本研究主要探討微流道熱沈的熱傳現象與微流道邊界滑移可能
產生的機制。在微流道熱傳方面，主要探討圓形、矩形、梯形與三角 形四種微流道 Nu 與 f‧Re 與雷諾數的關係，當中我們發現，矩形流 道在不同的邊長的比例相同的水力直徑下，會有不同的熱傳現相，若 矩形流道的深寬比越小，其熱傳效果會越好，但對於梯形流道與三角 形流道而言，不同的邊長的比例相同的水力直徑下，相同雷諾數時 Nu 與 f‧Re 的值幾乎相同，此外這四種形態的微流道，以矩形流道 的熱傳效果較好，以三角形流道較差。
在邊界滑移部份，我們引用三種可能的機制來描述滑動現象。當 氣體以連續體的方式假設，將可能與真實狀況背離。當氣體層以稀有 氣體假設時，雖較符合實際現象，但假設氣體層連續覆蓋於壁面，可 能會對滑動過渡計算。為了更貼近實際的狀況，引進表面覆蓋因子，
即考量氣體覆蓋於壁面的比例，此種考量應較能符合真實狀況。
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表 4-1 圓形的幾何圖形與尺寸
表 4-2 矩形的幾何圖形與尺寸
表 4-3 梯形的幾何圖形與尺寸
表 4-4 三角形的幾何圖形與尺寸
表 4-5 熱沈與水物理性質
Tin (K)
Heat Flux (W/m2)
Kwater (W/m-K)
Ksilicon (W/m-K)
Cpwater (J/kg-K)
υ
(m2/s)293 360000 0.61 148 4179 1*E-6
表 4-6 圓形與矩形使用之格點數
表 4-7 三角形與梯形使用之格點數
圖 1-1 IC 元件在封裝型態上的發展與演進 [24]
圖 1-2 IC 元件在引腳的發展與演進[24]
Temperature Humidity 55%
19%
Dust 6%
Vibration 20%
圖 1-3 引起電子元件損壞的主要因素[1]
圖 1-4 矽晶片表面上行成一氣體薄層[23]
圖 2-1 模擬剖面圖(流道長為 5mm)
圖 2-2 模擬剖面圖(流道長為 5mm)
圖 2-3 邊界條件示意圖
圖 2-4 CFD-RC 求解過程
圖 2-5 二維三角格點
圖 3-1 包含氣體薄層的示意圖
圖 3-2 氣體分子與管壁碰撞示意圖
圖 2-3 分子碰撞前後示意圖
圖 4-1 文獻比對的幾何圖形與尺寸
圖 4-2 文獻 Wall A 與 CFD-RC 所作出的溫度圖(溫度為℃與 K)
圖 4-3 文獻流道 Wall a 與 CFD-RC 所作出的溫度圖(溫度為℃與 K)
圖 4-4 文獻流道 Wall c 與 CFD-RC 所作出的溫度圖(溫度為℃與 K)
圖 4-5 文獻 Wall C 與 CFD-RC 所作出的溫度圖(溫度為℃與 K)
圖 4-6 文獻 x-z 中間平面與 CFD-RC 所作出的溫度圖(溫度為℃與 K)
圖 4-7 Wall B 與 CFD-RC 所作出的溫度圖(溫度為℃與 K)
圖 4-8 不同雷諾數與水力直徑下圓形流道 Nu 的變化
圖 4-9 不同雷諾數與水力直徑下圓形流道 f‧Re 的變化
圖 4-10 水力直徑為 50
μm
矩形流道在不同雷諾數下 Nu 的變化圖 4-11 水力直徑為 100
μm
矩形流道在不同雷諾數下 Nu 的變化圖 4-12 水力直徑為 200
μm
矩形流道在不同雷諾數下 Nu 的變化圖 4-13 水力直徑為 50
μm
矩形流道在不同雷諾數下 f‧Re 的變化圖 4-14 水力直徑為 100
μm
矩形流道在不同雷諾數下 f‧Re 的變化圖 4-15 水力直徑為 200
μm
矩形流道在不同雷諾數下 f‧Re 的變化圖 4-16 水力直徑為 50
μm
梯形流道在不同雷諾數下 Nu 的變化圖 4-17 水力直徑為 100
μm
梯形流道在不同雷諾數下 Nu 的變化圖 4-18 水力直徑為 200
μm
梯形流道在不同雷諾數下 Nu 的變化圖 4-19 水力直徑為 50
μm
梯形流道在不同雷諾數下的 f‧Re 變化圖 4-20 水力直徑為 100
μm
梯形流道在不同雷諾數下 f‧Re 的變化圖 4-21 水力直徑為 200
μm
梯形流道在不同雷諾數下 f‧Re 的變化圖 4-22 水力直徑為 50
μm
三角形流道在不同雷諾數下 Nu 的變化圖 4-23 水力直徑為 100
μm
三角形流道在不同雷諾數下 Nu 的變化圖 4-24 水力直徑為 200μm 三角形流道在不同雷諾數下 Nu 的變化
圖 4-25 水力直徑為 50
μm
三角形流道在不同雷諾數下 f‧Re 的變化圖 4-26 水力直徑為 100
μm
三角形流道在不同雷諾數下 f‧Re 的變 化圖 4-27 水力直徑為 200μm 三角形流道在不同雷諾數下 f‧Re 的變化
圖 4-28 水力直徑為 50μm 下各形態 Nu 值的變化
圖 4-29 水力直徑為 100μm 下各形態 Nu 值的變化
圖 4-30 水力直徑為 200μm 下各形態 Nu 值的變化
圖 4-31 氣體以連續體的假設下氣體厚度與滑動長度的關係
圖 4-32 氣體以稀有氣體的假設下氣體厚度與滑動長度的關係
圖 4-33 不同氣體覆蓋比例下氣體厚度與滑動長度的關係(h=25 微米)
圖 4-34 不同氣體覆蓋比例下氣體厚度與滑動長度的關係(h=50 微米)
圖 4-35 不同氣體覆蓋比例下氣體厚度與滑動長度的關係(h=75 微米)
圖 4-36 不同氣體覆蓋比例下氣體厚度與滑動長度的關係(h=100 微 米)
圖 4-37 不同氣體覆蓋比例下氣體厚度與滑動長度的關係(h=500 微 米)