專利名稱：脈沖射流肋片冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子器件的冷卻系統(tǒng)，特別涉及一種結(jié)合射流冷卻技術(shù)和肋片散熱器的高效冷卻裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子器件的集成化和微型化不斷升級(jí)，其功率和集成度大幅度提高，功率器件的熱流密度不斷上升，散熱成為微電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)主要障礙。只有對(duì)電子設(shè)備的耗熱元件以及整機(jī)或系統(tǒng)采用合適的冷卻技術(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)它們的溫升進(jìn)行控制，才能保證電子設(shè)備或系統(tǒng)正常、可靠地工作。對(duì)于新一代電子設(shè)備而言，傳統(tǒng)的冷卻器的設(shè)計(jì)限制與制作技術(shù)已無法合乎要求。在電子設(shè)備的總尺寸、質(zhì)量、所耗金屬材料和流阻性能增加不多的前提下，采用肋片散熱器可以增加散熱表面面積，提高散熱量。型材散熱器、叉指散熱器和圓柱針肋散熱器是常用的幾種肋片散熱器。盡管三角形肋片相對(duì)于矩形肋片較難加工，但是其質(zhì)量約為矩形肋片的一半，因此三角形肋片散熱器經(jīng)常被采用。對(duì)于由微處理器和控制電路等高功率密度電子元件構(gòu)成的超級(jí)計(jì)算機(jī)等設(shè)備，其熱流密度非常大，量級(jí)在100W/cm2左右或更高。由于容積限制，高性能服務(wù)器和筆記本的熱流密度也非常高。肋片散熱器一般導(dǎo)致熱流中的干涉，并且可以導(dǎo)致非常高的熱阻和芯片表面的溫度不均勻。針對(duì)上述問題，可以采用自由通風(fēng)和強(qiáng)制通風(fēng)減小散熱器的熱阻，但是這些方法通常需要消耗較大的泵功，而且高熱流密度可以產(chǎn)生熱噪聲或暗電流?？傊?，高熱流密度電子器件對(duì)于高效的冷卻技術(shù)的需求十分迫切。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種電子器件的冷卻系統(tǒng)，該冷卻裝置結(jié)合了脈動(dòng)沖擊射流冷卻技術(shù)和肋片散熱器，采用脈動(dòng)流強(qiáng)化肋片散熱器的傳熱傳質(zhì)過程，提高散熱效率，降低能耗。其工作原理為通過電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)的脈沖流，并經(jīng)過脈沖射流矩陣噴射到肋片散熱器上；電子芯片所產(chǎn)生的熱量通過絕熱墊片主要以導(dǎo)熱方式傳遞給肋片散熱器，肋片散熱器通過肋片傳輸?shù)街車h(huán)境。由于流體通過狹縫型噴嘴直接沖擊肋片表面，流程短且被沖擊的表面上的流動(dòng)邊界層薄，從而使直接受到?jīng)_擊的區(qū)域產(chǎn)生很強(qiáng)的換熱效果，強(qiáng)化肋片的散熱過程。由電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)的脈沖流，可以擾亂邊界層進(jìn)而影響局部換熱率，能夠降低冷卻系統(tǒng)的能耗，進(jìn)一步提高射流冷卻的效率。其中所述的肋片散熱器可以由鋁或銅等導(dǎo)熱性能良好的材料制成，肋片采用三角形截面，高度相等，并在基片表面等間距排列。三角形肋片的質(zhì)量約為矩形肋片的一半。射流陣列由開口向下的狹縫型噴嘴等間距排列而成，噴嘴位置位于兩個(gè)相鄰的肋片中間。肋片的尺寸和間距以及噴嘴的位置和尺寸按照芯片尺寸和總體封裝需求確定。其中所述的脈沖射流可以由壓力控制閥和電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置調(diào)控其噴射速度、射流波形、射流頻率以及振幅，以達(dá)到理想的散熱效率。本發(fā)明能夠產(chǎn)生的有益效果采用冷卻介質(zhì)沖擊換熱，換熱系數(shù)高，對(duì)于大熱流密度的電子器件能夠有效快速降溫；非穩(wěn)態(tài)脈動(dòng)流可以強(qiáng)化沖擊射流的傳熱過程，提高散熱效率，降低能耗，并且可以根據(jù)需要設(shè)置射流參數(shù)，適應(yīng)工況變化。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖圖2是射流肋片散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖圖3是射流陣列的結(jié)構(gòu)圖圖4顯示了三角形肋片的截面圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明包含脈動(dòng)流發(fā)生裝置和射流肋片散熱器兩部分。氣體由入口I進(jìn)入空氣壓縮缸2，通過開關(guān)閥3和壓力控制閥5控制氣流在管路4中的流動(dòng)，進(jìn)入電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置6中的穩(wěn)態(tài)氣流轉(zhuǎn)換成脈動(dòng)流，脈動(dòng)流進(jìn)入射流陣列7并通過狹縫型噴嘴直接沖擊肋片8表面。進(jìn)入電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置6中的穩(wěn)態(tài)氣流的速度由壓力控制閥5設(shè)置，穩(wěn)態(tài)氣流進(jìn)入電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置6后可以按照預(yù)置的射流波形、射流頻率和振幅轉(zhuǎn)換成非穩(wěn)態(tài)的脈動(dòng)流。如圖2所示，電子芯片10所產(chǎn)生的熱量通過絕熱墊片9主要以導(dǎo)熱方式傳遞給肋片散熱器，肋片散熱器由三角形肋片12和基片13組成，肋片散熱器將熱量傳輸?shù)街車h(huán)境。冷卻介質(zhì)經(jīng)由狹縫型噴嘴11直接沖擊肋片表面，加強(qiáng)肋片表面的空氣流動(dòng)，換熱系數(shù)高，對(duì)于大熱流密度的電子器件能夠有效快速降溫。如圖3所示，射流陣列由狹縫型噴嘴11等間距排列而成，噴嘴位置位于兩個(gè)相鄰的肋片中間。肋片的尺寸和間距以及噴嘴的位置和尺寸按照芯片尺寸和總體封裝需求確定。如圖4所示，肋片散熱器可以由鋁或銅等導(dǎo)熱性能良好的材料制成，肋片采用三角形截面，聞度相等，并在基片表面等間距排列。
權(quán)利要求1.脈沖射流肋片冷卻裝置，包括氣體入口(I)，空氣壓縮缸(2)，開關(guān)閥(3)，管路(4)，壓力調(diào)節(jié)閥(5)，電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置￠)，脈沖射流陣列(7)，肋片散熱器(8)，絕熱墊片(9)和電子芯片(10)，其特征在于通過電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置(6)產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)的脈沖流，并經(jīng)過脈沖射流陣列(7)噴射到肋片散熱器(8)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖射流肋片冷卻裝置，其特征在于所述的脈沖射流可以由壓力控制閥(5)和電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置(6)調(diào)控其噴射速度、射流波形、射流頻率以及振幅，以達(dá)到理想的散熱效率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖射流冷卻裝置，其特征在于脈沖射流陣列(7)由狹縫型噴嘴(11)等間距排列，開口向下，噴嘴位置位于兩個(gè)相鄰的肋片中間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的脈沖射流冷卻裝置，其中所述的肋片散熱器可以由鋁或銅等導(dǎo)熱性能良好的材料制成，肋片采用三角形截面(12)，高度相等，并在基片表面等間距排列。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種電子器件的冷卻系統(tǒng)，結(jié)合脈沖射流冷卻技術(shù)和肋片散熱器形成一種高效冷卻裝置。主要包括脈動(dòng)流發(fā)生裝置、射流矩陣和肋片散熱器，其特征在于通過電子信號(hào)驅(qū)動(dòng)聲學(xué)激勵(lì)裝置產(chǎn)生非穩(wěn)態(tài)的脈動(dòng)流，并經(jīng)過脈沖射流矩陣噴射到肋片散熱器上。冷卻介質(zhì)直接沖擊肋片表面，并通過非穩(wěn)態(tài)的脈動(dòng)流強(qiáng)化傳熱過程，提高散熱效率，降低能耗，對(duì)于大熱流密度的電子器件能夠有效快速降溫，并且可以根據(jù)需要設(shè)置射流參數(shù)，適應(yīng)工況變化。
文檔編號(hào)H05K7/20GK202841823SQ20122054459
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2012年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月14日
發(fā)明者徐鵬, 邱淑霞, 喬憲武 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院