CN1941335A - 散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种散热器，该散热器包括：冷却区，接触将被冷冻的物体，并具有形成在其中以限定多个流体路径的通道；入口，工作流体通过该入口进入；分配器，置于入口和冷却区之间，用于将通过入口引入的工作流体均匀地分配到微通道；出口，已经穿过冷却区的工作流体通过该出口排出；汇流器，置于冷却区和出口之间，用于将穿过微通道的工作流体汇流。

Description

散热器
本申请要求于2005年9月29日在韩国知识产权局提交的第2005-91197号韩国专利申请的权益，其公开通过引用完全包含于此。
                         技术领域
本发明的多个方面涉及一种用来冷却物体以使其冷冻的散热器，更具体地讲，涉及一种具有微通道的散热器，所述微通道增大了散热器和工作流体之间的接触面积。
                         背景技术
通常，散热器被安装在将被冷冻的物体比如半导体芯片上，以吸收和消散由于将被冷冻的物体的操作而产生的热。然而，为了提高冷却将被冷冻的物体的效率，近来已经努力尝试来增大散热器和工作流体之间的接触面积。具体地讲，第5,099,311号美国专利公开了一种微通道散热器组件，其中，在散热器上加工出微通道，以形成多个尺寸微小的流体路径(见图1)。
在图1中示出了上述第5,099,311号专利的微通道散热器组件。如图1中所示，该散热器组件包括：歧管(manifold)层10，工作流体流过该歧管层；微通道层20，形成在歧管层上，用来冷却工作流体。
歧管层10包括：入口11，工作流体通过入口11进入；流体腔13，已经被歧管层10冷却的工作流体包含在该流体腔中；出口15，流体腔13内的工作流体通过出口15从流体腔13排出。
微通道层20包括形成在其底面上的微通道21。微通道21在入口11和流体腔13之间形成多个流体路径，以增大微通道层20的前表面和工作流体之间的接触面积。
在传统的散热器组件中，歧管层10被附着在微通道层20的底表面上，以将工作流体均匀地提供到各流体路径。
然而，传统的散热器组件的缺点在于，由于歧管层10和微通道层20彼此直接结合成两层的结构，所以增大了散热器组件的整体厚度。由此，难以在薄的电子器件中采用传统的散热器组件。
                         发明内容
本发明的一方面提供了一种散热器，该散热器的厚度薄，并将工作流体均匀地分配到多个流体路径。
根据本发明的一方面，提供了一种散热器，该散热器包括：冷却区，用于接触将被冷冻的物体，并具有形成在其中以限定多个流体路径的微通道；入口，工作流体通过该入口进入；分配器，置于入口和冷却区之间，用于将通过入口引入的工作流体均匀地分配到微通道；出口，穿过冷却区的工作流体通过该出口排出；汇流器，置于冷却区和出口之间，用于将穿过微通道的工作流体汇流。
该散热器还包括稳定器，该稳定器置于分配器和冷却区之间和/或置于冷却区和汇流器之间，并且该稳定器的宽度和高度与冷却区的宽度和高度相同，以稳定被分配的和/或被汇流的工作流体的流动。
本发明的附加的和/或其它方面和优点将在随后的描述中提出，并且部分地将从描述中清楚，或者可以从本发明的实践而得知。
                         附图说明
从下面结合附图的对实施例的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得清楚并更易于理解，在附图中：
图1是传统散热器的局部剖开的分解透视图；
图2是根据本发明实施例的散热器的平面图；
图3是图2中的散热器的侧视图；
图4A示出了在图2中的散热器中当分配器的长度为1mm且稳定器的长度为9mm时的流速变化；
图4B示出了在图2中的散热器中当分配器的长度为4.4mm且稳定器的长度为5.6mm时的流速变化。
                        具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，在附图中示出了本发明实施例的示例，其中，相同的标号始终表示相同的元件。为了通过参照附图来解释本发明，以下描述了实施例。
图2是根据本发明实施例的散热器30的平面图。图3是图2中的散热器的侧视图。如图2和图3中所示，将散热器30安装成管或通道，工作流体通过所述管或通道从外部的泵或箱进入散热器30。散热器30包括：入口A，工作流体通过入口A进入；分配器B，分配被引入的工作流体；冷却区Z；汇流器E，将已经穿过冷却区Z的工作流体汇流；出口F，汇流的工作流体通过出口F排出。根据本发明的实施例，入口A、分配器B、冷却区Z、汇流器E和出口F顺序地布置在工作流体流过散热器30的方向上。
根据本发明的实施例，散热器30由导热性高的材料制成。例如，散热器可以由硅、纯铜、黄铜、硬铝(合金)(duralumin)或铝制成。工作流体可以是空气、液氮、水、碳氟化合物等，它们都吸热并传热。
冷却区Z包括用于形成多个流体路径的多个微通道35，并接触将被冷冻的物体40。将被冷冻的物体40可以是产生大量热的集成电路，比如中央处理单元(CPU)或激光二极管。在本发明的实施例中，微通道35的流体路径是直线形的，但是也可以以其它形式来布置。因此，流体路径还可以具有不同的形状。
分配器B置于入口A和冷却区Z之间，并将通过入口A引入的工作流体分配到微通道35。
根据本发明的一方面，从入口A的末端至冷却区Z的起始端，分配器B的宽度逐渐增大。此外，根据本发明的一方面，从入口A的末端至冷却区Z的开始端，分配器B的高度逐渐减小。在这种情况下，分配器B均匀地分配工作流体，并通过使得入口A和冷却区Z之间的压降较小来防止流体减速。
根据本发明的一方面，从冷却区Z的末端至出口F的起始端，汇流器E的宽度逐渐减小。此外，根据本发明的一方面，从冷却区Z的末端至出口F的起始端，汇流器E的高度逐渐增大。汇流器E和分配器B关于散热器30的垂直中心轴对称。因此，穿过冷却区Z的工作流体被均匀地再汇流，使得工作流体通过出口F排出，而流体压力分布没有大的改变。
散热器30还可包括稳定器C，该稳定器C置于分配器B和冷却区Z之间和/或置于冷却区Z和汇流器E之间。稳定器C的内部宽度和高度与冷却区C的内部宽度和高度相同，以用于稳定被分配和/或被汇流的工作流体的流动。
可以通过以下关系式来计算分配器B的高度：
L = D e - D 2 · tan θ - - - ( 1 )
其中，L表示分配器B的长度，De表示分配器B的最大宽度，D表示分配器B的最小宽度，θ表示分配器B的倾斜角。
根据本发明的一方面，倾斜角θ的范围为0度至50度。如果倾斜角θ的角度超过50度的上限，那么，如图4A中所示，发现在微通道35的中部的工作流体的流速大于在微通道35的其它部分的工作流体的流速，从而不能实现工作流体的均匀分布。
可以通过以下关系式来计算稳定器C的长度：
Ls＝De-L                 ...(2)
其中，Ls表示稳定器C的长度，并且在该关系式中符号“De”和“L”与上述所表示的相同。
当De＝10mm、D＝3mm且L＝4.4mm，θ等于38.5度时，工作流体可以被均匀分配到所有的微通道35，如图4B中所示。
如上所述，根据本发明的多个方面，由于包括入口A、分配器B、冷却区Z、汇流器E和出口F的散热器被安装成单个的管或通道，所以可使散热器的整体厚度最小化。因此，由于通过优化分配器B和汇流器E的形状，工作流体被均匀地分配到各微通道35的流体路径，从而提高了冷却效率。
虽然已经示出和描述了本发明的一些实施例，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行变化，其中，本发明的范围限定在权利要求及其等同物中。

Claims (21)

1、一种散热器，包括：
冷却区，用于接触将被冷冻的物体，并且冷却区具有形成在其中的微通道，所述微通道用于限定多个流体路径；
入口，工作流体通过所述入口进入；
分配器，置于所述入口和所述冷却区之间，用于将通过所述入口引入的工作流体均匀地分配到所述微通道；
出口，穿过所述冷却区的工作流体通过出口排出；
汇流器，置于所述冷却区和所述出口之间，用于将穿过所述通道的工作流体汇流。
2、根据权利要求1所述的散热器，其中，从所述入口的末端至所述冷却区的起始端，所述分配器的宽度逐渐增大。
3、根据权利要求2所述的散热器，其中，从所述入口的末端至所述冷却区的起始端，所述分配器的高度逐渐减小。
4、根据权利要求2所述的散热器，其中，通过以下关系式计算所述分配器的高度：
L = D e - D 2 · tan θ
其中，L表示所述分配器的长度，De表示所述分配器的最大宽度，D表示所述分配器的最小宽度，θ表示所述分配器的相对于所述入口和所述出口的纵向长度的倾斜角。
5、根据权利要求4所述的散热器，其中，所述倾斜角θ的范围为0度至50度。
6、根据权利要求1所述的散热器，其中，从所述冷却区的末端至所述出口的起始端，所述汇流器的宽度逐渐减小。
7、根据权利要求6所述的散热器，其中，从所述冷却区的末端至所述出口的起始端，所述汇流器的高度逐渐增大。
8、根据权利要求7所述的散热器，其中，所述汇流器和所述分配器关于所述散热器的垂直中心轴彼此对称。
9、根据权利要求7所述的散热器，还包括第一稳定器，所述第一稳定置于所述分配器和所述冷却区之间，用于稳定被分配的工作流体的流动。
10、根据权利要求9所述的散热器，其中，所述第一稳定器的宽度和高度分别与所述冷却区的宽度和高度基本相似。
11、根据权利要求10所述的散热器，还包括第二稳定器，所述第二稳定器置于所述冷却区和所述汇流器之间，用于稳定将被汇流的工作流体的流动。
12、根据权利要求11所述的散热器，其中，所述第二稳定器的宽度和高度分别与所述冷却区的宽度和高度基本相似。
13、根据权利要求1所述的散热器，还包括第一稳定器，所述第一稳定置于所述分配器和所述冷却区之间，用于稳定被分配的工作流体的流动。
14、根据权利要求13所述的散热器，其中，所述第一稳定器的宽度和高度分别与所述冷却区的宽度和高度基本相似。
15、根据权利要求14所述的散热器，还包括第二稳定器，所述第二稳定器置于所述冷却区和所述汇流器之间，用于稳定将被汇流的工作流体的流动。
16、根据权利要求15所述的散热器，其中，所述第二稳定器的宽度和高度分别与所述冷却区的宽度和高度基本相似。
17、一种用于冷却将被冷冻的物体的表面的散热器，所述散热器包括：
冷却区，用于接触将被冷冻的物体，所述冷却区具有形成在其中的多个微通道，以基本上覆盖所述将被冷冻的物体；
分配器，用于以均匀的压力分布来将流体分配到所述微通道，以去除来自所述将被冷冻的物体的表面的热；
汇流器，用于将已经穿过所述微通道的流体汇流，而流体的压力分布没有大的改变。
18、根据权利要求17所述的散热器，还包括第一稳定器，所述第一稳定器置于所述分配器和所述冷却区之间，用于稳定被分配的工作流体的流动。
19、根据权利要求18所述的散热器，其中，所述第一稳定器的宽度和高度分别与所述冷却区的宽度和高度基本相似。
20、根据权利要求19所述的散热器，还包括第二稳定器，所述第二稳定器置于所述冷却区和所述汇流器之间，用于稳定将被汇流的工作流体的流动。
21、根据权利要求20所述的散热器，其中，所述第二稳定器的宽度和高度分别与所述冷却区的宽度和高度基本相似。
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