一種高性能微槽道散熱結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種散熱結構，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構。
【背景技術】
[0002]高性能電子芯片、功率器件、高能LED發光二極管在操作過程中，會散發大量的熱量，局部功率可以明顯超過lOOW/cm2，常規的冷卻方法性能上達不到散熱要求。微型散熱器件應運而生，通過微小結構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，達到高功率散熱的目的。結構主要有微槽道、微泡沫金屬、硅基散熱結構等。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現。Tuckerman and Pease等人在硅基微槽道散熱器件上驗證了低熱阻0.09°C cm2/W，然而壓力差達到2.lbar,在實現中比較困難。
[0003]目前，傳統的微槽道散熱結構如圖1所示，圖1為傳統的微槽道散熱結構的結構示意圖；現有的微槽道散熱結構采用串行直流式結構，存在換熱系數低和換熱效率低的缺點，同時由于換熱流體從進口撞擊到微結構，流動面積突然收縮，流動方向改變，會導致局部較大的回流和壓力差，產生較高的壓阻，影響整體系統的運行效率，而且如果發熱器件溫度高，在狹窄入口處產生沸騰，會進一步惡化傳熱和流動。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種高性能微槽道散熱結構，其具有換熱系數高、換熱效率高和系統運行效率高的特點，以解決現有技術中微槽道散熱結構存在的上述問題。
[0005]為達此目的，本發明采用以下技術方案:
[0006]一種高性能微槽道散熱結構，其包括發熱元件、微槽道散熱器和蓋板，所述微槽道散熱器緊貼于所述發熱元件設置，所述蓋板密封設置于所述微槽道散熱器上，其中，所述蓋板上開設有至少一個換熱流體進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有若干個與所述換熱流體進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所述每個換熱流體進口流道開設有一過渡凹槽。
[0007]特別地，所述蓋板上對應每個換熱流體出口流道均設置有一換熱流體出口。
[0008]特別地，所述蓋板上僅設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匯總后經該換熱流體出口流出。
[0009]特別地，所述換熱流體進口流道設置為一個，其開設于所述蓋板的中心處，配合所述換熱流體進口流道于所述微槽道散熱器的中心處開設有一過渡凹槽。
[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，所述發熱元件為高功率電子芯片，LED發光二極管和激光芯片的任一種高熱流密度的發熱器件。
[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]本發明的有益效果為，與現有技術相比所述高性能微槽道散熱結構具有以下優占.
[0017]1)冷的流體從微槽道散熱器的中部進入，直接冷卻發熱元件的中心，冷流體進入方向與傳熱方向相對，相比常規串行式結構，降低粘性邊界層，具有更高的換熱系數和換熱效率。同時，流體通過分流，流過微槽道散熱器的流量降低，進一步降低流阻。
[0018]2)過渡凹槽的設計，則可以加大流動面積，并實現側面分流，在不影響換熱系數的前提下，明顯降低壓力損失，具有更好的系統運行效率。
【附圖說明】
[0019]圖1是傳統的微槽道散熱結構的結構示意圖；
[0020]圖2是本發明【具體實施方式】1提供的高性能微槽道散熱結構的結構示意圖；
[0021]圖3是本發明【具體實施方式】2提供的高性能微槽道散熱結構的結構示意圖；
[0022]圖4是傳統的微槽道散熱結構的換熱流體流動速度的計算機仿真圖；
[0023]圖5是傳統的微槽道散熱結構的換熱流體流動壓力的計算機仿真圖；
[0024]圖6是傳統的微槽道散熱結構運行時的溫度云圖；
[0025]圖7是本發明提供的高性能微槽道散熱結構的換熱流體流動速度的計算機仿真圖；
[0026]圖8是本發明提供的高性能微槽道散熱結構的換熱流體流動壓力的計算機仿真圖；
[0027]圖9是本發明提供的高性能微槽道散熱結構的運行時的溫度云圖。
[0028]圖中:
[0029]1、發熱元件；2、微槽道散熱器；3、蓋板；4、換熱流體進口流道；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。
【具體實施方式】
[0030]下面結合附圖并通過【具體實施方式】來進一步說明本發明的技術方案。
[0031]實施例一:
[0032]請參閱圖2所示，圖2是本發明【具體實施方式】1提供的高性能微槽道散熱結構的結構示意圖；
[0033]本實施例中，一種高性能微槽道散熱結構包括發熱元件1、微槽道散熱器2和蓋板3，所述微槽道散熱器2緊貼于所述發熱元件1設置，所述發熱元件1既可以是高功率電子芯片，LED發光二極管，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的中心處開設有一個換熱流體進口流道4和兩個換熱流體出口流道5，所述蓋板3上對應每個換熱流體出口流道5均設置有一換熱流體出口 6。
[0034]所述微槽道散熱器2上開設有若干個與所述換熱流體進口流道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的中心處上對應所述換熱流體進口流道4開設有一截面為矩形結構的過渡凹槽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，且其內通入換熱流體為水或導熱油的任一種。
[0035]工作時，換熱流體從換熱流體進口流道4進入微槽道散熱器2中經微槽道7通過換熱流體出口流道5流出，對底部的發熱元件1進行散熱。
[0036]實施例二:
[0037]請參閱圖3所示，圖3是本發明【具體實施方式】2提供的高性能微槽道散熱結構的結構示意圖，本實施例與實施例一的區別在于:本實施例中蓋板3中各個換熱流體出口流道5的布置方式不同，本實施例中所述蓋板3上僅設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內匯總后經該換熱流體出口 6流出，從而形成單進單出的結構方式，降低結構的復雜性。
[0038]試驗時，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。去離子水設為工質，流量lL/min。請參閱圖4至圖6所示，若采用傳統的結構即一個進口一個出口，換熱流體的最高速度Vmax=2.77m/s ;散熱器內最高壓力Pmax = 14.9e3Pa ;發熱元件最高溫度Tmax = 36.5°C，熱源溫差ATj = 5.27°C。請參閱圖7至圖9所示，若采用本發明提供的高性能微槽道散熱結構，換熱流體的最高速度Vmax = 1.78m/s ;散熱器內最高壓力Pmax = 4.09e3Pa ;發熱元件最高溫度Tmax = 35.9°C，熱源溫差Δ Tj = 3.25 °C。顯然本發明中換熱流體從中部撞擊微型槽道群，經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。該結構可以大大降低水流的壓差，并對熱性能有明顯提高，可降低結溫，并降低熱源本身的溫度不均勻度和熱機械應力。
[0039]以上實施例只是闡述了本發明的基本原理和特性，本發明不受上述事例限制，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還有各種變化和改變，這些變化和改變都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【主權項】
1.一種高性能微槽道散熱結構，其包括發熱元件、微槽道散熱器和蓋板，所述微槽道散熱器緊貼于所述發熱元件設置，所述蓋板密封設置于所述微槽道散熱器上，其特征在于，所述蓋板上開設有至少一個換熱流體進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有若干個與所述換熱流體進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所述每個換熱流體進口流道開設有一過渡凹槽。2.根據權利要求1所述的高性能微槽道散熱結構，其特征在于，所述蓋板上對應每個換熱流體出口流道均設置有一換熱流體出口。3.根據權利要求1所述的高性能微槽道散熱結構，其特征在于，所述蓋板上僅設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匯總后經該換熱流體出口流出。4.根據權利要求1所述的高性能微槽道散熱結構，其特征在于，所述換熱流體進口流道設置為一個，其開設于所述蓋板的中心處，配合所述換熱流體進口流道于所述微槽道散熱器的中心處開設有一過渡凹槽。5.根據權利要求1所述的高性能微槽道散熱結構，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，優選微槽道散熱器的尺寸在0.05 mm?1 mm。6.根據權利要求1所述的高性能微槽道散熱結構，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.根據權利要求1所述的高性能微槽道散熱結構，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.根據權利要求1所述的高性能微槽道散熱結構，其特征在于，所述換熱流體為水、導熱油、乙二醇或納米流體的任一種。9.根據權利要求1所述的高性能微槽道散熱結構，其特征在于，所述發熱元件為高功率電子芯片，LED發光二極管和激光芯片的任一種高熱流密度的發熱器件。10.根據權利要求6所述的高性能微槽道散熱結構，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】本發明公開了一種高性能微槽道散熱結構，其包括發熱元件、微槽道散熱器和蓋板，所述微槽道散熱器緊貼于所述發熱元件設置，所述蓋板密封設置于所述微槽道散熱器上，所述蓋板上開設有至少一個換熱流體進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有若干個與所述換熱流體進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所述每個換熱流體進口流道開設有一過渡凹槽。上述高性能微槽道散熱結構具有更高的換熱系數和換熱效率。同時流體通過分流，降低流阻。過渡凹槽的設計可以加大流動面積，并實現側面分流，在不影響換熱系數的前提下，明顯降低壓力損失，具有更好的系統運行效率。
【IPC分類】H01L23/367, H05K7/20, H01L23/473
【公開號】CN105374767
【申請號】CN201510616362
【發明人】張恒運
【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