實驗名稱：面向電子芯片散熱的壓電驅(qū)動液冷系統(tǒng)集成實驗研究

研究方向：針對高集成度電子芯片的散熱需求，設(shè)計并驗證一種基于壓電驅(qū)動的新型熱交換系統(tǒng)。研究通過優(yōu)化壓電微泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)提升其驅(qū)動性能，并采用拓?fù)鋬?yōu)化方法設(shè)計高效液冷流道，最終通過實驗證明該系統(tǒng)相比傳統(tǒng)散熱方式具有更優(yōu)異的冷卻效果和熱均勻性，為電子設(shè)備散熱提供了一種創(chuàng)新的解決方案。

實驗?zāi)康模和ㄟ^壓電微泵驅(qū)動下冷卻液在拓?fù)鋬?yōu)化流道中的流動與換熱特性變化，驗證該熱交換系統(tǒng)對高集成度電子芯片散熱效能的提升效果，并實現(xiàn)兩個關(guān)鍵目標(biāo)：在6.5V和8V熱負(fù)載輸入下通過溫度對比證明拓?fù)淞鞯老啾葌鹘y(tǒng)直流道散熱溫度降低6.1℃和11.4℃的優(yōu)越性；在180Vpp驅(qū)動電壓下通過流量與壓力輸出參數(shù)（3.88mL/min，14.65kPa）驗證壓電微泵作為驅(qū)動元件的可靠性與穩(wěn)定性。

測試設(shè)備：信號發(fā)生器、Aigtek的ATA-2082高壓功率放大器、壓力傳感器、電子天平、熱成像儀、5W加熱陶瓷片、直流電源、溫度分析軟件、UV固化設(shè)備、微流量計量系統(tǒng)。

實驗過程：首先加工不同厚度的PI薄膜懸臂梁閥片，裝配紫銅泵體與上蓋板構(gòu)成壓電微泵；采用信號發(fā)生器與功率放大器驅(qū)動微泵工作，通過電子天平和壓力傳感器測量輸出性能；優(yōu)化確定閥片厚度0.025mm、出入口直徑1.0mm、腔體高度0.03mm的最佳參數(shù)，獲得最大流量4.1mL/min和最大壓力18.2kPa；隨后搭建散熱實驗平臺，以加熱陶瓷片模擬芯片熱源，對比測試自然散熱、直流道液冷和拓?fù)淞鞯酪豪淙N模式的散熱性能；

圖1流量測試原理圖

圖2壓力測試原理圖

實驗結(jié)果：基于壓電微泵驅(qū)動的熱交換系統(tǒng)實驗表明，拓?fù)鋬?yōu)化流道在散熱性能上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在6.5V熱源輸入下，拓?fù)淞鞯郎釡囟茸畹停?3.2℃），較自然散熱降低35.7℃，較直流道降低6.1℃；在8V輸入下，拓?fù)淞鞯罍囟龋?6.3℃）較自然散熱降低42.5℃，較直流道降低11.4℃。壓電微泵在優(yōu)化參數(shù)（閥片厚度0.025mm、出入口直徑1.0mm、腔體高度0.03mm）下，輸出性能達(dá)到最佳（流量3.88mL/min、壓力14.65kPa），最高輸出壓力為18.2kPa（200Vpp驅(qū)動）。實驗驗證了拓?fù)鋬?yōu)化流道在壓電驅(qū)動熱交換系統(tǒng)中的高效散熱能力，為電子芯片冷卻提供了可靠解決方案。

圖3不同散熱方式溫度隨時間曲線圖

圖4不同散熱方式溫度隨時間曲線圖

圖5不同驅(qū)動電壓下熱交換系統(tǒng)溫度隨時間曲線圖

電壓放大器推薦：ATA-2082

圖：ATA-2082高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯 黃宇