CN105392347A

CN105392347A - 一种分段翅片散热器

Info

Publication number: CN105392347A
Application number: CN201510950878.6A
Authority: CN
Inventors: 周俊杰; 绳冉冉; 李雪丽; 张东伟
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2015-12-19
Filing date: 2015-12-19
Publication date: 2016-03-09

Abstract

本发明适用于微电子技术领域，提供了一种分段翅片散热器包括散热基板和散热翅片；所述散热翅片包括横向分成间隔距离的分段翅片；所述分段翅片包括纵向设置大于或等于两行的分段散热翅片。本发明中当空气进入分段翅片区域时，分段间隔中断了空气在平直基片上的热边界层的继续形成，同时，在分段间隔处有冷空气进入，促进了流体的混合，减少了漩涡死滞区，增强了空气与分段翅片间的对流传热过程，提高了散热器的散热性能。并且，本发明结构简单、制造容易、生产成本较低、实用性强。

Description

一种分段翅片散热器

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种采用空气强迫对流方式冷却的散热装置，特别是涉及一种分段翅片散热器。

背景技术

随着电子技术的迅速发展，电子器件的功率和集成度大幅度提高，功率器件的热流密度不断上升，导致系统的稳定性及可靠度降低问题日益突出，散热成为微电子产业进一步发展的一个主要障碍。

由于成本和可靠性方面要求，采用风扇和散热器组件的空气强迫对流冷却方式被广泛使用。但是目前使用的平直翅片散热器由于沿着空气流动的方向，空气在翅片表面形成的边界层会逐渐增厚使速度和温度梯度的协同性变差，从而会使传热性能下降。在现有的散热器翅片专利中一般是在平板翅片的基础上，扩展传热面积，即采用鳍片散热器。这种方法尽管可以提高翅片的换热性能，但是加工比较困难，制造成本高，而且流体流动阻力增加也十分明显。

电子器件高功率、集成化的发展趋势要求散热器设计一方面要降低空气阻力，增加传热性能，另一方面又要减小体积，降低成本，为此需要开发更为高效的传热翅片。

发明内容

本发明是针对平板翅片散热器现有技术中存在的不足之处，提供一种散热效率高、成本低的分段翅片散热器。

为解决上述技术问题，本发明提出一种分段翅片散热器，包括散热基板和散热翅片；所述散热翅片包括横向分成间隔距离的分段翅片；所述分段翅片包括纵向设置大于或等于两行的分段散热翅片。

所述分段散热翅片均匀间隔竖直设置在散热基板上；所述分段散热翅片是横向均匀分隔为2-5段的分段散热翅片。

所述分段散热翅片横向分段为4段，相邻分段散热翅片的横向分段间隔距离为3mm。

所述分段散热翅片的截面是矩形；每个所述分段散热翅片长度为29mm，高度为40mm，厚度为4mm；所述分段散热翅片的纵向行间距为10mm。

本发明的技术方案是这样实现的:(1)设计几种分段结构翅片；(2)建立分段结构翅片的标准模型，并利用COMSOL软件进行数值模拟，比较分析其温度场、速度场及压力场结果与平板翅片的差别；(3)运用MATLAB模糊推理工具箱对平直和分段结构翅片散热器进行可靠性评估，得出它们的可靠性；(4)根据温度场、速度场、压力场和可靠性评估结果，确定最佳的翅片结构参数。

本发明中当空气进入翅片区域时，分段间隔中断了空气在平直基片上的热边界层的继续形成，从而减薄了边界层；同时，在分段间隔处有冷空气进入，促进了流体的混合，减少了漩涡死滞区，增强了空气与翅片间的对流传热过程，提高了散热器的散热性能。并且，矩形截面的翅片易于加工和安装，适合批量生成，生产成本也比较低。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

1.散热基板，2.分段散热翅片。

图2是Z=0截面处原始翅片的温度场云图；

Z=0截面是指散热基板与分段翅片接触的平面；

图3是Z=0截面处分段数为4翅片的温度场云图；

Z=0截面是指散热基板与分段翅片接触的平面；

图4是Z=0截面处原始翅片的速度场云图；

图5是Z=0截面处分段数为4翅片的速度场云图；

图6是Z=0截面处原始翅片的压力场云图；

图7是Z=0截面处分段数为4翅片的压力场云图；

图8是分段数为4翅片的分段间隔处漩涡图；

图9是原始翅片和分段数为2、3、4、5翅片的的换热系数对比图；

图中翅片分段数为1表示原始翅片；

图10是原始翅片和分段数为2、3、4、5翅片的热阻对比图；

图11是原始翅片和分段数为2、3、4、5翅片的压降对比图。

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，以下结合附图及实施例，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。

图1示出了本发明实施例提供的分段翅片散热器的结构示意图。为了便于说明，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分。

一种分段翅片散热器，该散热器包括散热基板1和分段散热翅片2。分段散热翅片的散热基板为矩形形状，可以采用诸如铝或者铜材料的导热材料。采用诸如铝或铜材料的导热材料制成的分段散热翅片2形成在散热基板1一侧面。其中所述分段散热翅片2通过切起散热器坯料的被切削部分形成，或通过挤压散热器坯件成型。其特点在于所述各分段散热翅片2的侧视面为直线且各分段散热翅片2竖立于散热基板1上。

分段散热翅片2分段数为4，相邻分段横向间隔为3mm。

作为本发明实施例一优选方案，每个矩形分段散热翅片2的长度为29mm，高度为40mm，厚度为4mm，相邻纵向分段散热翅片2行间距为10mm。

电子芯片所产生的热量通过散热基板1主要以热传导的方式传递给分段散热翅片2，分段散热翅片2通过强迫对流传热的方式将热量传递到周围环境。当空气进入翅片区域时，分段间隔中断了空气在平直基片上的热边界层的继续形成，减薄了热边界层；同时，在段间隔处有冷空气进入，促进了流体的混合，减少了漩涡死滞区，增强了空气与翅片间的对流传热过程，提高了散热器的散热性能。

通过采用数值模拟技术，分别对一般平板翅片散热器和分段翅片散热器进行了传热和阻力的计算，得出如下结论:

图2和图3分别是Z=0截面处原始翅片和分段数为4翅片的温度场云图，由图可以看出，分段数为4翅片散热器的温度相对于原始翅片降低了很多，尤其在分段间隔处降低幅度较大，由于分段间隔处有冷空气进入。

图4和图5分别是Z=0截面处原始翅片和分段数为4翅片的速度场云图，由图可以看出，分段数为4翅片散热器速度相对于原始翅片有所提高，尤其在分段间隔处优化翅片散热器的速度较大，说明分段翅片促进了周围空气的流动。

图6和图7分别是Z=0截面处原始翅片和分段数为4翅片的压力场云图，由图可以看出，分段数为4翅片散热器的压降相对于原始翅片有所增大，这是由于分段翅片增大了气体流动的阻力。

图8是分段数为4翅片分段间隔处漩涡图，由图可知分段间隔促进了空气的扰流，从而增强了翅片与流体间的对流换热过程。

图9是原始翅片和分段数为2、3、4、5翅片的的换热系数对比图，由图可以看出，分段数为4翅片的换热系数最大。在不同的风速下，分段数为4翅片的换热系数相对于原始翅片提高了3.42%-5.47%。

图10是原始翅片和分段数为2、3、4、5翅片的热阻对比图，由图可以看出，不同的风速下，随着分段翅片数量的增多，热阻逐渐减小。但是分段数为5翅片的热阻相对于分段数为4翅片的热阻变化不大。在不同的风速下，分段数为4翅片的热阻相对于原始翅片减小了32.92%-33.22%。

图11是原始翅片和分段数为2、3、4、5翅片的压降对比图，由图可以看出，不同的风速下，随着分段翅片数量的增多，压降整体上呈现出上升趋势。分段数为5翅片的压降相对于分段数为4翅片增大了6.96%-16.29%，分段数为4翅片的压降相对于原始翅片增大了31.60%-40.85%。

将MATLAB模糊工具箱与Simulink相结合，选用换热系数、热阻、进出口压降作为输入变量，将可靠性作为输出变量，对5种散热器进行仿真，确定各自的可靠性。当入口速度为3m/s时，原始翅片和分段数为2、3、4、5翅片散热器的可靠性分别为0.4、0.4、0.5、0.6、0.5，分段数为4翅片散热器的可靠性最高。

通过上述分析可知，分段数为4翅片的换热系数和可靠性均最高，可作为本实施例的最佳翅片结构。相对于现有的普通平板散热器，优化后的分段翅片散热器能有效地增强传热能力，提高电子器件的可靠性，从而降低成本。

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

1.一种分段翅片散热器，其特征在于:包括散热基板和散热翅片；所述散热翅片包括横向分成间隔距离的分段翅片；所述分段翅片包括纵向设置大于或等于两行的分段散热翅片。

2.根据权利要求1所述的分段翅片散热器，其特征在于：所述分段散热翅片均匀间隔竖直设置在散热基板上；所述分段散热翅片是横向均匀分隔为2-5段的分段散热翅片。

3.根据权利要求2所述的分段翅片散热器，其特征在于：所述分段散热翅片横向分段为4段，相邻分段散热翅片的横向分段间隔距离为3mm。

4.根据权利要求3所述的分段翅片散热器，其特征在于:所述分段散热翅片的截面是矩形；每个所述分段散热翅片长度为29mm，高度为40mm，厚度为4mm；所述分段散热翅片的纵向行间距为10mm。