CN106911058A - 一种“w”型流道热沉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子元器件散热技术领域，尤其涉及一种“W”型流道热沉，通过将挡板依次分别设置在所述热沉壳体内部通道的上部和下部，将热沉壳体内部通道隔离成“W”型流道，并且将强化肋设置在所述挡板正上方的热沉壳体内表面上；使流体按“W”形状流动，流动到“W”尖端位置处冲击热沉热端换热面，加强了换热效果。本发明具有结构简单，加工方便，成本低廉等特点，但却有优良的散热效果，同时不存在通道堵塞问题，可以应用于大功率激光器芯片、计算机CPU、高功率LED灯等的散热。
Description
技术领域
本发明涉及电子元器件散热技术领域，尤其涉及一种“W”型流道热沉。
背景技术
随着电子技术的发展，电子芯片的集成度越来越高，由之引发的热效应问题已成为电子芯片功率进一步提高的瓶颈，这一问题尤为反应在高功率半导体激光器及电脑CPU等电子元器件上，传统的自然对流冷却已无法满足大功率的需求，散热效果更好的强迫对流散热已逐渐应用于电子元器件的散热。
在不增加流体流速的前提下，强化强迫对流传热的关键技术在于改善速度场和温度场的分布方式以及破坏热边界层。本发明的“W”型流道散热结构通过流体在流动过程中方向的改变，一方面可以冲击热端换热面，较大程度的优化了速度场与温度差的分布方式。另一方面使得贴近热表面的流体与中心流体充分混合，可以较大程度的破坏热边界层，实现强化散热。
专利CN 102163789 A公布了一种微通道式水冷热沉装置及其组装方法，这种方法在一定程度上实现了强化传热，但微通道存在堵塞问题，可靠性差。专利CN 202871775 U公布了一种水冷散热器实用新型，其结构简单，加工方便，但传热效果有待进一步提高。综上，本发明涉及的一种新型的“W”型流道热沉结构，不仅传热效果好而且结构简单，也不存在堵塞问题，在解决大功率电子芯片的散热问题上，尤其是在多片电子芯片需同时散热时展现出了较大的优势。
发明内容
鉴于上述大功率电子元器件散热问题，本发明现提供一种“W”型流道热沉结构。
一种“W”型流道热沉，包括热沉壳体，设置在热沉壳体外表面的电子元件，设置在热沉壳体内部的多个挡板和强化肋；所述热沉壳体的一端设置有热沉入口，另一端设置有热沉出口；所述挡板与所述热沉壳体内部通道的宽度相同，所述挡板高度低于所述热沉壳体内部通道高度；所述挡板依次分别设置在所述热沉壳体内部通道的上部和下部，将热沉壳体内部通道隔离成“W”型流道，所述强化肋设置在所述挡板正上方的热沉壳体内表面上。
进一步的，所述强化肋的强化结构包括圆台、圆锥、长方体的一种或几种。
作为一种改进，所述流道内的换热工质为去离子水、水、酒精、纳米流体、HEF7100、液态金属的一种或几种。
具体的，所述热沉壳体、挡板及强化肋的材料均采用高导热性能材料。
具体的，所述热沉壳体、挡板及强化肋的材料采用无氧铜。
作为一种改进，还包括两个转换接头，所述转换接头分别设置在热沉进口和热沉出口。
作为进一步改进，所述转换接头由一段矩形管道和一段圆形管道组成，所述矩形管道和原型管道连接面构成流体转换截面。
进一步的，所述热沉外表面还设置有初级热沉，所述电子元件设置在所述初级热沉上。
本发明一种“W”型流道热沉，通过将挡板依次分别设置在所述热沉壳体内部通道的上部和下部，将热沉壳体内部通道隔离成“W”型流道，并且将强化肋设置在所述挡板正上方的热沉壳体内表面上；使流体按“W”形状流动，流动到“W”尖端位置处冲击热沉热端换热面，加强了换热效果。本发明具有结构简单，加工方便，成本低廉等特点，但却有优良的散热效果，同时不存在通道堵塞问题，可以应用于大功率激光器芯片、计算机CPU、高功率LED灯等的散热。
附图说明
图1一种“W”型流道热沉示意图；
图2一种“W”型流道热沉结构一种实施方式示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如附图1所示，为本发明提供的一种“W”型流道热沉，包括热沉壳体1-1，设置在热沉壳体外表面的电子芯片1-2，设置在热沉壳体内部的多个挡板1-3和强化肋1-5；所述热沉壳体的一端设置有热热沉入口1-4，另一端设置有热沉出口1-7；所述挡板与所述热沉壳体内部通道的宽度相同，所述挡板高度低于所述热沉壳体内部通道高度；所述挡板依次分别设置在所述热沉壳体内部通道的上部和下部，将热沉壳体内部通道隔离成“W”型流道，所述强化肋设置在所述挡板正上方的热沉壳体内表面上。流体进入热沉流道后，在挡板的作用下以“W”形状流动，冲击换热端面，强化换热。
作为一种优选方式，本发明所述的热沉壳体1-1材料为高导热性能的无氧铜，用于组成流体流道及安装被散热器件和挡板。
所述的电子芯片1-2，实施例中一共有10块，安置于热沉壳体1-1上，并在芯片和热沉壳体结合面镀绝缘层，作为一种较佳实施例，本发明绝缘层材料采用氧化硅材料。
所述的挡板1-3,采用高导热性的无氧铜材料，以一定的规律安装在热沉壳体流道内，与热沉壳体1-1共同组成“W”型流道。
所述的强化肋1-5，同样采用高导热性能的无氧铜材料，在热沉热流密度较大处安装多个圆锥体结构，形成阵列，起到扩展传热面积的作用。
本实施案例以水为冷却介质，从热沉入口1-4进入热沉后，在挡板作用下，水流按“W”形状流动，通过设计流体流速和挡板的相对位置，使得流体在速度最大时，冲击热端热流密度最大处，最大程度的优化了速度场与温度场的分布，实现了芯片的高效散热。
具体实施例
如附图2所示，为本发明的实施方式提供的一种“W”型流道热沉，包括转换接头2-1、2-2及热沉2-3。
其中，所述转换接头由一段矩形管道和一段圆形管道焊接而成；在转换接头2-1中，2-11为流体出口，2-12为流体转换截面，2-13为流体入口；在转换接头2-2中，2-21为流体入口，2-22为流体转换截面，2-23为流体入口。
热沉结构由初级热沉2-37、次级热沉2-38、挡板2-32、2-33、2-35等、强化肋2-31组成；所述初级热沉2-37由高导热材料构成，起到热扩展作用，同时底部可以镀上绝缘层2-39与次级热沉隔开；在一些案例中，所述初级热沉也可省略；所述次级热沉2-38亦采用高导热材料，同时可以多个初级热沉共用一个次级热沉；所述挡板2-32为与热沉通道截面宽相同但高度不同的矩形块，档板按照一定的规律焊接安装在热沉流体通道上下表面；所述肋强化结构1-31有多种不同的形状结构，包括圆锥、矩形、圆台、圆柱等，作为一种优选方式本实施案例采用三排多列圆锥体，布置于换热端面；所述芯片2-38布置在初级热沉上。
作为一种较佳实施例，本实施案例以去离子水为工质，水从图2的转换接头圆管头2-21进入，在接头内完成管型的转变，从转换接头的方孔流出后，从2-34的入口流入热沉，在挡板2-35的作用下，水以接近90°的角度冲击次级热沉换热端面，在次级热沉和挡板2-32的作用下，水转向180℃，流入热沉的下部，并从挡板2-32下部的入口进入下一个芯片冷却单元，在进入下一个单元前，之前贴近热表面的流体已与中心流体进行充分混合。如此反复进行，最后从热沉出口流出并进入转换接头，转换成圆管流。本发明由水泵驱动水的循环流动，并用恒温水箱控制进入热沉的水温。
具体的，通过实验验证，本发明在10片功率为10W的芯片与初级热沉结合面热流密度为107W/m2，热沉的入口水温为20℃的条件下，芯片的最高温度可以控制在43℃，若采用直通水冷方式，芯片最高温度为62℃。明显的，本发明一种“W”型流道热沉具有很好的强化换热效果。
以上详细描述了本发明的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案或系统，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种“W”型流道热沉，其特征在于，包括热沉壳体，设置在热沉壳体外表面的电子元件，设置在热沉壳体内部的多个挡板和强化肋；所述热沉壳体的一端设置有热沉入口，另一端设置有热沉出口；所述挡板与所述热沉壳体内部通道的宽度相同，所述挡板高度低于所述热沉壳体内部通道高度；所述挡板依次分别设置在所述热沉壳体内部通道的上部和下部，将热沉壳体内部通道隔离成“W”型流道，所述强化肋设置在所述挡板正上方的热沉壳体内表面上。
2.如权利要求1所述的“W”型流道热沉，其特征在于，所述强化肋的强化结构包括圆台、圆锥、长方体的一种或几种。
3.如权利要求2所述的“W”型流道热沉，其特征在于，所述流道内的换热工质为去离子水、水、酒精、纳米流体、HEF7100、液态金属的一种或几种。
4.如权利要求3所述的“W”型流道热沉，其特征在于，所述热沉壳体、挡板及强化肋的材料均采用高导热性能材料。
5.如权利要求3所述的“W”型流道热沉，其特征在于，所述热沉壳体、挡板及强化肋的材料采用无氧铜。
6.如权利要求4-5所述的“W”型流道热沉，其特征在于，还包括两个转换接头，所述转换接头分别设置在热沉进口和热沉出口。
7.如权利要求6所述的“W”型流道热沉，其特征在于，所述转换接头由一段矩形管道和一段圆形管道组成，所述矩形管道和原型管道连接面构成流体转换截面。
8.如权利要求7所述的“W”型流道热沉，其特征在于，所述热沉外表面还设置有初级热沉，所述电子元件设置在所述初级热沉上。
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