CN104392973B - 一种散热模块及其制备方法、散热设备、电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热模块及其制备方法、散热设备、电子设备。微流体通道的散热模块包括金属底板、金属封盖、进液接口、出液接口。该封盖固定在该底板上并与该底板之间形成腔体，该腔体用于收容冷却剂。该进液接口与该出液接口分别设置在该封盖的两侧上，且均与该腔体相通供该冷却剂进、出。该封盖从一侧到相对另一侧形成有向该腔体内凸进的若干凸包，相邻凸包之间形成供该冷却剂流通的通道，该若干凸包均位于该进液接口与该出液接口之间用于导引该冷却剂从该进液接口流向该出液接口。实现对高功率密度的电子设备和电子元器件工作时产生热量的散逸。本发明还公开了该散热模块的制备方法，具有该散热模块的散热设备与电子设备。

Description

一种散热模块及其制备方法、散热设备、电子设备

技术领域

本发明涉及散热模块及其制备方法、具有该散热模块的电子设备，尤其涉及作为电子元器件、特别是高热流密度的IC芯片的散热冷却装置的一种微流体通道的散热模块及其制备方法、具有该散热模块的散热设备与电子设备。

背景技术

电子产品朝着便携式/小型化方向发展要求电子元器件在单位体积处理信息量提高(高密度化)；单位时间处理速度的提高(高速化)。这些要求，促使电子元器件产生的功率密度和热流密度也在逐步提高，导致热控制技术成为了电子元器件设计的瓶颈之一。微流体通道散热技术作为一种表面积与体积比较大、散热能力优异的新型冷却技术，可为高热流密度电子元器件的设计与使用提供一种有效的散热方式。

发明内容

本发明的目的在于克服现有设计对电子元器件散热的微通道液冷模块制造成本偏高的技术难题，提供一种微流体通道的散热模块及其制备方法、具有该散热模块的散热设备与电子设备，低成本制造的微流体通道液冷散热模块的设计及制造方案，实现对高功率密度的电子设备和电子元器件工作时产生热量的散逸。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种微流体通道的散热模块，其包括金属底板、金属封盖、进液接口、出液接口；该封盖固定在该底板上并与该底板之间形成腔体，该腔体用于收容冷却剂；该进液接口与该出液接口分别设置在该封盖的两侧上，且均与该腔体相通供该冷却剂进、出；该封盖远离从一侧到相对另一侧形成有向该腔体内凸进且抵持在该底板上的若干凸包，该若干凸包呈阵列式分布，相邻凸包之间形成供该冷却剂流通的通道，该若干凸包均位于该进液接口与该出液接口之间用于导引该冷却剂从该进液接口流向该出液接口。

作为上述方案的进一步改进，定义平行于该进液接口与该出液接口的连接方向为行，而垂直于该进液接口与该出液接口的连接方向为列，相邻两行凸包之间的通道水力直径为相邻两列凸包之间的通道水力直径的0.5～2倍。

优选地，每个凸包呈长条形并平行于该进液接口与该出液接口的连接方向。

作为上述方案的进一步改进，该通道的水力直径为0.1～0.8mm。

作为上述方案的进一步改进，该进液接口、该出液接口与该封盖相接处分别设置有与该腔体连通的空腔。

本发明还提供一种上述任意的微流体通道的散热模块的制备方法，其包括以下步骤：

提供金属底板、金属盖板、进液接口、出液接口；

对该盖板冲压形成封盖，该封盖具有冷却剂出入的出口和入口、位于该出口与该入口之间且连通该出口与该入口的凹槽；

将该封盖固定在该底板上，该凹槽由该底板覆盖使该封盖与该底板之间形成腔体；

将该进液接口、该出液接口分别固定在该入口、该出口上使该进液接口、该出液接口均与该腔体连通；

其中，对该盖板冲压形成封盖时，该凹槽的槽底还冲压有向该凹槽内凸进的若干凸包；该散热模块最后用金属或硅材料通过焊接工艺封装成一体结构。

本发明还提供一种散热设备，其包括换热器及散热模块，该散热模块为上述任意微流体通道的散热模块，该换热器与该散热模块的出液接口连接。

作为上述方案的进一步改进：该散热设备还包括微泵，该微泵与该进液接口连接，该微泵、该散热模块、该换热器连接成该冷却剂的强制循环通路。

本发明还提供一种电子设备，其包括至少一个电子元器件、用于对该至少一个电子元器件散热的散热模块或散热设备，该散热模块为上述任意微流体通道的散热模块，该散热设备为上述任意散热设备；该散热模块的底板或该散热设备的底板固定在该至少一个电子元器件的表面上。

本发明微流体通道的散热模块在使用时，只需将该散热模块通过导热胶粘接在、或采用支架及螺丝固定在、或直接焊接在待冷却的电子元器件表面，即可对电器元器件起到良好的散热效果，低成本高散热。本发明的散热设备通过该散热模块与微泵、换热器(如翅片换热器)利用导管连接成为密闭的强制循环通路，通过流过微型通道内部的冷却工质(即腔体内部的冷却剂)以强迫对流的方式，大幅度提高对高功率密度电子元器件表面的热量散逸性能。本发明的微流体通道散热模块(即微流体通道的散热模块)在制备时可在封盖冲压形成时一并冲压出凸包，制程非常简单、牢靠，利于大范围的推广和应用。本发明的散热模块可应用于电子元器件制造、大功率仪器制造等领域中的温度控制和散热。

附图说明

图1为本发明较佳实施方式提供的微流体通道的散热模块的立体结构示意图；

图2为图1中散热模块的除进液接口与出液后的俯视图；

图3为图2中沿剖线A-A的剖视图。

图4为图1中散热模块的应用示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明的微流体通道的散热模块包括金属底板1、金属封盖2、进液接口3、出液接口4。底板1和封盖2采用金属制成，这样利于传热，金属优选铜或合金，在其它实例中也可混合或单独选用镍、不锈钢、铝或其它金属或合金。

请结合图2及图3，封盖2固定在该底板1上并与该底板1之间形成腔体。为实现稳固连接，封盖2与底板1固定相连，可采用铜、铝等金属材料制造的封盖2与底板1通过焊接等不同方法进行连接固定。该腔体用于收容冷却剂，本实例中，冷却剂选用去离子水，在其它实例中，可根据环境需要选用低粘度硅油、乙二醇溶液等有机或无机工质、溶液及携带相变微胶囊或纳米颗粒的功能流体。

进液接口3、出液接口4分别设置在该封盖2的两侧上，且均与该腔体相通供该冷却剂进、出。该封盖2远离该底板1的一侧上形成有向该腔体内凸进的若干凸包5，相邻凸包5之间形成供冷却剂流通的通道，该通道的水力直径优选为0.1～0.8mm，使通道可称之为微通道。该若干凸包5均位于进液接口3、出液接口4之间用于导引该冷却剂从该进液接口3流向该出液接口4。

封盖2与底板1通过不同的集成固定方式形成密闭的流动冷却剂的微流体通道散热模块结构(如图1所示)，整个散热模块结构中设有多条平行的纵向微通道和平行的横向微通道组成的通道阵列。

该若干凸包5最好采用阵列式分布，定义平行于该进液接口3与该出液接口4的连接方向为行，而垂直于该进液接口3与该出液接口4的连接方向为列，相邻两行凸包之间的通道水力直径优选为相邻两列凸包之间的通道水力直径的0.5～2倍。每个凸包5可呈长条形并平行于该进液接口3与该出液接口4的连接方向。

上部的微流体通道封盖2的平行的横向微通道可有效地将纵向微通道内的热边界层中断，并且流动的冷却剂在横向通道处进行换热，当冷却剂流入第二段纵向微流体通道内后热边界层重新在第二段纵向通道内开始重新发展。以此类推至第三段、第四段……等纵向通道，充分发挥散热模块的导热能力，使其冷却性能大大提高。

该进液接口3、该出液接口4与该封盖2相接处分别设置有与该腔体连通的空腔6，如图2所示，在进液接口3及出液接口4下方均设有将冷却液分布于各微流体通道或集中于一处的空腔6，以利于冷却剂的分配与收集。

本发明的散热模块在使用时，如图4所示，应用在电子设备的电子元器件6的表面上。工作时，在冷却腔体下部区域布置一个发热的电子设备，如正在工作的集成电路封装体等。发热电子设备产生的热量(在本实施方式中，以电子设备的电子元器件6发出的热量为例进行举例说明)经过冷却腔体的底板1传入冷却腔体的内部。冷却剂由进液接口3进入冷却腔体，并被分配于各微流体通道内，冷却剂在微流体通道内流动的过程中吸收底部金属面传导的发热电子设备的热量后，由出液接口4流入外部，通过这一过程将电子元器件6产生的热量散逸掉，实现微流体通道散热系统的散热功能。

使用本发明微流体通道的散热模块时，只需将该散热模块通过导热胶粘接在、或采用支架及螺丝固定在、或直接焊接在待冷却的电子元器件6表面，即可对电器元器件6起到良好的散热效果，低成本高散热。

为了进一步增强对电器元器件6的散热性能，还可以设置微泵、换热器。该微泵与该进液接口3连接，该换热器与该出液接口4连接。该微泵、该散热模块、该换热器连接成该冷却剂的强制循环通路，以降低温升后冷却剂的温度，以实现循环散热。微泵全称就是微型水泵，英文名称：micro pump或mini pump，定义：通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力，即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为水泵，可在“微型泵资料网”查询微型水泵详细介绍。水泵一般组成形式为驱动部分+泵体，泵体上有一进一出两个接口，水从入水口进，排水口出，凡是采用这种形式，且体积小巧、袖珍的水泵，都叫微型水泵。

冷却剂经由微泵提供压力由进液接口3进入冷却腔体，并被分配于各微流体通道内，冷却剂在微流体通道内流动的过程中吸收底部金属面传导的发热电子设备的热量后，由出液接口4流入外部的换热器(如翅片换热器)，通过这一过程将发热电子元器件6产生的热量散逸掉，实现微流体通道散热系统的散热功能。

本发明的散热模块通过与微泵、换热器(如翅片换热器)利用导管连接成为密闭的强制循环通路，通过流过微型通道内部的冷却工质(即腔体内部的冷却剂)以强迫对流的方式，大幅度提高对高功率密度电子元器件6表面的热量散逸性能。

本发明的散热模块在制备时，其制备方法包括以下步骤：

提供金属底板1、金属盖板、进液接口3、出液接口4；

对该盖板冲压形成封盖2，该封盖2具有冷却剂出入的出口和入口、位于该出口与该入口之间且连通该出口与该入口的凹槽、位于该凹槽槽底且向该凹槽内凸进的若干凸包5；

将该封盖2固定在该底板1上，该凹槽由该底板1覆盖使该封盖2与该底板1之间形成腔体；

将该进液接口3、该出液接口4分别固定在该入口、该出口上使该进液接口3、该出液接口4均与该腔体连通；

用金属或硅材料通过焊接工艺封装成一体结构。

在电子元器件6工作过程中，可根据制造材料不同通过冲压、铸造、电镀等工艺制造微通道封盖2，再通过焊接或键合等工艺或粘接等其它固定手段将本发明的微流体通道散热模块与电子元器件6集成在一起，并将微泵、集成好的微流体通道散热模块及外部翅片换热器通过导管连接成为密闭的回路，作为电子元器件6的散热装置。

微流体通道模块腔体采用冲压方法制成以降低成本，制造的微通道模块可与封装好的芯片或裸芯片通过焊接、键合等工艺或通过导热胶粘接的方法集成在一起。

本发明的微流体通道散热模块(即微流体通道的散热模块)在制备时可在封盖冲压形成时一并冲压出凸包5，制程非常简单、牢靠，利于大范围的推广和应用。因而本发明的散热模块非常利于应用在电子元器件制造、大功率仪器制造等领域中，实现温度控制和热量消散。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微流体通道的散热模块，其包括金属底板、金属封盖、进液接口、出液接口；该封盖固定在该底板上并与该底板之间形成腔体，该腔体用于收容冷却剂；该进液接口与该出液接口分别设置在该封盖的两侧上，且均与该腔体相通供该冷却剂进、出；其特征在于：该封盖从一侧到相对另一侧形成有向该腔体内凸进且抵持在该底板上的若干凸包，该若干凸包呈阵列式分布，相邻凸包之间形成供该冷却剂流通的通道，该若干凸包均位于该进液接口与该出液接口之间用于导引该冷却剂从该进液接口流向该出液接口。

2.如权利要求1所述的微流体通道的散热模块，其特征在于：

定义平行于该进液接口与该出液接口的连接方向为行，而垂直于该进液接口与该出液接口的连接方向为列，相邻两行凸包之间的通道水力直径为相邻两列凸包之间的通道水力直径的0.5～2倍。

3.如权利要求1所述的微流体通道的散热模块，其特征在于：每个凸包呈长条形并平行于该进液接口与该出液接口的连接方向。

4.如权利要求1所述的微流体通道的散热模块，其特征在于：该通道的水力直径为0.1～0.8mm。

5.如权利要求1所述的微流体通道的散热模块，其特征在于：该进液接口、该出液接口与该封盖相接处分别设置有与该腔体连通的空腔。

6.一种如权利要求1至5中任意一项所述的微流体通道的散热模块的制备方法，其包括以下步骤：

提供金属底板、金属盖板、进液接口、出液接口；

对该盖板冲压形成封盖，该封盖具有冷却剂出入的出口和入口、位于该出口与该入口之间且连通该出口与该入口的凹槽；

将该封盖固定在该底板上，该凹槽由该底板覆盖使该封盖与该底板之间形成腔体；

将该进液接口、该出液接口分别固定在该入口、该出口上使该进液接口、该出液接口均与该腔体连通；

其特征在于：对该盖板冲压形成封盖时，该凹槽的槽底还冲压有向该凹槽内凸进的若干凸包；该散热模块最后用金属或硅材料通过焊接工艺封装成一体结构。

7.一种散热设备，其包括换热器及散热模块，其特征在于：该散热模块为如权利要求1至5中任意一项所述的微流体通道的散热模块，该换热器与该散热模块的出液接口连接。

8.如权利要求7所述的散热设备，其特征在于：该散热设备还包括微泵，该微泵与该进液接口连接，该微泵、该散热模块、该换热器连接成该冷却剂的强制循环通路。

9.一种电子设备，其包括至少一个电子元器件、用于对该至少一个电子元器件散热的散热模块或散热设备，其特征在于：该散热模块为如权利要求1至5中任意一项所述的微流体通道的散热模块，该散热设备为如权利要求7或8所述的散热设备；该散热模块的底板或该散热设备的底板固定在该至少一个电子元器件的表面上。