[实用新型]微针肋簇阵列微通道微型换热器

说明书

微针肋簇阵列微通道微型换热器，属于于微电子技术强化换热领域。本装置结构包括依次堆叠封装在一起的封装片1)，基板(2)；封装片(1)上开有与外部管路连接的流体入口(3)和流体出口(4)；基板正面加工微针肋簇阵列微通道(5)、入口储液池和出口储液池。微针肋簇阵列内微针肋簇单元顺列布置，X方向间距L和Y方向间距L_b，以及微针肋簇单元结构尺寸X方向L_a和Y方向H，均可根据实际需求通过优化设计经MEMS加工技术实现。本实用新型相比较一般微通道微型换热器，可满足更大功率电子芯片的散热，具有沸腾起始点壁面温度更低，流动沸腾压力降更低，芯片上温度分布均匀性更高等优点，使高热流电子器件实现更高效热管理。

技术领域

本实用新型属于强化换热技术领域，涉及一种微针肋簇阵列微通道微型换热器。

背景技术

随着功能型与紧凑型为一体的微电子设备不断发展，聚光太阳能光伏板、雷达、激光武器电磁炮等先进微能源和微电子系统高度模块化和微型化，有限体积内电子元件数量急剧增加，封装密度不断提高，热流密度不断增大，导致微电子设备局部温度过高问题日益突出。据不完全统计，电子设备故障率有55％是由温度超过电子元件规定值引起。器件工作可靠性对温度变化十分敏感，电子元件温度在极限温度水平上每增加10oC，可靠性会下降一半，使用寿命也会大幅度降低。电子元件产生的高热量不及时移除，会对器件可靠性和使用寿命造成极大威胁。因而有必要研究和开发高效散热装置来满足高热流密度电子元件散热需求。

目前国内外研究的微冷却器有：微通道热沉、微冷冻机、微热管均热片及集成式微冷却器等。微通道散热技术作为一种高换热系数器件级散热方法，加工技术比较成熟，且可直接集成在微电子元件上，因而可广泛应用于各种高功率密度微型电子设备阵列冷却，从热控和热管理角度有效解决大功率电子器件降温差和控温难等问题，提高微电子设备使用寿命和可靠性。目前微通道换热研究主要分为单相对流传热和蒸发传热两个方向。与单相对流传热相比，微通道沸腾传热具有传热系数高、工质流速低、工质用量小、热沉温度分布均匀等优点。但目前用于沸腾传热的微通道换热器在设计方面存在以下局限：其一，小尺度流动沸腾所产生的较大压力降；其二，微加工技术导致通道壁面光滑，粗糙度甚至在纳米级，较少的合适尺寸核化穴导致沸腾起始点较高、临界热流密度低；其三，较容易产生沸腾不稳定性。

目前文献中提到的降低沸腾起始点，强化传热方法，大多数研究集中在对微通道底面和肋壁进行改进，底面如刻蚀凹穴、覆盖纳米线\碳纳米管、亲水性涂层，肋壁如刻蚀凹穴、渐扩微通道、正弦曲线微通道、间断微通道。以上方法亦能在一定程度上抑制沸腾不稳定。控制沸腾不稳定方面，文献中大多数研究选择在微通道入口加装节流装置，以提高进出口压降消耗更多泵功为代价抑制流动沸腾不稳定。

本实用新型采用微针肋簇阵列微通道换热器，通过对单元微针肋簇结构布置和尺寸的优化设计，和对微针肋簇阵列结构尺寸优化设计，可在满足降低流动阻力条件下，同时降低沸腾起始点，高临界热流密度，强化传热，沸腾不稳定彻底消除。其应用于大功率芯片散热的装置，具有优越的热匹配性、高效热移除、温度均匀等性能。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的首要解决的技术问题是提供一种微针肋簇阵列微通道换热器，能同时实现降低流动阻力、降低沸腾起始点、强化传热，消除沸腾不稳定，解决微电子器件表面高效热移除、芯片温度分布均匀性，以及微通道蒸发器与芯片的热匹配等问题，为芯片的高效稳定运行提供可靠的热管理。

本实用新型设计了一种流体沸腾传热的微针肋簇阵列微通道微型换热器，其特征在于，如图1所示，包括由依次堆叠封装在一起的封装片(1)、基板(2)；封装片(1)上开有与外部管路连接的流体入口(3)和流体出口(4)；基板正面加工微针肋簇阵列微通道(5)、入口储液池(6)和出口储液池(7)，入口储液池(6)和出口储液池(7)分别位于微针肋簇阵列微通道(5)的两侧，流体入口(3)和入口储液池(6)上下相对，流体出口(4)和出口储液池(7)上下相对；