[發明專利]一種緊湊型射流散熱系統

有效

• 申請號: 201911219904.2
• 申請日: 2019-12-03
• 公開（公告）號: CN110828406B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 劉慧;宋雯煜;李麒麟;康劉勝;薛原
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H01L23/473
• 分類號: H01L23/473
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

一種緊湊型射流散熱系統，包括低熔點液態金屬流道；所述低熔點液態金屬流道為平板矩形流道結構，低熔點液態金屬流道的入口與電磁泵的出口相連，出口與電磁泵的入口相連；所述低熔點液態金屬流道的殼體上表面開設有異型網狀通道，且異型網狀通道頂部通過壓板覆蓋，壓板中心處設置有與異型網狀通道連通的射流口；所述低熔點液態金屬流道左端和右端分別設置有儲液區，儲液區、異型網狀通道及射流口一起組成射流區，所述射流口通過第一射流液管路與蠕動泵出口端相連，蠕動泵入口端通過第二射流液管路與儲液箱出口端相連，儲液箱的兩個入口端分別通過第三射流液管路與儲液區的兩個射流液回流口相連。本發明結構緊湊，且具有高導熱傳熱的散熱效果。

技術領域

本發明屬于半導體器件散熱技術領域，具體涉及一種緊湊型射流散熱系統。

背景技術

隨著目前半導體電子器件在通信、汽車、艦載航空以及智能設備等領域的大規模應用，高集成大功率的封裝型電子器件已經成為了發展的主流。目前應用較多的數據中心，ATCA服務器、IGBT集成組件以及高傳輸速率的性能芯片等器件的功率密度呈直線上升趨勢，與此同時，熱控技術的更新與發展尤為重要。但目前效果較好，且應用于大熱流密度的熱管冷卻技術有溫度及體積限制，且在不同地區環境下適應性差；應用最為廣泛的液體強迫對流冷卻技術面臨噪聲大、高耗低效等缺陷。

發明內容

本發明旨在解決目前半導體大功率器件的熱控不足的問題，并為此提供一個可承受高熱流密度，體積緊湊，無噪音，高效運行的緊湊型射流散熱系統。

為實現上述目的，本發明采用一種緊湊型射流散熱系統，包括低熔點液態金屬流道、射流區、儲液箱、蠕動泵及電磁泵；所述低熔點液態金屬流道為平板矩形流道結構，低熔點液態金屬流道的入口通過管線與電磁泵的出口相連，出口通過管線與電磁泵的入口相連；所述低熔點液態金屬流道的殼體上表面開設有異型網狀通道，且異型網狀通道頂部通過壓板覆蓋，壓板中心處設置有與異型網狀通道連通的射流口；所述低熔點液態金屬流道左端和右端分別設置有儲液區，儲液區為半包型橢圓柱結構，儲液區上表面與壓板上表面平齊，下表面與低熔點液態金屬流道下表面平齊，儲液區、異型網狀通道及射流口一起組成射流區，所述射流口與第一射流液管路出口相連，第一射流液管路入口與蠕動泵出口端相連，蠕動泵入口端通過第二射流液管路與儲液箱出口端相連，儲液箱的兩個入口端分別通過第三射流液管路與儲液區的兩個射流液回流口相連。

所述低熔點液態金屬流道的殼體下表面通過導熱硅脂與發熱設備連接。

所述射流口為螺旋內凸型流道，由射流管和螺旋片組成，在射流管的內壁沿軸向設置有螺旋片，可增大射流液動量，準確將射流液輸送到異型網狀通道中心。

所述低熔點液態金屬流道與射流區為一體鑄造成型結構。

所述低熔點液態金屬流道內的低熔點液態金屬的熔點不大于室溫；低熔點液態金屬為銦、鎵銦錫、鎵銦錫鋅合金、鉍銦、鉍銦錫合金、鈉鉀合金中的一種或多種，其熱導率在20-50W/(m?K)范圍內。

所述電磁泵為直流感應式電磁泵，用于驅動低熔點液態金屬流動換熱。

一種緊湊型射流散熱系統的使用方法，基于一種緊湊型射流散熱系統，包括以下步驟：半導體器件通過高導熱率的導熱硅脂與緊湊型射流散熱系統的低熔點液態金屬流道底面接觸穩定后，當半導體器件運行產生熱量，熱量通過導熱硅脂傳遞到低熔點液態金屬流道底部，再利用熱傳導及對流作用傳遞到低熔點液態金屬流道的液態金屬中，電磁泵驅動液態金屬在低熔點液態金屬流道中低速循環流動，這樣可減少設備震動與噪聲，并增加單位體積液態金屬與射流液的換熱次數，強化傳熱；同時，蠕動泵保持高頻驅動射流液在高壓下通過射流口進入異型網狀通道與液態金屬進行對流換熱，并流向射流區，初步收集，其后通過射流液回流口至儲液箱完成一次循環工作。蠕動泵射流頻率可隨半導體器件負載而變化，因此在中低負載工況下，部分射流液可暫留于射流區內，促進并行導熱及對流換熱過程；其液態金屬流程與射流液流程呈逆流趨勢，這樣可保證高效傳熱，并減輕設備壓力負荷。