CN109950215B - 一种具有鼓泡间壁的微通道冷板及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种具有鼓泡间壁的微通道冷板及电子设备。所述具有鼓泡间壁的微通道冷板包括交错排列的多个微通道板和多个微通道间壁板，每个所述微通道板上均形成有微通道，所述微通道位于相邻两个微通道间壁板之间，且部分或全部所述微通道间壁板的至少一个侧面上形成有鼓泡结构，和/或，部分或全部所述微通道板的至少一个侧面上形成有鼓泡结构。所述微通道间壁板上的鼓泡结构能够强化微通道冷板的对流换热作用和散热性能。

Description

一种具有鼓泡间壁的微通道冷板及电子设备

技术领域

本发明涉及散热技术领域，特别是涉及一种具有鼓泡间壁的微通道冷板、以及应用了该微通道冷板的电子设备。

背景技术

近年来，电子芯片的产品特征尺寸不断减小，朝着微小型化的方向发展，集成度也以非常高的速度逐年递增，导致电子设备的功率密度快速增加。传统散热技术已经不能满足微小型电子设备的冷却需求。

传统的散热技术主要为风冷和常规液冷。其中风冷包括自然风冷和强制风冷。自然风冷虽然具有容易实现、价格低廉、热控装置简单等优点，但其换热效率低下、受环境影响大；强制风冷散热效果优于自然风冷，也易于实现，但换热效果仍不理想；常规液冷虽然能达到很好的散热效果，但其又增加了液体循环系统，该增加的液体循环系统导致电子设备的体积和重量增大。

基于上述原因，提出更高效的电子设备冷却装置已经成为目前的热点问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的其中一个目的是提供一种具有鼓泡间壁的微通道冷板，以用于针对功率密度较高的发热设备进行散热。

一方面，本发明实施例提供了一种具有鼓泡间壁的微通道冷板。所述具有鼓泡间壁的微通道冷板包括交错排列的多个微通道板和多个微通道间壁板，每个所述微通道板上均形成有微通道，所述微通道位于相邻两个微通道间壁板之间，并且部分或全部所述微通道间壁板的至少一个侧面上形成有鼓泡结构，和/或，部分或全部所述微通道板的至少一个侧面上形成有鼓泡结构。单个所述鼓泡结构为向外突出或向内凹陷的，即，一个微通道存在向外突出鼓泡结构的同时，相邻微通道必存在向内凹陷鼓泡结构。

可以在部分的或全部的微通道间壁板上形成所述鼓泡结构，也可以在微通道间壁板的一个侧面或两个相对侧面上形成所述鼓泡结构。例如所述微通道冷板中可以存在如下结构的微通道间壁板：两个相对侧面均形成有所述鼓泡结构的微通道间壁板、仅一个侧面形成有所述鼓泡结构的微通道间壁板、以及没有形成所述鼓泡结构的微通道间壁板。但并不局限于此，也可以在部分或全部的所述微通道板上形成所述鼓泡结构。

在本发明的一些实施例中，在所述微通道间壁板的两个相对侧面上均形成有所述鼓泡结构，且位于一个侧面上的所述鼓泡结构与位于另一个相对侧面上的所述鼓泡结构交错布置。

在本发明的一些实施例中，所述鼓泡结构为对所述微通道间壁板冲压加工出的鼓泡结构。

在本发明的一些实施例中，形成在所述微通道间壁板的一个侧面上的所述鼓泡结构的数量为多个，且多个所述鼓泡结构的大小不一。例如，大小不一的多个所述鼓泡结构可以分为两类：一类是在所述微通道冷板的宽度方向上所述鼓泡结构的尺寸小于所述微通道的尺寸的所述鼓泡结构，这些鼓泡结构可以强化所述微通道冷板的换热作用；另一类是在所述微通道冷板的宽度方向上所述鼓泡结构的尺寸等于所述微通道的尺寸的所述鼓泡结构，这些鼓泡结构可以起到支撑所述微通道间壁板的作用。所述微通道冷板的宽度方向与单个所述微通道间壁板的厚度方向一致。

在本发明的一些实施例中，多个所述鼓泡结构在单个所述微通道间壁板的宽度方向上排列为至少一排。

在本发明的一些实施例中，单个所述鼓泡结构的形状为圆形、椭圆形、人字形或多边形。

在本发明的一些实施例中，单个所述鼓泡结构的长边方向平行于所述微通道间壁板的长度方向；或者，单个所述鼓泡结构的长边方向垂直于所述微通道间壁板的长度方向。

在本发明的一些实施例中，在所述微通道板上沿长度方向以去除材料的方式形成所述微通道。

在本发明的一些实施例中，所述微通道是指当量直径在10-1000um的通道。

另一方面，本发明实施例提供了一种电子设备。所述电子设备包括发热部件，所述发热部件上附着有如上任一技术方案所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板。

微通道冷板具有很高的比表面积和换热能力，广泛用于气体冷却、单相换热液体冷却、相变换热液体冷却。然而，传统的微通道冷板采用表面刻蚀或铣削的方法加工成型，微通道间壁均为平直板，难以在间壁表面形成微结构以实现强化传热。在本发明实施例提供的微通道冷板中，所述微通道间壁板的侧面上形成有鼓泡结构，相比于不具有鼓泡结构的直线形微通道而言，所述鼓泡结构增大了微通道冷板的换热面积，增加了对所述微通道内流体的扰动，强化了微通道冷板的对流换热作用和散热性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种具有鼓泡间壁的微通道冷板的结构示意图；

图2a为图1所示微通道冷板的主视图；

图2b为图1所示微通道冷板的俯视图；

图3中(a)显示了长边平行于微通道冷板长度方向的椭圆形鼓泡结构示意图、(b)显示了长边垂直于微通道冷板长度方向的椭圆形鼓泡结构示意图、(c)显示了人字形鼓泡结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种电子设备中发热部件和微通道冷板位置关系的示意图；

图5为本发明实施例微通道冷板制作方法的示意图；

图6为通过图5所示微通道冷板制作方法制得的单个微通道冷板的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。

1981年，微通道散热的概念被首次提出。之后，人们依据微通道散热的概念制作了微通道冷板。微通道冷板因具有高面积体积比、大对流换热系数、小体积和轻质量等诸多优点，而成为微小型、高热流密度的电子设备的重要冷却装置。

微通道冷板内具有微通道。微通道内流体的传热和流动特性不同于宏观通道，其涉及流体蒸发、沸腾、气泡产生、单相/气液两相流、压降及毛细流等复杂的混合机制，这些机理均会影响微通道冷板的传热特性。

经过实验及模拟仿真已经证实，在直线形微通道中流体混合性差且传热效率低；并且随着边界层的增厚，直线形微通道内流体流动方向的传热性能恶化。其次，微通道的尺寸很小，一般在微米量级，在长度方向和深度方向上尺寸较大的情况下容易发生变形和断裂；且沸腾换热所产生的气泡也会对微通道冷板产生作用力，进一步加剧微通道冷板的变形。

本发明实施例提供了一种具有鼓泡间壁的微通道冷板，可以很好的解决上述问题。如图1所示，所述具有鼓泡间壁的微通道冷板包括交错排列的多个微通道板1和多个微通道间壁板2，每个微通道板1上均形成有微通道11，微通道11位于相邻两个微通道间壁板2之间，并且部分或全部的微通道间壁板2的至少一个侧面上形成有鼓泡结构21，和/或，部分或全部微通道板1的至少一个侧面上形成有鼓泡结构。单个所述鼓泡结构为向外突出或向内凹陷的鼓泡，即，一个微通道存在向外突出鼓泡结构的同时，相邻微通道必存在向内凹陷鼓泡结构。

在图1所示的微通道冷板中，微通道间壁板2的侧面上形成有鼓泡结构21，相比于不具有鼓泡结构的直线形微通道而言，鼓泡结构21增大了微通道冷板的换热面积，增加了对微通道11内流体的扰动，强化了微通道冷板的对流换热作用和散热性能。

如图1所示，将微通道冷板的长度方向记为L、宽度方向记为W、深度方向记为D。微通道冷板的长度方向L与每个微通道板1或每个微通道间壁板2的长度方向一致，微通道冷板的宽度方向与每个微通道板1或每个微通道间壁板2的厚度方向一致，微通道冷板的深度方向与每个微通道板1或每个微通道间壁板2的宽度方向一致。按照该方向坐标系，本实施例中，微通道11的长度为32mm，宽度为0.2mm，深度为2mm。

本实施例以仅在微通道间壁板2上形成有鼓泡结构21、且在每个微通道间壁2的相对两侧面均形成有鼓泡结构21为例进行说明。

当在每个微通道间壁2的相对两侧面均形成有鼓泡结构21时，如图2b所示，可以使位于一个侧面上的鼓泡结构21与位于另一个相对侧面上的鼓泡结构21交错布置。对于流体在微通道内及沿微通道间壁的壁面的流动，由于流体粘性的影响，使壁面上的流体速度为零，在贴近壁面的一个薄层内的流体的速度发生剧烈变化，由微通道内的主流速度降至壁面的零值，这层流体称为流动边界层；流动边界层内由粘滞性产生的切应力不可忽略，且会沿着流动方向逐渐增厚。同样，近壁面流体温度发生剧烈变化的薄层称为温度边界层；处于温度边界层内的流体质点由于不能在轴向和径向两个方向产生混合，热量主要通过热传导的方式进行传递，使换热热阻增大，影响传热效率。鼓泡结构21采用这种分布方式，可以使微通道11内的流体在流动方向上始终受到扰动，这样使得靠近微通道冷板流动边界层和温度边界层的流体始终受到干扰，阻止了边界层的增厚，微通道冷板的换热效果得到强化。其中，上述流体的流动方向与微通道冷板的长度方向L一致。

鼓泡结构21可以为对微通道间壁板2冲压加工出的鼓泡结构。冲压工艺操作简单，使得鼓泡结构21的加工方便、成本降低。本实施例中的鼓泡结构21为冲压出的圆形鼓泡结构，圆形鼓泡结构的最大直径为0.5mm、鼓出高度为0.1mm。但是随着冲压工艺中使用的冲头形状的改变，如图3所示，鼓泡结构21也可以为其他的形状，例如图3中(a)和(b)所示的椭圆形或者如图3中(c)所示的人字形等。

图3中(a)所示的椭圆形的长边方向平行于微通道间壁板2的长度方向(即微通道冷板的长度方向L)，这有利于微通道11中的流体在微通道冷板的长度方向L上流动。图3中(b)所示的椭圆形的长边方向垂直于微通道间壁板2的长度方向(即微通道冷板的长度方向L)，这有利于增大鼓泡结构21对微通道11中流体的扰动。虽然未图示，但可以想象，当椭圆形的长边方向与微通道冷板的长度方向L呈大于0而小于90°的夹角时，可以既满足微通道11内流体流动性的要求、又满足对流体进行扰动的要求。

根据图3中(a)图、(b)图和(c)图所示的鼓泡结构的形状和大小，可以在微通道冷板的深度方向D上(即，单个微通道间壁板的宽度方向上)分布至少一排所述鼓泡结构。为了提高对微通道11中流体的扰动效果，一般可以分布两排或更多排的鼓泡结构。例如在图2a中，可以看到分布了两排鼓泡结构。若鼓泡结构采用人字形等体积较大的形状、或者微通道11的深度D较小，也可以仅设置一排鼓泡结构。

参见图1、图2a和图2b，形成在微通道间壁板2的任何一个侧面上的鼓泡结构21的数量为多个，且该多个鼓泡结构21的大小不一。例如，这些鼓泡结构21可以分为两类：一类是在微通道冷板的宽度方向W上鼓泡结构21的尺寸小于微通道11的尺寸的小尺寸鼓泡结构201，即小尺寸鼓泡结构201的高度小于微通道11的宽度，这些小尺寸鼓泡结构201可以减小微通道11内流体的流动死区，强化所述微通道冷板的换热作用；另一类是在微通道冷板的宽度方向W上鼓泡结构21的尺寸等于微通道11的尺寸的大尺寸鼓泡结构202，即大尺寸鼓泡结构202的高度等于微通道11的宽度，这类大尺寸鼓泡结构202可以起到支撑微通道间壁板2的作用。

由前面的描述可知，本实施例中微通道11的长度为32mm、宽度为0.2mm、深度为2mm，这样的尺寸使得微通道11的长度过大、宽度过小。而且微通道板1和微通道间壁板2的厚度基本上与微通道11的宽度相同，也就是说，微通道板1和微通道间壁板2相对于其长度而言过薄，这容易引起微通道11变形、甚至微通道板1或微通道间壁板2断裂等问题。而鼓出高度等于微通道11宽度的大尺寸鼓泡结构202，可以抵靠在相邻的微通道间壁板2上，从而在相邻的微通道间壁板2之间形成相互的支撑，避免因微通道间壁板2的长度过长、厚度过薄引起的断裂、变形等问题。

在本发明的一些实施例中，可以在微通道板(图5中的微通道母板501切割后可形成多个微通道板)上沿长度方向L以去除材料的方式形成微通道11，如接下来将要提到的图5中的微通道母板501。

并且，当在微通道冷板中使用图1所示的微通道板1时，还可以将所述鼓泡结构设置在该微通道板1上。可以仅在微通道板1上设置所述鼓泡结构，也可以在微通道板1和微通道间壁板2上均设置所述鼓泡结构。当在二者上均设置所述鼓泡结构时，可以增加所述鼓泡结构的设置数量，进而增大微通道11内流体的扰动，进一步提高微通道冷板的散热效果。

在本发明的一些实施例中，微通道11是与宏观通道相对而言的概念，例如微通道是指当量直径在10-1000um的通道，即尺寸大小在微米级别的通道。在本发明的一些实施例中，微通道冷板的各个微通道板1和各个微通道间壁板2均可以由紫铜制成，紫铜的传热效果好，有利于提高微通道冷板的散热能力。

此外，在发明的一些实施例中，沿微通道冷板的宽度方向W，还设有用于保护该微通道冷板内部的微通道板1和微通道间壁板2的盖板3。

另一方面，本发明实施例还提供了一种电子设备。所述电子设备包括发热部件401，发热部件401上附着有如上任一实施例所述的微通道冷板402。所述微通道冷板402在所述电子设备中的结构和所起到的作用与前述相同，此处不再赘述。

又一方面，本发明实施例提供了一种微通道冷板的制作方法。如图5所示，所述微通道冷板的制作方法包括：

步骤1：将其上预先形成有至少两个微通道11的多个微通道母板501、和其上预先形成有与至少两个微通道11相对应的鼓泡结构21的多个微通道间壁母板502交错排列，使每个微通道11和与其相对应的鼓泡结构21位置相对。

一个微通道母板501切割后可以形成多个上述微通道板1，一个微通道间壁母板502切割后可以形成多个上述微通道间壁板2。

可以知道的是，将多个微通道母板501和多个微通道间壁母板502交错排列后二者之间的间距很小，几乎呈微米级别，因此在排列后的微通道母板501和微通道间壁母板502上分别加工出微通道11和鼓泡结构21是非常困难的。因此选择在步骤1之前，在微通道母板501上预先制作出多个微通道11，并在微通道间壁母板502上预先制作出与每个微通道11相对应的鼓泡结构21。需要注意的是，微通道11和鼓泡结构21的制作顺序不分先后。

在本实施例中，是对每个微通道母板501进行冲孔工艺，以去除材料的方式在每个微通道母板501上形成至少两个微通道11。但并不局限于此，在本发明的其他实施例中，还可以对每个所述微通道母板进行折弯工艺，以在每个所述微通道母板上形成凹陷状的至少两个微通道，这样的微通道板结构可以参见图1。

而且，在微通道板1上预先形成至少两个微通道11之前、之后或同时，还可以在每个微通道母板501上以及每个微通道间壁母板502上形成至少两个定位孔504，每个微通道母板501以及每个微通道间壁母板502借助定位孔504整齐地交错排列在一起。

步骤2：将交错排列好的多个微通道母板501和多个微通道间壁母板502焊接在一起。

在步骤2中，可以使用真空扩散焊将交错排列好的多个微通道母板501和多个微通道间壁母板502焊接在一起。此外，在将交错排列好的多个微通道母板501和多个微通道间壁母板502焊接在一起的同时，还可以在最外侧的微通道母板501或微通道间壁母板502的外侧焊接盖板503，以保护其内部的微通道母板501和微通道间壁母板502。

步骤3：以使单个微通道冷板包括每个微通道母板501上的一个微通道11的方式，对焊接在一起的多个微通道母板501和多个微通道间壁母板502进行切割，形成多个独立的所述单个微通道冷板505。

在步骤3中，可以对焊接在一起的多个微通道母板501和多个微通道间壁母板502进行切割。步骤3中为了清楚地显示焊接在一起的多个微通道母板501和多个微通道间壁母板502的内部结构，省略了其前部的盖板。

步骤3中的切割线如图5中的虚线所示。沿虚线切割后形成的单个微通道冷板可以参见图5、也可以参见图6。其中图6所示的单个微通道冷板与图1所示的微通道冷板相同或基本上相同。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有鼓泡间壁的微通道冷板，其特征在于，包括交错排列的多个微通道板和多个微通道间壁板，每个所述微通道板上均形成有微通道，所述微通道位于相邻两个微通道间壁板之间，并且部分或全部所述微通道间壁板的至少一个侧面上形成有鼓泡结构，和/或，部分或全部所述微通道板的至少一个侧面上形成有鼓泡结构；

单个所述鼓泡结构为向外突出或向内凹陷的，即，一个微通道存在向外突出鼓泡结构的同时，相邻微通道必存在向内凹陷鼓泡结构。

2.根据权利要求1所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板，其特征在于，在所述微通道间壁板的两个相对侧面上均形成有所述鼓泡结构，且位于一个侧面上的所述鼓泡结构与位于另一个相对侧面上的所述鼓泡结构交错布置。

3.根据权利要求1或2所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板，其特征在于，所述鼓泡结构为对所述微通道间壁板冲压加工出的鼓泡结构。

4.根据权利要求1或2所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板，其特征在于，形成在所述微通道间壁板的一个侧面上的所述鼓泡结构的数量为多个，且在所述微通道冷板的宽度方向上，多个所述鼓泡结构中部分鼓泡结构的尺寸等于所述微通道的尺寸、而部分鼓泡结构的尺寸小于所述微通道的尺寸，所述微通道冷板的宽度方向与单个所述微通道间壁板的厚度方向一致。

5.根据权利要求4所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板，其特征在于，多个所述鼓泡结构在单个所述微通道间壁板的宽度方向上排列为至少一排。

6.根据权利要求1或2所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板，其特征在于，单个所述鼓泡结构的形状为圆形、椭圆形、人字形或多边形。

7.根据权利要求1或2所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板，其特征在于，

单个所述鼓泡结构的长边方向平行于所述微通道间壁板的长度方向；或者，

单个所述鼓泡结构的长边方向垂直于所述微通道间壁板的长度方向。

8.根据权利要求1或2所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板，其特征在于，在所述微通道板上沿长度方向以去除材料的方式形成所述微通道。

9.根据权利要求1所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板，其特征在于，所述微通道是指当量直径在10-1000um的通道。

10.一种电子设备，包括发热部件，所述发热部件上附着有如权利要求1-9任一项所述的具有鼓泡间壁的微通道冷板。

Images