[发明专利]一种具有微针肋-纳米线结构的微通道换热器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种具有微针肋‑纳米线结构的微通道换热器及其制造方法，该微通道换热器包括上下贴合在一起的上盖板、金属微通道基板，所述金属微通道基板中间设有若干等间距排列的平行阵列微通道，微通道壁面具有大量微针肋凸起，微针肋凸起上生长有大量纳米线结构，起到良好的扰流作用，并显著增大换热面积、强化传热。制备方法包括：先微铣削加工出微通道，再通过激光加工在微通道壁面制备出大量微针肋凸起，然后用稀盐酸表面清洗，再在马弗炉中进行热氧化反应生成微针肋上生长有大量纳米线的微通道，最后将微通道换热器密封封装。本发明操作简单方便、成本低廉，可实现微尺度通道内强化传热结构的高效、低成本、牢固制备成形。

技术领域

本发明涉及到一种微通道换热器及其制造方法，特别是涉及到一种具有微针肋-纳米线结构的微通道换热器及其制造方法。

背景技术

近年来，电子设备的不断更新换代，使得电子元器件向于集成化、小型化发展，但这也伴随着单位面积内的发热量大幅度提升。特别是在微电子领域，高热流密度的电子元器件的散热问题亟待解决。微通道换热器由于体积小、重量轻、适合于紧凑型封装、散热性能高，被认为是高热流密度问题有效的解决途径。普通的微通道换热器是在金属或硅基底上加工出若干平行排布的矩形、三角形、梯形等开式微通道结构，用盖板耦合封装成冷却液微流道，与外界连接而形成冷却液回路。电子元器件产生的热量通道连接层传递到微通道结构，被微通道内流动的冷却液带走，从而实现电子元器件散热的目的。

目前的微通道换热器主要采用壁面光滑的平行微通道阵列。流体进入微通道后，流体边界层和热边界层同时进行。该过程中若热边界层未充分发展区域时，努赛尔系数和传热系数数值较大，散热效果好。但随着时间的流逝，当热边界层到达了该区域之后，两者的数值迅速减少，散热效果迅速降低，因而无法达到大功率电子元器件散热要求。为此，有专利CN200410015286.7提出具有纵横交错微通道的硅基微通道换热器，通过刻蚀方法在硅片上加工纵向三角形微通道、横向梯形微通道的纵横交错微通道阵列，通过沿流动方向间歇地布置横向微通道来间歇中断热边界层，达到强化传热的目的。但是其纵向和横向微通道均为开式的结构(三角形、梯形)，流体与微通道的换热面积有限，且在硅基上采用刻蚀加工而成，工艺复杂，成本较高，不利于低成本大批量进行微通道换热器的生产。

另外，例如现有技术CN201410419030.6提供了一种改进硅微通道板表面形貌的方法，其步骤为：(1)在硅微通道板完成刻蚀后，采用激光切割使之形成所需大小的圆形薄片；(2)采用PECVD在硅微通道板的两侧依次淀积上300～500nm的SiO₂层和100～200nm的Si₃N₄层薄膜，双面对称等厚；(3)按照干氧-湿氧-干氧的顺序进行氧化，氧化的温度为900-1100℃，干氧的时间控制在15-20分钟，湿氧的时间控制在40-90分钟；得到改进表面形貌的硅微通道板。该方法工艺复杂，成本较高，且不利于微针肋-纳米线结构的生成。

发明内容

本发明的目的在于克服现有微通道换热器的上述不足，提供一种具有微针肋-纳米线结构的微通道换热器，能显著提高微通道的换热面积、增加沸腾汽化核心、强化换热。本发明还提供一种工艺简单、设备要求低、成本低廉的具有微针肋-纳米线结构的微通道换热器的制造方法。

本发明通过以下技术方案来实现：

一种具有微针肋-纳米线结构的微通道换热器，所述微通道换热器包括上下贴合在一起的上盖板、金属微通道基板，所述金属微通道基板中间设有若干等间距排列的平行阵列微通道，所述微通道的一端连接冷却工质的入口，所述微通道的另一端连接冷却工质的出口；所述微通道壁面具有大量微针肋凸起，所述微针肋凸起上生长有大量纳米线结构。

作为本发明的一种优选技术方案，所述微针肋为尖锥形、或者菱柱形结构。

作为本发明的一种优选技术方案，所述微通道为V形、梯形、半圆形形状。