專利名稱：一種電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于電子元器件冷卻的液體冷卻器，特別是一種采用多頭螺旋流道的微通道液體冷卻器；該冷卻器可廣泛用于對高功率芯片等電子元、器件的冷卻，以確保其工作性能的穩(wěn)定并延長其使用壽命。
背景技術(shù)：
目前，用于電子設(shè)備的散熱器主要有傳統(tǒng)的翅片式散熱器、以及可以散去更高熱量的微流道液冷式散熱器。傳統(tǒng)的微流道散熱器一般采用單進(jìn)、單出的流道結(jié)構(gòu)；無論是最初的平行微通道結(jié)構(gòu)、還是近年來的分形微通道結(jié)構(gòu)的冷卻系統(tǒng)，基本組成大都包含微流道、微型泵、冷卻液散熱器、風(fēng)扇、以及冷卻液管路系統(tǒng)等幾個(gè)部分。其基本原理為由微型泵提供動(dòng)力源，促使冷卻液在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，將發(fā)熱元器件內(nèi)的熱量帶出，再由散熱器將冷卻液中的熱量傳遞到外界。在公開號為CN101835367A、發(fā)明名稱為《一種風(fēng)冷、液冷組合式散熱系統(tǒng)》中申請人所公開的液冷散熱系統(tǒng)即屬于這類單進(jìn)、單出的微流道結(jié)構(gòu)。此類結(jié)構(gòu)的散熱器雖然可以散去更高熱量，但由于散熱器的溫度都會(huì)在沿冷卻液流動(dòng)方向持續(xù)升高、即非對稱性升高，而非對稱性變化(升高)的溫度勢必會(huì)對被冷卻的電子元、器件產(chǎn)生非對稱的熱應(yīng)力，這種熱應(yīng)力會(huì)對電子元、器件產(chǎn)生不良的影響、使芯片變形甚至使其失效，特別是對于MEMS中的微型加速度傳感器類敏感器件而言尤其如此。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對背景技術(shù)存在的缺陷，研究設(shè)計(jì)一種電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，在有效提高散熱系統(tǒng)散熱能力的基礎(chǔ)上，確保對被冷卻的電子元、器件進(jìn)行對稱式均衡冷卻，以達(dá)到降低電子元、器件溫度梯度及熱應(yīng)力對元器件的不良影響， 以充分滿足電子元器件在較低的溫度范圍內(nèi)高效、穩(wěn)定、安全地工作，并延長其使用壽命等目的。本發(fā)明的解決方案是在冷卻板上采用一中心對稱、由內(nèi)向外的多頭螺旋流道陣列結(jié)構(gòu)代替背景技術(shù)的單進(jìn)、單出的微流道結(jié)構(gòu)，以有效克服散熱器溫度沿冷卻液流動(dòng)方向持續(xù)升高、導(dǎo)致被冷卻的電子元器件產(chǎn)生非對稱熱應(yīng)力，對電子元、器件產(chǎn)生不良影響的弊病，吸熱(工作)后的冷卻液由下至上經(jīng)風(fēng)扇氣流風(fēng)冷、翅片散熱后，回流至位于散熱器中心的冷卻液貯液腔，再經(jīng)渦輪將降溫(散熱處理)后的冷卻液送入螺旋式流道冷卻板內(nèi)、 對電子元器件進(jìn)行連續(xù)的內(nèi)循環(huán)冷卻，從而實(shí)現(xiàn)其發(fā)明目的。因而，本發(fā)明電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器包括設(shè)有冷卻液流道的冷卻板，帶翅片的蓋板，冷卻風(fēng)扇，電動(dòng)機(jī)，關(guān)鍵在于在冷卻板與帶翅片的蓋板之間還依次設(shè)有氣流冷卻腔體及螺旋槽冷卻液散熱板、在氣流冷卻腔體和冷卻液流道冷卻板的中部還設(shè)有冷卻液貯液腔及輸送冷卻液的渦輪，而設(shè)于冷卻板上的冷卻液流道為中心對稱、由內(nèi)向外的多頭螺旋流道，且在該螺旋流道冷卻板中心還設(shè)有渦輪軸座；帶翅片的蓋板則為帶翅片及氣流孔的蓋板；螺旋流道冷卻板、氣流冷卻腔體、螺旋槽冷卻液散熱板、帶翅片及氣流孔的蓋板依次疊合并通過緊固螺栓固定成一體，(微型)電動(dòng)機(jī)及其減速器通過支架固定于蓋板或蓋板的翅片上，渦輪通過渦輪軸坐于冷卻液流道冷卻板中心的渦輪軸座內(nèi)、渦輪軸的上端則與電動(dòng)機(jī)減速器的輸出端連接以獲取動(dòng)力，風(fēng)扇則固定于電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸上并隨傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。上述冷卻液流道冷卻板上的流道為中心對稱、由內(nèi)向外的多頭螺旋流道，其螺旋流道為對數(shù)螺旋流道，流道數(shù)為4-12個(gè)。所述氣流冷卻腔體包括腔體底板、位于底板上且對稱設(shè)置的弧形臺(tái)及位于弧形臺(tái)內(nèi)并軸向貫穿整個(gè)弧形臺(tái)和腔體底板的冷卻液導(dǎo)流槽、以及固定連接孔。所述螺旋槽冷卻液散熱板包括冷卻液進(jìn)口、冷卻液流道、氣流孔以及位于散熱板外緣的環(huán)形密封邊、固定連接孔。所述電動(dòng)機(jī)為兩相微型步進(jìn)電機(jī)。所述兩相微型步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°、相電壓3.9V、相電流0.67A。本發(fā)明采用冷卻液由內(nèi)向外對稱流動(dòng)的多頭螺旋流道結(jié)構(gòu)的冷卻板，有效克服傳統(tǒng)散熱器單進(jìn)單出、溫度沿冷卻液流動(dòng)方向持續(xù)升高、導(dǎo)致被冷卻的電子元器件產(chǎn)生非對稱熱應(yīng)力，對電子元、器件產(chǎn)生不良影響等弊??；吸熱(工作)后的冷卻液依次流經(jīng)氣流冷卻腔體及螺旋槽冷卻液散熱板、經(jīng)風(fēng)扇氣流冷卻和蓋板上的翅片散熱處理后，回流至冷卻液貯液腔，再經(jīng)渦輪將其送入螺旋式流道冷卻板內(nèi)，對電子元、器件進(jìn)行連續(xù)的內(nèi)循環(huán)冷卻，同時(shí)采用步進(jìn)電機(jī)通過主機(jī)軟件根據(jù)溫度的高低自動(dòng)調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速、以控制其散熱(冷卻)量。因而本發(fā)明具有冷卻器結(jié)構(gòu)緊湊，對電子元、器件的冷卻效果好、溫度調(diào)節(jié)范圍寬， 有效降低了熱應(yīng)力對元器件的不良影響，可確保電子元、器件在復(fù)雜溫度環(huán)境和溫差變化較大的工作環(huán)境中高效、穩(wěn)定、安全地工作，并可延長其使用壽命等特點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖(剖視圖)；圖2為M局部放大圖(移出放大圖)；圖3為本發(fā)明實(shí)施方式螺旋式流道冷卻板1結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施方式氣流冷卻腔體2結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施方式螺旋槽冷卻液散熱板3結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施方式帶翅片及進(jìn)氣孔的蓋板4結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施方式所得螺旋陣列液體冷卻器軸測圖。圖中1.(螺旋流道)冷卻板、1-1.螺旋流道、1-2.渦輪軸座、1-3.螺孔，2.氣流冷卻腔體、2-1.冷卻液導(dǎo)流槽、2-2.冷卻液貯液腔、2-3.固定連接孔、2-4.排液口、2-5.密封槽，3.(螺旋槽)冷卻液散熱板、3-1.冷卻液進(jìn)口、3-2.冷卻液流道、3-3.氣流孔、3-4.固定連接孔，4.帶翅片及氣流孔的蓋板、4-1.翅片、4-2.進(jìn)氣孔、4-3.冷卻液注入口、4-4.密封座、4-5.密封槽，5.(微型)電動(dòng)機(jī)、5-1.傳動(dòng)軸、5-2.減速器、5-3.(電動(dòng)機(jī))支架，6.風(fēng)扇，7.密封圈，8.渦輪、8-1.渦輪軸，9.密封圈，10.緊固螺栓；實(shí)心箭頭方向A為冷卻液流向，空心箭頭方向B為(冷卻風(fēng))氣流流向。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施方式以針對PC機(jī)最大功率100W的CPU散熱用冷卻器為例，其中(螺旋流道)冷卻板1直徑φ 65mm，其上開設(shè)螺旋流道9條、其螺旋流道1_1為對數(shù)螺旋流道，每條流道長58mm、深為3mm、進(jìn)口寬度1mm、出口寬度3mm ；氣流冷卻腔體2直徑Φ 65mm、高12mm，其上對稱設(shè)四個(gè)帶冷卻液導(dǎo)流槽2-1及固定連接孔2-3的弧形臺(tái)，弧形臺(tái)長14mm、高8mm，冷卻液導(dǎo)流槽2-1軸向貫穿整個(gè)弧形臺(tái)及腔體底板、并分別與(下部的)螺旋式流道冷卻板 1及(上部)螺旋槽冷卻液散熱板3的冷卻液進(jìn)口 3-1連通，導(dǎo)流槽長9mm、寬2mm ；冷卻液散熱板3直徑Φ65mm、厚4. 5mm，其上開設(shè)深3mm、寬Imm的螺旋槽9條，氣流孔3_3設(shè)于各螺旋槽之間的槽臺(tái)上、各氣流孔直徑均為Φ2. 5mm、孔深4. 5mm(即為通孔)；帶翅片及氣流孔的蓋板4板體厚1. 5mm，其上共設(shè)9片螺旋曲面形翅片，各翅片厚1mm、高度18mm，進(jìn)氣孔 4-2直徑為Φ 2. 5mm (安裝時(shí)該進(jìn)氣孔與冷卻液散熱板3上的氣流孔3_3對應(yīng)重疊)、密封座 4-4直徑為Φ8πιπι，密封槽4-5采用軸截面為梯形的密封槽、直徑Φ5πιπι ；上述部件的材質(zhì)為鋁合金；(螺旋流道)冷卻板1、氣流冷卻腔體2、冷卻液散熱板3及帶翅片及氣流孔的蓋板 4依次疊合并通過緊固螺栓10固定成一體。電動(dòng)機(jī)5本實(shí)施方式采用型號為^BYGH102的兩相微型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其步距角為1.8°、相電壓3.9V、相電流0.67A、通過電動(dòng)機(jī)支架5-3 固定于翅片4-1的頂部，與該電動(dòng)機(jī)配套的減速器5-2型號為GP16A2C-Z-1的微型同軸減速器，減速比為1 66;工作時(shí)電動(dòng)機(jī)5可通過CAN總線及UIM25001轉(zhuǎn)換控制器，直接接收PC機(jī)RS232接口的ASCII指令并將其轉(zhuǎn)換成CAN協(xié)議指令來控制電機(jī)5的工作狀態(tài)。
本實(shí)施方式運(yùn)行前由冷卻液注入口 4-3向冷卻器內(nèi)注滿冷卻液(如水)，然后開啟電動(dòng)機(jī)5并帶動(dòng)風(fēng)扇6及渦輪8同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)；冷卻系統(tǒng)在渦輪8的壓力下冷卻液貯液腔2-2 內(nèi)的冷卻液經(jīng)螺旋式流道1-1由內(nèi)向外沿實(shí)心箭頭A方向流動(dòng)、同時(shí)將電子元、器件的工作熱帶走，工作后的冷卻液沿氣流冷卻腔體2的冷卻液導(dǎo)流槽2-1進(jìn)入(螺旋槽)冷卻液散熱板3、并沿冷卻液流道3-2經(jīng)氣流冷卻腔體2及氣流孔3-3中的冷空氣、以及.翅片4-1 散熱、冷卻后返回冷卻液貯液腔2-2進(jìn)入下一工作循環(huán)；與此同時(shí)、散熱系統(tǒng)中的風(fēng)扇6將冷空氣經(jīng)翅片4-1及翅片進(jìn)氣孔4-2、氣流孔3-3、氣流冷卻腔體2對工作后的冷卻液進(jìn)散熱、冷卻處理。本實(shí)施方式最大散熱功率可達(dá)到77W。
權(quán)利要求
1.一種電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，包括設(shè)有冷卻液流道的冷卻板， 帶翅片的蓋板，冷卻風(fēng)扇，電動(dòng)機(jī)，其特征在于在冷卻板與帶翅片的蓋板之間還依次設(shè)有氣流冷卻腔體及螺旋槽冷卻液散熱板、在氣流冷卻腔體和冷卻液流道冷卻板的中部還設(shè)有冷卻液貯液腔及輸送冷卻液的渦輪，而設(shè)于冷卻板上的冷卻液流道為中心對稱、由內(nèi)向外的多頭螺旋流道，且在該螺旋流道冷卻板中心還設(shè)有渦輪軸座；帶翅片的蓋板則為帶翅片及氣流孔的蓋板；螺旋流道冷卻板、氣流冷卻腔體、螺旋槽冷卻液散熱板、帶翅片及氣流孔的蓋板依次疊合并通過緊固螺栓固定成一體，電動(dòng)機(jī)及其減速器通過支架固定于蓋板或蓋板的翅片上，渦輪通過渦輪軸坐于冷卻液流道冷卻板中心的渦輪軸座內(nèi)、渦輪軸的上端則與電動(dòng)機(jī)減速器的輸出端連接以獲取動(dòng)力，風(fēng)扇則固定于電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸上并隨傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.按權(quán)利要求1所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述冷卻液流道冷卻板上的流道為中心對稱、由內(nèi)向外的多頭螺旋流道，其螺旋流道為對數(shù)螺旋流道，流道數(shù)為4-12個(gè)。
3.按權(quán)利要求1所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述氣流冷卻腔體包括腔體底板、位于底板上且對稱設(shè)置的弧形臺(tái)及位于弧形臺(tái)內(nèi)并軸向貫穿整個(gè)弧形臺(tái)和腔體底板的冷卻液導(dǎo)流槽、以及固定連接孔。
4.按權(quán)利要求1所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述螺旋槽冷卻液散熱板包括冷卻液進(jìn)口、冷卻液流道、氣流孔以及位于散熱板外緣的環(huán)形密封邊、固定連接孔。
5.按權(quán)利要求1所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述電動(dòng)機(jī)為兩相微型步進(jìn)電機(jī)。
6.按權(quán)利要求5所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述兩相微型步進(jìn)電機(jī)的步距角為1. 8°、相電壓3. 9V、相電流0. 67A。
全文摘要
該發(fā)明屬于電子元器件冷卻的液體冷卻器，包括帶多頭螺旋流道的冷卻板，帶翅片及氣流孔的蓋板，氣流冷卻腔體，螺旋槽冷卻液散熱板冷，冷卻液貯液腔及渦輪，風(fēng)扇，電動(dòng)機(jī)。該發(fā)明采用冷卻液由內(nèi)向外對稱流動(dòng)的多頭螺旋流道結(jié)構(gòu)的冷卻板，有效克服傳統(tǒng)散熱器溫度沿冷卻液流動(dòng)方向持續(xù)升高、被冷卻的電子元器件產(chǎn)生非對稱熱應(yīng)力等弊??；工作(吸熱)后的冷卻液經(jīng)風(fēng)扇氣流冷卻和翅片散熱處理后，再送入螺旋式流道冷卻板對電子元器件進(jìn)行連續(xù)的內(nèi)循環(huán)冷卻。因而具有冷卻器結(jié)構(gòu)緊湊，對電子元器件的冷卻效果好、溫度調(diào)節(jié)范圍寬，有效降低了熱應(yīng)力對元器件的不良影響，可確保電子元、器件在工作環(huán)境中高效、穩(wěn)定、安全地工作，并可延長其使用壽命等特點(diǎn)。
文檔編號H01L23/473GK102394230SQ20111035775
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者徐尚龍, 房曠, 秦杰 申請人:電子科技大學(xué)