超機能デバイスシステム創成を目指した統合的熱管理システムの研究

旨在打造超级功能器件系统的集成热管理系统研究

• 批准号: 13025214
• 负责人: 西尾 茂文
• 金额: $ 26.94万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-13025214/
• 关键词: 熱拡散; 熱拡散板; ヒートパイプ; 熱輸送デバイス; ヒートシンク; マイクロチャネル; 冷却制御; 振動流型ヒートパイプ; COSMOSヒートパイプ; SEMOSヒートパイプ; マイクロチャンネル熱流動; マイクロチャンネルヒートシンク; 最適化; 細径化

半導体デバイス統合的熱管理を提案し、振動流型ヒートパイプ内蔵熱拡散板、マイクロチャネルヒートシンク、およびマイクロミニチュア冷却器について研究し、3年間の総括として以下の結果を得た。(1)COSMOS-HPに関する最適化解析を行い、COSMOS-HPは細径化に適していることを示した。振動流を外部駆動するCOSMOS-HPにおいて、銅の熱伝導率の190倍に相当する実効熱伝導率を達成した。また、ギアモータ駆動型およびバイモルフ型ピエゾ素子駆動型COSMOS-HPを内蔵した熱拡散板を試作し、銅の熱伝導率の20倍に相当する実効熱伝導率を達成した。(2)流路断面深さ0.35mm、幅0.5mmで12ターンのSEMOS-HPを内蔵した幅20mm、長さ50mm、厚さ1.5mmの銅製熱拡散板を作成し、トップヒートでもボトムヒートとほぼ同様に作動することを実証するとともに、流路断面積あたりの熱輸送密度が銅に比べて10倍以上の熱輸送が実現できることを示した。(3)マイクロチャネルにおける発達した単相流熱伝達実験を水を用いて行い、従来の多くの報告とは異なり、少なくとも直径が0.1mm程度以上であれば熱伝達率は古典的理論によく一致することを示した。(4)最終放熱装置としてのマイクロチャネルヒートシンクの最適化解析を行い、これはヒートシンクとして高性能であるが、冷却空気を駆動するファン動力を軽減するには熱拡散板でつながれた複数代のマイクロチャネルヒートシンクに冷却空気を分岐することが有効であることを示した。(5)局所冷却装置として、マイクロミニチュアJT冷却器に注目し、単相流における流路の最適設計法を提案するとともに、10mm×50mm程度の大きさの2WクラスのマイクロミニチュアJT冷却器を作成し、熱交換器の高温側出口近くおよび低温側流路入口近くの流動を二相流化することにより単相流JT冷却器より性能向上が図れることを示した。

Proposal for integrated thermal management of semiconductor devices, vibration flow type heat exchanger, heat exchanger, and heat exchanger The following results have been obtained from the research on Toshiko and Toshiba Cooler Cooler over the past three years. (1) COSMOS-HP is optimized for analysis and optimization, and COSMOS-HP is optimized for fine diameter optimization. The external vibration flow is driven by COSMOS-HP, and the thermal conductivity of copper is 190 times equivalent, and the effective thermal conductivity has been achieved.また, ギアモータ槆kinetic type およびバイモルフtype ピエゾprime movable type COSMOS-HPを内The thermal conductivity of copper is 20 times that of the prototype and the effective thermal conductivity of copper has been achieved. (2) The flow path section is 0.35mm deep, 0.5mm wide, 12-inch wide, SEMOS-HP is made of 20mm wide, 50mm long, and 1.5mm thick copper heat spreader plates. Flow path cross-section The heat transfer density of the product is more than 10 times higher than that of the heat transfer system. (3)マイクロチャネルにおける発达した単热伝达実験を水を用いて行い、従来の多くのreportとはdifferent It is consistent with the classical theory that the diameter is about 0.1mm or more, and the thermal penetration rate is consistent. (4) The final heat release device is the optimal solution of the heat dissipation device Analyze the action of the action, the action of the cooling air, the action of the cooling air and the high performanceるファンkinetic を軽 minus するにはheat 拡 scattered plate でつながれたplural generation のマイクロチャネルヒートシンクに Cooling air 気を分岐することがeffective であることをshow した. (5) Station cooling device として, マイクロミニチュアJT cooler に目し, single-phase flow における flow Road's optimal design method proposal, 10mm The クロミニチュアJT cooler is made of を, and the high-temperature side outlet of the heat exchanger is close to the low-temperature side flow path inlet.くのflowをTwo-phase fluidizationすることによりSingle-phase flow JT cooler performance is improved and the performance is improved.

项目成果

西尾茂文, 田中久嗣: "単相強制振動流型ヒートパイプ"日本機械学会論文集. (掲載予定). (2002)

Shigefumi Nishio、Hisatsugu Tanaka：“单相强制振荡流热管”日本机械工程师学会会议记录（即将出版）（2002 年）。

西尾 茂文: "マイクロ熱システム"日本機械学会論文集. 69(掲載予定). (2003)

Shigefumi Nishio：“微型热系统”日本机械工程师学会论文集 69（待出版）。

S.Nishio: "Micro Thermal Systems"Thermal Science and Engineering. 11・3. 1-7 (2003)

S.Nishio：“微型热系统”热科学与工程11・3（2003）。

西尾茂文, 岩上健, 白樫了, 三田信: "マイクロ・ミニチュアJTクーラーに関する研究"低温工学. 38・12. 680-685 (2003)

Shigefumi Nishio、Ken Iwakami、Ryo Shirakashi、Shin Mita：“微型/微型 JT 冷却器的研究”38・12（2003 年）。

S.Nishio, S.Nagata, S.Numata, R.Shirakashi: "Study of Thermal Characteristics of Bubble-driven Heat-Transport Device"Heat Transfer-Asian Research. 32・2. 167-177 (2003)

S.Nishio、S.Nagata、S.Numata、R.Shirakashi：“气泡驱动传热装置的热特性研究”《传热-亚洲研究》167-177（2003）。