一种低热阻低泵功稳定性好的歧管微通道散热器制造技术

一种低热阻低泵功稳定性好的歧管微通道散热器，属于强化换热领域。自上而下包含盖板(1)、歧管分流板(2)和微通道基板(4)；盖板(1)上加工有与外部管道连接的通孔，分别是流体入口(10)和流体出口(11)；歧管分流板(2)上加工有入口储液池(7)、入口歧管通道(8)、出口歧管通道(3)以及出口储液池(9)；微通道基板包含由微通道(5)和限流通道(6)构成的一系微通道散热单元。在歧管通道下方布置限流通道。通过在歧管通道下方布置限流通道，大幅度改善了垂直于微通道方向的壁面温度分布；本申请涉及的歧管微通道能有效降低壁面最大温度，改善壁面温度分布，以满足高功率器件的散热需求。以满足高功率器件的散热需求。以满足高功率器件的散热需求。

【技术实现步骤摘要】
一种低热阻低泵功稳定性好的歧管微通道散热器


[0001]本技术属于强化换热领域，涉及一种针对高功率器件的歧管微通道散热器。

技术介绍

[0002]随着宽带隙半导体材料(氮化镓、碳化硅)的大规模商业应用，以功率转换器(DC
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DC)为代表的电子器件尺寸不断缩小，功率密度直线飙升。例如，氮化镓高电子迁移率晶体管(HEMTs)可以在更高的频率下工作，有利于缩小功率转换器尺寸。然而，高开关频率带来的开关损耗导致器件表面热流超过102W/cm2，远远超出了传统冷却方式的极限。如果不采取恰当的冷却方案，电子器件温度过高，器件故障率必然增大，随之而来的便是器件的可靠性降低，使用寿命缩短。
[0003]1981年，学者首次提出了“微通道热沉”概念。与常规通道相比，微通道具有比表面积大、自重轻、可以集成到电子器件衬底上等优点。因此，微通道热沉液体冷却被认为是解决电子器件散热的有效方法。经过近半个世纪的研究发现，微通道液相冷却技术还存在一些问题，诸如平行通道流量分配不均、沿流动方向换热效率降低导致器件表面温度分布不均，致使其长时间承受过高的热应力。而歧管微通道一方面能借助歧管缩短微通道长度，降低泵功，提高对流换热效率；另一方面利用相变能在极小温差下耗散极高热流的优势，改善温度不均的问题。但歧管微通道依然存在很多问题，比如，采用U型歧管虽然能保证流量分配均匀，但加工工艺复杂且密封性差，而Z型歧管虽然结构简单，但流量分配不均，研究表明流量分配不均严重影响壁面温度分布特性。而且这种流量分配不均在直流
‑/>直流功率转换器和泵浦源等多热源系统造成的温度分布不均以及“热点”现象更加明显。另外，微通道内发生相变时，流量分配不均还会加剧沸腾不稳定性，以至于消耗更多泵功，拉低散热极限。
[0004]因此，如何在Z型歧管基础上优化结构，对于降低泵功、提高散热能力并改善温度分布特性，为下一步歧管微通道散热器应用到多热源系统中至关重要。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本技术提供一种既能降低泵功，又能强化换热并改善温度分布特性的高效歧管微通道散热方案，如图1～3所示，其特征在于：依次包含盖板、歧管分流板和微通道基板，盖板盖在歧管分流板上，歧管分流板盖在微通道基板正上方；盖板上加工有与外部管道连接的流体入口和流体出口；
[0006]歧管分流板上加工有入口储液池、入口歧管通道、出口歧管通道以及出口储液池，入口储液池、入口歧管通道、出口歧管通道以及出口储液池分别对应部位处歧管分流板上下相通；入口储液池和出口储液池之间采用弯折折流的肋壁阻隔；在对应入口储液池这一侧，弯折折流的肋壁之间形成四个平行的槽道即四根入口歧管通道，入口歧管通道与入口储液池连通；在出口储液池这一侧弯折折流的肋壁之间形成四个平行的槽道即出口歧管通道，出口歧管通道与出口储液池连通；出口歧管通道和入口歧管通道依次平行交叉排布，出口歧管通道和入口歧管通道之间采用肋壁间隔；
[0007]盖板上的流体入口和出口分别对应歧管分流板上的入口储液池、出口储液池并连通；
[0008]微通道基板包含依次平行交叉排布的微通道区域和限流通道区域，在微通道区域和限流通道区域的两端对应的为没有微通道的平面结构；微通道区域是由多个平行的微通道组成，限流通道区域是由多个平行的限流通道组成；微通道区域和限流通道区域交叉排列方向与微通道的长度方向、限流通道的长度方向一致；其中，限流通道区域位于入口歧管通道的正下方且正好对应入口歧管通道部位，限流通道区域每个限流通道的长度等于入口歧管通道宽度，限流通道的长度方向垂直于歧管通道宽度；出口歧管通道和入口歧管通道的肋壁和出口歧管通道的下方对应的是微通道区域；入口储液池、出口储液池下方对应的分别是微通道基板上微通道区域和限流通道区域两端的平面结构。
[0009]微通道区域内微通道的宽度对应大于限流通道区域内限流通道的宽度，微通道区域内微通道的间隔对应小于限流通道区域内限流通道的间隔。
[0010]四根入口歧管通道，其中三根入口歧管通道等宽，靠边的另一根宽度较窄为上述三根的一半；四根出口歧管通道，其中三根出口歧管通道等宽，另一根靠边的宽度较窄为上述三根宽度的一半；宽度较窄的入口歧管通道与宽度较窄的出口歧管通道分别对应位于歧管分流板的两边。
[0011]上述微通道基板的微通道区域与需散热的功率器件尺寸相同。
[0012]为了明确盖板、歧管分流板和微通道基板的装配方式以及各结构的相对位置，图4
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7给出了微通道热沉主视图、盖板剖视图(A
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A剖视图)、歧管分流板剖视图(B
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B剖视图)以及微通道基板剖视图(C
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C剖视图)。
[0013]结合图1～8，进一步阐述本技术技术方案：
[0014]盖板、歧管分流板和微通道基板键合在一起后，与供液系统连接形成密封系统。流体在微通道散热器内的流动路径依次为流体入口、入口储液池、入口歧管通道、限流通道、微通道、出口歧管通道、出口储液池和流体出口。流体经过盖板上的流体入口进入歧管分流板；歧管分流板包含入口储液池、入口歧管通道、出口歧管通道以及出口储液池，其中，入口歧管通道和出口歧管通道之间通过肋壁阻隔开。从流体入口进入散热器的流体经入口储液池分别进入四根入口歧管通道。由于受到歧管肋壁的阻碍，在流体入口外微泵的驱动下，入口歧管通道内的流体向下流入限流通道。随后，流体受到微通道基板的基底阻碍，流体转向90
°
，沿垂直于入口歧管通道的方向在微通道内流动。接着，在出口歧管通道正下方的微通道内，流体受到壁面(包括肋壁的壁面)或者流体阻碍，再次转向90
°
，垂直向上流出微通道，进入出口歧管通道。最后，因为四根出口歧管通道与出口储液池连通，所以，流入出口歧管通道的流体汇集在出口储液池内并从流体出口流出微通道散热器。流体流动过程中利用显热和潜热吸热，对电子器件实现散热。
[0015]本技术具有以下优点和效果：
[0016]1、流体垂直进出微通道散热器。微通道散热器作为一个散热单元，可以集成到直流
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直流转换模块、泵浦源等多热源系统的冷板中。
[0017]2、在进出口储液池基础上，利用歧管通道和限流通道将流体均匀分配到微通道内，从而明显地改善散热器受热面温度分布，这对于降低热应力，减小热疲劳具有重大意义。
[0018]3、在实现流量分配均匀基础上，利用相变在极小温差下能耗散极高热流的特点，使用有机工质作为冷却介质，例如HFE
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7100，在极小的流量下就能耗散300W/cm2的热流密度，且该数值可以提高一倍以上，在电子器件热管理领域具有重大应用前景。
[0019]4、如上所述，相同散热功率下，采用不同工质可以实现单相和两相换热。而采用如图2～3所示的流动方式，入口歧管通道下方布置限流通道能够抑制过冷度过大引起的沸腾不稳定，提高换热系数和临界热流密度，即最大散热功率；当以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低热阻低泵功稳定性好的歧管微通道散热器，其特征在于，依次包含盖板(1)、歧管分流板(2)和微通道基板(4)，盖板(1)盖在歧管分流板(2)上，歧管分流板(2)盖在微通道基板(4)正上方；盖板(1)上加工有与外部管道连接的流体入口(10)和流体出口(11)；歧管分流板(2)上加工有入口储液池(7)、入口歧管通道(8)、出口歧管通道(3)以及出口储液池(9)，入口储液池(7)、入口歧管通道(8)、出口歧管通道(3)以及出口储液池(9)分别对应部位处歧管分流板(2)上下相通；入口储液池(7)和出口储液池(9)之间采用弯折折流的肋壁(12)阻隔；在对应入口储液池(7)这一侧，弯折折流的肋壁(12)之间形成四个平行的槽道即四根入口歧管通道(8)，入口歧管通道(8)与入口储液池(7)连通；在出口储液池(9)这一侧弯折折流的肋壁(12)之间形成四个平行的槽道即出口歧管通道(3)，出口歧管通道(3)与出口储液池(9)连通；出口歧管通道(3)和入口歧管通道(8)依次平行交叉排布，出口歧管通道(3)和入口歧管通道(8)之间采用肋壁(12)间隔；盖板(1)上的流体入口(10)和出口(11)分别对应歧管分流板(2)上的入口储液池(7)、出口储液池(9)并连通；微通道基板(4)包含依次平行交叉排布的微通道区域(5)和限流通道区域(6)，在微通道区域(5)和限流通道区域(6)的两端对应的为没有微通道的平面结构；微通道区域(5)是由多个平行的微通道组成，限流通道区域(...

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