[发明专利]热沉的针肋-凹陷复合阵列结构及针肋-凹陷复合阵列的布置方法

说明书

技术领域

本案是申请号201110214066.7的分案申请。本发明涉及一种散热装置，尤其涉及一种散热装置（或称热沉）的针肋-凹陷复合阵列结构。本发明还涉及用于前述热沉的针肋-凹陷复合阵列的布置方法。 

背景技术

在现代工业中，有许多的设备或器件在工作过程中发出大量的热量，需要高效率的散热器件（热沉）及时将热量散走，以维持正常工作、正常寿命，并确保可靠性。这些需要冷却的发热器件包括电子工业中的大功率集成电路、中央处理器（CPU）、大功率半导体激光器等，以及化工及制药过程中的反应器等。另一方面，上述发热器件正朝着大功率化、体积和重量小型化的方向发展，因此散热热流密度急剧增加，迫切需要更紧凑、更高性能的热沉，以实现上述大功率器件的高效冷却。这些热沉使用的冷却介质也由空气转向具有更高传热能力的液体（如水、乙二醇或FC-77氟化液等）。由于航空及航天电子设备对尺寸和重量的严格要求，紧凑式、高传热性能以及低流阻的热沉在上述设备的冷却方面尤为重要。 

针肋热沉是一种常见的应用于高功率电子设备冷却的装置。如K.A.Moores,Y.K.Joshi and G.H.Schiroky在题为“Thermal characterization of a liquid cooled AlSiC base plate with integral pin fins”(IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies,Vol.24,pp.213-219,2001)的文献中所描述的，使用液体冷却介质的针肋热沉通常具有基板和顶板，冷却通道限制在基板和顶板之间。在该基板表面垂直地加工有许多针肋阵列。针肋能够增加传热面积，但更重要的是当流体流过针肋阵列时，针肋能够破坏流动边界层，并且每个针肋后面产生高度紊乱的分离尾流区，以及流体在与基板壁面和针肋相互作用后产生马蹄形涡旋等，这些因素将极大地提高冷却通道内流动掺混，显著地提高传热性能。因此针肋阵列显著增强了热沉的散热性能。通常情况下，基板上的针肋阵列是错列排列，也可是顺排排列；针肋的截面形状可以是圆形、方形、菱形或椭圆型等。为实现高冷却性能以及尺寸更紧凑的热沉，针肋热沉大都使用液体冷却，当然该热沉的冷却介质也可以是气体。 

常规的针肋热沉也有其局限性，即在提供高传热性能的同时，造成冷却流体很大的流动阻力，尤其是在大流量条件下更是如此。大流量时，流动过早地从针肋表面分离，并在每个针肋的背面产生大面积高度紊乱的尾流，这导致流道内的流动损 失迅速地增加，并造成系统中泵或风机功耗和噪声的迅速增加。另一方面，现代功率器件的发展正朝着大热流密度冷却的方向发展，迫切需要低流阻、更高传热性能的热沉。 

因此，本领域的技术人员致力于开发一种具有更高传热性能，流阻更低的热沉结构。 

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种具有更高传热性能，流阻更低的热沉结构。 

为实现上述目的，本发明提供了一种热沉的针肋-凹陷复合阵列结构，所述热沉包括冷却通道、多个针肋、多个凹陷、基板和顶板；其中，所述基板和所述顶板分别具有相对的内壁面；所述冷却通道被限定于所述基板和所述顶板的相对的两个所述内壁面之间；所述基板的所述内壁面上设置有多个所述针肋，多个所述针肋组成针肋阵列；其中，所述针肋阵列在所述基板的内壁面上错列布置；所述基板或所述顶板两者中，至少所述基板的内壁面上设置有多个所述凹陷，多个所述凹陷组成凹陷阵列；其中，所述冷却通道中，横向方向上所述针肋间具有最小流动横截面，至少一个所述最小流动横截面处设有所述凹陷，并且，纵向方向上多个所述凹陷错列排列，从而构成所述凹陷阵列；所述针肋阵列与所述凹陷阵列共同构成所述针肋-凹陷复合阵列结构。 

较佳地，在纵向方向上，每两列针肋之间还设有至少一个所述凹陷，以进一步提高传热性能。 

较佳地，大部分的所述最小流动横截面处均设有所述凹陷。 

较佳地，所述基板和所述顶板两者的内壁面上均设置有由多个所述凹陷组成的所述凹陷阵列。 

较佳地，所述针肋的一端与所述基板的内壁面相连，所述针肋的另一端与所述顶板的内壁面相连。 

较佳地，所述针肋的截面形状为圆形、菱形、方形、椭圆形或水滴形；所述凹陷的形状为球形的一部分，或截去顶部的圆锥形，或水滴形。 

较佳地，所述针肋的高度为所述针肋的直径的0.5～4倍。