Experimental investigation of flow boiling in silicon microchannel devices for electronics cooling

Con la continua miniaturizzazione dei sistemi ad altissima integrazione nell’industria elettronica, la gestione della potenza termica dissipata da tali dispositivi sta iniziando a diventare un problema di primaria importanza per cercare di mantenere l’andamento della legge di Moore negli anni a venire. Lo scambio termico tramite evaporazione in microcanali di silico è sorto negli ultimi anni come una delle soluzioni piu promettenti per il raffreddamento di componenti elettronici ad alte dissipazioni. Gli elevati livelli di scambio termico e i ridotti gradienti termici ottimizzano il funzionamento dell’elettronica. Le tecniche di fabbricazione del silicio consentono di ottenere componenti molto precisi consentendo alti livelli di integrazione. Tuttavia, la mancanza di una conoscenza approfondita dei fenomeni fisici coinvolti e serie difficoltà tecniche stanno attualmente posticipando l’ingresso di questa tecnologia in prodotti di consumo. Seguendo il grande interesse dell’industria elettronica, i microcanali in silicio stanno iniziando ad essere considerati anche per il disegno dei futuri rivelatori di particelle per esperimenti di fisica delle alte energie. Questo lavoro presenta nuovi risultati sul deflusso bifase e lo scambio termcio per evaporazione in microcanali in silicio. L’effetto della rugosità di parete è inoltre investigato tramite lo sviluppo di una apposita sezione di test dotata di strutture micrometriche alle pareti del canale. Lo sviluppo di micro-evaporatori in silico per il raffreddamento dei futuri rivelatori di particlle in silico per il Large Hadron Collider (LHC) è presentato. Viene inoltre descritta la qualifcazione del completo processo produttivo basato su tecniche di microfabbricazione del silicio e la soluzione di importanti problematiche tecniche, aprendo cosi la strada all’introduzione di sistemi di raffreddamento basati su microcanali in silicio nei futuri rivelatori di particelle.