[發明專利]一種機械擾動驅浸沒式液冷燒結毛細芯銅基散熱裝置

有效

• 申請號: 202111088291.0
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113758331B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 張永海;劉萬渤;楊小平;魏進家
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04;F27B17/00;F27D7/04;F27D9/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陳翠蘭

本發明公開了一種機械擾動驅浸沒式液冷燒結毛細芯銅基散熱裝置，包括擾動葉片、冷卻盤管、螺旋燒結毛細芯、環形肋片群、方形均熱板、外腔體及散熱芯片；所述擾動葉片通過傳動軸連接在外腔體的內側頂部，所述冷卻盤管位于外腔體的內側頂部和擾動葉片之間，所述螺旋燒結毛細芯內側與環形肋片群燒結成一體，外側呈螺紋狀，所述環形肋片群連接在方形均熱板的頂面，所述方形均熱板嵌在外腔體的底部，所述螺旋燒結毛細芯與環形肋片群位于外腔體內部，所述環形肋片群包括若干呈環形布置的肋片，且相鄰肋片之間間距相等，所述散熱芯片頂面與方形均熱板底面牢固接觸，所述外腔體的側面還設置有補液口。

技術領域

本發明涉及微米傳熱學中微小空間的燒結結構強化相變傳熱領域，具體涉及一種機械擾動驅浸沒式液冷燒結毛細芯銅基散熱裝置。

背景技術

隨著半導體芯片產業的快速發展，電子器件集群運行時產生的高通量熱流對散熱器強化傳熱能力要求也在逐步提升，傳統的風冷、熱管冷卻對于微小區域內大熱流的疏導已無能為力。沸騰換熱是通過大量液體劇烈汽化，使系統產生的熱量通過汽化潛熱的吸收有效轉移，低成本強化表面的研究與參數優化是提升傳熱效果的必備方式。優秀的強化沸騰表面可以顯著提升核態沸騰效率，控制芯片表面溫度在合理工作區間，非常適合應用于微型緊湊散熱器中。銅肋片與毛細芯燒結成一體不僅可以通過增大與冷卻工質的接觸面積來提高換熱表面的液體潤濕能力，還可以減小兩者接觸熱阻，增大汽化核心的數量，進一步促進中高熱流密度下氣泡的快速有序釋放，對提升冷卻工質在換熱表面的對流換熱系數(HTC)意義重大。此外，合理選用表面凸凹形狀可以阻礙相變氣泡的集聚與合并，對提升池沸騰臨界熱流密度(CHF)也有積極的影響。因此，在較低壁面溫度下，最高效地將高性能芯片產生的熱量有效導離出換熱表面是科研工作者孜孜不倦探索的熱門方向，此技術具有明顯的應用價值和市場空間。但是現有技術普遍存在毛細芯內相變氣泡脫離困難、冷卻工質補充不均勻不充分等問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種機械擾動驅浸沒式液冷燒結毛細芯銅基散熱裝置，以克服現有普遍存在的毛細芯內相變氣泡脫離困難、冷卻工質補充不均勻不充分等問題，本發明通過促進浸沒腔內液體流動、增強液體與換熱冷凝面的接觸；通過利用擾動葉片旋轉時產生的渦旋和多肋片銅基凸臺表面燒結微米級多孔毛細芯保證了散熱結構在較小的熱阻和熱量遲滯下以較高的兩相流流速實現相變汽液通道的相對分離；通過增強換熱面補液效果、減小氣體溢出阻力、增大沸騰成核位點數量，可顯著提高裝置在中高熱流下的相變換熱能力及工作穩定性。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種浸沒式液冷燒結多孔毛細芯耦合微通道散熱裝置，包括擾動葉片、冷卻盤管、螺旋燒結毛細芯、環形肋片群、方形均熱板、外腔體、散熱芯片；

所述擾動葉片固定在外腔體的上表面，與外部電機通過驅動軸連接，通電時可實現變頻高速旋轉，所述冷卻盤管位于擾動葉片與外腔體上表面之間，兩端與外接過冷液體相連接以轉移腔內工質積累的熱量；所述螺旋燒結毛細芯利用微米級氣霧法所產銅粒子燒結而成，內部與環形肋片群燒結成一體，外側呈寬螺距公制普通螺紋狀；所述環形肋片群通過紫銅管摩擦焊接在方形均熱板頂面后，利用線切割等距加工得到的；所述散熱芯片頂面涂抹薄硅脂層后與方形均熱板底面牢固接觸，所產生的熱量可以及時傳遞到相變換熱表面。

進一步地，所述擾動葉片選用鎳鋁青銅材料，三個扇片沿軸圓周等距，扇片曲率為0.1，扇片弧度為30°，扇片最大長度l_1-1為10.5mm，最大寬度l_1-2為3mm，最大厚度l_1-3為0.5mm，軸長l_1-4為10mm。

進一步地，所述冷卻盤管外徑Φ₁為2mm，內徑Φ₂為1mm，彎折處為中徑R＝3mm的半圓，筆直部分分別長為l_2-1＝20mm、l_2-2＝25mm，補液口直徑Φ₃為3mm。