Performances thermiques de microcaloducs usinés dans le silicium : modélisation et étude expérimentale

par Stéphane Launay

Thèse de doctorat en Mécanique, énergétique, génie civil et acoustique

Sous la direction de Monique Lallemand.


  • Résumé

    Le présent travail concerne l’étude expérimentale et numérique des performances thermiques de réseaux de microcaloducs usinés dans du silicium. Un modèle numérique a été développé pour simuler les comportements hydrodynamique et thermique d’un réseau de microcaloducs, chargé en eau, dont la section transversale est de forme triangulaire. Cette simulation permet de déterminer la densité de flux maximale correspondant à la limite capillaire, la masse de fluide optimale, les profils de températures et les gradients de température maximaux en fonction de la géométrie. Différents réseaux de microcaloducs en silicium ont été conçus, puis réalisés (en collaboration avec le LPM et le LPCS). Le réseau de microcaloducs est constitué de deux plaquettes en silicium d’épaisseur 350 µm. La première plaquette comporte des canaux, de section triangulaire, réalisés par gravure anisotrope au KOH. La seconde plaquette, qui sert à la fermeture des canaux, comporte sur sa face externe des thermistances en silicium polycristallin. Leur assemblage est effectué par adhésion moléculaire. Pour l'étude expérimentale, deux bancs d’essais ont été réalisés : l’un sert au dégazage du fluide, au remplissage des microcaloducs et à la mesure de la charge, l’autre est utilisé pour caractériser les performances thermiques des différents réseaux de microcaloducs. Pour un réseau de microcaloducs à artère (constitué de trois plaquettes), chargé en méthanol, les profils de températures et la puissance thermique ont permis de déterminer, à l’aide d’un modèle 3D, la conductivité thermique équivalente. Par rapport à une plaquette en silicium (de même épaisseur), on obtient une amélioration de la conductivité thermique équivalente de 300 %

  • Titre traduit

    = Thermal performance of silicon micro heat pipe modelisation and experimental study


  • Résumé

    Thermal performance of silicon micro heat pipe (MHP) arrays have been studied experimentally and numerically in the present work. A numerical model has been developed in order to simulate the hydrodynamic and thermal behaviour of a water MHP array, whose cross sectional area is triangular. Capillary limit, optimal fluid charge and temperature profiles can be determined according to the geometry. Several silicon MHP arrays have been designed and realised (with the collaboration of LPM and LPCS). The MHP array is made of two silicon wafers of 350 µm thick. V-grooves have been micromachined in the first one using an anisotropic wet-chemical etching (KOH). On the second wafer, used to close the MHP (by fusion bonding with the first wafer), polysilicon thermistors are deposited on the external side. Two experimental set up have been realised for the experimental study. The first one permits to degass the fluid, to charge the MHP array and to measure the charge ; the other one is used to determine the thermal performances of several MHP arrays. For a MHP array made of three wafers and filled with methanol, the temperature profiles and the heat load allow to determine, using a 3D-model, the effective thermal conductivity. Comparing with a silicon wafer (with a same thickness), a noticeable increase in the effective thermal conductivity (about 300 %) is obtained.

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Informations

  • Détails : 1 vol.(187 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.p.181-187

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2539)
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