[發明專利]一種電子元器件散熱器和方法

有效

• 申請號: 201310105599.0
• 申請日: 2013-03-28
• 公開（公告）號: CN104080311B
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 袁衛星;楊波;任柯先;楊宇飛
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

提供了一種結合了金屬固液相變和蒸汽壓縮式制冷循環的散熱器，應用于高熱流密度電子元器件的冷卻，其采用少量的低熔點金屬，能夠在60℃以下發生相變，從而迅速帶走大量熱量，以應對電子元器件功率突然升高的情況，為蒸汽壓縮式制冷循環提供了啟動時間。待電子元器件功率穩定后，具有高導熱率的液態金屬能很好地將熱量從電子元器件表面傳遞至蒸發器，由制冷劑液汽相變蒸發將熱量帶走。本散熱器結合了金屬相變的被動冷卻和蒸汽壓縮式制冷循環的主動冷卻特性，同時滿足了大功率電子元器件功率變化大和高熱流密度散熱要求，解決了蒸汽壓縮制冷循環啟動、開始制冷相對于電子元器件功率突變的滯后性問題，保證了電子元器件的工作溫度一直在安全范圍內平穩變化。

技術領域

本發明涉及一種電子元器件散熱器和方法，具體涉及一種金屬相變和蒸汽壓縮式制冷循環相結合的電子元器件散熱器和方法。

背景技術

隨著微電子機械技術的迅猛發展，電子元器件尺寸越來越小，而其上晶體管的數量卻越來越多，根據摩爾定律：電子元器件上的晶體管數量每18個月翻一番。由此而帶來的散熱問題愈發嚴峻，有些電子元器件表面的熱流密度已經達到甚至超過對于如此之高的熱流密度，傳統的風冷方式已經達到極限，于是新的散熱技術紛紛被提出，例如水冷、熱管技術、熱電制冷、蒸汽壓縮式制冷循環等等。這其中，蒸汽壓縮式制冷循環受環境溫度限制最小，且具有最優異的散熱能力。理論上而言，只要環境溫度低于電子元器件溫度，蒸汽壓縮式制冷循環都可以將熱量散去。而這種條件通常都是可以滿足的。

然而，電子元器件功率有時會發生突變，而蒸汽壓縮式制冷循環對此很難做出迅速的響應，從而會導致電子元器件溫度迅速上升，而溫度驟然變化對于電子元器件的工作性能同樣也是不利的。因此，需要解決這個問題。

發明內容

如上所述，對于電子元器件溫度隨時可能迅速上升所帶來的熱控制難題，尚需要進行解決。本發明人考慮到，一個可行的途徑，是借助輔助的其他冷卻方法起一個緩沖作用，這種輔助的冷卻方法必須能夠在較短時間內將大量熱量散去，從而使蒸汽壓縮式制冷循環能夠利用這段緩沖時間開始啟動，而當制冷循環啟動完畢正常運行時，這個輔助方法必須還能起到很好的熱傳導作用，而使制冷循環優異的散熱能力不至受到限制；能達到這些要求的，最佳莫過于低熔點金屬相變，其大的潛熱值和高的導熱系數可以滿足溫度驟升時的散熱要求，而當制冷循環平穩運行時，其良好的導熱性能又能很好地將熱量從電子元器件表面傳至制冷循環中的蒸發器。當電子元器件溫度隨后降至設定值以下溫度時，相變金屬完全凝固，制冷子系統停止運行，避免了制冷系統的蒸發溫度過低可能產生冷凝水，從而保證電子設備的安全工作；電子元器件少量的產熱由空氣通過金屬封裝盒四周的翅片帶走

綜上所述，蒸汽壓縮式制冷循環能夠滿足高熱流密度散熱要求，對于功率驟升的情況，只需少量的相變金屬即可起到制冷系統啟動緩沖的作用、而且可以避免低溫過冷可能產生冷凝水的問題。因此，兩者結合的方案對于當下發展迅速的大功率微電子元器件的散熱問題有著重大的意義。

在上述構思的基礎上，本發明提供了一種高效的電子元器件散熱裝置，結合了金屬相變和蒸汽壓縮式制冷循環，解決了電子元器件在平穩工作、功率突變時溫度保持在合適范圍和無冷凝水產生等多種要求下的高熱流密度散熱問題。

根據本發明的一個方面，提供了一種金屬固液相變和蒸汽壓縮式制冷循環相結合的電子元器件散熱器，其特征在于包括：

相變金屬封裝盒，其中封裝有低溫固液相變金屬，

蒸汽壓縮式制冷子系統，

其中，所述相變金屬封裝盒與待冷卻的電子元器件熱接觸。

根據本發明的另一個方面，提供了一種金屬相變和蒸汽壓縮式制冷循環相結合的電子元器件散熱方法，其特征在于包括：

使相變金屬封裝盒與待冷卻的電子元器件熱接觸，所述相變金屬封裝盒中封裝有相變金屬，