具有增大的热交换系数的热交换装置和用于生产该装置的方法

专利名称：具有增大的热交换系数的热交换装置和用于生产该装置的方法
具有增大的热交换系数的热交换装置和用于生产该装置的
方法技术领域和
背景技术：
本发明涉及生产提供增大的热交换系数的表面的方法。这些表面可用于热交换器中。电子元件，尤其是功率元件的微型化，提出了装置的集成的问题以散发由这些元件发出的热量。在微电子器件和功率电子器件领域中，必须散发的热流继续增加，并需要越来越大地减少热阻。要散发的热流的平均值通常大约为150-200W/cm2，但也可达到1000W/ cm2。在这些热流密度的水平下，已知为“无源”方法的冷却方法，诸如具有鳍的散热器或单相液体系统，快速到达其能够提取(extract)的最大功率。因此已经设计出其他的解决方案，诸如液体/蒸汽双相传热器。使用这些传热器的技术为热管、温差环流装置、毛细回路或双相泵回路。要冷却的元件位于冷却装置的冷区，冷却装置即蒸发器。热管使得散热器的热导率能够增加，热管允许将从指定区域提取的热功率传递到更容易进入或具有更好的散热交换的次级区域。热管为封闭系统，其中设置有与蒸汽平衡的液体流体。热管包括在电子元件的侧边上形成蒸发器的区域，在该区域中吸收了将通过形成蒸汽而散发的热。在蒸汽器中形成的蒸汽移动通过热管的芯部，远到冷凝区域，在该区域中通过蒸汽的液化来释放所吸收的热量，并由此散发该热量。在毛细力的作用下，冷凝物返回蒸发区域。可将热管加入电子元件或集成在元件中；在微电子芯片的情况下，这包括将通道网络直接安装在硅基底上，因此减小热阻。另一解决方案是使用马达系统、冷凝器和蒸发器的双相泵回路的系统。因此，所有这些解决方案使用与元件相接触的热交换表面，该表面或者被加入要冷却的元件上，或者形成在要冷却的元件的基底中，其中，该表面旨在提取元件内产生的热量。如上所述，由液体的蒸发通过相位变化进行该提取。优选地通过小温差进行所期望的冷却。然后，存在用于增加所传递的热流密度的两种可能性或者增大热交换区域，或者增大热交换系数。由于与不断寻求微型化和生产成本有关的阻碍问题，越来越注重增大热交换系数。通过促进蒸汽泡的成核和出现大量蒸汽泡造成散热来增大热交换系数。优选地通过表面的轻微过热探求成核，以避免损坏要冷却的元件。通过具有低润湿性的表面有利于蒸汽泡的形成。相反，通过具有良好润湿性的表面来有利于蒸汽泡的分离。因此在相同的表面寻求协调良好润湿性和低润湿性的性能。有利的解决方案是通过在位于表面与液体之间的腔内捕获气体来产生成成核位置(nucleation site)。这些气体单元有助于出现蒸汽核，该蒸汽核随着增长转化成蒸汽泡。文献"Designing Superoleophobic Surfaces，，，Anish Tuteja 等，Science318，2/8页
1618，2007，第1619到1622页，描述了在表面内形成腔，称为凹腔，这些腔互相连接。文献 Nucleate Pool Boiling on Structured Enhanced Tubes having Pores with Connecting Gaps，，，Nae-Hyun Kim, Kuk-Kwang Cjoi, Int. J. Heat and Mass Transfer, Second Edition, Taylor&Francis, 2005 也描述了互相连接的凹腔。由于腔互相连接，存在腔要装满水的重大风险。在这种情况下，腔被淹没，阻碍了蒸汽核的出现。因此，本发明的一个目标是提供热交换系数提高的热交换表面。本发明的另一目的是提供制造这种热交换表面的方法。

发明内容
通过这样的热交换装置实现前述的目标，该热交换装置包括旨在与待散热的热源相接触的第一表面和旨在与液体相接触的第二表面，其中所述装置包括在第一表面与第二表面之间完全(all the way)穿过该装置的彼此分离的多个腔，这些腔通过至少一个导管通向第二表面中。每个导管的尺寸在纵向和横向尺寸方面形成为使得每个导管形成对液体的屏障，弯月面设置在导管内；因此防止液体渗入腔内。此外，与液体接触的表面具有亲水性，并且导管和腔的内表面的亲水性特性比与液体接触的表面的亲水性特性差。因此，腔不被淹没并且被捕入腔内的气体允许形成蒸汽核。此外，形成隔离的腔， 即在腔之间所存在的比气体更好地传导热的固体物质防止了出现连续蒸汽层，该连续蒸汽层将用作热屏障，从而使得该结构被加热。换言之，该热交换表面为分层的，其包括靠近热源的第一层，第一层具有腔，所述腔中捕入有蒸汽；以及与冷却液体接触的第二层，第二层由将腔连接到外部的导管穿过； 蒸汽核出现、生长并离开腔，以在表面处形成蒸汽泡，由于亲水表面，该蒸汽泡依次生长并从该表面分离。导管可具有锥形几何形状，其中其较小的直径与腔相交，或者导管可具有管式几何形状，直径小于腔的直径，以形成限制。因此，本发明的主要主题是热交换装置，包括旨在与待散热的热源相接触的第一表面和旨在与冷却液体相接触的第二表面，其中所述装置包括在第一表面和第二表面之间穿过其厚度的具有平均半径的多个腔，其中-所述腔在流体方面通过壁而彼此隔离，其中每个腔通过至少一个导管而通向在第二表面内，其中每个导管的长度大于导管的平均半径，其中在与腔连接的区域内，导管的横向尺寸被选择为使得该导管在腔和导管之间形成限制，并且其中第二表面通过有导管所形成的孔，并且其中，-所述第二表面相对于冷却液体具有良好的润湿性性能，使得液体的接触角小于 90度，并且液体与导管和腔的内表面之间的接触角大于或等于液体与第二表面之间的接触角。有利地，导管的最大直径在0. ID1和D1之间，并且限定导管10的数量使得η > 0. Sx(D1A)2)2。在一具体的方式中，选择Vt。tal ducts > (P/Patffl)x V。avity，其中-Vtotal ducts是通入腔内的每个导管的体积总和形成的体积，
-Veavity是腔的体积，-其中P是冷却液体的绝对压力，-Patm是大气压力。例如，隔离腔的壁的最小厚度为腔的平均直径的0. 1倍到0. 2倍之间，并且形成于第二表面内的孔被隔开与孔的直径相比的小距离。在一特别有利的方式中，导管为锥形，其较小的底部位于与腔连接的区域内。例如，热交换装置包括矩阵以及沉积在第二表面上的层，在该矩阵中形成有腔和导管，其中所述矩阵相对于液体具有低润湿性，并且所述层相对于液体具有良好的润湿性。可安装成使得热交换装置包括具有由通向第二表面内的导管形成的孔的区域 (称为结构区域)、以及没有孔的区域(称为非结构区域)。例如，结构区域具有测量值在 10 μ m到50 μ m之间的侧部，其中所述区域彼此隔开50 μ m到500 μ m的距离。本发明的另一主题是用于生产根据本发明的热交换装置的方法，其中通过以下方法获得腔将离散部件沉积在基底上，将这些离散部件埋入形成热交换装置的矩阵的材料层内，以便形成导管的矩阵直至到达离散部件，并去除所述离散部件。该方法可包括下列步骤a)在基底上沉积阻挡层，b)沉积平均直径较大的离散部件的层，旨在界定这些腔，c)在平均直径较大的离散部件上及其之间沉积层，其中所述层旨在形成装置的矩阵，d)在形成矩阵的层上沉积平均直径较小的离散部件，e)在平均直径较小的离散部件30上及其之间沉积连续层，f)去除平均直径较小的离散部件以在暴露形成矩阵的层的区域内露出孔，g)在形成矩阵的层中在孔区域内形成导管，直到达到平均直径较大的离散部件，h)去除平均直径较大的离散部件。离散部件例如由二氧化硅或聚合物(例如聚苯乙烯)制成，并且通过用化学侵蚀溶解离散部件来去除离散部件。平均直径较小的离散部件所具有的平均直径例如小于或等于直径较大的离散部件的平均直径。用于制造根据本发明的热交换装置的方法可包括在步骤C)沉积前减小平均直径较大的离散部件的尺寸的步骤和/或在步骤e)前减小平均直径较小的离散部件的尺寸的步骤，例如通过干蚀刻。在步骤e)中沉积的层相对于冷却液体有利地具有良好的润湿性，例如为二氧化娃。形成矩阵的材料为氢化非晶碳。用于制造根据本发明的热交换装置的方法在步骤b)之前可包括沉积形成矩阵的材料的初级层的步骤。用于制造根据本发明的热交换装置的方法，在去除直径较小的离散部件的步骤f) 之前也可包括将掩模安装在叠层上的步骤，以允许仅仅在未覆盖掩模的区域内去除平均直径较小的离散部件。


使用下面的描述和附图更好地理解本发明，其中图IA为根据本发明的热交换装置的一部分的示例性实施例的纵向立体剖视图；图IB为图IA的详图；图2为根据本发明的热交换装置的一部分的另一示例性实施例的纵向立体剖视图；图3A到图3C为根据本发明的热交换装置操作的示意图；图4为根据本发明的装置的部分结构的俯视图；图5A到图51为根据本发明的生产热交换装置的不同步骤的示意图；图6为图5C中所示的步骤的变型的示意图；图7A和图7B为根据本发明的具有结构区域和非结构区域的热交换装置的剖视和俯视图示意图。
具体实施例方式图1A、1B和2是剖视图；然而，未绘出剖面线。在图IA和IB中，可见根据本发明的热交换装置D的第一示例性实施例。通常称为热交换表面的这种装置采用板2的形式，该板可为平板或者可具有适用于要冷却的区域的轮廓。为了描述，我们在本说明书仅讨论平板，但是很好理解的是所有形状的板均落在本发明的范围内。板2包括旨在与待散热的热源接触的第一表面4和旨在与液体接触的第二表面6， 液体的沸腾能够使得热量散发。第一表面4和第二 6表面隔开距离e，形成板的厚度e。根据本发明，板2包括位于第一表面4的侧边上且邻近热源的腔8，并因此位于远离第二表面6的一定距离处，其中每个腔8通过至少一个导管10连接到第二表面6。导管 10形成屏障，防止液体进入腔内。选择腔8的尺寸，使得其大于或等于蒸汽核的临界尺寸，以帮助其生长。导管具有将表面6与腔8隔开的纵向尺寸或长度，用H表示。导管10从直径D2的开口 11露于表面6中。选择长度H，使得孔11的两个沿直径相对的端部之间的液体要移动的距离大于长度H，以便与纵向润湿相比有利于导管的横向润湿，这就降低了淹没腔8的风险，长度H因此
大于直径D2。试图完全避免淹没腔，然而，可接受的是淹没一部分腔，剩下足以形成蒸汽核的自由体积(空间，volume)。有利地，导管和腔的尺寸设计为使得导管10形成用于防止液体进入腔的屏障，并且对于液体的给定绝对压力P防止液体进入腔。在这种情况下，选择出现在腔内的导管的总体积，使得该总体积大于根据下面表达式的腔的体积，用于防止腔的甚至部分的淹没Vtotal
ducts〉(P/Patm) X Vcavity0
其中，Vt。tal ducts是由通入腔8内的每根导管10的体积总和形成的体积，其中Vcavity是腔8的体积，其中P是液体的绝对压力，并且其中Patm是大气压力。其具有能够使得要生产的腔更小的优点，这些腔的体积约等于蒸汽核的临界尺寸。在图IA和IB所示的实例中，大约四个导管将每个腔连接到第二表面6。事实上， 不必用每个导管的整个剖面相交于该腔。仍然根据本发明，每个腔8与其他腔8物理地隔离，即，这些腔之间没有流体连通。 通过壁13将具有导管10的腔彼此分离，所述壁具有在腔8之间具有厚度L1并在孔11之间具有厚度l2。腔8旨在填充有蒸汽；具有导管的每个腔因此形成蒸汽单元。每个蒸汽单元之间的壁13的存在能够防止蒸汽层的出现，蒸汽层将阻止发生散热。这些壁允许通过传导而连续散热。此外，每个导管10和相关联的腔8之间的连接区域12采取瓶颈的形式，为此，导管与腔的壁相交的部分的直径小于腔的直径。此外，表面6相对于冷却液体具有良好润湿性的性能，即接触角α小于90度。在水的情况下，将表面称为具有亲水性。腔8的内表面和导管10的内表面的润湿性性能至多与表面6的润湿性性能相同，即腔和导管的内表面上的润湿角大于或等于α。因此，能够使用亲水材料来制造该装置，其中表面6以及腔和导管的内表面进而具有相同的润湿性。在可替换地并且尤其有利的方式中，可以使用疏水材料制造该装置，并且可以包括在用于表面6的表面处进行亲水处理，其中表面6具有良好的润湿性，而腔和导管的内表面具有较小的疏水性，因此也具有较小的润湿性。在后者的情况下，尤其有利于泡的成核和分离。在所表示的实例中，导管10为锥形，其较大的底部10. 1形成孔11，较小的底部 10. 2连接到腔。然而具有恒定直径的管状导管不超出本发明的范围。此外，显示球形腔，然而，本发明应用于任何形状的腔。所表示的直径为平均直径。腔8和导管10之间存在的该限制、以及相关联的体积比(Vt。tal ducts/Vcavity)能够防止冷却液体渗入腔8内。表面6与导管10之间的润湿性差异、连同由于液体与蒸汽之间的压力差产生的力，二者均有利地阻止液体进入腔。腔8的平均直径表示为D1，孔11的直径表示为D2。在图IA禾口 IB的实例中，D2等于0. SD1。在图2中，可见根据本发明的热交换装置的另一示例性实施例，其中与图中的装置相比，将腔8连接到第二表面6的导管10的直径明显更小，导管的数量明显更多。在该实例中，D2大概等于0. ID10有利地，D2介于0. ID1和D1之间，L2为非零，但是远远小于D2,并且优选地小于 0.25 ，且长度H大于D2。如果& = D1，那么导管10优选地为锥形，以有效地界定瓶颈。表面6的孔的比率也试图优选地大于50%，即孔11的面积与表面6的整个面积之间的比大于0. 5，该孔比率直接与导管10的数量有关。有利地选择数量η使得η > 0. Sx(D1At2)2O作为实例，D1可在0. 5μπι和5μπι之间；因此D2可在0. 1口111禾口5口111之间，L2可在0. Ιμ 和Ιμ 之间，1^在0. Ιμ 和0. 5 μ m之间，以及H在0. 2 μ m禾口 30 μ m之间并且
大于D2。根据本发明的腔可形成在热交换装置的整个表面上。因此整个表面6包括孔11。 进而该结构可多达几个cm2。还可决定的是腔仅仅形成在局部区域内，例如众所周知在这些局部区域要提取的热量更大。优选地，可形成结构区域16，这些区域约等于非结构区域18所包围的蒸汽泡的大小，即，小于约1mm，使得由所有腔形成的每个结构区域16 —次生成一个泡。非结构区域18 具有良好的润湿性；因此有利于释放泡。相反，所生成的泡数量较少。在图4中示出了这种表面的实例。两个结构区域16之间的距离Cl1例如在50 μ m和500 μ m之间，并且正方形结构区域16的宽度d2例如在10 μ m禾口 50 μ m之间。如果整个表面被构造，那么结构泡的数量非常大；相反，较不容易分离这些泡。应注意的是，在所有情况下，通入表面6中的导管10的孔通常由无孔区域包围，这就确保了液体的存在有利于泡释放、以及表面的重新润湿、防止损害临界沸腾流动。该区域的大小根据实施例可变化。现在我们通过图3A到3C解释根据本发明的装置的操作。在图3A到3C中，可见根据本发明的热交换装置D，该装置的第一表面4与要冷却的元件14相接触，第二表面6与液体L(例如水)相接触。如图IA和IB或图2所示，装置D包括结构区域16和非结构区域18，即没有腔的区域。热量通过传导横穿板2，部分汽化与表面6相接触的液体，并且蒸汽被捕入腔8中。 由于导管的配置，液体不渗入腔，并且弯月面(meniscus)位于导管10内部。蒸汽核出现在腔内，腔内压力增加，腔的尺寸大于临界成核尺寸，并且核在导管10内生长并上升直至表面6。核在表面处重组，以形成继续生长的泡20。然后泡20覆盖整个结构区域，如图3A中所示。如图;3B中所示，汽化与蒸汽泡相接触的液体，这使得泡生长，该泡通过生长延伸越过非润湿的结构区域16，并与非结构区域18相接触，相反，非结构区域是高度润湿的。相对于液体，非结构区域18的高度润湿性使得蒸汽泡与第二表面6之间的接触角减小，并使得液体朝着泡的轴线加速前行，并且该作用会造成蒸汽泡分离。因此，由于本发明，激活成核所需的能量大量减少，并进而有利于蒸汽泡的生成。 通过导管周围存在的润湿区域，也有利于泡分离。可设想一装置，其中该装置安装成使得通过一个或多个导管10连接到表面6的每个腔8仅仅生成一个蒸汽泡。然而，有利的是使用多个腔生成一个泡。事实上，风险在于腔填充有液体，并且因此不包含任何气体。在这种情况下，非常难以成核。因此该腔不生成泡或者生成很少的泡。所述填充可由于制造腔后腔的缺陷造成。相反，如果装置安装成使得多个腔生成一个泡，在所有情况下能够肯定的是，即使其中一个腔有缺陷，那么其他的腔也会形成功能性成核位置。现在将描述制造这种腔的方法的实例。在图5A到51中，可见根据本发明制造根据本发明的热交换装置的方法的不同步
马聚ο在第一步骤中(图5A)，选择基底22，在该基底上制造腔。该基底可由金属制成， 例如铝、铜或合金，或者由硅制成。该基底22形成热量必须从其中散发的部件。在图5B所示的随后的步骤中，将阻挡层M沉积在基底22的一个表面上。该层M 旨在为层提供粘性，将在该层中制造腔，该层可为氢化非晶碳(或者DLC:类金刚石)形式的碳层。正如我们稍后看到的一样，选择构建层M的材料，以抵抗随后的化学侵蚀，使得其蚀刻速度远远低于旨在界定腔的球体的蚀刻速度。这能够防止DLC层起泡。阻挡层M例如由碳化硅(Sic)或者镍铬合金(NiCr)制成，以汽相通过化学沉积而沉积，或者以汽相通过物理沉积而沉积。阻挡层的厚度在IOOnm到500nm之间。在图5C所示的随后的步骤中，球体沈的层沉积在形成球体层的层M上。这些球体例如通过朗缪尔-布洛奇特(Langmuir-Blodgett)类型的方法沉积。通过朗缪尔-布洛奇特(Langmuir-Blodgett)类型的方法获得的沉积为紧凑沉积，即，每个球体在平面内与六个其他的球体相接触，形成六方形图案。下一步骤是通过RIE (反应离子蚀刻)类型的干蚀刻减小球体的大小而降低球体层的紧凑性，因此这些球体不再相接触，这就允许形成不相互连接的腔。如果球体沈的沉积允许非紧凑堆叠，例如通过“浅沟道隔离”型技术，或者通过使用聚合物或共聚物微胶囊，那么没必要进行这个降低紧凑性的步骤。球体由例如二氧化硅或由聚合物(例如聚苯乙烯)制成，并且球体的直径在 0. 5 μ m和5 μ m之间。在所示的实例中，这些为球体，但是任何形状的离散部件的使用均不超出本发明的范围。在图5D所示的随后的步骤中，将形成板(腔8和导管10要形成在该板内)的层 28沉积在球体沈上以及球体之间，以均勻地覆盖这些球体并在球体之间形成壁13，这些球体被去除之后将被腔8代替。首先，选择层观的材料，使得能够通过等离子蚀刻法蚀刻该层，然后当已经去除球体沈时，使得该层足够硬以保持整个完整性，即，使得层观本身不由于球体沈的去除所造成的多孔性而坍塌。优选地选择层观的材料，以提供相对于冷却液体的低润湿性，即，在水的情况下， 使该层具有疏水性，以有利于出现蒸汽泡。例如，层28为DLC型，以汽相通过化学沉积而沉积，或者以汽相通过物理沉积而沉积。DLC为亲水性的；然而其优点在于相对于二氧化硅具有良好的化学选择性，如稍后所示，使得其能够阻止二氧化硅泡被氢氟酸溶解。层观的厚度例如可使得可形成如前所限定的高度为H的导管，其中H大于D2。层 28不必具有恒定厚度；而且，如图5D中可见，波纹状轮廓能够增大热交换面积。在聚合物球体的情况下，在沉积层沈之前，有利地球体沈上沉积由SiC制成的并且厚度小于IOOnm的附加硬掩模，以便在通过层观的蚀刻形成导管10时防止球体消失。在图5E所示的随后的步骤中，在层观上完成另一球体30的沉积；这些球体的直径小于或等于球体26的直径。以类似于沉积球体沈的方式完成该沉积。如果该沉积紧凑，那么进行降低紧凑性的步骤。
在图5F所示的随后的步骤中，将连续层32沉积在球体30的层上以及位于球体之间的层观的区域上。该层相对于球体直径非常薄，以便能够去除这些球体，例如在随后的步骤中进行的超声浴中去除。选择层32，从而与层观的材料(给定实例中的DLC)相比，其通过将用于蚀刻层 28的蚀刻方法而具有实质的选择性。在目前情况下，此为氧气等离子蚀刻。优选地选择该层，以提供相对于冷却液体的良好润湿性。因此没必要去除该层，因为该层最终要与冷却液体相接触。然而，可包含层32，该层在形成导管10后将被去除。例如，层32由二氧化硅制成，以汽相通过化学沉积而沉积，或者以汽相通过物理沉积而沉积。在图5G所示的随后的步骤中，去除球体30，并且通过将超声施加于去离子水浴中获得该去除。然后获得层32，在球体32的位置中用孔34穿过该层，并且这些孔34通向层 28。在图5H所示的随后的步骤中，形成导管10。要做到这一点，通过等离子用干蚀刻在孔34区域内蚀刻层观，直到球体26。如果层28由DLC制成，并且球体沈由二氧化硅制成，那么可选择氧气等离子，这形成足够的选择性来蚀刻层观，而不蚀刻二氧化硅球体26。 如果层观制成，并且球体沈由聚合物制成，那么选择氟化等离子来打开层观，并且用氧气等离子来继续该工序。一些导管10通向球体沈上，而其他导管未通向球体。然后获得将表面6连接到球体沈的导管10。如果层32较薄，那么有利地将导管制成具有锥形，由导管10形成的结构能够获得更大的坚韧性。在图5H’中可见该步骤中获得的物体的俯视图，其中由导管10延伸每个孔34。在某些导管10的底部，可见球体26。在随后的步骤中，去除球体26，通过在浴中溶解获得该去除。在二氧化硅球体的情况下，此为基于氢氟酸的浴，并且在聚苯乙烯球体的情况下，其为盐酸浴。在图51中可见最终获得的物体。仅仅通过导管10的形成而暴露的球体被溶解，而其他的球体保持不可接近。为了保护阻挡层，如图6中可见，可安装成在球体层之前沉积0冗层观’；然后球体不与阻挡层相接触。如上所述，可希望定位结构区域16。在图7A中，可见这种结构的实例。结构区域 16通过非结构区域18隔开。通过在不希望构造的区域上将掩模放置在层32上，可获得该定位。通过准分子型激光器选择性地并同时地去除未被掩模覆盖的球体30。这种类型的激光器具有几个微米级的分辨率，这使得测量值为至少几十微米的结构区域能够被定位。形成导管10和腔8的步骤类似于上述的步骤。两个区域Cl1之间的距离在50 μ m到500 μ m之间，并且结构区域的宽度d2在10 μ m 禾口 50 μ m之间。在图7B中，可见图7A的结构的俯视图。用虚线表示腔8的轮廓，以及所掩埋的球体30的轮廓。根据本发明的装置可应用于双相换热器、双相温差环流系统、热管，并且更普遍地，可用于包括相位变化的换热器。
权利要求
1.一种热交换装置，其包括旨在与待散热的热源相接触的第一表面(4)和旨在与冷却液体相接触的第二表面(6)，其中所述装置包括在第一表面(4)和第二表面(6)之间完全通过该装置的具有平均半径(Dl)的多个腔(8)，其中-所述腔(8)在流体方面通过壁(1 而彼此隔离，其中每个腔(8)通过至少一个导管(10)通向在所述第二表面(6)中，其中每个导管(10)的长度(H)大于所述导管的平均半径 (D2)，其中在与所述腔( 连接的区域内，所述导管的横向尺寸被选择为使得所述导管在所述腔(8)与所述导管(10)之间形成限制，并且其中所述第二表面(6)通过有由导管(10) 所形成的孔(11)，并且其中，-所述第二表面(6)相对于冷却液体具有良好润湿性的性能，使得液体的接触角小于 90度，并且液体与所述导管(10)和所述腔(8)的内表面之间的接触角大于或等于所述液体与所述第二表面(6)之间的接触角。
2.根据权利要求1所述的热交换装置，其中所述导管(10)的最大直径(D2)在0.ID1和 0工之间，并且导管(10)的数量(η)被限定为使得η X^x(D1ZD2)2。
3.根据权利要求1或2所述的热交换装置，其中Vtotal ducts〉(P/Patm) X ^cavity'-其中，\_1(11^是通入腔⑶内的每个导管(10)的体积总和形成的体积， -其中，V。avity是腔⑶的体积， -其中P是冷却液体的绝对压力， -并且其中Patm是大气压力。
4.根据权利要求1到3中的一项所述的装置，其中隔离腔(8)的所述壁(13)的最小厚度为所述腔的平均直径(Dl)的0. 1倍和0.2倍之间，并且形成于所述第二表面(6)内的孔(11)被隔开与孔(11)的直径相比的小距离(L2)。
5.根据权利要求1到4中的一项所述的热交换装置，其中所述导管(10)为锥形，所述锥形中的较小底部位于与所述腔(8)连接的区域内。
6.根据权利要求1到5中的一项所述的热交换装置，包括矩阵以及沉积在所述第二表面(6)上的层(32)，在所述矩阵中形成有所述腔(8)和所述导管(10)，其中所述矩阵相对于所述液体具有低润湿性，并且所述层(3 相对于所述液体具有良好的润湿性。
7.根据权利要求1到6中的一项所述的热交换装置，包括具有由通向所述第二表面 (6)内的所述导管(10)形成的孔(11)的区域，该区域被称为结构区域(16)；以及没有孔 (11)的区域，该区域被称为非结构区域(18)。
8.根据前述权利要求中的一项所述的热交换装置，其中所述结构区域(16)具有测量值在IOym到50μπι之间的侧部，其中所述结构区域(16)彼此隔开50 μ m到500 μ m的距1 O
9.一种用于制造根据前述权利要求中的一项所述的热交换装置的方法，其中，通过以下方法获得所述腔(8)将离散部件06)沉积在基底上，将这些离散部件埋入形成热交换装置矩阵的材料的层08)内，以便形成导管(10)的矩阵直至到达离散部件06)，并去除所述离散部件06)。
10.根据权利要求9所述的制造热交换装置的方法，包括步骤 a)在基底(22)上沉积阻挡层(24)，b)沉积平均直径较大的离散部件06)的层，旨在界定所述腔，c)在平均直径较大的离散部件08)上及其之间沉积层(观)，其中，所述层08)旨在形成装置的矩阵，d)在形成矩阵06)的层上沉积平均直径较小的离散部件(30)，e)在所述平均直径较小的离散部件(30)上及其之间沉积连续层(32)，f)去除所述平均直径较小的离散部件(30)以在暴露形成所述矩阵08)的层的区域内露出孔(34)，g)在形成所述矩阵(3 的层中在所述孔(34)的区域内形成导管(10)，直至到达所述平均直径较大的离散部件08)，h)去除所述平均直径较大的离散部件08)。
11.根据权利要求9或10所述的制造热交换装置的方法，其中所述离散部件(沈、30) 由二氧化硅或例如聚苯乙烯的聚合物制成，并且通过用化学侵蚀溶解所述离散部件来去除所述离散部件06、30)。
12.根据权利要求10或11所述的制造热交换装置的方法，其中所述平均直径较小的离散部件(30)的平均直径小于或等于所述直径较大的离散部件06)的平均直径。
13.根据权利要求10、11或12所述的制造热交换装置的方法，包括在步骤c)沉积前减小所述平均直径较大的离散部件06)的尺寸的步骤和/或在步骤e)前减小所述平均直径较小的离散部件(30)的尺寸的步骤，例如通过干蚀刻。
14.根据权利要求10到13中的一项所述的制造热交换装置的方法，其中在步骤e)中沉积的层相对于冷却液体具有良好的润湿性，例如为二氧化硅。
15.根据权利要求10到14中的一项所述的制造热交换装置的方法，其中形成所述矩阵的材料为氢化非晶碳。
16.根据权利要求10到15中的一项所述的制造热交换装置的方法，在步骤b)之前包括沉积形成所述矩阵的材料的初级层的步骤。
17.根据权利要求10到16中的一项所述的制造热交换装置的方法，在去除所述平均直径较小的离散部件(30)的步骤f)之前包括将掩模安装在叠层上的步骤，以允许仅仅在未覆盖掩模的区域内去除所述平均直径较小的离散部件(30)。
全文摘要
本发明涉及一种热交换装置，其包括旨在与待散热的热源相接触的第一表面(4)和旨在与冷却液体相接触的第二表面(6)，所述装置包括在流体方面彼此隔离的多个腔(8)，其中每个腔(8)通过至少一个导管(10)通向第二表面(6)，每个导管(10)的长度(H)和横向尺寸防止冷却剂进入腔。第二表面(6)相对于冷却液体具有良好的润湿性的性能，并且导管(10)和腔(8)的内表面的润湿性的性能低于或等于第二表面(6)的润湿性性能。
文档编号H01L23/427GK102422114SQ201080020084
公开日2012年4月18日 申请日期2010年5月5日 优先权日2009年5月6日
发明者哈吉·德留·潘, 杰罗姆·加文莱特 申请人:法国原子能及替代能源委员会