CN108461460B - 一种两相分离微通道热沉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种两相分离微通道热沉，该热沉包括微通道阵列、底板和盖板；所述底板与盖板通过键合的方式连接，组成热沉的主体结构；所述底板上刻蚀有微通道阵列，微通道阵列由气体通道与液体通道构成，其中气体通道与液体通道交错分布，气体通道与液体通道的侧壁均为多通孔结构。本热沉采用两相分离的传输通道，由液体通道与气体通道构成，液体通道与气体通道分开传输，让工作液体与气体分开传输，强化流体在微通道热沉中的相变过程，解决了液体通道中流体压降过大和流动不稳定现象，增强了换热能力。

Description

一种两相分离微通道热沉
技术领域
本发明涉及高热流密度电子设备领域，具体是一种用于高热流密度电子器件的两相分离微通道热沉。
背景技术
随着微电子产业的迅速发展，晶体管的特征尺寸不断减小，集成度大大提高，电子芯片单位面积热流密度也随之不断增加，高速电子器件的热密度已达5～10MW/m2，散热已经成为其发展的主要“瓶颈”。
微通道热沉以散热效率高、体积小、低热阻、低流量等优点在电子器件热管理方面得到了广泛研究与应用。一般微通道热沉中的微通道结构只有液体通道，电子器件产生的热量通过热界面材料传导至微通道热沉，微通道中的工作液体在微通道中发生热交换将热量带走。在一些高热流密度的电子器件的散热应用中，通常会利用到工作液体在微通道中发生的沸腾(相变)换热。但是当微通道中发生的沸腾反应时，单相流体会形成气液两相流体，造成微通道内流体压降过大和流动不稳定现象，从而恶化微通道热沉的散热效果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种两相分离微通道热沉。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种两相分离微通道热沉，其特征在于该热沉包括微通道阵列、底板和盖板；
所述底板与盖板通过键合的方式连接，组成热沉的主体结构；所述底板上刻蚀有微通道阵列，微通道阵列由气体通道与液体通道构成，其中气体通道与液体通道交错分布，气体通道与液体通道的侧壁均为多通孔结构。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本热沉采用两相分离的传输通道，由液体通道与气体通道构成，液体通道与气体通道分开传输，让工作液体与气体分开传输，强化流体在微通道热沉中的相变过程，解决了液体通道中流体压降过大和流动不稳定现象，增强了换热能力。
(2)本热沉采用多孔的微通道侧壁结构，不仅可以增加换热面积，而且可以在一定程度上降低工作液体沸腾的条件。
(3)本热沉采用高深宽比的通道结构，可以大大增加气体通道中液体蒸发的吸热面积。
(4)本热沉适用于包括射频功率放大器与氮化镓微波器件等在内的高热流密度的电子器件。
附图说明
图1为本发明两相分离微通道热沉一种实施例的整体结构示意图；
图2为本发明两相分离微通道热沉图1的剖视图；
图3为本发明两相分离微通道热沉去除图2中的盖板后的视图及其局部方法图；
图4为本发明两相分离微通道热沉图3中A-A方向的剖视图(图中：1.气体入口；2.液体入口；3.气体通道；4.液体通道；5.底板；6.盖板；7.气体出口；8.液体出口；9.多通孔结构)
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种两相分离微通道热沉(参见图1-4，简称热沉)，其特征在于该热沉包括微通道阵列、底板5和盖板6；
所述底板5与盖板6通过键合的方式连接，组成热沉的主体结构；所述底板5上刻蚀有微通道阵列，微通道阵列由气体通道3与液体通道4构成，其中气体通道3与液体通道4交错分布，气体通道与液体通道的侧壁均为多通孔结构9；所述盖板6上有气体进口1、液体进口2、气体出口7和液体出口8；
所述气体通道3的宽度为60μm，深度为300μm。
所述液体通道4的宽度为30μm，深度为300μm。
所述气体通道与液体通道的侧壁均为多通孔结构9，其中通孔的直径为1-2μm，通孔之间的间隔为4-6μm。
所述热沉采用硅材料制成。
该热沉的制备方法是：
(1)利用光电化学刻蚀在底板5上刻蚀出多通孔结构9；
(2)采用深反应离子刻蚀出微通道阵列；
(3)采用键合技术将盖板5封装在底板6上方，进而将微通道阵列封装，得到所述热沉。
本发明两相分离微通道热沉的工作原理和工作流程是：当工作液体通过液体进口2进入液体通道4时，电子器件产生的一部分热量与工作液体发生热交换并通过液体散放，通过液体出口8流出。同时液体通道4中的液体通过侧壁多通孔结构9提供的毛细作用渗透到气体通道3表面，并在气体通道3中吸热蒸发形成气体，电子器件产生的另一部分热量通过气体通道3以气体形式散放，通过气体出口7流出。在气体进口1喷吹气体可以加快气体通道3中气体的流通速度。在稳定工作状况，微通道中的液体与气体分开传输。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种两相分离微通道热沉，其特征在于该热沉包括微通道阵列、底板和盖板；
所述底板与盖板通过键合的方式连接，组成热沉的主体结构；所述底板上刻蚀有微通道阵列，微通道阵列由气体通道与液体通道构成，其中气体通道与液体通道交错分布，气体通道与液体通道的侧壁均为多通孔结构；所述盖板上有液体进口、气体出口和液体出口；
当工作液体通过液体进口进入液体通道时，电子器件产生的一部分热量与工作液体发生热交换并通过液体散放，通过液体出口流出；同时液体通道中的液体通过侧壁多通孔结构提供的毛细作用渗透到气体通道表面，并在气体通道中吸热蒸发形成气体，电子器件产生的另一部分热量通过气体通道以气体形式散放，通过气体出口流出。
2.根据权利要求1所述的两相分离微通道热沉，其特征在于所述盖板上有气体进口；在气体进口喷吹气体加快气体通道中气体的流通速度。
3.根据权利要求1所述的两相分离微通道热沉，其特征在于所述气体通道的宽度为60μm，深度为300μm。
4.根据权利要求1所述的两相分离微通道热沉，其特征在于所述液体通道的宽度为30μm，深度为300μm。
5.根据权利要求1所述的两相分离微通道热沉，其特征在于所述多通孔结构的通孔的直径为1-2μm，通孔之间的间隔为4-6μm。
6.根据权利要求1所述的两相分离微通道热沉，其特征在于所述热沉采用硅材料制成。
7.一种权利要求1-6任一所述的两相分离微通道热沉的制备方法，其特征在于该方法是：
(1)利用光电化学刻蚀在底板上刻蚀出多通孔结构；
(2)采用深反应离子刻蚀出微通道阵列；
(3)采用键合技术将盖板封装在底板上方，进而将微通道阵列封装，得到所述热沉。
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