[发明专利]微通道热沉的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体及光电器件的封装及散热，特别涉及一种微通道热沉的制造方法。

背景技术

在Tuckerman于1981年提出微通道热沉的概念后，微通道热沉的技术得到了显著的发展和广泛的应用。在微通道热沉中，冷却液通过狭小的通道有效地带走热量，从而达到冷却的目的。在传热学方面，努赛尔特数（Nusselt Number）常被用来描述流动液体的传热特性，具有如下公式：

其中，Nu是努赛尔特数，h是固液界面的传热系数，D_h是流动液体所在通道的水力直径，k是该液体的热导率。在平稳层流状态下，努赛尔特数是一个常数，其数值由通道截面的几何形状决定。当通道的高宽比为2时，努赛尔特数约等于4.12。在紊流状态下，努赛尔特数是液体流动速率的一个复杂函数。Dittus-Boelter公式是其中的一个表达形式：

其中Re是雷诺数，它与液体平均流动速率成正比；Pr是普朗特数，它是描述液体特性的常数。在冷却情况下，n一般取值为0.4。

因为微通道热沉中，通道的水力直径较小，冷却液的流动能够在液固界面上产生很大的传热系数。Altoz（F.E.Altoz，“Thermal Management”，Chapter 2 in “Electronic Packaging and Interconnection Handbook”，ed.C.A.Harper，McGraw-Hill，New York，（1991），p.2.89.）指出在一个截面为254微米×50.8微米的微通道中，当水在平稳层流状态下，其传热系数即可达到4.3×10⁴W/m²℃。Roy和Avanic（S.K.Roy and B.L.Avanic，“A Very High Heat Flux Microchannel Heat Exchanger for Cooling of Semiconductor Laser Diode Arrays”，IEEE Trans. on Components，Packaging，and Manufacturing Technology Part B，19（1996），（no.2）：444-51.）在一个截面为1295μm×508μm的微通道中，实验测的水的传热系数相当于5×10⁵W/m²℃。

微通道的一个显著缺点是他的流动阻力较大。通道两端的压力差（即流动阻力）与通道的长度成正比。通道两端的压力差可以表达为

其中，ρ是液体密度，f_h是摩擦系数，L是通道长度，u是平均流速。因此，在微通道热沉的设计中，通常会采用较短的微通道，并在其两端用较大截面的导流通道来连接，以降低整个热沉的流动阻力。甚至，在某些微通道热沉中，更采用具有不同截面的多级导流通道。微通道和各级导流通道一般分层布置，如此在微通道热沉内部形成一个三维的通道结构。Salem（T.E.Salem，D.Porschet，S.B.Bayne，Y.Chen；“Thermal performance of Water-Cooled Heat Sinks”，in Applied Power Electronics Conference And Exposition，Austin，Texas，March 6-10，2005.）等人在一个散热面为25.4毫米×25.4毫米具有三维通道结构的微通道热沉中，实验测得在7公升/分的流量时，热沉的压力差小于69千帕，热阻小于0.15℃/W。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷，提供一种可提高表面强度、硬度和耐腐蚀性的微通道热沉的制造方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种微通道热沉的制造方法，由多层薄片叠合而成，所述多层薄片包括传热片、液体出入口片以及置于传热片和液体出入口片之间的导流片，各层薄片按照其在热沉中所处的位置均预先开设相应的规则形状或不规则形状的穿孔若干，叠合后的薄片中的穿孔相互连接形成三维结构的液体流动通道；所述穿孔包括微通道穿孔和导流穿孔；所述微通道穿孔位于紧邻传热片的第一层导流片和第二层导流片中；

其制备步骤如下：

a、按照薄片在热沉中所在的位置通过光化学腐蚀或激光切割或机加工预先开设穿孔；

b、将步骤a中所形成的多层薄片依次叠合，通过焊接或胶粘固化成一个整体。