本发明专利技术公开了一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，包括射流冲击盒和射流冲击盒盖体，所述射流冲击盒的内部安装有射流冲击盒盖体，所述射流冲击盒盖体的顶部安装有螺纹座，所述射流冲击盒盖体的顶部通过螺纹座活动连接有进口管路，所述射流冲击盒盖体的顶部开设有嵌合槽，所述嵌合槽的内侧嵌合安装有可更换射流喷头。相变冷却液射流冲击多孔基质，多孔基质的连续孔隙结构可以增强导热能力。通过选择不同种类的多孔基质材料、不同组分的相变冷却液、不同射流冲击参数、不同多孔基质层设置位置，对氮化镓芯片实现不同效果的散热冷却，通过对多孔基质层表面镀膜，可以有效减小其与芯片接触面的界面热阻，提高导热效率。提高导热效率。提高导热效率。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置
[0001]本专利技术涉及高功率电子元器件冷却领域，具体为一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置。
技术介绍
[0002]氮化镓是第三代半导体的典型代表，具有高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射等特性，可以实现更高的电子浓度和更好的运动控制，在苛刻条件下更具优势；GaN材料拥有超过Si材料3.1倍的带隙、2.7倍的电子饱和速度和11.6倍的临界电场，这使得GaN适用于射频和功率转换应用；尤其是GaN高电子迁移率晶体管HEMT表现出二维电子气2DEG通道和良好的横向集成性能，这为充分利用GaN材料优点提供了有利条件；GaN以高功率和宽带优势，在飞行器上的相控阵雷达收发模块等设备中得到了广泛的应用；但是，随着GaN功率器件/模块朝着高功率密度化、高集成化方向发展，其热流密度越来越大；而且加之GaN材料本身热导率低，由此引发的封装引线热烧损和GaN芯片热击穿等问题突出；因此，GaN功率器件/模块封装需要具备快速、高效散热能力；
[0003]随着对电子器件散热要求的不断提高，传统的热控技术面临挑战；近年来，以微射流冷却技术为例的微热控技术逐渐引起了重视，并得到了重点研究与开发；微射流冲击冷却技术的工作原理为:液体从一狭小区域喷射到工作腔内，通过喷嘴/孔将液体雾化后，喷向需要冷却的电子器件或芯片，芯片上通常涂一层绝缘薄膜，液体在热源上蒸发汽化，带走热量；在射流冲击的过程中，流体借助特定形状的喷嘴直接喷射到电子器件或芯片的冷却壁面，具有极高的传热系数；因此，微射流冷却技术是一种高传热率的冷却方式；
[0004]相变材料是一种储能材料；通常，热能传递发生在物质不同相之间的转换过程中；高性能相变材料应具有储能容量大、导热系数高、化学稳定性好、相变温度适宜、成本低等特点；微胶囊是一种微包装技术，它将微小的固体、液体或气体材料包裹在天然或合成聚合物基质的外壳中，以保护不稳定或敏感的功能材料；因此，将相变材料进行微胶囊化能有效地发挥相变材料的蓄能特性；微胶囊相变材料相对于PCM的主要优点是：
①
传热面积更大；
②
降低PCM对外界环境的反应性，便于控制相变材料体积的变化；
[0005]多孔材料具有高比面积带来的传热性能好、高孔隙率带来的超轻量化等多方面的优势，使其在紧凑型换热器散热和微电子器件散热冷却中具有巨大的应用潜力；与传统材料相比，能根据不同流动工质及应用环境条件，可以设计出符合要求的结构，且孔径可在毫米级到微米甚至纳米级之间调制；多孔材料所具有的连续多孔结构，可以有效增强其导热性能；在多孔材料表面镀膜，也能有效降低多孔基质与其他材料接触情况下的界面热阻。
[0006]现有的相变流体射流冲击冷却装置存在的缺陷是：
[0007]1、专利文件CN115223967A公开了一种射流冷却装置、芯片组件及电子设备，“射流冷却装置包括顶盖、射流板和至少一个支撑件。顶盖设有容纳腔和进液管道，射流板收容于容纳腔内，并与顶盖活动连接，射流板包括相背的第一表面和第二表面以及贯穿第一表面和第二表面的射流孔，至少一个支撑件固接于射流板的第二表面，以用于抵持芯片。冷却介
质通过射流板冲射至芯片的表面，以对芯片进行冷却散热。当射流冷却装置与芯片进行安装时，由于射流板活动连接于顶盖，在顶盖与基板固定连接的同时，射流板相对于顶盖具有移动自由度，能够适配芯片翘曲所产生的公差，使得至少一个支撑件的抵持面抵持于芯片，从而有效控制射流板与芯片之间的射流高度，以达到较佳的冷却效果。”然而上述公开文献的一种射流冷却装置、芯片组件及电子设备只考虑射流冷却时芯片位置固定、射流高度不变的问题，没有考虑如何增强导热、如何应对高功率芯片发热的热聚集。因此，有必要提出一种措施，解决射流冲击冷却时芯片对外导热效率低的问题。
[0008]2、专利文件CN112185918A公开了一种用于芯片冷却近边缘射流的冲击射流歧管，“涉及用于芯片冷却近边缘射流的冲击射流歧管。公开了用于在直接液体冷却模块中利用近边缘射流进行芯片冷却的系统和方法。直接液体冷却模块的功能之一是向位于芯片上的部件提供冷却液体。射流直接冲击到芯片的背侧上是一种可以提供更高效冷却的冷却方法。孔板包括对应于高速射流位置的小直径孔洞的阵列和用于插入管以连接到低压腔体的大直径孔洞。”然而上述公开文献的一种用于芯片冷却近边缘射流的冲击射流歧管只考虑到冷却液直接冲击芯片背侧提高冷却效果的方法，没有考虑芯片表面与冷却液的接触界面的热阻较大，影响导热的问题。因此有必要提出一种方案，减少芯片表面的界面热阻，增强射流冲击时冷却液对芯片的冷却效果。
[0009]3、专利文件CN111446221B公开了一种低流阻芯片嵌入式阵列微射流散热器及其制造方法，“以粘弹性流体为介质，包括键合密封的芯片衬底、隔板和供液底板。芯片衬底上设置有若干微槽和微柱；隔板上设置若干射流微孔和回流微孔；供液底板上设置有工质入口、分液区、若干供液微槽道、若干回液微槽道、集液区和工质出口。分液区与工质入口相连通，供液微槽道与分液区相连通，回液微槽道与集液区相连通，集液区与工质出口相连通。本专利技术的芯片级嵌入式微射流散热器将冷却液直接引导至芯片的芯片衬底之中，大幅降低了热源至流体的导热热阻；利用微孔射流冷却结构在流场中触发弹性湍流，实现低雷诺数下的微流体换热强化，从而大幅降低流动阻力，减小泵功消耗。”然而上述公开文献的一种低流阻芯片嵌入式阵列微射流散热器及其制造方法考虑了降低射流冲击冷却时的冷却液流动阻力，从而减少泵功消耗，但没有考虑到芯片发热时表面可能存在的热量分布不均匀的问题。因此有必要提出一种措施，解决高功率芯片在工作状态下表面温度分布不均，热量聚集引起热击穿的问题。
技术实现思路
[0010]本专利技术的目的在于提供一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0011]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，包括射流冲击盒和射流冲击盒盖体，所述射流冲击盒的内部安装有射流冲击盒盖体，所述射流冲击盒盖体的顶部安装有螺纹座，所述射流冲击盒盖体的顶部通过螺纹座活动连接有进口管路，所述射流冲击盒盖体的顶部开设有嵌合槽，所述嵌合槽的内侧嵌合安装有可更换射流喷头，可更换射流喷头与进口管路对接，所述射流冲击盒盖体的底部通过螺栓安装有射流冲击盒基座，所述射流冲击盒基座的内侧活动安装有安装座，所述安装座的安装有印刷电路板，所述印刷电路板的顶部安装有氮化镓芯片，所述氮化镓芯片的
顶部活动安装有多孔基质层，所述安装座的顶部外围设置有环形流道，所述环形流道的底部开设有两组冷却液出口，冷却液出口开设在安装座的外壁上，射流冲击盒盖体的顶部贯穿安装有排压阀。
[0012]优选的，所述射流冲击盒基座的顶部安装有密封环，密封环抵在射流冲击盒盖体的底部，密封环位于安装座的外侧。
[0013]优选的，所述射流冲击盒基座的外侧安装有排水罩，所述排水罩的内侧安装有密封垫，密封垫紧贴在射流冲击本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，包括射流冲击盒(106)和射流冲击盒盖体(201)，其特征在于：所述射流冲击盒(106)的内部安装有射流冲击盒盖体(201)，所述射流冲击盒盖体(201)的顶部安装有螺纹座，所述射流冲击盒盖体(201)的顶部通过螺纹座活动连接有进口管路(205)，所述射流冲击盒盖体(201)的顶部开设有嵌合槽，所述嵌合槽的内侧嵌合安装有可更换射流喷头(206)，可更换射流喷头(206)与进口管路(205)对接，所述射流冲击盒盖体(201)的底部通过螺栓安装有射流冲击盒基座(202)，所述射流冲击盒基座(202)的内侧活动安装有安装座，所述安装座的安装有印刷电路板(209)，所述印刷电路板(209)的顶部安装有氮化镓芯片(208)，所述氮化镓芯片(208)的顶部活动安装有多孔基质层(207)，所述安装座的顶部外围设置有环形流道(204)，所述环形流道(204)的底部开设有两组冷却液出口(210)，冷却液出口(210)开设在安装座的外壁上，射流冲击盒盖体(21)的顶部贯穿安装有排压阀(214)。2.根据权利要求1所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述射流冲击盒基座(202)的顶部安装有密封环(203)，密封环(203)抵在射流冲击盒盖体(201)的底部，密封环(203)位于安装座的外侧。3.根据权利要求1所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述射流冲击盒基座(202)的外侧安装有排水罩(211)，所述排水罩(211)的内侧安装有密封垫(212)，密封垫(212)紧贴在射流冲击盒基座(202)的外壁，所述排水罩(211)的底端安装有下水管(213)。4.根据权利要求1所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述进口管路(205)的顶端安装有循环管路(103)，所述进口管路(205)的顶端通过循环管路(103)连接有节流阀(105)。5.根据权利要求1所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述射流冲击盒盖体(201)与射流冲击盒基座(202)组合后会形成一个空腔，氮化镓芯片(208)的外表面设置有绝缘涂层，印刷电路板(209)的外表面设置有绝缘涂层。6.根据权利要求4所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述节流阀(105)的输出端通过循环管路(103)连接有循环泵(104)，节流阀(105)通过循环管路(103)与循环泵(104)的输出端连接。7.根据权利要求6所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述循环泵(104)的输入端通过循环管路(103)连接有冷却液储罐(102)，所述冷却液储罐(102)的内部存放有相变冷却液(101)。8.根据权利要求3所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述下...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦琦，全瑞星，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。