[实用新型]一种多层复合式纳米多孔蒸发器

说明书

一种多层复合式纳米多孔蒸发器，属于微电子器件冷却技术领域。总体上由上层硅结构、中层纳米多孔结构和下层硅结构组成。上层硅结构包括七条歧管通道、入口储液池、出口储液池、以及多个蒸汽通道。中层纳米多孔结构在上层硅表面通过刻蚀加工得到，纳米孔阵列在膜上均匀排布。下层硅结构包括液体入口、液体出口、平行排列的肋和肋间的微通道，通过键合技术使其与上层相接。本装置利用纳米孔内液体的薄膜蒸发散热，具有运行稳定，温度分布均匀、纳米膜强度高、所需工质少、低泵功消耗等的特点，解决了微电子器件的高热流密度和多热区分布存在的问题。

技术领域

本实用新型涉及一种新型多层复合式纳米多孔蒸发器，属于微电子器件冷却技术领域。

背景技术

近年来随着电子芯片制造业、军事工业、新能源应用技术和航空航天领域的高速发展，工程应用中对电子器件提出了“微型化”“高集成”“高功率”的新要求，由此氮化镓（GaN）高电子迁移率晶体管（HEMT）等微电子器件在各个领域得到广泛应用。然而局部热点上的散热问题极大限制了微电子器件的输出功率，研究发现在GaN基HEMT器件的部分亚毫米区域上，产生的热流密度高达5kW/cm²。因此如何有效散热以提高微电子器件的功率，延长其工作寿命成为急需解决的问题。目前，国内外对高热流密度电子器件的传统散热方案主要包括：高导热系数固体均热材料（铜、钨铜和金刚石等）或热界面材料（焊锡、导热硅脂和环氧树脂等）再结合空气冷却或液冷冷板，以此达到散热的目的。但由于接触热阻的存在，使得传统的散热方式并不能有效地降低结温，进而严重威胁器件的安全稳定运行。为解决此问题，研究者提出一种新型电子器件嵌入式冷却方案，热量由电子器件的基板直接散去，而不是在电子器件封装水平上，减少了界面材料的使用，大大降低了器件的结温。再利用绝缘介电液作为冷却工质，确保器件工作区域不产生磁场，进而保障了电子器件的运行性能。

近年来NEMS（Nano-Electromechanical System）技术飞速发展，纳米尺度内的传热问题成为传热学领域的前沿科学。大量研究证明纳米多孔膜上的相变可以消耗大量热量，因此利用纳米多孔膜对高热流密度微电子器件进行嵌入式散热获得了众多研究者的肯定。深层次的研究结果为高性能纳米多孔蒸发设备提出了以下标准：（1）从基底到液-气界面的低传热热阻；（2）能够产生较大的毛细力以输运蒸发所需工质；（3）有效的液体供应结构，可使压降最小化；（4）高效的蒸汽输运通道。然而在设计层面上如何达到以上标准困扰着人们，目前国内外的纳米多孔散热设备面临的问题主要有：纳米膜的机械强度差；利用流动通道进行供液易导致纳米孔堵塞；没有独立的蒸汽通道使得气液分离不能有效进行等。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种新型多层复合式纳米多孔蒸发器。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种多层复合式纳米多孔蒸发器，总体上由三层结构组成，分别为上层硅结构、中层纳米多孔膜结构和下层硅结构；其中中层纳米多孔膜结构在上层硅结构下表面直接加工得到，下层硅结构则通过键合与中层纳米多孔膜结构连接。

上层硅结构包括N个蒸汽通道、N+1条歧管通道、进口储液池、出口储液池；N个蒸汽通道为多道平行独立的长方形体通道，长方形体通道的长度方向两端封闭；N个蒸汽通道之间以及最外两蒸汽通道的两侧面共形成N+1条歧管通道；在N个蒸汽通道长度方向的两端对应的为进口储液池、出口储液池；歧管通道分别与进口储液池、出口储液池连通，使得液体工质能够从进口储液池经由歧管通道流至出口储液池；多个蒸汽通道则平行分布于N+1条歧管通道之间，保证由蒸发产生的蒸汽能够得到高效运输；上层硅结构的上表面只有N个蒸汽通道露出，N+1条歧管通道、进口储液池、出口储液池均封闭；

中层纳米多孔膜结构在上层硅下表面通过刻蚀加工得到，在每个蒸汽通道下端口设有一块独立的具有纳米孔的纳米多孔膜；N块纳米多孔膜的位置与上层硅结构中的N个蒸汽通道对应，从而形成的纳米孔阵列在N块纳米多孔膜上均匀排布，单个纳米孔孔径约为200nm。