實驗名稱：面向電子芯片散熱的壓電驅動液冷系統(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，設計并驗證一種基于壓電驅動的新型熱交換系統(tǒng)。研究通過優(yōu)化壓電微泵的結構參數(shù)提升其驅動性能，并采用拓撲優(yōu)化方法設計高效液冷流道，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，為電子設備散熱提供了一種創(chuàng)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(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(tǒng)直流道散熱溫度降低6.1℃和11.4℃的優(yōu)越性；在180Vpp驅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動元件的可靠性與穩(wěn)定性。

　　測試設備：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成壓電微泵；采用信號發(fā)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(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、直流道液冷和拓撲流道液冷三種模式的散熱性能；

圖1流量測試原理圖

圖2壓力測試原理圖

　　實驗結果：基于壓電微泵驅動的熱交換系統(tǒng)實驗表明，拓撲優(yōu)化流道在散熱性能上顯著優(yōu)于傳統(tǒng)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(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(yōu)化流道在壓電驅動熱交換系統(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高壓放大器指標參數(shù)

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