项目概况

本项目以研究小型电子设备散热的新方式—压电微通道散热系统。集成电路的快速发展使得电子产品的运算速度越来越快，尺寸越来越小的电子设备产生，比如笔记本电脑、平板电脑以及手机。小型电子设备因其方便、高效，已经成为社会生活与劳动中不可或缺的重要工具。但是，电子设备的小型化，意味着电子元件的高度集成化。这造成微处理器的局部产热迅速增加，热流密度随之提升；电子设备的体积不断减小，自然散热效率严重下降。两者共同使得设备的局部温度骤升，进而导致其失效。实验证明，半导体元件的温度每升高10℃，系统的可靠度降低50%，由于过热而导致系统失效的比率超过55%。常随着设备小型化程度越来越高，传统的散热方式在散热速度、体积和环境适应性方面开始凸显不足，两种新型的散热方式开始在电子产品上使用：热管散热技术和微通道技术，前者为被动散热，后者为主动散热。其中，微通道技术，是通过介质流过微槽道，通过微流体的高导热性能，对高热流密度区进行有效的散热。微通道散热系统的核心微通道散热器具有体积小、单位体积换热面积大、质量轻、运行安全可靠的优点，故受到研究者的青睐。但是，这项技术需要外界动力源，使得介质循环流动，微驱动泵也是该系统的重要研究部分。

技术特点

微通道散热系统中微型压电泵和微通道散热器是决定系统散热性能的关键部件。

（1）对与压电驱动的微泵的研究，在压电微泵体积限制下，为得大流量的微泵而进行研究。首先，在压电源设计中，选用输出位移更大的压电堆叠式；设计三种适合压电微泵的微位移放大机构，对压电源的位移进行放大，通过建立微位移放大机构的数值模型和有限元仿真分析选取最佳的微位移放大机构，实现泵驱动的最大位移；最后设计可以适用于大流量微泵的微阀结构，该微阀结构要求不仅可以高频率下的开合，而且可以很好的镶嵌于微泵中，减小微泵的体积。

（2）微通道散热器结构优化，该项目首先从热阻和压降双目标的方向优化传统矩形微通道结构，通过新型的算法以及双正态分布最优法，得到最优的矩形微通道结构，然后COMSOL对微通道进行热流固耦合仿真分析，对理论结果进行验证；在最优矩形微通道的基础上，提出一种新型的截面的微通道散热器，运用仿真分析对横截面进行优化；最后实物加工设计的新型微通道，并对微通道的实际散热性能进行实验。

（a）矩形微通道散热片实物（b）矩形微通道散热片局部放大

（a）矩齿微通道散热片实物（b）矩齿微通道散热片局部放大

双超声波热管散热装置包括热管，热管包括热端和冷凝端，热管内部在热端和冷凝端分别都设置有压电式超声换能器，压电式超声换能器在热端和冷凝端产生不同频率的超声波，热端的超声波的频率范围为20kHz~40kHz，冷凝端的超声波的频率范围为400kHz~700kHz；压电式超声换能器包括圆形压电陶瓷、压电振子以及绝缘层。通过紧定螺钉将后端盖与压电超声换能器连接为一体。并为此设计新型的直通热管，与传统热管相比规格基本一致。压电式超声换能器的超声波不仅能够促进热管中液体和气体的流动，提高了散热效率；而且一定程度上通过超声振动频率的不同，对热管散热的有一定的控制作用。

（a）压电换能器的三维示意图（b）压电换能器的剖面图

主要指标：

温度降低10℃以上

微通道尺寸20*20*2mm

驱动电压<5V

市场前景：

当温度为90℃的微处理器失效率是40℃的75倍，由于过热而导致电子设备失效的比率超过55%，所以电子设备的散热成为约束其小型化的不利因素，而电子设备的小型化越来越成为一种流行的趋势。如此高的电子设备失效率，说明市场上已有的成熟的散热方式越来越不能满足新设备的需求，现在亟待一种新型散热系统的出现，缓解甚至解决这一问题。而微通道散热系统的商业化则是具有解决这一问题的潜力，甚至可以解决大部分的局部高热问题，故其研究的重要性和紧迫性不言而喻。

投资预算及效益：

预计加工、封装、组装生产线投资成本30万元，加上场地租赁及匹配研发成本50万元以上。

根据芯片散热厂商、可穿戴电子设备的市场需求，若在常规销量智能手机散热或电脑芯片散热系统中，每个散热装置4元的制造成本获得1元利润，预计年利润40万元以上。

合作方式：技术转让或技术入股