CN117316898A - 一种带有热扩散网与嵌入单元的微通道散热方案 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有热扩散网与嵌入体的微通道散热方案,该方案主要由盖板、热扩散网、限位板、嵌入单元和基板组成。热扩散网与嵌入单元由高导热系数材料加工而成，其主要特征有：高导热的热扩散网有助于减小扩散热阻，提高热耗散功率，减小在水平方向的温度分布的不均匀性；嵌入单元有助于提高对热源的热耗散功率；该微通道散热器为印制电路板。本发明在保留微通道体积小、换热能力强的基础上，进一步改善了微流道散热器针对局部热源的散热能力、减小扩散热阻、减小水平方向上的温度分布，具有较高的温度均匀性、换热能力和换热极限。本发明结构紧凑、换热能力好，在电子芯片、激光器、整流器等高发热设备冷却方面具有很好的应用前景。

Description

一种带有热扩散网与嵌入单元的微通道散热方案

技术领域

本发明涉及一种微通道散热方案，是一种带有热扩散网与嵌入单元的微通道散热方案，可用于诸如电子芯片、高功率LED以及激光器等高发热设备的冷却。

背景技术

多组件芯片是一种将多块未封装的超大规模集成电路芯片以及专用集成电路芯片组装在一块基板上的部件。随着晶体管特征尺寸的减小，芯片上能够集成的晶体管数量也越来越多，导致芯片产生高热流密度，同时产生大量的热量。研究表明，电子元器件中的大功率电器会产生大量集中分布的热量，该热量集中分布的区域称为热点。热点处的热量若不能及时的转移，将会减少电子元器件的工作寿命或直接造成芯片的失效。并且随着电子器件的运行时间，热量进行积累，这将会导致温度上升的同时，也会使得电子器件失效率的提升，以75℃为分界点，75℃以下时，失效率上升缓慢，当温度达到75℃以上时，失效率呈现处指数上升的趋势。

为解决上述技术问题，本发明的目的旨在提供一种带有热扩散网与嵌入体的微通道散热方案，能够改善热点问题，强化散热性能，提高散热极限。

发明内容

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：本发明设计的一种带有热扩散网与嵌入体的微通道散热方案主要组成部分为：盖板、热扩散网、限位板、嵌入单元和基板。限位板与盖板和基板采用相同的材料，所采用的材料可以为FR-4，环氧树脂、低温共烧陶瓷、高温共烧陶瓷等印制电路板材料。

所述盖板上制有与热扩散网相同形状的凹印，以固定安装热扩散网。

热扩散网由高导热系数材料加工而成，加工方式可以为激光刻蚀或CNC机加工，具体加工方案根据所需的热扩散网尺寸来决定，热扩散网的尺寸在毫米或微米量级，所属热扩散网的结构主要由两部分组成：中心与嵌入单元相接处的核心域、占主体区域的热扩散域。热扩散网也可作为电路中的接地层。

限位板的作用主要是限制嵌入单元的位移。主要由两部分组成，分别为主体与限位孔。主体部分采用与盖板和基板相同材料，限位孔则根据嵌入单元的尺寸与形状进行调整。

嵌入单元采用具有良好导热性能的材料如铜、银等加工制成，其上具有肋以及流道结构，所述针鳍与肋的尺寸可根据实际需要确定，在毫米或微米量级。所述的肋的截面可以是圆形、方形、梯形或三角形等形状。嵌入单元嵌入基板中，与热扩散网直接接触，通过限位板进行限位。所述嵌入单元可通过微机电加工技术、3D打印而成。

上述的所有结构，均通过导热胶粘合或焊接等方式密封和连接。

本发明与传统的微通道散热器相比，具有以下特征和优点：对于传统微流道散热器（参见图1）。本发明所采用的热扩散网由高导热系数的材料制成，其有助于减小扩散热阻，提高热耗散功率，减小在水平方向的温度分布的不均匀性；本发明采用嵌入单元与流体直接接触，可通过对流传热的作用迅速而有效的将发热元件与热扩散网上的热量带走以提高散热性性能，同时嵌入单元采用导热系数很高的材料，使得冷却液能够快速的将热量带走。有效的提高了散热器的综合换热能力和换热极限。

附图说明

图1是传统微流道散热器示意图。

图2 是本发明的一个实施例整体示意图。

图3 是本发明的一个实施例的结构示意图。

图4 是本发明的LTCC盖板示意图。

图5 是本发明的金属热扩散网示意图。

图6 是本发明的LTCC限位板示意图。

图7 是本发明的金属嵌入单元示意图。

图8是本发明的LTCC基板示意图。

图9 是本发明的LTCC盖板与金属热扩散网的装配示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，对本发明进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本实施例中所述的是带有金属热扩散网与嵌入单元的微通道散热器，如图2所示。其结构示意图如图3所示，该带有金属热扩散网与金属嵌入单元的微通道散热器是由LTCC盖板1、金属热扩散网2、LTCC限位板3、金属嵌入单元4、LTCC基板5组成。

参见图4，所述的LTCC盖板1包括网状凹印1-1、无凹印区域1-2、实心矩形凹印1-3。本实施例中盖板材料采用LTCC。在盖板实心矩形凹印的背侧1-3所在位置通过导热硅胶或导热硅脂等与发热器件结合。冷却工质采用去离子水，冷却工质从进水口流入，从出水口流出。盖板上的凹槽形状与金属热扩散网形状相同，主要是与金属网进行配合，最后通过烧结将金属热扩散网、限位板等烧结为一体，具体尺寸按需求确定。LTCC盖板与金属热扩散网的装配示意图如图9所示。

参见图5，所述的金属热扩散网2包括热扩散域2-1，核心域2-2与围框2-3。金属热扩散网材质采用导热系数较高的铜，以增强热扩散能力与换热能力。金属热扩散网上热扩散域2-1采用菱形的网眼形状，核心域2-2采用与金属嵌入单元相同形状的矩形形状。热扩散域作用是在保证整个微通道散热器的整体性以及结构强度的同时保证将热量迅速进行水平扩散，减小扩散热阻。核心域的作用主要是保证金属扩散网能够和金属嵌入单元紧密接触从而保证整个微通道散热器的整体性以及将热量传递给金属嵌入单元。金属网眼的大小根据结构强度需求来确定，核心域则是根据金属嵌入模块的尺寸来适当调整。金属热扩散网可进行适当的表面处理以保证其与LTCC的烧结或焊接的顺利进行。

参见图6，所述的限位板3，包括主体3-1，限位孔3-2。限位板材质选用LTCC，限位孔大小与金属嵌入单元形状相同，采用间隙配合。限位孔主要作用是限制金属嵌入单元在水平方向的位移。

参见图7，所述的金属嵌入单元4包括肋4-1与流道4-2。金属嵌入单元材质采用导热系数较高的铜，以增强换热能力。金属嵌入散热单元上的肋4-1的高度与基板上微流道的高度相同，肋的间距在毫米或微米量级，其主要通过增大换热面积来增强换热能力，具体尺寸按需求确定。

参见图8，所述的基板5包括入水口5-1、出水口5-2、***流道5-3、嵌入区域5-4。基板材质采用LTCC。微流道截面尺寸在毫米或微米量级。嵌入区域主要起到安放金属嵌入散热单元的作用。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种带有热扩散网与嵌入单元的微通道散热方案，其特征在于，散热器由盖板、热扩散网、限位板、嵌入单元、基板构成：各结构层依次叠置，通过粘合、烧结或焊接组成整个散热器。

2.根据权利要求1所述的一种带有热扩散网与嵌入单元的微通道散热方案，其特征在于所述盖板上有上制有与热扩散网相同形状的凹印，以固定安装热扩散网，最后通过烧结将热扩散网、限位板、嵌入单元、基板烧结或焊接为一体。

3.根据权利要求1所述的一种带有热扩散网与嵌入单元的微通道散热方案，其特征在于所述热扩散网由导热性良好的材料制成，其上有热扩散域，核心域与围框，网眼的形状可以为圆形、菱形、矩形、波浪形等，核心域则是根据嵌入单元进行调整，热扩散网尺寸量级在毫米或微米量级。

4.根据权利要求1所述的一种带有热扩散网与嵌入单元的微通道散热方案，其特征在于所述嵌入单元由高导热系数的材料制成，其上存在肋以及流道，此外流道中还可以存在各种针鳍涡流发生器等微结构进行增强散热。

5.根据权利要求1所述的一种带有热扩散网与嵌入单元的微通道散热方案，其特征在于盖板、限位板、基板可采用LTCC、HTCC制成，嵌入式针鳍微流道散热器可作为基板或PCB板。