专利名称：微射流矩阵冲击散热器的制作方法
技术领域：
一种微射流矩阵冲击散热器，可以冷却大规模集成电路制作的硅芯片，如计算机中央微处理器(CPU)、显示卡芯片等，以及其它基于微机电系统(MEMS)的微小发热部件。属于微小型冷却散热装置。
背景技术：
微型计算机所用的散热器最常见的是翼片式，它的结构简单、制作方便、成本低廉，但体积较大，散热效率低。随着集成芯片计算能力的提高，对散热器的散热能力也提出更高的要求，以改善芯片的工作条件，延长使用寿命。
为此，人们开发出新型的微冷却技术，如微通道(microchannel)、微射流冲击(micro jet impingement cooling)、微热管(micro heat pipe)等，其中，微射流冲击技术具有很大的冷却潜力。
北京工业大学夏国栋申请的实用新型专利“微射流阵列冷却热沉”(专利号为ZL 03267135.0)是通过几排微孔进行射流换热，利用一定的结构实现闭式循环。冷却剂可以是空气，水或者其它冷却液。它的特点是采用闭式循环能用多种冷却剂进行射流冲击换热，但结构比较复杂，有密封要求，而且是用多片层依次焊接而成，这对焊接技术可能也是个挑战。
发明内容
本实用新型的目的在于公开一种微射流矩阵冲击散热器，它利用矩阵式排布的微孔产生的射流，对换热面进行冲击冷却。其有益的效果是换热效率高，温度分布均匀；结构一体化制作，稳定可靠。克服了传统散热器效率低、体积大等缺点，同时做到结构简单，易于制作。
微射流矩阵冲击散热器是一个内部带有隔板、两侧半开放的扁方壳体，隔板将内腔分成上、下两部分，且上半部分的两侧是封堵的，而下半部分两侧是开放的；壳体上壁中心处加工出一个透孔，以便由冷却风扇或其他装置提供的高速冷却气流由此进入；隔板上的微射流孔均布在棋盘式网格的交点上(习惯上称之为矩阵式排布)；在壳体下壁的内表面上沿两侧开放的方向加工出等距沟槽，以便当壳体下壁外表面与待冷却器件密切接触时，起到增加散热面积的作用。
上述结构可确保从壳体上壁上的透孔进入的冷却气流穿过隔板上的微射流孔喷射到等距沟槽上，改变方向后从两侧开放口排出。
本实用新型是根据射流冲击冷却换热理论研制而成。射流换热本身因为速度高，而且是法向喷射，强迫对流换热剧烈，换热系数很大。由于这种换热方法的关键是温度梯度不能太大，需通过恰当排列微射流孔解决这一问题。本实用新型将微射流孔进行矩阵式排布，有效地提高了换热均匀度。
本实用新型采用空气作为冷却剂，来源广泛，安全可靠，且不需要其它庞大的辅助装置来产生。空气流速快，冲击换热效率高。
在不发生微流动效应的前提下，本实用新型充分利用微尺度(0.1mm～0.5mm)范围内射流冲击换热的优点，对微机电系统(MEMS)领域内的微设备微芯片等进行冷却换热。同时，对于小型中型器件(如涡轮叶片)也有借鉴作用，有很大的应用前景。
图1微射流矩阵冲击散热器立剖面图图2微射流矩阵冲击散热器外观图图3待冷却对象为CPU时微射流矩阵冲击散热器布置图具体实施方式
下面给出本实用新型的优选实施方式，并结合附图加以说明。
如图1、2所示，微射流矩阵冲击散热器是一个内部带有隔板、两侧半开放的扁方壳体6，隔板将内腔分成上、下两部分，分别形成充气腔3和冲击腔4，且充气腔3的两侧是封堵的，而冲击腔4的两侧是开放的，形成两个出气口7。壳体6上壁中心处加工出一个进气口1，以便由冷却风扇或其他装置提供的高速冷却气流由此进入，进气量的大小取决于冷却风扇的功率和孔径；隔板上的微射流孔2呈矩阵式排布，直径为0.1～0.5mm，开孔率(孔面积与隔板面积之比)为0.04左右；在壳体6下壁的内表面上沿出气口7的方向加工出高、宽、间距均为0.05mm的沟槽5，以便当壳体6下壁外表面与待冷却器件(如CPU芯片8，参见图3)密切接触时，起到增加散热面积的作用。
上述结构可确保从壳体6上壁上的进气口1进入的冷却气流首先充满隔板上部的充气腔3，再穿过隔板上的微射流孔2进入隔板下部的冲击腔4并喷射到等距沟槽5上，改变方向后从两侧的出气口7排出。
本实用新型的整体材料采用单质硅，内部结构可用感应离子蚀刻法形成。整个散热器的横截面可根据待冷却对象的大小进行调整，高度为2～3mm，体积微小。
本实用新型的有益效果是换热效率高，温度分布均匀；一体化的结构稳定可靠。空气冷却剂来源广泛，安全可靠，且不需要其它庞大的辅助装置来产生。对于中小型器件(如涡轮叶片)的冷却也有借鉴作用，有很大的应用前景。
权利要求1.一种微射流矩阵冲击散热器，其特征在于它是一个内部带有隔板、两侧半开放的扁方壳体(6)，隔板将内腔分成上、下两部分，分别形成充气腔(3)和冲击腔(4)，且充气腔(3)的两侧是封堵的，而冲击腔(4)的两侧是开放的，形成出气口(7)；在壳体(6)的上壁中心处加工出一个进气口(1)；隔板上的微射流孔(2)均布在棋盘式网格的交点上，直径为0.1～0.5mm，开孔率为0.04左右；在壳体(6)下壁的内表面上沿出气口(7)的方向加工出高、宽、间距均为0.05mm的沟槽(5)。
2.如权利要求1所述的微射流矩阵冲击散热器，其特征在于整个散热器的横截面可根据待冷却对象的大小进行调整，高度2～3mm。
专利摘要一种微射流矩阵冲击散热器，可用于微型电子器件(如CPU)的冷却，对于中小型零部件(如涡轮叶片)的冷却也有借鉴作用。本实用新型是一个内部带有隔板、两侧半开放的扁方壳体；壳体上壁中心处加工出一个进气口；隔板将内腔分成上、下两部分，且上半部分的两侧是封堵的，而下半部分两侧是开放的，作为冷却气流的出口；隔板上的微射流孔呈矩阵式分布；在壳体下壁的内表面上沿两侧开放的方向加工出等距沟槽，以便当壳体下壁外表面与待冷却器件密切接触时，起到增加散热面积的作用。本实用新型的有益效果是换热效率高，温度分布均匀；一体化的结构稳定可靠。空气冷却剂来源广泛，安全可靠，可由普通冷却风扇产生。
文档编号H01L23/34GK2894209SQ20062002062
公开日2007年4月25日 申请日期2006年4月19日 优先权日2006年4月19日
发明者郑群, 张兵兵 申请人:哈尔滨工程大学