[實用新型]微針肋簇陣列微通道微型換熱器

有效

• 申請號: 201821350485.7
• 申請日: 2018-08-21
• 公開（公告）號: CN209045535U
• 公開（公告）日: 2019-06-28
• 發明（設計）人: 宗露香;夏國棟;湯宇軒;馬丹丹
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）;北京工業大學
• 主分類號: H01L23/427
• 分類號: H01L23/427
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

微針肋簇陣列微通道微型換熱器，屬于于微電子技術強化換熱領域。本裝置結構包括依次堆疊封裝在一起的封裝片1)，基板(2)；封裝片(1)上開有與外部管路連接的流體入口(3)和流體出口(4)；基板正面加工微針肋簇陣列微通道(5)、入口儲液池和出口儲液池。微針肋簇陣列內微針肋簇單元順列布置，X方向間距L和Y方向間距L_b，以及微針肋簇單元結構尺寸X方向L_a和Y方向H，均可根據實際需求通過優化設計經MEMS加工技術實現。本實用新型相比較一般微通道微型換熱器，可滿足更大功率電子芯片的散熱，具有沸騰起始點壁面溫度更低，流動沸騰壓力降更低，芯片上溫度分布均勻性更高等優點，使高熱流電子器件實現更高效熱管理。

技術領域

本實用新型屬于強化換熱技術領域，涉及一種微針肋簇陣列微通道微型換熱器。

背景技術

隨著功能型與緊湊型為一體的微電子設備不斷發展，聚光太陽能光伏板、雷達、激光武器電磁炮等先進微能源和微電子系統高度模塊化和微型化，有限體積內電子元件數量急劇增加，封裝密度不斷提高，熱流密度不斷增大，導致微電子設備局部溫度過高問題日益突出。據不完全統計，電子設備故障率有55％是由溫度超過電子元件規定值引起。器件工作可靠性對溫度變化十分敏感，電子元件溫度在極限溫度水平上每增加10oC，可靠性會下降一半，使用壽命也會大幅度降低。電子元件產生的高熱量不及時移除，會對器件可靠性和使用壽命造成極大威脅。因而有必要研究和開發高效散熱裝置來滿足高熱流密度電子元件散熱需求。

目前國內外研究的微冷卻器有：微通道熱沉、微冷凍機、微熱管均熱片及集成式微冷卻器等。微通道散熱技術作為一種高換熱系數器件級散熱方法，加工技術比較成熟，且可直接集成在微電子元件上，因而可廣泛應用于各種高功率密度微型電子設備陣列冷卻，從熱控和熱管理角度有效解決大功率電子器件降溫差和控溫難等問題，提高微電子設備使用壽命和可靠性。目前微通道換熱研究主要分為單相對流傳熱和蒸發傳熱兩個方向。與單相對流傳熱相比，微通道沸騰傳熱具有傳熱系數高、工質流速低、工質用量小、熱沉溫度分布均勻等優點。但目前用于沸騰傳熱的微通道換熱器在設計方面存在以下局限：其一，小尺度流動沸騰所產生的較大壓力降；其二，微加工技術導致通道壁面光滑，粗糙度甚至在納米級，較少的合適尺寸核化穴導致沸騰起始點較高、臨界熱流密度低；其三，較容易產生沸騰不穩定性。

目前文獻中提到的降低沸騰起始點，強化傳熱方法，大多數研究集中在對微通道底面和肋壁進行改進，底面如刻蝕凹穴、覆蓋納米線\碳納米管、親水性涂層，肋壁如刻蝕凹穴、漸擴微通道、正弦曲線微通道、間斷微通道。以上方法亦能在一定程度上抑制沸騰不穩定。控制沸騰不穩定方面，文獻中大多數研究選擇在微通道入口加裝節流裝置，以提高進出口壓降消耗更多泵功為代價抑制流動沸騰不穩定。

本實用新型采用微針肋簇陣列微通道換熱器，通過對單元微針肋簇結構布置和尺寸的優化設計，和對微針肋簇陣列結構尺寸優化設計，可在滿足降低流動阻力條件下，同時降低沸騰起始點，高臨界熱流密度，強化傳熱，沸騰不穩定徹底消除。其應用于大功率芯片散熱的裝置，具有優越的熱匹配性、高效熱移除、溫度均勻等性能。

實用新型內容

有鑒于此，本實用新型的首要解決的技術問題是提供一種微針肋簇陣列微通道換熱器，能同時實現降低流動阻力、降低沸騰起始點、強化傳熱，消除沸騰不穩定，解決微電子器件表面高效熱移除、芯片溫度分布均勻性，以及微通道蒸發器與芯片的熱匹配等問題，為芯片的高效穩定運行提供可靠的熱管理。

本實用新型設計了一種流體沸騰傳熱的微針肋簇陣列微通道微型換熱器，其特征在于，如圖1所示，包括由依次堆疊封裝在一起的封裝片(1)、基板(2)；封裝片(1)上開有與外部管路連接的流體入口(3)和流體出口(4)；基板正面加工微針肋簇陣列微通道(5)、入口儲液池(6)和出口儲液池(7)，入口儲液池(6)和出口儲液池(7)分別位于微針肋簇陣列微通道(5)的兩側，流體入口(3)和入口儲液池(6)上下相對，流體出口(4)和出口儲液池(7)上下相對；