蛛网形微通道散热装置及其控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种蛛网形微通道散热装置及其控制系统，属于微通道散热器技术领域；解决了目前微通道散热器存在的散热介质流动阻力大、换热表面温度分布不均匀的问题；包括蛛网形微通道热沉和风冷散热器，蛛网形微通道热沉包括微通道主体和密封盖板，微通道主体包括流体入口、主流微通道、流体出口、进口压力测量端口和出口压力测量端口，密封盖板固定有微通道主体的正面，微通道主体的背面固定发热元件；在主流微通道的中心位置处向外均匀辐射分布有正十边形或正十二边形或正十四边形或圆形结构的流体微通道；微通道主体的流体入口通过动力泵连接储液器，流体出口连接风冷散热器的入口，风冷散热器的出口连接储液器；本发明专利技术应用于芯片散热。应用于芯片散热。应用于芯片散热。

【技术实现步骤摘要】
蛛网形微通道散热装置及其控制系统


[0001]本专利技术提供了一种蛛网形微通道散热装置及其控制系统，属于微通道散热器


技术介绍

[0002]随着电子技术的迅猛发展，设备微型化是科技发展的趋势。芯片设备的高密度集成伴随着功率密度大幅的增大，带来设备发热量的集中。而当微电子设备的热流密度超过100W/cm2时，传统的传热设备无法解决散热问题，且微电子芯片的集成元件每年以40％～50％的速度递增，特别是在一些尖端
如大功率雷达的微电子芯片，瞬态热流密度甚至高达107W/m2。若不能及时有效地对芯片散热，热量堆积将会造成芯片性能下降、寿命降低，甚至烧毁器件。据统计，微电子芯片的失效55％以上是由散热问题导致，且器件的工作环境温度在70
‑
80℃水平上，每增加1℃，可靠性下降5％。因此微型换热器的研究成为工业生产和科学研究的热点问题，其传热效率高，流动阻力小的特点在工业领域有重要的应用前景。微尺度换热器就是在这种背景下发展起来的一种新的冷却技术。
[0003]目前国内外学者正在积极着手研究的微冷却器包括：微通道散热器、微冷冻机、微热管均热片、整合式微冷却器及微射流阵列热沉等。其中，微通道散热器因其比表面积大、单位面积换热强度高、自重轻、体积小、可以直接集成在散热芯片上避免了热应力匹配问题等优点，被认为是解决高热流密度微型设备散热问题的有效方法之一，得到了国内外学者的高度重视和广泛研究。但是微通道散热器存在两个设计上的局限。其一，是由于小尺寸所产生的较大流动阻力；其二，热流密度高引起冷却介质在入口、出口间温度变化较大，导致换热表面温度分布不均。
[0004]因此，设计压降较小，温度分布均匀的微通道散热器成为微电子芯片散热的关键技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决目前微通道散热器存在的散热介质流动阻力大、换热表面温度分布不均匀的问题，提出了一种蛛网形微通道散热装置及其控制系统。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种蛛网形微通道散热装置，包括蛛网形微通道热沉和风冷散热器，所述蛛网形微通道热沉包括微通道主体和密封盖板，所述微通道主体包括流体入口、主流微通道、流体出口，所述流体入口和流体出口处分别设置有进口压力测量端口和出口压力测量端口，所述密封盖板固定在微通道主体的平面上，所述微通道主体的另一平面上固定发热元件；
[0007]所述密封盖板上设置有进口压力测量传感器固定孔和出口压力测量传感器固定孔，分别对应微通道主体的进口压力测量端口和出口压力测量端口位置设置；
[0008]所述主流微通道与流体入口、流体出口在同一条直线上，在主流微通道的中心位置处仿照蛛网结构向外均匀辐射分布有正十边形或正十二边形或正十四边形或圆形结构
的流体微通道；
[0009]所述微通道主体的流体入口通过动力泵连接储液器，所述微通道主体的流体出口连接风冷散热器的入口，所述风冷散热器的出口连接储液器，使储液器内的液体形成循环。
[0010]所述微流体通道具体采用正十边形结构的蛛网形状。
[0011]所述流体入口和流体出口处的宽度相等，所述主流微通道中心处的宽度小于流体入口和流体出口处的宽度。
[0012]所述流体微通道上还能够开设对角通道。
[0013]所述主流微通道中心处的宽度为0.4
‑
0.8mm。
[0014]所述微通道主体采用硅、不锈钢、铜或者金属合金材料制作完成；
[0015]所述密封盖板采用硅、不锈钢、铜或者耐温透明玻璃材料制作完成。
[0016]所述主流微通道和流体微通道采用微铣销、注塑、铸造、激光加工或刻蚀中的一种或多种加工而成。
[0017]所述风冷散热器的翅片采用波纹形状的翅片，所述翅片上设置有入口和出口，分别连接微通道主体和储液器，所述翅片上表面固定有散热窗，所述散热窗内固定有散热风扇叶片。
[0018]一种蛛网形微通道散热装置的控制系统，采用蛛网形微通道散热装置，所述微通道主体的流体入口和流体出口处分别连接有一个热电偶，分别测量流体入口和流体出口处的液体温度，所述微通道主体上的发热元件连接有一个热电偶，测量加热壁面的温度；
[0019]所述进口压力测量端口固定孔和出口压力测量端口固定孔上分别放置有压力传感器，测量微通道主体的进口压力和出口压力；
[0020]所述动力泵的控制端、风冷散热器的控制端、流量计、热电偶、压力传感器分别通过导线与温控系统相连。
[0021]本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：本专利技术提供的蛛网形微通道散热装置及其控制系统通过将水力散热引入微通道热沉，再通过风冷散热器及温控系统的控制，能够大幅提高散热装置的冷却能力，且本专利技术的微通道热沉中的微流体通道采用正十边形的蛛网结构，能够提高微通道的散热能力，且其换热表面的温度分布较为均匀。
附图说明
[0022]下面结合附图对本专利技术做进一步说明：
[0023]图1为本专利技术实施例中蛛网形微通道热沉分体的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术实施例中蛛网形微通道热沉合体的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术实施例中微通道主体的结构示意图；
[0026]图4为本专利技术控制系统的连接结构示意图；
[0027]图5、图6、图7为本专利技术采用的风冷散热器的结构示意图；
[0028]图8为正六边形、正八边形、正十边形、正十二边形、正十四边形、圆形六种的蛛网结构示意图；
[0029]图9为六种蛛网微通道温度与压降走势图；
[0030]图10为六种蛛网微通道加热面温度分布图；
[0031]图11为六种蛛网微通道结构沿主通道温度分布及平均温度数值；
[0032]图12为六种蛛网微通道流场分布图；
[0033]图13为添加了对角通道的六种蛛网结构图；
[0034]图14为添加了对角通道的六种蛛网微通道的温度走势对比图；
[0035]图15为添加了对角通道的六种蛛网微通道的压降走势对比图；
[0036]图16为添加了对角通道的六种蛛网微通道的温度分布图；
[0037]图17为添加了对角通道的六种蛛网微通道的流场分布图；
[0038]图18为不同宽度主通道的十边形蛛网微通道结构图；
[0039]图19为不同宽度主通道的十边形蛛网微通道的温度与压降走势图；
[0040]图20为不同宽度主通道的十边形蛛网微通道的温度云图；
[0041]图21为不同宽度主通道的十边形蛛网微通道的流场分布云图；
[0042]图中：1为微通道主体、2为密封盖板、3为流体入口、4为进口压力测量端口、5为流体微通道、6为出口压力测量端口、7为流体出口、8为主流微通道、9为进口压力测量传感器固定孔、10为出口压力测量传感器固定孔、11为第一热电偶、12为第二热电偶、13为第三热电偶、14为进口压力传感器、15为出口压力传感器、16为风冷散热器、17为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蛛网形微通道散热装置，其特征在于：包括蛛网形微通道热沉和风冷散热器，所述蛛网形微通道热沉包括微通道主体和密封盖板，所述微通道主体包括流体入口、主流微通道、流体出口，所述流体入口和流体出口处分别设置有进口压力测量端口和出口压力测量端口，所述密封盖板固定在微通道主体的平面上，所述微通道主体的另一平面上固定发热元件；所述密封盖板上设置有进口压力测量传感器固定孔和出口压力测量传感器固定孔，分别对应微通道主体的进口压力测量端口和出口压力测量端口位置设置；所述主流微通道与流体入口、流体出口在同一条直线上，在主流微通道的中心位置处仿照蛛网结构向外均匀辐射分布有正十边形或正十二边形或正十四边形或圆形结构的流体微通道；所述微通道主体的流体入口通过动力泵连接储液器，所述微通道主体的流体出口连接风冷散热器的入口，所述风冷散热器的出口连接储液器，使储液器内的液体形成循环。2.根据权利要求1所述的一种蛛网形微通道散热装置，其特征在于：所述微流体通道具体采用正十边形结构的蛛网形状。3.根据权利要求2所述的一种蛛网形微通道散热装置，其特征在于：所述流体入口和流体出口处的宽度相等，所述主流微通道中心处的宽度小于流体入口和流体出口处的宽度。4.根据权利要求3所述的一种蛛网形微通道散热装置，其特征在于：所述流体微通道上还能够开设对角通道。5.根据权利要求3所述的一种蛛网形微...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫红梅，王宁，王栋，陆辉山，王福杰，闫宏伟，高强，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：