熱電制冷器在芯片熱點(diǎn)去除中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著電子元器件的微型化和集成化程度的提高，芯片單位面積中產(chǎn)生的熱量越來(lái)越多，且不同部位的產(chǎn)熱量也不均勻，因此，芯片中會(huì)不可避免地產(chǎn)生極高熱流密度的熱點(diǎn)。傳統(tǒng)的散熱方式在含有熱點(diǎn)的芯片散熱方面存在固有缺陷，無(wú)法去除芯片中熱點(diǎn)，而熱電制冷器（Thermoelectric Cooler:TEC）在芯片熱點(diǎn)這種熱量小且集中的散熱環(huán)境中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，但目前關(guān)于TEC在這方面的研究主要以追求性能為主，離實(shí)際應(yīng)用還有較大距離，本文以一款已有的TEC（

2、RMT公司：1MD06-021-03）展開(kāi)，深入研究其工作性能以及在去除芯片熱點(diǎn)中的應(yīng)用。
　　本文首先根據(jù)TEC的工作原理建立其傳熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型，并通過(guò)仿真驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性。為提高模型精度并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，對(duì)塞貝克系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)及電阻等模型參數(shù)的溫度相關(guān)性進(jìn)行研究，結(jié)果表明，塞貝克系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的變化對(duì)模型精度的影響可以忽略，而在工作溫度范圍較大時(shí)須將電阻的溫度相關(guān)性考慮進(jìn)模型中。除此之外，文中還研究了冷熱端邊界條件對(duì)

3、TEC工作性能的影響，發(fā)現(xiàn)熱端傳熱熱阻的增加會(huì)減小TEC的最大工作電流值、最大冷熱端溫差及最大凈吸熱量，同時(shí)還會(huì)使TEC的性能系數(shù)降低；冷端熱載荷的增加同樣會(huì)導(dǎo)致TEC的性能系數(shù)和所能實(shí)現(xiàn)的最大溫差減小，但TEC的最大工作電流值會(huì)變大。
　　然后，利用所建立的TEC模型，展開(kāi)TEC去除芯片熱點(diǎn)的仿真研究。在傳熱熱阻RT=0K/W、熱點(diǎn)熱源直徑D1=0.5mm、功率密度為500W/cm2時(shí)，TEC的最大工作電流可以取到6A左右，而最

4、佳工作電流則為3A，此時(shí)TEC恰好可以將熱點(diǎn)去除，與不使用TEC時(shí)相比，芯片的最大溫差由13.9℃降至3.2℃，其中4.9℃的溫降由TEC主動(dòng)制冷所致。然而，隨著傳熱熱阻的增大，整個(gè)模型的溫度會(huì)升高，但對(duì)TEC的制冷能力和工作效率影響很小，并且當(dāng)傳熱熱阻較大時(shí)，工作電流的增加并不能明顯增大TEC的制冷量，相反還會(huì)增大芯片的整體溫度。
　　最后，設(shè)計(jì)并搭建了TEC去除芯片熱點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)TEC在實(shí)際應(yīng)用中的芯片熱點(diǎn)去除效果進(jìn)行研究