本發(fā)明屬于微電子芯片散熱技術領域，特別涉及到一種具有交錯鋸齒型肋壁的微通道蒸發(fā)器。

背景技術：

隨著微電子器件小型化和高集成度的發(fā)展，單位面積集成的電子元件個數(shù)不斷增加，造成電子設備單位面積的熱流密度大幅提升，而設備的性能和壽命與散熱能力密切相關，傳統(tǒng)的散熱系統(tǒng)諸如肋片和風扇已經(jīng)無法滿足設備的散熱需求。微通道具有換熱系數(shù)高、結構緊湊以及溫度均勻性好的優(yōu)點，相變過程中由于流體從液態(tài)轉變?yōu)闅鈶B(tài)時吸收大量的汽化潛熱，可以實現(xiàn)有效散熱，因而，基于微通道流動沸騰的相變冷卻技術在電子設備散熱領域有著巨大的應用前景，但相變傳熱系統(tǒng)中存在沸騰起始點溫度過高導致器件過溫燒毀，流動不穩(wěn)定性導致器件熱疲勞損壞等問題，本發(fā)明有效解決降低相變傳熱系統(tǒng)中沸騰起始點溫度，提高傳熱系數(shù)以及抑制傳熱不穩(wěn)定性等問題，具有廣闊的應用前景。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提出一種具有交錯鋸齒型肋壁的微通道蒸發(fā)器，其特征在于，由上層蓋板1、硅微通道板2及加熱膜3組成；其中上層蓋板1和硅微通道板2貼合，加熱膜3位于硅微通道板2的背面；所述硅微通道板2由進液口21、微通道22，鋸齒型肋壁23、匯聚聯(lián)箱24及出液口25組成；其中進液口21和出液口25開在硅基板2的兩端，微通道22兩側的鋸齒型肋壁23鋸齒的齒尖231與齒根232相對應，匯聚聯(lián)箱24位于彼此相鄰的兩段微通道區(qū)域之間，并且匯聚聯(lián)箱24兩側的微通道交錯布置。

所述上層蓋板1和硅微通道板2采用微電子機械工藝mems鍵合，加熱膜3采用濺射工藝加工于硅微通道板2的背面。

所述加熱膜3為模擬熱源，其位置正對于所述硅微通道板2正面的微通道22，加熱膜3所用的材質通常為鉑或鋁，當通電時利用電阻發(fā)熱來模擬熱源。

所述鋸齒結構形成的凹穴尺寸與汽泡核化過熱度關系應滿足：

其中δt為工質的過熱度，ts為工質的飽和溫度，σ為表面張力，rm為鋸齒的齒尖間距，ρv為氣態(tài)工質的密度，hfg為汽化潛熱。與光滑的直通道相比，鋸齒形結構增大了凹穴尺寸，顯著降低了沸騰起始所需的過熱度。

所述鋸齒型肋壁23的鋸齒型微結構對工質產生毛細吸液作用，使得微通道22內液相傾向于吸附在鋸齒型微結構表面，氣相分布于微通道中心，從而形成氣液分相流動的環(huán)狀流，在通道內形成了薄液膜蒸發(fā)高效傳熱模式，與泡狀流等其他形式的傳熱流型相比，薄液膜蒸發(fā)模式減少了氣液可壓縮界面的數(shù)量，抑制了沸騰換熱不穩(wěn)定性，從而獲得較為穩(wěn)定的相變傳熱。所述匯聚聯(lián)箱24將上游微通道形成的氣液兩相流重新混合后分配到下游微通道，氣液重新分布延緩了下游微通道局部蒸干的發(fā)生，改善了溫度均勻性，提高了臨界熱流密度。

本發(fā)明的有益效果是所述具有交錯鋸齒型肋壁的微通道蒸發(fā)器，一方面，微通道肋壁上的鋸齒根部形成了許多核化凹穴，在換熱過程中有利于氣泡的生成，降低了沸騰起始點的壁面過熱度，另一方面，微通道肋壁上的鋸齒結構對工質存在毛細吸液作用，使得通道內易于形成氣液分相流動的環(huán)狀流薄液膜蒸發(fā)高效穩(wěn)定傳熱模式，與泡狀流等其他形式的傳熱流型相比，薄液膜蒸發(fā)模式減少了氣液可壓縮界面的數(shù)量，抑制了沸騰換熱不穩(wěn)定性，從而獲得較為穩(wěn)定的相變傳熱。在匯聚聯(lián)箱內氣液混合后進入下游微通道，氣液重新分布延緩了通道中心的蒸干，使得該蒸發(fā)器具有更加均勻的溫度分布，改善了沿程溫度均勻性，提高的臨界熱流密度。本發(fā)明在降低沸騰起始點溫度，提高傳熱能力，改善溫度均勻性及提高臨界熱流密度方面有益效果顯著，在微電子芯片散熱技術領域具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為具有交錯鋸齒型肋壁的微通道蒸發(fā)器的整體示意圖。

圖2為所述硅微通道板的結構示意圖，其中a為二維俯視圖，b為局部放大圖。

圖3為微通道上游鋸齒結構中發(fā)生氣泡核化的示意圖。

附圖標記說明：1、上層蓋板，2、硅微通道板，3、加熱膜，21、進液口，22、微通道，23、鋸齒型肋壁，24、匯聚聯(lián)箱，25、出液口，231、齒尖，232、齒根。

具體實施方式：

本發(fā)明提供一種具有交錯鋸齒型肋壁的微通道蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器在硅基板的兩側壁面以及微通道兩側的肋壁上加工出鋸齒形結構，并且，鋸齒型肋壁交錯排列。下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明的內容做進一步詳細說明。

圖1所示為具有交錯鋸齒型肋壁的微通道蒸發(fā)器的總裝圖，由上層蓋板1、硅微通道板2及加熱膜3組成。其中上層蓋板1和硅微通道板2采用微電子機械工藝mems鍵合，加熱膜3采用濺射工藝加工于硅微通道板2的背面。

圖2所示為所述硅微通道板的結構示意圖，其中a為二維俯視圖，b為局部放大圖。在硅微通道板2上加工有進液口21、微通道22、鋸齒型肋壁23、匯聚聯(lián)箱24、出液口25、齒尖231和齒根232。其中進液口21和出液口25開在硅基板2的兩端，微通道22兩側的鋸齒型肋壁23上的鋸齒的齒尖231與齒根232相對應，匯聚聯(lián)箱24位于彼此相鄰的兩端微通道區(qū)域之間，并且匯聚聯(lián)箱24兩側的微通道交錯布置。

所述加熱膜3為模擬熱源，其位置正對于所述硅微通道板2正面的微通道22，加熱膜3所用的材質通常為鉑或鋁，當通電時利用電阻發(fā)熱來模擬熱源。

圖3所示為微通道上游鋸齒結構中發(fā)生氣泡核化的示意圖。鋸齒結構形成的凹穴尺寸與汽泡核化過熱度關系應滿足：

其中δt為工質的過熱度，ts為工質的飽和溫度，σ為表面張力，rm為鋸齒的齒尖間距，ρv為氣態(tài)工質的密度，hfg為汽化潛熱。微通道肋壁上的鋸齒根部形成了許多核化凹穴，增大了凹穴尺寸,在換熱過程中有利于氣泡的生成，與光滑的直通道相比,顯著降低了沸騰起始點的壁面過熱度，另一方面，微通道肋壁上的鋸齒結形成的凹穴對工質具有毛細吸液作用,使得通道內易于形成氣液分相流動的環(huán)狀流高效穩(wěn)定傳熱模式，在強化傳熱的同時，液膜厚度逐漸減小，延緩了微通道壁面上發(fā)生局部蒸干，達到臨界熱流密度；最終發(fā)生局部蒸干,從而增大了臨界熱流密度；在匯聚聯(lián)箱內氣液混合后進入下游微通道，氣液重新分布延緩了通道中心的蒸干，使得該蒸發(fā)器溫度分布更加均勻，從而具有較低的沸騰起始過熱度，高效穩(wěn)定的傳熱能力及較高的臨界熱流密度。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了屬于微電子芯片散熱技術領域的一種具有交錯鋸齒型肋壁的微通道蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器由上層蓋板、加工有交錯鋸齒型微通道的硅基板以及加熱膜組成，硅基板上的交錯鋸齒型微通道之間布置有匯聚聯(lián)箱。加熱膜作為模擬熱源加熱微通道，當液相工質由進液口流入，流經(jīng)交錯鋸齒型微通道時，在微通道內吸熱發(fā)生氣液相變，從而冷卻硅基板；微通道肋壁上的鋸齒根部形成了許多核化凹穴，鋸齒結構對工質存在毛細吸液作用，使得通道內易于形成氣液分相流動的環(huán)狀流高效穩(wěn)定傳熱模式，本發(fā)明具有較低的沸騰起始過熱度，高效穩(wěn)定的傳熱能力及較高的臨界熱流密度，在微電子芯片散熱技術領域具有廣闊的應用前景。

技術研發(fā)人員：張偉;趙亞東;鄔智宇;孫遠志;徐進良
受保護的技術使用者：華北電力大學
技術研發(fā)日：2017.05.23
技術公布日：2017.10.10