一种混合结构热沉制造技术

本发明专利技术提供一种混合结构热沉，包括上盖板、漩涡发生器、主通道、基底、主通道壁；所述基底的上方包括主通道、主通道壁；所述主通道、主通道壁的上方为上盖板和漩涡发生器；所述主通道两端为主通道壁；所述热沉的主通道为n条，n≥1的整数；所述每条主通道在热沉的侧面两端具有热沉冷却液出口；所述漩涡发生器设置在上盖板的中部，位于主通道的上端，由单排狭缝阵列通道组成；所述漩涡发生器的单排狭缝阵列通道数量与热沉的主通道数量相同。本发明专利技术的一种混合结构热沉，破坏了热沉内部主通道壁处的边界层，降低压力损失，实现热沉基底温度的均匀性，维持热沉温度稳定。维持热沉温度稳定。维持热沉温度稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种混合结构热沉

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[0001]本专利技术涉及热沉
，尤其是涉及大热流密度散热的热沉


技术介绍
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[0002]随着工业制造的不断进步，芯片的运算速度越来越快，集成度也越来越高。而芯片温度是影响芯片特性的主要因素之一。在芯片功率不断提高的背景下，如果不能维持芯片温度稳定在合适的状态，芯片的工作效率会降低，性能会下降，甚至芯片本身发生损坏而使运行系统崩溃。
[0003]1981年，Tuckerman&Pease以水为冷却介质，利用截面50
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300μm2的矩形微通道在面积为1cm2的硅板上实现热流密度为790W/cm2的散热，但是压力损失也达到了213.59KPa，无法在实际中得到应用。Qu和Mudawar用无氧铜设计了通道截面为231
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713μm2的微通道热沉，并以去离子水作为冷却流体，并当入口雷诺数为1690，热流密度为100W/cm2时，加热面与进口流体之间的温差为31K且在有限的温升范围内，即温升低于100K。传统的微通道热沉实现的热流密度大多在100
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400W/cm2之间，已经无法满足日益增长的散热需求。
[0004]微通道热沉具有比表面积大，结构紧凑，传热效率高的优点，但是沿流动方向上温度梯度和压力损失较大，较大的温度梯度造成了底面温度的不均匀性较大，给芯片带来较大的热应力，缩短了芯片的使用寿命，而较大的压力损失则需要消耗较大的泵功，其主要原因在于流体在微通道内流动时会在壁面处产生边界层，且随着流动距离增加边界层逐渐增厚，边界层增厚使得热沉的流动和传热性能恶化，因此提高微通道热沉的流动传热性能的关键在于削弱边界层。针对于此，很多学者对微通道热沉进行了研究，但是这些研究大多都是基于平行流动而言的，并没有有效地破坏通道内的边界层，提高热沉的流动与传热性能。
[0005]
技术实现思路

[0006]本专利技术提供一种混合结构热沉，破坏了热沉内部主通道壁处的边界层，降低压力损失，实现热沉基底温度的均匀性，维持热沉温度稳定。
[0007]本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：
[0008]一种混合结构热沉，包括上盖板、漩涡发生器、主通道、基底、主通道壁；所述基底的上方包括主通道、主通道壁；所述主通道、主通道壁的上方为上盖板和漩涡发生器；所述主通道两端为主通道壁；所述热沉的主通道为n条，n≥1的整数；所述每条主通道在热沉的侧面两端具有热沉冷却液出口；所述漩涡发生器设置在上盖板的中部，位于主通道的上端，由单排狭缝阵列通道组成；所述漩涡发生器的单排狭缝阵列通道数量与热沉的主通道数量相同。
[0009]进一步，所述单排狭缝阵列通道中每个狭缝通道的右侧面与对应的主通道的右侧主通道壁相平齐；或者所述单排狭缝阵列通道中每个狭缝通道的左侧面与对应的主通道的左侧主通道壁相平齐。
[0010]进一步，包括二次流道；所述基底的上方包括二次流道，所述二次流道的上方为上盖板；所述二次流道穿过热沉内部的主通道壁，实现热沉内部的主通道壁两侧的主通道连
通。
[0011]进一步，所述热沉内部相邻主通道之间的主通道壁对应设置m条二次流道，m≥1的整数。
[0012]进一步，所述二次流道沿主通道方向交错设置。
[0013]进一步，所述热沉为高导热材料；冷却液从漩涡发生器流入，在热沉冷却液出口流出；所述冷却液为液态水、纳米流体、酒精、液态金属。
[0014]进一步，所述热沉的横截面为长方形、三角形、梯形。
[0015]进一步，所述漩涡发生器的单排狭缝阵列通道的形状为长方体、三角锥形、圆柱状、梯状体结构。
[0016]进一步，所述二次流道的形状为平行四边形、梯形、波浪形。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018]一是将主通道、漩涡发生器、二次流道进行整合，充分发挥各种结构的优势，实现多种结构优势的正面叠加，降低热沉的热阻，减小压力损失，降低了热沉底面的温度，提高底部温度的均匀性，减小了泵功，提高热沉的使用寿命。
[0019]二是冷却液采用“中间进两边出”的流动方向，使得冷却液具有更短的流动路程，大大减少了流动带来的压力损失。
[0020]三是漩涡发生器使得流体在主通道内产生强烈的漩涡效应，使得主通道壁面附近的冷却液与主通道中心处的冷却液充分混合，破坏了主通道壁面附近的边界层，增强了流体的扰动，提升了主通道内部冷却液流动传热整体特性。
[0021]四是二次流道使得相邻主通道内的流体可以相互流进和流出，破坏了主通道中的边界层，增强了流体的扰动，使得沿主通道方向传热系数的衰竭减弱，提高了底面温度的均匀性，此外增加了流体与热沉的接触面积，增强了换热。
附图说明
[0022]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0023]图1：混合结构热沉示意图
[0024]图2：混合结构热沉剖面示意图
[0025]图3：二次流道结构示意图
[0026]图4：主通道内冷却液漩涡流动示意图
[0027]1‑
上盖板；2
‑
漩涡发生器；3
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主通道；4
‑
二次流道；5
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基底；6
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二次流道角度；7
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主通道壁；8
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热沉冷却液出口；9
‑
冷却液漩涡流体。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述，实施例不能在此一一赘述，但本专利技术的实施方式并不因此限定以下实施例。
[0029]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”“下”“左”“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0030]一种混合结构热沉，包括上盖板1、漩涡发生器2、主通道3、二次流道4、基底5、主通道壁7。
[0031]一种混合结构热沉，是一种微型散热片，用来冷却芯片的装置。所述热沉与芯片是连接设置或接近设置，优选例为热沉与芯片的散热面连接，设置在芯片的上方，热沉的底部与芯片的散热面尺寸相同，对芯片的散热面进行全覆盖。所述热沉采用高导热材料，优选例为铜或硅。所述热沉的横截面为长方形、三角形、梯形，优选例为长方形。
[0032]所述热沉的基底5与芯片的散热面连接设置或接近设置。所述基底5的上方包括主通道3、二次流道4、主通道壁7；所述主通道3、二次流道4、主通道壁7的上方为上盖板1和漩涡发生器2。所述上盖板能够密封盖住主通道3、二次流道4、主通道壁7，所述上盖板1、基底5、主通道壁7的密封设置，使得冷却液在热沉中流动时，仅能从漩涡发生器2流入，在热沉冷却液出口8流出，冷却液无法从热沉的其他部位泄露，防止冷却液与芯片接触。所述漩涡发生器2设置在热沉的上端，所述热沉冷却液出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混合结构热沉，其特征在于：包括上盖板、漩涡发生器、主通道、基底、主通道壁；所述基底的上方包括主通道、主通道壁；所述主通道、主通道壁的上方为上盖板和漩涡发生器；所述主通道两端为主通道壁；所述热沉的主通道为n条，n≥1的整数；所述每条主通道在热沉的侧面两端具有热沉冷却液出口；所述漩涡发生器设置在上盖板的中部，位于主通道的上端，由单排狭缝阵列通道组成；所述漩涡发生器的单排狭缝阵列通道数量与热沉的主通道数量相同。2.根据权利要求1所述的一种混合结构热沉，其特征在于：所述单排狭缝阵列通道中每个狭缝通道的右侧面与对应的主通道的右侧主通道壁相平齐；或者所述单排狭缝阵列通道中每个狭缝通道的左侧面与对应的主通道的左侧主通道壁相平齐。3.根据权利要求1或2所述的一种混合结构热沉，其特征在于：包括二次流道；所述基底的上方包括二次流道，所述二次流道的上方为上盖板；所述二次流道穿过热沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈俊，李赛飞，龚文驰，李振兴，戴巍，海鹏，郑文帅，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：