一種高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種散熱結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種適用于高熱流密度的散熱器件上的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]高性能電子芯片、功率器件、高能LED發(fā)光二極管在操作過程中，會散發(fā)大量的熱量，局部功率可以明顯超過lOOW/cm2，常規(guī)的冷卻方法性能上達(dá)不到散熱要求。微型散熱器件應(yīng)運(yùn)而生，通過微小結(jié)構(gòu)的制造加工來降低特征尺寸，并提升冷卻流體特別是液體的換熱系數(shù)，達(dá)到高功率散熱的目的。結(jié)構(gòu)主要有微槽道、微泡沫金屬、硅基散熱結(jié)構(gòu)等。然而，隨著尺寸下降，壓力差也隨之增加，不利于微型散熱器件的實(shí)現(xiàn)。Tuckerman and Pease等人在硅基微槽道散熱器件上驗(yàn)證了低熱阻0.09°C cm2/W，然而壓力差達(dá)到2.lbar,在實(shí)現(xiàn)中比較困難。
[0003]目前，傳統(tǒng)的微槽道散熱結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖1為傳統(tǒng)的微槽道散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；現(xiàn)有的微槽道散熱結(jié)構(gòu)采用串行直流式結(jié)構(gòu)，存在換熱系數(shù)低和換熱效率低的缺點(diǎn)，同時(shí)由于換熱流體從進(jìn)口撞擊到微結(jié)構(gòu)，流動面積突然收縮，流動方向改變，會導(dǎo)致局部較大的回流和壓力差，產(chǎn)生較高的壓阻，影響整體系統(tǒng)的運(yùn)行效率，而且如果發(fā)熱器件溫度高，在狹窄入口處產(chǎn)生沸騰，會進(jìn)一步惡化傳熱和流動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其具有換熱系數(shù)高、換熱效率高和系統(tǒng)運(yùn)行效率高的特點(diǎn)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中微槽道散熱結(jié)構(gòu)存在的上述問題。
[0005]為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]一種高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其包括發(fā)熱元件、微槽道散熱器和蓋板，所述微槽道散熱器緊貼于所述發(fā)熱元件設(shè)置，所述蓋板密封設(shè)置于所述微槽道散熱器上，其中，所述蓋板上開設(shè)有至少一個換熱流體進(jìn)口流道和至少兩個換熱流體出口流道，所述微槽道散熱器上開設(shè)有若干個與所述換熱流體進(jìn)口流道和所述換熱流體出口流道相連通的微槽道，且所述微槽道散熱器上對應(yīng)所述每個換熱流體進(jìn)口流道開設(shè)有一過渡凹槽。
[0007]特別地，所述蓋板上對應(yīng)每個換熱流體出口流道均設(shè)置有一換熱流體出口。
[0008]特別地，所述蓋板上僅設(shè)置有一換熱流體出口，各個換熱流體出口流道于所述蓋板內(nèi)匯總后經(jīng)該換熱流體出口流出。
[0009]特別地，所述換熱流體進(jìn)口流道設(shè)置為一個，其開設(shè)于所述蓋板的中心處，配合所述換熱流體進(jìn)口流道于所述微槽道散熱器的中心處開設(shè)有一過渡凹槽。
[0010]特別地，所述微槽道散熱器為微型金屬槽道散熱器、泡沫金屬散熱器、硅基微型槽道散熱器和多孔陶瓷散熱器的任一種，該微槽道散熱器的尺寸在0.05 mm?1 mm。
[0011]特別地，所述過渡凹槽截面為多邊形、U形或V形切槽的任一種。
[0012]特別地，所述蓋板通過“0”型槽、釬焊、氬弧焊或粘接的任一種方式密封固定于所述微槽道散熱器上。
[0013]特別地，所述換熱流體為水、導(dǎo)熱油、乙二醇、納米流體或者任何已知的換熱流體。
[0014]特別地，所述發(fā)熱元件為高功率電子芯片，LED發(fā)光二極管和激光芯片的任一種高熱流密度的發(fā)熱器件。
[0015]特別地，所述過渡凹槽截面為矩形、梯形或正多邊形的任一種。
[0016]本發(fā)明的有益效果為，與現(xiàn)有技術(shù)相比所述高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)占.
[0017]1)冷的流體從微槽道散熱器的中部進(jìn)入，直接冷卻發(fā)熱元件的中心，冷流體進(jìn)入方向與傳熱方向相對，相比常規(guī)串行式結(jié)構(gòu)，降低粘性邊界層，具有更高的換熱系數(shù)和換熱效率。同時(shí)，流體通過分流，流過微槽道散熱器的流量降低，進(jìn)一步降低流阻。
[0018]2)過渡凹槽的設(shè)計(jì)，則可以加大流動面積，并實(shí)現(xiàn)側(cè)面分流，在不影響換熱系數(shù)的前提下，明顯降低壓力損失，具有更好的系統(tǒng)運(yùn)行效率。
【附圖說明】
[0019]圖1是傳統(tǒng)的微槽道散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】1提供的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】2提供的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4是傳統(tǒng)的微槽道散熱結(jié)構(gòu)的換熱流體流動速度的計(jì)算機(jī)仿真圖；
[0023]圖5是傳統(tǒng)的微槽道散熱結(jié)構(gòu)的換熱流體流動壓力的計(jì)算機(jī)仿真圖；
[0024]圖6是傳統(tǒng)的微槽道散熱結(jié)構(gòu)運(yùn)行時(shí)的溫度云圖；
[0025]圖7是本發(fā)明提供的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)的換熱流體流動速度的計(jì)算機(jī)仿真圖；
[0026]圖8是本發(fā)明提供的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)的換熱流體流動壓力的計(jì)算機(jī)仿真圖；
[0027]圖9是本發(fā)明提供的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)的運(yùn)行時(shí)的溫度云圖。
[0028]圖中:
[0029]1、發(fā)熱元件；2、微槽道散熱器；3、蓋板；4、換熱流體進(jìn)口流道；5、換熱流體出口流道；6、換熱流體出口 ；7、微槽道；8、過渡凹槽。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖并通過【具體實(shí)施方式】來進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0031]實(shí)施例一:
[0032]請參閱圖2所示，圖2是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】1提供的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]本實(shí)施例中，一種高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)包括發(fā)熱元件1、微槽道散熱器2和蓋板3，所述微槽道散熱器2緊貼于所述發(fā)熱元件1設(shè)置，所述發(fā)熱元件1既可以是高功率電子芯片，LED發(fā)光二極管，也可以是激光等高熱流密度的散熱器件。所述蓋板3通過“0”型槽、釬焊、氬弧焊或粘接的任一種方式密封固定于所述微槽道散熱器2上，確保換熱流體不會向外泄露，所述蓋板3的中心處開設(shè)有一個換熱流體進(jìn)口流道4和兩個換熱流體出口流道5，所述蓋板3上對應(yīng)每個換熱流體出口流道5均設(shè)置有一換熱流體出口 6。
[0034]所述微槽道散熱器2上開設(shè)有若干個與所述換熱流體進(jìn)口流道4和所述換熱流體出口流道5相連通的微槽道7，且所述微槽道散熱器2的中心處上對應(yīng)所述換熱流體進(jìn)口流道4開設(shè)有一截面為矩形結(jié)構(gòu)的過渡凹槽8，所述微槽道散熱器2為微型金屬槽道散熱器、泡沫金屬散熱器、硅基微型槽道散熱器和多孔陶瓷散熱器的任一種，且其內(nèi)通入換熱流體為水或?qū)嵊偷娜我环N。
[0035]工作時(shí)，換熱流體從換熱流體進(jìn)口流道4進(jìn)入微槽道散熱器2中經(jīng)微槽道7通過換熱流體出口流道5流出，對底部的發(fā)熱元件1進(jìn)行散熱。
[0036]實(shí)施例二:
[0037]請參閱圖3所示，圖3是本發(fā)明【具體實(shí)施方式】2提供的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于:本實(shí)施例中蓋板3中各個換熱流體出口流道5的布置方式不同，本實(shí)施例中所述蓋板3上僅設(shè)置有一換熱流體出口 6，各個換熱流體出口流道5于所述蓋板3內(nèi)匯總后經(jīng)該換熱流體出口 6流出，從而形成單進(jìn)單出的結(jié)構(gòu)方式，降低結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。
[0038]試驗(yàn)時(shí)，采用鋁制散熱器，微型槽道群通過微型切割形成，微型槽道0.2mm, 21個，高2mm，長15mm，熱源100W直接放置在散熱器底部。去離子水設(shè)為工質(zhì)，流量lL/min。請參閱圖4至圖6所示，若采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)即一個進(jìn)口一個出口，換熱流體的最高速度Vmax=2.77m/s ;散熱器內(nèi)最高壓力Pmax = 14.9e3Pa ;發(fā)熱元件最高溫度Tmax = 36.5°C，熱源溫差A(yù)Tj = 5.27°C。請參閱圖7至圖9所示，若采用本發(fā)明提供的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，換熱流體的最高速度Vmax = 1.78m/s ;散熱器內(nèi)最高壓力Pmax = 4.09e3Pa ;發(fā)熱元件最高溫度Tmax = 35.9°C，熱源溫差Δ Tj = 3.25 °C。顯然本發(fā)明中換熱流體從中部撞擊微型槽道群，經(jīng)微型槽道換熱并分成大約相等的兩股分別流向散熱器的兩端。該結(jié)構(gòu)可以大大降低水流的壓差，并對熱性能有明顯提高，可降低結(jié)溫，并降低熱源本身的溫度不均勻度和熱機(jī)械應(yīng)力。
[0039]以上實(shí)施例只是闡述了本發(fā)明的基本原理和特性，本發(fā)明不受上述事例限制，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還有各種變化和改變，這些變化和改變都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其包括發(fā)熱元件、微槽道散熱器和蓋板，所述微槽道散熱器緊貼于所述發(fā)熱元件設(shè)置，所述蓋板密封設(shè)置于所述微槽道散熱器上，其特征在于，所述蓋板上開設(shè)有至少一個換熱流體進(jìn)口流道和至少兩個換熱流體出口流道，所述微槽道散熱器上開設(shè)有若干個與所述換熱流體進(jìn)口流道和所述換熱流體出口流道相連通的微槽道，且所述微槽道散熱器上對應(yīng)所述每個換熱流體進(jìn)口流道開設(shè)有一過渡凹槽。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述蓋板上對應(yīng)每個換熱流體出口流道均設(shè)置有一換熱流體出口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述蓋板上僅設(shè)置有一換熱流體出口，各個換熱流體出口流道于所述蓋板內(nèi)匯總后經(jīng)該換熱流體出口流出。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述換熱流體進(jìn)口流道設(shè)置為一個，其開設(shè)于所述蓋板的中心處，配合所述換熱流體進(jìn)口流道于所述微槽道散熱器的中心處開設(shè)有一過渡凹槽。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述微槽道散熱器為微型金屬槽道散熱器、泡沫金屬散熱器、硅基微型槽道散熱器和多孔陶瓷散熱器的任一種，優(yōu)選微槽道散熱器的尺寸在0.05 mm?1 mm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述過渡凹槽截面為多邊形、U形或V形切槽的任一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述蓋板通過“0”型槽、釬焊、氬弧焊或粘接的任一種方式密封固定于所述微槽道散熱器上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述換熱流體為水、導(dǎo)熱油、乙二醇或納米流體的任一種。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述發(fā)熱元件為高功率電子芯片，LED發(fā)光二極管和激光芯片的任一種高熱流密度的發(fā)熱器件。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述過渡凹槽截面為矩形、梯形或正多邊形的任一種。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)，其包括發(fā)熱元件、微槽道散熱器和蓋板，所述微槽道散熱器緊貼于所述發(fā)熱元件設(shè)置，所述蓋板密封設(shè)置于所述微槽道散熱器上，所述蓋板上開設(shè)有至少一個換熱流體進(jìn)口流道和至少兩個換熱流體出口流道，所述微槽道散熱器上開設(shè)有若干個與所述換熱流體進(jìn)口流道和所述換熱流體出口流道相連通的微槽道，且所述微槽道散熱器上對應(yīng)所述每個換熱流體進(jìn)口流道開設(shè)有一過渡凹槽。上述高性能微槽道散熱結(jié)構(gòu)具有更高的換熱系數(shù)和換熱效率。同時(shí)流體通過分流，降低流阻。過渡凹槽的設(shè)計(jì)可以加大流動面積，并實(shí)現(xiàn)側(cè)面分流，在不影響換熱系數(shù)的前提下，明顯降低壓力損失，具有更好的系統(tǒng)運(yùn)行效率。
【IPC分類】H01L23/367, H05K7/20, H01L23/473
【公開號】CN105374767
【申請?zhí)枴緾N201510616362
【發(fā)明人】張恒運(yùn)
【申請人】無錫佰利兄弟能源科技有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年9月24日