專利名稱：一種集成電流體動力泵的微型lhp散熱系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于微電子設(shè)備散熱的微型LHP系統(tǒng)，特別是涉及一種用作微電子高熱流密度條件下的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著各種電子器件及設(shè)備高頻、高速以及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和微電子機(jī)械技術(shù)的進(jìn)步，如計(jì)算機(jī)芯片等向高性能、小型化及微型化的趨勢發(fā)展，使得單位容積電子器件的發(fā)熱量和熱流密度快速增加，散熱裝置的布置和設(shè)計(jì)的約束也越來越多，如何在有限的空間實(shí)現(xiàn)高熱流密度的散熱成為空間熱控技術(shù)問題的焦點(diǎn)。以計(jì)算機(jī)CPU為例，其運(yùn)行過程中產(chǎn)生的熱流密度已經(jīng)達(dá)到60-100W/cm2，半導(dǎo)體激光器中甚至達(dá)到103W/cm2數(shù)量級?！绷硪环矫?，電子器件工作的可靠性對溫度十分敏感，器件溫度在70-80°C水平上每增加 10C，可靠性就會下降5 %，較高的溫度水平已日益成為制約電子器件性能的瓶頸。常用的散熱或冷卻方式主要有自然散熱或冷卻、強(qiáng)制散熱或冷卻、液體冷卻、制冷方式、疏導(dǎo)方式、 熱隔離方式等。目前已研究的散熱方式已經(jīng)明顯跟不上電子器件和設(shè)備微小型化的發(fā)展趨勢，特別是當(dāng)前MEMS加工技術(shù)發(fā)展非常迅猛，發(fā)展新的散熱或冷卻方式是勢在必行的。LHP是一種依靠工質(zhì)相變原理工作的散熱器，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于航天熱控領(lǐng)域，在解決電子裝置等高熱流密度散熱問題上也具有廣闊前景。國內(nèi)外對LHP系統(tǒng)的研究主要是基于其在航天領(lǐng)域的應(yīng)用，一般都不考慮重力對系統(tǒng)的影響，而LHP系統(tǒng)應(yīng)用于普通地面電子裝置時(shí)都是受到重力影響的。同時(shí)，無論是何種形式的LHP系統(tǒng)，其啟動與穩(wěn)定運(yùn)行性能都取決于LHP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是否能夠有效保證液態(tài)工質(zhì)的及時(shí)補(bǔ)充和氣態(tài)工質(zhì)的順利排出，即 LHP系統(tǒng)中的工質(zhì)能否定向穩(wěn)定循環(huán)。電流體動力泵(Electrohydrodynamic，EHD)強(qiáng)化傳熱是將電場及其理論引入傳熱學(xué)領(lǐng)域的一種方法，它是在流體中施加一外電場，利用電場、流場和溫度場的相互作用而達(dá)到強(qiáng)化傳熱的目的。在眾多主動強(qiáng)化換熱技術(shù)中，EHD技術(shù)是一種新的且很有前景的散熱技術(shù)。將EHD應(yīng)用于微型LHP的蒸發(fā)器和冷凝器中能夠促進(jìn)和強(qiáng)化換熱的原因在于高壓電場的三個(gè)效益一是對流體的電對流效應(yīng)；二是對汽泡行為的運(yùn)動效應(yīng)；三是對流體的泵送效應(yīng)。通過合理布置高壓電極在蒸發(fā)器和冷凝器中的位置，可以控制工質(zhì)在微型LHP系統(tǒng)中的流動方向，同時(shí)還能對工質(zhì)產(chǎn)生泵送效應(yīng)，使得工質(zhì)不僅在微型LHP中能夠定向穩(wěn)定的循環(huán)，還能在反重力的情況下正常運(yùn)行，從而提高微型LHP的散熱效率。此系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工質(zhì)在微型LHP中定向穩(wěn)定的循環(huán)，又滿足微型化的簡易結(jié)構(gòu)，使得微型電子設(shè)備的具有更大的發(fā)展空間。盡管現(xiàn)階段LHP的結(jié)構(gòu)多種多樣，但是實(shí)現(xiàn)LHP中工質(zhì)的定向穩(wěn)定循環(huán)一直是研究人員面臨的難解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的是，針對當(dāng)前LHP中存在的工質(zhì)不能定向穩(wěn)定循環(huán)，在有限的空間難以實(shí)現(xiàn)高熱流密度的散熱問題，提出了一種集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了工質(zhì)的穩(wěn)定的定向循環(huán)，為解決高熱流密度問題提供了一條有效的解決途徑。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，包含EHD蒸發(fā)器、EHD冷凝器，所述 EHD蒸發(fā)器與EHD冷凝器之間通過蒸汽管道和液體管道連接；所述EHD蒸發(fā)器依次設(shè)有帶液體管道接口的蓋板、毛細(xì)芯、高壓電擊、絕緣隔板， 所述高壓電極、絕緣隔板相互貼合并置于蒸發(fā)器的內(nèi)蒸發(fā)面，所述毛細(xì)芯貼合于蓋板的內(nèi)面，所述毛細(xì)芯采用多孔金屬燒結(jié)板；所述EHD冷凝器依次設(shè)有帶液體管道接口的蓋板、帶孔的絕緣隔板、高壓電極、散熱翅片，所述絕緣隔板和高壓電極相互貼合并設(shè)置在蓋板的內(nèi)面，所述散熱翅片的一端置于冷凝器內(nèi)部，另一端穿過冷凝器置于外部；所述蒸汽管道的一端通過EHD蒸發(fā)器的側(cè)壁與EHD蒸發(fā)器內(nèi)部連通，另一端通過 EHD冷凝器的側(cè)壁與EHD冷凝器的內(nèi)部連通；所述液體管道的一端通過EHD蒸發(fā)器蓋板的接口與EHD蒸發(fā)器內(nèi)部連通，另一端通過EHD冷凝器蓋板的接口與EHD冷凝器內(nèi)部連通。所述EHD蒸發(fā)器和EHD冷凝器內(nèi)的高壓電極可以采用線狀電極、柱狀電極、網(wǎng)狀電極或螺旋狀電極中的任意一種；所述EHD蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)面可以為粗糙表面，所述散熱翅片表面也可以為粗糙表面；所述散熱翅片與EHD冷凝器銜接部位涂敷有硅膠層。本發(fā)明工作機(jī)理和過程如下首先在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)充入適量的液體工質(zhì)(為介電工質(zhì))，接著對該系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，使得液體工質(zhì)處于真空狀態(tài)；其次，將加熱塊通過硅膠與蒸發(fā)器的外表面緊密粘合，使得加熱塊的熱量能夠最大的傳遞給蒸發(fā)器。當(dāng)加熱塊開始工作溫度上升，加熱塊與蒸發(fā)器之間存在溫度梯度，熱量由加熱塊傳導(dǎo)給蒸發(fā)器，蒸發(fā)器內(nèi)部液態(tài)工質(zhì)開始汽化沸騰，LHP 系統(tǒng)啟動。本系統(tǒng)的蒸發(fā)器和冷凝器中都裝有高壓電極作為正極，蒸發(fā)器壁和冷凝器壁作為負(fù)極(接地)，正常運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)器內(nèi)部的液體工質(zhì)受高壓電極產(chǎn)生的電場作用，促進(jìn)液體工質(zhì)朝著電場強(qiáng)度增加的方向流體，即朝著蒸發(fā)面方向運(yùn)動；同時(shí)，毛細(xì)芯對液體工質(zhì)的毛細(xì)泵吸力使得液體工質(zhì)更快地進(jìn)入蒸發(fā)室，加速蒸發(fā)器內(nèi)蒸汽的溢出，強(qiáng)化蒸發(fā)傳熱。蒸汽順著蒸汽管道達(dá)到冷凝器，汽態(tài)工質(zhì)在冷凝器中冷凝成液態(tài)工質(zhì)并放出熱量，同時(shí)液態(tài)工質(zhì)受高壓電極產(chǎn)生的電場作用，朝著液體管道方向流動并通過液體管道回流到蒸發(fā)器內(nèi)部毛細(xì)芯，毛細(xì)芯穩(wěn)定的毛細(xì)壓頭將液態(tài)工質(zhì)源源不斷地補(bǔ)充到蒸發(fā)器受熱面。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱能由加熱塊到冷凝器的不斷轉(zhuǎn)移。與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果在于(1)、本發(fā)明所述的LHP散熱系統(tǒng)在蒸發(fā)器中布置有高壓電極，使得蒸發(fā)器中的液體工質(zhì)朝著電場強(qiáng)度增加的方向流動，即朝著EHD蒸發(fā)器的蒸發(fā)面方向運(yùn)動，不僅使得工質(zhì)在LHP中能夠定向穩(wěn)定循環(huán)，還提高了蒸發(fā)器內(nèi)蒸汽的溢出并強(qiáng)化了蒸發(fā)器中多孔金屬燒結(jié)板的毛細(xì)泵吸力，從而提高了蒸發(fā)器的傳熱效率。(2)、本發(fā)明所述的LHP散熱系統(tǒng)在冷凝器中也布置有高壓電極，對冷凝器中的液體工質(zhì)流入液體管道產(chǎn)生泵送效應(yīng)，使得工質(zhì)朝著液體管道方向運(yùn)動并提高了液體工質(zhì)的回流速度，從而強(qiáng)化了冷凝器的傳熱。(3)、本發(fā)明在蒸發(fā)器中采用了多孔金屬燒結(jié)板作為毛細(xì)芯，提高了毛細(xì)芯的泵吸力，從而提高了 LHP的傳熱功率。(4)、本發(fā)明采用簡便易行技術(shù)的手段，大大提高了傳熱效率，取得了積極有益的技術(shù)效果。


圖1為本發(fā)明集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中EHD蒸發(fā)器裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖1中EHD冷凝器裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4中，(a)為EHD蒸發(fā)器高壓電極結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為EHD冷凝器中的高壓電極結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。實(shí)施例如圖1所示，本發(fā)明集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，包含EHD蒸發(fā)器2、 EHD冷凝器8，所述EHD蒸發(fā)器2與EHD冷凝器8之間通過蒸汽管道7和液體管道13連接； 所述EHD蒸發(fā)器2依次設(shè)有帶液體管道接口的蓋板6、毛細(xì)芯5、高壓電極4、絕緣隔板3，所述高壓電極4、絕緣隔板3相互貼合并置于蒸發(fā)器2內(nèi)的蒸發(fā)面14(見圖2)，所述毛細(xì)芯5 貼合于蓋板6的內(nèi)面；所述毛細(xì)芯5可采用多孔金屬燒結(jié)板；所述蓋板6與EHD蒸發(fā)器2密封配合；所述EHD冷凝器8依次設(shè)有帶液體管道13接口的蓋板12、帶孔的絕緣隔板11、高壓電極10、散熱翅片9，所述絕緣隔板11和高壓電極10相互貼合并設(shè)置在蓋板12的內(nèi)面，所述散熱翅片9的一端置于冷凝器8內(nèi)部，另一端穿過冷凝器8置于外部。所述蓋板12與 EHD冷凝器8密封配合；散熱翅片9與EHD冷凝器8銜接部位涂敷有硅膠層。如圖1、2所示。具體說，絕緣隔板3用于將高壓電極4與蒸發(fā)面14隔開，高壓電極4可以強(qiáng)化EHD蒸發(fā)器的蒸發(fā)傳熱，并且對液體工質(zhì)有泵送效應(yīng)，可以加速液體工質(zhì)向蒸發(fā)面14運(yùn)動，提高蒸汽的溢出速度，毛細(xì)芯5可以提高液體工質(zhì)的回流速度；EHD冷凝器8 中布置的表面粗糙化的散熱翅片9和高壓電極10，其高壓電極10與EHD冷凝器8內(nèi)(冷凝室)之間用絕緣隔板11隔開，散熱翅片9可以強(qiáng)化蒸汽的冷凝速度，高壓電極對液體工質(zhì)具有泵送效應(yīng)，可以提高液體工質(zhì)的回流速度，提高該散熱系統(tǒng)的散熱效率。如圖1所示，所述蒸汽管道7的一端通過EHD蒸發(fā)器2的側(cè)壁與EHD蒸發(fā)器2內(nèi)部連通，另一端通過EHD冷凝器8的側(cè)壁與EHD冷凝器8的內(nèi)部連通；所述液體管道13的一端通過EHD蒸發(fā)器2蓋板6的接口與EHD蒸發(fā)器2內(nèi)部連通，另一端通過EHD冷凝器8 蓋板12的接口與EHD冷凝器8內(nèi)部連通。所述EHD蒸發(fā)器2內(nèi)的蒸發(fā)面14為粗糙表面，可采用化學(xué)腐蝕或激光加工；所述散熱翅片9表面為粗糙表面；所述EHD蒸發(fā)器2的外表面設(shè)置有加熱塊。
如圖2所示，具體說，外界熱量通過蒸發(fā)器2內(nèi)的蒸發(fā)面14傳到蒸發(fā)器2內(nèi)部。絕緣隔板3豎直平行地附在蒸發(fā)面14上，用于高壓電極4與蒸發(fā)室的絕緣。在絕緣隔板3上布置高壓電極4的正極，負(fù)極為蒸發(fā)器2壁(接地)。高壓電極4與高壓電源相連，使液體工質(zhì)中產(chǎn)生電場作用，對液體工質(zhì)產(chǎn)生泵送效應(yīng)，加速了蒸發(fā)器2內(nèi)蒸汽的溢出并增加了毛細(xì)芯5的泵吸力，強(qiáng)化了蒸發(fā)器2的傳熱。在蒸發(fā)器2蓋板6內(nèi)壁面上布置有多孔金屬燒結(jié)板作為毛細(xì)芯5，毛細(xì)芯5通過蓋板6壓緊于蒸發(fā)器2內(nèi)。如圖3所示，具體說，蒸發(fā)器2中的液體工質(zhì)受熱汽化并通過蒸汽管道7進(jìn)入冷凝器8內(nèi)，冷凝器8內(nèi)部散熱翅片9與外部的散熱翅片9結(jié)合在一起，加速工質(zhì)蒸汽的冷凝。 冷凝器8外部的散熱翅片9采用風(fēng)扇通過強(qiáng)制對流的冷卻方式加速蒸汽的凝結(jié)。絕緣隔板 11豎直平行地附在冷凝器8蓋板12的內(nèi)壁面上，在絕緣隔板11上布置有高壓電極10的正極，負(fù)極為冷凝器8壁(接地)。高壓電極10與高壓電源相連，使液體工質(zhì)中產(chǎn)生電場作用，對工質(zhì)產(chǎn)生泵送效應(yīng)，提高液體工質(zhì)的回流速度，強(qiáng)化了冷凝器8的傳熱效率。圖4(a)、(b)分別為蒸發(fā)器2中的高壓電極4和冷凝器8中的高壓電極10的結(jié)構(gòu)示意圖，本發(fā)明選用的是線狀電極。然而，其結(jié)構(gòu)和形式的選擇可以有很多種，如柱狀電極、 桿狀電極、螺旋狀電極等。本發(fā)明的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)的工作機(jī)理和過程如下首先在整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)充入適量的液體工質(zhì)(為介電工質(zhì))，接著對該系統(tǒng)進(jìn)行抽真空，使得液體工質(zhì)處于真空狀態(tài)；加熱塊1通過硅膠與蒸發(fā)器2的外表面緊密粘合，使得加熱塊1的熱量能夠最大的傳遞給蒸發(fā)器2。當(dāng)加熱塊1開始工作溫度上升，加熱塊1與蒸發(fā)器2之間存在溫度梯度，熱量由加熱塊1傳導(dǎo)給蒸發(fā)器2，蒸發(fā)器2內(nèi)部液態(tài)工質(zhì)開始汽化沸騰，LHP系統(tǒng)啟動。本系統(tǒng)的蒸發(fā)器2和冷凝器8中都裝有高壓電極4、10作為正極，蒸發(fā)器2壁和冷凝器8壁作為負(fù)極(接地)，正常運(yùn)行時(shí)蒸發(fā)器2內(nèi)部的液體工質(zhì)受高壓電極4產(chǎn)生的電場作用，促進(jìn)液體工質(zhì)朝著電場強(qiáng)度增加的方向流體，即朝著蒸發(fā)面14方向運(yùn)動；同時(shí)，毛細(xì)芯5對液體工質(zhì)的毛細(xì)泵吸力使得液體工質(zhì)更快地進(jìn)入蒸發(fā)器2內(nèi)部，加速蒸發(fā)器2內(nèi)蒸汽的溢出，強(qiáng)化蒸發(fā)傳熱。蒸汽順著蒸汽管道7通過帶孔的絕緣隔板11達(dá)到冷凝器8內(nèi)，汽態(tài)工質(zhì)在冷凝器8內(nèi)冷凝成液態(tài)工質(zhì)并放出熱量，同時(shí)液態(tài)工質(zhì)受高壓電極產(chǎn)生的電場作用，朝著液體管道13方向流動并通過液體管道13回流到蒸發(fā)器2內(nèi)部毛細(xì)芯5，毛細(xì)芯5穩(wěn)定的毛細(xì)壓頭將液態(tài)工質(zhì)源源不斷地補(bǔ)充到蒸發(fā)器2蒸發(fā)面14。如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)熱能由加熱塊1到冷凝器8的不斷轉(zhuǎn)移。如上所述便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，包含EHD蒸發(fā)器、EHD冷凝器，所述EHD 蒸發(fā)器與EHD冷凝器之間通過蒸汽管道和液體管道連接，其特征在于所述EHD蒸發(fā)器依次設(shè)有帶液體管道接口的蓋板、毛細(xì)芯、高壓電極、絕緣隔板，所述高壓電極、絕緣隔板相互貼合并置于蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)面，所述毛細(xì)芯貼合于蓋板的內(nèi)面；所述EHD冷凝器依次設(shè)有帶液體管道接口的蓋板、帶孔的絕緣隔板、高壓電極、散熱翅片，所述絕緣隔板和高壓電極相互貼合并設(shè)置在蓋板的內(nèi)面，所述散熱翅片的一端置于冷凝器內(nèi)部，另一端穿過冷凝器置于外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，其特征在于所述蒸汽管道的一端通過EHD蒸發(fā)器的側(cè)壁與EHD蒸發(fā)器內(nèi)部連通，另一端通過EHD冷凝器的側(cè)壁與EHD冷凝器的內(nèi)部連通；所述液體管道的一端通過EHD蒸發(fā)器蓋板的接口與EHD蒸發(fā)器內(nèi)部連通，另一端通過 EHD冷凝器蓋板的接口與EHD冷凝器內(nèi)部連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，其特征在于 所述EHD蒸發(fā)器和EHD冷凝器內(nèi)的高壓電極采用線狀電極、柱狀電極、網(wǎng)狀電極或螺旋狀電極中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，其特征在于所述毛細(xì)芯采用多孔金屬燒結(jié)板。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，其特征在于所述 EHD蒸發(fā)器內(nèi)的蒸發(fā)面為粗糙表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，其特征在于散熱翅片與EHD冷凝器銜接部位涂敷有硅膠層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，其特征在于所述散熱翅片表面為粗糙表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，其特征在于所述 EHD蒸發(fā)器的外表面設(shè)置有加熱塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，其特征在于所述絕緣隔板為N型硅片。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，其特征在于所述散熱翅片為柱狀、片狀或者針狀中的任意一種形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成電流體動力泵的微型LHP散熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括有EHD蒸發(fā)器、EHD冷凝器、蒸汽管道、液體管道等。EHD蒸發(fā)器中布置有用絕緣隔板隔開并與蒸發(fā)面平行的高壓電極和多孔金屬燒結(jié)板，高壓電極用來強(qiáng)化蒸發(fā)器的蒸發(fā)傳熱，多孔金屬燒結(jié)板可以提高液體工質(zhì)的回流速度，該蒸發(fā)器具有尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、無需機(jī)械動力等優(yōu)點(diǎn)；EHD冷凝器中布置有表面粗糙化的加工柱和高壓電極，加工柱能夠加快強(qiáng)化蒸汽的冷凝速度，高壓電極將提高冷凝器中液體工質(zhì)的泵送效率，從而極大地提高了微型環(huán)路熱管的冷凝換熱效率。采用該散熱系統(tǒng)可以對高熱流密度的電子元器件進(jìn)行即時(shí)且充分的冷卻，從而滿足高性能微型電子元器件的散熱要求。
文檔編號H01L23/36GK102157470SQ201110054698
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者萬珍平, 徐燕小 申請人:華南理工大學(xué)