[實(shí)用新型]一種采用復(fù)合相變材料和液態(tài)金屬散熱的熱控裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720483971.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206775904U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭茶秀;劉華東;馬新靈;魏新利
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 鄭州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H05K7/20
• 分類(lèi)號(hào): H05K7/20
• 代理公司: 鄭州中原專(zhuān)利事務(wù)所有限公司41109
• 代理人: 李想

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于電子器件散熱和熱控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用復(fù)合相變材料和液態(tài)金屬散熱的熱控裝置。

背景技術(shù)

電子器件正常的工作溫度范圍一般不能超過(guò)85℃，若散熱不良使電子器件溫度過(guò)高，將使其可靠性下降甚至功能失效。隨著現(xiàn)代電子器件向高性能、微型化、集成化方向的發(fā)展，電子器件的熱流密度高達(dá)10⁶~10⁷W/m²，導(dǎo)致電子設(shè)備工作溫度過(guò)高，從而引起電子器件的故障越來(lái)越多。因此，采用合適的冷卻技術(shù)和結(jié)構(gòu)，將大功率電子器件溫度控制在正常的工作范圍內(nèi)，確保其可靠、安全、高效的工作，是研究電子器件的重要課題之一。

目前比較成熟的電子器件的散熱主要有風(fēng)冷式翅片散熱器，熱管、液冷散熱器和相變材料散熱器。而強(qiáng)制風(fēng)冷只能用于熱流密度不大于10⁶ W/m²，難以滿(mǎn)足高功率電子器件散熱的要求；熱管通過(guò)傳熱工質(zhì)的相變可以獲得較高的散熱量，但熱管制作成本較高，且傳熱性能在運(yùn)行一段時(shí)間下降，難以滿(mǎn)足傳熱需求。

近年來(lái)采用液態(tài)金屬對(duì)大功率芯片散熱的研究倍受關(guān)注。因?yàn)榈腿埸c(diǎn)液態(tài)金屬的熱傳輸能力較高，熱阻較低，散熱能力優(yōu)于其它液冷方法。中國(guó)專(zhuān)利CN1489020A公開(kāi)了一種以低熔點(diǎn)金屬或合金作流體工質(zhì)的芯片散熱裝置，其優(yōu)點(diǎn)是集散熱肋片和對(duì)流冷卻散熱于一體，散熱表面大。但肋片的散熱仍要通過(guò)風(fēng)扇，實(shí)質(zhì)仍是風(fēng)冷，有電耗高，噪音大的缺點(diǎn)。中國(guó)專(zhuān)利CN103188912A公開(kāi)了一種通過(guò)低熔點(diǎn)液態(tài)金屬工質(zhì)在藕狀規(guī)則多孔金屬微通道內(nèi)流動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高熱流密度電子元器件進(jìn)行散熱的方法。但這種微通道熱沉流阻大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成本高。另外，液冷一般是適用于穩(wěn)態(tài)工況，但電子器件功率經(jīng)常發(fā)生波動(dòng)。而且液態(tài)金屬比熱較小，吸熱后溫升過(guò)快，傳熱溫差降低后會(huì)大大地削弱芯片的散熱效率。

相變材料散熱器主要優(yōu)點(diǎn)是在相變材料吸熱過(guò)程中可以使電子器件的溫度保持在相變材料的熔點(diǎn)附近不變，適用于具有短時(shí)高發(fā)熱特性、間歇發(fā)熱特性或處于周期性波動(dòng)溫度環(huán)境下的電子器件的溫控。但是，相變材料的導(dǎo)熱系數(shù)低（小于0.5W/mk），導(dǎo)致熱量不能快速地傳遞到整個(gè)相變材料中，從而嚴(yán)重影響相變材料散熱器的溫控性能。針對(duì)相變材料導(dǎo)熱率低的缺點(diǎn)，有多個(gè)專(zhuān)利提出了不同的方法。如中國(guó)專(zhuān)利CN205062152U提出了一種相變材料熱沉，通過(guò)在相變材料內(nèi)部嵌入金屬纖維多孔骨架,以增強(qiáng)了熱沉內(nèi)部相變材料的導(dǎo)熱能力。另外，對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間發(fā)熱的電子器件，相變材料全部融化完畢以后，系統(tǒng)溫度會(huì)繼續(xù)上升，進(jìn)而失去對(duì)電子器件的保護(hù)功能。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有電子器件散熱技術(shù)中存在的不足,本實(shí)用新型提供一種采用復(fù)合相變材料和液態(tài)金屬散熱的熱控裝置，該裝置利用石墨泡沫強(qiáng)化的復(fù)合相變材料，具有導(dǎo)熱率高、相變潛熱大、溫控性能好的特點(diǎn)，同時(shí)利用液態(tài)金屬高效導(dǎo)熱和對(duì)流散熱的特性，實(shí)現(xiàn)高熱流密度電子器件的高效散熱和熱控的目的。

本實(shí)用新型的目的是以下述方式實(shí)現(xiàn)的：

一種采用復(fù)合相變材料和液態(tài)金屬散熱的熱控裝置，包括電子器件熱源底板，所述電子器件熱源底板與復(fù)合相變材料模塊緊密接觸，電子器件熱源底與復(fù)合相變材料模塊接觸的界面處設(shè)置熱電偶，復(fù)合相變材料模塊內(nèi)嵌有管路，管路延伸到復(fù)合相變材料模塊外，復(fù)合相變材料模塊外的管路上設(shè)置有泵和散熱器，散熱器內(nèi)儲(chǔ)存有低熔點(diǎn)液態(tài)金屬，散熱器內(nèi)還設(shè)置有散熱裝置，熱電偶和泵均與控制模塊連接。

所述控制模塊包括溫度控制器和變頻器，泵為磁力驅(qū)動(dòng)泵，熱電偶與溫度控制器連接，溫度控制器與變頻器連接，變頻器與泵連接。

所述復(fù)合相變材料模塊由相變材料吸附在石墨泡沫多孔介質(zhì)中而形成的。

所述相變材料為石蠟族相變材料C_nH_2n+2。

所述散熱裝置為散熱管或攪拌器。

所述管路上還設(shè)置有閥門(mén)。

所述低熔點(diǎn)液態(tài)金屬為液態(tài)金屬鎵。

相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有能耗低、散熱能力強(qiáng)、均溫性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效地將低熱流或高熱流密度電子器件在穩(wěn)態(tài)或變工況時(shí)的工作溫度控制在最高溫度以下。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1是電子器件熱源底板；2是熱電偶；3是復(fù)合相變材料模塊；4是閥門(mén)；5是泵；6是變頻器；7是散熱器；8是管路；9是溫度控制器。

具體實(shí)施方式