本研究採用水為工作流體，主要探討微流道在不同微流道高度，
以及在相同的流道高度下，比較單層、雙層和三層的流道對 IGBT 的 散熱效果，此外，改變流道間距以比較其差異性，其幾何圖形與尺寸 如表 4-1 至表 4-3 所示。
4-1 軟體數值碼的驗證與網格測試
為了判定 CFD-ACE(U)能運用於微米等級模擬與測試如何分布格 點的疏密，以捕捉正確的物理現象，本文引用文獻[19]的例子加以比 較，其幾何圖形與尺寸如圖 4-1 所示。在此之比對，主要是針對文獻 所求得之各面的溫度加以比較，運用格點數為 700*10*85(x，y，z)。
由圖 4-2 至 4-5 的溫度場分佈，我們可以看出在相同位置上，溫度的 誤差均位於 0.1%以下，由此可證明，CFD-ACE(U)能運用於微米等級 模擬。此外，對於微流道熱沉的物理現象的捕捉相當正確。
此研究在單層流道時，其網格測試以總網格數 1,573,120 為基 準，分別針對 1,163,360 以及 1,655,072 來做比較，比較物理之參數 分別為 IGBT 表面溫度、微流道出口平均速度以及微流道入出口壓力 差，比較結果分別在表 4-4 及 4-5 中。而根據表中的比較結果顯示，
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1,573,120 與 1,163,360 的網格數，其各項比較物理參數，最大誤差 達到 14.06%，而在 1,573,120 與 1,655,072 兩者之間的誤差則都小 於 0.02%，因此，由該結果顯示 1,573,120 即為本實驗的最佳網格數；
上述之網格測試為單層流道的測試結果，本研究另外討論之多層流道，
以及流道間距改變之模組，因其模組元件數量以及尺寸改變，在繪製 網格時亦作過些許調整，因此，每一組重新繪製之網格都須作網格測 試，而其模組之數量眾多，故其測試結果便不在此一一呈現。
4-2 不同高度之流道對散熱之影響
微流道熱沉擁有較佳的散熱效果，已經由許多文獻所證實。本 節針對不同高度之矩形流道對散熱的影響加以探討。
為了瞭解對流的效應以及傳導介面面積，兩者在微流道熱沉中對 散熱效果之影響，我們設計一組對照組之實驗參數，如圖 4-6 所示，
在相同的流量為基準下，實驗 a 為固定入口流速改變流道高度分別為 1000μm、1500μm 以及 2000μm，實驗 b 則為固定流道高度為 2000 μm、改變入口流速，兩組實驗結果的熱阻變化趨勢產生若干差異，
我們可以發現實驗 a 的熱阻變化較為劇烈，而實驗 b 的熱阻變化則較 趨平緩，這表示在微流道熱沉的散熱機制之中，傳導介面面積的改變 將比對流強度的改變，更能主導微流道熱沉散熱的效應。
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圖 4-7 為矩形流道在固定其寬度為 300μm，以及流道間距與流 道寬度比為 1:1 為基準，在不同高度之流道在固定之入口流速下，其 IGBT 晶片熱阻之比較結果；由圖中結果可知，高寬比越大的微流道 熱沉將會擁有越好的散熱效果。
圖 4-8 為各種高度之微流道，其雷諾數與摩擦因子之變化關係，
我們可以發現無論是何種尺寸之流道，當雷諾數越大時，摩擦因子將 越小。
4-3 單層、雙層以及三層流道對散熱之影響
在 4-2 小節之中，我們發現高寬比越大之微流道具有越好的散熱 效果，這是因為高寬比越大，擁有越大的介面面積可進行傳導帶走熱 量，因此，在本小節之中將探討相同高度之流道，擴增至第二層以及 第三層時，其增加之熱傳面積對 IGBT 散熱效能之影響。
圖 4-9 至 4-11 分別為流道高度 300μm 、500μm 、700μm、在 不同雷諾數之下，單層、雙層以及三層流道之間的熱阻值比較結果；
其中，在流道高度 300μm 這組實驗之中，在 Re=500 時雙層的熱阻比 單層的熱阻降低了 19%，而三層的熱阻更是比單層的熱阻降低了約 25.8%，由結果可以發現，雙層結構之微流道，其散熱效果明顯優於 單層結構之微流道，而三層結構之微流道更是優於上述二者，也證實
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了增加傳導介面面積，可以有效的提升散熱效能；而在 Re=1000 以及 1500 時，其單層與雙層之熱阻，分別降低了 17%及 16% ，而單層和 三層之熱阻比較，則個別降低了 23%以及 22%，其熱阻降低的幅度則 略低於 Re=500，這是因為對流強度的增加，造成對流區的熱阻降低，
而略為縮小了整體熱阻的差距 ，由此現象，我們亦可以發現在層流 的狀態下，其流道層數越多時，對流達到一定強度之後，對流效應的 強弱對散熱的影響也越來越小，由流道高度 500μm 以及 700μm 兩組 實驗之結果（圖 4-10 和圖 4-11）也呈現出與流道高度 300μm（圖 4-9）相同之趨勢，同時印證了上述之論點。
4-4 不同流道間距對散熱之影響
同樣的引用 4-2 小節之結果，為了增加熱傳面積，在這個小節 我們將觀察，在相同的流道高度以及層數的狀況下，改變微流道之間 的間距與流道寬度之比例，在此定義為γ，其數學式如下：
ch fin
W
= W
γ
（4-1）藉著改變γ來增加傳導的介面面積，以觀察其對 IGBT 散熱效能之影 響，同時，為了避免微流道熱沉製作上的困難，將γ之最小值限定為 0.5。
圖 4-12 至圖 4-14 分別為 Hch = 300μm 、500μm 、700μm，其
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單層、雙層以及三層流道，在 Re = 1500 時改變γ後各自熱阻值的變 化，由圖中我們可以發現，在單層微流道結構時，γ值越小其熱阻值 會有不斷下降的趨勢，這與我們之前所預期的結果是完全符合的，；
而在三層微流道結構中，Hch = 300μm 時，與單層以及雙層微流道結 構有相同的趨勢，其熱阻隨著γ變小而降低，然而，在 Hch = 500μm 以及 Hch = 700μm 這兩組實驗之中，在γ=0.8 時熱阻卻略低於γ=0.5 時之熱阻。
根據上述結果來看，多層結構之微流道的γ值，也就是流道間
距與流道寬度的比例，在特定比例之下，會有最好的散熱效果，從圖 4-13 至 4-17 可以看出，三層微流道結構在γ= 0.8 時，其熱阻值最 低，擁有最好的散熱效果。4-5 IGBT 晶片配置對散熱之影響
在微系統散熱的課題之中，通常需要考慮到複數的發熱元件，因 此，熱源之間的配置將會影響散熱元件的效果， 熱源過於接近，將 會增加熱源密度，增加散熱的困難，而熱源太過分散則會造成材料上 不必要的浪費，為避免上述兩種情況發生，本小節將調整 IGBT 晶片 彼此之間的間距以及微流道熱沉結構的寬度，針對以上兩項參數之影 響來進行討論。
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圖 4-15 為 Hch = 700μm、Re = 1500 以及各種γ值之三層微流 道結構，分別針不同 IGBT 晶片間距所作的散熱效果比較，圖中在 d*
越小表示晶片的間距越小，反之則表示間距越大，其中 d* = 75.14 處為本研究之原始晶片間距，而在 d* = 93.8 則是 IGBT 晶片座落於 微流道熱沉結構邊界上之間距，由圖中可知 d*小於 20 時，隨著 d*
減小熱阻會逐漸上升，這是因為當 d*小於 20 時，晶片之間的間距過 小，熱源之間的熱通量之間彼此互相干涉，該現象如圖 4-16 之截面 圖所示，圖中是將左右兩側的元件配置互相調換，並將 IGBT 晶片之 間的距離縮短至 d* = 7.142，很明顯的我們發現，兩塊熱源傳導至 微流道結構的熱通量產生了重疊，使得該區域的微流道所需帶走的熱 量增加，造成整體散熱的效果下降；當 d*介於 20 與 80 時，熱阻的 變化將趨近於平緩，然而，當 d*大於 80 之後熱阻將開始急遽的上升，
這是因為晶片逐漸靠近微流道熱沉之邊界，熱量逐漸囤積於邊緣，使 得熱量無法完全的消散，其中，圖 4-17 為原始 IGBT 模組之原件配置，
我們可以發現，原始配置之 IGBT 由於較靠近微流道熱沉結構兩端之 邊界，因此，會有些許熱量囤積在微流道熱沉的邊緣上，而圖 4-18 則是將原始配置之 IGBT 晶片分別往內移動使 d*減小至 54.286，從圖 中的溫度分佈來看，由 IGBT 晶片所散發的熱量可以完整的傳導至為 流道熱沉，使得微流道熱沉達到較好的散熱效果；而圖 4-19 便是熱
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量囤積於邊界上之極端實例。
在固定晶片之間距離的條件下，本研究考慮將微流道熱沉的結 構加寬，以避免熱量囤積於結構邊緣，圖 4-20 是在 Hch = 700μm、
Re = 1500 以及各種γ值之三層微流道結構條件下，改變微流道熱沉 結構的寬度來比較散熱的效果，由圖中結果顯示，在γ= 1 的條件下，
當 W*超過 143 之後，熱阻便急劇的下降，這表示原本囤積於結構邊 緣的熱量，被加寬的微流道熱沉給帶走，使得整體的溫度下降，而在 γ= 0.8 以及γ= 0.5 條件下的微流道熱沉，其熱阻也分別在 W* = 145 以及 W* = 148 時產生明顯下降的趨勢。
根據以上兩組模擬的結果，我們發現，晶片配置過度集中，將造 成熱源密度上升，使得散熱變得困難，若將配置過度分散，而靠近微 流道熱沉結構邊緣，亦會導致熱量囤積於基板以及微流道熱沉結構邊 緣的情況，並且，將會使得中間的微流道熱沉無法達到散熱的功用，
造成材料上的浪費。
4-6 微流道熱沉材料與流體黏滯性對散熱之影響
在熱傳導之中，我們知道擁有較高的熱傳導係數的材料會有較 佳的導熱性，而在熱對流之中，動量較大的流體亦能帶走較多的熱量，
因此本節將針對不同材料之熱傳導係數、以及流體的動黏滯係數，以
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上述兩種物理參數，來進行對散熱效應的探討。
圖 4-21 是針對 Hch = 700μm、Re = 1500 以及各種γ = 1 之微 流道結構，其各種材料的熱傳導係數對散熱之影響進行比較，本實驗 分別選用銅(Copper)、鋁(Aluminum)以及碳化矽(Silicon carbide) 三種材料進行比對，各材料之性質列於表 4-6 中，由圖中之結果，k*
愈大熱阻越小，其散熱效果也越好。
在圖 4-22 中探討在 Hch = 700μm、Re = 1500 以及各種γ值之 三層微流道結構，固定入口流速之條件下，比對不同動黏滯係數之流 體對散熱效果之影響，由圖中的結果呈現，動黏滯係數越小之流體，
因為擁有較佳的動量，因此對流的效果越好，所以會有較佳的散熱效 果。
綜合以上結果，從整體的變化來看，流體之黏滯性的改變，對散 熱效能的影響遠不及，材料的熱傳導係數、以及微流道熱熱沉之結構 優化所帶來之影響。
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