CN102014598A - 棱柱阵列射流微通道散热器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种棱柱阵列射流微通道的散热器。它包括以下结构：棱柱阵列结构、射流结构、出入口交叉结构、分液结构及布置出入口的结构。冷却液从入口进入之后，经过一个分液结构将引入的冷却液带到旁边侧隙，同时不会与出口冷却液混合，经过一个梳形结构的出入口交叉结构，将出口和入口的距离缩短，降低压降。当冷却液到达一个多孔喷射的射流结构时，它可以均匀地将冷却液引到加热硅基上，使基体温度更加均匀，同时造成的紊流更易将热量带走，射流结构也可以降低压降。最后，棱柱阵列结构使冷却液易发生紊流，更易带走从基体传至棱柱结构的热量，增加热交换效率。本产品可以用于电子芯片、LED等微型结构的冷却器。

Description

棱柱阵列射流微通道散热器

技术领域

本发明涉及一种新型微通道散热器，特别是一种采用棱柱阵列结构的射流微通道散热器。

背景技术

微通道散热结构最早由Tuckerman在1981年提出的，他描述了微通道热沉结构，在集成电路的硅衬底背面用化学方法腐蚀若干矩形沟槽，用盖板耦合构成封闭的冷却剂通道，密封与外界的连接而形成冷却剂回路。器件产生的热量通过联结层而传导到热沉，被微通道中流动的冷却剂带走以达到对集成电路芯片散热的目的。Xiaojin Wei，Yogendra Joshi提出了一种多层微通道堆叠的方法，并初步推导了这种结构的传热学模型。该种利用微加工键合技术将数层硅微通道堆叠起来的设计意图是减少微泵工作时的压降负担，从而加强微通道冷却器的实用性能。张忠江等研究的微喷流实验，通过分析实验结果得出了微射流热沉能够达到改善芯片发热，并且对于缩小表面温差有一定效果的结论。

传统的微冷却器结构如图1所示，由基板(1)、微通道(2)、盖板(3)所构成。传统的微通道冷却器中冷却液不能够完全将热量带走，同时冷却液入口速度增加时会导致压降增加。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种棱柱阵列射流微通道散热器能使散热器和冷却液之间的热交换更加充分，提高散热效率；较少散热器的温度梯度，达到均匀散热；同时有效降低压降，降低冷却循环动力供给的功率。

为达到上述目的，本发明的构思是：

本发明的任务在于建立一种能够更有效带走芯片产生的热量并且性能更加优良的微冷却装置。本发明的装置全部采用硅材料，一共由五部分组成，如图2所示，包括棱柱阵列结构，射流结构，出入口交叉结构，分液结构以及出入口结构。

本装置由五块硅基板经胶粘结组合。出入口和分液结构的两个板，使得进口和出口的冷却液不会混合以提高冷却效果，为了降低压降采用交叉的梳形的通道，使得出入口距离缩短而降低压降。由于热源分布可能不均匀，热量不能有效地带走，导致冷却液的利用率比较低。为了增加散热效率采用喷射的方式，冷却液均匀的喷射到加热的硅基板上，提高了冷却液的利用率。底面基板上采用棱柱阵列的结构，使冷却液形成涡流增加散热效果。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种棱柱阵列射流微通道散热器，由出入口结构层、分液结构层、出入口交叉结构层、射流结构层、棱柱阵列结构层一次叠置粘合构成，其特征是每层的对应各边尺寸相同，组成紧密的整体。

所述出入口结构层的出入口为圆口，方便与管道连接，材料采用硅，或者热导率更低的材料。

所述分液结构层有对准出入口的非穿通凹槽和位于两侧的穿通侧隙，将液体引至两侧的穿通侧隙。非穿通凹槽的中间隔层宽度根据材料属性确定，尽量避免热传递。

所述出入口交叉结构层有两个交叉的梳形通槽，梳形通槽的条数和尺寸根据实际要求确定，保证每条通槽长度相同,材料首先考虑采用硅。

所述射流结构层有规则排列着的小穿孔组成，每个小穿孔对准下层每横排两个棱柱的中间位置，每横排小穿孔的间距为每排棱柱间距的偶数倍，每横排中的小穿孔与小穿孔的间距为棱柱间距的整数倍,材料首先考虑采用硅。

所述棱柱阵列结构层布列着棱柱阵列而四周有凸缘与棱柱齐平，棱柱横截面为菱形，棱柱横向间距为棱柱截面宽度的两倍，棱柱纵向间距为棱柱截面长度，棱柱高度根据实际需要确定,材料首先考虑采用硅。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：使散热器和冷却液之间的热交换更加充分，提高散热效率；较少散热器的温度梯度，达到均匀散热；有效降低压降，降低冷却循环动力供给的功率。本发明在机械电子、集成电路等方面具有较大的应用前景。

附图说明

图1是已有技术的微冷却器立体结构示意图；

图2是本发明的一个实施例的结构示意图；

图3是本发明的工作状态示意图；

图4是出入口结构层示意图；

图5是分液结构层示意图；

图6是出入口交叉结构层示意图；

图7是射流结构层示意图；

图8是棱柱阵列结构层示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例结合附图说明如下：

实施例一：参见图2，本棱柱阵列射流微通道散热器，由出入口结构层1、分液结构层2、出入口交叉结构层3、射流结构层4、棱柱阵列结构层5一次叠置粘合构成，其特征是每层的对应各边尺寸相同，组成紧密的整体。

实施例二：本实施例与实施例一基本相同，特别之处如下：参见图4，所述出入口结构层1的出入口6,7为圆口，方便与管道连接，材料采用硅，或者热导率更低的材料。

参见图5，所述分液结构层2有对准出入口6,7的非穿通凹槽8,9和位于两侧的穿通侧隙10,11，将液体引至两侧的穿通侧隙10,11。非穿通凹槽8,9的中间隔层宽度根据材料属性确定，尽量避免热传递。

参见图6，所述出入口交叉结构层3有两个交叉的梳形通槽12,13，梳形通槽12,13的条数和尺寸根据实际要求确定，保证每条通槽长度相同,材料首先考虑采用硅。

参见图7，所述射流结构层4有规则排列着的小穿孔14组成，每个小穿孔14对准下层每横排两个棱柱15的中间位置，每横排小穿孔14的间距为每排棱柱15间距的偶数倍，每横排中的小穿孔14与小穿孔14的间距为棱柱15间距的整数倍,材料首先考虑采用硅。

参见图8，所述棱柱阵列结构层5布列着棱柱阵列而四周有凸缘与棱柱15齐平，棱柱15横截面为菱形，棱柱15横向间距为棱柱15截面宽度的两倍，棱柱15纵向间距为棱柱15截面长度，棱柱15高度根据实际需要确定,材料首先考虑采用硅。

本实施例的工作图参见图3。热量从底面加热之后通过硅基板传到板上，冷却液从入口进入之后，经过一个分液结构将引入的冷却液带到旁边侧隙，同时可以方便出入口的冷却液不会混合，经过一个梳形形状的出入口交叉结构。当冷却液到达一个多孔喷射的射流结构时，它可以均匀地将冷却液引到加热硅基上，使基体温度更加均匀，同时造成的紊流更易将热量带走，射流架构也可以降低压降。最后是棱柱阵列结构使冷却液在流动方向易发生紊流，加大热交换效率。使用过的冷却液循环后从梳形通道回到分液板上并从出口出去。本产品可以用于微型结构的冷却器。

Claims (6)

1.一种棱柱阵列射流微通道散热器由出入口结构层（1）、分液结构层（2）、出入口交叉结构层（3）、射流结构层（4）、棱柱阵列结构层（5）依次叠置粘合构成，其特征是每层的对应各边尺寸相同，组成紧密的整体。

2.根据权利要求1所述的棱柱阵列射流微通道散热器，其特征是所述出入口结构层（1）的出入口（6,7）为圆口，方便与管道连接，材料采用硅，或者热导率更低的材料。

3.根据权利要求1所述的棱柱阵列射流微通道散热器，其特征是所述分液结构层（2）有对准出入口（6,7）的非穿通凹槽（8,9）和位于两侧的穿通侧隙（10,11），将液体引至两侧的穿通侧隙（10,11）；非穿通凹槽（8,9）的中间隔层宽度根据材料属性确定，尽量避免热传递。

4.根据权利要求1所述的棱柱阵列射流微通道散热器，其特征是所述出入口交叉结构层（3）有两个交叉的梳形通槽（12,13），梳形通槽（12,13）的条数和尺寸根据实际要求确定，保证每条通槽长度相同,材料首先考虑采用硅。

5.根据权利要求1所述的棱柱阵列射流微通道散热器，其特征是所述射流结构层（4）有规则排列着的小穿孔（14），每个小穿孔（14）对准下层每横排两个棱柱（15）的中间位置，每横排小穿孔（14）的间距为每排棱柱（15）间距的偶数倍，每横排中的小穿孔（14）与小穿孔（14）的间距为棱柱（15）间距的整数倍,材料首先考虑采用硅。

6.根据权利要求1所述的棱柱阵列射流微通道散热器，其特征是所述棱柱阵列结构层（5）布列着棱柱阵列而四周有凸缘与棱柱（15）齐平，棱柱（15）横截面为菱形，棱柱（15）横向间距为棱柱（15）截面宽度的两倍，棱柱（15）纵向间距为棱柱（15）截面长度，棱柱（15）高度根据实际需要确定,材料首先考虑采用硅。

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