[发明专利]一种机械扰动驱浸没式液冷烧结毛细芯铜基散热装置

说明书

本发明公开了一种机械扰动驱浸没式液冷烧结毛细芯铜基散热装置，包括扰动叶片、冷却盘管、螺旋烧结毛细芯、环形肋片群、方形均热板、外腔体及散热芯片；所述扰动叶片通过传动轴连接在外腔体的内侧顶部，所述冷却盘管位于外腔体的内侧顶部和扰动叶片之间，所述螺旋烧结毛细芯内侧与环形肋片群烧结成一体，外侧呈螺纹状，所述环形肋片群连接在方形均热板的顶面，所述方形均热板嵌在外腔体的底部，所述螺旋烧结毛细芯与环形肋片群位于外腔体内部，所述环形肋片群包括若干呈环形布置的肋片，且相邻肋片之间间距相等，所述散热芯片顶面与方形均热板底面牢固接触，所述外腔体的侧面还设置有补液口。

技术领域

本发明涉及微米传热学中微小空间的烧结结构强化相变传热领域，具体涉及一种机械扰动驱浸没式液冷烧结毛细芯铜基散热装置。

背景技术

随着半导体芯片产业的快速发展，电子器件集群运行时产生的高通量热流对散热器强化传热能力要求也在逐步提升，传统的风冷、热管冷却对于微小区域内大热流的疏导已无能为力。沸腾换热是通过大量液体剧烈汽化，使系统产生的热量通过汽化潜热的吸收有效转移，低成本强化表面的研究与参数优化是提升传热效果的必备方式。优秀的强化沸腾表面可以显著提升核态沸腾效率，控制芯片表面温度在合理工作区间，非常适合应用于微型紧凑散热器中。铜肋片与毛细芯烧结成一体不仅可以通过增大与冷却工质的接触面积来提高换热表面的液体润湿能力，还可以减小两者接触热阻，增大汽化核心的数量，进一步促进中高热流密度下气泡的快速有序释放，对提升冷却工质在换热表面的对流换热系数(HTC)意义重大。此外，合理选用表面凸凹形状可以阻碍相变气泡的集聚与合并，对提升池沸腾临界热流密度(CHF)也有积极的影响。因此，在较低壁面温度下，最高效地将高性能芯片产生的热量有效导离出换热表面是科研工作者孜孜不倦探索的热门方向，此技术具有明显的应用价值和市场空间。但是现有技术普遍存在毛细芯内相变气泡脱离困难、冷却工质补充不均匀不充分等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械扰动驱浸没式液冷烧结毛细芯铜基散热装置，以克服现有普遍存在的毛细芯内相变气泡脱离困难、冷却工质补充不均匀不充分等问题，本发明通过促进浸没腔内液体流动、增强液体与换热冷凝面的接触；通过利用扰动叶片旋转时产生的涡旋和多肋片铜基凸台表面烧结微米级多孔毛细芯保证了散热结构在较小的热阻和热量迟滞下以较高的两相流流速实现相变汽液通道的相对分离；通过增强换热面补液效果、减小气体溢出阻力、增大沸腾成核位点数量，可显著提高装置在中高热流下的相变换热能力及工作稳定性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种浸没式液冷烧结多孔毛细芯耦合微通道散热装置，包括扰动叶片、冷却盘管、螺旋烧结毛细芯、环形肋片群、方形均热板、外腔体、散热芯片；

所述扰动叶片固定在外腔体的上表面，与外部电机通过驱动轴连接，通电时可实现变频高速旋转，所述冷却盘管位于扰动叶片与外腔体上表面之间，两端与外接过冷液体相连接以转移腔内工质积累的热量；所述螺旋烧结毛细芯利用微米级气雾法所产铜粒子烧结而成，内部与环形肋片群烧结成一体，外侧呈宽螺距公制普通螺纹状；所述环形肋片群通过紫铜管摩擦焊接在方形均热板顶面后，利用线切割等距加工得到的；所述散热芯片顶面涂抹薄硅脂层后与方形均热板底面牢固接触，所产生的热量可以及时传递到相变换热表面。

进一步地，所述扰动叶片选用镍铝青铜材料，三个扇片沿轴圆周等距，扇片曲率为0.1，扇片弧度为30°，扇片最大长度l_1-1为10.5mm，最大宽度l_1-2为3mm，最大厚度l_1-3为0.5mm，轴长l_1-4为10mm。

进一步地，所述冷却盘管外径Φ₁为2mm，内径Φ₂为1mm，弯折处为中径R＝3mm的半圆，笔直部分分别长为l_2-1＝20mm、l_2-2＝25mm，补液口直径Φ₃为3mm。