微射流阵列冷却热沉制造技术

一种微射流阵列冷却热沉，其特征在于，包括有依次封装在一起的过流片（１），射流入口腔片（２），射流喷嘴片（３），射流出口片（４），传热片（５）；过流片（１）上开有与外部管路连接的进液口（６）和出液口（７）；射流入口腔片（２）上设有射流入口腔（８），在与过流片（１）上的进液口（６）和出液口（７）相对应的位置开有进液孔（９）和出液孔（１０）；射流喷嘴片（３）上设有与射流入口腔（８）和设置在射流出口腔片（４）上的射流出口腔（１４）相通的射流喷嘴（１１），连通进液孔（９）和射流入口腔（８）的进液导流通道（１２），连通出液孔（１０）和射流出口腔（１４）的出液导流通道（１３）；射流出口腔片（４）上在与射流入口腔片（２）的射流入口腔（８）相对应的位置设有射流出口腔（１４）。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子
，涉及一种冷却装置。目前国内外正在积极着手研究和已经应用的微冷却器包括微热交换器、微冷冻机、微通道热沉、微热管均热片及整合式微冷却器等。其中微通道热沉已经被证实是传热性能最佳且最具应用潜力的冷却方式之一。目前普遍公认的两种有代表性的微通道冷却热沉是传统微通道型(Traditional Microchannel Type，TMC)和岐管微通道型(ManifoldMicrochannel Type，MMC)。TMC热沉的特点是入口和出口分别位于被冷却元器件的两端。虽然TMC热沉具有高的冷却能力，但两个设计上的局限限制了它的广泛应用。其一，是由于小尺寸所产生的较大压力降；其二，是热源入口、出口间巨大的温度变化。而MMC热沉具有多条入口、出口通道，以一定间隔交替分布在通道长度方向上。在一个固定的流率下，依据岐管通道的入口/出口数量，流动阻力被相应减小，温度变化幅度被相应减小，总的传热热阻也被相应地减小。因此，与TMC热沉相比，MMC热沉具有很大的优越性。然而，无论是TMC热沉还是MMC热沉，其冷却机理均为通道内流体受迫对流换热。其结果是通道入口处流体温度低、冷却效果好，而出口处流体温度高、冷却效果相对较差，由此导致换热表面温度分布不均。而这一局部区域的温度分布(特别是最高温度)是影响被冷却器件工作特性的关键，也是评价微通道热沉性能优劣的重要指标。一种微射流阵列冷却热沉，其特征在于，如图1所示，包括有依次封装在一起的过流片1，射流入口腔片2，射流喷嘴片3，射流出口片4，传热片5；过流片1上开有与外部管路连接的进液口6和出液口7；射流入口腔片2上设有射流入口腔8，在与过流片1上的进液口6和出液口7相对应的位置分别开有进液孔9和出液孔10；射流喷嘴片3上设有与射流入口腔8和设置在射流出口腔片4上的射流出口腔14相通的射流喷嘴11，连通进液孔9和射流入口腔8的进液导流通道12，连通出液孔10和射流出口腔14的出液导流通道13；射流出口腔片4上在与射流入口腔片2的射流入口腔8相对应的位置设有射流出口腔14。如图8所示，本专利技术的射流出口腔片4上在与过流片1上的进液口6和出液口7相对应的位置开有进液孔9和出液孔10，传热片5上在与过流片1上的进液口6和出液口7相对应的位置分别开有进液口6和出液口7。本专利技术采用了由孔阵列组成的射流喷嘴11。如图4所示，本专利技术在射流出口腔片4上采用了开有微通道17的射流出口腔14，微通道17的数量及位置与射流喷嘴11中的孔相对应。本专利技术提出的微射流阵列冷却热沉基于射流冲击换热理论。射流冲击冷却时，流体法向冲击传热表面，形成很薄的速度和温度边界层，因而具有很高的传热率。同时，采用合理的微射流阵列布置方式，可以极大地提高被冷却表面温度分布的均匀性。因此，微射流阵列冷却热沉是减小电子器件换热表面最高温度、降低温度变化的有效方法。如图2所示，将热沉片组合封装后形成微射流阵列冷却热沉15。在热沉内部可形成封闭的流体循环，流体流经顺序为进液口6、进液孔9、进液导流通道12、射流入口腔8、射流喷嘴11、射流出口腔14、出液导流通道13、出液孔10、出液口7，流体通过射流喷嘴11以较高的速度、垂直喷射在传热片5上，实现了高热流通量传热。换热工质可分别选用空气、水、制冷剂等。根据所用工质以及器件最佳工作温度范围，在传热表面上将形成单相流体射流冲击换热、射流冲击相变换热来实现冷却技术要求。热沉片可选用无氧铜、硅片、银等材料，总体几何形状尺寸可根据被冷却器件尺寸及总体封装要求确定。射流冲击冷却是一种强烈的对流换热方式，特别是在微细尺度条件下，射流冲击换热具有极高的换热速率。本专利技术充分利用了微射流冲击换热系数极高这一特点，利用微射流阵列热沉来冷却微电子器件，同时在某些情况下可以实现射流冲击相变换热，利用流体发生相变时的潜热来实现更高的热流密度。附图说明图1本专利技术的具有圆孔阵列射流喷嘴的结构示意图；图中1、过流片，2、射流入口腔片，3、射流喷嘴片，4、射流出口腔片，5、传热片，6、进液口，7、出液口，8、射流入口腔，9、进液孔，10、出液孔，11、射流喷嘴，12、进液导流通道，13、出液导流通道，14、射流出口腔；图2具有图1所示结构的本专利技术示意图；图中15、冷却热沉；图3本专利技术冷却半导体激光条的示意图；图中16、半导体激光条；图4本专利技术的具有圆孔阵列射流喷嘴和微通道的结构示意图；图中17、微通道；图5本专利技术的具有长方孔阵列射流喷嘴的结构示意图；图6具有图5所示结构的本专利技术示意图； 图7本专利技术冷却大功率半导体激光器阵列的示意图；图中18、电源正极，19、绝缘层，20、光线，21、入口管，22、出口管，23、密封圈；图8射流出口腔片上具有进、出液孔和传热片上具有进、出液口的冷却热沉结构示意图。实施例2如图4所示，在射流出口腔片4上的射流出口腔14开有微通道17，微通道17的数量及位置与射流喷嘴11中的圆孔相对应，微通道17的宽度为300-500微米，各片加工完成后，依次焊接在一起，形成微射流冷却热沉，流体在热沉内部流经顺序为进液口6、进液孔9、进液导流通道12、射流入口腔8、射流喷嘴11、微通道17、射流出口腔14、出液导流通道13、出液孔10、出液口7；当流体进入到射流入口腔8后，首先通过射流喷嘴11以较高的速度、垂直喷射在传热片5上，实现了高热流通量传热，然后流体经微通道17流动到射流出口腔14，实现了与传热面换热，充分利用了射流冲击换热与通道内受迫对流换热组合的冷却方式。实施例3如图5所示，采用两块厚度为200微米的射流喷嘴片3，射流喷嘴11由一排均匀排列的宽度为40微米、长度为500微米的长方孔组成，射流出口腔片4的厚度为200微米，过流片1、射流入口腔片2、传热片5的厚度均为300微米，如图6所示为具有图5结构的热沉示意图。流体在热沉内部流经顺序为进液口6、进液孔9、进液导流通道12、射流入口腔8、射流喷嘴11、射流出口腔14、出液导流通道13、出液孔10、出液口7。流体通过射流喷嘴11的长方孔以平面射流方式垂直、高速喷射在传热片5上，实现了对于某些具有狭长的发热区域器件的冷却。实施例4如图7所示，采用本专利技术冷却大功率半导体激光器阵列，该阵列由M个发光单元组成，在本实施例中M＝4，每个发光单元间涂有绝缘层19；每个发光单元包括电源正极18、冷却热沉15、及置于它们之间的半导体激光条16和绝缘层19，冷却热沉15同时作为电源负极，半导体激光条16在电场的作用下发出光线20。流体经入口管21分别进入每个冷却热沉15，经出口管22流出；入口管21、出口管22与冷却热沉15之间有橡胶密封圈23密封。在本实施例中，最上方的冷却热沉15与图1所示结构相同，即射流出口腔片4、传热片5上无进、出液孔，下方的冷却热沉15的射流出口腔片4、传热片5上分别加工有进、出液孔和进、出液口，如图8所示，这样，冷却流体可以经过同一根入口管分别进入每个热沉，并经同一出口管流出，实现了对大功率半导体激光器阵列的冷却。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微射流阵列冷却热沉，其特征在于，包括有依次封装在一起的过流片(1)，射流入口腔片(2)，射流喷嘴片(3)，射流出口片(4)，传热片(5)；过流片(1)上开有与外部管路连接的进液口(6)和出液口(7)；射流入口腔片(2)上设有射流入口腔(8)，在与过流片(1)上的进液口(6)和出液口(7)相对应的位置开有进液孔(9)和出液孔(10)；射流喷嘴片(3)上设有与射流入口腔(8)和设置在射流出口腔片(4)上的射流出口腔(14)相通的射流喷嘴(11)，连通进液孔(9)和射流入口腔(8)的进液导流通道(12)，连通出液孔(10)和射流出口腔(14)的出液导流通道(13)；射流出口腔片(4)上在与射流入口腔片(2)的射流入...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏国栋，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：