增加,越来越多的相控阵雷达采用液冷散热方案。冷却液是液冷系统中的重要传热介质,不仅应具备良好的换热和流动性能,在使用年限内对系统不造成腐蚀危害,还应在发生泄漏问题的时候不对电子器件造成短路危害,即应具有不导电或者低导电特性。为解决现有雷达液冷系统中常用的乙二醇冷却液导电危害问题,研制了新型低电导率乙二醇冷却液,对雷达液冷系统中常用的不锈钢、铝合金、铜合金及其不同表面处理状态的金属材料在该低电导率乙二醇冷却液中的腐蚀性进行试验研究和评估,对其泄露导电危害特性进行试验分析和比较,并针对三元乙丙、氟硅橡胶等开展冷却液的相容性试验研究。该研究为新型低电导率乙二醇冷却液在雷达液冷系统中的应用提供参考。     

Staggered heat sinks with aerodynamic cooling fins

The effect of aerodynamic shaping of the cooling fins in staggered heat sinks is numerically studied. It is shown that by rounding the cooling fins, the aerodynamic efficiency is increased without affecting the thermal efficiency. Three different geometries (in-line rectangular, staggered rectangular and rounded staggered shape) have been compared. These three different layouts were studied to obtain the best ratio between the removed heat and the energy spent to drive the coolant flow through the cooling fins. The main purpose of the paper is to determine the influence of the rounded shape on the average performance. As an example, it was found that a rounded staggered fin layout removes the same heat for an incident air velocity of 4 m/s as a classical in-line fin layout with a higher air speed of 6 m/s, with a reduction of fan power consumption by more than 60%.     

高功率LED热管理方法研究最新进展

LED芯片结温的高低直接影响其出光效率、工作寿命和可靠性。在分析系统各个环节热阻的基础上,详细评述了高功率LED产品从芯片到系统级的热管理研究新动向,包括:自然对流冷却,采用压电风扇、电离方法所进行的强迫空气对流冷却,采用水、液态金属作为冷却工质的液冷方法,采用热管实现的相变冷却,采用热电片进行的固态冷却方案以及利用热电片对余热进行回收利用的热管热回收方案和液体金属冷却方法。并在上述基础上提出了发展更高功率密度LED热管理方法的关键科学问题。     

高低温平台制冷技术研究

高低温调试平台用于元器件及零部件的高低温检测及冲击实验。较详细地论述了高低温调试平台制冷和加热的设计构造,该设备采用加热和制冷双层结构,制冷层采用双螺旋通道,制冷剂用液氮,加热层采用均匀分布的高精度电热管,设备具有表面温度均匀性好、效率高、噪音底、无污染的特点。     

场协同理论应用于强化换热技术的研究进展

概述了场协同理论应用于有源强化技术、无源强化技术以及复合强化技术的研究现状,分析了场协同理论用于分析质传递过程的研究进展,指出可以通过增加外场来提高蒸发冷却过程中质传递的效率。     

无填料喷雾冷却塔的热力模型

根据无填料喷雾冷却塔的散热理论,建立了无填料喷雾冷却塔的热力模型,并通过多组试验数据验证了热力模型的准确性,结果表明：出塔冷却水温度的理论计算值与试验测试结果的相对误差在2．0％之内,理论计算结果与试验结果吻合。     

射频微系统冷却技术综述

雷达、电子战等射频电子装备向高集成度和大功率方向发展,有力牵引了射频微系统技术的进步,同时给冷却设计带来三大挑战:高面热流度、热堆叠和高体热流密度。冷却技术成为制约射频微系统应用的关键瓶颈之一。文中综述了国内外当前射频微系统冷却技术的发展现状,传统的远程散热架构因界面多与传热路径远已难以为继,高集成度的近结冷却技术显著提升芯片散热能力;以有源相控阵雷达为例,提出了射频微系统冷却的三代技术路线,指出了射频微系统热设计的主要发展方向。