近年来随着信息科学技术的迅猛发展，微电子封装集成度迅速提高，功率密度持续增加，芯片的散热问题及温度分布均匀性已成为影响芯片稳定性亟待解决的瓶颈。相对于传统的散热技术，热电制冷因其响应时间短和能够实现精确控温的优点引起了人们的广泛关注，然而由于受热电材料性能的限制，其制冷效率不高，而且对其强化传热特性的分析以及系统应用研究还不够深入，因此有必要对其进行更为深入的研究。　　 本论文在广泛查阅文献，对热电冷却技术的研究进展、现状与存在的问题进行了详细评述的基础上，采用理论分析、实验测试和数值模拟相结合的研究方法，借助现代先进的红外热成像测试技术，对电子芯片热电冷却系统的强化传热过程与应用性能进行了深入系统的研究。主要研究工作包括以下几个方面：　　 1．在对热电制冷原理及散热系统传热模型分析的基础上，对电子芯片热电冷却系统的散热性能进行了详细的测试分析，结果表明：芯片功率、热电冷却器（Thermoelectric Cooler，TEC）工作电流和TEC热面散热强度都是影响电子芯片热电冷却系统散热性能的重要参数，TEC工作电流对其制冷量、冷热面温差和制冷效率有直接影响，可以通过调节工作电流来精确控制芯片表面温度；提高TEC热端的散热强度能显著提升系统的散热性能。通过与强制空气对流冷却系统的对比发现：当芯片功率不高于30W时，热电冷却方式的散热性能要好于强制风冷方式，而且其芯片表面温度分布的均匀性明显比强制风冷散热方式有优势。　　 2．首次建立了包括珀尔帖效应、塞贝克效应、傅立叶效应和焦耳效应在内的热电冷却分析模型，对微电子芯片热电冷却过程进行了数值计算，结果显示：在给定功率下，散热系统均存在一最佳工作电流Iopt，此时TEC热面的散热量与芯片发热量在芯片表面达到了“势力平衡”，使得芯片表面温度达到最低。当芯片功率为40W，散热系统的最佳工作电流为2．7A，芯片表面温度最低为68．4℃。研究中经拟合计算得到了特定芯片功率下芯片表面温度随TEC工作电流变化的关系式；芯片表面温度、TEC最佳工作电流随芯片功率变化的关系式；另外从解决和优化TEC热面散热着手，结合多参数优化理论，建立了热-流场耦合模型，采用FLUENT软件分析了TEC热面热沉翅片高度Hfin、翅片厚度Dfin、翅片间距s和热沉底座厚度Dbase四个变量对热沉散热效果的影响，获得的最佳热沉结构为Hfin=28．0mm、Dfin=1．0mm、s=2．0mm和Dbase=4．0mm。　　 3．首次引入芯片热电冷却散热系统实验测试中的相关经验数据，结合MATLAB和Visual Basic6．0开发了新型热电冷却系统设计计算软件，采用枚举法设计了芯片热电冷却散热系统的优化选型程序，对芯片功率为40W时的热电冷却散热系统进行参数设计、性能计算和TEC的优化选型。该优化设计可根据用户定义的热设计要求对TEC进行优化选型，达到对微电子芯片进行合理热设计和提高热电冷却系统散热性能的目的。　　 本论文通过对电子芯片热电冷却散热系统强化传热性能与应用的研究，丰富了电子封装热管理理论研究体系，为进一步研究电子芯片热电冷却系统的散热性能及系统结构、材料性能优化设计提供了参考。