压电技术在芯片散热及加速度计中的应用

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由于特殊的材料特性,压电材料成为新材料研究领域的热门研究课题。随着微机电系统(MEMS)技术的发展,微型压电器件在越来越多的领域得到了广泛的应用。本文主要研究了压电技术在微通道芯片散热器件和微型加速度计中的应用。本文主要分为以下几部分:第一部分介绍了国内外有关微型压电泵,散热器件和微型加速度计的研究进展;第二部分介绍了压电材料相关的研究进展;第三部分从圆板的自由振动出发,分析了压电陶瓷片激发行波并驱动流体的原理,利用ANSYS仿真软件对压电超声泵进行了模态分析,谐响应分析和流固耦合分析;通过研究压电超声泵的尺寸与输出流量和工作频率的相互关系,对压电超声泵的尺寸进行了优化;模拟结果显示:优化后的微型压电超声泵驱动流量能够达到204.9 mm3/s;研究发现:流体性质和驱动电源对超声泵流量有着一定的影响;以超声泵输入流量为基础,设计了一种微通道散热器的结构,并结合仿真模拟对器件的散热效果进行了优化。第四部分设计了一种能够三轴检测的微压电加速度计的结构及电路连接方式;从理论和仿真的角度分析了压电加速度计的工作带宽和灵敏度,计算了微压电加速度计的灵敏度和一阶固有频率,最后研究了微压电加速度计性能与其结构尺寸之间的关系。实验结果显示:电荷灵敏度与悬臂梁的长度成反比,与悬臂梁的高度及压电薄膜厚度成正比;悬臂梁的宽度与电荷灵敏度无关;同时一阶固有频率与电荷灵敏度成反比。
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