專利名稱：直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變取熱裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種應用于大功率電子、電力及光電子器件的冷卻裝置， 特別是一種直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變取熱裝置。
背景技術：
目前對大功率電子、電力及光電子器件的冷卻主要采用兩種方式一 種是采用散熱片結合風扇進行空冷，這種技術通過在發(fā)熱體表面加貼散熱 肋片并在兩者的接觸面上涂抹導熱硅膠(硅脂)以減小導熱熱阻，風扇安 置在散熱肋片端面上利用對流換熱原理將熱量通過肋片表面散失到環(huán)境 中去，從而保證器件在正常工作溫度范圍內工作。這種技術的主要缺陷是 隨著電子、電力及光電子器件功率的提高，器件維持正常的工作溫度時所 需散失的熱量增加，風扇的功耗和肋片所需的散熱面積越來越大，而散熱 面積的增大又會降低肋片的效率，散熱總能力無法大幅提高。另一種方法 是采用水泵進行強制水冷，水流過發(fā)熱體的表面帶走發(fā)熱體產生的熱量， 隨著電子、電力及光電子器件功率的增加，散熱器所需的換熱面積就會越 大，散熱總能力同樣無法大幅提高。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有風冷及水冷散熱技術需要較大散熱面積、散 熱能力不足的技術缺陷，公開一種直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變 取熱裝置，該裝置無外加功耗、散熱面積小、散熱熱流密度高及散熱總能 力大。
為達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案是
一種直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變取熱裝置，其包括一取熱 器，所述取熱器為抽真空的密封體且其內灌注有液體工質；取熱器的一側 壁為受熱壁，受熱壁由導熱材料制成，在受熱壁內表面設有多個直肋，形 成直肋群；在直肋外表面和肋間壁面上設有多個毛細微槽道，形成微槽群，
毛細微槽道形成毛細力，以將毛細微槽道邊的液體工質吸入到微槽道內，
并在微槽道內形成能進行相變換熱的薄液膜區(qū)域；
取熱器殼體上設置有使蒸汽流向冷凝器的蒸汽出口和使凝結液從冷 凝器流回的凝結液入口；
使用時，受熱壁的外表面與發(fā)熱體外表面緊密貼連在一起。
所述的裝置，其所述直肋為矩形直肋，高度在1 100mm之間，厚度 在0.4 30mm之間，長度在l-100mm之間，直肋的間距在0.5 30mm之間； 毛細微槽道的橫截面為矩形，寬度在0.05 2mm之間，深度在0.05 2mm 之間，毛細微槽道的間距在0.05 5mm之間。
所述的裝置，其所述多個直肋縱向密布排列，多個毛細微槽道縱向密 布排列。所述的裝置，其所述多個毛細微槽道縱向密布排列，縱向密布排列的 多個毛細微槽道上交叉橫向排列有多個毛細微槽道，橫向毛細微槽道的寬
度和深度在0. 05~2mm之間，間距在O.l-lOmm之間。
所述的裝置，其所述多個毛細微槽道，其橫截面為梯形，梯形的上底 邊長度為0.05 2mm，下底邊長度為0.07~4mm,槽深為0. 05~8mm，間距 為0. 05 5mm。
所述的裝置，其所述多個毛細微槽道，其橫截面為三角形，三角形的 槽底頂角為5° 120°，槽深為0.05 8mm，間距為0.05 5mm。
所述的裝置，其所述受熱壁的外表面與發(fā)熱體外表面緊密貼連在一 起，是通過導熱硅膠緊密貼連在一起。
所述的裝置，其所述取熱器的受熱壁即為發(fā)熱體的外表發(fā)熱面，兩者 做成一體。
所述的裝置，其所述液體工質為無水乙醇、甲醇或蒸餾水；發(fā)熱體為 電子、電力及光電子器件。
技術效果
本發(fā)明通過直接在發(fā)熱體表面上或在緊貼發(fā)熱體表面的導熱材料外 表面上設置多個直肋，形成直肋群。直肋群增加了發(fā)熱體表面或導熱材料 外表面的擴展換熱面積，并且增加發(fā)熱體表面或導熱材料表面的剛性強 度；在直肋外表面和肋間壁面上加工許多毛細微槽道，毛細力將液體工質 吸入到微槽道內。發(fā)熱體的一部分熱量通過直肋進入到微槽道中，另一部 分直接通過肋間壁面上的換熱表面進入微槽道，微槽道中的液體工質受熱后通過高強度的微細尺度蒸發(fā)和沸騰復合相變換熱方式帶走發(fā)熱體的熱 量，使發(fā)熱體降溫。本發(fā)明通過直肋群的導熱和液體工質的相變換熱兩種 方式進行，實現(xiàn)了無功耗的取熱。研究表明，發(fā)熱體表面加肋可以有效的 增加換熱表面積，提高換熱量；同時，毛細微槽內工質的微細尺度蒸發(fā)和 沸騰復合相變換熱有著極高的強度，其蒸發(fā)和沸騰熱流密度的理論極限值 比目前高性能芯片的最高熱流密度還要高出約兩個數(shù)量級。利用直肋的導 熱及外表面上毛細微槽群中液體工質的相變換熱，這兩種傳熱過程的組合 可以獲得非常好的取熱效果。這種高效率的直肋熱擴展強化結構微細尺度 復合相變取熱方法可以減小換熱面尺寸，因而采用本發(fā)明能很好地解決目 前及今后的大功率電子、電力及光電子器件的散熱問題，降低和控制大功 率電子、電力及光電子器件的工作溫度，保證并提高器件的工作性能。
圖1是本發(fā)明的直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變取熱器的直肋
結構示意圖2是圖1中A部第一種結構的局部放大示意圖； 圖3是圖1中A部第二種結構的局部放大示意圖；； 圖4是圖1中A部第三種結構的局部放大示意圖；；
圖5采用本發(fā)明方法的直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變取熱裝 置的一種實施例。
具體實施方式
實施例1:
見圖5，本發(fā)明的直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變取熱裝置的 結構示意圖。它包括一取熱器5，取熱器5為抽真空的密封體且其內灌注
有液體工質，取熱器5的一側壁為受熱壁，受熱壁由導熱材料制成，受熱 壁的外表面通過導熱硅膠(硅脂)與發(fā)熱體8外表面緊密貼連在一起，受 熱壁的內表面設有多個直肋1，多個直肋l縱向平行排列，形成直肋群。 所述直肋群增加了受熱壁內表面的擴展換熱面積，并且增加了受熱壁面的 剛性強度。在直肋l外表面和肋間壁面上設有多個毛細微槽道2，毛細微 槽道2也是縱向密布排列，多個毛細微槽道2形成微槽群。毛細微槽道2 大小適合形成毛細力，對多種工質如無水乙醇或蒸餾水都有毛細力作用， 以將毛細微槽道2所接觸的液體工質吸入到毛細微槽道2內，并在毛細微 槽道2內形成能進行高強度相變換熱的薄液膜區(qū)域。
直肋l為矩形直肋，其高度為30mm，厚度為6mm，長度為40腿，兩直 肋1的間距為8mm。毛細微槽道2的寬度為0. 4mm、深度為0. 9mm，兩毛 細微槽之間的間距為0. 4mm。取熱器5殼體上還設置有可使蒸汽流向冷凝 器的蒸汽出口 6和使凝結液從冷凝器流回的凝結液入口 7。取熱器5內的 液體工質如無水乙醇或蒸餾水具有較高的汽化潛熱，在毛細力的作用下， 液體工質在微槽道2中通過高強度的微細尺度蒸發(fā)和沸騰復合相變換熱方 式帶走發(fā)熱體8的全部熱量，從而使發(fā)熱體8冷卻。發(fā)熱體8可以是電子、 電力及光電子器件或其他發(fā)熱體。
本發(fā)明的直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變取熱裝置，其操作包 括步驟a) 直接在發(fā)熱體表面上或在緊貼發(fā)熱體表面的導熱材料外表面上設 置多個直肋，形成直肋群，直肋群增加了發(fā)熱體表面或導熱材料外表面的
換熱面積和剛性強度；
b) 在直肋表面和肋間壁面上設置多個毛細微槽道，形成毛細微槽群；
c) 將a) 、b)步得到的直肋群和毛細微槽群的一部分部浸入到液體工質 中，液體工質在毛細力的作用下被吸入到多個毛細微槽道內，在微槽道內 形成微細尺度蒸發(fā)和沸騰復合相變換熱的連續(xù)液膜分布；
d) 發(fā)熱體的一部分熱量通過直肋進入到毛細微槽道中，另一部分直接 通過肋間壁面上的換熱表面進入毛細微槽道，毛細微槽道中的液體工質受 熱后通過微細尺度蒸發(fā)和沸騰復合相變換熱方式帶走發(fā)熱體的熱量，從而 使發(fā)熱體冷卻。
實施例2:
見圖1，直接在發(fā)熱體8表面上或在緊貼發(fā)熱體8表面的導熱材料外 表面上設置多個直肋l，形成直肋群，在直肋1外表面和肋間壁面上加工 出多個毛細微槽道2，形成微槽群，這種帶有直肋群和微槽群結構的熱沉 稱為直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變熱沉。圖1中直肋1縱向密布 排列；圖2為圖1中圓圈部分的放大圖，可見毛細微槽道2也是縱向密布 排列。毛細微槽2對多種工質如無水乙醇或蒸餾水都有毛細力作用。發(fā)熱 體8的熱量部分進入到直肋1中，同時，毛細力將液體工質吸到直肋上的 毛細微槽道2內，液體工質在毛細微槽道2的受熱區(qū)域內蒸發(fā)和沸騰帶走 發(fā)熱體8的熱量，從而實現(xiàn)對發(fā)熱體8的冷卻。實施例3:
本實施例取熱器5的多個毛細微槽道2縱向密布排列，縱向密布排列 的毛細微槽道2上交叉排列有多個橫向毛細微槽道2。設置橫向排列毛細
微槽道2可保證超高熱負荷下液體工質沿縱向毛細微槽道2流動的毛細驅
動力，使受熱區(qū)蒸發(fā)掉的液體工質得到及時地補充，從而進一步提高取熱
能力。本實施例縱向毛細微槽道2的槽寬O. 2腿、槽深0. 5醒、槽間距0. 2咖， 橫向毛細微槽道的槽寬O. 4mm、槽深O. 8腿、槽間距5腿。
實施例4:
見圖3，本實施例熱沉的多個毛細微槽道3縱向密布排列，且毛細微 槽道3的橫截面為梯形，梯形的上底邊長度為0. 2mm，下底邊長度為0. 4mm， 槽深為0. 8mm，間距為0. 2ran。
實施例5，
見圖4，本實施例熱沉的多個毛細微槽道4縱向密布排列，且毛細微 槽道4的橫截面為三角形，三角形的槽底頂角為30°，槽深為0.6腿，間 距為0. 2mm。
本實施例取熱器5的受熱壁為芯片的外表發(fā)熱面。即直接將發(fā)熱體8 外表面與取熱器5做成一體，作為取熱器5的受熱壁，并在受熱壁內表面設置多個直肋l，形成直肋群，在直肋1外表面和兩直肋1之間的導熱材 料表面加工多個毛細微槽道2，形成微槽群。本實施例的其他部分同實施 例1 。
權利要求1、一種直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變取熱裝置，其特征在于，包括一取熱器，所述取熱器為抽真空的密封體且其內灌注有液體工質；取熱器的一側壁為受熱壁，受熱壁由導熱材料制成，在受熱壁內表面設有多個直肋，形成直肋群；在直肋外表面和肋間壁面上設有多個毛細微槽道，形成微槽群，毛細微槽道形成毛細力，以將毛細微槽道邊的液體工質吸入到微槽道內，并在微槽道內形成能進行相變換熱的薄液膜區(qū)域；取熱器殼體上設置有使蒸汽流向冷凝器的蒸汽出口和使凝結液從冷凝器流回的凝結液入口；使用時，受熱壁的外表面與發(fā)熱體外表面緊密貼連在一起。
2、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述直肋為矩形直肋， 高度在l-100mm之間，厚度在0.4 30mm之間，長度在l~100mm之間， 直肋的間距在0.5 30mm之間；毛細微槽道的橫截面為矩形，寬度在 0.05 2mm之間，深度在0.05~2mm之間，毛細微槽道的間距在0. 05 5mm 之間。
3、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個直肋縱向密 布排列，多個毛細微槽道縱向密布排列。
4、 根據(jù)權利要求1或3所述的裝置，其特征在于，所述多個毛細微 槽道縱向密布排列，縱向密布排列的多個毛細微槽道上交叉橫向排列有多 個毛細微槽道，橫向毛細微槽道的寬度和深度在0.05 2mm之間，間距在 0.1 10mm之間。
5、 根據(jù)權利要求1或3所述的裝置，其特征在于，所述多個毛細微槽道，其橫截面為梯形，縱向密布排列，梯形的上底邊長度為0.05 2mm， 下底邊長度為0.07 4mm，槽深為0. 05 8mm，間距為0. 05 5mm。
6、 根據(jù)權利要求1或3所述的裝置，其特征在于，所述多個毛細微 槽道，其橫截面為三角形，縱向密布排列，三角形的槽底頂角為5°~120°， 槽深為0.05 8mm，間距為0.05 5mm。
7、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述受熱壁的外表面 與發(fā)熱體外表面緊密貼連在一起，是通過導熱硅膠緊密貼連在一起。
8、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述取熱器的受熱壁 即為發(fā)熱體的外表發(fā)熱面，兩者做成一體。
9、 根據(jù)權利要求1或8所述的裝置，其特征在于，所述液體工質為 無水乙醇、甲醇或蒸餾水；發(fā)熱體為電子、電力及光電子器件。
專利摘要本實用新型一種直肋熱擴展強化結構微細尺度復合相變取熱裝置，涉及散熱冷卻技術。本實用新型的裝置包括一受熱面設置有直肋群和毛細微槽群并抽真空的取熱器，取熱器中有液體工質。本實用新型通過直肋群的導熱和液體工質的微細尺度復合相變換熱兩種方式，實現(xiàn)了無功耗的取熱。
文檔編號H01L23/34GK201160359SQ20082007883
公開日2008年12月3日 申請日期2008年1月30日 優(yōu)先權日2008年1月30日
發(fā)明者唐大偉, 濤 王, 肖送連, 胡學功 申請人:中國科學院工程熱物理研究所