[发明专利]用于大功率芯片散热的静电闪蒸微喷雾循环冷却系统

说明书

本发明涉及一种用于大功率芯片散热的静电闪蒸微喷雾循环冷却系统，其包括喷雾室、荷电腔室以及冷却介质制冷循环管路机构；通过冷却介质制冷循环管路机构能将液态冷却介质送入荷电腔室内，经过荷电腔室得到的荷电液滴能进入喷雾室的微通道喷嘴内，以经由微通道喷嘴将荷电液滴在喷雾液滴电场作用下靶向沉积在热沉的表面，对热沉冷却后的冷却介质返回至冷却介质制冷循环管路机构内，以使得通过热沉温度传感器采集的热沉当前温度与所述循环冷却控制器内预设的目标温度相一致。本发明能有效解决大功率芯片高效散热，同时提高冷却效率，缩小系统体积，满足国防及航空航天领域对冷却系统小型化、集成化以及高可靠性的技术要求。

技术领域

本发明涉及一种循环冷却系统，尤其是一种用于大功率芯片散热的静电闪蒸微喷雾循环冷却系统，属于芯片散热的技术领域。

背景技术

大功率芯片的电子器件因其长寿命、高可靠性以及体积小、质量轻等优势广泛应用于航空航天、国防、工农业生产和生物医学领域中。随着芯片功率密度不断提升、散热面积不断缩小，加之小型化、集成化以及轻量化在航空航天领域的特殊应用需求，大功率芯片的功率密度已超过500 W/cm²，相当于飞行器返回大气层时与高速气流摩擦产生的热量。著名的10 ºC法则指出：电子器件的使用寿命与温度密切相关，当超过工作温度（如LED结温80ºC）时，每上升10 ºC，寿命缩短50%。目前市场上并无针对大功率芯片散热问题所开发的高效紧凑冷却系统。

现有已应用在大功率芯片的散热技术包括：风冷、液冷、热管冷却、微通道冷却以及热电冷却等。虽然集成化程度较高，但仅利用工质显热或部分潜热，冷却能力不足，极大地限制了激光器等大功率芯片的进一步提升。因此急需开发新型高效紧凑的冷却技术，解决高功率芯片散热问题。

静电喷雾技术通过在喷头与靶标之间建立静电场，液滴带电荷后在电场力作用下实现靶向沉积，具有雾化质量高、工质用量低、液滴沉积均匀且沉积量高等优势，广泛应用于农药喷洒、工业喷涂、喷雾燃烧、工业除尘、脱硫以及废气净化等工业工程领域。

制冷剂闪蒸喷雾冷却能力强，有望解决大功率芯片散热问题，但由于闪蒸作用常使制冷剂内部及表面产生气泡，气泡破裂导致制冷剂爆炸性破碎，雾化效果不佳，且形成较大喷雾锥角（ 90º），对于散热面积仅为数十平方毫米的高功率半导体芯片难以实施精准冷却，且大量工质沉积或飞溅至散热面外部，易造成冷却效率下降和能源浪费。此外，为获得较好雾化及冷却效果，喷雾距离常设置为30 mm以上，导致喷雾腔体积庞大，难以实现小型化、集成化的冷却系统设计及封装。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种用于大功率芯片散热的静电闪蒸微喷雾循环冷却系统，其能有效解决大功率芯片高效散热，同时提高冷却效率，缩小系统体积，满足国防及航空航天领域对冷却系统小型化、集成化以及高可靠性的技术要求。

按照本发明提供的技术方案，所述用于大功率芯片散热的静电闪蒸微喷雾循环冷却系统，包括能收纳待散热大功率芯片的喷雾室、能使得冷却介质携带电荷的荷电腔室以及能与所述喷雾室、荷电腔室适配连接的冷却介质制冷循环管路机构；

所述荷电腔室位于喷雾室的上方且荷电腔室与喷雾室内的微通道喷嘴相连通，喷雾室内设置能与待散热的大功率芯片接触配合的热沉，所述热沉在喷雾室内位于微通道喷嘴的正下方，在热沉上设置能检测热沉温度状态的热沉温度传感器；

还包括能控制冷却介质制冷循环管路机构工作状态的循环冷却控制器以及能与荷电腔室、微通道喷嘴适配电连接的高压静电发生装置，所述高压静电发生装置、热沉温度传感器与循环冷却控制器电连接；通过高压静电发生装置与荷电腔室配合能使得通过荷电腔室的液态冷却介质携带电荷，且通过高压静电发生装置与微通道喷嘴配合能在微通道喷嘴与热沉之间形成喷雾液滴电场；