专利名称：直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变取热装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于大功率电子、电力及光电子器件的冷却装置， 特别是一种直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变取热装置。
背景技术：
目前对大功率电子、电力及光电子器件的冷却主要采用两种方式一 种是采用散热片结合风扇进行空冷，这种技术通过在发热体表面加贴散热 肋片并在两者的接触面上涂抹导热硅胶(硅脂)以减小导热热阻，风扇安 置在散热肋片端面上利用对流换热原理将热量通过肋片表面散失到环境 中去，从而保证器件在正常工作温度范围内工作。这种技术的主要缺陷是 随着电子、电力及光电子器件功率的提高，器件维持正常的工作温度时所 需散失的热量增加，风扇的功耗和肋片所需的散热面积越来越大，而散热 面积的增大又会降低肋片的效率，散热总能力无法大幅提高。另一种方法 是采用水泵进行强制水冷，水流过发热体的表面带走发热体产生的热量， 随着电子、电力及光电子器件功率的增加，散热器所需的换热面积就会越 大，散热总能力同样无法大幅提高。发明内容
本发明的目的是解决现有风冷及水冷散热技术需要较大散热面积、散 热能力不足的技术缺陷，公开一种直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变 取热装置，该装置无外加功耗、散热面积小、散热热流密度高及散热总能 力大。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是
一种直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变取热装置，其包括一取热 器，所述取热器为抽真空的密封体且其内灌注有液体工质；取热器的一侧 壁为受热壁，受热壁由导热材料制成，在受热壁内表面设有多个直肋，形 成直肋群；在直肋外表面和肋间壁面上设有多个毛细微槽道，形成微槽群，
毛细微槽道形成毛细力，以将毛细微槽道边的液体工质吸入到微槽道内，
并在微槽道内形成能进行相变换热的薄液膜区域；
取热器壳体上设置有使蒸汽流向冷凝器的蒸汽出口和使凝结液从冷 凝器流回的凝结液入口；
使用时，受热壁的外表面与发热体外表面紧密贴连在一起。
所述的装置，其所述直肋为矩形直肋，高度在1 100mm之间，厚度 在0.4 30mm之间，长度在l-100mm之间，直肋的间距在0.5 30mm之间； 毛细微槽道的横截面为矩形，宽度在0.05 2mm之间，深度在0.05 2mm 之间，毛细微槽道的间距在0.05 5mm之间。
所述的装置，其所述多个直肋纵向密布排列，多个毛细微槽道纵向密 布排列。所述的装置，其所述多个毛细微槽道纵向密布排列，纵向密布排列的 多个毛细微槽道上交叉横向排列有多个毛细微槽道，横向毛细微槽道的宽
度和深度在0. 05~2mm之间，间距在O.l-lOmm之间。
所述的装置，其所述多个毛细微槽道，其横截面为梯形，梯形的上底 边长度为0.05 2mm，下底边长度为0.07~4mm,槽深为0. 05~8mm，间距 为0. 05 5mm。
所述的装置，其所述多个毛细微槽道，其横截面为三角形，三角形的 槽底顶角为5° 120°，槽深为0.05 8mm，间距为0.05 5mm。
所述的装置，其所述受热壁的外表面与发热体外表面紧密贴连在一 起，是通过导热硅胶紧密贴连在一起。
所述的装置，其所述取热器的受热壁即为发热体的外表发热面，两者 做成一体。
所述的装置，其所述液体工质为无水乙醇、甲醇或蒸馏水；发热体为 电子、电力及光电子器件。
技术效果
本发明通过直接在发热体表面上或在紧贴发热体表面的导热材料外 表面上设置多个直肋，形成直肋群。直肋群增加了发热体表面或导热材料 外表面的扩展换热面积，并且增加发热体表面或导热材料表面的刚性强 度；在直肋外表面和肋间壁面上加工许多毛细微槽道，毛细力将液体工质 吸入到微槽道内。发热体的一部分热量通过直肋进入到微槽道中，另一部 分直接通过肋间壁面上的换热表面进入微槽道，微槽道中的液体工质受热后通过高强度的微细尺度蒸发和沸腾复合相变换热方式带走发热体的热 量，使发热体降温。本发明通过直肋群的导热和液体工质的相变换热两种 方式进行，实现了无功耗的取热。研究表明，发热体表面加肋可以有效的 增加换热表面积，提高换热量；同时，毛细微槽内工质的微细尺度蒸发和 沸腾复合相变换热有着极高的强度，其蒸发和沸腾热流密度的理论极限值 比目前高性能芯片的最高热流密度还要高出约两个数量级。利用直肋的导 热及外表面上毛细微槽群中液体工质的相变换热，这两种传热过程的组合 可以获得非常好的取热效果。这种高效率的直肋热扩展强化结构微细尺度 复合相变取热方法可以减小换热面尺寸，因而采用本发明能很好地解决目 前及今后的大功率电子、电力及光电子器件的散热问题，降低和控制大功 率电子、电力及光电子器件的工作温度，保证并提高器件的工作性能。
图1是本发明的直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变取热器的直肋
结构示意图2是图1中A部第一种结构的局部放大示意图； 图3是图1中A部第二种结构的局部放大示意图；； 图4是图1中A部第三种结构的局部放大示意图；；
图5采用本发明方法的直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变取热装 置的一种实施例。
具体实施方式
实施例1:
见图5，本发明的直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变取热装置的 结构示意图。它包括一取热器5，取热器5为抽真空的密封体且其内灌注
有液体工质，取热器5的一侧壁为受热壁，受热壁由导热材料制成，受热 壁的外表面通过导热硅胶(硅脂)与发热体8外表面紧密贴连在一起，受 热壁的内表面设有多个直肋1，多个直肋l纵向平行排列，形成直肋群。 所述直肋群增加了受热壁内表面的扩展换热面积，并且增加了受热壁面的 刚性强度。在直肋l外表面和肋间壁面上设有多个毛细微槽道2，毛细微 槽道2也是纵向密布排列，多个毛细微槽道2形成微槽群。毛细微槽道2 大小适合形成毛细力，对多种工质如无水乙醇或蒸馏水都有毛细力作用， 以将毛细微槽道2所接触的液体工质吸入到毛细微槽道2内，并在毛细微 槽道2内形成能进行高强度相变换热的薄液膜区域。
直肋l为矩形直肋，其高度为30mm，厚度为6mm，长度为40腿，两直 肋1的间距为8mm。毛细微槽道2的宽度为0. 4mm、深度为0. 9mm，两毛 细微槽之间的间距为0. 4mm。取热器5壳体上还设置有可使蒸汽流向冷凝 器的蒸汽出口 6和使凝结液从冷凝器流回的凝结液入口 7。取热器5内的 液体工质如无水乙醇或蒸馏水具有较高的汽化潜热，在毛细力的作用下， 液体工质在微槽道2中通过高强度的微细尺度蒸发和沸腾复合相变换热方 式带走发热体8的全部热量，从而使发热体8冷却。发热体8可以是电子、 电力及光电子器件或其他发热体。
本发明的直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变取热装置，其操作包 括步骤a) 直接在发热体表面上或在紧贴发热体表面的导热材料外表面上设 置多个直肋，形成直肋群，直肋群增加了发热体表面或导热材料外表面的
换热面积和刚性强度；
b) 在直肋表面和肋间壁面上设置多个毛细微槽道，形成毛细微槽群；
c) 将a) 、b)步得到的直肋群和毛细微槽群的一部分部浸入到液体工质 中，液体工质在毛细力的作用下被吸入到多个毛细微槽道内，在微槽道内 形成微细尺度蒸发和沸腾复合相变换热的连续液膜分布；
d) 发热体的一部分热量通过直肋进入到毛细微槽道中，另一部分直接 通过肋间壁面上的换热表面进入毛细微槽道，毛细微槽道中的液体工质受 热后通过微细尺度蒸发和沸腾复合相变换热方式带走发热体的热量，从而 使发热体冷却。
实施例2:
见图1，直接在发热体8表面上或在紧贴发热体8表面的导热材料外 表面上设置多个直肋l，形成直肋群，在直肋1外表面和肋间壁面上加工 出多个毛细微槽道2，形成微槽群，这种带有直肋群和微槽群结构的热沉 称为直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变热沉。图1中直肋1纵向密布 排列；图2为图1中圆圈部分的放大图，可见毛细微槽道2也是纵向密布 排列。毛细微槽2对多种工质如无水乙醇或蒸馏水都有毛细力作用。发热 体8的热量部分进入到直肋1中，同时，毛细力将液体工质吸到直肋上的 毛细微槽道2内，液体工质在毛细微槽道2的受热区域内蒸发和沸腾带走 发热体8的热量，从而实现对发热体8的冷却。实施例3:
本实施例取热器5的多个毛细微槽道2纵向密布排列，纵向密布排列 的毛细微槽道2上交叉排列有多个横向毛细微槽道2。设置横向排列毛细
微槽道2可保证超高热负荷下液体工质沿纵向毛细微槽道2流动的毛细驱
动力，使受热区蒸发掉的液体工质得到及时地补充，从而进一步提高取热
能力。本实施例纵向毛细微槽道2的槽宽O. 2腿、槽深0. 5醒、槽间距0. 2咖， 横向毛细微槽道的槽宽O. 4mm、槽深O. 8腿、槽间距5腿。
实施例4:
见图3，本实施例热沉的多个毛细微槽道3纵向密布排列，且毛细微 槽道3的横截面为梯形，梯形的上底边长度为0. 2mm，下底边长度为0. 4mm， 槽深为0. 8mm，间距为0. 2ran。
实施例5，
见图4，本实施例热沉的多个毛细微槽道4纵向密布排列，且毛细微 槽道4的横截面为三角形，三角形的槽底顶角为30°，槽深为0.6腿，间 距为0. 2mm。
本实施例取热器5的受热壁为芯片的外表发热面。即直接将发热体8 外表面与取热器5做成一体，作为取热器5的受热壁，并在受热壁内表面设置多个直肋l，形成直肋群，在直肋1外表面和两直肋1之间的导热材 料表面加工多个毛细微槽道2，形成微槽群。本实施例的其他部分同实施 例1 。
权利要求1、一种直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变取热装置，其特征在于，包括一取热器，所述取热器为抽真空的密封体且其内灌注有液体工质；取热器的一侧壁为受热壁，受热壁由导热材料制成，在受热壁内表面设有多个直肋，形成直肋群；在直肋外表面和肋间壁面上设有多个毛细微槽道，形成微槽群，毛细微槽道形成毛细力，以将毛细微槽道边的液体工质吸入到微槽道内，并在微槽道内形成能进行相变换热的薄液膜区域；取热器壳体上设置有使蒸汽流向冷凝器的蒸汽出口和使凝结液从冷凝器流回的凝结液入口；使用时，受热壁的外表面与发热体外表面紧密贴连在一起。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直肋为矩形直肋， 高度在l-100mm之间，厚度在0.4 30mm之间，长度在l~100mm之间， 直肋的间距在0.5 30mm之间；毛细微槽道的横截面为矩形，宽度在 0.05 2mm之间，深度在0.05~2mm之间，毛细微槽道的间距在0. 05 5mm 之间。
3、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个直肋纵向密 布排列，多个毛细微槽道纵向密布排列。
4、 根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述多个毛细微 槽道纵向密布排列，纵向密布排列的多个毛细微槽道上交叉横向排列有多 个毛细微槽道，横向毛细微槽道的宽度和深度在0.05 2mm之间，间距在 0.1 10mm之间。
5、 根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述多个毛细微槽道，其横截面为梯形，纵向密布排列，梯形的上底边长度为0.05 2mm， 下底边长度为0.07 4mm，槽深为0. 05 8mm，间距为0. 05 5mm。
6、 根据权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述多个毛细微 槽道，其横截面为三角形，纵向密布排列，三角形的槽底顶角为5°~120°， 槽深为0.05 8mm，间距为0.05 5mm。
7、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述受热壁的外表面 与发热体外表面紧密贴连在一起，是通过导热硅胶紧密贴连在一起。
8、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述取热器的受热壁 即为发热体的外表发热面，两者做成一体。
9、 根据权利要求1或8所述的装置，其特征在于，所述液体工质为 无水乙醇、甲醇或蒸馏水；发热体为电子、电力及光电子器件。
专利摘要本实用新型一种直肋热扩展强化结构微细尺度复合相变取热装置，涉及散热冷却技术。本实用新型的装置包括一受热面设置有直肋群和毛细微槽群并抽真空的取热器，取热器中有液体工质。本实用新型通过直肋群的导热和液体工质的微细尺度复合相变换热两种方式，实现了无功耗的取热。
文档编号H01L23/34GK201160359SQ20082007883
公开日2008年12月3日 申请日期2008年1月30日 优先权日2008年1月30日
发明者唐大伟, 涛 王, 肖送连, 胡学功 申请人:中国科学院工程热物理研究所