[發明專利]一種具有微針鰭陣列的波浪微通道散熱器

在審

• 申請號: 202310444716.X
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116406139A
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 劉迎文;戴浩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H05K7/20
• 分類號: H05K7/20
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 李乃娟

本發明公開了一種具有微針鰭陣列的波浪微通道散熱器，包括導熱底板和導熱蓋板，導熱底板的上部固連有至少兩個豎向的翅片，翅片的頂部與導熱蓋板固連，相鄰兩個翅片及與其連接的導熱底板和導熱蓋板構成一個獨立的微通道傳熱單元，微通道傳熱單元的兩端分別為工質出口和工質進口；微通道傳熱單元包括微針鰭陣列和波浪通道，當微針鰭陣列固定布置在導熱底板上表面和導熱蓋板下表面時，相鄰兩個翅片的相對面均為波浪狀使其與導熱底板和導熱蓋板之間形成波浪通道；當微針鰭陣列固定布置在翅片的側表面時，導熱底板上端面和導熱蓋板的下端面均開設有波浪狀溝槽使其與翅片之間形成波浪通道，提高了散熱效率并降低了熱阻和流阻。

技術領域

本發明涉及電子器件散熱器，具體是一種具有微針鰭陣列的波浪微通道散熱器。

背景技術

近年來，隨著信息、醫學、材料、能源等行業的迅猛發展以及高集成度微電子器件、現代毫微米制造技術、微加工技術等在工程上得到廣泛應用，對散熱系統強化的需求日益迫切。此外，由于單位面積上的晶體管數量正在以符合摩爾定律的方式增長，并且這一趨勢仍將繼續，這預示著集成電路正朝著高密度、小體積和高集成度的方向發展，隨之而來的散熱問題已成為制約電子產品發展的重要因素。由于高集成度電子元器件的總功率處于高速遞增的狀態，這導致了單位面積下施加的熱流密度顯著增加，而每個器件都存在一定的工作溫度范圍，超過工作溫度范圍上限將導致微電子系統運行的可靠性及安全性降低，乃至失效。微電子系統的可靠性對溫度非常敏感，工作溫度的升高將導致其失效率呈指數上升，且超過55％的電子器件故障是因為其工作溫度超過額定溫度導致的。已有研究表明，當電子元器件的工作溫度在70℃～80℃之間時，每升高1℃，其可靠性就降低5％。因此，為了使電子器件的工作溫度能控制在允許的范圍內，以保障其安全性和可靠性，對其進行合理的散熱設計并采取安全有效的冷卻方式成為亟待解決的問題。

鑒于微電子器件封裝尺寸的不斷縮小以及系統和元器件集成度的進一步提高，導致熱通量的顯著增加，有效的熱管理對微電子器件和芯片的正常穩定運行至關重要，而傳統的冷卻技術無法滿足上述要求，這給結構簡單的水冷式微通道散熱器在冷卻需求方面帶來了巨大挑戰。除通道結構外，微通道散熱器的熱性能還受到工質熱導率和比熱的限制，因此利用混合不同物質或物質的不同相(固/液/氣)的功能性熱流體進行冷卻是一項極具應用前景且十分有效的強化傳熱技術。目前，如H.Inaba在題為“New?challenge?in?advancedthermal?energy?transportation?using?functionally?thermal?fluids”(International?Journal?of?Thermal?Sciences,Vol.39,pp.991-1003,2000)的文獻中所描述的，功能熱流體是水等傳熱介質與石蠟等有相變或無相變物質的混合物，并且介紹了功能性熱流體的分類、特點及其應用，盡管功能性熱流體與基液相比會增大流動阻力和摩擦壓降，但將其應用于先進的熱能輸送和熱交換系統中仍具有顯著優勢，為換熱器的熱能輸送和強化傳熱提供了誘人的機會。具體地講，功能性熱流體是在基液中加入微納尺度金屬/非金屬/相變膠囊等顆粒所產生的冷卻流體，其主要包括納米流體和相變微膠囊懸浮液等流體類型，其中：納米流體是通過相關技術將納米尺度的金屬或非金屬顆粒分散到基流體中而形成的一種均勻、穩定、導熱率高的新型導熱流體；與納米流體不同的是，相變微膠囊懸浮液在不失流動性的前提下通過殼內相變材料的熔化和凝固可以吸收和釋放大量的熱量，而微膠囊顆粒的壁材則保證了其具有一定的穩定性。基于相變潛熱效應和微混合，功能性熱流體利用更大的有效比熱容和導熱系數來加強流體的傳熱。