CN115768045A - 散热器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种散热器及电子设备，该散热器包括底板、射流板和盖板。其中，底板具有若干微通道结构。射流板上开设有射流槽，射流槽上设置有歧管结构，以形成有交错排布的歧管入口和歧管出口，射流槽包括进液部和出液部。射流槽上开设有若干射流入口和射流出口，出液部和微通道结构通过歧管入口和射流入口连通，出液部和微通道结构通过歧管出口和射流出口连通，进液部和出液部通过歧管结构和微通道结构连通。盖板具有进液口和出液口。本发明所述的散热器，能够充分发挥歧管结构的降低压降的作用，避免了局部过热，也利用了微射流进行强化换热，实现了微射流和歧管式微通道的有机结合，强化了针对超高热流密度电子芯片的高效冷却能力。

Description

散热器及电子设备

技术领域

本发明属于电子元器件的散热技术领域，具体涉及一种散热器及电子设备。

背景技术

随着集成度的不断提高，当前电子芯片的尺寸日益缩小、发热功率持续提升，导致需冷却的热流密度已突破了kW/cm²数量级，这对电子芯片的热管理提出了严峻的挑战。过高的工作温度将会降低芯片性能、可靠性，甚至导致芯片失效。此外，电子设备的热管理造成了大量的能量损耗，如当前世界1％的电能被数据中心消耗，而其中38％被用于散热。因此，亟需更高效节能的、满足超高热流密度芯片冷却需求的热管理方法。

热量自芯片发热点处产生到排入环境的过程中，热阻主要来自以下三个部分：固体材料如基板、封装、散热器及其界面的传导热阻，散热器表面与冷却液间的对流热阻，以及冷却液自身发热引起的热阻。现有的研究通过高热导率材料(如金刚石、碳化硅)和嵌入式冷却等方式减小传导热阻，通过使用较高热导率的冷却液如液态金属、纳米流体等降低由冷却液发热引起的热阻。然而在所有的研究中，如何降低对流热阻及相应的泵功，对于高效冷却超高热流密度电子芯片十分关键。

在众多的散热器结构设计中，微射流及歧管式微通道备受期待。微射流减薄了滞止区内的边界层，从而对于超高热流密度发热点处的快速冷却十分有效。歧管式微通道对于整个芯片内部的热流和温度均匀化管理则起到关键作用，且歧管缩短了流动路径，从而显著降低了传统微通道的压降，从而降低泵功损耗。

但是，微射流较高的射流速度往往意味着较大的压降损失，而歧管式微通道并不具备针对超高热流密度热点处的快速冷却能力。而且，现有的散热器也无法很好地将微射流和歧管式微通道的各自优势进行有机结合，从而实现最大化的冷却性能。

发明内容

本发明的目的是至少解决现有的散热器无法很好地将微射流和歧管式微通道进行有机结合的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明第一方面提出了一种散热器，包括：

底板，所述底板具有若干微通道结构；

射流板，所述射流板设置于所述底板的表面，所述射流板上开设有射流槽，所述射流槽上设置有歧管结构，所述歧管结构为多个弯折连接的板状结构，以形成有交错排布的歧管入口和歧管出口，所述射流槽包括进液部和出液部，且所述进液部和所述出液部位于所述歧管结构的两侧；

所述射流槽上开设有若干交错排布射流入口和射流出口，所述进液部和所述微通道结构通过所述歧管入口和所述射流入口连通，所述出液部和所述微通道结构通过所述歧管出口和所述射流出口连通，所述进液部和所述出液部通过所述歧管结构和所述微通道结构连通；

盖板，所述盖板设置在所述射流板表面，以封盖所述射流槽，所述盖板具有与所述进液部连通的进液口，以及与所述出液部连通的出液口。

本发明所述的散热器，包括底板、射流板和盖板。通过在射流板上设置射流槽，并在射流槽内设置有歧管结构，且射流槽还包括进液部和出液部。歧管结构形成歧管入口和歧管出口，射流板上的射流入口和射流出口，配合具有微通道结构的底板，以及具有进液口和出液口的盖板，能够使得冷却液从盖板的进液口进入到射流槽中，经过射流槽的进液部流向歧管入口，并随后流经射流入口进入底板的微通道结构中进行充分换热，最后，从微通道回返，经过射流出口和歧管出口进入出液部，并经出液口排出，如此设置，能够充分发挥歧管结构降低压降、避免局部过热的作用，以及射流板强化换热的效果，有效解决了微射流和歧管式微通道无法很好地进行有机结合的问题，使得该散热器对超高热流密度电子芯片具有较好的高效冷却能力。同时，采用上述结构的散热器，整体上结构简单，易于加工制作。

另外，根据本发明的散热器，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施方式中，所述射流入口的开设面积小于所述射流出口的开设面积。

在本发明的一些实施方式中，所述射流入口的开设面积与所述射流出口的开设面积比为1:1.2～3。

在本发明的一些实施方式中，所述微通道结构具有进口和出口，以及连通所述进口和所述出口的输送通道，所述输送通道中设置有扰流结构。

在本发明的一些实施方式中，所述扰流结构为多个交错布置的扰流板。

在本发明的一些实施方式中，所述扰流结构为若干排列设置的扰流齿组，所述扰流齿组包括第一扰流齿和第二扰流齿，所述第一扰流齿的数量至少为一个，所述第二扰流齿的数量与所述第一扰流齿的数量一致，并且所述第二扰流齿与所述第一扰流齿一一对应设置。

在本发明的一些实施方式中，所述扰流齿的截面为三角形。

在本发明的一些实施方式中，沿冷却液的流动方向，所述歧管入口被设置为逐渐缩小的输入口，所述歧管出口被设置为逐渐扩大的输出口。

在本发明的一些实施方式中，所述进液部的面积与所述进液口的开设面积相同，所述出液部的面积与所述出液口的开设面积相同。

本发明第二方面提出了一种电子设备，包括如上述的散热器。

本发明实施方式的电子设备与本发明实施方式的散热器具有相同的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施方式所述的散热器的局部剖面结构示意图；

图2为本发明实施方式所述的散热器的局部结构示意图；

图3为本发明实施方式所述的微通道结构的结构示意图；

图4为本发明实施方式所述的现有微通道结构的结构示意图；

图5为本发明实施方式所述的射流板的仰视图；

图6为本发明实施方式所述的射流入口的工作原理示意图；

图7为本发明实施方式所述的歧管结构的安装示意图。

附图中各标记表示如下：

1、底板；2、射流板；3、射流槽；31、进液部；32、出液部；4、歧管结构；41、歧管入口；42、歧管出口；5、射流入口；6、射流出口；7、盖板；71、进液口；72、出液口；8、微通道结构；81、进口；82、出口；83、输送通道；84、扰流结构；

a、边界层。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1和图2所示，根据本发明的一个实施例，提出了一种散热器，整体设计上，该散热器包括底板1、射流板2和盖板7。

其中，底板1具有若干微通道结构8。射流板2设置于底板1的表面，射流板2上开设有射流槽3，射流槽3上设置有歧管结构4，歧管结构4为多个弯折连接的板状结构，以形成有交错排布的歧管入口41和歧管出口42，射流槽3包括进液部31和出液部32，且进液部31和出液部32位于歧管结构4的两侧。射流槽3上开设有若干交错排布射流入口5和射流出口6，进液部31和微通道结构8通过歧管入口41和射流入口5连通，出液部32和微通道结构8通过歧管出口42和射流出口6连通，进液部31和出液部32通过歧管结构4和微通道结构8连通。盖板7设置在射流板2表面，以封盖射流槽3，盖板7具有与进液部31连通的进液口71，以及与出液部32连通的出液口72。

本发明所述的散热器，包括底板1、射流板2和盖板7。通过在射流板2上设置射流槽3，并在射流槽3内设置有歧管结构4，且射流槽3还包括进液部31和出液部32。歧管结构4形成歧管入口41和歧管出口42，射流板2上的射流入口5和射流出口6，配合具有微通道结构8的底板1，以及具有进液口71和出液口72的盖板7，能够使得冷却液从盖板7的进液口71进入到射流槽3中，经过射流槽3的进液部31流向歧管入口41，并随后流经射流入口5进入底板1的微通道结构8中进行充分换热，最后，从微通道回返，经过射流出口6和歧管出口42进入出液部32，并经出液口72排出，如此设置，不仅能够充分发挥歧管结构4降低压降、避免局部过热的作用，以及射流板2用于强化换热的效果，有效解决了微射流和歧管式微通道无法很好地进行有机结合的问题，使得该散热器对超高热流密度电子芯片具有较好的高效冷却能力。同时，采用上述结构的散热器，整体上结构简单，易于加工制作。

具体地，在底板1的中部构造有若干微通道结构8，由于歧管入口41和歧管出口42呈交错排列，相对应地，上述若干微通道结构8被分为数个微通道单元。如图2所示，每一个微通道单元包括多个微通道结构8，且对应设置在歧管入口41和歧管出口42之间，其中，箭头方向为流体的流动方向。如此设置，可有效避免了沿流动方向散热器温度的增加以及减小了克服流道内的阻力所需要的泵功，增强了散热器的散热能力。

在本发明的一些实施方式中，微通道结构8具有进口81和出口82，以及连通进口81和出口82的输送通道83，输送通道83中设置有扰流结构84。如图3所示，微通道结构8的进口81上方为射流入口5，且射流入口5上方为歧管入口41。同样地，微通道结构8的出口82上方为射流出口6，且射流出口6上方为歧管出口42。

结合图2和图3所示，当冷却液进入歧管入口41后，会通过射流入口5的加速进入微通道结构8的进口81，经过输送通道83流向射流出口6，并进入歧管出口42中。在本实施方式中，在输送通道83中设置有扰流结构84。如图4所示，现有微通道结构8的输送通道83多是直微通道，在冷却液从射流入口5通过微通道结构8的进口81进入输送通道83时，在直微通道靠近进口81的部分会存在阻碍流动的流道侧壁，造成较大的压降损失。

在本发明的一些实施方式中，扰流结构84为多个交错布置的扰流板。采用多个交错布置的扰流板能够形成的输送通道83，能够消除部分射流入口5处阻碍流动的流道侧壁，从而降低压降。同时，输送通道83内的扰流板能够增强流体混合、破坏边界层，从而强化换热。作为一种优选的可实施方式，扰流板的数量及相邻间距可调，从而实现降低压降，降低热阻，或者同时降低压降与热阻的效果，以能够适用于各种不同的冷却需求。

在本发明的一些实施方式中，扰流结构84为若干排列设置的扰流齿组，扰流齿组包括第一扰流齿841和第二扰流齿842，第一扰流齿841的数量至少为一个，第二扰流齿842的数量与第一扰流齿841的数量一致，并且第二扰流齿842与第一扰流齿841一一对应设置。将扰流结构84设为多个排列布置的扰流齿组，能够消除现有微通道结构射流入口5处阻碍流动的部分流道侧壁，从而降低压降。作为一种优选地可实施方式，扰流齿的截面为三角形。仍如图3所示，当冷却液进入输送通道83后，会在每个扰流齿内形成一个涡流，从而增强了流体混合、破坏了边界层，以强化换热。

在此，需要说明的是，第一扰流齿841和第二扰流齿842的数量及其截面形状可调，从而使得该微通道结构8具有较好的适用性。具体地，可通过调整该三角形扰流齿的角度、高度等参数，在保证能够降低压降，降低热阻，或同时降低压降和热阻的效果的基础上，满足不同类型的散热需求。第一扰流齿841和第二扰流齿842的截面亦可是梯形、半椭圆形等其他一种或多种形状的组合，只需满足消除或部分消除现有微通道结构进口81处阻碍流动的流道侧壁，以及增强输送通道83中的流体混合、破坏边界层a，以达到降低压降，降低热阻，或同时降低压降和热阻的效果即可。其中，以上述扰流齿的截面为三角形的结构效果较好。

结合图1和图5所示，上述射流槽3设置在射流板2的表面，且盖设在若干微通道结构8的上方。对应于上述交错排列的歧管入口41和歧管出口42，射流入口5和射流出口6亦为交错对称布置，且在本实施方式中，射流出口6设置在相邻两个射流入口5之间，以保证任一射流出口6均可以接收并输出两个射流入口5输入的冷却液，从而避免相邻射流造成的横流的影响，提高流体的换热效率。此外，在边缘两侧设置射流入口5，以保证冷却液能够第一时间接触到超高热流密度电子芯片的边缘位置，保证散热效果。

在本发明的一些实施方式中，射流入口5的开设面积小于射流出口6的开设面积。如图6所示，射流入口5输出的流体进入进口81时，会冲击底板1形成边界层a，其中箭头方向为流体的流动方向。在本实施方式中，将射流入口5的开设面积减小，有利于形成高速的射流，减薄冲击区域的边界层a，强化冲击区域的换热，进一步提高换热效率。而将射流出口6的开设面积扩大，则有助于降低压降，减少泵功损耗。

在本发明的一些实施方式中，射流入口5的开设面积与射流出口6的开设面积比为1:1.2～3。设计射流入口5的开设面积和射流出口6的开设面积时，需综合考虑微通道、歧管、散热面积等的尺寸限制，以保障散热器的最大散热能力与效率。作为一种优选地可实施方式，将射流入口5的开设面积与射流出口6的开设面积比为1:2，以确保散热器具有较好的工作效率。

在本发明的一些实施方式中，沿冷却液的流动方向，歧管入口41被设置为逐渐缩小的输入口，歧管出口42被设置为逐渐扩大的输出口。如图7所示，其中，箭头方向即为流体流动方向。考虑到沿歧管入口41的冷却液流量会逐渐减小，完成热交换后汇入歧管出口42的冷却液流量会逐渐增大，因此，将沿流动方向歧管入口41宽度为逐渐减小，歧管出口42宽度为逐渐扩大，有助于进一步地均匀分配流体，避免局部过热及降低流动阻力。

在本发明的一些实施方式中，进液部的面积与进口81的开设面积相同，出液部的面积与出口82的开设面积相同。如此设置，有助于进一步地保障该散热器的工作效率，使得从进口81进入的冷却液能够均匀且迅速的进入歧管入口41，以及从歧管出口42通过出口82流出。当然，也可以通过其他结构改善冷却液的分布效果，如将进液部31的底部微倾，或增设分流结构等。

本实施方式还涉及一种电子设备，该电子设备包括上述的散热器。

本发明实施方式的电子设备与本发明实施方式的散热器具有相同的技术效果，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种散热器，其特征在于，包括：

底板，所述底板具有若干微通道结构；

射流板，所述射流板设置于所述底板的表面，所述射流板上开设有射流槽，所述射流槽上设置有歧管结构，所述歧管结构为多个弯折连接的板状结构，以形成有交错排布的歧管入口和歧管出口，所述射流槽包括进液部和出液部，且所述进液部和所述出液部位于所述歧管结构的两侧；

所述射流槽上开设有若干交错排布射流入口和射流出口，所述进液部和所述微通道结构通过所述歧管入口和所述射流入口连通，所述出液部和所述微通道结构通过所述歧管出口和所述射流出口连通，所述进液部和所述出液部通过所述歧管结构和所述微通道结构连通；

盖板，所述盖板设置在所述射流板表面，以封盖所述射流槽，所述盖板具有与所述进液部连通的进液口，以及与所述出液部连通的出液口。

2.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述射流入口的开设面积小于所述射流出口的开设面积。

3.根据权利要求2所述的散热器，其特征在于，所述射流入口的开设面积与所述射流出口的开设面积比为1:1.2～3。

4.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述微通道结构具有进口和出口，以及连通所述进口和所述出口的输送通道，所述输送通道中设置有扰流结构。

5.根据权利要求4所述的散热器，其特征在于，所述扰流结构为多个交错布置的扰流板。

6.根据权利要求4所述的散热器，其特征在于，所述扰流结构为若干排列设置的扰流齿组，所述扰流齿组包括第一扰流齿和第二扰流齿，所述第一扰流齿的数量至少为一个，所述第二扰流齿的数量与所述第一扰流齿的数量一致，并且所述第二扰流齿与所述第一扰流齿一一对应设置。

7.根据权利要求6所述的散热器，其特征在于，所述扰流齿的截面为三角形。

8.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，沿冷却液的流动方向，所述歧管入口被设置为逐渐缩小的输入口，所述歧管出口被设置为逐渐扩大的输出口。

9.根据权利要求1所述的散热器，其特征在于，所述进液部的面积与所述进液口的开设面积相同，所述出液部的面积与所述出液口的开设面积相同。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的散热器。

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