[发明专利]错位复杂微通道微型换热器

说明书

技术领域

本发明属于微电子换热器技术领域，涉及一种冷却装置，尤其是错位复杂微通道微型换热器。

背景技术

微电子技术的发展，极大的推动了计算机技术、航空航天技术及电子器件的快速发展。电子产品的核心器件芯片朝着高集成、高频、高速及小型化发展，这导致芯片的功率密度依照摩尔定理急剧增大。对于热负荷敏感性极高的微电子芯片而言：传统的冷却器已不能有效地带走芯片的发热量，热量在芯片处的累计将导致芯片的温度上升、芯片的温度分布不均匀，严重的影响芯片的工作状态和稳定性，甚至由于热应力而损坏芯片。因此，高效稳定的电子芯片散热技术至关重要。

目前国内外研究的微冷却器有：微热管、微通道热沉、微热电制冷器、微冷冻机及集成式微冷却器等。其中，由于微通道热沉其加工制作技术比较成熟，得到了人们较多的关注并且已被证明是最具有潜力的散热方式之一。铜基微通道散热器虽然具有良好的导热性，但是由于微尺寸加工受限及铜与芯片(一般是硅)的热膨胀系数不匹配导致铜基微通道散热器在芯片散热的应用受限。因此，具有与芯片的良好的热匹配及具有良好导热性的低电导率硅基微通道散热器成为了最佳的散热器。但是微通道换热器存在两个设计上的局限。其一，是由于小尺寸所产生的较大流动阻力；其二，由于冷却介质在入口、出口间温度变化较大，因而导致换热表面温度分布不均。

本发明通过进出口和通道结构的优化设计和布局，满足了可控压降的条件下具有良好的换热效果且满足温度分布的均匀性。其应用于大功率芯片散热的装置，具有良好的热匹配性、散热快、温度均匀等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微型换热器，用于解决高热流密度电子芯片的有效散热、芯片温度分布均匀性及换热器与芯片的热匹配的问题，为芯片的运行提供可靠的温度环境。

本发明设计了一种流体强制对流错位复杂微通道微型换热器，其特征在于，如图1所示，包括依次叠层封装在一起封装片(1)，基板(2)；封装片(1)表面的两边开有与外部管路连接的通孔，分别作为流体入口(3)和流体出口(4)；基板(2)正面的四周为平整的一圈凸起，中间部分为凹槽，基板正面凹槽的中间区域为错位复杂微通道区域(5)，错位复杂微通道区域(5)相对的两边分别与基板正面的凸起连接，错位复杂微通道区域(5)另一相对的两侧边分别为入入口处蓄液槽(6)和出口处蓄液槽(7)，错位复杂微通道区域(5)的错位复杂微通道直接将入口处蓄液槽(6)和出口处蓄液槽(7)连通，即错位复杂微通道区域(5)将基板正面凹槽部分分成并列的入口处蓄液槽(6)、错位复杂微通道区域(5)和出口处蓄液槽(7)。封装片(1)密封盖在基板(2)的正面上，封装片(1)的流体入口(3)位于基板(2)入口处蓄液槽(6)的正上方，封装片(1)的流体出口(4)位于基板(2)出口处蓄液槽(7)的正上方。优选错位复杂微通道区域(5)的顶面与基板正面四周的凸起齐平。通道的高度大于200微米，通道高度大于基板底层的厚度。

本发明提出的错位复杂微通道(5)区域的加工可根据被冷却的器件的尺寸确定。为了更加明确基板(2)的结构，图1(c)、图1(d)、图1(e)分别给出了基板(2)的主视图、A-A剖面图、B-B剖面图。

如图2所示，将换热器的两片组合封装后形成封闭的错位复杂微通道微型换热器(8)。在封闭的换热器内可使流体流动进行循环，流体流经路线为：流体入口(3)、入口蓄液槽(6)、错位复杂微通道区域(5)的错位复杂微通道、出口蓄液槽(7)、流体出口(4)。冷却流体经入口蓄液槽(6)后，将均匀分散到错位复杂结构微通道内，将从错位复杂微通道的底面和微通道表面吸收热量，最后从流体出口(4)流出。

本发明采用如下技术方案：

基于增大换热面积和流体扰动的对流换热理论，在换热器主要部位采用错位复杂结构微通道，错位复杂结构微通道是由含有扇形凹槽的长条微结构或由含有三角凹槽的长条微结构组成的通道。

所述含有扇形凹槽的长条微结构指的是以多个平行的平直长条微结构为基础，任一个平直长条与相邻的平直长条平行相对的两侧面均刻有扇形凹槽，扇形凹槽是凹向平直长条中心轴的，扇形凹槽的高度与平直长条的高度齐平，扇形凹槽任意高度所在的扇面均与平直长条的中心轴平行，扇形凹槽在平直长条的侧面错位均匀分散布置，即在同一侧面是扇形凹槽和未刻蚀的直平面交替分布，同一平直长条两侧面的扇形凹槽是交错分布的，即一侧面的扇形凹槽对应另一侧面的未刻蚀的直平面，从总体看形成波浪形状；任意相邻两个含有扇形凹槽的长条微结构之间形成微通道的相对的两侧面是扇形凹槽相对扇形凹槽、未刻蚀的直平面相对未刻蚀的直平面。