本實用新型涉及一種微通道換熱器及其制造方法，特別是涉及一種具有多流路互聯(lián)微通道換熱器。

背景技術(shù)：

隨著微電子工業(yè)的迅猛發(fā)展，各種相關(guān)產(chǎn)品向著速度高度集成化和微型化的方向發(fā)展，在高密度的集成電路工作過程中，產(chǎn)生的熱量若沒有及時帶走，溫度的升高勢必會影響正常。為保證微電子產(chǎn)品穩(wěn)定可靠工作，要求換熱器具有體積小、重量輕、適合于緊湊型封裝、散熱性能高等特點，微通道換熱器應(yīng)運而生。傳統(tǒng)的微通道換熱器主要是采用金屬或硅作為基底，與蓋板耦合封裝成冷卻液微流道，與外界連接而形成冷卻液回路；通過微通道內(nèi)流動的冷卻液帶走電子元器件產(chǎn)生的熱量，從而實現(xiàn)電子元器件散熱的目的。目前的微通道換熱器結(jié)構(gòu)主要是平行排布的矩形、三角形、梯形等微通道結(jié)構(gòu)。這些傳統(tǒng)形式的平行微通道，在流體進(jìn)入平行微通道后，同時進(jìn)行流動邊界層和熱邊界層的發(fā)展。當(dāng)熱邊界層還未達(dá)到充分發(fā)展區(qū)域，傳熱系數(shù)都比較大，傳熱性能比較好，但是隨著流動的展開，傳熱系數(shù)迅速下降，從而導(dǎo)致明顯的傳熱性能降低，強(qiáng)化換熱效果十分有限。此外，這些傳統(tǒng)形式的平行微通道結(jié)構(gòu)由于流道橫截面積沿流向一致，在兩相沸騰形成氣泡時，會導(dǎo)致通道中間的壓力大，驅(qū)動氣泡往流向上游流動，產(chǎn)生返流現(xiàn)象，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的沸騰非穩(wěn)定性問題，嚴(yán)重危害了微通道換熱器的穩(wěn)定運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有微通道換熱器的上述不足，提供一種具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道換熱器，顯著強(qiáng)化傳熱。本實用新型還提供一種工藝簡單、設(shè)備要求低、成本低廉的具有多流路互聯(lián)微通道換熱器的制造方法。

為了解決上述的技術(shù)問題，本實用新型提供了一種具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道換熱器，包括一金屬微通道基體，所述基體在沿著冷卻液流動方向上設(shè)置若干個平行排布、陣列分布的開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)；

所述開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)在平行、垂直于冷卻液流動方向上均對呈現(xiàn)稱分布；每一個開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)包括均勻沿著圓周向間隔布置的四段第一弧形翅片，以及設(shè)置在四段第一弧形翅片內(nèi)部沿著圓周向間隔對稱布置的兩段第二弧形翅片；從而形成了嵌套設(shè)置的大開口圓環(huán)和小開口圓環(huán)；

所述小開口圓環(huán)在沿平行于冷卻液流動方向上形成前后兩個狹縫；所述大開口圓環(huán)在沿平行、垂直于冷卻液流動方向上分別形成前后、上下各兩個狹縫；

所述的外部四段第一弧形翅片前后狹縫的寬度大于上下狹縫的寬度，使得冷卻液優(yōu)先匯聚于第一弧形翅片的前后狹縫，經(jīng)過第二弧形翅片的前后狹縫形成縱向流路通道；少部分冷卻液沿第一弧形翅片的上下狹縫流出，與相鄰開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)的上下狹縫相互連通，從而在所述基體上形成多流路互聯(lián)通道；所述多流路互聯(lián)通道在基體的表面上進(jìn)行陣列排布，從而形成微通道結(jié)構(gòu)。

在一較佳實施例中：所述大開口圓環(huán)和小開口圓環(huán)之間存在寬度為0.2-0.5mm的弧形狹縫。

在一較佳實施例中：所述第二弧形翅片的厚度為0.2-1mm；所述第一弧形翅片的厚度為0.2-1mm；

在一較佳實施例中：所述四段第一弧形翅片形成的前后狹縫寬度為0.5-0.8mm，上下狹縫寬度為0.2-0.4mm。

在一較佳實施例中：所述每一個開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)沿著冷卻液流動方向分為對稱設(shè)置的上半部和下半部，上一列開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)中的上半部與下一列開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)中的下半部位于平齊排布。

在一較佳實施例中：所述每一個開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)沿著冷卻液流動方向分為對稱設(shè)置的上半部和下半部，上一列開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)中的上半部與下一列開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)中的上半部位于平齊排布。

本實用新型還提供了一種具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道換熱器制造方法，包含以下步驟：

1)篩選出一塊金屬基體，對其表面進(jìn)行去毛刺處理；

2)將金屬基體用夾具固定到激光銑削工作臺上，利用杠桿百分表對基體待加工的表面進(jìn)行校平；根據(jù)所述微通道結(jié)構(gòu)的形狀及尺寸在軟件中繪制激光加工路徑并設(shè)置激光加工的輸出參數(shù)；

3)取下工件，對加工后的金屬基體進(jìn)行清洗，得到多流路微通道結(jié)構(gòu)；

4)將得到的多流路微通道結(jié)構(gòu)用耐熱玻璃封裝，并與外部的接管及水泵連接成一個整體，完成工質(zhì)循環(huán)回路，得到完整的微通道換熱器。

在一較佳實施例中：所述金屬基體為銅基板或鋁基板或不銹鋼基板或碳化硅基板。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實用新型的技術(shù)方案相具有以下優(yōu)點:

1.本實用新型公開的具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道換熱器，開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)增加了與流體的接觸面積，增大了傳熱面積，實現(xiàn)強(qiáng)化換熱。此外，冷卻液縱向流動至開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)時，由一個流路分為三個流路，且在橫向相互連通相通，從而改變了冷卻液的正常流動，打破流動邊界層，使得冷卻液在微通道中一直處于熱發(fā)展階段，進(jìn)一步強(qiáng)化了換熱效果；

2.本實用新型公開的具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道換熱器，在兩相沸騰時，多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)有效地增加了氣泡的流動路徑，減小了氣泡產(chǎn)生的壓力，從而抑制返流現(xiàn)象，有效解決沸騰非穩(wěn)定性問題。

3.本實用新型公開的具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道換熱器，采用激光銑削加工的制造方法在金屬基底上加工而成，無需復(fù)雜的制造工藝與設(shè)備，生產(chǎn)成本低廉、工藝簡單，容易實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本實用新型優(yōu)選實施例1中具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖3為圖1中冷卻液流動的工作原理示意圖；

圖4為本實用新型優(yōu)選實施例1中激光銑削加工多流路互聯(lián)微通道的示意圖；

圖5為本實用新型優(yōu)選實施例1中激光加工后所得多流路互聯(lián)微通道SEM圖；

圖6為本實用新型優(yōu)選實施例1中封裝后的微通道換熱器示意圖；

圖7為本實用新型優(yōu)選實施例2中具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下文結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型做進(jìn)一步說明。

實施例1：

一種具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道換熱器，包括一金屬微通道基體1，如圖1所示，其特征在于:其在沿冷卻液流動方向上包括若干平行排布、陣列分布的開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2；

所述開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)如圖2所示，其在平行、垂直于冷卻液流動方向上均對稱分布；每一個開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2包括均勻沿著圓周向間隔布置的四段第一弧形翅片21，以及設(shè)置在四段第一弧形翅片21內(nèi)部沿著圓周向間隔對稱布置的兩段第二弧形翅片22；從而形成了嵌套設(shè)置的大開口圓環(huán)和小開口圓環(huán)；

所述外部四段弧形翅片21在沿平行、垂直于冷卻液流動方向上分別形成前后兩個狹縫25、26和上下兩個狹縫27、28。

所述的外部四段第一弧形翅片21所形成的前后狹縫25、26的寬度大于其上下狹縫27、28的寬度。本實施例中，前后狹縫25、26寬度為0.5-0.8mm，上下狹縫27、28寬度為0.2-0.4mm。使得冷卻液優(yōu)先匯聚于外部四段弧形翅片21的前后狹縫25和26，經(jīng)過內(nèi)部對稱布置的兩段第二弧形翅片22的前后狹縫23和24形成多流路通道；少部分冷卻液沿第一弧形翅片的上下狹縫27和28流出，與相鄰開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)的上下狹縫27和28相互連通，從而在所述基體1上形成多流路互聯(lián)通道；所述多流路互聯(lián)通道在基體1的表面上進(jìn)行陣列排布，從而形成圖1所示的微通道結(jié)構(gòu)。

本實施例中，所述開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2中大開口圓環(huán)和小開口圓環(huán)之間存在寬度為0.2-0.5mm的弧形狹縫29。

所述第二弧形翅片22的厚度為0.2-1mm；所述第一弧形翅片21的厚度為0.2-1mm；

本實施例中，開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2的排列方式為：每一個開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2沿著冷卻液流動方向分為對稱設(shè)置的上半部和下半部，上一列開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2中的上半部與下一列開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2中的下半部平齊排布。從而形成圖1所示的交錯型多流路互聯(lián)微通道。

因此，上述的具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道換熱器的冷卻液流動的工作原理如圖3所示，冷卻液流動方向采用箭頭來表示。當(dāng)冷卻液流過開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2時，冷卻液由前狹縫25流入，流動方向一分為三，一部分流入第二弧形翅片所形成的前狹縫23，經(jīng)后狹縫24流出。另兩部分對稱流入第一弧形翅片21、第二弧形翅片22之間形成的弧形狹縫29，并在靠近第一弧形翅片的上下狹縫27、28時又一分為二，一部分繼續(xù)沿弧形狹縫29、后狹縫26流出；另一部分分別沿著上下狹縫27、28流出，而這部分經(jīng)上下狹縫27、28流出的冷卻液又與相鄰的開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2的上下狹縫27、28流出的液體匯合，沿縱向繼續(xù)流動。由于開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2之間橫向相互連通，改變了冷卻液的正常流動，打破流動邊界層，從使得冷卻液在微通道中一直處于熱發(fā)展階段，而強(qiáng)化了換熱效果；在兩相沸騰時，多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)有效地增加了氣泡的流動路徑，減小了氣泡產(chǎn)生的壓力，從而抑制返流現(xiàn)象，有效解決沸騰非穩(wěn)定性問題。

上述的微通道換熱器制造方法，包括如下步驟：

1)取一塊長45mm，寬20mm，厚2mm的紫銅基板作為微通道基體，對其表面進(jìn)行去毛刺處理；

2)將金屬基體1用夾具固定到激光銑削工作臺上，利用杠桿百分表對基體待加工的表面進(jìn)行校平；打開激光器，如圖4所示，調(diào)整激光光束6和基體1的位置，使激光光束6經(jīng)過聚焦透鏡5后聚焦在金屬基體1中微通道底面上，形成聚焦后的激光光斑4，調(diào)整激光器的保護(hù)氣嘴7，防止激光對基體1表面進(jìn)行加工時發(fā)生氧化；在軟件中繪制好激光加工路徑并設(shè)置激光器的輸出參數(shù)設(shè)置為：激光功率為20W，掃描速度為180mm/s，掃描次數(shù)為10次，搭接率為80％。設(shè)定完畢后開始對金屬基體1底面進(jìn)行加工，激光光斑4在預(yù)設(shè)的加工路徑上往復(fù)掃描并分層銑削，每掃描加工一層的深度為10-20μm，加工至1mm深度時停止加工。

3)取下具有多流路互聯(lián)微通道結(jié)構(gòu)的基體1，采用酒精對加工后微通道樣品進(jìn)行超聲波清洗約1小時，然后采用去離子水超聲波清洗約0.5小時，充分去除微通道1結(jié)構(gòu)中的油污和氧化皮，得到最終的具有多流路互聯(lián)微通道結(jié)構(gòu)的基體1，其顯微觀察SEM圖如圖5所示。

4)將得到多流路互聯(lián)微通道結(jié)構(gòu)的基體1與耐熱玻璃8相配，通過機(jī)械固定方法實現(xiàn)耐熱玻璃4的下表面與具有微通道陣列的基體1的上表面緊密貼合，實現(xiàn)微通道陣列的封裝封，并與外部的接管及水泵連接成一個整體，完成工質(zhì)循環(huán)回路，得到完整的微通道換熱器系統(tǒng)(圖6)。

實施例2：

一種具有多流路互聯(lián)結(jié)構(gòu)的微通道換熱器，包括一金屬微通道基體3，如圖7所示。與實施例1唯一的區(qū)別在于，所述每一個開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2沿著冷卻液流動方向分為對稱設(shè)置的上半部和下半部，上一列開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2中的上半部與下一列開口圓環(huán)結(jié)構(gòu)2中的上半部平齊排布，從而形成圖7所示的非交錯型多流路互聯(lián)微通道。其余特征均與實施1相同。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。