專利名稱：分形鰭片散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種冷卻裝置，尤其涉及一種用于電子設(shè)備冷卻系統(tǒng)的高效且溫度均勻的鰭片散熱器設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著電子器件的集成化和微型化不斷升級(jí)，其功率和集成度大幅度提高，功率器件的熱流密度不斷上升，散熱成為微電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)主要障礙，只有對(duì)電子設(shè)備的耗熱元件以及整機(jī)或系統(tǒng)采用合適的冷卻技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)它們的溫升進(jìn)行控制，才能保證電子設(shè)備或系統(tǒng)正常、可靠地工作。對(duì)于三種基本傳熱方式，任何一種方式的傳熱熱量都與傳熱面積成正比，所以，增加傳熱面積是提高傳熱量的一種有效途徑。在電子設(shè)備熱設(shè)計(jì)中，為了強(qiáng)化電子元件的散熱能力，采用了各種形式的散熱器以增大元件的散熱面積。最簡(jiǎn)單的散熱器是平板散熱器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易自制，但散熱效果較差，且所占面積較大。當(dāng)平板散熱器散熱速率不能滿足要求時(shí)，通常要擴(kuò)展傳熱面積，即采用鰭片散熱器。在電子設(shè)備的總尺寸、質(zhì)量、所耗金屬材料和流阻性能增加不多的前提下，采用鰭片散熱器的散熱量最大可增加一個(gè)數(shù)量級(jí)。型材散熱器、叉指散熱器和圓柱針肋散熱器是常用的幾種鰭片散熱器。但是大多數(shù)鰭片散熱器由于鰭片排列的結(jié)構(gòu)和空間分布局限，致使電子芯片上的溫度分布不均勻。中國(guó)發(fā)明專利CN101394730A公布了一種放射狀鰭片散熱器，其中鰭片設(shè)計(jì)成分叉結(jié)構(gòu)，這種散熱器能充分利用鰭片沿徑向的空間，提高換熱面積。但是該專利對(duì)于柱狀電子設(shè)備散熱效果較好，不適合在方形電子芯片散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中推廣，而且該專利沒(méi)有解決溫度分布不均勻的問(wèn)題。中國(guó)實(shí)用新型專利CN2552167Y公布了一種直線狀豎立分布的散熱鰭片，解決了鰭片通風(fēng)問(wèn)題，加強(qiáng)了鰭片強(qiáng)度。但是，這種散熱器仍然不能解決溫度分布不均的問(wèn)題。而局部區(qū)域的溫度分布是影響被冷卻期間工作特性的關(guān)鍵，也是評(píng)價(jià)微電子散熱系統(tǒng)的重要指標(biāo)。電子芯片溫度分布的不均勻性(特別是最高溫度)，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致芯片損壞，影響電子設(shè)備的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種鰭片散熱器，充分利用方形電子芯片的平面空間，通過(guò)增加傳熱表面面積提高散熱效率，該鰭片散熱器具有良好的空間分布均勻特征，可以克服散熱器溫度分布不均勻的缺點(diǎn)，延長(zhǎng)電子芯片的使用壽命。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明將鰭片散熱器設(shè)計(jì)成“H”型分形分叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明由電子芯片，絕熱墊片和鰭片散熱器組成。其工作原理為:電子芯片所產(chǎn)生的熱量通過(guò)絕熱墊片主要以導(dǎo)熱方式傳遞給鰭片散熱器，鰭片散熱器通過(guò)鰭片網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街車(chē)h(huán)境。鰭片散熱器是由矩形鰭片按照“H”型分形分叉網(wǎng)絡(luò)的方式進(jìn)行組合和連接，矩形鰭片具有相同的高度，然后將分形鰭片網(wǎng)絡(luò)加工在同種材料的基片上。分形鰭片網(wǎng)絡(luò)為對(duì)稱二分叉網(wǎng)絡(luò)，每一級(jí)母分支分叉出兩個(gè)相同的子分支，即同一級(jí)分支具有相同的寬度和長(zhǎng)度；分叉角度為90度；相鄰兩級(jí)鰭片的長(zhǎng)度比以及寬度比保持常數(shù)，即第k+1級(jí)鰭片的長(zhǎng)度與k級(jí)鰭片的長(zhǎng)度比值a = lk+1/lk和寬度比@ =dk+1/dk與分叉級(jí)數(shù)無(wú)關(guān)，保持不變；選取寬度比和長(zhǎng)度比a = ^ =2_1/D，其中分形維數(shù)D = 2，此時(shí)分形鰭片網(wǎng)絡(luò)具有良好的空間分布均勻特性和平面空間填充能力；分形鰭片網(wǎng)絡(luò)的0級(jí)分支尺寸和總分叉級(jí)數(shù)n的選取需要根據(jù)具體的芯片尺寸和總體封裝需求確定和設(shè)計(jì)，同時(shí)遵循避免網(wǎng)絡(luò)自重疊的原則。分形鰭片網(wǎng)絡(luò)是由矩形鰭片按照分形分叉網(wǎng)絡(luò)連接而成，矩形截面的鰭片易于加工和安裝，適合批量生成。本發(fā)明能夠產(chǎn)生的有益效果:1.按照“H”型分形分叉網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)計(jì)的分形鰭片散熱器，可以充分利用電子芯片的表面空間，增加鰭片換熱表面面積，提高散熱效率，適用于方形芯片散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。2.由于鰭片間隙變小，具有屏蔽效應(yīng)，減少了鰭片間氣流旁通量。3.分形鰭片網(wǎng)絡(luò)具有良好的空間分布均勻特性，因此可以有效提高芯片溫度分布的均勻性，消除芯片表面的局域熱點(diǎn)，防止芯片損壞，有效延長(zhǎng)芯片使用壽命。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是鰭片散熱器的結(jié)構(gòu)圖圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的分形鰭片網(wǎng)絡(luò)，其具有5級(jí)的2分叉結(jié)構(gòu)圖4顯示了分形鰭片網(wǎng)絡(luò)的基本單元
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，采用分形鰭片散熱器冷卻尺寸為100X72X20mm3的電子芯片I。電子芯片I所產(chǎn)生的熱量通過(guò)絕熱墊片2主要以導(dǎo)熱方式傳遞給鰭片散熱器3，鰭片散熱器通過(guò)鰭片網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街車(chē)h(huán)境?！癏”型分形分叉網(wǎng)絡(luò)具有良好的空間均勻分布特征。從圖4可知，選取長(zhǎng)度比(a = IkVlk)和寬度比= dk+1/dk)都為2_1/2，每一級(jí)母分支分叉出兩個(gè)相同的子分支。將圖4所示的“H”型分叉基本單元按照上述分叉比迭代5次，生成如圖3所示的5級(jí)分叉網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)電子芯片尺寸可以確定0級(jí)鰭片的尺寸為26.5X5.2 X 10mm3，矩形鰭片高度為10mm，基片厚度為5mm。此時(shí)，分形鰭片網(wǎng)絡(luò)具有良好的平面填充能力，即具有很高的傳熱表面面積，同時(shí)具有最高的熱傳導(dǎo)效率。從圖2可知，首先成型出由鋁制擠壓型材制作的散熱器坯件，并將分形鰭片網(wǎng)絡(luò)4加工在同種材質(zhì)的基片5上。 然后將分形鰭片網(wǎng)絡(luò)3和絕熱墊片2以及電子芯片I按照從上至下的順序整體封裝。
權(quán)利要求1.分形鰭片散熱器，包括有依次封裝在一起的電子芯片(I)，絕熱墊片(2)和鰭片散熱器(3)，其特征在于:所述鰭片散熱器設(shè)計(jì)成分形分叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有相同高度的矩形鰭片按照“H”型分形分叉結(jié)構(gòu)進(jìn)行組合連接，并將分形鰭片網(wǎng)絡(luò)(4)加工在基片(5)上，所述分形鰭片網(wǎng)絡(luò)的每一級(jí)母鰭片分叉出兩個(gè)對(duì)稱的子鰭片，分叉角度為90度，相鄰兩級(jí)鰭片的長(zhǎng)度比以及寬度比保持常數(shù)，即后一級(jí)鰭片的長(zhǎng)度與前一級(jí)鰭片的長(zhǎng)度比值為2_1/2，寬度比也等于2_1/2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分形鰭片散熱器，鰭片散熱器(3)的分叉比保持常數(shù)，O級(jí)鰭片的尺寸和總分叉級(jí)數(shù)η按照芯片尺寸和總體封裝需求確定，同時(shí)遵循避免網(wǎng)絡(luò)自重疊的原則。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種冷卻裝置，尤其涉及一種用于方形電子設(shè)備冷卻系統(tǒng)的高效且溫度均勻的鰭片散熱器設(shè)計(jì)。使用時(shí)，將鰭片散熱器設(shè)計(jì)成“H”型分形分叉網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，然后將分形鰭片散熱器和絕熱墊片以及電子芯片整體封裝，矩形截面的鰭片易于加工和安裝，適合批量生成。該分形鰭片散熱器可以充分利用電子芯片的表面空間，增加鰭片換熱表面面積，減少了鰭片間氣流旁通量，提高散熱效率，尤其適用于方形芯片散熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；同時(shí)，分形鰭片網(wǎng)絡(luò)具有良好的空間分布均勻特性，可以有效降低芯片溫度分布的不均勻性，消除芯片表面的局域熱點(diǎn)，防止芯片損壞，有效延長(zhǎng)芯片使用壽命。
文檔編號(hào)H05K7/20GK202957232SQ20122054460
公開(kāi)日2013年5月29日 申請(qǐng)日期2012年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月14日
發(fā)明者徐鵬, 邱淑霞, 喬憲武 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院