一种带肋对称正弦波型微通道热沉制造技术

本发明专利技术公开了一种带肋对称正弦波型微通道热沉，属于微电子热沉技术领域。其包括热沉模块和盖板，热沉模块包括基底和多个沿基底长度方向等距间隔设置的微通道散热结构单元；每个微通道散热结构单元均包括第一正弦波型壁面、第二正弦波型壁面和多个肋柱，第一正弦波型壁面和所述第二正弦波型壁面呈镜像对称且二者之间形成微通道流道，每个肋柱均设置在第一正弦波型壁面的波峰和第二正弦波型壁面的波峰之间的中心处，且每个所述肋柱的顶端与所述第一正弦波型壁面和所述第二正弦波型壁面的上部端面均平齐。将本发明专利技术的带肋对称正弦波型微通道热沉应用于微电子器件的散热装置，具有散热快、温度均匀和热匹配性高等优点。温度均匀和热匹配性高等优点。温度均匀和热匹配性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种带肋对称正弦波型微通道热沉


[0001]本专利技术涉及一种带肋对称正弦波型微通道热沉，属于微电子热沉


技术介绍

[0002]微电子器件广泛应用于人类生产和生活的各个领域。随着微电子器件尺寸的迅速缩小和热流密度的迅速增加，温度对电子元器件性能和耐久性的影响越来越明显。室温下,温度每升高10℃，电子器件的使用寿命降低一半。在70
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80℃工作环境中，温度每升高1℃，电子器件的可靠性降低5％。由于电子设备的操作限制，通常在电子设备中允许产生的温度和热流分别不超过85℃和2500W/cm2。2022年12月发布的FF900R12ME7_B11芯片在80℃的管壳温度下饱和运行时，芯片所达热流密度为2.6
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106W/m2，短路运行时则功率密度高达4.8
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109W/m2。在汽车的电池散热领域，Hingordni的研究表明，电池的化学反应速率与温度呈几何级数关系曲线，温度每上升10℃，电池内部的电化学反应速率将加倍。Somogye的研究表明，镍氢电池长期工作在45℃下，其循环寿命将减少60％。因此，在众多新兴的
，高热流密度器件的散热问题已经成为制约新兴科技应用的重大难题。
[0003]微通道散热器由Tuckerman和Pease在1981年提出，是一种集成水冷系统的高效换热器，能够以0.09K/W的热阻去除掉微电子器件表面高达790W/cm2的热流密度。随后，因其体积小、换热面积大、换热效率高、冷却效果明显、冷却剂消耗少等优点，长久以来得到了众多的关注，并在长期的微电子器件冷却应用中展示了其优越的散热性能。
[0004]然而在1981年所提出的传统光滑直通道结构如今已经再次无法满足日益提升的散热需求，难以解决微电子产品的超热问题。因此需要对微通道结构进行进一步的优化。目前，微通道的结构优化方向繁多，例如改变截面形状、二次流道、弯曲壁面等。但是过于复杂的微通道结构不仅增加制造难度，拉升生产成本，还增加压降损失，对冷却剂的驱动功率也进一步的提出更高需求。
[0005]波型通道不仅结构简单，而且其独特的弯曲壁面结构易于在通道内部产生大量的流动扰动，形成迪恩涡，促进壁面附近的冷却流体混合，因此其换热性能远远优于传统直通道。但是，平行波型通道热沉的通道截面较窄不利于二次加工，且经过多种二次加工优化的平行波通道的综合性能提升也并不明显。
[0006]鉴于此，有必要提供一种能应用于微电子器件的散热装置，以解决现有技术的不足。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的，是提供一种带肋对称正弦波型微通道热沉。
[0008]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种带肋对称正弦波型微通道热沉，包括热沉模块和盖板，所述盖板位于所述热沉模块的正上方且用于密封连接所述热沉模块；所述热沉模块包括基底和多个沿所述基底长度方向等距间隔设置的微通道散热结构单元；每个所述微通道散热结构单元均包括第一正弦波型壁面、第二正弦波型壁面和多个肋
柱，所述第一正弦波型壁面和所述第二正弦波型壁面呈镜像对称且二者之间形成微通道流道，每个所述肋柱均设置在所述第一正弦波型壁面的波峰和所述第二正弦波型壁面的波峰之间的中心处，且每个所述肋柱的顶端与所述第一正弦波型壁面和所述第二正弦波型壁面的上部端面均平齐；沿所述盖板长度方向的两端分别等距设有与多个所述微通道散热结构单元一一对应的冷却剂进口和冷却剂出口；热源均匀设置在所述基底的下方。
[0009]本专利技术的带肋对称正弦波型微通道热沉的原理是：
[0010]本专利技术的带肋对称正弦波型微通道热沉，依据被冷却器件的尺寸、形状及大小，可适当调整每个微通道散热结构单元内的波形周期数及单元个数。如果需要更宽或更窄的热沉尺寸，则增多或减少微通道散热结构单元数。如果需要更长或更短的热沉尺寸，则增多或减少波型周期数。总之，热沉总体的几何形状及尺寸可根据被冷却器件的尺寸及整体封装要求进行各种调整，非常的灵活和便捷。
[0011]基于增大流体扰动和换热面积的对流换热理论，在本专利技术的带肋对称正弦波型微通道中，冷却剂从冷却剂进口进入，进入微通道散热结构单元。微通道散热结构单元中的呈镜像对称的第一正弦波型壁面和第二正弦波型壁面会使冷却剂产生周期性的收缩与扩张效果，破坏靠近壁面处的边界层，加强壁面附近的冷热流体混合，强化微通道的换热效果。与此同时，布置于每个微通道散热结构单元中心的肋柱对中心区域的流体产生分流效果，破坏了中心流体束的层状分布，受肋柱分流后的流体流向两侧波峰，同时也加速了两侧波峰处的流体流动，消除了波峰处低速滞留的高温流体，再次加强了换热效果。最终冷却剂在经过呈镜像对称的第一正弦波型壁面和第二正弦波型壁面以及肋柱的协同扰动后，由冷却剂出口流出。整个过程中各个部分的冷热流体发生充分混合，极大地提升了微通道热沉的散热效果。
[0012]本专利技术的带肋对称正弦波型微通道热沉的有益效果是：
[0013]1、本专利技术在满足可控压降的条件下大幅改善了整体的换热效果及温度分布的均匀性。将本专利技术的带肋对称正弦波型微通道热沉应用于微电子器件的散热装置，具有散热快、温度均匀和热匹配性高等优点。
[0014]2、本专利技术的带肋对称正弦波型微通道热沉，一方面相较传统直通道可以进一步提升散热效果，降低微电子器件的温度，从而提升其运行的可靠性、耐久性及寿命；另一方面，所产生的压降损失也完全处于可接受范围内，综合性能获得大幅提升。
[0015]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0016]进一步，所述热沉模块的材料为高导热材料。
[0017]采用上述进一步的有益效果是：热沉模块采用高导热材料，便于散热。
[0018]更进一步，所述高导热材料为铜或者硅。
[0019]采用上述更进一步的有益效果是：热沉模块采用铜或者硅，导热系数更高，更利于散热。
[0020]进一步，所述盖板的材料选用硼硅玻璃、氧化铝、氮化硅、有机玻璃和陶瓷中的任意一种。
[0021]采用上述进一步的有益效果是：上述材料均为低热膨胀系数材料，高温环境下形变较小且便于加工和成型。
[0022]进一步，所述第一正弦波型壁面和所述第二正弦波型壁面所采用的正弦波的振幅
与波长之比范围为1:8
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1:40。
[0023]采用上述进一步的有益效果是：振幅过小时引起的流体扰动较小不利于换热；振幅过大时通道收敛位置的喉道效应增强引起过高的流动损失。
[0024]更进一步，所述第一正弦波型壁面和所述第二正弦波型壁面所采用的正弦波的振幅与波长之比均为1:10。
[0025]采用上述进一步的有益效果是：上述为最佳参数，对强化换热和压降损失的平衡效果更佳。
[0026]进一步，所述微通道散热结构通过刻蚀或机械加工方式设置在所述基底上。
[0027]采用上述进一步的有益效果是：采用上述方式，可以实现微通道散热结构和基底的密封连接。
[0028]进一步，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带肋对称正弦波型微通道热沉，其特征在于，包括热沉模块(1)和盖板(2)，所述盖板(2)位于所述热沉模块(1)的正上方且用于密封连接所述热沉模块(1)；所述热沉模块(1)包括基底(5)和多个沿所述基底(5)长度方向等距间隔设置的微通道散热结构单元(6)；每个所述微通道散热结构单元(6)均包括第一正弦波型壁面(8)、第二正弦波型壁面(10)和多个肋柱(9)，所述第一正弦波型壁面(8)和所述第二正弦波型壁面(10)呈镜像对称且二者之间形成微通道流道，每个所述肋柱(9)均设置在所述第一正弦波型壁面(8)的波峰和所述第二正弦波型壁面(10)的波峰之间的中心处，且每个所述肋柱(9)的顶端与所述第一正弦波型壁面(8)和所述第二正弦波型壁面(10)的上部端面均平齐；沿所述盖板(2)长度方向的两端分别等距设有与多个所述微通道散热结构单元(6)一一对应的冷却剂进口(3)和冷却剂出口(4)；热源(7)均匀设置在所述基底(5)的下方。2.根据权利要求1所述的带肋对称正弦波型微通道热沉，其特征在于，所述热沉模块(1)的材料为高导热材料；所述盖板(2)的材料选用硼硅玻璃、氧化铝、氮化硅、有机玻璃和陶瓷中的任意一种。3.根据权利要求1所述的带肋对称正弦波型微通道热沉，其特征在于，所述第一正弦波型壁面(8)和所述第二正弦波型壁面(10)所采用的正弦波的振幅与波长之比范围为1:8
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1:40。4.根据权利要求1所述的带肋对称正弦波型微通道热沉，其特征在于，多个所述微通道散热结构单元(6)通过刻蚀或机械加工方式设置在所述基底(5)上。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱崎峰，王泽中，曾静伟，温小萍，张安超，李海霞，张森，邓浩鑫，王发辉，陈国艳，和文强，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：