CN1482523A - 微槽群蒸发冷却方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明微槽群蒸发冷却方法及其装置涉及一种散热冷却方法、专用部件及装置。微槽群散热冷却方法,是直接在发热体外表面需要散热的部位或紧贴发热体散热区域上设置许多微槽道,形成微槽群,所述微槽道的大小适合形成毛细力,以将所述微槽道边的液体工质吸入到微槽道内,所述微槽道内的液体工质在受热区域形成高强度的蒸发以此带走发热体产生的热量,从而使发热体蒸发冷却。设置有许多微槽道的换热结构为本发明方法的专用部件,采用本发明方法的装置包括一受热面设置有微槽群、液体工质并抽真空的蒸发器。本发明无功耗、散热面积小、散热热流密度高、散热强度高。

Description

微槽群蒸发冷却方法及其装置

技术领域

:本发明涉及一种散热冷却方法,特别是应用于计算机芯片的蒸发冷却方法及其装置。

背景技术

:目前对发热体特别是计算机的CPU芯片的冷却主要采用散热片结合风扇进行空冷。这种技术通过在CPU芯片表面加贴散热翅片并在两者的接触面上涂抹导热硅胶(硅脂)以减小导热热阻,风扇安置在散热翅片端面上利用对流换热原理将从CPU导出的热量通过翅片表面散失到计算机的机箱环境中去,从而保证CPU芯片工作在正常工作温度范围内。这种技术的主要缺陷是:风扇的运转存在功耗,由于CPU主频越高,CPU维持正常工作温度所需散失的热量就越大,因而风扇的功耗就越大;同时,翅片所需的散热面积就越大,这在计算机狭窄的空间里无法实现,而散热面积的增大又会降低翅片效率,散热总能力无法大幅提高;目前,采用空冷的方法对CPU芯片进行散热,其最高的散热热流密度只能达到20W/cm2。而根据美国半导体业界SIA的数据表明,大约3年后,高性能芯片的发热密度将要达到50W/cm2的程度。因而常规的冷却技术已经不能满足高性能芯片的散热要求。

发明内容

:本发明解决现有风冷散热技术存在的功耗要求高、需较大散热面积、散热能力不足的技术缺陷,提供一种无功耗、散热面积小、散热热流密度高及散热总能力大的微槽群蒸发冷却方法及其装置。

本发明的技术方案是这样的:一种高性能微槽群蒸发冷却方法,直接在发热体外表面需要散热的部位或紧贴发热体散热区域的导热材料上设置许多微槽道,形成微槽群,所述微槽道的大小适合形成毛细力,以将所述微槽道边的液体工质吸入到微槽道内,所述微槽道内的液体工质在受热区域形成高强度的蒸发以此带走发热体产生的热量,从而使发热体蒸发冷却。

上述微槽道的宽度和深度在0.01-1mm范围内,微槽道之间的间距在0.01-10mm范围内。

上述微槽道的宽度和深度在0.01-0.6mm范围内,微槽道之间的间距在0.01-10mm范围内。

上述液体工质和微槽道均设置在一抽真空的密闭空间内。

一种实现上述方法的专用部件—微槽群热沉,包括一导热材料,所述导热材料上设置有许多微槽道,所述微槽道的大小适合形成毛细力,以将所述微槽道边的液体工质吸入到微槽道内。

上述微槽道的宽度和深度在0.01-1mm范围内,微槽道之间的间距在0.01-10mm范围内。

上述微槽道纵向密布排列。

上述微槽道纵向密布排列,纵向密布排列的微槽道上交叉排列有横向微槽道。

上述微槽道纵向密布排列,纵向密布排列的微槽道上交叉排列有横向微槽道,所述横向或纵向排列的一个或一个以上微槽道与循环回路连通。

一种采用上述方法的蒸发冷却装置,包括一蒸发器,所述蒸发器为抽真空的密封体且其内灌注有液体工质,所述蒸发器内的受热面刻布有许多微槽道,形成微槽群,所述微槽道的大小适合形成毛细力,以将所述微槽道边的液体工质吸入到微槽道内。

所述受热面为发热体的外表发热面。

所述受热面的外表面通过导热硅胶与发热体外表面相粘连。

上述微槽道的宽度和深度在0.01-1mm范围内,微槽道之间的间距在0.01-10mm范围内。

所述蒸发器内还设置有凝结面,所述凝结面的外侧设置有风扇。

所述凝结面为弯曲型凝结面。

所述蒸发器内设置有循环管路,所述循环管路与外部散热装置相连。

技术效果:本发明通过在发热体外表面需要散热的部位或紧贴发热体散热区域的导热材料上设置许多能产生毛细力的微槽道,毛细力将液体工质吸入到微槽道内,微槽道中受热区域的液体工质受热后高强度蒸发从而带走发热体产生的热量,使发热体降温。即本发明是通过液体工质的液态直接蒸发为气态这种相变的方式进行冷却,而不是对流换热冷却,省去了为强化对流换热冷却而常采用的电扇及相关散热冷却部件,实现了无功耗的散热冷却。国内外的研究表明,微通道内的流动及传热的总体特性与大尺度通道内的结果有很大不同,微槽道内工质的蒸发有着极高的强度,属于微空间尺度下的传热传质的超常现象,是一种高性能的冷却散热方式。这种高效率的冷却散热可以使蒸发面尺寸小到与很小的发热体例如计算机芯片尺寸相匹配,其相变蒸发热流密度的理论极限比目前高性能芯片的最高热流密度还要高出约两个数量级,散热总能力大大提高。因而采用本发明能从根本上解决目前以及今后很小的发热体尤其是高性能CPU芯片的散热问题,降低和控制高性能芯片的工作温度,保证并提高高性能芯片的工作性能。

微槽道的宽度和深度在0.01-1mm范围内时微槽道内产生的毛细力强,具有较强的吸附液体工质的能力。

液体工质和微槽道均设置在一抽真空的密闭空间内能大大降低蒸发温度,在提高散热冷却效率的同时,可防止发热体过热,这种方式适合于温度不能过高的计算机芯片。

设置横向排列的微槽道可吸附更多的液体工质到受热区域,使蒸发掉的液体工质得到及时地补充,从而提高冷却效率。

横向或纵向排列的一个微槽道与循环回路连通可以直接将循环冷却后的液体工质送入受热区,使蒸发掉的液体工质得到及时地补充,也有助于提高冷却效率。

附图说明

:图1是本发明微槽群热沉的结构示意图。

图2是本发明一种微槽群排列方式示意图。

图3是本发明另一种微槽群排列方式示意图。

图4是采用本发明方法的蒸发冷却装置的一种实施例;图5是采用本发明方法的蒸发冷却装置的另一实施例。

具体实施方式

:实施例1:在金属板或其他导热材料上刻划许多矩形微槽道2,形成微槽群,这种带有微槽群的换热结构称为微槽群热沉,见图1。图1中微槽道2纵向密布排列。微槽道2槽道宽度和槽道深度在0.01-1mm的范围内,且为矩形微槽道。微槽道之间的间距在0.01-10mm范围内,该范围的微槽道2对多种工质如无水乙醇或蒸馏水都有毛细力的吸引作用,更优化地,微槽道的宽度和深度在0.01-0.6mm范围内,微槽道之间的间距在0.01-10mm范围内。当金属板与发热体通过导热硅胶(硅脂)紧密粘贴后,发热体产生的热量传导到金属板上,金属板发热,同时,毛细力将液体工质吸到金属板上的微槽道2内,液体工质在微槽道2的受热区域内蒸发带走大量的热量,从而实现对发热体的散热冷却。发热体可以是芯片或其他发热体。本发明方法尤其适用于计算机芯片,特别是将微槽道热沉置于抽真空的装置内,可大大降低蒸发温度,适合于计算机芯片对温度的要求,并提高蒸发强度,其相变蒸发热流密度的理论极限比目前高性能芯片的最高热流密度还要高出约两个数量级。因而采用本发明方法能够从根本上解决目前及今后高性能CPU芯片的散热问题,降低和控制高性能芯片的工作温度,保证并提高高性能芯片的工作性能。

实施例2:直接在芯片或其他发热体的外表面刻划许多微槽道2,形成微槽群,芯片等发热体的刻有微槽道的部分成为微槽群热沉。本实施例的微槽道的大小同实施例1,同样使微槽道具有毛细力,将液体工质吸到微槽道2内受热区域蒸发从而带走芯片等发热体产生的热量。

实施例3:见图2:本实施例微槽群热沉的微槽道2纵向密布排列,纵向密布排列的微槽道2上交叉排列有横向微槽道2’。设置横向排列微槽道2’可吸附更多的液体工质到受热区,使蒸发掉的液体工质得到及时地补充,从而提高冷却效率。本实施例微槽道2的槽宽0.2mm、槽深0.5mm、槽间距0.2mm,横向微槽道2’的槽宽0.4mm、槽深0.8mm、槽间距5mm。

实施例4,见图3。本实施例有纵向密布排列的微槽道2,纵向密布排列的微槽道2上交叉排列有横向微槽道2’,一个横向微槽道2’与循环回路2″连通,也可以取纵向排列的一个微槽道2与循环回路连通。横向或纵向排列的一个微槽道与循环回路连通可以直接将循环冷却后的液体工质送入受热区,使蒸发掉的液体工质得到及时地补充,也有助于提高冷却效率。

实施例5:见图4,图4是台式计算机CPU芯片1利用本发明方法的蒸发冷却装置的结构示意图。它包括一蒸发器3本体,蒸发器3为抽真空的密封体且其内灌注有液体工质6,蒸发器3内的受热面刻布有许多微槽道2,形成微槽群,所述微槽道2的大小适合形成毛细力,以将所述微槽道边的液体工质吸入到微槽道内。微槽道2间距、槽道宽度和槽道深度在0.01-1mm的范围内较佳。本实施例蒸发器3受热面的外表面通过导热硅胶(硅脂)与芯片1外表面紧贴在一起。蒸发器3内还设置有凝结面4,凝结面4为弯曲型凝结面,凝结面4的外侧设置有风扇5。蒸发器3内的液体工质如无水乙醇或蒸馏水具有较高的汽化潜热,在毛细力的作用下,液体工质通过微槽道2被吸入受热区域里形成高强度的蒸发以此带走CPU芯片1产生的热量,蒸汽在蒸发器3本体内的具有较大凝结面积的弯曲型凝结面4上通过外部风扇5进行冷却、凝结,凝结后的液体工质6沿凝结壁面重新落入蒸发器3本体内的液池中,形成循环。

实施例6:本实施例蒸发器3的受热面为芯片的外表发热面。即直接将CPU芯片外表面与蒸发器3做成一体,作为蒸发器3本体内受热面并在其表面刻布微槽道,形成微槽群。本实施例的其他部分同实施例5。

实施例7:见图5。本实施例为笔记本电脑CPU芯片1采用本发明方法的蒸发冷却装置的结构示意图。图5中蒸发器3内设置有循环管路7,循环管路7与外部散热装置相连通,本实施例为与笔记本电脑屏幕背面8相连,利用具有较大散热面积的屏幕进行空冷、凝结,凝结后的液体工质6通过循环管路7流回蒸发器3本体内,形成循环。本实施例的循环管路7代替实施例3或4的凝结面4和风扇5,其他部分同实施例5或6。

Claims (15)

1.一种高性能微槽群蒸发冷却方法,其特征在于直接在发热体外表面需要散热的部位或紧贴发热体散热区域的导热材料上设置许多微槽道,形成微槽群,所述微槽道的大小适合形成毛细力,以将所述微槽道边的液体工质吸入到微槽道内,所述微槽道内的液体工质在受热区域形成高强度的蒸发以此带走发热体产生的热量,从而使发热体蒸发冷却。
2.根据权利要求1所述的高性能微槽群冷却方法,其特征在于所述微槽道的宽度和深度在0.01-1mm范围内,微槽道之间的间距在0.01-10mm范围内。
3.根据权利要求2所述的高性能微槽群冷却方法,其特征在于所述微槽道的宽度和深度在0.01-0.mm范围内,微槽道之间的间距在0.01-10mm范围内。
4.根据权利要求1或2所述的高性能微槽群冷却方法,其特征在于所述液体工质和微槽道均设置在一抽真空的密闭空间内。
5.一种实现上述方法的专用部件,其特征在于包括一导热材料,所述导热材料上设置有许多微槽道,所述微槽道的大小适合形成毛细力,以将所述微槽道边的液体工质吸入到微槽道内。
6.根据权利要求5所述的专用部件,其特征在于所述微槽道的宽度和深度在0.01-1mm范围内,微槽道之间的间距在0.01-10mm范围内。
7.根据权利要求5或6所述的专用部件,其特征在于所述微槽道纵向密布排列。
8.根据权利要求5或6所述的专用部件,其特征在于所述微槽道纵向密布排列,纵向密布排列的微槽道上交叉排列有横向微槽道。
9.根据权利要求5或6所述的专用部件,其特征在于所述微槽道纵向密布排列,纵向密布排列的微槽道上交叉排列有横向微槽道,所述横向或纵向排列的一个或一个以上微槽道与循环回路连通。
10.一种采用上述方法的蒸发冷却装置,包括一蒸发器,所述蒸发器为抽真空的密封体且其内灌注有液体工质,所述蒸发器内的受热面刻布有许多微槽道,形成微槽群,所述微槽道的大小适合形成毛细力,以将所述微槽道边的液体工质吸入到微槽道内。
11.根据权利要求10所述的蒸发冷却装置,其特征在于所述受热面为发热体的外表发热面。
12.根据权利要求10所述的蒸发冷却装置,其特征在于所述受热面的外表面通过导热硅胶与发热体外表面相粘连。
13.根据权利要求10所述的蒸发冷却装置,其特征在于所述蒸发器内还设置有凝结面,所述凝结面的外侧设置有风扇。
14.根据权利要求14所述的蒸发冷却装置,其特征在于所述凝结面为弯曲型凝结面。
15.根据权利要求10所述的蒸发冷却装置,其特征在于所所述蒸发器内设置有循环管路,所述循环管路与外部散热装置相连。
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