[发明专利]混合润湿性微纳复合强化换热结构及该结构的制备方法

说明书

本发明公开了一种混合润湿性微纳复合强化换热结构，包括散热基片，散热基片刻蚀有多个方形的微圆柱阵列单元和设置在所述微圆柱阵列单元之间的凹槽通道，微圆柱阵列单元包括多个整齐排列的微圆柱，所述凹槽通道及微圆柱上均设置有纳米线，纳米线的直径为200nm‑500nm，所述纳米线的高为10μm。本发明还公开了一种混合润湿性微纳复合强化换热结构的制作方法。本发明采用的微圆柱阵列单元和纳米线结构能有效增强高热流密度沸腾换热系数，延缓沸腾干烧现象。

技术领域

本发明属于电子器件热控制技术领域，具体涉及一种混合润湿性微纳复合强化换热结构及该结构的制备方法。

背景技术

伴随着微电子机械技术的高速发展，电子器件的微型化和集成化成为必然趋势，单位容积的发热量不断增大，微小空间高功率器件散热成为急需解决的问题。

沸腾换热作为一种相变换热方式，与传统的风冷和液体单相对流相比，换热系数具有数量级的差别，是一种非常有效的散热方式。然而高热流密度时沸腾换热性能往往严重恶化，其根本原因在于沸腾汽泡难以脱离并相互合并形成气膜从而阻碍液体供应和蒸发，最终导致电子器件失效。

通过发明人的研究，发现沸腾换热性能很大程度上取决于换热表面的物化特性，比如润湿性、粗糙度、有效换热面积、汽化核心数目、毛细吸液能力等。通过在换热表面加工微/纳米结构或调控表面亲/疏水润湿性能可显著改变换热面物化特性，有效强化沸腾换热性能。然而，现有通过调控表面润湿性实现强化换热的研究大都基于二维光滑表面，只关注了亲疏水润湿性能对换热的影响，而忽略了表面微纳结构的影响；同样地，微纳复合结构强化换热研究中，主要关注了表面微纳结构对换热的影响，而没有考虑亲疏水润湿性能这一重要因素，使得其对高热流密度池沸腾换热性能的提升非常有限。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供了一种混合润湿性微纳复合强化换热结构，促进了合并大汽泡的及时脱离，同时加快了蒸发液体的补充，从而提高了高热流密度下的沸腾换热系数，推迟了临界热流密度的发生。

为实现上述目的，发明采用的技术方案是：一种混合润湿性微纳复合强化换热结构，其特征在于，包括散热基片，所述散热基片表面刻蚀有多个方形的微圆柱阵列单元和设置在所述微圆柱阵列单元之间的凹槽通道，所述微圆柱阵列单元包括多个整齐排列的微圆柱，所述凹槽通道和微圆柱上均设置有纳米线，所述纳米线的直径为200nm-500nm，所述纳米线的高度为10μm。

上述的一种混合润湿性微纳复合强化换热结构，其特征在于，所述微圆柱的顶部设置有聚四氟乙烯涂层。

上述的一种混合润湿性微纳复合强化换热结构，其特征在于，所述微圆柱阵列单元的边长为0.7mm。

上述的一种混合润湿性微纳复合强化换热结构，其特征在于，所述凹槽通道的宽度为0.3mm。

上述的一种混合润湿性微纳复合强化换热结构，其特征在于，所述微圆柱的直径为38.22μm，所述微圆柱的高度为60μm，相邻两个微圆柱的柱间中心距为60μm。

上述的一种混合润湿性微纳复合强化换热结构，其特征在于，所述散热基片为硅片，所述纳米线为硅纳米线。

本发明还公开了一种上述的混合润湿性微纳复合强化换热结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

加工微圆柱阵列和凹槽通道：采用干式腐蚀工艺，在散热基片表面加工出微圆柱阵列和凹槽通道；

加工纳米线：采用两步法湿法腐蚀技术加工纳米线。

本发明还公开了一种上述的混合润湿性微纳复合强化换热结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

加工微圆柱阵列和凹槽通道：采用干式腐蚀工艺，在散热基片表面加工出微圆柱阵列和凹槽通道；

加工纳米线：采用两步法湿法腐蚀技术加工纳米线。