超聲波強(qiáng)化微槽道換熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于微電子散熱的微槽道換熱器，尤其涉及一種利用超聲波空化機(jī)理強(qiáng)化微槽道換熱及防垢、除垢的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]微電子領(lǐng)域是最早提出微尺度流動(dòng)和傳熱問(wèn)題的工程領(lǐng)域，隨著電子計(jì)算機(jī)容量和速度的快速發(fā)展以及導(dǎo)彈、衛(wèi)星和軍用雷達(dá)對(duì)高性能模塊和大功率器件的要求，一方面器件的特征尺寸愈小愈好，已從微米量級(jí)向亞微米發(fā)展，另一方面器件的集成度自1959年以來(lái)每年以40%?50%高速度遞增。隨著集成度的提高，元件熱流密度的增加速度將更為驚人，由此帶來(lái)的過(guò)高溫度會(huì)降低芯片的工作穩(wěn)定性，增加出錯(cuò)率，同時(shí)模塊內(nèi)部與其外部環(huán)境間所形成的熱應(yīng)力會(huì)直接影響到芯片的電性能、工作頻率、機(jī)械強(qiáng)度及可靠性，因此對(duì)微元件的高效散熱要求就越來(lái)越高。如果微元件散熱處理不好，元件溫度就會(huì)上升，直接影響元件的性能，從而影響微電子器件的整體性能，所以研究微元件高效換熱技術(shù)已具有非常重要的意義。
[0003]目前強(qiáng)化換熱設(shè)備的傳熱手段主要有兩種:(I)提高換熱系數(shù)，例如改變換熱器表面的性質(zhì)或者改變表面結(jié)構(gòu)使之傳熱系數(shù)得到提高；(2)減小傳熱熱阻，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱，例如定時(shí)清洗熱換器的污垢，采用不易結(jié)垢的材質(zhì)制作換熱器等，熱阻減少，換熱效果得到提高。
[0004]中國(guó)專利《超聲波防垢、除垢的強(qiáng)化換熱殼管式換熱器》(申請(qǐng)?zhí)?CN201220480982.5)，公開(kāi)了一種高效殼管式換熱設(shè)備，該設(shè)備的顯著特點(diǎn)為利用超聲波的空化機(jī)理，清理沉降在換熱器中的污垢，減小了傳熱熱阻，提高換熱效果;但是該管殼式換熱器體積較大，不能應(yīng)用于微電子散熱領(lǐng)域，而且該技術(shù)中需要定期排污。
[0005]中國(guó)專利《微槽道與水冷聯(lián)合的冷卻系統(tǒng)》(申請(qǐng)?zhí)?201420752289.8)，該冷卻系統(tǒng)利用了百微米量級(jí)尺寸的微槽道所具有的高強(qiáng)度取熱能力，能夠?qū)⒌镀?wù)器中CPU芯片等微元件所產(chǎn)生的熱量高效取出，該方法中微槽道所具有的高強(qiáng)度取熱能力能夠達(dá)到lOOW/cm2的量級(jí)，遠(yuǎn)高于目前CPU芯片的發(fā)熱熱流密度，傳熱效果較好；中國(guó)專利(申請(qǐng)?zhí)?2015100791197)主要是對(duì)針肋的形狀做了改變，強(qiáng)化通道內(nèi)流體的流動(dòng)。但是，以上關(guān)于微槽道的專利在一定程度上通過(guò)對(duì)常規(guī)微通道換熱器做了改進(jìn)來(lái)提高傳熱效果，但流體在微通道中產(chǎn)生的流動(dòng)阻力較大，僅僅依靠改變針肋的布置和形狀還是不能徹底解決的；同時(shí)對(duì)冷卻流體的要求較高，且會(huì)產(chǎn)生污垢，增加熱阻，惡化傳熱效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供了一種超聲波強(qiáng)化微槽道換熱器，超聲波在液體中傳播時(shí)，產(chǎn)生的“空化效應(yīng)”加劇了液體的振蕩，強(qiáng)化微槽道內(nèi)流體的擾動(dòng)，也減小粘性阻力，進(jìn)一步強(qiáng)化微槽道的換熱；同時(shí)，超聲波能量可使被處理液體中產(chǎn)生大量的空穴和氣泡，當(dāng)這些空穴和氣泡迅速煙滅時(shí)，便在特定范圍內(nèi)形成強(qiáng)大的壓力峰，使成垢物質(zhì)迅速被粉碎成細(xì)小的垢粒而懸浮于液體中，并且導(dǎo)致已形成的垢物被破碎和脫落，減小傳熱熱阻，提高微槽道的換熱性能。
[0007 ]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]超聲波強(qiáng)化微槽道換熱器，包括散熱殼體、水冷系統(tǒng)、微針肋、超聲波發(fā)生器和超聲波換能器;所述水冷系統(tǒng)包括冷卻水道、入水口和出水口，冷卻水道設(shè)置在散熱殼體的內(nèi)部，入水口和出水口分別設(shè)置在散熱殼體上，入水口和出水口分別與冷卻水道相通組成所述水冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)的冷卻工質(zhì)為去離子水或乙醇;所述散熱殼體包括槽道主體和上封蓋，上封蓋與槽道主體連接密封，槽道主體設(shè)為中空結(jié)構(gòu)，在槽道主體的內(nèi)部設(shè)有所述微針肋和冷卻水道，微針肋沿槽道主體的軸線方向分布設(shè)置，微針肋的排列方式為叉排，微針肋之間以及微針肋與槽道主體的內(nèi)壁之間的空間形成所述冷卻水道;微針肋的直徑設(shè)為0.1?1_;所述超聲波發(fā)生器和超聲波換能器通過(guò)導(dǎo)線相連，超聲波換能器設(shè)有多個(gè)超聲波換能器振子，超聲波換能器振子分布設(shè)置在槽道主體的兩側(cè)，超聲波發(fā)生器的工作功率為O?
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[0009]進(jìn)一步地，所述微針肋的形狀為圓柱體、長(zhǎng)方體或多邊體;微針肋的高度與槽道主體的高度相同，為0.5?Imm;微針肋的橫向間距比與縱向間距比均為0.5?2。
[0010]進(jìn)一步地，所述冷卻水道的數(shù)目取決于槽道主體中設(shè)置的微針肋的數(shù)目；冷卻水道的橫截面為長(zhǎng)方形。
[0011]進(jìn)一步地，所述槽道主體的材料為紫銅。
[0012]本發(fā)明通過(guò)超聲波發(fā)生器發(fā)出高頻信號(hào)，使超聲波換能器產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，對(duì)微槽道內(nèi)的冷卻水產(chǎn)生超聲波空化效應(yīng)，使冷卻水變?yōu)槌牧鳡顟B(tài)，強(qiáng)化冷卻。同時(shí)，通過(guò)超聲波發(fā)生器發(fā)出的高頻信號(hào)，使微槽道中的冷卻水產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，不僅使得微槽道中的水流速度減緩，降低了了水流的粘性系數(shù);而且還可以隨時(shí)清理掉沉降在微槽道內(nèi)的污垢，減小傳熱熱阻，提高微槽道的換熱性能;其具體優(yōu)點(diǎn)如下:
[0013](I)本發(fā)明通過(guò)超聲波換能器與超聲波發(fā)生器可實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)微槽道換熱器中流體的擾動(dòng)，提高對(duì)流換熱系數(shù)，提高散熱效率，本發(fā)明的換熱性能得到改善；
[0014](2)本發(fā)明換熱器內(nèi)的流體在超聲波的作用下流速降低，延長(zhǎng)了換熱時(shí)間，加強(qiáng)換熱，同時(shí)也降低液體的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)，在一定程度上降低了液體的流動(dòng)阻力，從而提高了微槽道換熱器的通流能力、增強(qiáng)運(yùn)行可靠性，延長(zhǎng)使用壽命；
[0015](3)本發(fā)明中微針肋呈叉排布置，叉排布置的流體擾動(dòng)效果比順排布置好，擾動(dòng)增加，換熱效果就會(huì)得到提高；
[0016](4)本發(fā)明中流體冷卻工質(zhì)選用水的標(biāo)準(zhǔn)無(wú)需要那么嚴(yán)格，由于超聲波的作用，可以減少甚至清楚槽道內(nèi)污垢的形成，從而減少熱阻的生成，增強(qiáng)換熱效果；
[0017](5)本發(fā)明的超聲波微槽道換熱器還可實(shí)現(xiàn)在線防除垢，超聲波除垢對(duì)換熱器的夾角、邊緣角落等位置也可實(shí)現(xiàn)除垢，可以全面的清洗該微槽道換熱器，在超聲波的聲場(chǎng)中使得污垢與冷卻流體充分混合并隨著流體一同流出槽道，不要定期排污;且抑垢率最高可達(dá)85%以上，傳熱熱阻減小，相同情況下，傳熱效果就會(huì)提高；
[0018](6)本發(fā)明的超聲波微槽道換熱器的散熱率與微針肋的形狀、大小、高度、數(shù)量以及超聲波功率的大小有著很大的關(guān)系；同時(shí)，超聲波的功率不是越大越好，在100W以內(nèi)效果較好；
[0019](7)相比于管殼式換熱器，本發(fā)明的槽道換熱器體積較小，能應(yīng)用于微電子散熱領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明超聲波微槽道換熱器的俯視圖；
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