[發明專利]間歇式沖擊射流分形肋片冷卻裝置

無效

• 申請號: 201310616205.8
• 申請日: 2013-11-19
• 公開（公告）號: CN103648256A
• 公開（公告）日: 2014-03-19
• 發明（設計）人: 邱淑霞;徐鵬;喬憲武;張蕾
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20;H01L23/467;H01L23/367
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于微電子技術領域的一種電子元器件的冷卻裝置，特別涉及一種結合射流冷卻技術和肋片散熱器的復合強化傳熱系統。

背景技術

隨著微電子技術的發展，電子器件的集成化和微型化不斷升級，速度和功率大幅度提高。這些高功率密度的微電子器件的熱流密度非常大，量級達到100W／cm²左右或更高。因此，對于新一代電子設備而言，傳統散熱器的設計與制作技術已不能滿足要求，散熱成為微電子產業進一步發展的一個主要障礙。

射流冷卻技術是一種高效且經濟的冷卻技術，由于流程短且被沖擊的表面上的流動邊界層薄，從而使駐點附件產生很強的換熱效果。然而，隨著電子及計算機的微型化、電子線路集成化，電子模塊的單位發熱量急劇上升，其熱流密度非常大，單單依靠傳統的射流冷卻技術已經難以滿足現代技術發展所帶來的高熱流密度的散熱要求，因此必須尋求更為有效的散熱方法來解決電子元件的“熱障”問題。在電子設備的總尺寸、質量、所耗金屬材料和流阻性能增加不多的前提下，采用肋片散熱器可以增加散熱表面面積，提高散熱量。但是大多數肋片散熱器由于肋片排列的結構和空間分布局限，致使電子芯片上的溫度分布不均勻。

針對上述問題，可以采用自由通風和強制通風減小散熱器的熱阻，但是這些方法通常需要消耗較大的泵功，而且高熱流密度還會產生熱噪聲或暗電流。總之，高熱流密度電子器件對于高效的冷卻技術的需求十分迫切。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種電子器件的快速均勻的冷卻裝置，該冷卻系統結合了射流冷卻技術和肋片散熱器，是一種復合強化傳熱技術。采用非穩態的間歇式沖擊射流強化肋片散熱器的傳熱傳質過程，提高散熱效率，降低能耗。肋片按照分形結構進行排列，改善電子芯片溫度分布的均勻性。

間歇式沖擊射流分形肋片冷卻裝置，包括微泵，儲氣瓶，微控芯片，冷卻腔，散熱器基片，其特征在于：壓力控制閥和壓力腔的開關閥門由微控芯片控制聯動，形成間歇式氣流，并經過噴嘴陣列直接沖擊分形肋片和散熱器基片，形成非穩態的間歇式沖擊射流。

并且，該裝置采用氣體作為冷卻介質，由間歇式沖擊射流發生裝置形成非穩態的間歇式沖擊射流。

所述的肋片散熱器的肋片按照對稱直角雙分叉分形結構設計，肋片采用矩形截面，肋片寬度和高度相等，肋片分支長度比保持常數。

本發明能夠產生的有益效果：采用非穩態的間歇式沖擊射流冷卻技術，對于大熱流密度的電子器件能夠有效快速降溫，降低能耗；按照分形結構設計的分形肋片散熱器，可以充分利用電子芯片的表面空間，增加肋片換熱表面面積，提高散熱效率，適用于方形芯片散熱系統的設計；分形肋片散熱器具有良好的空間分布均勻特性，可以有效提高芯片溫度分布的均勻性，消除芯片表面的局域熱點，防止芯片損壞，有效延長電子芯片的使用壽命。矩形截面的肋片易于加工和安裝，適合批量生成。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖

圖2是沖擊射流肋片散熱器的結構示意圖

圖3是分形肋片散熱器的結構圖

圖4是分形肋片網絡的分支結構示意圖

圖5顯示了分形肋片網絡的基本單元

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發明采用氣體作為冷卻介質，本系統主要包括間歇式射流發生裝置和分形肋片散熱器兩部分。微泵1驅動氣體進入儲氣瓶2，當壓力控制閥3超過某一特定壓強，微控芯片4控制開關閥門6打開，壓力腔4內的氣體進入冷卻腔7，而當壓力控制閥3的氣壓值低于某一壓強，微控芯片4關閉開關閥門，形成間歇式氣流。氣流通過由隔板8形成的狹縫型噴嘴陣列9直接沖擊分形肋片散熱器的肋片10和基片11，形成間歇式沖擊射流，將電子元件13所產生的熱量帶走。電子芯片溫度急劇下降的同時，氣流溫度升高，高溫氣流由出口14排出。

如圖2所示，電子芯片13所產生的熱量通過絕熱墊片12主要以導熱方式傳遞給分形肋片散熱器，分形肋片散熱器由分形肋片10和基片11組成，分形肋片散熱器將熱量傳輸到周圍環境。冷卻介質經由隔板8上的多個噴嘴9直接沖擊分形肋片表面，強化肋片表面的空氣流動，提高換熱效率，對于大熱流密度的電子器件能夠有效快速降溫。