一种电子元器件散热器和方法与流程

本发明涉及一种电子元器件散热器和方法，具体涉及一种金属相变和蒸汽压缩式制冷循环相结合的电子元器件散热器和方法。

背景技术：

随着微电子机械技术的迅猛发展，电子元器件尺寸越来越小，而其上晶体管的数量却越来越多，根据摩尔定律：电子元器件上的晶体管数量每18个月翻一番。由此而带来的散热问题愈发严峻，有些电子元器件表面的热流密度已经达到甚至超过对于如此之高的热流密度，传统的风冷方式已经达到极限，于是新的散热技术纷纷被提出，例如水冷、热管技术、热电制冷、蒸汽压缩式制冷循环等等。这其中，蒸汽压缩式制冷循环受环境温度限制最小，且具有最优异的散热能力。理论上而言，只要环境温度低于电子元器件温度，蒸汽压缩式制冷循环都可以将热量散去。而这种条件通常都是可以满足的。

然而，电子元器件功率有时会发生突变，而蒸汽压缩式制冷循环对此很难做出迅速的响应，从而会导致电子元器件温度迅速上升，而温度骤然变化对于电子元器件的工作性能同样也是不利的。因此，需要解决这个问题。

技术实现要素：

如上所述，对于电子元器件温度随时可能迅速上升所带来的热控制难题，尚需要进行解决。本发明人考虑到，一个可行的途径，是借助辅助的其他冷却方法起一个缓冲作用，这种辅助的冷却方法必须能够在较短时间内将大量热量散去，从而使蒸汽压缩式制冷循环能够利用这段缓冲时间开始启动，而当制冷循环启动完毕正常运行时，这个辅助方法必须还能起到很好的热传导作用，而使制冷循环优异的散热能力不至受到限制；能达到这些要求的，最佳莫过于低熔点金属相变，其大的潜热值和高的导热系数可以满足温度骤升时的散热要求，而当制冷循环平稳运行时，其良好的导热性能又能很好地将热量从电子元器件表面传至制冷循环中的蒸发器。当电子元器件温度随后降至设定值以下温度时，相变金属完全凝固，制冷子系统停止运行，避免了制冷系统的蒸发温度过低可能产生冷凝水，从而保证电子设备的安全工作；电子元器件少量的产热由空气通过金属封装盒四周的翅片带走

综上所述，蒸汽压缩式制冷循环能够满足高热流密度散热要求，对于功率骤升的情况，只需少量的相变金属即可起到制冷系统启动缓冲的作用、而且可以避免低温过冷可能产生冷凝水的问题。因此，两者结合的方案对于当下发展迅速的大功率微电子元器件的散热问题有着重大的意义。

在上述构思的基础上，本发明提供了一种高效的电子元器件散热装置，结合了金属相变和蒸汽压缩式制冷循环，解决了电子元器件在平稳工作、功率突变时温度保持在合适范围和无冷凝水产生等多种要求下的高热流密度散热问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种金属固液相变和蒸汽压缩式制冷循环相结合的电子元器件散热器，其特征在于包括：

相变金属封装盒，其中封装有低温固液相变金属，

蒸汽压缩式制冷子系统，

其中，所述相变金属封装盒与待冷却的电子元器件热接触。

根据本发明的另一个方面，提供了一种金属相变和蒸汽压缩式制冷循环相结合的电子元器件散热方法，其特征在于包括：

使相变金属封装盒与待冷却的电子元器件热接触，所述相变金属封装盒中封装有相变金属，

当电子元器件功率突升而使散热量迅速增加时，此时相变金属熔化成液态，在较短时间内带走大量的热量，同时启动蒸汽压缩式制冷子系统，

其中，

所述制冷子系统包括冷凝机组和蒸发器，

蒸发器封装在相变金属封装盒内并浸泡在相变金属中。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的金属相变和蒸汽压缩式制冷循环相结合的电子元器件散热器原理示意图。

图2为根据本发明的一个实施例的金属相变和蒸汽压缩式制冷循环相结合的电子元器件散热器的相变金属封装盒俯视剖图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式具体说明本发明的技术方案。

如图1所示，本发明的金属相变和蒸汽压缩式制冷循环相结合的电子元器件散热器包括两部分，即包括相变金属封装盒1和蒸汽压缩式制冷子系统2。

根据本发明的一个具体实施例，所述相变金属封装盒1包括相变金属1-1和翅片1-2(见图2)。其中，相变金属1-1封装在相变金属封装盒1内，翅片1-2布置在相变金属封装盒1外壁上。

如图1和2所示，所述制冷子系统2包括冷凝机组2-1和蒸发器2-2。其中，蒸发器2-2浸泡在相变金属1-1中并封装在相变金属封装盒1内。相变金属封装盒1与电子元器件热接触，该接触一般通过导热胶，如图1所示。

当电子元器件低功率工作时，热量以导热的形式经固态的相变金属1-1和相变金属封装盒1壁面传至布置在相变金属封装盒1外壁上的翅片1-2，再以自然对流或强迫对流的形式经翅片1-2散到环境中。

当电子元器件功率升高，电子元器件表面温度达到接近相变金属1-1熔点的设定值时，如60℃，制冷子系统2启动。随着电子元器件温度的持续升高，如62℃，相变金属1-1熔化，此时制冷子系统2已进入稳定运行状态，待相变金属1-1熔化完毕，热量主要靠制冷子系统2散去。

当电子元器件功率下降，电子元器件表面温度降至相变金属1-1的熔点以下，如58℃，相变金属1-1凝固，制冷子系统2停止运行，回复到电子元器件低功率运行时的散热模式。

制冷子系统(2)的启动信号来自于贴在电子元器件表面的温度传感器。

根据本发明的一个实施例，相变金属连同浸泡在其中的蒸发器(2-2)一起封装在相变金属封装盒(1)中，相变金属封装盒(1)外壁布置有翅片(1-2)。

根据本发明的一个实施例，制冷子系统(2)的启停是由电子元器件表面的温度传感器发出的温度信号控制的，启动和停止温度均略低于相变金属(1-1)的熔点。

上述实施例中，相变金属1-1可以采用伍德合金，但不限于该种材料。

以上仅是本发明的一个具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。