[發(fā)明專利]一種微通道散熱器及由其組成的微機(jī)電產(chǎn)品散熱系統(tǒng)裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410223580.0
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號: CN103997880B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 凌智勇;牛廣清;丁建寧;郭立強(qiáng);程廣貴;張忠強(qiáng);黃躍濤
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 樓高潮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)，特指一種微通道散熱器及由其組成的微機(jī)電產(chǎn)品散熱系統(tǒng)裝置。

背景技術(shù)

隨著微機(jī)電系統(tǒng)的快速發(fā)展，微機(jī)電產(chǎn)品的熱處理已經(jīng)成為保證產(chǎn)品性能和壽命的關(guān)鍵技術(shù)；傳統(tǒng)的換熱裝置和換熱工質(zhì)（如水、油、醇等）已很難滿足高傳熱強(qiáng)度和微系統(tǒng)散熱等特殊條件下的散熱和冷卻要求，換熱裝置微型化成為迫切要求和必然趨勢；另一方面，低導(dǎo)熱系數(shù)的換熱工質(zhì)也成為制約研究新一代高效散冷卻技術(shù)的主要障礙；同時，隨能源問題的日益突出，也要求在滿足熱量交換前提下，進(jìn)一步研制體積小、重量輕、散熱性能好的高效緊湊式熱交換設(shè)備；以及從工質(zhì)本身入手研制導(dǎo)熱系數(shù)高，散熱性能好的高效新型換熱工質(zhì)，盡而縮小設(shè)備體積、節(jié)約材料、減輕設(shè)備重量、提高設(shè)備的緊湊性、增強(qiáng)散熱效率。?

在微機(jī)電系統(tǒng)中，除了性能提高和可靠性增加必須要求電子設(shè)備具有良好散熱性以外，消除噪聲，減少能量消耗，也需要有良好的散熱；針對微機(jī)電產(chǎn)品，目前的普遍散熱方式是采用散熱片與冷卻風(fēng)扇的組合，利用冷卻風(fēng)扇對電子產(chǎn)品上的散熱片進(jìn)行散熱冷卻，這種方式散熱效率較低，且空氣的導(dǎo)熱系數(shù)較低，比熱較小，對流換熱效果不顯著；正如本發(fā)明將要描述的，一些散熱途徑，包括熱傳導(dǎo)、自然對流、輻射并不需要風(fēng)扇；如果設(shè)備通過這些途徑合理散熱，風(fēng)扇的噪聲，能量消耗和費(fèi)用將會消除；而且，相較于固定機(jī)械部件，風(fēng)扇的故障率更高，去掉風(fēng)扇增加了可靠性。

與風(fēng)冷相比，水冷使用較空氣導(dǎo)熱系數(shù)高的換熱工質(zhì)（水的導(dǎo)熱系數(shù)約為空氣導(dǎo)熱系數(shù)的30倍），且流動的水可以更快、更好帶走熱量，起到好的散熱效果，水冷兼顧了靜音和效能這兩大貌似難以融合的特征。

提高液體導(dǎo)熱系數(shù)的一種有效方式是在液體中添加金屬，非金屬或聚合物固體粒子；1995年，美國Argonne國家實驗室的Choi提出一個概念—納米流體，即以一定的方式和比例在液體中添加納米級金屬或金屬氧化物粒子，形成一類新的換熱工質(zhì)；與傳統(tǒng)的純液體工質(zhì)及在液體中添加毫米或微米級固體粒子相比，納米流體可以有效提高液體的導(dǎo)熱系數(shù)，強(qiáng)化液體的換熱性能；Masuda(Netsu?Bussei,1993,?4,?227-233)等人研究了體積分?jǐn)?shù)為1.30~4.30%，平均粒徑為13nm時，Al₂O₃—水納米流體的導(dǎo)熱系數(shù)與基液的導(dǎo)熱系數(shù)之比k_nf/k_f為1.109~1.324；Wang(Journal?of?Thermophysics?and?Heat?Transfer,?1999,?13,?474-480)等人研究了體積分?jǐn)?shù)為5.00~8.00%，平均粒徑為28nm時，Al₂O₃—乙二醇納米流體k_nf/k_f為1.25~1.41；Das(ASME?Journal?of?Heat?Transfer,?2003,?125,?567-574)等人研究了體積分?jǐn)?shù)為1.00~4.00%，平均粒徑為28.6nm時，CuO—水納米流體k_nf/k_f為1.29~1.36；Xuan(International?Journal?of?Heat?and?Fluid?Flow,?2000,?21,?58-64)等人研究了體積分?jǐn)?shù)為1.0~5.0%。平均粒徑為100nm時，Cu—水納米流體k_nf/k_f為1.08~1.45。

更為重要的是由于納米粒子的小尺寸效應(yīng)，其行為接近于液體分子，納米粒子自身強(qiáng)烈的布朗運(yùn)動有利于其保持穩(wěn)定懸浮而不沉淀，不像毫米或微米級粒子易產(chǎn)生磨損或堵塞等不良結(jié)果，且流動壓降與純液體相比并沒有顯著增大，顯示了納米流體在散熱領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。