一种热源面温度均匀的特斯拉阀式微通道散热器

1.本发明属于微通道散热技术领域，具体涉及一种热源面温度均匀的特斯拉阀式微通道散热器，可用于提高微电子产品中微通道散热器热源表面温度的均匀性。


背景技术：

2.21世纪以来，随着高新技术领域的高速发展，电子器件和设备的集成化、小型化和发热功率逐年提高，一方面运行性能不断提升，另一方面消耗的功率和单位面积产生的热量也在不断增加。在电子产品中嵌入微通道，可以构成微通道散热器，这种散热器具有很好的散热能力，但是存在温度分布不均匀的问题，尤其是出入口呈对角分布的平行微通道散热器，如图1，其流道结构由两个主槽和一排平行直通道构成，冷却液从入口主槽分配给各个通道的冷却液流量不相等，造成通道内的流速不相等，从而使微通道散热器热源面温度分布不均匀，这将直接影响电子产品的性能、工作的稳定性和使用寿命，尤其是在高功率电子产品中这个问题更突出，亟需解决。


技术实现要素：

3.本发明的目的是针对现有出入口呈对角分布的平行微通道散热器存在散热不均匀的缺陷，提供一种新型的微通道散热结构，改善流量分配不均的问题，提高热源面温度分布的均匀性，进而保证电子产品的性能、工作稳定性和使用寿命。
4.为达到上述目的，本发明所设计的热源面温度均匀的特斯拉阀式微通道散热器，主要由基板和盖板组成，基板内设有流道结构，流道结构包括入口主槽，出口主槽和平行通道，该出口主槽和入口主槽均采用长方体结构；盖板上设有进水口和出水口，同时加载有热源，热源产生的热量分布在盖板上，通过基板内流道结构中的冷却液循环流动而降温。其特征在于：入口主槽的深度、长度与出口主槽的深度、长度相等，且截面为矩形状；平行通道是由平行排列的数个横截面为矩形的通道和数个横截面为特斯拉阀结构的通道组成；横截面为特斯拉阀结构的平行通道，靠近入口处与靠近出口处的特斯拉阀结构方向相反；靠近入口处的通道中特斯拉阀结构数量要远少于靠近出口处的通道中的特斯拉阀结构的数量。
5.所述盖板固定在基板上，使流道结构在基板和盖板之间形成密闭的通道。
6.所述的平行通道的两端分别与入口槽和出口槽相连接，且平行通道内的冷却液流动方向与入口主槽和出口主槽的长度方向垂直。
7.本发明与传统的出入口呈对角分布的平行微通道散热器相比，具有以下特征特点：对于传统的出入口呈对角分布的平行微通道散热器，由于冷却液在垂直流入入口槽时，流体与入口槽表面发生碰撞，迫使流体流入靠近入口处的平行流道，而远离入口处靠近出口处的平行流道中流体流量较小，导致整个散热器的热源面温度分布不均匀，容易在热源表面出现多个热点的情况。本发明对传统横截面为矩形的平行流道进行了改进，在靠近散热器冷却液入口处的平行流道中设置反向的特斯拉阀结构，靠近出口处的平行流道中设置正向的特斯拉阀结构，并且靠近出口处流道中特斯拉阀结构的数量多于靠近入口处流道中
特斯拉阀结构的数量，这样就使由入口进入的流体在流入靠近入口处的平行流道时受到一些阻力，从而流向远离入口处的平行流道，而靠近出口处的平行流道又能加速流体的流动，进而改善了整微通道散热器中各流道中的流量分布，提高了散热器热源表面的温度分布的均匀性，提高了电子的性能、工作的稳定性和使用寿命。
附图说明
8.图1传统的出入口呈对角分布的平行微通道散热器结构示意图。
9.图2传统的出入口呈对角分布的平行微通道散热器热源面温度云图。
10.图3本发明的微通道散热器结构示意图。
11.图4靠近入口处特斯拉阀结构示意图。
12.图5靠近出口处特斯拉阀结构示意图。
13.图6本发明微通道散热器热源面温度云图。
具体实施方式
14.参考图1，传统的出入口呈对角分布的平行微通道散热器结构，包括基板和盖板均为矩形板体，由低温共烧陶瓷ltcc材料构成，盖板固定在基板上，基板和盖板之间形成密闭的流道结构；流道结构包括入口主槽，出口主槽和平行流道，平行流道由平行排列的矩形流道构成。每个矩形流道的大小相同，图1实例取每个矩形流道的长度为42mm，宽度为1mm，深度为1mm。平行流道两端分别与入口主槽和出口主槽相连接，且平行流道内的冷却液流动方向与入口主槽和出口主槽的长度方向垂直。入口主槽和出口主槽均采用长方体结构，两者尺寸相同，图1实例的长方体长度为42mm，宽度为4mm，深度为1mm.所述入口主槽、出口主槽和平行流道管内装有去离子水冷却液，根据电子产品所能承受的最高温度的限制，流量过小会造成热源面温度过高，影响电子产品的正常工作，本实例取冷却液的流量为0.36l/min，水温20摄氏度；盖板上加载单个热源，根据目前电子产品的功率，图1实例热源的热流密度为4.5w/cm2，热源产生的热量分布在盖板上，通过基板内流道结构中的冷却液循环流动而降温，该微通道散热器的热源面温度云图如图2所示。
15.参照图3，本发明的微通道散热器主要结构与图1所述现有微通道散热器相同，其不同点在与：靠近入口处的平行流道中设有单个反向特斯拉阀结构，如图4所示，靠近出口处的平行流道中设有多个正向特斯拉阀结构，如图5所示，特斯拉阀结构的宽度与平行通道的宽度，深度相等，在控制冷却液的流量和热源的热流密度不变的情况下，对本发明的微通道散热器进行热仿真分析，得到散热器热源面温度分布云图如图6所示。通过和图2对比可以发现，传统的出入口呈对角分布的平行微通道散热器热源面存在多个热点，这是由于微通道内的流量分布不均匀，靠近出口处的平行流道内冷却液流量较少，且流速较低，而反观本发明的微通道散热器热源面热点数量减少，温度分布均匀，且微通道内的流量分布均匀，保证了电子产品的性能、工作的稳定和使用寿命。


技术特征：
1.一种热源面温度均匀的特斯拉阀式微通道散热器，主要由基板(1)和盖板(2)组成，基板内设有流道结构，流道结构包括入口主槽(3)、出口主槽(4)、矩形流道(5)和特斯拉阀式流道(6)，该出入口槽均采用长方体结构；盖板上加载有热源(9)，热源产生的热量分布在盖板上，通过基板内流道结构中的冷却液循环流动而降温，其特征在于：散热器的流道结构由横截面为矩形和特斯拉阀结构的流道组成，矩形流道和特斯拉阀式流道的宽度和深度相同。2.根据权利要求1所述的特斯拉阀式微通道散热器，其特征在于靠近入口处(7)的微通道中的特斯拉阀结构与靠近出口处的微通道中的特斯拉阀结构方向相反。3.根据权利要求1所述的特斯拉阀式微通道散热器，其特征在于靠近入口处(8)的微通道中的特斯拉阀结构数量少于靠近出口处的微通道中的特斯拉阀结构数量。

技术总结
本发明涉及一种热源面温度均匀的特斯拉阀式微通道散热器，主要由基板(1)和盖板(2)组成，基板内部设有入口主槽(3)、出口主槽(4)、矩形流道(5)和特斯拉阀式流道(6)；入口主槽和出口主槽均采用长方体结构，两槽的深度、长度和宽度均相同；矩形流道和特斯拉阀式流道的深度和宽度也相同。靠近微通道散热器入口处的特斯拉阀式流道能够增加该流道内流体的流阻，而远离入口处的特斯拉阀式流道能够增加该通道内流体的流速，从而有效解决了由于距离微流道入口处距离的长短不同而导致的流量分流不均问题，在保证微通道散热性能的基础上，进一步提高了热源面温度分布的均匀性，保证了电子产品的性能。的性能。的性能。


技术研发人员：李春泉 张彪 阎德劲 黄红艳 王汞 汤鸿宇 成鹏琳 梁锟 林宏锋 尚玉玲
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：2022.07.21
技术公布日：2022/11/25