CN105097733B - 一种基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置 - Google Patents

一种基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于微流道散热技术领域，公开了一种基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置。本发明包括散热盖板，所述散热盖板配设有散热翅片，所述散热翅片的上方配设有风扇，还包括散热冷板，所述散热冷板设置在散热盖板的下方，所述散热冷板设有多条流道槽栅，所述流道槽栅的一侧设有凸起，所述流道槽栅的另一侧设有凹槽，所述流道槽栅上开设有多个孔，所述孔内设有填充有泡沫金属和石蜡，所述孔的与散热盖板上的散热翅片相互适配并连接在一起形成密封的空间；所述散热冷板上设置开设有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口经管道与储液槽连通，所述管道上设有水泵。

Description

一种基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置
技术领域
本发明属于微流道散热技术领域，具体涉及一种基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，主要应用于间歇性大功率芯片的散热。
背景技术
近年来随着微电子技术和电子封装技术的发展，特别是集成电路与器件集成度的不断提高，各种电子元件运行速度和输出功率不断提升，而且由于高密度封装将这些热量分布在较小的表面，对电子产品的可靠性产生了很大威胁，有研究表明，约占55%的电子元器件损坏或缺陷源自于温度过高的问题。因此，对电子元件进行高效率的热设计是非常必要的。
芯片冷却的目的是对芯片的运行温度进行控制(或称热控制)，以保证其工作的稳定性和可靠性。散热或冷却方式主要有空气冷却(分为自然冷却和强制冷却)、液体冷却(有直接液体冷却和间接液体冷却等)、相变冷却、半导体制冷、热管散热、复合冷却系统等。传统的空气冷却方法越来越不能满足散热的需求,而液体冷却的各项技术中,由于微通道散热器结构简单、散热量大、所需存储的制冷剂量小等优点,成为了一种较为理想的高功率微电子器件的散热器。
传统的微通道散热器主要存在以下缺陷，散热器的散热能力低，壁面温差大，温度分布不均。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，而提供一种基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，具有散热效果好，温度分布均匀的特点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，包括散热盖板，所述散热盖板配设有散热翅片，所述散热翅片的上方配设有风扇，其特征在于，还包括散热冷板，所述散热冷板设置在散热盖板的下方，所述散热冷板设有多条流道槽栅，所述流道槽栅的一侧设有凸起，所述流道槽栅的另一侧设有凹槽，所述流道槽栅上开设有多个孔，所述孔内设有填充有泡沫金属和石蜡，所述孔与散热盖板上的散热翅片相互适配并连接在一起形成密封的空间；所述散热冷板上设置开设有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口经管道与储液槽连通，所述管道上设有水泵。
所述凸起均匀间隔的设置在流道槽栅的一侧，所述凹槽均匀间隔的设置在流道槽栅的另一侧。
所述凸起的中心线与凹槽的中心线在同一直线上。
所述散热盖板上配设有温度传感器，所述温度传感器与外部的控制单元电连接。
所述温度传感器为针状电压式温度传感器。
所述风扇与控制单元电连接。
所述水泵为涡轮泵，所述涡轮泵与控制单元电连接。
所述石蜡均匀包覆在泡沫金属的周围。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，包括散热盖板，所述散热盖板配设有散热翅片，所述散热翅片的上方配设有风扇，还包括散热冷板，所述散热冷板设置在散热盖板的下方，所述散热冷板设有多条流道槽栅，所述流道槽栅的一侧设有凸起，所述流道槽栅的另一侧设有凹槽，所述流道槽栅上开设有多个孔，所述孔内设有填充有泡沫金属和石蜡，所述孔与散热盖板上的散热翅片相互适配并连接在一起形成密封的空间；所述散热冷板上设置开设有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口经管道与储液槽连通，所述管道上设有水泵。在热量和质量传递过程中，流体的流动状态对整个传递过程有着重要的影响，本发明通过设置凸起和凹槽，增加流体的相互渗混与扰动可以降低热阻、增强流体与固体壁面间的换热，显著的提高散热能力。凸凹流道散热器中凸凹穴周期性分布在流道槽栅的侧壁上,与现有的流道槽栅相比，当两散热器其他结构参数均相同时，凸凹周期性变截面微通道散热器的传热性能优于矩形等截面直通道散热器，这是因为凸凹穴的存在对凸凹穴附近流体产生扰动,不断破坏边界层,使通道等截面段的流体总是处于发展阶段，有效增强散热效果。从而使得本发明具有散热效果好、温度分布均匀的特点,延长芯片的使用寿命。
同时，本发明能够根据芯片的不同工作状况，选择不同的冷却方式，从而达到散热的目的，保证芯片的正常工作，提高芯片的寿命。
本发明特别适用于间歇性大功率芯片的散热，也能够运用于其他芯片的散热。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的散热冷板和散热盖板的结构示意图；
图3是本发明的散热冷板的结构示意图；
图4是本发明的散热冷板和散热盖板的局部剖视图示意图；
图5是本发明图4 A 处的放大示意图；
图中标记：1、散热盖板，2、散热冷板，2—1、冷却液进口，2—2、冷却液出口，3、风扇，4、涡轮泵，5、储液槽，6、温度传感器，7、管道，8、石蜡，9、泡沫金属。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
结合附图，本发明的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，包括散热盖板1，所述散热盖板1配设有散热翅片，所述散热翅片的上方配设有风扇3，还包括散热冷板2，所述散热冷板2设置在散热盖板1的下方，所述散热冷板2设有多条流道槽栅，所述流道槽栅的一侧设有凸起，所述流道槽栅的另一侧设有凹槽，所述流道槽栅上开设有多个孔，所述孔内设有填充有泡沫金属9和石蜡8，所述孔与散热盖板1上的散热翅片相互适配并连接在一起形成密封的空间；本发明的散热盖板和散热翅片可以为一体结构；所述散热冷板2上设置开设有冷却液进口2-1和冷却液出口2-2，所述冷却液进口2-1和冷却液出口2-2经管道7与储液槽5连通，所述管道7上设有水泵。本发明相邻的流道槽栅之间形成冷却液流道，即是说，流道槽栅间隔的设置在散热冷板内。
在热量和质量传递过程中，流体的流动状态对整个传递过程有着重要的影响，本发明通过设置凸起和凹槽，增加流体的相互渗混与扰动可以降低热阻、增强流体与固体壁面间的换热，显著的提高散热能力。凸凹流道散热器中凸凹穴周期性分布在流道槽栅的侧壁上,与现有的流道槽栅相比，当两散热器其他结构参数均相同时，凸凹周期性变截面微通道散热器的传热性能优于矩形等截面直通道散热器，这是因为凸凹穴的存在对凸凹穴附近流体产生扰动,不断破坏边界层,使通道等截面段的流体总是处于发展阶段，有效增强散热效果。从而使得本发明具有散热效果好、温度分布均匀的特点。
作为本发明一种优选的方式，凸起均匀间隔的设置在流道槽栅的一侧，所述凹槽均匀间隔的设置在流道槽栅的另一侧。
所述凸起的中心线与凹槽的中心线在同一直线上。
本发明的散热盖板上配设有温度传感器，所述温度传感器与外部的控制单元电连接。
作为本发明一种优选的方式，所述温度传感器6为针状电压式温度传感器；散热盖板1上配设有两个针状电压式温度传感器，两个针状电压式温度传感器配设在冷却液出口处。
本发明的风扇3与控制单元电连接。
作为本发明一种优选的方式，所述水泵为涡轮泵4，所述涡轮泵4与控制单元电连接。
作为本发明一种优选的方式，所述石蜡8均匀包覆在泡沫金属9的周围。
本发明的控制单元可以选用PLC，其中PLC和针状电压式温度传感器均属于现有技术，本领域的技术人员都明白和理解，在此不再赘述。
本发明能够根据芯片的不同工作状况，选择不同的冷却方式，从而达到散热的目的，保证芯片的正常工作，提高芯片的寿命。
本发明一实施例的工作流程为：本实施例将散热强度分为几个等级，当温度传感器的温度在≤60°C（流道槽栅中的石蜡未完全液化）时，通过流道槽栅中的石蜡吸收芯片热量，通过散热翅片靠自由扩散的方式把热量传递出去， 不需要启动液冷装置；当温度传感器的温度为60～80°C时，控制单元（单片机）启动风扇，通过强制风冷却的方式对芯片进行散热；当温度传感器的温度为80～110°C时，控制单元启动涡轮泵，水冷散热装置开始运行，此时，风冷和水冷同时进行，加快热量的扩散率，降低芯片的热量。当芯片的温度降低时，可根据温度传感器的温度范围自行控制涡轮泵及风扇的电压，以此控制冷却液的循环速度和风扇的转速，直至涡轮泵和风扇关闭，此时完成一个循环过程。
实施例一
本实施例的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，包括散热盖板，所述散热盖板配设有散热翅片，所述散热翅片的上方配设有风扇，还包括散热冷板，所述散热冷板设置在散热盖板的下方，所述散热冷板设有多条流道槽栅，所述流道槽栅的一侧设有凸起，所述流道槽栅的另一侧设有凹槽，所述流道槽栅上开设有多个孔，所述孔内设有填充有泡沫金属和石蜡，所述孔与散热盖板上的散热翅片相互适配并连接在一起形成密封的空间；所述散热冷板上设置开设有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口经管道与储液槽连通，所述管道上设有水泵。
实施例二
本实施例的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，包括散热盖板，所述散热盖板配设有散热翅片，所述散热翅片的上方配设有风扇，还包括散热冷板，所述散热冷板设置在散热盖板的下方，所述散热冷板设有多条流道槽栅，所述流道槽栅的一侧设有凸起，所述流道槽栅的另一侧设有凹槽，所述流道槽栅上开设有多个孔，所述孔内设有填充有泡沫金属和石蜡，所述孔与散热盖板上的散热翅片相互适配并连接在一起形成密封的空间；所述散热冷板上设置开设有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口经管道与储液槽连通，所述管道上设有水泵；所述凸起均匀间隔的设置在流道槽栅的一侧，所述凹槽均匀间隔的设置在流道槽栅的另一侧。
实施例三
本实施例的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，包括散热盖板，所述散热盖板配设有散热翅片，所述散热翅片的上方配设有风扇，还包括散热冷板，所述散热冷板设置在散热盖板的下方，所述散热冷板设有多条流道槽栅，所述流道槽栅的一侧设有凸起，所述流道槽栅的另一侧设有凹槽，所述流道槽栅上开设有多个孔，所述孔内设有填充有泡沫金属和石蜡，所述孔与散热盖板上的散热翅片相互适配并连接在一起形成密封的空间；所述散热冷板上设置开设有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口经管道与储液槽连通，所述管道上设有水泵；所述凸起均匀间隔的设置在流道槽栅的一侧，所述凹槽均匀间隔的设置在流道槽栅的另一侧；所述凸起的中心线与凹槽的中心线在同一直线上。
实施例四
在上述任一实施例的基础之上，所述散热盖板上配设有温度传感器，所述温度传感器与外部的控制单元电连接。
实施例五
在实施例四的基础之上，所述温度传感器为针状电压式温度传感器。
实施例六
在实施例五的基础之上，所述风扇与控制单元电连接。
实施例七
在实施例六的基础之上，所述水泵为涡轮泵，所述涡轮泵与控制单元电连接。
实施例八
在上述任一实施例的基础之上，所述石蜡均匀包覆在泡沫金属的周围。

Claims (8)

1.一种基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，包括散热盖板，所述散热盖板配设有散热翅片，所述散热翅片的上方配设有风扇，其特征在于，还包括散热冷板，所述散热冷板设置在散热盖板的下方，所述散热冷板设有多条流道槽栅，所述流道槽栅的一侧设有凸起，所述流道槽栅的另一侧设有凹槽，所述流道槽栅上开设有多个孔，所述孔内设有填充有泡沫金属和石蜡，所述孔与散热盖板上的散热翅片相互适配并连接在一起形成密封的空间；所述散热冷板上设置开设有冷却液进口和冷却液出口，所述冷却液进口和冷却液出口经管道与储液槽连通，所述管道上设有水泵。
2.根据权利要求1所述的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，其特征在于，所述凸起均匀间隔的设置在流道槽栅的一侧，所述凹槽均匀间隔的设置在流道槽栅的另一侧。
3.根据权利要求2所述的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，其特征在于，所述凸起的中心线与凹槽的中心线在同一直线上。
4.根据权利要求1—3任一所述的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，其特征在于，所述散热盖板上配设有温度传感器，所述温度传感器与外部的控制单元电连接。
5.根据权利要求4所述的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，其特征在于，所述温度传感器为针状电压式温度传感器。
6.根据权利要求5所述的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，其特征在于，所述风扇与控制单元电连接。
7.根据权利要求6所述的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，其特征在于，所述水泵为涡轮泵，所述涡轮泵与控制单元电连接。
8.根据权利要求7所述的基于石蜡的风冷水冷组合式散热装置，其特征在于，所述石蜡均匀包覆在泡沫金属的周围。
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