Микротеплообменник
Изобретение относится к криоэлектронике, в частности к устройствам для криостатировакия микро-- электронных приборов на основе по лутфопг ;,..-o.i i пмсокотемпературнчх гверхппопог: КОР. Пелъ изобретения повыше ч ; нпде ности микротеплообг ннига при опноргЈ1Менном упрощении сi о изготовпсния. Теплообменник состоит из платы с каналами для хладагента, подложки для i-TcroytaeMoro устройстгя и глоя полимерного материала, coep.t.- 11яч ги-го ука -1. и подложку. Полимерный материал выполнен из моптв зр к,аемого силиконового эластоигрл НсЧ . , ITU- ичзкомолекулярного сипоксанового каучука с показателеь прело -поння 1,90-1,430 и пулканизу- - I. агента , 3 чг .
СОЮЗ СОВЕТАХ
СОЦИ ЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСЙУБЛИН
„„ЯЦ„„1622756
А1 (51}5 Р 28 Г 3/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ
К А BTAPCHQMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И QTHPbfT(%M
ПРИ ГКНТ СССР (? 1) 448? 874/06 (22) 14, 09, 88 (46) 23.01.,91. Бюл, Р 3 (7?) F„H.À»åêñååâà, Э.Б. Воров»1, М.С. Иилгвский, С.P. Нан;.пп-ян и Л.Я. }Огай (53) Ь21.57(088.8) (5á) Приборы для получения »лучных исследований, 1984, Р Ь. с.. 3--26. (54) Ииа ОтЯПЛООВМГННИК (57) Изобретение относится к криоэлектрониКе, в частнссти к устройствам для крисстатирования микроэлектронных приборов на ос»ове г:-Изобретение относится к криоэ» ктронике, в частности к устройствам для криостатирования микроэлектронных приборов на основе полупровсд».-ков и высокотемпературных сверхпро-водников.
Белья изобретения является гог- шение надежности микротеплообменнн-ка при одновременном у»рощении его изготовления.
На фиг. 1 изображен микротеплообменник производительностью 100 мВт; на фиг. 2 - микротеплообменник производительностью 50 мВт; на фиг. 3 микротеплообменник проиэяодитепьностью 150 мВт дисковой конструкции
Микротеплообменник включает каналы 1 прямого потока, дросселирующеа устройство 2„ канал 3 обратного потпка хладагента, резервуар 4 и плату
5, выполненную из стекла.
Иикротенлообменник работает следующим образом. лу»ровс .м;". .o. в сокотемператур» лх сверх»повод. яков. Бель изобретения поаьпче в - »яде насти микротеплооб. с»ника при опиов;:с iле»ноч упрощении сгo изб отовче»ня. Теплообменник состоит
:лз платы с каналами для хладагента, под»ожки для зля гпаемого устройстга и слоя полимерного материала, соед!,— мя.or, -го указ-:»1л платы и подложку.
Полчллсрный материал выполнен из т рмо 1тнерждаемого силиконового эластол ера на :-, †.-е »изкомолекулярного силоксанового каучука с покязателсл; прел<- :и,:ля 1.,390-1,430 и нулканизуюл-;. агента, 3 ил ° п - or ò..!:!èñì случае реализации цикла Хэмпс »а ня вход каналов 1 прямого и;-тока подается азот (или друг-oé хлад,, .ент) »сд дав»е»ием 40,?"00,.- .. Н:1йдя ка»аллл ппямого пот
-,ю- я о 1"г се ус ройство 2, r .ç -» õo, ê!:,аст- 1 а счет эфАек1а Джоуля-Т и;-. ов .. T çíðàùë!oùèéñÿ по обрат»ому кя»ялу 3 лоток хладагента
Эа СЧЕТ то»доэтла »Л ОХЛажДаЕт ВНОВЬ поступ ю1л-Ip- порции хладагента в KB мала., гол ..го »отока вплоть до полу»а»ня . †.",÷ -.. 1 я::л, скапливающейся и
"ц эс-ргуяро 4 спольэовяние теплообмамник э: —, r ка»я ™аль пплриной 20-50 мкм и клуб» . 1 2-;. 1 .<км позволяет получать !О- . = х» допроиэводитепьHocTbro д::- 5 л.нт и расходом хладаген-та д.- О, 2 в м:
Б р и и г р 1. Иикпотеплообменник хл 1до?ц . (1! ..:.вод", тель»остью 1 00 мВт (пиг. I ) »клича эт в себя плату 5 иэ стекла разил:.пс"1 10х50х0,7 мм, на од3 1622756 4 ной стороне которой нанесены каналы
1 и 3 прямого и обратного потока, дросселирующее устройство 2 и ренар" вуар 4 для хладагента. Плата соединена с крышкой (не обозначена) иэ стек5 ла того же размера слоем силиконового зластомера толщиной порядка 10 мкм.
Укаэанный эластомер представляет собой продукт термического отверждения композиции, содержащей фторсилоксановый каучук с показателем преломления
1,39 и нулканизирующий агент указанной общей формулы, где К вЂ” СН СН,СГ, а = 0 25; Ь = О, 1; с = 0 05; d = О,б;
x 12, а соотношение каучука и вулканизирующего агента составляет 1:1.
Содержание катализатора Спайера в композиции. 1 мас.7.. При давлении азота ня входе 150 атм и расходе
0,7 л/мин микротеплообменник обеспечивает температуру охлаждаемой поверхности платы 105 К. Теплообменник выдерживает без изменения параметров
250 термоциклов (-1?6)-(+25)ОС.
П Р и м е р 2. МикротеПлообменник хладопроизводительностью 50 мВт (фиг. 2) состоит иэ двух пла.- 5 и 6 с каналами 1 и 3, дросселирующего устройства 2, резервуара 4 с отверстиями для входа и выхода хладагента и крышки. Размеры плат 5 и 6 (и крьппки)
4хЗОх0,3 мм. Каналы 1 прямого потока нанесены на одну плату, дросселирун.щее устройство 2, резервуар 4 и каналы 3 обратного потока — на другую. Потоки
35 сообщаются через сквозные отверстия (не обозначено) в нерхней плате. Платы и крышка соединены слоем эластомера толщиной 5 мкм. Состав компоэи10 ции клеевого слоя: каучук с показателем преломления 1,43, вулканиэирующий агент с  — С Н ; а = 0,4; Ь -" 0,35; с 0 1 d = 0,15; x = 8. Соотношение
t Э каучук:нулканизирующий агент 7:1, со45 держание комйлексного катализатора
0,5 мас.X. При давлении азота на входе 120 атм и расходе 0,3 л/мин температура охлаждаемой части поверхности плат достигает 90 К. Теплообменник выдерживает 250 термоциклов 50 (-196) - (+25) С, Пример 3. Микротеплообменник хладопроизводительностью 150 мВт (фиг. 3) дисковой конструкции.. Теплообменник собран иэ трех дисков
7-9. Диаметр дисков 20 мм. толщина
0,5 мм. На одном нанесены каналы 1 прямого потока, дросселирующее устройстно 2, резервуар 4 и отверстие для прохода потока, на другом — каналы обратного потока и отверстие для прохода хладагента, третий диск служит крыш ой.,Диски соединены слоями эластомера толщиной 7 мкм. Состав композиции:каучук с показателем преломления 1,41, вулканиэирующий агент
cR — СН3,a=033;b=022;с 0,008; d = 0,37; х = 1О. Соотношение каучук:вулканиэирующий агент
13;1, содержание катализатора Сгайера 0,75 мас.X. При давлении арго<а на входе 200 атм и расходе 2 л/мин температура подложки 90 К. Теплообменник выдерживает 250 термоциклон (-1 86) — (+ 2 5) C °
Пример 4. Микротеплообменник, аналогичный примеру 2. Покаэатель преломления каучука 1,42;
R - f d = 0 15; х = 8. Соотношение кауч,к: :нулканиэирующий агент 7:1, содержание катализатора Спайера 0,8 мас.7. При давлении азота на входе 120 агм и расходе 0,3 л/мин температура оклаждаемой поверхности платы 90 К, Теплообменник вы ержпнает 250 термоциклов (-196)-(+25) С. Иикротеплообменник изготавливают следующим образом. Н", платы из стеклэ наносят слой стойкого к абразивной обработке реэиночодобного фоторезиста, экспонируют и проявляют,>исунок каналов,дросселя и других "=лементон теплообмснника. Затем поверхность плат обрабатывают струей сжатого воздуха, содержащего лоро".юк окиси алюминия размером 17-27 мкм. По=ле сформирования каналов согласно рисунку пленку реэиста удаляют. Каналы имеют глубину от 2 до 100 мкм. В композицию, содержащую фторсилоксаяоный каучук и фторсилоксаноный вулканизующий агент, вводят платиновый катализатор (например, катализатор Спайера . или комплексное соединение платины эмпирической формулы Г,. Н« И О Гс в количестве 0,5-1 мас., 0,000050,00017. в пересчете на платину) и тщательно перемешивают. Для получения рабочего раствора, обсспечинающего требуемую толщину слоя эластомера, полученную композицию разбавляют в соотношении 1:4 толуалом. При нанесении исходной композиции на плату с целью недопущения эатекания полимера н каналы операцию проводят н 1622256 два приема. Сна<»яля толуольный раствор наносят с помощью центрифуги на вспомогательную 1»одложку из металлической фольги. Затем композицию с « <ч этой подложки перемезывают на рабочую плату. На платы — подложки, не несущие рельефного рисунка, полимерный слой наносят центрифугированием. Г»осле этого платы соединяют и подвергают термообряботке, попнимяя температуру в течение чяся до 250 0 и выдерживают в течение 5 ч с последующим инерционным охлаждением. Готт>вий микротеплообменник устанавливают в рабочую систему. Выбор пределов пяряметрон Гбгсловлен следующим»» э»<спер»»1<вl< r;l!! I,ío устянот<ленными данными. Пре;»елы из<»енеННр покязятp»tÿ грслot»! 2о в качестве pi it!<;, (, 11, C П;, охватывают интервал содержания указан»<мх гетерозвеньев поряцкI 11,5 12,5 мяс.7. оптимальный с точки зрения прочности злястоме»<я. Выход -я и »жний »ре.« I» п (т.е. содержания reTepnatte»! et<} 2О приводит к образованию эластомера с достаточно высокои (-20) †(-40) С температурой кристаллизации, То отрицательно скязь<пается на палея<ности теллообменникя. Выход . я»I< pxt
20 предел и пр»»во<»ит к Гу<чес Tl!c иному снижению прочности склс »ки, чт<7 тяк-. I же недопус гимо.1Ьряметры вулка<<изч; ЮцЕГО аГЕНта ОбуСЛОНЛЕНЫ СЛЕдуЮ<7<7»ми данными. При я 0,25 недостяточ ная про«ность склейки, при " 0 0,4 начинается вь<делен<»е 7<огорс I;l .эляс-. тОМЕР СтаНОМ тСЯ ПОР<:< TIIM, l»ЯП< ж<1<<Г < < падает. Пар «eTp 0, 1 1- с О. 35 отв<-т 2О СтЧЕНЕН За СГВПЯД. НИЕ П кпУЧУКа И вулканизирующего агента (т.е. зя их совместимость} . При h C О, 1 повышяется (в отрицательной области) температура кристаллизящ»и, что неприемле-мо, при Ь ) 0,35 су»»ествен»<о сг»ижач ется прочность склейки. Параметр 0,05 с 0,1 ответственен за прочность эластомера на разрыв, особенно в отринятельной области температур. При с C.0,05 влияние этого звена в цепи эластомера практически не проявляется, при c ) 0,1 теряется эластичность, Материал охрупчивяется. Параметр О, 15 15 ! il 30 мят -pl -" <:», Пр«<1 О, 15 гтядяет эластичность, ч» о отр»<дательно сказывае»ся на надежности теплообменников при работе в условиях многократн<<с термоциклировання, при <1 ) 0,6 по ьlшяется темпера rvpa кристаллизации. Пока. ятел олнго <ерное ти 8 + x «12 г Г < l <;T7;ошевиях меньше 1:1 сшитый материал теряет злястомсрные свойства, o1 7«. дложки. П»в Г<отношепиях больше 13:1 материал 1»з.<7 н <не элястомерен, что зпт .дняет с:< рку теп<<ооГменникя. При нмбср< ве<<ичииы с<<отношения к..— учук: нуl!кани зиру<<7»7»г»11 агент исполь уют <и» <вип я IT Гo»»ppwBt It<< . яу <укя II смеси слепует и< поп, «Гп<;: i,, 11 7<яоборот. O!ITI»t«sn».— ными зн;«с «777> м<< 7<оэ<1>ф<7»иентс»< являютсяя;я = О,":; Io =- 0<,3; Г =- 0„0":; u = О. 35: = 1О, я < о<7т»<о<<ген»»я KB ЧУК I!:,ЛК; »t!Ott».3" 7<ч»177 < аГЕНт 2,5: 1. ГГ— с тявм, со<т< нетстч<ую<7»7»с опт<..<уму, обес.пе <ивяют < остаточно» :-»ятс»л»п. 1 оГпяляе-; t YoToî СВЯР:<Я .:»Я <; Свi»e ПЛЕН< К) . Иик»эотч плообменник обладает п<»ссч 1 "Счй 1»ядсг 1<<1< тЬ<0 „TtpOCT В l»ЗГATO»IËÅÍÈÈ. Ф о р и "„л я и з о б р е т е н <»икротс. Плеобмснник, RI"Iíl÷ It<7! Л х = 8-12, причем а + Ь + с + d = 1, при этом соотношение каучука и вулканизирующе15 го агента выбрано в пределах 1-13:1. СН3 У С6Н51 где R — CH Ь = О, 1-0,35; с 0,05-0, 1; d = О, 15-0,6; лообменника, указанный слой выполнен из термоотверждаемого силиконового эластомера на основе низкомолекулярного силоксанового каучука с показателем преломпения 1,390-1,430 и вулканизирующего агента общей формулы 1622756 б Составител;. Н. s ëексеева Редактор О. К1рковецкая Техрел И.Дид ис Корректор Л. Бескид Заказ 106 Тираж Подлисное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и от.;рытиям при ГКНТ СССР 113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Проиэводственно-иэдательский комбинат Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,10!
