CN109195406B - 一种热沉装置 - Google Patents

一种热沉装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109195406B
CN109195406B CN201810987363.7A CN201810987363A CN109195406B CN 109195406 B CN109195406 B CN 109195406B CN 201810987363 A CN201810987363 A CN 201810987363A CN 109195406 B CN109195406 B CN 109195406B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat
cooling medium
flow
area
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810987363.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109195406A (zh
Inventor
沈俊
邓增
董学强
龚文驰
陈高飞
李珂
戴巍
公茂琼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Original Assignee
Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS filed Critical Technical Institute of Physics and Chemistry of CAS
Priority to CN201810987363.7A priority Critical patent/CN109195406B/zh
Publication of CN109195406A publication Critical patent/CN109195406A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109195406B publication Critical patent/CN109195406B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20218—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant without phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20272—Accessories for moving fluid, for expanding fluid, for connecting fluid conduits, for distributing fluid, for removing gas or for preventing leakage, e.g. pumps, tanks or manifolds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
    • H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
    • H01L23/4735—Jet impingement

Abstract

本发明提供的热沉装置，包括：流体分配区及核心强化散热区；其中：所述流体分配区包括冷却介质入口、设置于所述冷却介质入口处的限流板及导流片，所述核心强化散热区包括强化传热器，本发明提供的热沉装置，其散热性能与热源分布相匹配，通过设计流体分配区域相关结构的尺寸，调节流体的分配，保证高热流密度区域流入较多的流体；同时通过强化传热器增加核心强化散热区高热流密度区的局部传热系数或者增大高热流密度区散热面积来降低芯片的温度，改善温度的均匀性，提高芯片的可靠性和使用寿命，可以应用于大功率激光器阵列、计算机CPU、高功率LED灯等的散热。

Description

一种热沉装置
技术领域
本发明涉及电子元器件散热技术领域，尤其涉及一种热沉装置。
背景技术
产热分布不均存在于大多数电子设备中，如半导体激光器阵列，LED灯等。产热分布不均带来芯片温度分布不均，由此引发热形变以及局部高温，这将严重影响电子芯片的性能及使用寿命。
针对产热分布不均的电子芯片，提高传热性能的关键在于合理分配冷却介质、提高局部传热系数以及增大局部传热面积。
目前关于电子芯片的散热结构的专利很多，如专利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；专利CN202871775 U公布了一种水冷散热器实用新型，其结构简单，加工方便；专利CN 106451062A公开了一种高功率半导体激光器芯片封装传导散热热沉，改善了热传导途径，提高了散热能力；专利CN 107293936A公布了一种半导体激光器阵列封装结构，采用两面冷却的方式，提高了散热效率。
但这些专利都基于将芯片当作均匀热源体，而部分芯片实际上存在严重的产热不均现象。
发明内容
有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种使得电子芯片的温度分布均匀及热形变小的热沉装置。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一方面，本发明提供的一种热沉装置，包括：流体分配区及核心强化散热区；其中：
所述流体分配区包括冷却介质入口、设置于所述冷却介质入口处的限流板及导流片，所述核心强化散热区包括强化传热器；
冷却介质经所述冷却介质入口进入所述流体分配区，所述冷却介质经所述限流板及导流片的配合流入所述核心强化散热区，且在所述核心强化散热区中高热流密度热源或者中心热源位置流入的冷却介质较低热流密度热源或者边缘热源位置的冷却介质多，流入所述核心强化散热区的冷却介质在所述强化传热器作用下使得所述冷却介质与高热流密度区的热源表面的传热系数增大。
在一些较佳的实施例中，所述强化传热器为射流喷嘴，所述射流喷嘴包括矩形喷嘴、圆形喷嘴或者三角形喷嘴中任意一种。
在一些较佳的实施例中，所述强化传热器为扰流器。
在一些较佳的实施例中，所述强化传热器上开设有传热肋片。
在一些较佳的实施例中，所述传热肋片为矩形肋、圆柱形肋、圆台肋或圆锥肋中任意一种。
在一些较佳的实施例中，所述传热肋片的材料为高导热性材料，所述高导热性材料包括紫铜。
在一些较佳的实施例中，所述冷却介质为去离子水、水、酒精、纳米流体、HEF7100或液态金属任意一种。
另一方面，本发明提供的一种热沉装置，包括依次层叠设置的盖板、固定孔、出口流域板、隔板、进口流域板及底板，半导体激光器芯片封装于所述盖板的一端，所述半导体激光器芯片包括多个发光单元，所述发光单元形成高热流密度区及低热流密度区；所述进口流域板的冷却介质入口处设置有限流板及导流片，所述隔板一端设置有强化传热器；
冷却介质从所述底板的冷却介质入口流入后，进入进口流域板，所述冷却介质经所述限流板及导流片的配合，冷却介质分配到多个高热流密度区域，且在所述高热流密度区的热源位置流入的冷却介质较低热流密度热源位置的冷却介质多；冷却介质分配完成后，流经所述隔板的强化传热器，冷却介质在所述强化传热器作用下使得所述冷却介质与高热流密度区的热源表面的传热系数增大，散热后的冷却介质流经出口流域板上的流道并从所述隔板上的流道流出，再经所述底板的出口流出。
在一些较佳的实施例中，所述强化传热器为射流喷嘴，所述射流喷嘴包括矩形喷嘴、圆形喷嘴或者三角形喷嘴中任意一种。
在一些较佳的实施例中，所述射流喷嘴与所述发光单元一一对应。
在一些较佳的实施例中，所述出口流域板上开设有散热肋片，所述射流喷嘴与所述散热肋片交替设置，且所述散热肋片对应设置有所述发光单元。
本发明采用上述技术方案的优点是：
本发明提供的热沉装置，冷却介质经所述冷却介质入口进入所述流体分配区，所述冷却介质经所述限流板及导流片的配合流入所述核心强化散热区，且在所述核心强化散热区中高热流密度热源或者中心热源位置流入的冷却介质较低热流密度热源或者边缘热源位置的冷却介质多，流入所述核心强化散热区的冷却介质在所述强化传热器作用下使得所述冷却介质与高热流密度区的热源表面的传热系数增大，本发明提供的热沉装置，其散热性能与热源分布相匹配，通过设计流体分配区域相关结构的尺寸，调节流体的分配，保证高热流密度区域流入较多的流体；同时通过强化传热器增加核心强化散热区高热流密度区的局部传热系数或者增大高热流密度区散热面积来降低芯片的温度，改善温度的均匀性，提高芯片的可靠性和使用寿命，可以应用于大功率激光器阵列、计算机CPU、高功率LED灯等的散热。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例1提供的热沉装置的结构示意图。
图2为本发明实施例2提供的热沉装置的结构示意图。
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，本领域普通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。
实施例1
请参阅图1，为本发明实施例提供的热沉装置10的结构示意图，包括：流体分配区1-8及核心强化散热区1-7，以下详细阐述各个区的结构组成。
所述流体分配区1-8包括冷却介质入口1-1、设置于所述冷却介质入口1-1处的限流板1-2及导流片1-3，所述核心强化散热区1-7包括强化传热器1-4。
本发明实施例1提供的热沉装置10，工作方式如下：
冷却介质经所述冷却介质入口进入所述流体分配区1-8，所述冷却介质经所述限流板1-2及导流片1-3的配合流入所述核心强化散热区1-7，且在所述核心强化散热区1-7中高热流密度区2-4热源或者中心热源位置流入的冷却介质较低热流密度热源或者边缘热源位置的冷却介质多，流入所述核心强化散热区1-7的冷却介质在所述强化传热器1-4作用下使得所述冷却介质与高热流密度区的热源表面的传热系数增大，散热后的冷却介质流经出口1-6流出。
可以理解，所述限流板1-2的尺寸可以根据高热流密度区2-4的位置及热负荷大小调节；所述导流片1-3的尺寸可以根据高热流密度区2-4的位置及热流密度大小调节，从而使得在高热流密度区2-4流入较多的冷却介质。
在一些较佳的实施例中，所述强化传热器1-4为射流喷嘴，所述射流喷嘴包括矩形喷嘴、圆形喷嘴或者三角形喷嘴中任意一种。
在一些较佳的实施例中，所述强化传热器1-4为扰流器，从而进一步提高传热性能。
在一些较佳的实施例中，所述强化传热器1-4上开设有传热肋片。可以理解，传热肋片可以为导流片或者单独设置于强化传热器1-4上。
在一些较佳的实施例中，所述传热肋片为矩形肋、圆柱形肋、圆台肋或圆锥肋中任意一种。
在一些较佳的实施例中，所述传热肋片的材料为高导热性材料，所述高导热性材料包括紫铜。
在一些较佳的实施例中，所述冷却介质为去离子水、水、酒精、纳米流体、HEF7100或液态金属任意一种。
本发明上述实施例提供的热沉装置，其散热性能与热源分布相匹配，通过设计流体分配区相关结构的尺寸，调节流体的分配，保证高热流密度区域流入较多的流体；同时通过强化传热器增加核心强化散热区高热流密度区的局部传热系数或者增大高热流密度区散热面积来降低芯片的温度，改善温度的均匀性，提高芯片的可靠性和使用寿命，可以应用于大功率激光器阵列、计算机CPU、高功率LED灯等的散热。
实施例2
请参阅图2，为本发明实施例2提供的热沉装置20的结构示意图，包括依次层叠设置的盖板2-1、固定孔2-2、出口流域板2-5、隔板2-8、进口流域板2-10及底板2-13，以下详细说明各个部件的结构。
半导体激光器芯片封装于所述盖板2-1的一端，所述半导体激光器芯片包括多个发光单元，由于废热主要从发光单元产生，因而所述发光单元形成高热流密度区2-4及低热流密度区2-3。
所述进口流域板2-10的冷却介质入口处设置有限流板2-12及导流片2-11。
可以理解，所述限流板2-12的尺寸可以根据高热流密度区2-4的位置及热负荷大小调节；所述导流片2-11的尺寸可以根据高热流密度区2-4的位置及热流密度大小调节，从而使得在高热流密度区2-4流入较多的冷却介质。
所述隔板2-8一端设置有强化传热器2-9。
在一些较佳的实施例中，所述强化传热器2-9为射流喷嘴，所述射流喷嘴包括矩形喷嘴、圆形喷嘴或者三角形喷嘴中任意一种。
在一些较佳的实施例中，所述强化传热器2-9与激光器芯片的发光单元一一对应，从而提高局部传热系数。
可以理解，所述强化传热器2-9还可以为扰流器，从而进一步提高传热性能。
在一些较佳的实施例中，所述出口流域板2-5上开设有散热肋片2-6。
在一些较佳的实施例中，所述传热肋片2-6为矩形肋、圆柱形肋、圆台肋或圆锥肋中任意一种。
在一些较佳的实施例中，所述传热肋片2-6的材料为高导热性材料，所述高导热性材料包括紫铜。
在一些较佳的实施例中，所述冷却介质为去离子水、水、酒精、纳米流体、HEF7100或液态金属任意一种。
可以理解，在实际应用中，所述强化传热器2-9在出于简化加工的目的下，可以采取间断设置，即强化传热器2-9与散热肋片2-6交替对齐发光单元，即一个强化传热器2-9对齐发光单元，下一个发光单元与散热肋片2-6对齐，在强化传热器2-9作用能够提高对发光单元的散热能力，在散热肋片2-6作用下可通过提高发光单元的散热面积提高散热能力。
本发明实施例2提供的热沉装置20，其工作方式如下：
冷却介质从所述底板2-13的冷却介质入口2-14流入后，进入进口流域板2-10，所述冷却介质经所述限流板2-12及导流片2-11的配合，冷却介质分配到多个高热流密度区2-4，且在所述高热流密度区2-4的热源位置流入的冷却介质较低热流密度区2-3的热源位置的冷却介质多；冷却介质分配完成后，流经所述隔板2-8的强化传热器2-9，冷却介质在所述强化传热器2-9作用下使得所述冷却介质与高热流密度区2-4的热源表面的传热系数增大，散热后的冷却介质流经出口流域板2-5上的流道2-7从所述隔板2-8上的流道流出，再经所述底板2-13的出口2-15流出。
本发明提供的热沉装置，其散热性能与热源分布相匹配，通过设计流体分配区域相关结构的尺寸，调节流体的分配，保证高热流密度区域流入较多的流体；同时通过强化传热器增加核心强化散热区高热流密度区的局部传热系数或者增大高热流密度区散热面积来降低芯片的温度，改善温度的均匀性，提高芯片的可靠性和使用寿命，可以应用于大功率激光器阵列、计算机CPU、高功率LED灯等的散热。
当然本发明的热沉装置还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。

Claims (11)

1.一种热沉装置，其特征在于，包括：流体分配区及核心强化散热区；其中：
所述流体分配区包括冷却介质入口、设置于所述冷却介质入口处的限流板及导流片，所述核心强化散热区包括强化传热器；
冷却介质经所述冷却介质入口进入所述流体分配区，所述冷却介质经所述限流板及导流片的配合流入所述核心强化散热区，且在所述核心强化散热区中高热流密度区热源或者中心热源位置流入的冷却介质较低热流密度热源或者边缘热源位置的冷却介质多，流入所述核心强化散热区的冷却介质在所述强化传热器作用下使得所述冷却介质与高热流密度区的热源表面的传热系数增大。
2.如权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述强化传热器为射流喷嘴，所述射流喷嘴包括矩形喷嘴、圆形喷嘴或者三角形喷嘴中任意一种。
3.如权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述强化传热器为扰流器。
4.如权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述强化传热器上开设有传热肋片。
5.如权利要求4所述的热沉装置，其特征在于，所述传热肋片为矩形肋、圆柱形肋、圆台肋或圆锥肋中任意一种。
6.如权利要求5所述的热沉装置，其特征在于，所述传热肋片的材料为高导热性材料，所述高导热性材料包括紫铜。
7.如权利要求1所述的热沉装置，其特征在于，所述冷却介质为去离子水、水、酒精、纳米流体、HEF7100或液态金属任意一种。
8.一种热沉装置，其特征在于，包括依次层叠设置的盖板、出口流域板、隔板、进口流域板及底板，依次设置在所述盖板、出口流域板、隔板、进口流域板及底板上相同位置处的固定孔，半导体激光器芯片封装于所述盖板的一端，所述半导体激光器芯片包括多个发光单元，所述发光单元形成高热流密度区及低热流密度区；所述进口流域板的冷却介质入口处设置有限流板及导流片，所述隔板一端设置有强化传热器，
冷却介质从所述底板的冷却介质入口流入后，进入进口流域板，所述冷却介质经所述限流板及导流片的配合，冷却介质分配到多个高热流密度区，且在所述高热流密度区的热源位置流入的冷却介质较低热流密度区的热源位置的冷却介质多；冷却介质分配完成后，流经所述隔板的强化传热器，冷却介质在所述强化传热器作用下使得所述冷却介质与高热流密度区的热源表面的传热系数增大，散热后的冷却介质流经出口流域板上的流道并从所述隔板上的流道流出，再经所述底板的出口流出。
9.如权利要求8所述的热沉装置，其特征在于，所述强化传热器为射流喷嘴，所述射流喷嘴包括矩形喷嘴、圆形喷嘴或者三角形喷嘴中任意一种。
10.如权利要求9所述的热沉装置，其特征在于，所述射流喷嘴与所述发光单元一一对应。
11.如权利要求9所述的热沉装置，其特征在于，所述出口流域板上开设有散热肋片，所述射流喷嘴与所述散热肋片交替设置，且所述散热肋片对应设置有所述发光单元。
CN201810987363.7A 2018-08-28 2018-08-28 一种热沉装置 Active CN109195406B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810987363.7A CN109195406B (zh) 2018-08-28 2018-08-28 一种热沉装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810987363.7A CN109195406B (zh) 2018-08-28 2018-08-28 一种热沉装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109195406A CN109195406A (zh) 2019-01-11
CN109195406B true CN109195406B (zh) 2020-04-10

Family

ID=64916448

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810987363.7A Active CN109195406B (zh) 2018-08-28 2018-08-28 一种热沉装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109195406B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109755199B (zh) * 2019-02-20 2020-11-06 合肥工业大学 一种微小通道射流散热器
CN110112112A (zh) * 2019-04-12 2019-08-09 中国电子科技集团公司第三十八研究所 喷雾冷却式冷板
CN112969337B (zh) * 2021-02-01 2023-01-06 中节能宁夏新能源股份有限公司 超算数据中心冷却方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1471159A (zh) * 2003-07-11 2004-01-28 北京工业大学 微射流阵列冷却热沉
CN104051952A (zh) * 2014-07-04 2014-09-17 成都三鼎日新激光科技有限公司 一种内微通道冷却热沉
CN105305226A (zh) * 2015-12-06 2016-02-03 北京工业大学 一种回水层设有交错排列倾斜柱状扰流脊的微通道热沉

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010034082A1 (de) * 2010-08-12 2012-02-16 Li-Tec Battery Gmbh Wärmeleitplatte mit einem Netz von Strömungskanälen, Verfahren zum Transport von Wärme und elektrochemischer Energiespeicher
CN102620590B (zh) * 2012-03-30 2014-02-12 中国科学院工程热物理研究所 一种微通道热沉及微通道热沉性能测试装置
US9970718B2 (en) * 2015-12-11 2018-05-15 National Chung-Shan Institute Of Science & Technology Microchannel structure and heat sink having the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1471159A (zh) * 2003-07-11 2004-01-28 北京工业大学 微射流阵列冷却热沉
CN104051952A (zh) * 2014-07-04 2014-09-17 成都三鼎日新激光科技有限公司 一种内微通道冷却热沉
CN105305226A (zh) * 2015-12-06 2016-02-03 北京工业大学 一种回水层设有交错排列倾斜柱状扰流脊的微通道热沉

Also Published As

Publication number Publication date
CN109195406A (zh) 2019-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110164835B (zh) 一种歧管式复杂结构微通道微型散热器
CN109195406B (zh) 一种热沉装置
CN104465562A (zh) 一种链式交错型微通道结构
Yuan et al. Thermal analysis of high power LED array packaging with microchannel cooler
CN215222826U (zh) 均温板结构
CN103594430A (zh) 用于功率电子器件散热的微通道散热器
CN112885798B (zh) 服务器用一体式相变传热元件液冷散热模组
CN101778554B (zh) 散热系统
CN209896047U (zh) 一种歧管式复杂结构微通道微型散热器
CN103648256A (zh) 间歇式冲击射流分形肋片冷却装置
CN106911058B (zh) 一种“w”型流道热沉
CN112911897A (zh) 一种面向大阵面冷却的拓扑异构微通道散热器
Brunschwiler et al. Hotspot-adapted cold plates to maximize system efficiency
CN111384011A (zh) 散热装置及方法
CN215187996U (zh) 液冷板及散热设备
CN114551379A (zh) 一种具有高效散热性能的芯片散热器
CN109152310A (zh) 一种多圆弧微通道散热装置
CN114071955A (zh) 冷却装置及包含其的电子设备
CN114828598A (zh) 液冷散热器、电驱控制器和汽车
CN210900093U (zh) 鳍片散热器
Hu et al. Heat Transfer Analysis of Heat Sink Modules for High-Power Led Equipment
CN220731510U (zh) 一种用于功率模块的散热基板
CN220493447U (zh) 鳍片式散热器
CN116666330A (zh) 一种带椭圆形肋与渐变式针鳍的微通道散热器
CN214250699U (zh) 一种散热器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant