微機電系統(micro-electro-mechanical systems , MEMS)在歐洲 被稱為微系統科技(micro system technology)，著名的費曼博士 (1965 年諾貝爾物理獎得主)在 1959 年美國物理學年會上發表
「There＇s Plenty of Room at the Bottom」的專題演講中，首先 提到把機器微型化的概念，而「微機器(micromachines)」此一名詞
在 1978 年首次正式出現在國際學術研討會的名稱中；接著彼得森博 士 在 1982 年 發 表 了 著 名 的 「 以 矽 為 機 械 材 料 (silicon as a mechanical material)」研究報告，1989 年猶他州鹽湖城(Salt Lake City)的一場研討會(Micro-Tele-Operated Robotics Workshop)中，
則具體提出「微機電系統」此一名稱。而所謂微機電系統[4]是一種
1-2 文獻回顧
如何將高功率電子元件所產生的廢熱排出外界是一項重要的課 題。近幾年由於微機電技術昌盛，製造數十至數百微米不同幾何形狀 的微流道熱沈已不是難事。最早提出結合微機電系統與微流道熱沈技 術概念的是 1981 年的Tuckerman and Pease[5]，其中探討微流道熱 沈的熱傳性能，並對微流道熱沈施以最佳化設計。實驗結果顯示最大 熱通量達到 790 W/cm2，可應用於高功率密度的超大型積體電路上 (VLSI)。Pfahler[6]、Choi[7]、Mohiuddin-Mala[8]等人亦提到微流 道熱沈不僅擁有超佳的散熱效果，其流體行為或熱傳特性與傳統大尺 寸管道的實驗結果大不相同。
Peng and Wang[9-13]則從事了一連串以相變化為主的微流體研 究。其發現當流道壁施以較高的熱通量或過熱溫度時，根據現有的曲 線預測應該產生核沸騰，結果卻沒有氣泡微流道中產生。換言之，流 道的幾何尺寸大小會嚴重影響流體的相變化行為，此對於兩相流之研 究而言，是非常有趣且重要的發現。近幾年對於微流道熱沈兩相流的 研究仍持續進行[14-16] 。
除了兩相流的研究外，Wu and Chang[17]針對微流道不同表面粗 糙度的情況下，探討流道的熱傳現象，其結果顯示出，粗糙度越大的 流道具有較高的 Nusselt number 與 Apparent friction，且此物理
性質會隨著雷諾數的增大而增大，但增大的比例有趨緩的現象。微流 道熱沈熱傳現象除實驗的驗證外，亦有一些科學家，運用計算流體力 學的方式與現有的實驗結果相互比較[18-19]，但在其壁面邊界的設 定上仍設為無滑動的邊界條件(no slip condition)，此邊界條件於 大尺寸的解析上並不會產生失真的現象，但對於尺寸下降至微米等級 道壁面上會產成滑移的現象。Ruckenstein 和 Rajora[20]等人使用毛 細玻璃做為流道表面，讓液體流經疏水性的表面。而他們在實驗中發 現壓力降對邊界滑移所造成的影響遠比化學勢能理論(chemical potential theory)來的大，這個結果提供了邊界滑移可能是產生在 流道表面距離一個空隙的位置。Barrat 和 Bocquet[21] 則假設在有 奈米孔徑的流道下 non-wetting 所帶給流體滑移的環境。Pit[22]等
人根據了假設，在流道的表面塗佈了一層疏水性(hydrophobic)的
perfluorodecanetrichlorosilane 和 octadecyltrichlorosilane 而分別產生 170 跟 400nm 的滑移長度(slip length)。而 Derek and carl[23]更用高解析度的 Micro-PIV(Micron-resolution particle image velocimetry)拍攝進行邊界滑移的流體，觀測到微米等級下，
在管牆上會產生滑動的現象，其造成邊牆滑動的主因乃有一層氣體吸 附在邊牆上，因此產生液體與氣體界面的滑動。此氣體層的存在已由 James W. G. Tyrrell and Phil[24]在原子力顯微鏡(Atomic force microscopy)下觀測到(如圖 1-4)，Trethway 和 Meinhart[25]的實驗 結果也顯示在疏水性(hydrophobic)的微流道會產生滑移，相反的親 一半，可見溫度對 IC 的重要性，這也是熱管理(Thermal Management) 技術日益受到重視的原因。所謂的「熱管理」指的是電子元件中熱的
產生與熱控制的一門技術，它主要的目的是使電子元件晶片的接合處 溫度(Junction Temperature)維持在容許的範圍內，使得電子元件的 可靠度與壽命提升。因此電子元件熱的控制是相當重要的一大課題。
電子產品熱的生成主要是由於晶片中百萬個電晶體運作時所產生 的，這些問題雖然可由降低電壓的方式來減少發熱量，但是仍然不能 解決因功能提升及體積縮小所產生發熱密度增加的問題。
本文研究之目的，係以比較不同形狀與水力直徑微流道熱沈的熱 傳現象。此外，管牆的邊界條件以滑移與不滑移的條件加以探討熱傳 現象是否有其差異性。