[发明专利]可供含氧化层的镓基液态金属高速流动的毛细铜管及其制备方法

说明书

一种可供含氧化层的镓基液态金属高速流动的毛细铜管及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：(1)毛细铜管预处理；(2)毛细铜管内壁化学刻蚀；(3)毛细铜管内壁亲油修饰；(4)毛细铜管内壁预浸润；完成超滑毛细铜管的制备。本发明提出利用仿猪笼草表面结构制备具有预注液的超滑表面的毛细铜管，可以有效降低液态金属在铜管内流动的过程中的驱动功耗，制作方式简单灵活易于大范围推广，适用于变截面、多弯头、各种管径的液态金属超滑铜管的制备。

技术领域

本发明总体涉及微电子技术领域，具体涉及一种微通道散热装置。

背景技术

微电子技术至今不断蓬勃发展，微机电系统、超大规模集成电路等技术使得电子设备正朝着高速度、多功能、大功率、微型化的方向快速发展。微小尺度的高热流密度耗散是制约电子行业尤其是先进装备，高集成芯片发展的桎梏。目前主流商用芯片热流密度超过500W/cm²，芯片表面局部产热的热流密度已超过1000W/cm²。热耗散问题不仅存在于集成芯片中而且同样也困扰着随处可见的LED照明设备，在大功率LED芯片中，由于其较低的电光转化效率，使得将近80％的能量以热量形式释放，这导致即使功率仅为1W的LED芯片，其热流密度也能够达到100W/cm²；而在激光武器和射频系统中产生的热流一般均高达1000W/cm²；太阳能电池和动力电池的热流密度一般而言在100W/cm²以下，但电池的效率和可靠性受温度影响极大，通常而言要保证太阳能电池温度在45℃以下，动力电池的温度需严格控制在在60℃以下。

微通道散热装置具有简单的结构、比较小的体积、较轻的重量、较高的散热效率、对设备动力系统要求低、换热温差较小、能够在恶劣的环境中运行等其他散热设施所无可比拟的优点，因此在机械、航空航天、化学分析、微电子等领域微通道散热装置得到广泛应用。近年来，关于微通道散热能力的研究大多集中在结构上的优化，值得注意的是，现今微通道热沉中的传热工质主要是水，虽然以水作为传热工质具有廉价易得，物性稳定等优点，但其仅仅0.6W/(mK)的导热率使得以水作为工质的微通道热沉在大热流密度散热件面前难免力不从心。尽管通过优化微通道结构可以相应弥补该劣势，可由此也会引发微通道内流阻增大的问题。针对工质导热率低，也有学者在水中添加SiC、Al₂O₃等高导热纳米颗粒以增强工质的等效导热率并强化传热，但效果极其有限。

镓基液态金属的主要优点在于蒸汽压力低，粘度低，基本无毒和导热系数高。因此，低熔点高导热镓基液态金属也应用成为流动传热工质。众所周知的是，镓基液态金属会在含氧环境下立即自发形成一层连续的氧化物薄膜(1-3nm)，该氧化层会牢固附着固体表面使得液态金属难以正常流动。现有技术主要使用：1.电解质溶液(pH＜3或pH＞13)与氧化层的反应对其进行溶解，这样苛刻的酸碱度使得该方法难以进行应用；2.对管道表面进行改性或者降低表面粗糙度的方法来增强氧化层和管壁表面的浸润性，但这种方法效果较差而且未证实在多个循环工作下系统的稳定性；3.使用电化学反应的方法去除表面的氧化物，调控液态金属的表面张力，但该方法需要持续消耗电能以防止液态金属的氧化。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的某些缺陷，提出一种含氧化层的镓基液态金属流动毛细管的制作方法，达到毛细管制作成本较低、制作过程可靠、制作过程安全、毛细管性能优异、使用寿命长等目的。

本发明提出利用仿猪笼草表面结构制备具有预注液的超滑表面的毛细铜管，可以有效降低液态金属在铜管内流动的过程中的驱动功耗，制作方式简单灵活易于大范围推广，适用于变截面、多弯头、各种管径的液态金属超滑铜管的制备。以直径为200-1000μm毛细铜管的制作为例，首先，使用化学腐蚀的方法将毛细铜管内壁表面进行化学腐蚀以完成表面微结构制备。其次，使用正十六烷酸对毛细铜管内壁微结构进行亲油改性以增强内壁面对油性预注液的浸润。最后，令化学性质稳定的高导热硅油作为预注液附着于改性的毛细铜管内壁，完成含有预注液的超滑毛细铜管的制备。

本发明所采取的具体技术方案为：