[發明專利]硅基不等寬微槽道平板熱管及制備方法

無效

• 申請號: 201110062316.X
• 申請日: 2011-03-16
• 公開（公告）號: CN102175088A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 閆衛平;李杰超;唐吉仁
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 修德金

技術領域

本發明屬于微槽道平板熱管研究領域，特別涉及一種能利用不等寬微槽道代替等寬微槽道，用以提高毛細極限及平板熱管的傳熱能力的硅基不等寬微槽道平板熱管及制備方法。

背景技術

微槽道平板熱管是傳統熱管不斷小型化發展的結果，用以解決電子芯片熱流密度日益增加的問題，在科學研究和應用領域倍受關注。微槽道平板熱管是一種基于毛細現象和相變原理進行傳熱的新型傳熱元件，它與傳統的散熱系統傳熱方式相比，具有體積小、運行平穩、效率高、無機械動力部件等優點。

自上世紀90年代以來，研究人員對微槽道平板熱管的傳熱性能進行了大量的研究。1944年，R.S.?Gaugler提出重力型熱管，其基本工作原理是：熱管蒸發段受到外界加熱，熱量通過熱管管壁及液態工質傳遞到汽液分界面，使蒸發段內汽液分界面上的液態工質蒸發，從而使蒸汽腔內產生壓差，蒸汽在壓差的作用下由蒸發段流向冷凝段，并在冷凝段內的汽液分界面上凝結并釋放出熱量。熱量通過液態工質和管壁傳給散熱裝置，凝結后的液體在重力的作用下回流到蒸發段。如此循環不止，實現熱量由熱管一端至另外一端的連續傳遞。由于熱管內的液態工質通過相變、氣體流動傳輸熱量，因而其傳導系數高，均溫效果好。1963年，美國Los?Alamos國家實驗室G.M.?Grover發明了這種稱為“熱管”的傳熱元件，它充分利用了熱傳導原理與致冷介質的快速熱傳遞性質，通過熱管將發熱物體的熱量迅速傳遞到熱源外，其導熱能力超過已知的任何金屬。

1965年，Cotter在對熱管進行大量的研究之后，提出了一整套的熱管理論，也成為現代熱管理論的基礎。隨著熱管理論的不斷發展，熱管結構研究也逐漸由重力型向毛細型轉變。由于采用吸液芯的毛細作用作為液體回流機制，擺脫了重力的制約，吸液芯熱管開始在航空領域得到應用。

隨著電子器件集成化和微型化的發展，1984年Cotter提出了較為完整的微熱管理論，為微熱管的研究與應用奠定了理論基礎。從大型熱管到微熱管的改變不僅僅是外形尺寸的變化，更重要的是其結構的改變。微熱管的結構形狀及工作原理與常規熱管相似，所不同的是常規熱管內部通常存在專門提供毛細力以供工質回流的毛細吸液芯；而微熱管則主要依靠槽道尖角區的毛細作用來完成工質的回流。由于微熱管省去了提供毛細力以供工質回流的毛細吸液芯，大大減小了系統的尺寸，同時也降低了能耗和試劑用量。

自Cotter在1984年第五屆國際熱管會議上提出微熱管的概念后，微熱管的理論分析和實驗研究得到了長足的發展，相應的微熱管結構也發生了很大的變化。從單根的微熱管發展到在固體基板上開出一簇微細溝道形成微型熱管陣列，大大提高了熱管的傳熱能力。此后，又出現了蒸汽腔互相連通的微槽平板熱管結構，有效地降低了熱管內蒸汽對液體的反向流動所產生的界面摩擦力，使熱管的最大傳熱量顯著提高，這種微槽道平板熱管成為近年的研究熱點。隨著硅微加工技術的發展，越來越多的微型熱管以硅片為基體材料，通過各種腐蝕技術或等離子刻蝕技術制作溝道。

1999年，R.?Hopkins等人對三種軸向溝道的銅-水平板熱管在不同工作溫度下的傳熱量、軸向溫度分布和熱阻進行了理論和實驗研究，發現毛細極限在一般情況下限制著微型平板熱管的傳熱性能。2008年，Jian?Qu、Huiying?Wu等人把功能表面引入微槽道平板熱管，此舉改變了液態工質與槽道側壁的接觸角，使得毛細壓強隨接觸角呈階梯狀分布。功能表面的引入增加了槽道內熱端與冷端的毛細壓差，提高了毛細極限，使平板熱管的傳熱能力進一步增強。

在平板微熱管傳熱研究中發現，毛細極限是制約熱管傳熱性能的主要因素之一，而影響毛細力的因素與微槽道的截面形狀、液態工質的特性及其與管殼材料的相容性等直接相關，而微槽道的軸向結構也影響毛細力的大小。本發明正是針對提高毛細力問題而提出的。

發明內容

本發明的目的是提供一種硅基不等寬微槽道平板熱管及制備方法，通過改進微槽道的結構，提高平板微熱管的毛細極限，以增強平板微熱管的傳熱能力。利用本發明提出的不等寬微槽道平板熱管的設計，有望改善大功率微電子芯片所面臨的高熱流密度散熱問題。

采用的技術方案：提供一種硅基不等寬微槽道平板熱管，所述硅基不等寬微槽道平板熱管中的微槽道是一簇結構相同、寬度連續變化的微槽道結構。

其中，所述微槽道為矩形微槽道或V形微槽道。

其中，所述硅基不等寬微槽道平板熱管包括：兩片帶有一簇結構相同、寬度連續變化的微槽道結構的硅基片，兩片所述的硅基片通過靜電封接的方法封接在一起，組合成不等寬微槽道平板熱管。