CN112040723B - 一体化微型散热器及散热*** - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种一体化微型散热器及散热***，其中一体化微型散热器包括设有冷却液进口和冷却液出口的板状的壳体，壳体内设有多个平行微流道，平行微流道的一端连通于冷却液进口，平行微流道的另一端连通于冷却液出口；每个平行微流道内均沿冷却液流动的方向设有多个止逆型涡流发生结构，止逆型涡流发生结构的截面积沿冷却液流动的方向逐渐增大；壳体的一侧板面嵌设有压电振子，以对平行微流道内的冷却液施加往复的压力。该一体化微型散热器有效提高电子器件微通道液冷散热***的集成化水平，降低散热***部件检修更换难度，同时利用压电振子产生的周期性脉动效应在平行微流道内部产生较强的周期性振荡，提升传热效果。

Description

一体化微型散热器及散热***

技术领域

本发明涉及电子器件散热设备技术领域，尤其涉及一种一体化微型散热器及散热***。

背景技术

随着近年来高功率电子元件的发展，加上半导体制造技术的进步，使得如今许多电子产品朝着高性能、轻量化、小型化的趋势发展。同时，随着电子元器件封装密度和功耗的不断增加，一方面提高了其工作性能和计算速度，但是另一方面高功耗将产生更高的热量，而高密度封装又将这些热量分布在较小的器件表面，因此，电子元器件的热流密度也在迅速提高，新一代电子设备的热流体量已经达到一百多瓦每平方米。如果高功耗电子器件产生的热量不能够及时地散发出去，将使其长期工作在高温情况下，会严重影响器件的工作寿命，甚至造成器件的失效，威胁相关***稳定性和工作寿命。大功率元器件的热管理问题已经成为制约其向更高频率和更集成化发展的瓶颈。

电子器件散热问题的核心是热设计问题，即利用各种方法控制电子器件和设备内部发热元件的温度，使其能够工作在一个合适的温度范围内，不超过限制的最高温度。目前，常见的电子器件散热方法主要包括空气冷却，液体冷却，相变冷却和热电冷却等。其中液体冷却是以液体作为介质对电子器件进行散热，其具有低噪音，高散热效率等优点。微通道散热是最有效的液冷散热技术之一，其原理是通过驱动流体在微通流道中流动将热源芯片热量导出，实现高功耗电子器件的有效散热。传统的电子器件微流道散热***为分离式(如图1所示)，包括依次通过管道相连的微通道散热器101、驱动泵102和外部冷却器，其采用独立的驱动泵102驱动冷却液体流过微通道散热器101完成散热，需要为驱动泵102单独预留安装位置，导致微通道液冷***难以进一步集成，且增大***的安装维护难度。

发明内容

本发明实施例提供一种一体化微型散热器及散热***，用以解决现有技术中的微流道散热***需要为驱动泵预留安装位置，增加安装维护难度的问题，提高***的集成化水平。

本发明实施例提供一种一体化微型散热器，包括设有冷却液进口和冷却液出口的板状的壳体，所述壳体内设有多个平行微流道，所述平行微流道的一端连通于所述冷却液进口，所述平行微流道的另一端连通于所述冷却液出口；每个所述平行微流道内均沿冷却液流动的方向设有多个止逆型涡流发生结构，所述止逆型涡流发生结构的截面积沿所述冷却液流动的方向逐渐增大；所述壳体的一侧板面嵌设有压电振子，以对所述平行微流道内的冷却液施加往复的压力。

根据本发明一个实施例的一体化微型散热器，所述止逆型涡流发生结构为四棱锥结构，所述四棱锥结构的锥顶朝向所述冷却液进口；所述四棱锥结构的一棱锥侧面贴合于所述平行微流道的底面，所述四棱锥结构与所述平行微流道的侧面和顶面之间均存在间隙。

根据本发明一个实施例的一体化微型散热器，所述四棱锥结构的棱锥底面为弧形面，所述弧形面的凸侧朝向所述冷却液出口。

根据本发明一个实施例的一体化微型散热器，所述四棱锥结构朝向所述平行微流道的侧壁的棱锥侧面为直角三角形，所述四棱锥结构由所述直角三角形沿所述平行微流道的底面方向绕所述锥顶旋转预设角度扫掠而成。

根据本发明一个实施例的一体化微型散热器，所述直角三角形贴合所述平行微流道的底面的直角边的长度大于所述直角三角形与棱锥底面相接的直角边的长度。

根据本发明一个实施例的一体化微型散热器，所述壳体包括散热器背板和散热器盖板，所述散热器背板的内侧表面设有多个平行间壁，所述散热器盖板贴合于所述平行间壁，以构成所述平行微流道。

根据本发明一个实施例的一体化微型散热器，所述止逆型涡流发生结构贴合于所述散热器背板的内侧表面，所述压电振子嵌设于所述散热器盖板的中部。

根据本发明一个实施例的一体化微型散热器，所述平行间壁为采用激光蚀刻或化学蚀刻方式在所述散热器背板上加工而成的相互平行的微细槽道壁。

根据本发明一个实施例的一体化微型散热器，所述壳体还设有入口分配腔和出口汇合腔，所述冷却液进口通过所述入口分配腔与多个所述平行微流道相连通，所述冷却液出口通过所述出口汇合腔与多个所述平行微流道相连通。

本发明实施例还提供一种散热***，包括如上述所述的一体化微型散热器，还包括外部冷却器，所述外部冷却器用于将冷却液携带的热量释放到外部环境中；所述一体化微型散热器的冷却液出口连接于所述外部冷却器的进口，所述一体化微型散热器的冷却液进口连接于所述外部冷却器的出口。

本发明实施例提供的一体化微型散热器及散热***，其中一体化微型散热器通过将压电振子与平行微流道集成为一个冷却单元，简化散热***构成，有效提高电子器件微通道液冷散热***的集成化水平，降低散热***部件检修更换难度。同时利用止逆型涡流发生结构的双向流阻不对称的作用，使其与压电振子的往复动作相配合，以实现对流体的连续定向输送，压电振子产生的周期性脉动效应在平行微流道内部产生较强的周期性振荡，提升其液冷散热器传热效果，使传热结构更为紧凑。通过采用多个平行微流道，使冷却液在散热器内均匀分布，起到均温作用，避免局部过热。同时还借助止逆型涡流发生结构产生流向涡，进一步强化一体化散热器冷却效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中的一种分离式电子器件液冷***的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种一体化微型散热器的结构示意图；

图3是本发明实施例中一体化微型散热器的壳体内部结构示意图；

图4是本发明实施例中一体化微型散热器的主视图；

图5是图4的A-A向剖视图；

图6是图4的B-B向剖视图；

图7是本发明实施例中的止逆型涡流发生结构的结构示意图；

图8是图7中的止逆型涡流发生结构的主视图；

图9是本发明实施例提供的一种散热***的结构示意图。

附图标记：

1、冷却液进口； 2、冷却液出口； 3、壳体；

31、散热器背板； 32、散热器盖板； 4、压电振子；

5、平行微流道； 6、止逆型涡流发生结构；

61、锥顶； 62、第一棱锥侧面； 63、棱锥底面；

64、第二棱锥侧面； 641、长直角边； 642、短直角边；

65、棱锥底面顶点； 7、平行间壁； 8、入口分配腔；

9、出口汇合腔；

101、微通道散热器； 102、驱动泵；

103、外部冷却器； 104、一体化微型散热器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”“第二”是为了清楚说明产品部件进行的编号，不代表任何实质性区别。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明实施例中的具体含义。

如图2至图6所示，本发明实施例提供的一种一体化微型散热器，包括设有冷却液进口1和冷却液出口2的板状的壳体3，壳体3内设有多个平行微流道5，平行微流道5的一端连通于冷却液进口1，平行微流道5的另一端连通于冷却液出口2。每个平行微流道5内均沿冷却液流动的方向设有多个止逆型涡流发生结构6，止逆型涡流发生结构6的截面积沿冷却液流动的方向逐渐增大。壳体3的一侧板面嵌设有压电振子4，以对平行微流道5内的冷却液施加往复的压力。

具体地，壳体3可以为长条形的板状壳体，冷却液进口1和冷却液出口2可以开设于壳体3的两端。如图3所示，平行微流道5的长度方向与壳体3的长度方向一致，以实现微流道长度的最大化，提高冷却效率。多个平行微流道5沿壳体3的宽度方向均匀间隔设置，使冷却液在散热器内均匀分布，起到均温作用，避免局部过热。平行微流道5的当量直径为10～1000μm。

如图2和图4所示，压电振子4嵌设于壳体3的一侧板面内，压电振子4的下表面与平行微流道5相接，当压电振子4的两端施加交流电源时，压电振子4在电场作用下径向压缩，内部产生拉应力，从而使压电振子4弯曲变形，随着压电振子4往复的正向弯曲和反向弯曲，将在平行微流道内部产生交替的正压和负压。压电振子4的直径或者宽度略小于壳体3的宽度，以使压电振子4尽可能地接触每个平行微流道5。

如图3、图5和图6所示，每个平行微流道5内均沿冷却液流动的方向均匀间隔地设有多个止逆型涡流发生结构6，止逆型涡流发生结构6的截面积沿冷却液流动的方向逐渐增大，因而在顺流方向和逆流方向下止逆型涡流发生结构6的流阻不对称。工作时，当压电振子4在逆压电效应作用下向上运动时，将在平行微流道5内部产生负压，在止逆型涡流发生结构6的双向流阻不对称作用下，使冷却液从冷却液进口1方向吸入；当压电振子4在逆压电效应作用下向下运动时，将在平行微流道5内部产生正压，在止逆型涡流发生结构6的双向流阻不对称作用下，使冷却液从冷却液出口2方向排出。止逆型涡流发生结构6的双向流阻不对称原理如下：当冷却液沿冷却液进口1向冷却液出口2方向流动(顺流)时，平行微流道5的截面积逐渐缩小，而当冷却液沿到冷却液出口2向冷却液进口1方向流动(逆流)时，平行微流道5的截面积突然缩小，因此相同流量下顺流阻力明显小于逆流阻力。因此，随着压电振子4的往复运动，低温冷却流体可以被持续引入平行微流道5内进行换热，换热后的高温冷却流体则被持续排出。此外，当冷却液处于顺流状态时，止逆型涡流发生结构6处还能够产生流向涡，强化平行微流道5内冷却液的对流换热效果。

本实施例提供的一体化微型散热器，通过将压电振子4与平行微流道5集成为一个冷却单元，简化散热***构成，有效提高电子器件微通道液冷散热***的集成化水平，降低散热***部件检修更换难度。同时利用止逆型涡流发生结构6的双向流阻不对称的作用，使其与压电振子4的往复动作相配合，以实现对流体的连续定向输送，压电振子4产生的周期性脉动效应在平行微流道5内部产生较强的周期性振荡，提升其液冷散热器传热效果，使传热结构更为紧凑。通过采用多个平行微流道5，使冷却液在散热器内均匀分布，起到均温作用，避免局部过热。同时还借助止逆型涡流发生结构6产生流向涡，进一步强化一体化散热器冷却效果。

进一步地，如图5至图8所示，止逆型涡流发生结构6为四棱锥结构，四棱锥结构的锥顶61朝向冷却液进口1。四棱锥结构的第一棱锥侧面62贴合于平行微流道5的底面，四棱锥结构与平行微流道5的侧面和顶面之间均存在间隙，以使冷却液可以顺利流动。

更进一步地，如图7和图8所示，棱锥结构的棱锥底面63为弧形面，弧形面的凸侧朝向冷却液出口2。通过设置弧形面可以改善冷却液的流场，同时当冷却液处于正向流动状态时，可以在棱锥底面顶点65处产生流向涡，强化冷却液的对流换热效果。

更进一步地，如图5、图7和图8所示，止逆型涡流发生结构6朝向平行微流道5的侧壁的第二棱锥侧面64为直角三角形，四棱锥结构由直角三角形沿平行微流道5的底面方向绕锥顶61旋转预设角度扫掠而成。更进一步地，直角三角形贴合平行微流道5的底面的直角边(即长直角边641)的长度大于直角三角形与棱锥底面63相接的直角边(即短直角边642)的长度。短直角边642的长度小于平行微流道5的高度，以确保棱锥底面63的上方与散热器盖板32之间留有间隙，与平行微流道5的底面相贴合的第一棱锥侧面62的宽度小于平行微流道5的宽度，以确保两侧的第二棱锥侧面64与平行间壁7之间留有间隙，便于冷却液通过。

进一步地，如5和图6所示，壳体3包括散热器背板31和散热器盖板32，散热器背板31的内侧表面设有多个平行间壁7，散热器盖板32贴合于平行间壁7，以构成平行微流道5。具体地，平行间壁7为采用激光蚀刻或化学蚀刻方式在散热器背板31上加工而成的相互平行的微细槽道壁。

更进一步地，止逆型涡流发生结构6贴合于散热器背板31的内侧表面，压电振子4嵌设于散热器盖板32的中部，具体地，压电振子4位于散热器盖板32的正中间。

进一步地，如图3所示，壳体3还设有入口分配腔8和出口汇合腔9，冷却液进口1通过入口分配腔8与多个平行微流道5相连通，冷却液出口2通过出口汇合腔9与多个平行微流道5相连通。具体地，入口分配腔8和出口汇合腔9均为扇形腔体，由多个平行微流道5平滑过渡至冷却液进口1和冷却液出口2。冷却液由冷却液进口1引入后通过在入口分配腔8均匀分配至各个平行微流道5进行换热，完成吸热的冷却液在出口汇合腔9内汇合后通过冷却液出口2排出。

更进一步地，散热器背板31的外侧表面设有电子器件安装位(图中未示出)，电子器件安装位上覆设有导热硅胶层或锡焊连接层，以贴合待冷却的电子器件，减小接触热阻。

如图9所示，本发明实施例还提供一种散热***，包括如上述的一体化微型散热器104，还包括外部冷却器103，外部冷却器103用于将冷却液携带的热量释放到外部环境中；一体化微型散热器104的冷却液出口2连接于外部冷却器103的进口，一体化微型散热器104的冷却液进口1连接于外部冷却器103的出口。

通过以上实施例可以看出，本发明提供的一体化微型散热器及散热***，其中一体化微型散热器通过将压电振子4与平行微流道5集成为一个冷却单元，简化散热***构成，有效提高电子器件微通道液冷散热***的集成化水平，降低散热***部件检修更换难度。同时利用止逆型涡流发生结构6的双向流阻不对称的作用，使其与压电振子4的往复动作相配合，以实现对流体的连续定向输送，压电振子4产生的周期性脉动效应在平行微流道5内部产生较强的周期性振荡，提升其液冷散热器传热效果，使传热结构更为紧凑。通过采用多个平行微流道5，使冷却液在散热器内均匀分布，起到均温作用，避免局部过热。同时还借助止逆型涡流发生结构6产生流向涡，进一步强化一体化散热器冷却效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种一体化微型散热器，其特征在于，包括设有冷却液进口和冷却液出口的板状的壳体，所述壳体内设有多个平行微流道，所述平行微流道的一端连通于所述冷却液进口，所述平行微流道的另一端连通于所述冷却液出口；每个所述平行微流道内均沿冷却液流动的方向设有多个止逆型涡流发生结构，所述止逆型涡流发生结构的截面积沿所述冷却液流动的方向逐渐增大；所述壳体的一侧板面嵌设有压电振子，以对所述平行微流道内的冷却液施加往复的压力；

所述止逆型涡流发生结构为四棱锥结构，所述四棱锥结构的锥顶朝向所述冷却液进口；所述四棱锥结构的一棱锥侧面贴合于所述平行微流道的底面，所述四棱锥结构与所述平行微流道的侧面和顶面之间均存在间隙；

所述四棱锥结构的棱锥底面为弧形面，所述弧形面的凸侧朝向所述冷却液出口。

2.根据权利要求1所述的一体化微型散热器，其特征在于，所述四棱锥结构朝向所述平行微流道的侧壁的棱锥侧面为直角三角形，所述四棱锥结构由所述直角三角形沿所述平行微流道的底面方向绕所述锥顶旋转预设角度扫掠而成。

3.根据权利要求2所述的一体化微型散热器，其特征在于，所述直角三角形贴合所述平行微流道的底面的直角边的长度大于所述直角三角形与所述棱锥底面相接的直角边的长度。

4.根据权利要求1所述的一体化微型散热器，其特征在于，所述壳体包括散热器背板和散热器盖板，所述散热器背板的内侧表面设有多个平行间壁，所述散热器盖板贴合于所述平行间壁，以构成所述平行微流道。

5.根据权利要求4所述的一体化微型散热器，其特征在于，所述止逆型涡流发生结构贴合于所述散热器背板的内侧表面，所述压电振子嵌设于所述散热器盖板的中部。

6.根据权利要求4所述的一体化微型散热器，其特征在于，所述平行间壁为采用激光蚀刻或化学蚀刻方式在所述散热器背板上加工而成的相互平行的微细槽道壁。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的一体化微型散热器，其特征在于，所述壳体还设有入口分配腔和出口汇合腔，所述冷却液进口通过所述入口分配腔与多个所述平行微流道相连通，所述冷却液出口通过所述出口汇合腔与多个所述平行微流道相连通。

8.一种散热***，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的一体化微型散热器，还包括外部冷却器，所述外部冷却器用于将冷却液携带的热量释放到外部环境中；所述一体化微型散热器的冷却液出口连接于所述外部冷却器的进口，所述一体化微型散热器的冷却液进口连接于所述外部冷却器的出口。

Images