技术领域
[0001] 本
发明属于微加工技术领域，特别是一种基于UV-LIGA技术的金属微通换热器及制备方法。
背景技术
[0002]
电子装备工作的可靠性对
温度条件十分敏感，任何设计精良的电子设备在长期
过热及不均匀热应
力的作用下都会发生故障或失效。著名的10℃法则指出：当电子器件的温度在70～80℃
水平上每增加10℃，可靠性就会下降50％。随着宽禁带功率芯片的使用，电子设备正朝着高性能化、高速度化以及高
密度集成度化的方向发展，将来其热流密度更是有可能达到千瓦级别。
[0003] 伴随着MEMS技术的不断成熟和发展，使得微型化换热器件在
散热性能和结构适应性方面得到了极大的提升和拓展。带有微通道的冷板构件内部存在大量的槽道等微细结构，具有很大的
比表面积。冷却流道的特征尺寸在微细尺度效应下，液体与固体之间以及液体分子之间的吸引力和液体的表面
张力变得十分显著，利用微尺度下通道结构、
流体特性、
传热特性来达到高效散热的效果，是目前各国研究的热点。
[0004] 工程应用中已有少数微通道换热器，但其微通道特征尺寸都在毫米及亚毫米级。由于电子产品高功率组件的材质均为
稳定性及温度匹配性较好的
合金，
硅基
刻蚀工艺无法应用于这类材料加工成形；对于通道宽度50～100μm、深宽比≥5的金属微通道，硅基刻蚀和精密机加工都无法应用。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于UV-LIGA技术的金属微通换热器及制备方法，在金属基底上生成微米尺度的通道，以增大冷却介质表面积和体积比，获得散热效率高的微通道换热器。
[0006] 实现本发明目的的技术解决方案为：
[0007] 一种基于UV-LIGA技术的金属微通道换热器，包括金属基底，金属盖板、在金属基底上生成的N组的微米尺度的微通道；N≥1；每组微通道设有多个相互平行的通道沟槽＝；每组微通道两侧设有加强筋；所述金属盖板固定在金属基底上端；所述金属盖板上端两侧对称设置有水嘴
接口；金属盖板下端两侧对称设有喇叭形的主流道；水嘴接口与主流道相连通；所述金属基底上端设有挡水圈，挡水圈位于微通道外部一周；所述主流道正对挡水圈与微通道之间的金属基底上。
[0008] 一种基于UV-LIGA技术的金属微通道换热器制备方法，包括以下步骤：
[0009] 步骤S1、对金属基底进行
旋涂光刻胶制备出所需厚度的胶膜；
[0010] 步骤S2、按微通道的布局及形状设置相应形状图案的掩膜板，采用紫外
光源覆盖掩膜板的胶膜进行曝光处理，将曝光后的胶膜置于相应显影液中，直至曝光区域图案完全显现出来，露出金属基底；
[0011] 步骤S3、对显影后的胶膜图形区域进行
电铸铜成形，直至电铸层厚度达到胶膜厚度；溶解剩余胶膜结构，在金属基底上获得所需金属微槽道和加强筋；
[0012] 步骤S4：将机加工形成的金属微盖板和金属基底预装后固定。
[0014] (1)本发明制备的金属微通道换热器，基于UV-LIGA技术制备金属微通道，突破硅基刻蚀法对基底材料的限制，通道结构布局可根据使用需求设计，成形的金属微通道尺寸
精度高，比表面积大，散热效率高。
[0015] (2)本发明制备的金属微通道换热器，金属
底板与金属盖板采用扩散
焊接，减少了钎剂对微通道精度的影响，密封可靠性好。
[0016] (3)本发明的方法成型工艺稳定，微结构精度高，制备的微通道换热器散热效果好。
[0017] 下面结合
附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
[0018] 图1为金属微通道换热器爆炸结构示意图。
[0019] 图2为金属盖板结构示意图。
[0020] 图3为金属基底结构立体示意图。
[0021] 图4为金属基底结构俯视示意图。
[0022] 图5为微通道局部放大图。
[0023] 图6为微通道换热器制备方法流程示意图。
[0024] 图7(a-f)分别位于一次匀胶、二次匀胶、三次匀胶、曝光显影、
电沉积、溶解剩余胶膜形成通道沟槽的工艺
流程图。
[0025] 图8为
实施例中获得的微通道的实物照片图。
[0026] 图9为实施例中微通道的局部放大图。
[0027] 图10为实施例中微通道的扫描电镜图。
[0028] 图11为实施例获得的微通道换热器散热性能模拟图。
具体实施方式
[0029] 为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
[0030] 结合图1-图5，本发明的一种基于UV-LIGA技术的金属微通道换热器，包括金属基底1，金属盖板3、在金属基底1上生成的N组的微米尺度的微通道2；N≥1；每组微通道2设有多个相互平行的通道沟槽22；每组微通道两侧设有宽度1-3mm的加强筋21结构，提高结构强度，便于焊接成形。
[0031] 所述微通道2的通道沟槽22宽度为100μm，通道沟槽22之间间隔周期300μm，通道沟槽22的深宽比≥5，通道沟槽22的
侧壁垂直度＞85°。
[0032] 所述金属盖板3固定在金属基底1上端；所述金属盖板3上端两侧对称设置有水嘴接口3-1；金属盖板3下端两侧对称设有喇叭形的主流道3-2；水嘴接口3-1与主流道3-2相连通；所述金属基底1上端设有挡水圈1-1，挡水圈1-1位于微通道2外部一周。所述主流道3-2正对挡水圈1-1与微通道2之间的金属基底1上。
[0033] 所述水嘴接口3-1与主流道3-2采用
流线型结构，以减小冷却介质进入时产生的
涡流；所述主流道3-2截面积与通道沟槽22截面积之和相等，使得冷却介质无差别从一侧主流道3-2流入各微通道2后经另一侧主流道3-2汇合排出。
[0034] 进一步的，所述金属基底1设有多排微通道2，每排微通道2均包括N组微通道2，通过设置多排微通道2，可以减小微细流道长度，降低
流动阻力，同时可进一步增大流体的
接触面积，增加散热效果。
[0035] 优选的，所述金属基底、金属盖板为紫铜；微米尺度槽道为
电解纯铜；铜材质散热性较好。
[0036] 进一步的，所述金属基底、金属盖板也可为镍材料。
[0037] 结合图6，本发明的一种基于UV-LIGA技术的金属微通道换热器制备方法，包括以下步骤：
[0038] 步骤S0、对金属基底进行预处理：对金属基底进行加工，使得金属基底面度≯0.03，表面粗糙度≯Ra0.8；清洗并烘干。
[0039] 步骤S1、对金属基底进行旋涂光刻胶制备出所需厚度的胶膜，每次旋涂后静置以保证平整度。
[0040] 步骤S2、按微通道的布局及形状设置相应形状图案的掩膜板，采用紫外光源(UV)对上述覆盖掩膜板的胶膜进行曝光处理，将曝光后的胶膜置于相应显影液中，直至曝光区域图案完全显现出来，完整露出金属基底为止。
[0041] 步骤S3、对显影后的胶膜图形区域进行电铸铜成形，直至电铸层厚度达到胶膜厚度；
[0042] 对电铸后的结构进行
研磨处理，去除铸层不均匀的部分，溶解剩余胶膜结构，在金属基底上获得所需金属微槽道和加强筋。
[0043] 步骤S4：将机加工形成的金属微盖板和金属基底预装后进行
扩散焊接处理，保证
密封性及微细结构精度，完成微通道换热器制备。
[0044] 实施例
[0045] 一种基于UV-LIGA技术的金属微通道换热器制备方法，包括以下步骤：
[0046] 步骤S0、对紫铜基底进行预处理，对紫铜基底进行
铣削加工并得到挡水圈，要求铜板平面度≯0.03，表面粗糙度≯Ra0.8；涂胶前对
基板正面进行研磨，
砂纸粒度2000#；再用
抛光垫对研磨后的基板进行抛光，使表面粗糙度达到
纳米级，呈镜面光亮时停止抛光；将铜基底先后置于丙
酮和酒精中超声清洗15min，去离子水洗净烘干备用。
[0047] 步骤S1、对紫铜基底进行旋涂光刻胶：通过三次匀胶一次曝光的方法制备出总厚度不小于500μm的胶膜，前两次选用
粘度较大的SU-8 2150系列光刻胶，单次匀胶厚度＞200μm，第三次选用粘度较小的SU-8 2075光刻胶，旋涂100μm厚度，使制备的胶膜平整性较好,每次旋涂后静置12小时以上以保证平整度。图7(a-c)分别为在紫铜基底1上一次涂胶11、二次涂胶12、三次涂胶13的过程。
[0048] 步骤S2、按微通道的布局及形状设置相应形状图案的掩膜板，由于SU-8光刻胶为负性胶，未被紫外光照射到的胶膜区域在显影时被保留下来，所以掩膜板遮光部分图案与流道特征一致。采用紫外光源(UV)对上述胶膜进行曝光处理，曝光时间50s；将曝光后的胶膜置于SU-8胶显影液中，直至曝光区域完全被溶解，完整露出基底铜以便后续电沉积“生长”微通道侧壁及加强筋。图7(d)为曝光显影后的紫铜基底1上留下电沉积部分的结构示意图。
[0049] 步骤S3、步骤130：对显影后的胶膜图形区域进行电铸铜成形，将不需电铸区域进行封蜡处理；电铸前将紫铜基底浸入弱酸进行表面活化，提高铸层与基底的接合力；电铸过程中控制电铸电源参数1A/cm2，直至电铸层厚度达到胶膜厚度。图7(e)为在紫铜基底1上通过电沉积形成微通道2总体结构的示意图。
[0050] 对电铸后的结构进行研磨处理，去除铸层不均匀的部分，溶解胶膜结构，在基底上获得所需金属微槽道和加强筋。图7(f)为溶解剩余胶膜后，形成属微槽道22和加强筋21的结构示意图。
[0051] 步骤S4：将机加工形成的铜金属微盖板和基底预装后进行扩散焊接处理，完成微通道换热器制备。工艺参数包括：
中间层为300nmAg；焊接温度600℃；焊接压力0.6MPa，保温时间45min；通过扩散焊接，保证了换热器的密封性及微通道微细结构的精度。
[0052] 图8、图9为通过上述方法制备的含3排、每排含8组微通道的基底实物照片图实物图，其中，每组微通道含10个相互平行的通道沟槽22；图10为扫描电镜图。通过上述方法制备的微通道2的通道沟槽22宽度为100μm，通道沟槽22之间间隔周期300μm，通道沟槽22的深宽比≥5，通道沟槽22的侧壁垂直度＞85°；加强筋的宽度为2mm。图11为换热器的散热效果模拟图，在冷板背面设置3个微通道换热器，每个换热器作用于一组四通道组件芯片，通过输入约20℃的
冷却液，模拟结果显示，四通道组件芯片热流密度可达300W/cm2，在20L/h流量下，芯片温度最高81.7℃，满足使用需求。通过本发明制备的微通道特征结构细小、尺寸精度高、深宽比大、侧壁垂直度好，散热效果好，可应用于高功率芯片高效能散热。
