CN101916717A - 一种直接液冷芯片强化传热表面的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接液冷芯片的强化沸腾传热表面的制备。本发明采用了制备光子晶体的方法：LB膜法、自组装法或旋涂法；将胶体微球组成规则排列的单层或多层胶体晶体薄膜。然后再以这种薄膜为模板，利用溶胶-凝胶法填充模板，最后利用煅烧或溶解的方法去除模板在基片表面制备出二维或三维强化沸腾传热表面。这种强化沸腾传热表面在管道式的自然循环冷却系统中具有良好沸腾传热性能，且制备方法简单、造价低廉。
Description
技术领域
本发明涉及直接液冷芯片的强化沸腾传热表面的制备，特别是关于一种可降低成本的强化沸腾传热表面的制备方法和技术。
背景技术
随着微电子技术的快速发展，芯片上大规模集成电路的密集化和电子器件的微型化已成为现代电子设备发展的主流趋势。这将直接导致芯片的散热量高速增加。如果芯片的性能继续以目前的高速度发展，耗能和散热将成为横在其前进路上最大的绊脚石。能否解决这两个问题，将成为整个信息产业甚至全球经济性命交关的大问题。高效芯片散热技术的研究已成了制约芯片新一代产品开发的关键。
风冷技术是冷却芯片降低芯片温度的重要手段，但是具有较为明显的缺点：
1向大体积和超重量发展；
2噪音上升；
3散热能力有限。
液冷技术是冷却芯片的另一有效手段。它的优点是：
1散热效率高；
2噪音小。
缺点是安全性和稳定性差。
与光滑沸腾加热面相比，通过机械加工、化学腐蚀、气相沉积、激光钻孔等方法改变表面结构可有效提高电子器件的沸腾性能。但这些微结构都未能有效改善高热流密度区的沸腾换热性能，且制备设备、方法价格昂贵。
为解决上述问题，本发明提供了一种廉价的强化沸腾表面制备方法，可制备出在管道式的自然循环冷却系统中具有良好沸腾传热性能的强化沸腾传热表面。
发明内容
本发明提供了一种新的强化沸腾传热表面的制备方法和技术。本发明将传统的强化传热表面技术理论与光子晶体薄膜制备技术相结合以实现具有微米、亚微米微结构的强化沸腾传热表面的制备。该方法对设备要求低、工艺简单。
一种新的直接液冷芯片强化传热表面制备方法，其特征为包括以下步骤：
使用LB膜法、自组装法、旋涂法或者竖片生长法在基体上制备出具有规则结构的模板；
使用溶胶-凝胶法填充由步骤a中制成的模板；
使用煅烧或溶解方法去除所述模板，获得带有表面微结构的强化传热表面。
进一步，所述模板由高分子胶体微球组成。
进一步，所述高分子胶体微球为聚苯乙烯胶体微球，其尺寸范围在90nm-10μm之间。
进一步，所制备的强化表面为规则有序的单层孔结构薄膜。
进一步，所制备的强化表面为规则有序的多层结构薄膜。
进一步，所制备的强化表面的微结构特征尺寸为微米级亚微米量级。
进一步，所制备的单层结构薄膜强化表面的微结构为凹形孔穴结构。
进一步，所制备的多层结构薄膜强化表面的微结构为蛋白石反结构。
本发明工艺过程非常简单，只需要在芯片表面覆盖胶体微球模板后，通过溶胶-凝胶法，就能在基片外延生长出所需要的微纳米结构。由于外延层是在基片的基础上生长，所以其结构和性质与基底完全相同。并且可以制备大面积的晶片，这样提高了单位成品制备效率。另外由于工艺步骤少，产生的总体废弃物要少很多，是一种环境友好的制备工艺。
附图说明
图1为本发明实施例1中溶胶-凝胶法制备工艺的示意图。
图2为本发明实施例1所制备的单层膜式强化沸腾换热表面示意图。
图3为本发明实施例1所制得的单层膜式强化沸腾换热表面实物图。
图4为本发明实施例2所制得的多层膜式强化沸腾换热表面实物图。
具体实施方式
实施例1单层膜式强化沸腾换热表面的制备
具体步骤如下：
首先是单层胶体微球的制备：使用的胶体微球粒径在90nm-10μm，所使用的基片为硅片。
方法一，旋涂法：将胶体微球水溶液，体积百分比浓度在0.5％-20％之间，与乙醇按适当体积比1∶1-1∶20配制，然后将这种溶液滴加在基片上，在合适的转速下：100-3000转/分钟就可制得规则排列的单层膜胶体微球薄膜；或
方法二，自组装法：将胶体微球水溶液，体积百分比浓度在0.5％-20％之间，与乙醇按适当体积比，范围在1∶1-1∶20之间配制，然后将溶液滴加在盛有高纯水的容器中，在水的表面会漂浮一单层胶体微球，将基片插入溶液，缓慢提出，会在基片表面附着一单层胶体微球；
二氧化硅溶胶的配制：
配方：正硅酸乙酯，乙醇，盐酸，浓度均为0.1摩尔/升，按体积比1∶6∶0.1混合，摇匀后静置12小时。
溶胶-凝胶法
如图1所示，图中1为基底，2为胶体晶体微球，3为二氧化硅溶胶，4为提拉机，5为容器。将附有单层胶体晶体微球的基片插入盛有二氧化硅溶胶的容器5之中，然后有提拉机缓慢提拉，提拉速度为1-100微米/秒，在空气中放置24小时，环境条件为室温。
溶胶-凝胶过程结束后除掉胶体微球，就得到了强化沸腾换热表面，图2为单层膜式强化沸腾换热表面示意图，图中1为基底，2为强化沸腾传热表面。如图3所示，为通过使用该方法所制得的强化沸腾换热表面实物图。
本实施例中所采用的胶体微球为聚苯乙烯微球。
实施例2多层膜式强化沸腾换热表面的制备
具体步骤如下：
1)多层胶体微球的制备：首先是单层胶体微球的制备：使用的胶体微球粒径在90nm-10μm，所使用的基片为硅片。
方法一，旋涂法：与实施例1中的方法一相同，只是需要反复重复单层制备方法来制备多层胶体微球，重复次数和层数成正比；或
方法二，自组装法：在一定容器中盛一定体积百分比的胶体微球水溶液或乙醇；体积百分比浓度为0.01％-10％，然后将基片竖直放置在溶液中，将整个容器放置在恒温恒湿环境中，温度在20-60℃，湿度在10％-90％。当溶液蒸发完毕，就能在基片上获得多层胶体晶体薄膜，薄膜层数和溶液的浓度成正比；或
方法三，LB法：在一定容器中盛一定体积百分比的胶体微球水溶液或乙醇(体积百分比浓度在0.01％-10％)，然后将基片竖直放置在溶液中，将整个容器放置在恒温恒湿环境中，温度在20-60℃，湿度在10％-90％。然后基片缓慢提起，提拉速度为0.01-100微米/秒，可在基片上获得多层胶体晶体薄膜，在一定浓度下，层数和提拉速度成正比。
2)二氧化硅溶胶配制同实施例1。
3)溶胶-凝胶法过程同实施例1。
图4为所制得的多层膜式强化沸腾传热表面实物图。
Claims (8)
1.一种新的直接液冷芯片强化传热表面制备方法，其特征为，包括以下步骤：
a、使用LB膜法、自组装法、旋涂法或者竖片生长法在基体上制备出具有规则结构的模板；
b、使用溶胶-凝胶法填充由步骤a中制成的模板；
c、使用煅烧或溶解方法去除所述模板，获得带有表面微结构的强化传热表面。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征为，所述模板由高分子胶体微球组成。
3.根据权利要求2所述制备方法，其特征为，所述高分子胶体微球为聚苯乙烯胶体微球，其尺寸范围在90nm-10μm之间。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征为，所制备的强化表面为规则有序的单层孔结构薄膜。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征为，所制备的强化表面为规则有序的多层结构薄膜。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征为，所制备的强化表面的微结构特征尺寸为微米级亚微米量级。
7.根据权利要求4所述制备方法，其特征为，所制备的单层结构薄膜强化表面的微结构为凹形孔穴结构。
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征为，所制备的多层结构薄膜强化表面的微结构为蛋白石反结构。
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