[发明专利]热交换器单元

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及一种半导体热交换器单元，并且更具体而言，涉及利用沸腾现象的半导体热交换器单元。

背景技术

[0002]为了传导由半导体器件生成的大量热，提出了一种方法，即，基于在不高于半导体器件的操作的上限温度的温度处能够沸腾的致冷剂的汽化的潜热而获得高水平的冷却效果。近年来，研究已经集中在沸腾表面的表面状态和致冷剂的热物理性能的影响，其决定所生成的蒸汽泡的尺寸和密度，旨在稳定和优化通过致冷剂的沸腾而获得的热传导效果。

[0003]已经公知的是，通过在平板的表面上形成几微米或更小的不规则物，在平板上的池式沸腾中，热传导特性可以被改善。第一可能的原因是微小的突起，以及凹口有助于增加热辐射表面和致冷剂之间的接触面积。

[0004]第二可能的原因是平板的微结构有助于汽化的核的形成，其是沸腾泡的初始阶段。

[0005]专利文献1描述纳米级的表面不规则物的形成。该文献描述了相对于具有小表面张力的致冷剂，“大于”几微米的任何表面结构会“更不易于确保有效的起泡核”。然而，如通过文献等所教导的，从对简单的微小凹口的理论验证已经知道的是，相对于起泡点的最小直径，致冷剂的物理性能是重要的参数，但是相对于起泡点的最大直径，在传导表面附近的超过沸腾点而被过度加热的液体层的厚度是主要的。这是因为，在沸腾泡的生长的过程中，一旦构成泡的蒸汽与还没有过度加热的蒸汽相接触，生长泡所必需的蒸汽的供应会被抑制。

[0006]微结构的更理想的几何形状可以是，即使在长大的泡从表面脱离之后，也允许核停留在热辐射表面上，以便促进接下来的泡的生长，并且即使当它们与液体相接触时，被冷却到略微低于沸腾点的温度，作为泡的脱离的结果而流进那里，也可以是诸如通过凝缩来避免核的消失。

[0007]如在非专利文献1中所说明的是，用于吸收这种理想几何形状的任何传统努力导致在整个表面几何形状上加厚(100μm到1mm或更厚)，并且在获得凹进部的理想几何形状方面的任何努力都失败了。

[0008]与更小的结构相比，几百微米到大约1mm的厚度和凹进部可以导致更高的热阻抗，并且当使用具有比水的表面张力更小的表面张力的致冷剂时，蒸汽核的保持性能会发生问题。

[0009]此外，尽管在非专利文献1中所示出的几何形状没有被给定尺度，但是在实际结构中的开口的尺寸等可以变化，使得非常容易推断出，根据致冷剂的物理性能，这会引起负面效果。

[0010]虽然已经试验了各种微结构，但是还没有发明成功地提供通过相对于实际的致冷剂来最优化理想的双入口结构而获得的表面几何形状。也还没有做出如下所述的发明，即，具有结合在非专利文献1中描述的理想结构的表面处理的热交换器单元，被设置成与液体致冷剂的流动路径相接触，以便相对于致冷剂的物理性能来最优化。

[0011]已经被广泛知道的是，通过沸腾来加强热传导的效果，但是实际可获得的效果程度会受到在沸腾过程中生成的泡的密度、脱离的频率以及在脱离过程中的泡的尺寸的影响，并且也会主要受到沸腾表面的表面状态的影响，这被认为是控制这些参数的重要因素。在表面状态上做出了各种试验，因为热阻抗会随着表面的厚度的增加而增加，所以仅没有得到理想的几何形状。

[0012]用于沸腾的理想表面状态可以是诸如促进蒸汽泡的生成和允许其生长，其中，提供泡的生长源的“核”的保持是必不可少的。核是微小的蒸汽泡，并且即使在长大的泡从那里脱离之后，也保持在表面上，以便有利于接下来的泡的生长。因此，表面几何形状可以有利于具有能够保持微小的泡的结构。为了稳定保持核，首先必需的是，即使致冷剂的表面张力小于水的表面张力，用于保持核的结构也使致冷剂只在其中难以流动。其次，必需的是，即使蒸汽泡与流到核附近的液体相接触，同时被冷却到沸腾点以下，在脱离的过程中该结构也不会引起蒸汽泡的凝缩。目前大部分表面是在结构方面没有被理想化，并且因此在一些例外借助于微结构而表现出热传导的效果的情况下，核也远没有被最优化。