專利名稱：棱柱陣列射流微通道散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型微通道散熱器，特別是一種采用棱柱陣列結(jié)構(gòu)的射流微通 道散熱器。
背景技術(shù)：
微通道散熱結(jié)構(gòu)最早由Tuckerman在1981年提出的，他描述了微通道熱沉結(jié) 構(gòu)，在集成電路的硅襯底背面用化學方法腐蝕若干矩形溝槽，用蓋板耦合構(gòu)成封閉的冷 卻劑通道，密封與外界的連接而形成冷卻劑回路。器件產(chǎn)生的熱量通過聯(lián)結(jié)層而傳導到 熱沉，被微通道中流動的冷卻劑帶走以達到對集成電路芯片散熱的目的。Xiaojin Wei， Yogendra Joshi提出了一種多層微通道堆疊的方法，并初步推導了這種結(jié)構(gòu)的傳熱學模 型。該種利用微加工鍵合技術(shù)將數(shù)層硅微通道堆疊起來的設(shè)計意圖是減少微泵工作時的 壓降負擔，從而加強微通道冷卻器的實用性能。張忠江等研究的微噴流實驗，通過分析 實驗結(jié)果得出了微射流熱沉能夠達到改善芯片發(fā)熱，并且對于縮小表面溫差有一定效果 的結(jié)論。傳統(tǒng)的微冷卻器結(jié)構(gòu)如圖1所示，由基板(1)、微通道(2)、蓋板(3)所構(gòu)成。 傳統(tǒng)的微通道冷卻器中冷卻液不能夠完全將熱量帶走，同時冷卻液入口速度增加時會導 致壓降增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種棱柱陣列射流微通道散 熱器能使散熱器和冷卻液之間的熱交換更加充分，提高散熱效率；較少散熱器的溫度梯 度，達到均勻散熱；同時有效降低壓降，降低冷卻循環(huán)動力供給的功率。為達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是
本發(fā)明的任務在于建立一種能夠更有效帶走芯片產(chǎn)生的熱量并且性能更加優(yōu)良的微 冷卻裝置。本發(fā)明的裝置全部采用硅材料，一共由五部分組成，如圖2所示，包括棱柱 陣列結(jié)構(gòu)，射流結(jié)構(gòu)，出入口交叉結(jié)構(gòu)，分液結(jié)構(gòu)以及出入口結(jié)構(gòu)。本裝置由五塊硅基板經(jīng)膠粘結(jié)組合。出入口和分液結(jié)構(gòu)的兩個板，使得進口和 出口的冷卻液不會混合以提高冷卻效果，為了降低壓降采用交叉的梳形的通道，使得出 入口距離縮短而降低壓降。由于熱源分布可能不均勻，熱量不能有效地帶走，導致冷卻 液的利用率比較低。為了增加散熱效率采用噴射的方式，冷卻液均勻的噴射到加熱的硅 基板上，提高了冷卻液的利用率。底面基板上采用棱柱陣列的結(jié)構(gòu)，使冷卻液形成渦流 增加散熱效果。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種棱柱陣列射流微通道散熱器，由出入口結(jié)構(gòu)層、分液結(jié)構(gòu)層、出入口交叉結(jié)構(gòu) 層、射流結(jié)構(gòu)層、棱柱陣列結(jié)構(gòu)層一次疊置粘合構(gòu)成，其特征是每層的對應各邊尺寸相 同，組成緊密的整體。
所述出入口結(jié)構(gòu)層的出入口為圓口，方便與管道連接，材料采用硅，或者熱導 率更低的材料。所述分液結(jié)構(gòu)層有對準出入口的非穿通凹槽和位于兩側(cè)的穿通側(cè)隙，將液體引 至兩側(cè)的穿通側(cè)隙。非穿通凹槽的中間隔層寬度根據(jù)材料屬性確定，盡量避免熱傳遞。所述出入口交叉結(jié)構(gòu)層有兩個交叉的梳形通槽，梳形通槽的條數(shù)和尺寸根據(jù)實 際要求確定，保證每條通槽長度相同，材料首先考慮采用硅。所述射流結(jié)構(gòu)層有規(guī)則排列著的小穿孔組成，每個小穿孔對準下層每橫排兩個 棱柱的中間位置，每橫排小穿孔的間距為每排棱柱間距的偶數(shù)倍，每橫排中的小穿孔與 小穿孔的間距為棱柱間距的整數(shù)倍，材料首先考慮采用硅。所述棱柱陣列結(jié)構(gòu)層布列著棱柱陣列而四周有凸緣與棱柱齊平，棱柱橫截面為 菱形，棱柱橫向間距為棱柱截面寬度的兩倍，棱柱縱向間距為棱柱截面長度，棱柱高度 根據(jù)實際需要確定，材料首先考慮采用硅。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點 使散熱器和冷卻液之間的熱交換更加充分，提高散熱效率；較少散熱器的溫度梯度，達 到均勻散熱；有效降低壓降，降低冷卻循環(huán)動力供給的功率。本發(fā)明在機械電子、集成 電路等方面具有較大的應用前景。


圖1是已有技術(shù)的微冷卻器立體結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明的工作狀態(tài)示意圖； 圖4是出入口結(jié)構(gòu)層示意圖； 圖5是分液結(jié)構(gòu)層示意圖； 圖6是出入口交叉結(jié)構(gòu)層示意圖； 圖7是射流結(jié)構(gòu)層示意圖； 圖8是棱柱陣列結(jié)構(gòu)層示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合

如下
實施例一參見圖2，本棱柱陣列射流微通道散熱器，由出入口結(jié)構(gòu)層1、分液結(jié)構(gòu) 層2、出入口交叉結(jié)構(gòu)層3、射流結(jié)構(gòu)層4、棱柱陣列結(jié)構(gòu)層5—次疊置粘合構(gòu)成，其特征 是每層的對應各邊尺寸相同，組成緊密的整體。實施例二本實施例與實施例一基本相同，特別之處如下參見圖4，所述出 入口結(jié)構(gòu)層1的出入口 6,7為圓口，方便與管道連接，材料采用硅，或者熱導率更低的材 料。參見圖5，所述分液結(jié)構(gòu)層2有對準出入口 6,7的非穿通凹槽8,9和位于兩側(cè)的穿 通側(cè)隙10,11，將液體引至兩側(cè)的穿通側(cè)隙10,11。非穿通凹槽8,9的中間隔層寬度根據(jù)材 料屬性確定，盡量避免熱傳遞。參見圖6，所述出入口交叉結(jié)構(gòu)層3有兩個交叉的梳形通槽12,13，梳形通槽12,13的條數(shù)和尺寸根據(jù)實際要求確定，保證每條通槽長度相同，材料首先考慮采用硅。參見圖7，所述射流結(jié)構(gòu)層4有規(guī)則排列著的小穿孔14組成，每個小穿孔14對 準下層每橫排兩個棱柱15的中間位置，每橫排小穿孔14的間距為每排棱柱15間距的偶 數(shù)倍，每橫排中的小穿孔14與小穿孔14的間距為棱柱15間距的整數(shù)倍，材料首先考慮采用硅。參見圖8，所述棱柱陣列結(jié)構(gòu)層5布列著棱柱陣列而四周有凸緣與棱柱15齊平， 棱柱15橫截面為菱形，棱柱15橫向間距為棱柱15截面寬度的兩倍，棱柱15縱向間距為 棱柱15截面長度，棱柱15高度根據(jù)實際需要確定，材料首先考慮采用硅。本實施例的工作圖參見圖3。熱量從底面加熱之后通過硅基板傳到板上，冷卻液 從入口進入之后，經(jīng)過一個分液結(jié)構(gòu)將引入的冷卻液帶到旁邊側(cè)隙，同時可以方便出入 口的冷卻液不會混合，經(jīng)過一個梳形形狀的出入口交叉結(jié)構(gòu)。當冷卻液到達一個多孔噴 射的射流結(jié)構(gòu)時，它可以均勻地將冷卻液引到加熱硅基上，使基體溫度更加均勻，同時 造成的紊流更易將熱量帶走，射流架構(gòu)也可以降低壓降。最后是棱柱陣列結(jié)構(gòu)使冷卻液 在流動方向易發(fā)生紊流，加大熱交換效率。使用過的冷卻液循環(huán)后從梳形通道回到分液 板上并從出口出去。本產(chǎn)品可以用于微型結(jié)構(gòu)的冷卻器。
權(quán)利要求
1.一種棱柱陣列射流微通道散熱器由出入口結(jié)構(gòu)層(1)、分液結(jié)構(gòu)層(2)、出入 口交叉結(jié)構(gòu)層(3)、射流結(jié)構(gòu)層(4)、棱柱陣列結(jié)構(gòu)層(5)依次疊置粘合構(gòu)成，其 特征是每層的對應各邊尺寸相同，組成緊密的整體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱柱陣列射流微通道散熱器，其特征是所述出入口結(jié)構(gòu)層(1)的出入口(6,7)為圓口，方便與管道連接，材料采用硅，或者熱導率更低的材 料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱柱陣列射流微通道散熱器，其特征是所述分液結(jié)構(gòu)層(2)有對準出入口(6,7)的非穿通凹槽(8,9)和位于兩側(cè)的穿通側(cè)隙(10,11)，將 液體引至兩側(cè)的穿通側(cè)隙(10,11)；非穿通凹槽(8,9)的中間隔層寬度根據(jù)材料屬性確 定，盡量避免熱傳遞。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱柱陣列射流微通道散熱器，其特征是所述出入口交叉結(jié)構(gòu) 層(3)有兩個交叉的梳形通槽(12,13)，梳形通槽(12,13)的條數(shù)和尺寸根據(jù)實際要 求確定，保證每條通槽長度相同，材料首先考慮采用硅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱柱陣列射流微通道散熱器，其特征是所述射流結(jié)構(gòu)層(4)有規(guī)則排列著的小穿孔(14)，每個小穿孔(14)對準下層每橫排兩個棱柱 (15)的中間位置，每橫排小穿孔(14)的間距為每排棱柱(15)間距的偶數(shù)倍，每橫排中的小穿孔(14)與小穿孔(14)的間距為棱柱(15)間距的整數(shù)倍，材料首先考慮 采用硅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的棱柱陣列射流微通道散熱器，其特征是所述棱柱陣列結(jié)構(gòu)層(5)布列著棱柱陣列而四周有凸緣與棱柱(15)齊平，棱柱(15)橫截面為菱形，棱 柱(15)橫向間距為棱柱(15)截面寬度的兩倍，棱柱(15)縱向間距為棱柱(15) 截面長度，棱柱(15)高度根據(jù)實際需要確定，材料首先考慮采用硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種棱柱陣列射流微通道的散熱器。它包括以下結(jié)構(gòu)棱柱陣列結(jié)構(gòu)、射流結(jié)構(gòu)、出入口交叉結(jié)構(gòu)、分液結(jié)構(gòu)及布置出入口的結(jié)構(gòu)。冷卻液從入口進入之后，經(jīng)過一個分液結(jié)構(gòu)將引入的冷卻液帶到旁邊側(cè)隙，同時不會與出口冷卻液混合，經(jīng)過一個梳形結(jié)構(gòu)的出入口交叉結(jié)構(gòu)，將出口和入口的距離縮短，降低壓降。當冷卻液到達一個多孔噴射的射流結(jié)構(gòu)時，它可以均勻地將冷卻液引到加熱硅基上，使基體溫度更加均勻，同時造成的紊流更易將熱量帶走，射流結(jié)構(gòu)也可以降低壓降。最后，棱柱陣列結(jié)構(gòu)使冷卻液易發(fā)生紊流，更易帶走從基體傳至棱柱結(jié)構(gòu)的熱量，增加熱交換效率。本產(chǎn)品可以用于電子芯片、LED等微型結(jié)構(gòu)的冷卻器。
文檔編號H05K7/20GK102014598SQ201010561370
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月27日
發(fā)明者何加猛, 李宗碩, 王佃曉, 王佳, 王小靜, 陳玲 申請人:上海大學