[实用新型]一种匀热管板相变微制冷器

说明书

一种匀热管板相变微制冷器，包括蒸发器、冷凝器、冷却水管、玻璃板和外部框架，蒸发器是由带有微米四棱台结构和纳米半球的硅表面制作而成，冷凝器由12块带有微米V形槽和圆柱形纳米结构的冷凝板组成，并且每块冷凝板的下表面与玻璃板键合。蒸发池位于蒸发器正面，蒸发池底面上有均匀分布的微米四棱台结构和纳米半球结构，形成双层异质微纳二级结构；冷凝表面上有微米V形槽和纳米圆柱双层结构，其中，微米V形槽均匀分布在冷凝表面上，圆柱形纳米结构以变间距的形式分布在V形槽表面，形成梯度浸润性超疏水液滴自驱动表面；玻璃板与冷凝板背面键合形成冷却水管，蒸发池内的液体与冷却水管相互隔离。

技术领域

本实用新型涉及制冷器技术领域，尤其涉及一种匀热管板相变微制冷器。

背景技术

随着微电子技术的高速发展，微处理器芯片的主频和集成度越来越高，导致单位容积上的芯片功耗急剧增加，从而产生了致命的高热流密度问题。高热流密度芯片热控制问题已成为当前制约高集成度芯片技术发展的瓶颈。现有的芯片级相变微型制冷器设计方案主要采用均温板方案。现有方案主要存在以下缺点：(1)冷凝面不是定制的滴状冷凝超疏水表面。蒸汽在简单的硅表面上冷凝时容易形成膜状冷凝(蒸汽冷凝时有膜状冷凝和滴状冷凝两种形式。相较于膜状冷凝，滴状冷凝的相变传热系数高五到几十倍)，影响了冷凝时的传热效率。 (2)冷凝面不是定制的自集水超疏水硅表面。冷凝面上的液体需要在毛细力的驱动下由冷凝面回流到蒸发面。在膜状冷凝状态下，由于硅表面和水膜之间存在很大的黏滞阻力，导致冷凝面上的液体不能快速送到蒸发面上，影响了液体回流速度，进而影响热循环效率。由于上述两点原因，现有的微型均温板制冷器不能达到最佳散热效果，冷凝面需要进一步设计改进。改进的冷凝面的设计要求是液滴冷凝时呈滴状冷凝状态，并且冷凝液滴能自动地、快速地回流到蒸发面。

本方案制作的微制冷器主要由蒸发器、冷凝器、冷却水管、玻璃板、和外部框架组成。冷凝板的底部和带有沟槽玻璃键合成一体形成冷却水管，该冷凝器正常工作时冷却水管中通入外部循环水，从而使冷凝板表面保持较低的温度。微制冷器工作时，蒸发器的背面和高温芯片相接处，热量从蒸发器的背面传到正面，蒸发池中液体首先吸收热量变成蒸汽，蒸汽上升在冷凝板低温表面释放热量，液化成小液滴。当小液滴聚集到一定程度会在表面张力和重力的作用下回流到蒸发器表面，从而完成一个循环。蒸发器、冷凝板上均带有微米结构和纳米结构，并且均采用MEMS工艺制作，冷凝器冷却水管的制作采用激光刻蚀工艺在玻璃上刻出沟槽后再与冷凝板键合而成。上述微制冷器稳定传热功率为120W。

发明内容

本实用新型要克服现有均温板微制冷器存在的制冷效果低的缺点，提出了一种匀热管板高效传热相变微制冷器方案。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：匀热管板的蒸发器采用硅制成，匀热管板的四壁共固定了12块用微纳复合结构硅表面制作的冷凝板，冷凝板向中心倾斜10度。冷凝板的上表面带有微米V形槽和纳米圆柱形结构，下表面和带有沟槽的玻璃键合形成冷却水管。该匀热管板工作时需要在冷却水管中通入外部冷却水。

一种匀热管板相变微制冷器微制冷器，包括蒸发器、冷凝器、冷却水管、玻璃板和外部框架，其特征在于：蒸发器是由带有微米四棱台结构和纳米半球的硅表面制作而成，冷凝器由12块带有微米V形槽和圆柱形纳米结构的冷凝板组成，并且每块冷凝板的下表面与玻璃板键合。外部框架起到固定作用。所述蒸发池位于蒸发器正面，所述蒸发池底面上有均匀分布的微米四棱台结构和纳米半球结构，形成双层异质微纳二级结构；所述冷凝表面上有微米V形槽和纳米圆柱型双层结构，其中，所述微米V形槽结构均匀分布在冷凝表面上，所述纳米圆柱结构以变间距的形式分布在V形槽表面，形成梯度浸润性超疏水液滴自驱动表面；所述玻璃板与冷凝板背面键合形成冷却水管，所述蒸发池内的液体与冷却水管相互隔离。

进一步，所述冷却水管的横截面是矩形，并与外部相连。

进一步，所述蒸发器和冷凝表面的微米结构均由硅组成，且都采用硅的湿法腐蚀制成。