| 研究課題/領域番号 |
09650247
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
高松 洋 九州大学, 機能物質科学研究所, 助教授 (20179550)
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| 研究分担者 |
山城 光 九州大学, 機能物質科学研究所, 助手 (70239995)
本田 博司 九州大学, 機能物質科学研究所, 教授 (00038580)
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| キーワード | プール沸騰 / シリコンチップ / フロリナート(FC-72) / 沸騰開始 / 限界熱流束 / 伝熱促進 / リエントラントキャビティ / 表面微細加工 |
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| 研究概要 |
素子の高集積化およびクロック周波数の増大に伴い、コンピュータチップの発熱密度が増加している。これに対する高性能冷却法として不伝導性液体を用いた浸漬沸騰冷却が考えられているが、液体の高い濡れ性のため沸騰開始に必要な伝熱面過熱度が高く、沸騰開始前後でチップ温度のオーバーシュートがかなり大きくなることが主な原因で実用化に至っていない。本研究は、一般の液体に対しては沸騰核として有効であるリエントラント型のキャビティが上述のような高濡れ性液体の場合にも有効であるかどうかを実験的に確かめることを第一の目的とした、模擬チップの沸騰開始および沸騰熱伝達に関する研究である。
試験液体はFC-72、伝熱面は表面に半導体の製造技術を用いてリエントラントキャビティを設けたシリコンウエハ(10×10mm^2)である。本年度は、未沸騰域から限界熱流束までの沸騰曲線全体が得られるように装置の改良を行うとともに、口径3μm、9μmのキャビティを0.1mm間隔で9.6×10^3個/cm^2の密度で設けた表面微細加工チップおよび無垢の平滑面チップの三種類について実験を行った。その結果をまとめると以下のとおりである。
(1) 表面微細加工チップの沸騰開始過熱度は最高で約20K、伝熱面温度のオーバーシュートは約14Kである。この温度はキャビティの口径を臨界半径とする気泡の成長に必要な伝熱面過熱度に比べてがなり大きい。したがって、キャビティは内部に液体が入り込んで不活性となっており、沸騰開始過熱度を決めるスケールはより小さい。
(2) 表面微細加工チップは平滑面チップより伝熱特性に優れ、熱流束は約5〜8W/cm^2高く、伝熱面温度は約6〜10K低くなる。また、口径の異なる二種類のチップを比較すると伝熱面過熱度が24K以下では9μmのチップが、それ以上の高過熱度では3μmのチップの伝熱特性が優れるが、その差は小さい。
(3) 表面微細加工チップの限界熱流束は最高で約25W/cm^2(過冷度25Kの場合)であり、平滑面チップより5W/cm^2程度高い。
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