[實用新型]高性能電子器件散熱裝置

無效

• 申請號: 200820079899.0
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN201210781Y
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發明（設計）人: 趙耀華;刁彥華;王櫻;于雯靜
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H01L23/427;G06F1/20
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張 慧

技術領域

本實用新型涉及電子器件的散熱冷卻裝置，特別涉及用于電子器件高熱流密度條件下的高性能電子器件散熱裝置。

背景技術

隨著電子器件的高頻、高速以及集成電路技術的迅速發展和MEMS(MicroElectronic?Mechanical?System)技術的進步，使得單位容積電子器件的發熱量和熱流密度大幅度增加，散熱裝置的布置和設計遇到的約束越來越多。以微電子芯片的設計為例，目前一般已達(60～100)W/cm²，最高達到200W/cm²以上。常用傳統的散熱方式如風冷(強制對流)，由于其冷卻效率與風扇的速度成正比。當熱流密度達到一定的數值時，這種冷卻方式顯得力不從心。流行的散熱方式還包括：水冷散熱、半導體制冷、熱管技術。針對電子器件功率密度的繼續增大，中國專利99253842.4提出了水冷技術，水冷的優點是冷卻效果突出，但是水冷系統的結構非常復雜，按照冷卻要求，其水筒的容量至少在20升以上，并且它本身還有致命的缺點-安全問題，一旦水冷系統出現泄露，將會導致計算機損壞。由于相變換熱的方式傳熱效率很高，利用相變換熱技術對CPU進行冷卻的產品也已經出現，如CPL散熱裝置，CPL是一種利用工質的相變潛熱傳遞熱量的裝置，它具有傳遞熱量大，控溫精度高、能耗低以及等溫性好的特點，是電子器件冷卻的理想系統，蒸發器是CPL系統中的一個重要部件。目前，用于CPL系統的蒸發器主要是管式蒸發器，管式蒸發器的缺點之一是：為了將管式蒸發器用于散熱，必須附加一個冷板，將冷板與負荷表面相接觸，以達到散熱的目的，但采取這種傳熱方式增加了熱阻，降低了系統的傳熱效率。另外，管式蒸發器所采用的毛細芯，一般都是將粉末燒結形成多孔結構后再與管子內表面粘結在一起。這就造成在管子內表面與毛細芯之間存在附加熱阻，影響熱量的傳遞。

中國專利03137561.8提出一種新型的冷卻技術：利用微型制冷系統對計算機CPU進行冷卻，該技術具有可對CPU進行主動降溫冷卻，具有結構緊湊、可靠性高、操作簡單的特點。但是該技術造價高、系統復雜。

實用新型內容

本實用新型的目的是提出一種傳熱效率高、無需泵等外加動力源，適用于高熱流密度電子器件冷卻的微型被動換熱裝置。

為了實現上述目的，本實用新型采取了如下技術方案。包括有蒸發器、冷凝器和軟塑料毛細管，蒸發器、軟塑料毛細管和冷凝器串連成單向循環回路。蒸發器的毛細芯為組合毛細芯，所述的組合毛細芯包括有依次固定在基板6上的內層毛細芯7和外層毛細芯8，且內層毛細芯7的孔徑大于外層毛細芯8的孔徑。

所述的組合毛細芯為多層金屬絲網組合而成，其中：毛細芯的內層絲網的孔徑大于15μm，外層絲網的孔徑范圍為5μm～10μm。

所述的連接蒸發器1和冷凝器2的回路上設有微止回閥5。

所述的冷凝器2為自然空冷式或強制空冷式冷凝器。

本實用新型微型換熱裝置的工作原理和過程如下：起始時，在整個裝置內充入一定量的液體工質。高熱流密度電子元件通過硅膠與毛細蒸發器的受熱面緊密貼和，蒸發器內的液體工質在毛細力的作用下上升，熱量通過毛細芯的導熱到達汽-液界面，在汽-液界面處液體開始蒸發，蒸氣流入蒸發器的空腔，增加毛細芯的壓頭，降低其流動阻力可以增加蒸發器傳遞熱量的能力、降低熱過頭效應。本裝置采用了多層毛細芯(內層采用網孔尺寸較大的絲網，外層采用網孔尺寸較小的絲網)，這樣蒸發器在工作時，內層毛細芯孔徑較大，液態工質流動阻力小，以降低蒸發器的壓力損失，從而提高蒸發器的傳熱能力。毛細芯與板之間采用真空熱處理技術，使之成為一個整體，消除毛細芯與基板之間的基礎熱阻力，改善熱過頭效應，增加了毛細芯蒸發器的傳熱能力。蒸發器中的蒸氣通過連接管路進入冷凝器，冷凝后的液體在管路所提供壓頭的作用下進入蒸發器，重新進入下一個新的循環過程。既蒸發器液體蒸發-蒸氣進入冷凝器-冷凝后的液體再次進入蒸發器，這樣，工質在周而復始的循環過程中，將發熱電子器件散失的熱量不斷帶走。

本實用新型的有益效果：

1)由于本實用新型采用了多層絲網毛細芯，可以在提高毛細驅動力的同時降低其流動阻力；

2)基板換熱面為平面，用于電子設備散熱時，無需另外附加冷板，消除了一般CPL系統中由于附加冷板而增加的附加熱阻。

3)本散熱裝置可以對高熱流密度電子器件進行即時充分的冷卻，從而滿足高性能計算機芯片、高能激光器及其他電子器件的散熱要求。

附圖說明

圖1本實用新型的結構示意圖

圖2(a)為毛細芯蒸發面的示意圖