专利名称：一种风扇－搅拌型液态金属芯片散热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及计算机芯片散热装置，特别涉及一种通过外置或内置的微电机驱动低熔点金属或其合金流动，从而实现热量输运的结构紧凑的风扇-搅拌型液态金属芯片散热器。
背景技术：
高集成度计算机芯片的正常工作温度，需维持在一定水平之下，因此高功率密度散热器件一直成为业界的发展重点。目前，计算机上主要采用受迫对流空气来冷却发热器件，但该方式的散热量有限；为此，人们正逐步尝试采用水冷或其他有机液体实现散热，但这类方法由于存在蒸发导致器件老化、腐蚀，甚至出现泄露造成芯片烧毁等问题，而其它散热方式如热管的相变换热，又对器件的制作工艺要求较高。
发明名称为《一种芯片散热用散热装置》的中国专利ZL02257291.0，首次将熔点在室温附近的液体金属拓展用于芯片散热，为计算机芯片散热提供了新的冷却模式。该芯片散热用散热装置，包括一内部开有流道，且流道内装有液体低熔点金属或其合金流动工质的主散热器，该主散热器与待冷却芯片表面相接触的另一表面上设有散热片；至少一个内部开有流道，且流道内装有液体低熔点金属或其合金流动工质的副散热器，该副散热器的表面上设有散热片；连接管道连通于主、副散热器之间，连接管道上设有用于驱动液体低熔点金属或其合金流动工质流动的微型泵；所述的流动工质为在室温附近即可熔化的低熔点金属镓或其合金；其优点集散热肋片散热和对流冷却散热于一体，体积尺寸小，散热表面大，传热效率高；整体结构形式多样，适用面宽；循环过程封闭，对环境无影响。但存在着一下缺陷由于驱动泵设置于管道上，使得整个散热器体积偏大，这对于一些紧凑性要求较高的计算机，安置存在很大困难。为此，本实用新型特别提供一种技术，可将微型搅拌机构设置于主散热器内，从而构造一种集搅拌、散热于一体的液体金属散热器。
发明内容
本实用新型的目的在于为使基于液体金属的芯片散热器的控制更方便，且能耗尽可能低、体积尽可能小，而提供一种紧凑型的风扇-搅拌式芯片散热装置；其工作原理是采用外置或内置于散热片内的电机带动搅拌叶片，驱动散热器基底流道内的液体金属流动，从而持续不断地将芯片发热端产生的热量迅速传输走。该散热器结构紧凑，可针对不同微/纳米高功率发热元件的散热需求制做成各种微型或稍大一些尺寸的散热器。
本实用新型的技术方案如下本实用新型提供的结构紧凑的风扇-搅拌型液态金属芯片散热器，包括一个或多个导热平片1，所述导热平片1的内部开有流通通道，其流通通道内装有液体金属镓或其合金；所述导热平片1的流通通道之间由连接管道13相连通，连接管道13上安装有单向阀；安装在所述导热平片1表面上的散热肋片5，其特征在于，还包括安装在散热肋片5之间，或者安装在导热平片1的流通通道内的由外接电源17驱动的微电机6；安装在导热平片1的流通通道内的横杆连接机构，所述横杆连接机构由横杆9和安装在横杆9两端的搅拌叶片7组成；所述微电机6的输出传动轴穿与所述横杆连接机构9相连并驱动其转动；所述流通通道内流动的液体金属镓合金为金属镓与锡、铋或铟组成的合金；在所述散热肋片5之上安装有一由外置电机17驱动的散热风扇14。
所述的散热肋片5的横截面形状为正方形、长方形、三角形或圆形，所构成的散热肋片整体尺寸为在1mm×1mm×1mm到10cm×10cm×10cm之间。
所述的散热肋片5为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材料做成的肋片。
所述的导热平片1为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材质做成的平片。
所述的支撑垫11为电机与导热片1之间的固定及支撑机构，材质可为高导热金属铝、铜、银或半导体硅。
所述的连接管道13为高导热金属材料铝、铜或银或有机玻璃材质的管道；也可以为由塑料做成的柔性管道。
所述的支撑柱16为散热肋在导热片1上的固定及支撑机构，材质可为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材料。
本实用新型在于在液体金属空间内引入了驱动搅拌叶片，搅拌叶片由电机带动，结构简单，搅拌叶片在液态金属中旋转从而驱动液态金属流动以达到高效输运芯片热量的目的。本实用新型在主散热器的顶部安装了风扇，从而使肋片间的空气实现了强制对流换热，加强了散热器散热的效果，根据散热的需要，也可以在辅散热器的顶部安装风扇以强化换热。
附图1为本实用新型的结构示意图；附图2为图1的A-A截面示意图；附图3为本实用新型串联使用的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述本实用新型附图1为本实用新型的结构示意图；附图2为图1的A-A截面示意图；附图3为本实用新型串联使用的示意图。由图可知，本实用新型提供的结构紧凑的风扇-搅拌型液态金属芯片散热器，包括一个或多个导热平片1，所述导热平片1的内部开有流通通道，其流通通道内装有液体金属镓或其合金；所述导热平片1的流通通道之间由连接管道13相连通，连接管道13上安装有单向阀；安装在所述导热平片1表面上的散热肋片5，其特征在于，还包括安装在散热肋片5之间，或者安装在导热平片1的流通通道内的由外接电源17驱动的微电机6；安装在导热平片1的流通通道内的横杆连接机构，所述横杆连接机构由横杆9和安装在横杆9两端的搅拌叶片7组成；所述微电机6的输出传动轴穿与所述横杆连接机构9相连并驱动其转动；所述液体金属镓合金为金属镓与锡、铋或铟组成的合金；在所述散热肋片5之上安装有一由外置电机17驱动的散热风扇14。
所述的散热肋片5的横截面形状为正方形、长方形、三角形或圆形，所构成的散热肋片整体尺寸为在1mm×1mm×1mm到10cm×10cm×10cm之间。
所述的散热肋片5为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材料做成的肋片。
所述的导热平片1的材质为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材料。
所述的支撑垫11为电机与导热片1之间的固定及支撑机构，材质可为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材料。
所述的连接管道13的材质为高导热金属材料铝、铜或银或有机玻璃；也可以为由塑料做成的柔性管道。
所述的支撑柱16为散热肋在导热片1上的固定及支撑机构，材质可为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材料。
本实用新型可单独使用，在导热平片1的流通通道装有金属镓，使用时，将导热平片的底部贴附于发热芯片表面，并加以固定，则开通微型搅拌机电源后，搅拌机驱动冷却片内的液体金属流动，于是本散热器即可行使高效的散热功能。
本实用新型可串联在一起使用，如图3所述，由3个本实用新型的液态金属芯片散热器串联在一起，中间的散热器作为主散热器，另外的两个散热器作为副散热器，其导热平片1之间的连接管道13上安装有单向阀，微电机6位于散热肋片5之间，微电机6的输出传动轴穿入导热平片1与所述横杆连接机构的横杆9相连，并驱动其转动；导热平片1装有金属镓和铟组成的合金(当然也可以是金属镓与锡或铋组成的合金)，使用时，将主导热平片的底部贴附于发热芯片表面，并加以固定，则开通微型搅拌机电源后，搅拌机即驱动主导热平片内的液体金属向周围辅助散热片中的流道内流动，于是整个散热器系统即可行使高效的散热功能。在整个系统中，所述的支撑垫11为电机与导热片1之间的固定及支撑机构，材质可为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材料。所述的支撑柱16为散热肋在导热片1上的固定及支撑机构，材质可为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材料。
在流动管道内搅拌叶片搅拌的动力来源于电机6，导热平片1吸收芯片工作的热量并将一部分热量传给主散热器空腔内的液态金属，液态金属在主散热器内通过导热、对流等方式散去一部分热量。与此同时，电机带动搅拌叶片搅动液态金属造成一定驱动力，于是，在其作用下，循环通道内的液体金属8即可通过管道中13的单向阀门调控，流到辅散热器远端并将热量在该处排放出去，放出热量后的液体金属8经过连接管道13的单向阀门回流到高温端，继续完成新的热量输运。搅拌叶片7的形状可里方形、椭圆形、旋转叶片等多种形状，搅拌叶片7须采用耐高温、刚性和韧性好的材料如不锈钢、铝等制作。搅拌叶片7的运动可在与导热平片1底部平行的平面内旋转，也可与连接机构9联合设计成活塞形式，从而沿垂直于导热平片1底部平面的方向上下运动，推动高温液态金属进入肋片内，活塞下降时，液态金属回流到导热平片1内部。所有流道的内外径可在数十纳米到数毫米，长度可在数毫米到数十厘米；且流道横截面形状可为正方形、三角形或圆形等。
上述集成化的散热器1可带动多个辅助性的散热器3，他们之间的流道相互连通，于是热量可由此经大大扩展后的表面释放出去。比如，该装置可包括有通过连接管道与导热平片1流道相通的1-10个辅散热器。连接主散热器2和辅散热器3的流道13的结构可呈多样化设置，流道内设有单向阀门以保证液态金属流动的单向性并保持循环。
本实用新型中对于毫、微米级的管道内微孔或槽可通过现有技术加工。目前的进展已经可以加工直径在10nm微管道。这些槽道可制作在硅、金属或其它合适材料的薄片上。这些技术保证了本实用新型散热装置的加工。比如，制作散热器的流道时，若所要求的管道尺寸较小(如在数十微米量级)，则需采用一些微/纳米加工技术如LIGA技术、激光打孔等在散热器基底(可为金属如铝或半导体硅等)上按一定管道方式加工出一系列微型槽或孔道。若管道尺寸很大(如毫米到厘米量级)，则采用常规方法如机械加工或电加工即可作出。整个制造工艺并不复杂。
本实用新型具有很多优点，芯片散热器尺寸可以很小，且由于采用了液态金属，主动传热能力较高；而且，采用了能耗较低的微电机控制搅拌及流体的流动；整个散热器内液体金属的循环过程是封闭的，不会对环境造成影响。
本实用新型的散热器可方便地用于将器件产生的热量从其表面导走。使用本实用新型专利的方式如下根据待散热表面面积大小，选择不同大小的散热器，将其紧贴于芯片发热表面，二者之间的接触面采用高导热率油脂以增加传热效果，导热平片将热量传递给液态金属，而液态金属通过散热片将器件内产生的热量排走，从而使芯片温度维持在正常的工作温度范围。
权利要求1.一种风扇-搅拌型液态金属芯片散热器，包括一个或多个导热平片(1)，所述导热平片(1)的内部开有流通通道，其流通通道内装有液体金属镓或其合金；所述导热平片(1)的流通通道之间由连接管道(13)相连通，连接管道上安装有单向阀；安装在所述导热平片(1)表面上的散热肋片(5)，其特征在于，还包括安装在散热肋片(5)之间，或者安装在导热平片(1)的流通通道内的由外接电源(17)驱动的微电机(6)；安装在导热平片(1)的流通通道内的横杆连接机构，所述横杆连接机构由横杆(9)和安装在横杆(9)两端的搅拌叶片(7)组成；所述微电机(6)的输出传动轴与所述横杆连接机构的横杆(9)相连并驱动其转动；所述流通通道内流动的液体金属镓合金为金属镓与锡、铋或铟组成的合金。
2.按权利要求1所述的风扇-搅拌型液态金属芯片散热器，其特征在于，在所述散热肋片(5)之上安装有一由外置电机(17)驱动的散热风扇(14)。
3.按权利要求1所述的风扇-搅拌型液态金属芯片散热器，其特征在于，所述的散热肋片(5)的横截面形状为正方形、长方形、三角形或圆形，所构成的散热肋片整体尺寸为在1mm×1mm×1mm到10cm×10cm×10cm之间。
4.按权利要求1所述的风扇-搅拌型液态金属芯片散热器，其特征在于，所述的散热肋片(5)为高导热金属铝、铜、银或半导体硅材料做成的肋片。
5.按权利要求1所述的风扇-搅拌型液态金属芯片散热器，其特征在于，所述的导热平片(1)为材质为高导热金属铝、铜、银或半导体硅的平片。
6.按权利要求1所述的风扇-搅拌型液态金属芯片散热器，其特征在于，所述的连接管道(13)为材质为高导热金属材料铝、铜或银或有机玻璃管道。
7.按权利要求1所述的风扇-搅拌型液态金属芯片散热器，其特征在于，所述的连接管道(13)为由塑料做成的柔性管道。
专利摘要本实用新型涉及一种结构紧凑、效率高的基于微电机驱动液体金属流动的风扇－搅拌型散热器，可将芯片发热端产生的热量迅速而高效地传输走。其结构主要包括与待冷却芯片表面相接触的高导热平片；肋片；搅拌叶片；电机；带有单向阀门的连接管路；用于强制冷空气流动的风扇；密闭封装于流道内的低熔点金属或其合金。其特点在于，利用电机带动风扇转动及通过搅拌叶片搅动液态金属，循环通道内的液体金属即由主散热器通过连接管道的单向阀门经过微流道流动到周围结构中，并在合适部位将热量排放出去，此后液体金属经过连接管道的单向阀门回流到主散热器，继续完成新的热量输运，从而实现对低熔点金属或其合金液体的驱动并达到高效传输热量的目的。
文档编号H01L23/34GK2758974SQ200420096010
公开日2006年2月15日 申请日期2004年9月24日 优先权日2004年9月24日
发明者刘静, 杜冰雁 申请人:中国科学院理化技术研究所