一种微通道散热器及由其组成的微机电产品散热系统装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及微机电系统，特指一种微通道散热器及由其组成的微机电产品散热系统装置。微机电产品散热系统装置由储液池，微型泵，微过滤器，微通道散热器，回流阀和管路组成；储液池、微型泵、微过滤器、微通道散热器和储液池之间依次通过管路连接，微型泵的管路出口与储液池之间设有旁通回路，旁通回路上设有回流阀。微通道散热器包括左端盖、右端盖和微通道散热器基体，微通道散热器基体左右两端加工出矩形凹槽，然后与左端盖、右端盖之间进行装配，并连接固定，微通道散热器基体开有若干条矩形微通道，左右端盖上分别设有冷却流体进口和冷却流体出口。本发明专利技术具有结构简单、体积小、散热性能优良、可用于空间狭小、发热量大的发热面的散热等优点。

Micro channel radiator and micro electromechanical product heat radiation system device comprising the same

The invention relates to a micro electro mechanical system, in particular to a micro channel radiator and a micro electromechanical product heat radiation system device composed of the same. Microelectromechanical device product cooling system comprises a liquid storage tank, micro pump, micro filter, micro channel heat sink, backflow valve and pipeline; between the liquid storage tank, micro pump, micro filter, micro channel heat radiator and a liquid storage tank are sequentially connected by a pipeline, a bypass circuit is arranged between the micro pump water outlet of the liquid storage tank. The return valve is provided with a bypass circuit. Micro channel heat sink includes left and right end covers and micro channel heat sink substrate, micro channel heat sink substrate at both ends of processing of a rectangular groove, the assembly and then left and right end covers, and fixedly connected with the micro channel heat sink substrate is provided with a plurality of rectangular micro channel, the right end cover are respectively provided with a cooling fluid the import and export of cooling fluid. The invention has the advantages of simple structure, small volume, good heat radiation performance, heat dissipation for the heating surface with small space and large heat generation.

【技术实现步骤摘要】
一种微通道散热器及由其组成的微机电产品散热系统装置
本专利技术涉及微机电系统，特指一种微通道散热器及由其组成的微机电产品散热系统装置。
技术介绍
随着微机电系统的快速发展，微机电产品的热处理已经成为保证产品性能和寿命的关键技术；传统的换热装置和换热工质（如水、油、醇等）已很难满足高传热强度和微系统散热等特殊条件下的散热和冷却要求，换热装置微型化成为迫切要求和必然趋势；另一方面，低导热系数的换热工质也成为制约研究新一代高效散冷却技术的主要障碍；同时，随能源问题的日益突出，也要求在满足热量交换前提下，进一步研制体积小、重量轻、散热性能好的高效紧凑式热交换设备；以及从工质本身入手研制导热系数高，散热性能好的高效新型换热工质，尽而缩小设备体积、节约材料、减轻设备重量、提高设备的紧凑性、增强散热效率。在微机电系统中，除了性能提高和可靠性增加必须要求电子设备具有良好散热性以外，消除噪声，减少能量消耗，也需要有良好的散热；针对微机电产品，目前的普遍散热方式是采用散热片与冷却风扇的组合，利用冷却风扇对电子产品上的散热片进行散热冷却，这种方式散热效率较低，且空气的导热系数较低，比热较小，对流换热效果不显著；正如本专利技术将要描述的，一些散热途径，包括热传导、自然对流、辐射并不需要风扇；如果设备通过这些途径合理散热，风扇的噪声，能量消耗和费用将会消除；而且，相较于固定机械部件，风扇的故障率更高，去掉风扇增加了可靠性。与风冷相比，水冷使用较空气导热系数高的换热工质（水的导热系数约为空气导热系数的30倍），且流动的水可以更快、更好带走热量，起到好的散热效果，水冷兼顾了静音和效能这两大貌似难以融合的特征。提高液体导热系数的一种有效方式是在液体中添加金属，非金属或聚合物固体粒子；1995年，美国Argonne国家实验室的Choi提出一个概念—纳米流体，即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，形成一类新的换热工质；与传统的纯液体工质及在液体中添加毫米或微米级固体粒子相比，纳米流体可以有效提高液体的导热系数，强化液体的换热性能；Masuda(NetsuBussei,1993,4,227-233)等人研究了体积分数为1.30~4.30%，平均粒径为13nm时，Al2O3—水纳米流体的导热系数与基液的导热系数之比knf/kf为1.109~1.324；Wang(JournalofThermophysicsandHeatTransfer,1999,13,474-480)等人研究了体积分数为5.00~8.00%，平均粒径为28nm时，Al2O3—乙二醇纳米流体knf/kf为1.25~1.41；Das(ASMEJournalofHeatTransfer,2003,125,567-574)等人研究了体积分数为1.00~4.00%，平均粒径为28.6nm时，CuO—水纳米流体knf/kf为1.29~1.36；Xuan(InternationalJournalofHeatandFluidFlow,2000,21,58-64)等人研究了体积分数为1.0~5.0%。平均粒径为100nm时，Cu—水纳米流体knf/kf为1.08~1.45。更为重要的是由于纳米粒子的小尺寸效应，其行为接近于液体分子，纳米粒子自身强烈的布朗运动有利于其保持稳定悬浮而不沉淀，不像毫米或微米级粒子易产生磨损或堵塞等不良结果，且流动压降与纯液体相比并没有显著增大，显示了纳米流体在散热领域有广阔的应用前景。微通道散热器是一种借助先进加工制造技术，如线切割、光刻、化学刻蚀、激光刻蚀等在固体基质上制造的可用于流体和固体热传递的三维结构单元；按照目前国际上的一般分类方法，将特征尺度在0.2∼3mm的通道称为细通道，特征尺度在0.2mm∼100nm的通道称为微通道，而100nm以下称为纳米通道；将微制造技术应用于散热器或冷板的加工，可以极大地增加微通道散热器单位体积的换热面积；刘青林（申请号：201120155173.2）提出一种用于电子元器件的微通道散热器，在空腔壳体内表面加工出凹凸形状的内翅片组成微通道，但这种方法流体与微通道接触面积有限，只有靠近壁面附近的流体参与有效对流换热，没有充分发挥微通道散热器高比表面积的优势；丁桂甫（申请号：201310513130.0）等人提出在金属壳体上加工出蜂窝状长方体结构扰流柱，扰流柱之间形成微通道，但这种方法没有考虑流体的在散热器内部的循环流动速度，造成换热速率的较低。综合以上的分析，本专利技术针对微机电产品中对散热问题的高要求，同时鉴于目前普遍采用的散热方法效率低，散热均匀性差，结构臃肿等问题，提供了一种微机电产品中散热系统装置；本专利技术采用流固共轭传热的微通道散热技术，以高导热系数的纳米流体（体积分数小于10%）作为换热工质；具有结构简单、体积小、散热性能优良、可用于空间狭小、发热量大的发热面的散热等优点，极大地满足微机电系统散热的需求。
技术实现思路
本专利技术属于微机电系统散热领域及纳米流体应用领域，特指一种微机电产品中散热系统装置；该装置由储液池，微型泵，微过滤器，微通道散热器，回流阀，管道等几部分组成，系统装置示意图如图1所示；由储液池，微型泵，微过滤器，微通道散热器，回流阀等组成；微通道散热器通道内流体流量较小，因此在装置管路中设置了旁通回路，回流阀设在旁通回路上，储液池内的纳米流体经过微型泵驱动后，一部分通过微过滤器过滤后进入微通道散热器，另一部分通过回流阀返回到储液池；本专利技术散热系统装置的核心散热器采用流固共轭传热的微通道散热器，以纳米流体为换热工质，可取得较水作为换热工质更为优良的散热效果；在固体基板上加工出矩形微通道构成散热单元，并通过纳米流体的强制对流换热与散热单元的组合，制成具有散热能力均匀、体积微小、结构紧凑、传热效率高的散热器，其结构如图2所示；有冷却流体进口，左端盖，微通道散热器基体，右端盖，微通道，冷却流体出口；图中所示微通道散热器基体左右两端加工出矩形凹槽，然后与左端盖、右端盖之间进行装配，并通过低温钎料片连接固定，以保证整体结构密封性和牢固性；基板上的每条微通道结构相同，间距相同，每条微通道的单位面积散热功率Q相同，基体与所要散热的发热物的表面贴合，待散热面的热量通过散热器的底面传至散热器翅片及微通道底面，进而传入散热工质中，再由流体流动把热量带走；其工作原理如图3所示；微通道的加工采用先进的加工制造技术，如线切割、光刻、化学刻蚀、激光刻蚀等；本专利技术将纳米流体的高导热系数与微通道散热器的高比表面积的特点结合起来，以提高微机电系统散热效率，优化了微机电系统空间结构配置。作为优选,微通道散热器固体基质可采用广泛使用的金属铜或铝，二者均具有高的导热系数，对于绝缘性要求高的系统，固体基质可采用硅，其既是热的优良导体，导热系数可比肩铜、铝，同时其又是电的不良导体，因而在微机电系统广泛应用。作为优选，本装置换热工质可采用Al2O3-水、CuO-水、Cu-水纳米流体等，导热系数高，成本低廉，同时由于微管道的结构尺寸微细，推荐使用的纳米流体体积分数不超过10%，纳米粒子直径不超过100nm。作为优选，用于本散热装置的泵必须体积小、成本低、可靠性高、且采用直流电源驱动；对于液体流量需要精密控制的系统，可采用适合用于微型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微通道散热器，采用流固共轭传热，其特征在于：所述微通道散热器包括左端盖、右端盖和微通道散热器基体，微通道散热器基体左右两端加工出矩形凹槽，然后与左端盖、右端盖之间进行装配，并连接固定，微通道散热器基体开有若干条矩形微通道，左右端盖上分别设有冷却流体进口和冷却流体出口；所述微通道散热器的微通道高度H

【技术特征摘要】
1.一种微通道散热器，采用流固共轭传热，其特征在于：所述微通道散热器包括左端盖、右端盖和微通道散热器基体，微通道散热器基体左右两端加工出矩形凹槽，然后与左端盖、右端盖之间进行装配，并连接固定，微通道散热器基体开有若干条矩形微通道，左右端盖上分别设有冷却流体进口和冷却流体出口；所述微通道散热器的微通道高度Hc取值范围应为2～6mm；微通道底面厚度Hb取值范围应为0.1～1mm；微通道壁面厚度Ww取值范围应为0.1～1mm；通道宽度Wc取值范围应为0.1～0.5mm；所述微通道散热器的微通道个数W为微通道散热器宽度。2.如权利要求1所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述连接固定指通过低温钎料片连接固定。3.如权利要求1所述的一种微通道散热器，其特征在于：所述冷却流体指纳米流体，纳米流体体积分数不超过10％，纳米粒子直径不超过100nm。4.如权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：凌智勇，牛广清，丁建宁，郭立强，程广贵，张忠强，黄跃涛，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32