[實用新型]一種電場強化的電子器件散熱裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820079900.X
• 申請日: 2008-04-11
• 公開（公告）號: CN201210782Y
• 公開（公告）日: 2009-03-18
• 發(fā)明（設計）人: 刁彥華;趙耀華
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H01L23/427;F28D15/02
• 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一種電場強化的電子器件散熱裝置。

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(fā)展和MEMS(MicroElectronic?Mechanical?System)技術的進步，使得單位容積電子器件的發(fā)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(tǒng)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(shù)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(xù)增大，中國專利99253842.4提出了水冷技術，水冷的優(yōu)點是冷卻效果突出，但是水冷系統(tǒng)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(tǒng)出現(xiàn)泄露，將會導致計算機損壞。

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(tǒng)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(tǒng)復雜。

EHD(Electrohydrodynamic)強化傳熱是將電場及其理論引入傳熱學領域，是利用電場力與流場和溫度場的相互作用而達到傳熱強化的一種方法。該理論認為由于Maxwell力的產生使流體中產生體積力，導致液體的局部流動，從而強化傳熱。在眾多主動強化換熱技術中，EHD技術是一個新的且有前途的技術。將電場應用于電介質就會產生EHD泵送效應。相對于其它主動強化方式來說，EHD強化具有以下幾個優(yōu)點：(1)不需要大空間；(2)設計簡單，輕便；(3)控制強化過程迅速；(3)消耗功率小；(4)可應用于單相和兩相流；(5)泵送區(qū)域內的壓力均勻。而且利用EHD作用可以實現(xiàn)汽-液分離。對毛細蒸發(fā)器使用EHD技術，有三個因素可以促進和傳熱強化，它們分別是EHD對氣泡行為的影響、EHD對工質的泵送作用，EHD導致的不穩(wěn)定性。

實用新型內容

本實用新型提出了一種傳熱效率高、無需泵等外加動力源，適用于高熱流密度電子器件冷卻的一種電場強化的電子器件散熱裝置。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采取了如下技術方案。本裝置包括有蒸發(fā)器、冷凝器2和軟塑料毛細管3，蒸發(fā)器、軟塑料毛細管3和冷凝器2串連成單向循環(huán)回路。本裝置還包括有布置在蒸發(fā)器中毛細管兩側的、與蒸發(fā)器的蒸發(fā)面相平行的高壓電極9。

蒸發(fā)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(wǎng)組合而成，其中：毛細芯的內層絲網(wǎng)7的孔徑大于15μm，外層絲網(wǎng)8的孔徑范圍為5μm～10μm。

所述連接蒸發(fā)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。

所述的布置在蒸發(fā)器內的高壓電極為銅絲網(wǎng)或柱形電極或螺旋狀電極或卵形電極。

本實用新型的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(fā)器的受熱面緊密貼和，蒸發(fā)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(fā)，蒸氣流入蒸發(fā)器的空腔，增加毛細芯的壓頭，可以增加蒸發(fā)器傳遞熱量的能力。本裝置在蒸發(fā)器內安裝有銅絲網(wǎng)高壓電極作為正極，銅絲網(wǎng)高壓電極與蒸發(fā)面平行。毛細芯蒸發(fā)受熱面為負極(接地)。蒸發(fā)器內充有介電工質，介電工作介質在電場的作用下會產生極性化作用，電場中的開爾文力會對電介質中的偶極子產生影響，驅動液體沿電場強度增強的方向流動，流體沿感應作用而導致液面的上升，從而增大了毛細驅動力，強化了傳熱，增加了毛細芯蒸發(fā)器的傳熱能力。蒸發(fā)器中的蒸氣通過連接管路進入冷凝器，冷凝后的液體在驅動力的作用下進入蒸發(fā)器，重新進入下一個新的循環(huán)過程。既蒸發(fā)器液體蒸發(fā)—蒸氣進入冷凝器—冷凝后的液體再次進入蒸發(fā)器，這樣，工質在周而復始的循環(huán)過程中，將發(fā)熱電子器件散失的熱量不斷帶走。

本實用新型具有如下優(yōu)點：

1)本實用新型設置了高壓電極，從而增大了毛細驅動力，強化了傳熱增加了毛細芯蒸發(fā)器的傳熱能力。