[發明專利]一種魚鰓仿生結構微通道散熱器

有效

• 申請號: 202210538203.0
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114649280B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 張健;謝志輝;陸卓群;奚坤;陳華偉;紀祥鯤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/473
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍

本發明公開了一種魚鰓仿生結構微通道散熱器，包括殼體、內部流道和流經所述內部流道的冷卻工質；所述殼體的一端設置有冷卻工質入口，另一端設置有冷卻工質出口；所述內部流道中至少設置有一個魚鰓結構單元，每個所述魚鰓結構單元至少由兩片平行疊放在一起的梳子狀的肋片組成；所述魚鰓結構單元橫向布置于內部流道中；所述梳子狀的肋片包括朝向所述冷卻工質出口的梳齒部分和位于所述梳齒部分根部的梳體部分。一方面通過設置多片平行布置的肋片，增強冷卻工質的混合；另一方面通過設置多個齒槽和梳齒，增加了對流換熱面積，但是壓降卻沒大幅增加，不需要大幅增加泵耗功率；再者通過增加沿流向方向肋片的厚度，提高散熱器后半部分的換熱效率。

技術領域

本發明涉及高熱流密度散熱問題，具體地指一種魚鰓仿生結構微通道散熱器，能應用于能源動力、電力電子、化工過程等各種應用領域，尤其應用于集成電路領域。

背景技術

隨著半導體技術的快速進步，芯片的集成度不斷提高，導致芯片單位面積上的發熱量激增。傳統的空冷散熱、液冷散熱、熱管散熱和半導體散熱等冷卻技術已經很難滿足高集成化芯片的散熱需求。鑒于此，微通道冷卻技術應運而生，微通道結構可以通過在芯片硅基層構建使冷卻工質直接通過的微小通道，可以繞過芯片封裝直接對集成電路表面進行冷卻，為芯片散熱提供了良好的解決方案。

現有平行微管道的主要缺點是冷卻能力有限，對于芯片的高功率區域的冷卻效果不好，會產生較高的溫度梯度，這會引起機械應力并導致薄芯片的局部翹曲。現有的微針肋結構需要大功率泵，從而增加了能耗和成本，并會在半導體器件上產生潛在的破壞性機械應力。

申請號為CN212810289 U的中國實用新型專利公開了一種具有特殊肋結構的微通道熱沉，屬于換熱器技術領域，其結構包括入流及出流結構、肋排結構和頂部蓋板；入流及出流結構一端為入流通道，另一端為出流通道；肋排結構設置在入流通道和出流通道之間，包括間隔排列的Z型肋板和直肋板；頂部蓋板上設置有冷卻工質入口和冷卻工質出口。通過直肋板與Z型肋板間隔排列的微通道，使得冷卻工質的邊界層不斷被破壞，且在局部形成漩渦，有助于提高熱沉的換熱效率。該實用新型示例的技術方案，通過特殊的入口結構及微通道肋設計，使各微通道間流量均勻分配。但在肋片直角位置形成的渦流區域，阻礙了工質流體的流動，不利于通道的換熱。同時，該實用新型結構中包含有眾多突擴突縮結構，導致流動阻力很大。結構機械強度有限，有被大功率泵產生的破壞性機械應力破壞的風險。

發明內容

本發明的目的就是要提供一種結構簡單實用、在增大換熱面積的前提下，不會大幅增加通道阻力的微通道散熱器。

為實現上述目的，本發明公開了一種魚鰓仿生結構微通道散熱器，其包括殼體、內部流道和流經所述內部流道的冷卻工質，所述殼體的一端設置有冷卻工質入口，另一端設置有冷卻工質出口；所述內部流道中至少設置有一個魚鰓結構單元，每個所述魚鰓結構單元至少由兩片平行布置的梳子狀的肋片組成；所述魚鰓結構單元橫向布置于內部流道中；所述梳子狀的肋片包括朝向所述冷卻工質出口的梳齒部分和位于所述梳齒部分根部的梳體部分。

進一步地，所述殼體由上層蓋板和凹槽狀的下層殼體組裝而成，所述內部流道為所述下層殼體的凹槽狀部分。

進一步地，多個所述魚鰓結構單元沿冷卻工質流動的方向平行等間距布置。

進一步地，單個所述魚鰓結構單元上肋片的數量為2到8片。

更進一步地，上下相鄰所述肋片之間留有間隙。

進一步地，單個所述魚鰓結構單元的相鄰兩肋片之間沿冷卻工質流動的方向錯位排列布置，所述相鄰肋片之間錯位的距離d₂大于梳體部分的寬度d₃。

進一步地，單個所述魚鰓結構單元的相鄰兩肋片上的梳齒部分在垂直于冷卻工質流動的方向上相互錯位布置。

進一步地，每個所述肋片的梳齒部分和梳體部分的橫截面積沿冷卻工質流動的方向逐漸平順增大。