| 研究概要 |
電子素子の高集積化に伴う発熱密度の増加に対するチップの高性能冷却法として,不伝導性液体を用いた浸漬沸騰冷却が考えられている.しかし,核沸騰開始時に伝熱面温度がオーバーシュートし,かつこの沸騰開始温度が不安定である問題を有することが実用化の妨げとなっている.本研究では,一般の液体に対しては有効と考えられているリエントラント型のキャビティ(口径が内部の空洞部より小さい孔)が濡れ性の高い液体についても沸騰開始温度制御法とし有効かどうかを検討した.
伝熱面は厚さ0.5mmのシリコンウェハを10×10mm^2に切った模擬チップであり,試験液体FC-72の中に浸漬されて直接通電加熱される.リエントラントキャビティは,Si02のスパッタリング,電子線リソグラフィ,湿式エッチングの組み合わせにより模擬チップ表面に1mmまたは0.1mmの間隔で作製した.実験は口径が1μmおよび3μmのキャビティを有するチップと平滑面チップの三種類を用いて,沸騰開始温度に及ぼすキャビティの口径と配列密度および液過冷度(3K,25K)の影響をプール沸騰実験により調べた.また,溶存空気量の影響を調べるために過冷液を脱気した場合と空気を充分に溶存させた場合について比較実験を行った.その結果,FC-72のような濡れ性の高い液体に対しても,本実験で用いたリエントラント型のキャビティは沸騰開始温度の低減に有効であること,溶存空気が沸騰開始温度の低下および沸騰熱伝達に及ぼす効果が極めて大きいこと,口径1μmのキャビティは口径3μmのものよりも沸騰開始温度が比較的低いこと等を明らかにした.また,口径1μmのキャビティの沸騰開始温度については既存の不均質核生成の理論により説明できるが,口径3μmの場合には理論値よりも高い値を示した.
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