[发明专利]一种具有交错锯齿型肋壁的微通道蒸发器

说明书

本发明公开了属于微电子芯片散热技术领域的一种具有交错锯齿型肋壁的微通道蒸发器，该蒸发器由上层盖板、加工有交错锯齿型微通道的硅基板以及加热膜组成，硅基板上的交错锯齿型微通道之间布置有汇聚联箱。加热膜作为模拟热源加热微通道，当液相工质由进液口流入，流经交错锯齿型微通道时，在微通道内吸热发生气液相变，从而冷却硅基板；微通道肋壁上的锯齿根部形成了许多核化凹穴，锯齿结构对工质存在毛细吸液作用，使得通道内易于形成气液分相流动的环状流高效稳定传热模式，本发明具有较低的沸腾起始过热度，高效稳定的传热能力及较高的临界热流密度，在微电子芯片散热技术领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于微电子芯片散热技术领域，特别涉及到一种具有交错锯齿型肋壁的微通道蒸发器。

背景技术

随着微电子器件小型化和高集成度的发展，单位面积集成的电子元件个数不断增加，造成电子设备单位面积的热流密度大幅提升，而设备的性能和寿命与散热能力密切相关，传统的散热系统诸如肋片和风扇已经无法满足设备的散热需求。微通道具有换热系数高、结构紧凑以及温度均匀性好的优点，相变过程中由于流体从液态转变为气态时吸收大量的汽化潜热，可以实现有效散热，因而，基于微通道流动沸腾的相变冷却技术在电子设备散热领域有着巨大的应用前景，但相变传热系统中存在沸腾起始点温度过高导致器件过温烧毁，流动不稳定性导致器件热疲劳损坏等问题，本发明有效解决降低相变传热系统中沸腾起始点温度，提高传热系数以及抑制传热不稳定性等问题，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有交错锯齿型肋壁的微通道蒸发器，其特征在于，由上层盖板1、硅微通道板2及加热膜3组成；其中上层盖板1和硅微通道板2贴合，加热膜3位于硅微通道板2的背面；所述硅微通道板2由进液口21、微通道22，锯齿型肋壁23、汇聚联箱24及出液口25组成；其中进液口21和出液口25开在硅基板2的两端，微通道22两侧的锯齿型肋壁23锯齿的齿尖231与齿根232相对应，汇聚联箱24位于彼此相邻的两段微通道区域之间，并且汇聚联箱24两侧的微通道交错布置。

所述上层盖板1和硅微通道板2采用微电子机械工艺MEMS键合，加热膜3采用溅射工艺加工于硅微通道板2的背面。

所述加热膜3为模拟热源，其位置正对于所述硅微通道板2正面的微通道22，加热膜3所用的材质通常为铂或铝，当通电时利用电阻发热来模拟热源。

所述锯齿结构形成的凹穴尺寸与汽泡核化过热度关系应满足：

其中ΔT为工质的过热度，T_s为工质的饱和温度，σ为表面张力，r_m为锯齿的齿尖间距，ρ_v为气态工质的密度，h_fg为汽化潜热。与光滑的直通道相比，锯齿形结构增大了凹穴尺寸，显著降低了沸腾起始所需的过热度。

所述锯齿型肋壁23的锯齿型微结构对工质产生毛细吸液作用，使得微通道22内液相倾向于吸附在锯齿型微结构表面，气相分布于微通道中心，从而形成气液分相流动的环状流，在通道内形成了薄液膜蒸发高效传热模式，与泡状流等其他形式的传热流型相比，薄液膜蒸发模式减少了气液可压缩界面的数量，抑制了沸腾换热不稳定性，从而获得较为稳定的相变传热。所述汇聚联箱24将上游微通道形成的气液两相流重新混合后分配到下游微通道，气液重新分布延缓了下游微通道局部蒸干的发生，改善了温度均匀性，提高了临界热流密度。