CN221176212U - 一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，涉及芯片散热技术领域，包括散热器主体、基板和顶部的盖板，基板的底部连接电子元件；散热器主体内设有若干条间隔设置的流道，每条流道靠近散热器壁面的两侧分别开设有对称的等腰梯形空腔，对称的等腰梯形空腔的中间流道处设有直肋结构，直肋结构为圆角矩形直肋；每条流道内设有多对等腰梯形空腔和圆角矩形直肋；圆角矩形直肋将通入的冷却流体分流，使冷却流体流入直肋两侧对称分布的等腰梯形空腔中，有效增大了冷却流体与散热器的换热面积，提高了换热效率，并且，相比于传统的矩形直肋、三角形直肋等能够进一步降低流动阻力，提高散热器的综合热性能。

Description

一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器

技术领域

本实用新型涉及芯片散热技术领域，具体涉及一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器。

背景技术

近年来，电子工业和半导体技术以及微组装能力快速发展，高频化、高集成化以及小型化已经成为电子设备的发展方向。电子软件内部的中央处理器(CPU)、图形处理器(GPU)及其他内存模块也越来越向小型化发展。但在电子设备工作的同时，也会产生高热流密度，从而面临散热难的问题。传统的热管理解决方案已不能满足当前微电子***的散热需求，需要开发先进的热管理冷却技术以确保稳定和安全的工作条件。微通道散热器作为一种新型的微电子***液体冷却技术，具有较小的结构尺寸以及较大的换热面积而被应用在诸多领域。

目前传统的光滑直微通道散热器结构难以满足电子器件的散热要求，因此需要使用强化换热技术来进一步强化传热。随着MEMS等技术的出现与快速发展，新颖复杂结构微通道开始相继出现，通过改变微通道截面形式、微通道布局、微通道尺寸等方面，在通道内布置肋柱以及圆形凹腔等扰流元结构，实现微通道换热器传热性能的进步，如现有专利CN112408310A公开了一种圆形凹腔和水滴型肋柱结合的微通道散热器，现有专利CN218215284U公开了一种梯形凹腔和尾凹三角形肋柱结合的微通道散热器，但从应用效果而言，还有待进一步优化。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，能够将通入流道内的流体分流并导入空腔内部，有效增加流体与散热器壁面的接触面积，实现高效换热并冷却，从而克服现有微通道散热器散热性能差、散热效率低的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：

一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，包括散热器主体、基板和顶部的盖板，所述基板底部与电子元件紧贴；所述散热器主体内设有若干条间隔设置的流道，每条流道靠近散热器壁面的两侧分别开设有对称的等腰梯形空腔，所述对称的等腰梯形空腔的中间流道处设有直肋结构，所述直肋结构为圆角矩形直肋；每条流道内设有多对等腰梯形空腔和所述圆角矩形直肋。

进一步地，所述圆角矩形直肋因其具有较大的传热面积和较小的流动阻力而具有较高的综合热性能，传热效率较高。

作为进一步的实现方式，所述流道平行连接散热器主体贯通的两侧，所述流道一端为流体入口，另一端为流体出口。

作为进一步的实现方式，所述多对等腰梯形空腔和圆角矩形直肋沿流道长度均匀分布。

作为进一步的实现方式，所述等腰梯形空腔的等腰梯形底边长度与相邻等腰梯形空腔之间的距离相同，制造加工简便，同时能够实现较高的传热效率和综合热性能。

作为进一步的实现方式，所述圆角矩形直肋的1/2长度中心线位置与其两侧的等腰梯形空腔的顶部底部长度的1/2处对齐。

作为进一步的实现方式，所述圆角矩形直肋的矩形长度与等腰梯形空腔的顶部长度相同，以保证冷却流体更好地分流与散热器壁面充分接触。

作为进一步的实现方式，所述圆角矩形直肋的圆角直径与矩形的宽度相同，以实现对冷却流体顺滑地分流、合流，在冷却流体流经圆角矩形直肋时，能够在空腔内部产生顺滑的流线，降低流动阻力，影响压力分布。

作为进一步的实现方式，所述散热器主体由n个平行的单微通道散热器主体组成，每个单微通道散热器主体内开设有单条流道。

作为进一步的实现方式，所述流道、等腰梯形空腔和圆角矩形直肋的高度相同，以保证圆角矩形直肋和等腰梯形空腔对冷却流体在流道内的分流、合流效果。

作为进一步的实现方式，所述电子元件与基板底部之间设有与电子元件面积相同的导热硅脂，覆盖电子元件与基板的接触面，可以增强传热，提高电子元件的热传导效率。

作为进一步的实现方式，所述盖板内部设有绝热层的夹层；所述盖板通过螺栓或者卡扣的形式穿过散热器主体与基板连接，既能保证通入流道内的流体不会溢出，又能隔绝散热器内的温度，防止产生的热量通过盖板散失到环境中。

采用上述技术方案，本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型提供的等腰梯形空腔与圆角矩形直肋组合的微通道散热器，相比于传统的矩形直肋、三角形直肋等能够进一步降低摩擦阻力，提高传热效率及散热器的综合热性能。

2、本实用新型通过在流道中设置直肋将通入的冷却流体分流，使冷却流体流入直肋两侧对称分布的梯形空腔中，有效增大了冷却流体与散热器的换热面积，同时降低了流动阻力，提升了流动性能，进而提高微通道散热器的换热效率；相比于仅有空腔结构的散热器能够减少空腔内流体流动产生的滞留区，避免局部温度升高，强化散热器的整体换热。

3、本实用新型的等腰梯形空腔和圆角矩形直肋结构制造简单，效率高，成本低，适用于多种场合。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型微通道散热器的立体结构示意图；

图2为本实用新型微通道散热器的各部分立体结构示意图；

图3为本实用新型微通道散热器散热主体的俯视图；

图4为本实用新型微通道散热器的左视图。

图中：1、盖板；2、散热器主体；3、基板；4、流体入口；5、流体出口；6、等腰梯形空腔；7、流道；8、圆角矩形直肋；9、电子元件芯片；10、单微通道散热器主体。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例一

本实施例提供了一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，如图1-4所示，包括散热器主体2、基板3和顶部的玻璃盖板1，整个微通道散热器设置于电子元件芯片9的上方，与电子元件芯片9紧贴以最大化吸收电子元件散发的热量，基板3底面与电子元件芯片9表面贴合。散热器主体2内部设有若干条间隔设置的流道7，每条流道7靠近散热器壁面的两侧分别开设有两个沿流动方向左右对称的等腰梯形空腔6，在每组等腰梯形空腔6的中间位置处设有圆角矩形直肋8。圆角矩形直肋8因其具有较大的传热面积和较小的流动阻力而具有较高的综合热性能，传热效率较高。

流道7平行连接散热器主体2贯通的两侧，流道7一端为流体入口4，另一端为流体出口5。

散热器主体2由n条单微通道散热器主体10组成，每个单微通道散热器主体10的长度为20mm，宽度为2.5mm，高度为2mm，每个单微通道散热器主体10中的流道7长度为20mm，宽度为1mm，高度为1mm；n条单微通道散热器主体10沿着流道7的平行方向组成了宽度为(2.5n)mm的散热器主体2整体。

每条流道内可设有多对等腰梯形空腔和圆角矩形直肋，多对等腰梯形空腔和圆角矩形直肋沿流道长度均匀分布。本实施例以在流道7内设置两对等腰梯形空腔6和圆角矩形直肋8为例，如图3所示，在每个单微通道散热器主体10中，沿流道7长度方向均匀设有两对等腰梯形空腔6，每对包括两个对称的等腰梯形空腔6，靠近流体入口4一侧的等腰梯形空腔6距离流体入口4的位置4mm，另一侧的等腰梯形空腔6距离流体出口5的位置4mm，两对等腰梯形空腔6之间距离4mm，空腔的纵向高度为1mm。

如图3所示，等腰梯形空腔6平行于流道延伸方向的截面形状为等腰梯形，同时，综合考虑制造成本与散热性能，等腰梯形的底边长度与相邻等腰梯形空腔之间的距离相同，即等腰梯形的底部与流道7边界齐平且长度为4mm，，制造加工简便，同时能够实现较高的传热效率和综合热性能。

在本实施例中，等腰梯形的顶部位于散热器主体2内侧且长度为2mm，等腰梯形底部与顶部之间的高度为0.5mm。圆角矩形直肋8高度为1mm，圆角矩形直肋8平行于流道延伸方向的截面形状为两侧带有圆角的矩形，其中，矩形部分长度与等腰梯形空腔6的顶部长度相同为2mm，宽度为0.5mm，矩形两侧圆角的半径为0.25mm，形成半圆形直肋，可以保证冷却流体更好地分流与散热器壁面充分接触，并实现顺滑地分流、合流，减小冷却流体的流动阻力，提高换热效率。同时，圆角矩形直肋8的1/2长度中心线位置与其两侧的等腰梯形空腔6的顶部底部长度的1/2处对齐，即圆角矩形直肋8位于每对等腰梯形空腔6的中心位置处。

玻璃盖板1位于散热器主体2上方紧贴散热器，基板3位于散热器主体2下方同样紧贴散热器，同时基板3下方与电子元件芯片9贴合，以进行传热。盖板1通过螺栓或者卡扣的形式穿过散热器主体2连接于基板3顶部，同时，绝热层被设置在玻璃盖板1内部的夹层中，从而既保证通入流道内的冷却流体不会溢出，又能隔绝散热器内的温度，可以防止产生的热量通过盖板散失到环境中。

本实施例中，玻璃盖板1和基板3的长度、宽度、高度均相同，分别为20mm、(2.5n)mm、0.5mm。

工作原理：基板3的底面与电子元件芯片9的散热面贴合，电子元件芯片9产生的热量由基板3传导到散热器主体2中，当冷却流体从流体入口4流入流道7时，首先经过第一对等腰梯形空腔6和圆角矩形直肋8，冷却流体由于直肋的存在分流流经形圆角矩形直肋8，两侧进入等腰梯形空腔6，增加了冷却流体与散热器壁面的接触面积，能够产生更多的热交换，打破了原有的边界层。同时，冷却流体在流经圆角矩形直肋8时，流线被顺滑地分流，没有混乱的流线产生，降低了流动阻力，流体压降减小。所以该直肋结构与梯形空腔配合，可以最大程度地利用冷却流体的散热能力，有效增强散热器的换热效果，并且，圆角矩形直肋8相比于传统的矩形直肋也能显著降低流体流动阻力，降低压降。

冷却流体流经第一组空腔和直肋结构后，在圆角矩形直肋8尾部圆角的引导下，流体同样产生顺滑的流线并合流，随后沿着流道7继续流动，经过第二组等腰梯形空腔6和圆角矩形直肋8时产生与上述相同的流动换热，流出第二组后经过流体出口5流出。

其中，流经流道7的冷却流体为去离子水，水的密度、比热、导热密度和动力粘度会随着温度的变化而变化。

此外，为了进一步提升散热器的热传导能力，将热量由底部的电子元件芯片9更好地传递给散热器，基板3底部设有一层面积与芯片相同的50μm厚的导热硅脂，其导热系数为3W/(m·K)，可以增强传热。同时，由于微通道散热器基板与芯片之间的接触面通常难以做到完全紧贴，因此在实际使用时，涂覆导热硅脂还可以填合微通道散热器与芯片之间的空隙，使微电子期间的热量可以尽快地散发出去，获得更好的散热效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，包括散热器主体、基板和顶部的盖板，所述基板的底部与电子元件紧贴；所述散热器主体内设有若干条间隔设置的流道，每条流道靠近散热器壁面的两侧分别开设有对称的等腰梯形空腔，所述对称的等腰梯形空腔的中间流道处设有直肋结构，所述直肋结构为圆角矩形直肋；每条流道内设有多对等腰梯形空腔和所述圆角矩形直肋。

2.如权利要求1所述的一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，所述流道平行连接散热器主体贯通的两侧，所述流道一端为流体入口，另一端为流体出口。

3.如权利要求1所述的一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，所述多对等腰梯形空腔和圆角矩形直肋沿流道长度均匀分布。

4.如权利要求1所述的一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，所述圆角矩形直肋的1/2长度中心线位置与其两侧的等腰梯形空腔的顶部底部长度的1/2处对齐。

5.如权利要求1所述的一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，所述圆角矩形直肋的矩形长度与等腰梯形空腔的顶部长度相同。

6.如权利要求1所述的一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，所述圆角矩形直肋的圆角直径与矩形的宽度相同。

7.如权利要求1所述的一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，所述流道、等腰梯形空腔和圆角矩形直肋的高度相同。

8.如权利要求2所述的一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，所述散热器主体由n个平行的单微通道散热器主体组成，每个单微通道散热器主体内开设有单条流道。

9.如权利要求1所述的一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，所述盖板内部设有绝热层的夹层；所述盖板通过螺栓或者卡扣的形式穿过散热器主体与基板连接。

10.如权利要求1所述的一种等腰梯形空腔与圆角矩形直肋结合的微通道散热器，其特征在于，所述电子元件与基板底部之间设有与电子元件面积大小相同的导热硅脂。