分级歧管微通道阵列散热器流动与散热特性研究

发布时间：2021-08-04 00:43

　　针对航天器通信、激光、雷达等高功率载荷关键部件面临的高热流密度散热难题,开展分级歧管微通道阵列散热器研究。通过歧管结构引入射流效应并缩短散热通道长度,在保证高效散热的同时降低流动阻力。在10 mm×10 mm的硅芯片上使用微机电系统（MEMS）工艺加工3×3阵列的微通道散热器,散热器中微通道宽度为40μm,深度分别为40μm,150μm,300μm。搭建试验装置并研究散热器的流动与散热特性,通过改变入口流率、通道深度及工质种类获得不同参数对歧管微通道散热器内单相流动和散热性能（即压降、温度分布及换热系数）的影响,并在压降小于40 kPa的条件下实现了超过平均450 W/m²的散热能力。文章的研究成果可用于航天器高功率载荷的高效散热。 

【文章来源】：航天器工程. 2020,29(04)北大核心CSCD

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

试验装置的组装

加热器和RTD示意

本文测试芯片所有加工步骤均在直径为100 mm、厚度为525 μm的双面抛光硅晶片上进行,图3显示了散热芯片的加工过程。首先是微通道结构的加工,见图3(a)。在硅晶片上生长300 nm厚的二氧化硅牺牲层,作为微通道干法蚀刻期间的牺牲硬掩模。使用包含用于微通道特征图案的掩模板,对光刻胶(PR)层进行曝光和显影定义出微通道的结构。对被掩盖的氧化物层进行干法蚀刻,并使用深硅刻蚀工艺加工出不同深度的微通道。在进行集成电路模拟热源和RTD的加工时,将加热铂电阻和测热电阻结构通过掩模板和紫外曝光工艺定义在基底上,并使用电子束蒸发工艺相继沉积厚度为5 nm的金属钛)薄膜和20 nm的金属铂薄层,以此完成铂电阻和测温电阻的加工,见图3(b)。重复相同的工艺过程,见图3(c),加工热源和RTD的引线部分(10 nm钛和400 nm金)。最终,形成的微通道板结构如图3(d)所示。片上歧管结构的加工使用另一张晶片,工艺过程与微通道结构加工相同,利用掩模板和紫外曝光机在晶片上定义出歧管形状结构,并通过深硅刻蚀工艺将硅片完全贯穿。最后,通过阳极键合工艺和加工好的硅芯片进行键合封装,以完成整个芯片的加工过程。微通道结构的扫描电子显微镜(SEM)图像及尺寸表征,如图4(a)和图4(b)所示。图4 散热芯片显微镜图像


本文编号：3320646