[发明专利]一种分级式歧管微通道散热装置

说明书

本发明公开了一种分级式歧管微通道散热装置，主要包括一级微通道、二级微通道、三级微通道和底板部分。通过键合技术将四层通道封装起来，工质进、出口均位于顶部，可以根据换热面积增加微通道和歧管通道的数量。换热工质经过一级微通道和二级微通道流入三级微通道，由最初的两个入口分裂成最后的八个入口流向模拟芯片表面，工质均匀的分布提升了模拟芯片表面温度分布均匀性。换热后的工质在经过三级微通道和二级微通道汇入一级微通道，最终由两个一级微通道汇集到中间的出口位置流出。流道被分段成多个微小通道单元，流动长度缩短使得压降减小，热边界层难以在微通道中发展，有利于提高换热系数和降低总热阻。本发明具有占地面积小、低功耗、散热能力大的优点，可用于满足超过热流密度的散热需求。

技术领域

本发明涉及微小空间内的冷却散热领域，适用于超高热流密度散热技术，具体涉及一种分级式歧管微通道散热装置。

背景技术

近几十年来，随着微纳加工技术的蓬勃发展，微电子机械系统、大规模集成电路和大功率发光二极管研制技术也向前大步迈进。能源动力、航空航天、生物化工、核能技术、移动通信、电动汽车等先进工程领域越来越注重电子设备的微型化和集成化，不断提升的市场需求加剧了对高精尖硬件设备研制技术发展的要求。电子器件的功率提升与体积微小化发展趋势导致了其发热热流持续上升，过高的运行温度将直接导致设备可靠性下降等问题，因此伴随而来的是对电子设备的高效散热方案需求，为高功率设备研发合适的高效换热技术具有深远的实际意义。

高热流不仅仅局限于计算机电子设备的使用情景，在许多其他场景中也已经存在，例如X射线医疗设备、新能源汽车、储氢、核工程、火箭推进、航空发动机涡轮叶片、军事雷达、人造卫星等，目前散热需求已在kW/cm²量级。然而，传统的间接冷却式散热是将芯片与散热器隔开的，中间填充热界面材料，由于接触热阻，这将导致整个散热装置有一个极大的温度梯度。此外，局部加热也可能会导致芯片表面的温度的温度分布不均。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分级式歧管微通道散热装置，以克服现有技术存在的缺陷，本发明中入口和出口的总管路中包括多个平行的流动通道，保证流体均匀覆盖在芯片表面。该装置利用多层分级式流动将流体分配到热源表面，设计多个进出口，歧管结构将微通道分为许多并联的微通道单元，大大缩短了微通道的有效流动长度，使压降减小，流动长度的减小使得热边界层难以在微通道内发展，这样有利于提高换热系数，降低总热阻。另外，分层式的布置方式使得入口工质更均匀的分布，提升了芯片底面温度分布均匀性。当增加芯片的换热面积时，可通过增加分级数目来增加歧管微通道的数量，紧凑的结构设计也大大节约了散热器占用空间。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种分级式歧管微通道散热装置，包括从上至下依次设置的第一层基板、第二层基板、第三层基板和底板；

所述第一层基板的下表面加工有四个一级微通道，且四个一级微通道交错排列，第一个和第四个一级微通道为入口微通道，第二个和第三个一级微通道为出口微通道，且两个出口微通道之间设置有连通微通道，所述第一层基板的上表面设置有两个一级工质入口和一个一级工质出口，两个一级工质入口分别与两个入口微通道的中心位置连通，一级工质出口与连通微通道的中心位置连通；

所述第二层基板的下表面加工有八个二级微通道，所述二级微通道与一级微通道相互平行，且所述八个二级微通道呈四行两列交错布置，每个二级微通道的中部均开设有一个通孔，第一行、第三行左侧的二级微通道和第二行、第四行右侧的二级微通道上的通孔为四个二级工质入口，第一行、第三行右侧的二级微通道和第二行、第四行左侧的二级微通道上的通孔为四个二级工质出口；

所述第三层基板的下表面加工有八个三级微通道，八个三级微通道相互平行、错列布置，每个三级微通道的两侧各开有一个通孔，每个三级微通道一侧的通孔为三级工质入口，另一侧的通孔为三级工质出口，且相邻三级微通道内的工质流动方向相反，所述三级微通道与二级微通道之间相互垂直布置；