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随着电子元器件的微型化和集成化程度的提高,芯片单位面积中产生的热量越来越多,且不同部位的产热量也不均匀,因此,芯片中会不可避免地产生极高热流密度的热点。传统的散热方式在含有热点的芯片散热方面存在固有缺陷,无法去除芯片中热点,而热电制冷器(Thermoelectric Cooler:TEC)在芯片热点这种热量小且集中的散热环境中具有独特优势,但目前关于TEC在这方面的研究主要以追求性能为主,离实际应用还有较大距离,本文以一款已有的TEC(RMT公司:1MD06-021-03)展开,深入研究其工作性能以及在去除芯片热点中的应用。本文首先根据TEC的工作原理建立其传热过程的数学模型,并通过仿真验证该模型的准确性。为提高模型精度并扩大其应用范围,对塞贝克系数、导热系数及电阻等模型参数的温度相关性进行研究,结果表明,塞贝克系数和导热系数随温度的变化对模型精度的影响可以忽略,而在工作温度范围较大时须将电阻的温度相关性考虑进模型中。除此之外,文中还研究了冷热端边界条件对TEC工作性能的影响,发现热端传热热阻的增加会减小TEC的最大工作电流值、最大冷热端温差及最大净吸热量,同时还会使TEC的性能系数降低;冷端热载荷的增加同样会导致TEC的性能系数和所能实现的最大温差减小,但TEC的最大工作电流值会变大。然后,利用所建立的TEC模型,展开TEC去除芯片热点的仿真研究。在传热热阻RT=0K/W、热点热源直径D1=0.5mm、功率密度为500W/cm2时,TEC的最大工作电流可以取到6A左右,而最佳工作电流则为3A,此时TEC恰好可以将热点去除,与不使用TEC时相比,芯片的最大温差由13.9℃降至3.2℃,其中4.9℃的温降由TEC主动制冷所致。然而,随着传热热阻的增大,整个模型的温度会升高,但对TEC的制冷能力和工作效率影响很小,并且当传热热阻较大时,工作电流的增加并不能明显增大TEC的制冷量,相反还会增大芯片的整体温度。最后,设计并搭建了TEC去除芯片热点的实验平台,对TEC在实际应用中的芯片热点去除效果进行研究,结果表明TEC具有很好的热点去除能力。