[發明專利]熱沉的針肋-凹陷復合陣列結構及針肋-凹陷復合陣列的布置方法

無效

• 申請號: 201310531065.4
• 申請日: 2011-07-28
• 公開（公告）號: CN103542748A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發明（設計）人: 饒宇;許亞敏
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: F28D15/00
• 分類號: F28D15/00;H05K7/20
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本案是申請號201110214066.7的分案申請。本發明涉及一種散熱裝置，尤其涉及一種散熱裝置（或稱熱沉）的針肋-凹陷復合陣列結構。本發明還涉及用于前述熱沉的針肋-凹陷復合陣列的布置方法。?

背景技術

在現代工業中，有許多的設備或器件在工作過程中發出大量的熱量，需要高效率的散熱器件（熱沉）及時將熱量散走，以維持正常工作、正常壽命，并確保可靠性。這些需要冷卻的發熱器件包括電子工業中的大功率集成電路、中央處理器（CPU）、大功率半導體激光器等，以及化工及制藥過程中的反應器等。另一方面，上述發熱器件正朝著大功率化、體積和重量小型化的方向發展，因此散熱熱流密度急劇增加，迫切需要更緊湊、更高性能的熱沉，以實現上述大功率器件的高效冷卻。這些熱沉使用的冷卻介質也由空氣轉向具有更高傳熱能力的液體（如水、乙二醇或FC-77氟化液等）。由于航空及航天電子設備對尺寸和重量的嚴格要求，緊湊式、高傳熱性能以及低流阻的熱沉在上述設備的冷卻方面尤為重要。?

針肋熱沉是一種常見的應用于高功率電子設備冷卻的裝置。如K.A.Moores,Y.K.Joshi?and?G.H.Schiroky在題為“Thermal?characterization?of?a?liquid?cooled?AlSiC?base?plate?with?integral?pin?fins”(IEEE?Transactions?on?Components?and?Packaging?Technologies,Vol.24,pp.213-219,2001)的文獻中所描述的，使用液體冷卻介質的針肋熱沉通常具有基板和頂板，冷卻通道限制在基板和頂板之間。在該基板表面垂直地加工有許多針肋陣列。針肋能夠增加傳熱面積，但更重要的是當流體流過針肋陣列時，針肋能夠破壞流動邊界層，并且每個針肋后面產生高度紊亂的分離尾流區，以及流體在與基板壁面和針肋相互作用后產生馬蹄形渦旋等，這些因素將極大地提高冷卻通道內流動摻混，顯著地提高傳熱性能。因此針肋陣列顯著增強了熱沉的散熱性能。通常情況下，基板上的針肋陣列是錯列排列，也可是順排排列；針肋的截面形狀可以是圓形、方形、菱形或橢圓型等。為實現高冷卻性能以及尺寸更緊湊的熱沉，針肋熱沉大都使用液體冷卻，當然該熱沉的冷卻介質也可以是氣體。?

常規的針肋熱沉也有其局限性，即在提供高傳熱性能的同時，造成冷卻流體很大的流動阻力，尤其是在大流量條件下更是如此。大流量時，流動過早地從針肋表面分離，并在每個針肋的背面產生大面積高度紊亂的尾流，這導致流道內的流動損?失迅速地增加，并造成系統中泵或風機功耗和噪聲的迅速增加。另一方面，現代功率器件的發展正朝著大熱流密度冷卻的方向發展，迫切需要低流阻、更高傳熱性能的熱沉。?

因此，本領域的技術人員致力于開發一種具有更高傳熱性能，流阻更低的熱沉結構。?

發明內容

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是提供一種具有更高傳熱性能，流阻更低的熱沉結構。?

為實現上述目的，本發明提供了一種熱沉的針肋-凹陷復合陣列結構，所述熱沉包括冷卻通道、多個針肋、多個凹陷、基板和頂板；其中，所述基板和所述頂板分別具有相對的內壁面；所述冷卻通道被限定于所述基板和所述頂板的相對的兩個所述內壁面之間；所述基板的所述內壁面上設置有多個所述針肋，多個所述針肋組成針肋陣列；其中，所述針肋陣列在所述基板的內壁面上錯列布置；所述基板或所述頂板兩者中，至少所述基板的內壁面上設置有多個所述凹陷，多個所述凹陷組成凹陷陣列；其中，所述冷卻通道中，橫向方向上所述針肋間具有最小流動橫截面，至少一個所述最小流動橫截面處設有所述凹陷，并且，縱向方向上多個所述凹陷錯列排列，從而構成所述凹陷陣列；所述針肋陣列與所述凹陷陣列共同構成所述針肋-凹陷復合陣列結構。?

較佳地，在縱向方向上，每兩列針肋之間還設有至少一個所述凹陷，以進一步提高傳熱性能。?

較佳地，大部分的所述最小流動橫截面處均設有所述凹陷。?

較佳地，所述基板和所述頂板兩者的內壁面上均設置有由多個所述凹陷組成的所述凹陷陣列。?

較佳地，所述針肋的一端與所述基板的內壁面相連，所述針肋的另一端與所述頂板的內壁面相連。?

較佳地，所述針肋的截面形狀為圓形、菱形、方形、橢圓形或水滴形；所述凹陷的形狀為球形的一部分，或截去頂部的圓錐形，或水滴形。?

較佳地，所述針肋的高度為所述針肋的直徑的0.5～4倍。?