專利名稱：電子器件冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子器件的冷卻裝置，特別涉及用于電子器件高熱流密度條件下的散熱冷卻裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子器件的高頻、高速以及集成電路技術(shù)的迅速發(fā)展和MEMS(Micro ElectronicMechanical System)技術(shù)的進(jìn)步，使得單位容積電子器件的發(fā)熱量和熱流密度大幅度增加，散熱裝置的布置和設(shè)計(jì)遇到的約束越來越多。以微電子芯片的設(shè)計(jì)為例，目前一般已達(dá)(60～100)W/cm2，最高達(dá)到200W/cm2以上。常用傳統(tǒng)的散熱方式如風(fēng)冷(強(qiáng)制對流)，由于其冷卻效率與風(fēng)扇的速度成正比。當(dāng)熱流密度達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，這種冷卻方式顯得力不從心?；陔娮悠骷蟮纳釤崃髅芏仍絹碓酱螅袊鴮＠?9253842.4提出了水冷技術(shù)，水冷的優(yōu)點(diǎn)是冷卻效果突出，但是水冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，按照冷卻要求，系統(tǒng)中水筒的容量至少在20升以上，并且它本身還有致命的缺點(diǎn)-安全問題，一旦水冷系統(tǒng)出現(xiàn)泄露，將會(huì)導(dǎo)致計(jì)算機(jī)損壞。由于相變換熱的方式傳熱效率很高，利用相變換熱技術(shù)對CPU進(jìn)行冷卻的產(chǎn)品也已經(jīng)出現(xiàn)，在此類傳熱技術(shù)中，最典型的要屬熱管技術(shù)，它的主要傳熱方式為蒸發(fā)和冷凝，具有傳熱能力大、溫度控制能力強(qiáng)、傳熱效率高的特點(diǎn)，但熱管的制作工藝如毛細(xì)芯材料的制備、真空的抽取、工質(zhì)的封裝及維護(hù)過程非常復(fù)雜，這使得其應(yīng)用受到很大的限制。
中國專利03137561.8提出一種新型的冷卻技術(shù)利用微型制冷系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)CPU進(jìn)行冷卻，該技術(shù)具有可對CPU進(jìn)行主動(dòng)降溫冷卻，具有結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、操作簡單的特點(diǎn)。但是該種技術(shù)造價(jià)高、系統(tǒng)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、不可靠、效率低等缺點(diǎn)，提供一種新型的可供高熱流密度電子器件冷卻用的散熱裝置。
本發(fā)明散熱裝置包括微噴嘴陣列、微泵、冷凝器、風(fēng)扇，以微泵為起點(diǎn)，按逆時(shí)針方向各部件的相互位置可表示為微泵→微噴嘴陣列→冷凝器→微泵，其中風(fēng)扇安裝在冷凝器的頂部。
本散熱裝置的循環(huán)回路如下工質(zhì)液體通過微泵泵送到微噴嘴陣列處，工質(zhì)通過微噴嘴陣列噴射到熱的表面上，產(chǎn)生的蒸氣通過蒸氣回路到達(dá)冷凝器，冷凝器利用風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，使進(jìn)入冷凝器的蒸氣凝結(jié)為液體。微噴嘴陣列的噴霧量與器件的發(fā)熱量有關(guān)系，當(dāng)器件的發(fā)熱量增加時(shí)，微噴嘴陣列的噴霧量將增加，而當(dāng)器件的發(fā)熱量降低時(shí)，微噴嘴陣列的噴霧量將降低，微噴嘴陣列的噴霧量與微驅(qū)動(dòng)泵的泵送功率有關(guān)，可以事先通過實(shí)驗(yàn)得到霧狀液體在器件表面完全變?yōu)檎魵鈺r(shí)，噴霧量與器件表面發(fā)熱功率之間的匹配關(guān)系曲線。在實(shí)際工作過程中微噴嘴陣列的噴霧量與器件發(fā)熱量之間的匹配關(guān)系可通過事先的標(biāo)定的曲線來調(diào)節(jié)，以使微噴嘴陣列噴出的霧狀液體全部變?yōu)檎魵?。發(fā)熱器件表面薄液層的蒸發(fā)機(jī)理見[1]。(Y.H.Zhao et al.，Unified Theoretical Prediction of Developed Nucleate Boiling Critical Heat FluxBased on a Dynamic Microlayer Model，Vol.45，pp.3189-3197)。
本發(fā)明的電子器件散熱裝置的工作原理和過程如下開始時(shí)，在整個(gè)裝置的內(nèi)部充有一定量的液體工質(zhì)(如水)，將散熱裝置的微噴嘴陣列置于具有高熱流密度的發(fā)熱電子元器件之上。液體通過泵的推動(dòng)作用自微噴嘴陣列中噴射出，由于噴嘴的尺寸很小，所噴射出的液體在發(fā)熱表面形成極薄的液體層，該液體層受熱后迅速蒸發(fā)，蒸發(fā)后產(chǎn)生的蒸氣通過蒸汽回路到達(dá)冷凝器后凝結(jié)為液體，再通過微泵泵送到液體回路，這樣的過程周而復(fù)始，不斷的將電子器件產(chǎn)生的熱量帶走。
本發(fā)明所涉及的電子器件裝置適用于機(jī)箱內(nèi)的發(fā)熱強(qiáng)度高，而空間又非常有限的場合。如應(yīng)用計(jì)算機(jī)服務(wù)器CPU芯片的冷卻。冷凝器由高導(dǎo)熱系數(shù)的金屬銅或鋁制成，為了減輕重量，推薦使用鋁來制作。冷凝器的外表面布置有散熱片，散熱片上部安裝有風(fēng)扇，熱量最終通過風(fēng)扇產(chǎn)生的強(qiáng)制對流作用傳遞到大氣環(huán)境中去。為了節(jié)省空間，可將冷凝器放置于機(jī)箱外面，這對降低機(jī)箱內(nèi)的空氣溫度有利的。
本發(fā)明電子散熱裝置傳熱能力強(qiáng)，屬主動(dòng)裝置，可應(yīng)用于極高熱流密度條件下電子器件的散熱，運(yùn)行可靠?？蓱?yīng)用于計(jì)算機(jī)服務(wù)器CPU的冷卻。


圖1本電子器件冷卻裝置組成結(jié)構(gòu)的示意圖，圖中1微噴嘴陣列、2微驅(qū)動(dòng)泵、3冷凝器；圖2為本發(fā)明微噴嘴結(jié)構(gòu)示意圖，圖中1微噴嘴陣列、2微驅(qū)動(dòng)泵、3冷凝器、4風(fēng)扇、5塑料毛細(xì)管、發(fā)熱電子器件6；圖3為噴嘴陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3a為上銅板結(jié)構(gòu)示意圖、3b下銅板(即噴嘴陣列)結(jié)構(gòu)示意圖、3c和3d表示單個(gè)噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4冷凝器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
本發(fā)明電子器件散熱裝置組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括微噴嘴陣列1、微驅(qū)動(dòng)泵2、冷凝器3及相關(guān)連接管路。
微噴嘴結(jié)構(gòu)及微噴嘴陣列的布置形式如圖2所示，微噴嘴陣列1由安裝有按一定方式排列一系列的相同結(jié)構(gòu)的微噴嘴的一銅材平板，和在其上面的另一塊銅板密封而成。如圖2所示，各個(gè)微噴嘴以相同的間距并按順排的方式布置。本發(fā)明電子器件散熱裝置的各部件由軟塑料毛細(xì)管5按冷凝器3、微驅(qū)動(dòng)泵2、微噴嘴陣列1、冷凝器3的順序串聯(lián)形成單向循環(huán)回路，在微驅(qū)動(dòng)泵2的作用下，使充于回路中的液體工質(zhì)在回路中循環(huán)。微噴嘴陣列1置于發(fā)熱電子器件6的一定距離之上。本發(fā)明可應(yīng)用于計(jì)算機(jī)服務(wù)器CPU的冷卻散熱。
圖3給出了微噴嘴陣列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3a為上銅板，圖3b所示為微噴嘴1在下銅板上所處的位置。微噴嘴陣列由結(jié)構(gòu)和大小均相同的微噴嘴按順排的方式布置。圖3c和圖3d給出了單個(gè)噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3d所示，液體將從噴嘴上部的四個(gè)方向以圓的切線方向進(jìn)入噴嘴，形成旋流，這樣可以使噴射到散熱表面的液體與表面之間的換熱更加強(qiáng)烈。
圖4所示為冷凝器的結(jié)構(gòu)，由于換熱而產(chǎn)生的蒸汽將通過管路進(jìn)入冷凝器內(nèi)的空腔內(nèi)部，在冷凝器的上部布置有散熱片，在散熱片的上部安裝有風(fēng)扇，風(fēng)扇通過強(qiáng)制對流的散熱方式使冷凝器的蒸氣凝結(jié)為液體，重新進(jìn)入管路循環(huán)。在本發(fā)明電子器件散熱裝置中，冷凝器用來冷卻噴射到高熱流表面上的液體蒸發(fā)所產(chǎn)生的蒸氣。
本發(fā)明電子散熱裝置放置于高熱流密度電子器件的距離之上，當(dāng)電子器件開始工作時(shí)。散熱裝置開始工作，回路中的液體在微驅(qū)動(dòng)泵的作用下，通過布置于銅板表面的微噴嘴陣列噴射到高熱流密度的電子器件的表面上，由于微噴嘴的尺寸很小，這將在電子器件的表面上形成極薄的一層液體，在受熱的情況下，液體蒸發(fā)變?yōu)檎魵?，蒸汽在通過回路中的蒸汽段回至冷凝器的內(nèi)部，冷凝器通過布置于其散熱片上部的風(fēng)扇的強(qiáng)制對流進(jìn)行散熱。最后蒸氣凝結(jié)于冷凝器中。隨之，另一循環(huán)過程開始。
權(quán)利要求
1.一種電子器件冷卻裝置，其特征在于主要包括微噴嘴陣列[1]、微驅(qū)動(dòng)泵[2]、冷凝器[3]及相關(guān)連接管路，各部件由軟塑料毛細(xì)管[5]按冷凝器[3]、微驅(qū)動(dòng)泵[2]、微噴嘴陣列[1]、冷凝器[3]的順序串聯(lián)形成單向循環(huán)回路；微噴嘴陣列[1]由安裝有一系列順排的結(jié)構(gòu)和大小均相同的微噴嘴的一銅材平板，和在其上面的另一塊銅板密封而成；微噴嘴陣列[1]置于發(fā)熱電子器件[6]的一定距離之上。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種電子器件冷卻裝置，其特征在于在冷凝器[3]的上部布置有散熱片，在散熱片的上部安裝有風(fēng)扇，風(fēng)扇通過強(qiáng)制對流的散熱方式使冷凝器的蒸氣凝結(jié)為液體，重新進(jìn)入管路循環(huán)。
全文摘要
一種電子器件冷卻裝置，組成其的各部件由軟塑料毛細(xì)管[5]按冷凝器[3]、微驅(qū)動(dòng)泵[2]、微噴嘴陣列[1]、冷凝器[3]的順序串聯(lián)形成單向循環(huán)回路。工質(zhì)液體在微驅(qū)動(dòng)泵[2]的作用下，使充于回路中的液體工質(zhì)在回路中循環(huán)；微噴嘴陣列[1]由安裝有一系列順排的結(jié)構(gòu)和大小均相同的微噴嘴的一銅材平板，和在其上面的另一塊銅板密封而成；微噴嘴陣列[1]置于發(fā)熱電子器件[6]的一定距離之上。冷凝器[3]的上部布置有散熱片，在散熱片的上部安裝有風(fēng)扇，風(fēng)扇通過強(qiáng)制對流的散熱方式使冷凝器的蒸氣凝結(jié)為液體，重新進(jìn)入管路循環(huán)。工質(zhì)通過微噴嘴陣列噴射到熱的表面上，產(chǎn)生的蒸氣通過蒸氣回路到達(dá)冷凝器，冷凝器利用風(fēng)扇進(jìn)行冷卻，使進(jìn)入冷凝器的蒸氣凝結(jié)為液體。
文檔編號(hào)H01L23/473GK1968595SQ200610114709
公開日2007年5月23日 申請日期2006年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月22日
發(fā)明者刁彥華, 王秋良 申請人:中國科學(xué)院電工研究所