針對航天器通信、激光、雷達(dá)等高功率載荷關(guān)鍵部件面臨的高熱流密度散熱難題,開展分級歧管微通道陣列散熱器研究。通過歧管結(jié)構(gòu)引入射流效應(yīng)并縮短散熱通道長度,在保證高效散熱的同時降低流動阻力。在10 mm×10 mm的硅芯片上使用微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）工藝加工3×3陣列的微通道散熱器,散熱器中微通道寬度為40μm,深度分別為40μm,150μm,300μm。搭建試驗(yàn)裝置并研究散熱器的流動與散熱特性,通過改變?nèi)肟诹髀�、通道深度及工質(zhì)種類獲得不同參數(shù)對歧管微通道散熱器內(nèi)單相流動和散熱性能（即壓降、溫度分布及換熱系數(shù)）的影響,并在壓降小于40 kPa的條件下實(shí)現(xiàn)了超過平均450 W/m²的散熱能力。文章的研究成果可用于航天器高功率載荷的高效散熱。 

【文章來源】：航天器工程. 2020,29(04)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

試驗(yàn)裝置的組裝

加熱器和RTD示意

本文測試芯片所有加工步驟均在直徑為100 mm、厚度為525 μm的雙面拋光硅晶片上進(jìn)行,圖3顯示了散熱芯片的加工過程。首先是微通道結(jié)構(gòu)的加工,見圖3(a)。在硅晶片上生長300 nm厚的二氧化硅犧牲層,作為微通道干法蝕刻期間的犧牲硬掩模。使用包含用于微通道特征圖案的掩模板,對光刻膠(PR)層進(jìn)行曝光和顯影定義出微通道的結(jié)構(gòu)。對被掩蓋的氧化物層進(jìn)行干法蝕刻,并使用深硅刻蝕工藝加工出不同深度的微通道。在進(jìn)行集成電路模擬熱源和RTD的加工時,將加熱鉑電阻和測熱電阻結(jié)構(gòu)通過掩模板和紫外曝光工藝定義在基底上,并使用電子束蒸發(fā)工藝相繼沉積厚度為5 nm的金屬鈦)薄膜和20 nm的金屬鉑薄層,以此完成鉑電阻和測溫電阻的加工,見圖3(b)。重復(fù)相同的工藝過程,見圖3(c),加工熱源和RTD的引線部分(10 nm鈦和400 nm金)。最終,形成的微通道板結(jié)構(gòu)如圖3(d)所示。片上歧管結(jié)構(gòu)的加工使用另一張晶片,工藝過程與微通道結(jié)構(gòu)加工相同,利用掩模板和紫外曝光機(jī)在晶片上定義出歧管形狀結(jié)構(gòu),并通過深硅刻蝕工藝將硅片完全貫穿。最后,通過陽極鍵合工藝和加工好的硅芯片進(jìn)行鍵合封裝,以完成整個芯片的加工過程。微通道結(jié)構(gòu)的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像及尺寸表征,如圖4(a)和圖4(b)所示。圖4 散熱芯片顯微鏡圖像


本文編號：3320646