CN207834280U - 一种新型微通道热沉结构 - Google Patents
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Abstract
一种新型微通道热沉结构，包括热沉基体，所述热沉基体上一体成型有若干条结构相同且平行等间距布置的槽型流体通道，所述流体通道的长度方向为流体流动方向，所述流体通道的侧壁表面等间距设置有竖向凸肋或竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有底部凸肋或底部凹槽，所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或底部凹槽的长度方向均与所述流体通道的长度方向垂直。该新型微通道热沉结构具有设计科学、结构合理、可使流体产生混沌对流、增强冷热流体的混合、改善散热性能的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及热沉设备领域，具体的说，涉及一种新型微通道热沉结构。
背景技术
随着现代科学技术的飞速发展以及微机电系统（MEMS）技术的快速进步，在能源动力、微电子技术、航空航天等工程领域，很多设备器件的热负荷和强度在不断提高。在现代先进的工程应用中，解决高热流密度微小型换热设备的散热问题越来越受到相关工业领域及国际传热界的重视。
目前微冷却器的形式主要包括：微通道热沉、微冷冻机、微热管均热片、整合式微冷却器及微射流阵列热沉等。其中，微通道热沉属于换热器的一种，微通道热沉液体冷却是去除微小型传热元件中高热流密度行之有效的方法之一。微通道热沉广泛应用于半导体散热技术领域中，特别是芯片运行中的散热问题，严重影响整个处理系统的正常工作。
微通道热沉的改进基本上集中在微通道结构的改进，根据热力学定律和流体力学理论，以及相关文献研究成果可知，增加流体流动时的扰动能够显著减小传热热阻，提高散热性能。
中国专利公开号CN106653711A公开了一种具有内部微通道热沉模块的冷却装置，具体公开了如下技术方案：在热沉模块内设置若干个凹槽，由凹槽组成若干条平行布置的内部微通道，由于凹槽的形状发生周期性变化，使得流体工质在经过时接触的界面在发生周期性变化，从而引起流体工质的边界层周期性的打断，使得冷却装置表面的温度分布均匀。
上述专利相较于传统热沉结构具有较大的改进，散热性能得到了改善，但是，上述专利的热沉结构散热效果有限，结构变化简单，无法满足大功率芯片的散热需求。
为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、结构合理、可使流体产生混沌对流、增强冷热流体的混合、改善散热性能的新型微通道热沉结构。
为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种新型微通道热沉结构，包括热沉基体，所述热沉基体上一体成型有若干条结构相同且平行等间距布置的槽型流体通道，所述流体通道的长度方向为流体流动方向，所述流体通道的侧壁表面等间距设置有竖向凸肋或竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有底部凸肋或底部凹槽，所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或所述底部凹槽的长度方向均与所述流体通道的长度方向垂直。
基上所述，所述竖向凸肋或所述竖向凹槽与所述底部凸肋或所述底部凹槽相互交错设置。
基上所述，所述竖向凸肋或所述竖向凹槽与所述底部凸肋或所述底部凹槽相互对接设置。
基上所述，所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或所述底部凹槽的截面形状为D形、半圆形或半椭圆形。
基上所述，所述流体通道的侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凸肋。
基上所述，所述流体通道的侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凹槽。
基上所述，所述流体通道的侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凹槽。
基上所述，所述流体通道的侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凸肋。
基上所述，所述流体通道的一侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋，所述流体通道的另一侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凸肋。
基上所述，所述流体通道的一侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋，所述流体通道的另一侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凹槽。
本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型的所述流体通道的侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋或所述竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凸肋或所述底部凹槽，所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或所述底部凹槽的长度方向均与所述流体通道的长度方向垂直，如此，流体在沿着所述流体通道的长度方向流动时，经所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或所述底部凹槽的作用，流体在所述流体通道的高度方向和宽度方向产生横向流动分量，即在所述流体通道的侧壁表面和底面产生二次流动，同时，流体的流动速度会随着所述流体通道的截面换热面积的变化而变化，流体在所述流体通道的换热壁面上形成的流动和热边界层遭遇所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或所述底部凹槽的结构时，被中断或重新发展，使流体在所述流体通道中产生混沌对流，增强了所述流体通道中各部分冷、热流体的混合，提高了流体的传热效率，大大改善了热沉的散热性能，流体的热阻降低，使得热沉的基体底面温度更加均匀，具有更小的不可逆性，有效地延长了微电子器件的使用寿命。
进一步的，所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或所述底部凹槽的截面形状为D形、半圆形或半椭圆形，则流体流动经过所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或所述底部凹槽的结构时，形成平滑扰动，流体在所述流体通道中的流动阻力便不会增加太大。
其具有设计科学、结构合理、可使流体产生混沌对流、增强冷热流体的混合、改善散热性能的优点。
附图说明
图1是本实用新型的组合一结构示意图。
图2是本实用新型的组合二结构示意图。
图3是本实用新型的组合三结构示意图。
图4是本实用新型的组合四结构示意图。
图5是本实用新型的组合五结构示意图。
图6是本实用新型的组合六结构示意图。
图中：1.热沉基体；2.流体通道；3.竖向凸肋；4.竖向凹槽；5.底部凸肋；6.底部凹槽。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-6所示，一种新型微通道热沉结构，包括热沉基体1，所述热沉基体1上一体成型有若干条结构相同且平行等间距布置的槽型流体通道2，所述流体通道2的长度方向为流体流动方向，所述流体通道2的侧壁表面等间距设置有竖向凸肋3或竖向凹槽4，所述流体通道2的底面等间距设置有底部凸肋5或底部凹槽6，所述竖向凸肋3或所述竖向凹槽4和所述底部凸肋5或所述底部凹槽6的长度方向均与所述流体通道2的长度方向垂直。
本领域技术人员应当知道，微通道热沉的基体材料一般选用金属材料和非金属材料两类。金属材料一般选用铜材料，非金属材料一般选用硅材料，不同的基体材料需要采用不同的加工方法。铜材料微通道热沉的制造方法主要有线切割、薄片微铣削、微钻孔、电化学放电微铣削和粉末烧结等，硅材料微通道热沉的制造方法主要有光刻蚀微影和微放电等加工方法，在基体表面加工形成微通道。
所述竖向凸肋3或所述竖向凹槽4与所述底部凸肋5或所述底部凹槽6相互交错设置。
所述竖向凸肋3或所述竖向凹槽4与所述底部凸肋5或所述底部凹槽6相互对接设置。
所述竖向凸肋3或所述竖向凹槽4和所述底部凸肋5或所述底部凹槽6的截面形状为D形、半圆形或半椭圆形。
所述竖向凸肋3或所述竖向凹槽4与所述底部凸肋5或所述底部凹槽6相互组合设置，具体分为以下六种组合类型：
组合一，所述流体通道2的侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋3，所述流体通道2的底面等间距设置有所述底部凸肋5。
组合二，所述流体通道2的侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽4，所述流体通道2的底面等间距设置有所述底部凹槽6。
组合三，所述流体通道2的侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋3，所述流体通道2的底面等间距设置有所述底部凹槽6。
组合四，所述流体通道2的侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽4，所述流体通道2的底面等间距设置有所述底部凸肋5。
组合五，所述流体通道2的一侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋3，所述流体通道2的另一侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽4，所述流体通道2的底面等间距设置有所述底部凸肋5。
组合六，所述流体通道2的一侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋3，所述流体通道2的另一侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽4，所述流体通道2的底面等间距设置有所述底部凹槽6。
本实用新型的新型微通道热沉结构的工作原理是，所述流体通道2的侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋3或所述竖向凹槽4，所述流体通道2的底面等间距设置有所述底部凸肋5或所述底部凹槽6，所述竖向凸肋3或所述竖向凹槽4和所述底部凸肋5或所述底部凹槽6的长度方向均与所述流体通道2的长度方向垂直，如此，流体在沿着所述流体通道2的长度方向流动时，经所述竖向凸肋3或所述竖向凹槽4和所述底部凸肋5或所述底部凹槽6的作用，流体在所述流体通道2的高度方向和宽度方向产生横向流动分量，即在所述流体通道2的侧壁表面和底面产生二次流动，同时，流体的流动速度会随着所述流体通道2的截面换热面积的变化而变化，流体在所述流体通道2的换热壁面上形成的流动和热边界层遭遇所述竖向凸肋3或所述竖向凹槽4和所述底部凸肋5或所述底部凹槽6的结构时，被中断或重新发展，使流体在所述流体通道2中产生混沌对流，增强了所述流体通道2中各部分冷、热流体的混合，提高了流体的传热效率，大大改善了热沉的散热性能，流体的热阻降低，使得热沉的基体底面温度更加均匀，具有更小的不可逆性，有效地延长了微电子器件的使用寿命。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种新型微通道热沉结构，包括热沉基体，所述热沉基体上一体成型有若干条结构相同且平行等间距布置的槽型流体通道，所述流体通道的长度方向为流体流动方向，其特征在于：所述流体通道的侧壁表面等间距设置有竖向凸肋或竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有底部凸肋或底部凹槽，所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或所述底部凹槽的长度方向均与所述流体通道的长度方向垂直。
2.根据权利要求1所述的一种新型微通道热沉结构，其特征在于：所述竖向凸肋或所述竖向凹槽与所述底部凸肋或所述底部凹槽相互交错设置。
3.根据权利要求1所述的一种新型微通道热沉结构，其特征在于：所述竖向凸肋或所述竖向凹槽与所述底部凸肋或所述底部凹槽相互对接设置。
4.根据权利要求2或3所述的一种新型微通道热沉结构，其特征在于：所述竖向凸肋或所述竖向凹槽和所述底部凸肋或所述底部凹槽的截面形状为D形、半圆形或半椭圆形。
5.根据权利要求4所述的一种新型微通道热沉结构，其特征在于：所述流体通道的侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凸肋。
6.根据权利要求4所述的一种新型微通道热沉结构，其特征在于：所述流体通道的侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凹槽。
7.根据权利要求4所述的一种新型微通道热沉结构，其特征在于：所述流体通道的侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凹槽。
8.根据权利要求4所述的一种新型微通道热沉结构，其特征在于：所述流体通道的侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凸肋。
9.根据权利要求4所述的一种新型微通道热沉结构，其特征在于：所述流体通道的一侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋，所述流体通道的另一侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凸肋。
10.根据权利要求4所述的一种新型微通道热沉结构，其特征在于：所述流体通道的一侧壁表面等间距设置有所述竖向凸肋，所述流体通道的另一侧壁表面等间距设置有所述竖向凹槽，所述流体通道的底面等间距设置有所述底部凹槽。
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