一种鱼鳃仿生结构微通道散热器制造技术

本发明专利技术公开了一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，包括壳体、内部流道和流经所述内部流道的冷却工质；所述壳体的一端设置有冷却工质入口，另一端设置有冷却工质出口；所述内部流道中至少设置有一个鱼鳃结构单元，每个所述鱼鳃结构单元至少由两片平行叠放在一起的梳子状的肋片组成；所述鱼鳃结构单元横向布置于内部流道中；所述梳子状的肋片包括朝向所述冷却工质出口的梳齿部分和位于所述梳齿部分根部的梳体部分。一方面通过设置多片平行布置的肋片，增强冷却工质的混合；另一方面通过设置多个齿槽和梳齿，增加了对流换热面积，但是压降却没大幅增加，不需要大幅增加泵耗功率；再者通过增加沿流向方向肋片的厚度，提高散热器后半部分的换热效率。半部分的换热效率。半部分的换热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种鱼鳃仿生结构微通道散热器


[0001]本专利技术涉及高热流密度散热问题，具体地指一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，能应用于能源动力、电力电子、化工过程等各种应用领域，尤其应用于集成电路领域。

技术介绍

[0002]随着半导体技术的快速进步，芯片的集成度不断提高，导致芯片单位面积上的发热量激增。传统的空冷散热、液冷散热、热管散热和半导体散热等冷却技术已经很难满足高集成化芯片的散热需求。鉴于此，微通道冷却技术应运而生，微通道结构可以通过在芯片硅基层构建使冷却工质直接通过的微小通道，可以绕过芯片封装直接对集成电路表面进行冷却，为芯片散热提供了良好的解决方案。
[0003]现有平行微管道的主要缺点是冷却能力有限，对于芯片的高功率区域的冷却效果不好，会产生较高的温度梯度，这会引起机械应力并导致薄芯片的局部翘曲。现有的微针肋结构需要大功率泵，从而增加了能耗和成本，并会在半导体器件上产生潜在的破坏性机械应力。
[0004]申请号为CN212810289 U的中国技术专利公开了一种具有特殊肋结构的微通道热沉，属于换热器
，其结构包括入流及出流结构、肋排结构和顶部盖板；入流及出流结构一端为入流通道，另一端为出流通道；肋排结构设置在入流通道和出流通道之间，包括间隔排列的Z型肋板和直肋板；顶部盖板上设置有冷却工质入口和冷却工质出口。通过直肋板与Z型肋板间隔排列的微通道，使得冷却工质的边界层不断被破坏，且在局部形成漩涡，有助于提高热沉的换热效率。该技术示例的技术方案，通过特殊的入口结构及微通道肋设计，使各微通道间流量均匀分配。但在肋片直角位置形成的涡流区域，阻碍了工质流体的流动，不利于通道的换热。同时，该技术结构中包含有众多突扩突缩结构，导致流动阻力很大。结构机械强度有限，有被大功率泵产生的破坏性机械应力破坏的风险。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是要提供一种结构简单实用、在增大换热面积的前提下，不会大幅增加通道阻力的微通道散热器。
[0006]为实现上述目的，本专利技术公开了一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，其包括壳体、内部流道和流经所述内部流道的冷却工质，所述壳体的一端设置有冷却工质入口，另一端设置有冷却工质出口；所述内部流道中至少设置有一个鱼鳃结构单元，每个所述鱼鳃结构单元至少由两片平行布置的梳子状的肋片组成；所述鱼鳃结构单元横向布置于内部流道中；所述梳子状的肋片包括朝向所述冷却工质出口的梳齿部分和位于所述梳齿部分根部的梳体部分。
[0007]进一步地，所述壳体由上层盖板和凹槽状的下层壳体组装而成，所述内部流道为所述下层壳体的凹槽状部分。
[0008]进一步地，多个所述鱼鳃结构单元沿冷却工质流动的方向平行等间距布置。
[0009]进一步地，单个所述鱼鳃结构单元上肋片的数量为2到8片。
[0010]更进一步地，上下相邻所述肋片之间留有间隙。
[0011]进一步地，单个所述鱼鳃结构单元的相邻两肋片之间沿冷却工质流动的方向错位排列布置，所述相邻肋片之间错位的距离d2大于梳体部分的宽度d3。
[0012]进一步地，单个所述鱼鳃结构单元的相邻两肋片上的梳齿部分在垂直于冷却工质流动的方向上相互错位布置。
[0013]进一步地，每个所述肋片的梳齿部分和梳体部分的横截面积沿冷却工质流动的方向逐渐平顺增大。
[0014]进一步地，所述内部流道的鱼鳃结构单元中最上层和最下层的肋片分别与所内部流道中的上下内表面抵接。
[0015]进一步地，所述鱼鳃结构单元的左右两端与所述内部流道中的左右内表面抵接。
[0016]相比于现有技术，本专利技术的有益效果：1、本专利技术的鱼鳃仿生结构微通道散热器，通过设置多片上下平行的肋片，增强了冷却工质的混合，使其能更好地冷却通道内的高温区域，强化了通道的散热能力。同时冷却工质在流经鱼鳃结构时，由于冷却工质受到扰动，破坏了边界层，强化了微通道散热器的换热能力。
[0017]2、本专利技术的鱼鳃仿生结构微通道散热器，通过设置多个齿槽和梳齿，保证了换热的均匀性，增加了微通道的换热面积，增强了冷却工质的混合，从而强化传热，同时由于设置了沿垂直于冷却工质流动方向贯通的齿槽结构，不会大幅增加通道阻力。
[0018]3、通过逐渐增加沿流动的方向肋片的厚度，可以减小冷却工质流经路径的横截面积，使冷却工质流动的速度逐渐增加，提高散热器后半部分的换热效率，进而使散热器整体温度均匀性提高。
[0019]4、本专利技术的鱼鳃仿生结构微通道散热器，可以通过增加鱼鳃仿生结构单元及其上梳齿和齿槽的数量和增大肋片的厚度，以获得更优的散热能力，但是这会引起泵耗功率增加。本专利技术可以通过调节以上结构的尺寸，以满足不同的热源冷却需求，使泵耗功率增加的较少，具有很强的适用性。
附图说明
[0020]图1为本专利技术实施例一的微通道的立体结构示意图；图2为本专利技术实施例一的微通道的肋片的立体结构示意图；图3为本专利技术实施例一的微通道的右视图；图4为本专利技术实施例一的微通道的右视图中A处的局部放大图；图5为本专利技术实施例一的微通道的主视图；图6为本专利技术实施例一的微通道的立体结构示意图；图7为本专利技术实施例一的微通道的俯视图中B处的局部放大图；图8为本专利技术实施例二的微通道的立体结构示意图；图9为本专利技术实施例二的微通道的左视图；图10为本专利技术实施例三的微通道的立体结构示意图；图11为本专利技术实施例三的微通道中第一肋片的俯视图；
图12为本专利技术实施例三的微通道中第二肋片的俯视图；图13为本专利技术实施例三的微通道的主视图；图14为本专利技术实施例三的微通道的右视图；图15为本专利技术施例一的微通道的等温线云图；图16为本专利技术施例三的微通道的等温线云图。
[0021]附图标记：1、壳体；2、内部流道；3、鱼鳃结构单元；3.1、第一肋片；3.2、第二肋片；3.3、第三肋片；3.4、第四肋片；4、梳齿部分；4.1、梳齿；4.2、齿槽；5、梳体部分；6、平直部分；7、冷却工质入口；8、冷却工质出口。
[0022]具体实施方式
[0023]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0024]实施例一参照图1所示，本专利技术的肋排仿生结构的冷却微通道散热器包括：壳体1，内部流道2和流经所述内部流道2的冷却工质。
[0025]本专利技术中各实施例的方向以图1为参照系，所述冷却工质流动的方向即为从冷却工质入口7指向冷却工质出口8的方向，以所述冷却工质入口7与冷却工质出口8的连线方向为纵向方向；横向方向为以所述上层盖板平面为基准，其垂直于所述纵向方向。所述横向方向即为左右端，以所述冷却工质出入口所在的一端为上端，所述壳体1所在的另一端为下端，以靠近所述冷却工质入口7的一端为前端，远离所述冷却工质出口8的另一端为后端，所述前后端即为所述纵向方向。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，包括壳体（1）、内部流道（2）和流经所述内部流道（2）的冷却工质；其特征在于：所述壳体（1）的一端设置有冷却工质入口（7），另一端设置有冷却工质出口（8）；所述内部流道（2）中至少设置有一个鱼鳃结构单元（3），每个所述鱼鳃结构单元（3）至少由两片平行叠放在一起的梳子状的肋片组成；所述鱼鳃结构单元（3）横向布置于内部流道（2）中；所述梳子状的肋片包括朝向所述冷却工质出口（8）的梳齿部分（4）和位于所述梳齿部分根部的梳体部分（5）。2.根据权利要求1所述的一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，其特征在于：所述壳体（1）由上层盖板和凹槽状的下层壳体组装而成，所述内部流道（2）为所述下层壳体的凹槽状部分。3.根据权利要求1所述的一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，其特征在于：多个所述鱼鳃结构单元（3）沿内部流道（2）的流动的方向平行等间距布置。4.根据权利要求1所述的一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，其特征在于：单个所述鱼鳃结构单元（3）上肋片的数量为2到8片。5.根据权利要求4所述的一种鱼...

【专利技术属性】
技术研发人员：张健，谢志辉，陆卓群，奚坤，陈华伟，纪祥鲲，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：