[發(fā)明專利]浸沒冷卻散熱結(jié)構(gòu)、散熱器、散熱系統(tǒng)及其制作方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011023208.7
• 申請(qǐng)日: 2020-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN112071817A
• 公開（公告）日: 2020-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高雪峰;王睿;陳詩翰;高志強(qiáng);吳菲菲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所
• 主分類號(hào): H01L23/44
• 分類號(hào): H01L23/44;H01L23/427;H01L21/48
• 代理公司: 南京利豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發(fā)明公開了一種浸沒冷卻散熱結(jié)構(gòu)、散熱器、散熱系統(tǒng)及其制作方法。所述浸沒冷卻散熱結(jié)構(gòu)包括沸騰換熱單元，所述沸騰換熱單元包括相背對(duì)設(shè)置的第一面和第二面，所述第一面分布有由多個(gè)相對(duì)凸起部和/或多個(gè)相對(duì)凹下部組成的微結(jié)構(gòu)，所述第一面至少用以與電絕緣性的浸沒冷卻介質(zhì)接觸，所述第二面為光滑面并用以與發(fā)熱元件貼合，或者所述第二面與發(fā)熱元件一體設(shè)置。本發(fā)明提供的浸沒冷卻散熱結(jié)構(gòu)具有更高的換熱面積、更多的成核位點(diǎn)、更強(qiáng)的毛細(xì)補(bǔ)液能力，沸騰換熱性能卓越，傳熱系數(shù)以及臨界熱流密度高、核態(tài)沸騰起始點(diǎn)過熱度低，在小空間高熱流散熱應(yīng)用場(chǎng)景極具優(yōu)勢(shì)，同時(shí)制造工藝相對(duì)靈活而且可控，成本低廉，可工業(yè)化規(guī)模應(yīng)用、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高效傳熱結(jié)構(gòu)，具體涉及一種浸沒冷卻散熱結(jié)構(gòu)、散熱器、散熱系統(tǒng)及其制作方法，屬于微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，伴隨電子芯片朝集成化、微型化、高功率方向發(fā)展，傳統(tǒng)的散熱技術(shù)越來越難以滿足小空間高熱流散熱需求。針對(duì)這一問題，浸沒式冷卻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。這種新技術(shù)直接將電子芯片等發(fā)熱元件浸入到FC-72、Novec7100等有機(jī)工質(zhì)冷卻液中，冷卻液在芯片表面發(fā)生劇烈的核態(tài)沸騰從而帶走熱量實(shí)現(xiàn)高效電子冷卻。針對(duì)電子芯片緊鄰?fù)庹纸饘俦砻婀饣焕谄⒎序v傳熱系數(shù)低的技術(shù)問題，曙光節(jié)能技術(shù)股份有限公司公開了一種基于金屬顆粒燒結(jié)產(chǎn)生多孔金屬覆蓋層的冷卻裝置(CN106455446A)。這種多孔膜層相比光滑金屬表面盡管能夠形成更多的汽化核心，有利于強(qiáng)化沸騰傳熱，但這種多孔金屬冷卻裝置散熱性能有限，仍不能滿足高功率CPU、GPU等電子芯片的散熱需求。針對(duì)這一問題，曙光節(jié)能技術(shù)股份有限公司2017年進(jìn)一步提出了一種基于平板熱管與燒結(jié)銅粉聯(lián)用的CPU散熱裝置(CN107168493A)，在銅片表面燒結(jié)銅粉并低溫焊接在熱管表面。相比直接在光滑實(shí)心銅片表面燒結(jié)多孔金屬覆蓋層，這種散熱器擁有相對(duì)較高的散熱性能，但其散熱能力仍舊難以滿足更高功率GPU等高熱流發(fā)熱元件的散熱需求，當(dāng)配套350W以上GPU電子芯片時(shí)，其產(chǎn)品性能一致性也難以保障。

針對(duì)上述問題，如何開發(fā)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊、重量更輕、能滿足不同功率尤其350W以上更高功率電子芯片小空間高熱流散熱需求且產(chǎn)品性能一致性更好的新型散熱器已成為業(yè)界當(dāng)前亟須解決的重大技術(shù)挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種浸沒冷卻散熱結(jié)構(gòu)、散熱器、散熱系統(tǒng)及其制作方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實(shí)現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供的一種浸沒冷卻散熱結(jié)構(gòu)包括沸騰換熱單元，所述沸騰換熱單元包括相背對(duì)設(shè)置的第一面和第二面，所述第一面分布有由多個(gè)相對(duì)凸起部和/或多個(gè)相對(duì)凹下部組成的微結(jié)構(gòu)，所述第一面至少用以與電絕緣性的浸沒冷卻介質(zhì)接觸，所述第二面為光滑面并用以與發(fā)熱元件導(dǎo)熱連接，或者，所述第二面與發(fā)熱元件一體設(shè)置。

在一些實(shí)施方式中，所述相對(duì)凸起部包括微柱，所述相對(duì)凹下部包括微槽，所述微槽、微柱為規(guī)則或不規(guī)則形狀的，多個(gè)微槽和/或多個(gè)微柱在所述第一面離散分布或緊密排列。

例如，前述的微柱可以是圓柱、方柱、多棱柱等規(guī)則形狀的，也可以是具有漸變直徑的柱(例如上細(xì)下粗或者上粗下細(xì)的柱)等，其可以是豎立形態(tài)的，也可以是傾斜的，且不限于此。

例如，前述的微槽可以是方槽、V型槽等規(guī)則形狀的，也可以是其它不規(guī)則形狀的槽，且不限于此。

在一些實(shí)施方式中，所述微槽的寬度為50μm～600μm、深度為0.15mm～20mm，相鄰微槽的間距為50μm～600μm。

在一些實(shí)施方式中，所述微柱的直徑為50μm～600μm、高度為0.15mm～20mm，相鄰微柱的間距為50μm～600μm。

在一些實(shí)施方式中，所述微槽的槽壁為實(shí)心結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施方式中，所述微槽的槽壁表面和/或內(nèi)部具有多孔結(jié)構(gòu)。