Etude expérimentale et théorique de microcaloducs en technologie silicium

par Guillaume Pandraud

Thèse de doctorat en Énergétique et thermique

Sous la direction de Monique Lallemand et de Martine Le Berre.

Soutenue en 2004

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Les réseaux de microcaloducs en silicium sont des systèmes intégrables dans des composants électroniques pour assurer leur refroidissement. Des réseaux de 27 microcanaux triangulaires de 2 cm de long, 500 micromètres d’ouverture et 350 micromètres de profondeur ont été réalisés par gravure anisotrope humide d’une plaquette de silicium et assemblage moléculaire d’une plaquette de fermeture en silicium. Le remplissage et les essais thermiques des réseaux ont été réalisés sur un banc d���essais permettant de faire varier la charge du fluide. Les mesures de températures sont assurées par des thermocouples montés sur la parois ou par des thermistances en silicium polycristallin intégrées au silicium. La conductivité thermique équivalente d’un réseau est déterminée grâce à un modèle numérique tridimensionnel. Elle est égale à celle du réseau vide si le taux de remplissage du réseau est supérieur à 0,50, et elle est maximale pour de faibles taux de remplissage, de l’ordre 10 %. L’augmentation maximale de cette conductivité est de 41 % dans le cas du méthanol et du pentane, elle est de 12 % pour l’éthanol et nulle pour l’eau et le FC72. Dans le cas du méthanol, l’influence de la nature de la paroi sur les performances est importante, alors que celles de la puissance dissipée et de la température de fonctionnement sont faibles. Plusieurs modèles numériques de microcaloducs ont été développés, ils permettent de calculer le rayon de courbure interfacial, les pressions, les vitesses des écoulements et les températures de la paroi et de saturation pour un fonctionnement optimal ou pour une masse de fluide et une puissance thermique imposées.

  • Titre traduit

    Experimental and theoretical investigation of triangular silicon micro heat pipes


  • Résumé

    Silicon micro heat pipe arrays are systems that can be integrated in electronic components to ensure their proper cooling. Arrays of 27 triangular micro heat pipes 20 mm long, 500 micrometers wide and 350 micrometers deep are micro machined by chemical anisotropic etching of a silicon wafer using a potassium hydroxide solution. They are closed by molecular bonding of a bulk silicon wafer. The experimental set-up enables to evacuate the arrays, fill them with working fluid and to measure their wall temperatures under known thermal conditions. Thermal captors are either thermocouples or polycrystalline silicon thermistances. The effective thermal conductivity is determined with a three-dimensional numerical model. For filling ratios superior to 0. 5, it is equal to the conductivity of the empty array, whereas it is maxima for weak filling ratios, close to 0. 10. Its maximal improvement is 41 % for methanol and pentane, 12 % for ethanol and null for water and FC72. The effect of the wall surface on the micro heat pipe performances is important. The effects of the input power and the cooling temperature are weak. The different models developed enable to calculate the evolutions of the curvature radius, of the pressures and the speeds of the liquid and vapour flows and the wall and saturation temperatures for optimal operation or for imposed thermal conditions.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (167 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. [163]-167

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque :
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2888)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.