[發明專利]一種基于液滴連續補液的散熱裝置

在審

• 申請號: 202011586914.2
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112736047A
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 張永海;馬祥;魏進家
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/427
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發明公開了一種基于液滴連續補液的散熱裝置，主要包括下基板、蒸發?沸騰毛細芯、補液器和調距螺柱等。下基板中心區域的蒸發?沸騰毛細芯充當熱源，蒸發?沸騰毛細芯底部濺射有ITO加熱膜對其進行供熱，下基板的上方裝有補液器，液滴沿著疏水補液通道連續不斷地向蒸發?沸騰毛細芯表面供液，補液通道的直徑由液滴大小決定。下基板和補液器之間的間距通過調距螺柱進行控制，液滴離開補液通道的瞬間落在蒸發?沸騰毛細芯頂部，并迅速鋪展在蒸發?沸騰毛細芯表面，形成一層薄膜，有效地降低了壁面過熱度，大幅度提高臨界熱流密度。本發明具有占地面積小、低功耗、散熱能力大的優點，可滿足熱流密度超過1000W/cm²的散熱需求。

技術領域

本發明涉及微小空間內的蒸發-沸騰換熱領域，適用于高效電子芯片冷卻技術，特別涉及一種基于液滴連續補液的散熱裝置。

背景技術

散熱影響到芯片及電子設備的可靠性和壽命，已成為當今集成電路產業發展的一個瓶頸。研究表明，單個半導體元件的溫度每升高10℃，系統可靠性將降低50％，超過55％的電子設備失效是由于溫度過高引起的。如何將極高的單位面積產熱量有效排散，并將峰值溫度保持在較低水平是芯片及其組件研制亟待解決的問題。

利用蒸發潛熱的相變技術被認為是解決當下高熱流器件熱管理問題最有前景的方法之一。液滴撞擊加熱表面是噴霧冷卻中的常見現象，可以消除相當高的熱通量，在電子設備冷卻中具有巨大的應用潛力。而另一種相變換熱方式，薄膜蒸發——主要是利用氣液固三相接觸線附近的一層薄液膜(幾十納米～幾微米)迅速蒸發，由于液膜很薄，熱阻較小，因此可以有效的帶走大量的熱，實現高熱流密度的電子芯片散熱。為了防止局部溫度過高，出現干燒的現象，在芯片頂部添加液滴連續補液裝置，及時降低芯片表面溫度，可以顯著提高臨界熱流密度和換熱系數。

在傳統的液滴撞擊壁面和薄膜蒸發過程中，依然存在許多缺陷和不足，例如：

(1)單個液滴撞擊壁面，液滴無法很好地鋪展在整個換熱表面，容易發生局部的溫度過高現象，高韋伯(We)數液滴容易發生飛濺，出現彈跳以及破碎的現象，并不能很好地降低壁面過熱度和提高臨界熱流密度。

(2)多孔快速的對加熱壁面進行噴霧冷卻，則需要添加額外的動力源，結構繁瑣，增加了相應的成本。

(3)薄膜蒸發主要是利用蒸發-沸騰毛細芯(表面帶有微結構的方形銅片)的補液能力從一側或者四周進行補液，但是其自身的補液能力有限，中心區域無法及時潤濕，也會引起加熱壁面局部的干涸現象。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于液滴連續補液的散熱裝置，以克服現有技術存在的缺陷，本發明在微尺度強化沸騰換熱結構的上方增加多個連續補液的疏水補液通道，通過給蒸發-沸騰毛細芯補液，及時帶走其表面產生的大量的熱，防止出現干燒的現象，從而在一定程度上避免了過熱而導致的設備損壞，有效的提高了臨界熱流密度和換熱系數。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于多個液滴連續補液的散熱裝置，包括下基板、蒸發-沸騰毛細芯、補液器、補液通道、ITO加熱膜、絕熱材料、調距螺柱、定位螺孔。