一种分形流道液冷装置的制作方法

本发明属于电子芯片散热技术领域，具体涉及一种具有分形流道结构的高热流密度电子芯片液冷冷却装置。

背景技术：

随着电子芯片的运算速度和性能的不断提升，其功率及单位体积的发热量不断增大，而电子器件的集成化、微型化使产生的热量难以及时散失，而是迅速积累，导致集成器件周围的热流密度不断增大。而为了电子芯片的正常高效的工作，必须将温度控制在一定范围内，因此电子芯片的高效迅速地散热十分重要。

传统的芯片冷却普遍采用风扇散热，这种方法简单方便，但已无法满足芯片不断增加的散热要求，据调研，强制空气冷却为主的散热技术最多只能排出芯片所产生废热的百分之六十。

液体单位热容更大，相较于风冷冷却其传热效率更高，成为了芯片冷却领域的热点。但液冷技术仍存在很多问题，比如尺寸问题，电子设备的高集成化目的是为了节省空间，因此对液冷系统的尺寸要求也日益严苛。还有污垢问题，不溶性颗粒物易沉降，堵塞管道，增大沿程阻力，影响液冷系统的冷却效果。

为解决上述为问题，提高液冷散热的传热系数，增大热流密度和散热量，迅速高效地为电子芯片散热，从而减小散热装置的体积，本发明提出一种分形流道液冷装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供了一种有分形流道结构的高热流密度电子芯片液冷冷却装置，可以大大提高散热装置与芯片的传热系数和热流密度，迅速高效地为电子芯片散热，同时轻便小巧，节省空间。

本发明采用的技术方案是：

一种具有分形流道结构的高热流密度电子芯片液冷冷却装置，包括冷却单元、循环水泵以及冷却工质，所述冷却工质在所述循环水泵的作用下在所述冷却单元内流动；其特征在于：在所述冷却单元内设置有分形结构流道，所述分形流道左右对称，每半边的分形脉络结构分为n级，n≥3，每级流道流向下一级时分为两路，每级流道长度均为d/(2n)，首级流道横截面宽度为d/8，下一级流道横截面的宽度为上一级的二分之一，即为d/(2n+2)。

所述分形流道沿流动方向的横截面为方形。

所述冷却单元由上基板和下基板连接而成，所述分形结构流道位于所述上基板与下基板之间。

所述分形结构流道位于所述下基板上。

所述上基板与下基本采用紧固件固定。

在所述冷却单元和循环水泵之间还设置有大气风冷装置和流体分配器；所述大气风冷装置包括风扇和冷却盘管；所述循环水泵驱动冷却水从冷却单元的分形结构流道流过，芯片放置于所述冷却单元上，冷却水通过所述冷却单元与芯片进行热交换，带走芯片的热量，吸热后的冷却水从所述分形流道流出，从各个小的上下基板流出的冷却水汇总到所述流体分配器后流出到所述冷却盘管，由风扇加强对流换热，将热量排放到大气中，降温后的冷却水由所述循环水泵运输回上下基板循环利用。

有益效果

利用分形结构的流道使得流体流向不断改变，在不影响工质流通性的基础上使得入口段长度增加，入口段的热边界层较薄，传热系数较高，流道转弯处增大了扰动，促进湍流，强化换热，使传热效率和热流密度大大提升。

本装置由于高传热效率和高热流密度，减小了为电子芯片散热所需的换热面积，使得装置本身体积很小，节省了大量空间。

分形结构的流道有效利用了基板上的面积，增大了换热面积，而且使得上基板表面的温度更加均匀。

本装置构造简单，易于打开，拧下螺栓即可分离上下基板，方便杂质堵塞后及时打开装置，清洗流道。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为冷却单元的立体示意图；

图3为下基板的分形流道示意图；

图4为分形流道的局部放大示意图。

图中：1代表下基板上铣削的分形流道；2代表螺孔；3代表下基板；4代表上基板；5代表被冷却的芯片；6代表循环水泵；7代表风扇；8代表冷却盘管；9代表控制阀；10代表流体分配器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

一种具有分形结构槽道的电子芯片液冷装置，如图1所示，包括冷却单元，循环水泵，冷却工质，大气风冷装置和流体分配器。

冷却单元的结构如图2所示，由上基板和下基板固定而成，上基板和下基板为圆形平板，材质为铜或铝合金。上下基板左右各有两个对应的螺孔，深为4mm，可以用螺钉通过螺孔连接上基板与下基板。上基板厚度为2mm，下基板厚度为8mm。下基板上铣削有分形脉络结构的流道，流道沿流动方向的截面为方形，深度为4mm。

大气风冷装置包括风扇和冷却盘管，用于冷却吸收了芯片散热后温度较高的冷却水，冷却水由盘管的下方进入，上方流出。

冷却工质为冷却水。

为最大程度利用上下基板的面积，使板的温度尽量均匀，同时尽量减少流动阻力，分形流道左右对称，每半边的分形脉络结构分为n级(n≥3)，每级流道流向下一级时分为两路，每级流道长度均为d/(2n)，首级流道横截面宽度为d/8，下一级流道横截面的宽度为上一级的二分之一，即为d/(2n+2)，参见图3、图4，其中d为基板直径。

图1给出了装置工作流程图，循环水泵6驱动冷却水从下基板3的分形结构流道1流过，芯片4放置于上基板上。冷却水通过上基板4与芯片5进行热交换，带走芯片4的热量。吸热后的冷却水从所述的分形流道1流出，从各个小的上下基板流出的冷却水汇总到流体分配器10后流出到冷却盘管8，由风扇7加强对流换热，将热量排放到大气中，降温后的冷却水由所述的循环水泵6运输回上下基板循环利用。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种分形流道冷却装置，包括冷却单元、循环水泵以及冷却工质，所述冷却工质在所述循环水泵的作用下在所述冷却单元内流动；其特征在于：在所述冷却单元内设置有分形结构流道，所述分形流道左右对称，每半边的分形脉络结构分为N级，N≥3，每级流道流向下一级时分为两路，每级流道长度均为D/(2N)，首级流道横截面宽度为D/8，下一级流道横截面的宽度为上一级的二分之一，即为D/(2N+2)。本发明装置的高传热效率和高热流密度，减小了为电子芯片散热所需的换热面积，使得装置本身体积很小，节省了大量空间。

技术研发人员：张佳钰
受保护的技术使用者：东南大学
技术研发日：2019.04.30
技术公布日：2019.08.16