熱電制冷器在芯片熱點去除中的應用研究.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)生的熱量越來越多，且不同部位的產(chǎn)熱量也不均勻，因此，芯片中會不可避免地產(chǎn)生極高熱流密度的熱點。傳統(tǒng)的散熱方式在含有熱點的芯片散熱方面存在固有缺陷，無法去除芯片中熱點，而熱電制冷器（Thermoelectric Cooler:TEC）在芯片熱點這種熱量小且集中的散熱環(huán)境中具有獨特優(yōu)勢，但目前關于TEC在這方面的研究主要以追求性能為主，離實際應用還有較大距離，本文以一款已有的TEC（

2、RMT公司：1MD06-021-03）展開，深入研究其工作性能以及在去除芯片熱點中的應用。
　　本文首先根據(jù)TEC的工作原理建立其傳熱過程的數(shù)學模型，并通過仿真驗證該模型的準確性。為提高模型精度并擴大其應用范圍，對塞貝克系數(shù)、導熱系數(shù)及電阻等模型參數(shù)的溫度相關性進行研究，結果表明，塞貝克系數(shù)和導熱系數(shù)隨溫度的變化對模型精度的影響可以忽略，而在工作溫度范圍較大時須將電阻的溫度相關性考慮進模型中。除此之外，文中還研究了冷熱端邊界條件對

3、TEC工作性能的影響，發(fā)現(xiàn)熱端傳熱熱阻的增加會減小TEC的最大工作電流值、最大冷熱端溫差及最大凈吸熱量，同時還會使TEC的性能系數(shù)降低；冷端熱載荷的增加同樣會導致TEC的性能系數(shù)和所能實現(xiàn)的最大溫差減小，但TEC的最大工作電流值會變大。
　　然后，利用所建立的TEC模型，展開TEC去除芯片熱點的仿真研究。在傳熱熱阻RT=0K/W、熱點熱源直徑D1=0.5mm、功率密度為500W/cm2時，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TEC恰好可以將熱點去除，與不使用TEC時相比，芯片的最大溫差由13.9℃降至3.2℃，其中4.9℃的溫降由TEC主動制冷所致。然而，隨著傳熱熱阻的增大，整個模型的溫度會升高，但對TEC的制冷能力和工作效率影響很小，并且當傳熱熱阻較大時，工作電流的增加并不能明顯增大TEC的制冷量，相反還會增大芯片的整體溫度。
　　最后，設計并搭建了TEC去除芯片熱點的實驗平臺，對TEC在實際應用中的芯片熱點去除效果進行研究