[實用新型]液冷多孔泡沫金屬散熱器

無效

• 申請號: 200820215547.3
• 申請日: 2008-12-05
• 公開（公告）號: CN201312475Y
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 劉明侯;劉東;王亞青;徐侃
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H01L23/473
• 代理公司: 合肥金安專利事務所
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本實用新型涉及微小尺寸傳熱、散熱裝置。

背景技術

隨著電子芯片特征尺寸的不斷減小，芯片的集成度、工作頻率不斷提高，使芯片的熱流密度迅速升高，現在的一些大功率元件的熱流密度已達到50W/cm²，有的甚至達到200W/cm²。同時，美空軍整體計劃分析報告里也指出：電子設備的失效有55％是由溫度引起的。著名的“10℃法則”也指出：半導體器件的溫度每升高10℃，其可靠性就會降低50％。這些數據都說明了有效的熱控制在先進電子設備中的重要性。現有的電腦風冷CPU的冷卻能力只有30-40W/cm²，滿足不了這種大功率元器件的散熱要求。

多孔介質是由多孔固體骨架和孔隙間的流體相組成的多相共存空間，多孔介質中固定相形成的孔隙具有彎曲性、無定向性和隨機性的特點，導致流體在多孔介質流動具有彌散效應，同時由于多孔結構的存在，比表面積增大，導致多孔介質中的流動和傳熱具有特殊性和復雜性。近年來許多研究者針對多孔介質中的對流傳熱進行了實驗和數值研究。

發明內容

為了解決大比熱容液體作為換熱介質時換熱不充分的問題，本實用新型提供一種液冷多孔泡沫金屬散熱器。

具體的結構設計方案如下：

液冷多孔泡沫金屬散熱器包括箱體、箱蓋和冷卻工質，所述箱體內中部設有多孔泡沫金屬，多孔泡沫金屬的一側箱體為進口靜壓腔，另一側箱體為出口靜壓腔；與進口靜壓腔對應箱蓋上設有冷卻液體進口，與出口靜壓腔對應箱蓋上設有冷卻液體出口。

所述箱體高度為5-30毫米，箱體的底板材料為銅或鋁，底板厚度0.5毫米。

泡沫金屬和箱體連接方式為焊接或電鍍或燒結方式。

所述的多孔泡沫金屬為比表面積10-100ppi、孔隙率95％的多孔泡沫銅或泡沫鋁。

所述冷卻工質為去離子水或醇類或氟性電子冷卻液(3M^TM?Fluorinert^TMElectronic?Liquids)。

由于多孔介質的彎曲性和無定向性等特點，本實用新型采用多孔泡沫金屬作為散熱器表面在增加散熱面積的同時還可以使流體在流過多孔介質時充分與固體多孔介質接觸，從而使流體內溫度梯度降低，增加換熱量，提高換熱效率，很好解決了采用大比熱容液體作為換熱介質時換熱不充分的問題。

本實用新型的效果是采用不同孔隙率和比表面積的多孔泡沫金屬擴展換熱面，達到液體冷卻時液體溫度均勻，減小液體在垂直方向溫度梯度，在液冷中提高液體的平均溫度，增加換熱量；同時采用燒結(焊接或電鍍)的方法降低接觸熱阻，使散熱器內部溫度梯度降低，試驗中在較低的表面溫度(不高于75℃)的情況下可以帶走100-200W/cm²的熱量；較風冷散熱器單位面積散熱量可以提高2-4倍。

附圖說明

圖1為本實用新型結構示意圖，

圖2為本實用新型使用狀態圖。

具體實施方式

下面結合附圖，通過實施例對本實用新型作進一步地說明。

實施例：

參見圖1，液冷多孔泡沫金屬散熱器包括箱體7和箱蓋8，箱體高度為10毫米(高度可調整范圍為5-30毫米)，箱體的底板6材料為銅，底板厚度0.5毫米，長寬和形狀根據不同的電子器件散熱表面的形狀確定；箱體7內中部焊接連接比表面積50ppi、孔隙率95％的多孔泡沫銅5，多孔泡沫銅5的一側箱體為進口靜壓腔3，另一側箱體為出口靜壓腔4；與進口靜壓腔3對應箱蓋8上設有冷卻液體進口1，與出口靜壓腔4對應箱蓋8上設有冷卻液體出口2。

使用時，見圖2，外部大散熱器9的進口連通著液冷多孔泡沫金屬散熱器的冷卻液體出口2，外部大散熱器9的出口連通著液體驅動小泵10，液體驅動小泵10連通著液冷多孔泡沫金屬散熱器的冷卻液體進口1；外部大散熱器9一側設有散熱風扇11。采用去離子水作為流體工質，也可采用醇類或氟性電子冷卻液(3M^TM?Fluorinert^TM?Electronic?Liquids)；實驗該散熱器在較低的表面溫度(不高于75℃)的情況下可以帶走100-200W/cm²的熱量。

冷卻液體進口和冷卻液體出口采用靜壓箱的形式，使液體在流入多孔泡沫金屬前能夠更好地勻流，從而使多孔泡沫金屬中的流體更加均勻，減小因流體分布不均勻而導致的局部表面過熱的問題。在多孔泡沫金屬和底板的接觸時采用焊接(燒結或電鍍)的方法減小散熱器內部的接觸熱阻，從而帶走更多的熱量。同時由于多孔介質的彎曲性和無定向性等特點，使流體在流過多孔泡沫金屬時能夠充分與多孔泡沫金屬表面接觸，而且流體的流動由于多孔介質的彎曲性變得雜亂無章，從而加速流體內部的換熱，減小流體內部的溫度梯度，打破流體邊界層對換熱的不利影響，使流體內部溫度更加均勻，從而提高單位體積流體的平均換熱量。