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電壓放大器在芯片散熱驅動液冷系統實驗中的應用

作者：Aigtek 閱讀數：0 發布時間：2025-10-13 18:24:01

　　實驗名稱：面向電子芯片散熱的壓電驅動液冷系統集成實驗研究

　　研究方向：針對高集成度電子芯片的散熱需求，設計并驗證一種基于壓電驅動的新型熱交換系統。研究通過優化壓電微泵的結構參數提升其驅動性能，并采用拓撲優化方法設計高效液冷流道，最終通過實驗證明該系統相比傳統散熱方式具有更優異的冷卻效果和熱均勻性，為電子設備散熱提供了一種創新的解決方案。

　　實驗目的：通過壓電微泵驅動下冷卻液在拓撲優化流道中的流動與換熱特性變化，驗證該熱交換系統對高集成度電子芯片散熱效能的提升效果，并實現兩個關鍵目標：在6.5V和8V熱負載輸入下通過溫度對比證明拓撲流道相比傳統直流道散熱溫度降低6.1℃和11.4℃的優越性；在180Vpp驅動電壓下通過流量與壓力輸出參數（3.88mL/min，14.65kPa）驗證壓電微泵作為驅動元件的可靠性與穩定性。

　　測試設備：信號發生器、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固化設備、微流量計量系統。

　　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成壓電微泵；采用信號發生器與功率放大器驅動微泵工作，通過電子天平和壓力傳感器測量輸出性能；優化確定閥片厚度0.025mm、出入口直徑1.0mm、腔體高度0.03mm的最佳參數，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、直流道液冷和拓撲流道液冷三種模式的散熱性能；

流量測試原理圖

圖1流量測試原理圖

壓力測試原理圖

圖2壓力測試原理圖

　　實驗結果：基于壓電微泵驅動的熱交換系統實驗表明，拓撲優化流道在散熱性能上顯著優于傳統結構。在6.5V熱源輸入下，拓撲流道散熱溫度最低（43.2℃），較自然散熱降低35.7℃，較直流道降低6.1℃；在8V輸入下，拓撲流道溫度（56.3℃）較自然散熱降低42.5℃，較直流道降低11.4℃。壓電微泵在優化參數（閥片厚度0.025mm、出入口直徑1.0mm、腔體高度0.03mm）下，輸出性能達到最佳（流量3.88mL/min、壓力14.65kPa），最高輸出壓力為18.2kPa（200Vpp驅動）。實驗驗證了拓撲優化流道在壓電驅動熱交換系統中的高效散熱能力，為電子芯片冷卻提供了可靠解決方案。

不同散熱方式溫度隨時間曲線圖