[發明專利]一種分形流道液冷裝置

在審

• 申請號: 201910367224.9
• 申請日: 2019-04-30
• 公開（公告）號: CN110137146A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發明（設計）人: 張佳鈺
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/40;H01L23/473
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種分形流道冷卻裝置，包括冷卻單元、循環水泵以及冷卻工質，所述冷卻工質在所述循環水泵的作用下在所述冷卻單元內流動；其特征在于：在所述冷卻單元內設置有分形結構流道，所述分形流道左右對稱，每半邊的分形脈絡結構分為N級，N≥3，每級流道流向下一級時分為兩路，每級流道長度均為D/(2N)，首級流道橫截面寬度為D/8，下一級流道橫截面的寬度為上一級的二分之一，即為D/(2N+2)。本發明裝置的高傳熱效率和高熱流密度，減小了為電子芯片散熱所需的換熱面積，使得裝置本身體積很小，節省了大量空間。

技術領域

本發明屬于電子芯片散熱技術領域，具體涉及一種具有分形流道結構的高熱流密度電子芯片液冷冷卻裝置。

背景技術

隨著電子芯片的運算速度和性能的不斷提升，其功率及單位體積的發熱量不斷增大，而電子器件的集成化、微型化使產生的熱量難以及時散失，而是迅速積累，導致集成器件周圍的熱流密度不斷增大。而為了電子芯片的正常高效的工作，必須將溫度控制在一定范圍內，因此電子芯片的高效迅速地散熱十分重要。

傳統的芯片冷卻普遍采用風扇散熱，這種方法簡單方便，但已無法滿足芯片不斷增加的散熱要求，據調研，強制空氣冷卻為主的散熱技術最多只能排出芯片所產生廢熱的百分之六十。

液體單位熱容更大，相較于風冷冷卻其傳熱效率更高，成為了芯片冷卻領域的熱點。但液冷技術仍存在很多問題，比如尺寸問題，電子設備的高集成化目的是為了節省空間，因此對液冷系統的尺寸要求也日益嚴苛。還有污垢問題，不溶性顆粒物易沉降，堵塞管道，增大沿程阻力，影響液冷系統的冷卻效果。

為解決上述為問題，提高液冷散熱的傳熱系數，增大熱流密度和散熱量，迅速高效地為電子芯片散熱，從而減小散熱裝置的體積，本發明提出一種分形流道液冷裝置。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供了一種有分形流道結構的高熱流密度電子芯片液冷冷卻裝置，可以大大提高散熱裝置與芯片的傳熱系數和熱流密度，迅速高效地為電子芯片散熱，同時輕便小巧，節省空間。

本發明采用的技術方案是：

一種具有分形流道結構的高熱流密度電子芯片液冷冷卻裝置，包括冷卻單元、循環水泵以及冷卻工質，所述冷卻工質在所述循環水泵的作用下在所述冷卻單元內流動；其特征在于：在所述冷卻單元內設置有分形結構流道，所述分形流道左右對稱，每半邊的分形脈絡結構分為N級，N≥3，每級流道流向下一級時分為兩路，每級流道長度均為D/(2N)，首級流道橫截面寬度為D/8，下一級流道橫截面的寬度為上一級的二分之一，即為D/(2N+2)。

所述分形流道沿流動方向的橫截面為方形。

所述冷卻單元由上基板和下基板連接而成，所述分形結構流道位于所述上基板與下基板之間。

所述分形結構流道位于所述下基板上。

所述上基板與下基本采用緊固件固定。

在所述冷卻單元和循環水泵之間還設置有大氣風冷裝置和流體分配器；所述大氣風冷裝置包括風扇和冷卻盤管；所述循環水泵驅動冷卻水從冷卻單元的分形結構流道流過，芯片放置于所述冷卻單元上，冷卻水通過所述冷卻單元與芯片進行熱交換，帶走芯片的熱量，吸熱后的冷卻水從所述分形流道流出，從各個小的上下基板流出的冷卻水匯總到所述流體分配器后流出到所述冷卻盤管，由風扇加強對流換熱，將熱量排放到大氣中，降溫后的冷卻水由所述循環水泵運輸回上下基板循環利用。

有益效果

利用分形結構的流道使得流體流向不斷改變，在不影響工質流通性的基礎上使得入口段長度增加，入口段的熱邊界層較薄，傳熱系數較高，流道轉彎處增大了擾動，促進湍流，強化換熱，使傳熱效率和熱流密度大大提升。