一种具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器制造技术

本发明专利技术公开了一种具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器，包括导热底板和导热盖板，导热底板的上部固连有至少两个竖向的翅片，翅片的顶部与导热盖板固连，相邻两个翅片及与其连接的导热底板和导热盖板构成一个独立的微通道传热单元，微通道传热单元的两端分别为工质出口和工质进口；微通道传热单元包括微针鳍阵列和波浪通道，当微针鳍阵列固定布置在导热底板上表面和导热盖板下表面时，相邻两个翅片的相对面均为波浪状使其与导热底板和导热盖板之间形成波浪通道；当微针鳍阵列固定布置在翅片的侧表面时，导热底板上端面和导热盖板的下端面均开设有波浪状沟槽使其与翅片之间形成波浪通道，提高了散热效率并降低了热阻和流阻。提高了散热效率并降低了热阻和流阻。提高了散热效率并降低了热阻和流阻。

【技术实现步骤摘要】
一种具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器


[0001]本专利技术涉及电子器件散热器，具体是一种具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器。

技术介绍

[0002]近年来，随着信息、医学、材料、能源等行业的迅猛发展以及高集成度微电子器件、现代毫微米制造技术、微加工技术等在工程上得到广泛应用，对散热系统强化的需求日益迫切。此外，由于单位面积上的晶体管数量正在以符合摩尔定律的方式增长，并且这一趋势仍将继续，这预示着集成电路正朝着高密度、小体积和高集成度的方向发展，随之而来的散热问题已成为制约电子产品发展的重要因素。由于高集成度电子元器件的总功率处于高速递增的状态，这导致了单位面积下施加的热流密度显著增加，而每个器件都存在一定的工作温度范围，超过工作温度范围上限将导致微电子系统运行的可靠性及安全性降低，乃至失效。微电子系统的可靠性对温度非常敏感，工作温度的升高将导致其失效率呈指数上升，且超过55％的电子器件故障是因为其工作温度超过额定温度导致的。已有研究表明，当电子元器件的工作温度在70℃～80℃之间时，每升高1℃，其可靠性就降低5％。因此，为了使电子器件的工作温度能控制在允许的范围内，以保障其安全性和可靠性，对其进行合理的散热设计并采取安全有效的冷却方式成为亟待解决的问题。
[0003]鉴于微电子器件封装尺寸的不断缩小以及系统和元器件集成度的进一步提高，导致热通量的显著增加，有效的热管理对微电子器件和芯片的正常稳定运行至关重要，而传统的冷却技术无法满足上述要求，这给结构简单的水冷式微通道散热器在冷却需求方面带来了巨大挑战。除通道结构外，微通道散热器的热性能还受到工质热导率和比热的限制，因此利用混合不同物质或物质的不同相(固/液/气)的功能性热流体进行冷却是一项极具应用前景且十分有效的强化传热技术。目前，如H.Inaba在题为“New challenge in advanced thermal energy transportation using functionally thermal fluids”(International Journal of Thermal Sciences,Vol.39,pp.991
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1003,2000)的文献中所描述的，功能热流体是水等传热介质与石蜡等有相变或无相变物质的混合物，并且介绍了功能性热流体的分类、特点及其应用，尽管功能性热流体与基液相比会增大流动阻力和摩擦压降，但将其应用于先进的热能输送和热交换系统中仍具有显著优势，为换热器的热能输送和强化传热提供了诱人的机会。具体地讲，功能性热流体是在基液中加入微纳尺度金属/非金属/相变胶囊等颗粒所产生的冷却流体，其主要包括纳米流体和相变微胶囊悬浮液等流体类型，其中：纳米流体是通过相关技术将纳米尺度的金属或非金属颗粒分散到基流体中而形成的一种均匀、稳定、导热率高的新型导热流体；与纳米流体不同的是，相变微胶囊悬浮液在不失流动性的前提下通过壳内相变材料的熔化和凝固可以吸收和释放大量的热量，而微胶囊颗粒的壁材则保证了其具有一定的稳定性。基于相变潜热效应和微混合，功能性热流体利用更大的有效比热容和导热系数来加强流体的传热。
[0004]此外，填充多孔材料的微通道依靠大的表面接触面积和强大的局部流体混合能力来增强对流传热，被认为是高热密度应用的有希望的替代方案。多孔结构的类型主要包括
烧结多孔介质、泡沫金属、纳米棒阵列和微针鳍阵列等形式，其中：烧结多孔介质和泡沫金属等结构型式由于其自身孔径的限制，且为了避免潜在的孔隙堵塞引起的传热弱化及流阻上升等问题，使其对微纳尺度金属/非金属/相变胶囊等颗粒粒径及体积分数的要求较高，而微针鳍阵列结构凭借其自身结构优势在兼顾传热强化的同时能够降低流动阻力可以缓解这一矛盾，进而提高功能性热流体中微纳尺度颗粒粒径及体积分数的阈值。但是，直通道配置中几乎与通道平行的冷却剂流线导致了较差的流体掺混及较厚的热边界层，且冷却剂的规则流动必定导致沿流动方向的换热减少。可见，在电子元器件的功率密度和集成度不断提高的大背景下，需要对采用功能性热流体作为冷却剂的散热器本体进行进一步改进，以充分发挥冷却剂的致冷效果，进而提升微通道散热器的冷却性能并降低热阻及流阻。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器，以提高散热器的散热效率并降低热阻和流阻。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]一种具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器，包括导热底板和导热盖板，导热底板的上部固定连接有至少两个竖向的翅片，翅片的顶部与导热盖板固定连接，相邻两个翅片及与其连接的导热底板和导热盖板构成一个独立的微通道传热单元，微通道传热单元的两端分别为工质出口和工质进口；
[0008]所述微通道传热单元包括微针鳍阵列和波浪通道，当微针鳍阵列固定布置在导热底板上表面和导热盖板下表面时，相邻两个翅片的相对面均为波浪状使其与导热底板和导热盖板之间形成用于功能性热流体流通的波浪通道；当微针鳍阵列固定布置在翅片的侧表面时，导热底板上端面和导热盖板的下端面均开设有波浪状沟槽使其与翅片之间形成用于功能性热流体流通的波浪通道。
[0009]进一步地，所述微针鳍阵列包括若干个柱体，柱体的横截面为圆形、正方形、菱形、三角形或多边形。
[0010]进一步地，所述微针鳍阵列的柱体均匀地布置在导热底板上表面和导热盖板下表面或翅片的侧表面，且微针鳍阵列的孔隙率为0.27～0.9。
[0011]进一步地，所述微针鳍阵列的柱体与波浪通道的波浪同周期地呈现正三角和倒三角交替、或正三角和正三角交替的叉排布置在导热底板上表面和导热盖板下表面或翅片的侧表面。
[0012]进一步地，所述微针鳍阵列的柱体沿波纹通道方向呈线性或梯度增大或减小，从而以前密后疏或前疏后密的孔隙率顺排布置在导热底板上表面和导热盖板下表面或翅片的侧表面，且微针鳍阵列的孔隙率比值为0.3～3.3。
[0013]进一步地，所述波浪通道的高度为0.2～30mm，宽度为0.05～5mm。
[0014]进一步地，所述波浪通道的波浪的振幅为0.01～1.5mm，波长为0.1～15mm。
[0015]本专利技术与现有技术相比，具有如下技术效果：
[0016]本专利技术基于弯曲界面可以诱导迪恩涡的原理，采用波浪通道代替现有的直通道的构型设计，增大了功能性热流体在波浪通道中的对流表面积并延长了停留时间，可以改善冷热工质混合不良的问题，增强了工质的二次扰动，使波浪通道内部的温度分布更趋均匀，
缩短了功能性热流体的冷却时间；而且，在相同截面下，波浪通道更利于热量的传输，使换热更加充分，提高了散热器的散热效率；此外，采用功能性热流体作为工质，结合具有微针鳍阵列的波浪通道，可以显著提升微通道散热器的传热能力，与传统的散热器相比，具有更小的温度梯度和更均匀的温度分布，获得更大的传热强化和更低的压降损失。可见，本专利技术的具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器不仅结构简单，重量体积小，易于制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器，其特征在于，包括导热底板(1)和导热盖板(3)，导热底板(1)的上部固定连接有至少两个竖向的翅片(2)，翅片(2)的顶部与导热盖板(3)固定连接，相邻两个翅片(2)及与其连接的导热底板(1)和导热盖板(3)构成一个独立的微通道传热单元(4)，微通道传热单元(4)的两端分别为工质出口和工质进口；所述微通道传热单元(4)包括微针鳍阵列(5)和波浪通道，当微针鳍阵列(5)固定布置在导热底板(1)上表面和导热盖板(3)下表面时，相邻两个翅片(2)的相对面均为波浪状使其与导热底板(1)和导热盖板(3)之间形成用于功能性热流体流通的波浪通道；当微针鳍阵列(5)固定布置在翅片(2)的侧表面时，导热底板(1)上端面和导热盖板(3)的下端面均开设有波浪状沟槽使其与翅片(2)之间形成用于功能性热流体流通的波浪通道。2.根据权利要求1所述的具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器，其特征在于，所述微针鳍阵列(5)包括若干个柱体，柱体的横截面为圆形、正方形、菱形、三角形或多边形。3.根据权利要求2所述的具有微针鳍阵列的波浪微通道散热器，其特征在于，所述微...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘迎文，戴浩，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：