[发明专利]一种散热用复合阵列旋转射流冷却热沉

说明书

本发明属于一种高热流密度散热用复合阵列旋转射流冷却热沉，该热沉由：入口管道(1)、盖板(2)、整流腔边框(3)、旋转射流阵列孔板(4)、换热腔边框(5)、S形肋外附金属颗粒阵列底板(6)、出口管道(7)组成。热沉采用“上进下出”整体结构；采用阵列旋转射流孔板，通过旋转射流孔使冷却工质变为旋流、增加射流腔内的流体扰动，促进射流腔内部射流快速换热；采用S形肋外附金属颗粒阵列底板，通过S形肋的设计促进底部湍流的发生，增加受冲击表面的表面积；通过金属颗粒增加其表面粗糙度，增加汽化核心，达到快速散热的目的。热源粘附S形肋外附金属颗粒阵列底板底部，源源不断的对向热沉传递热量。本发明设计的复合旋转射流冷却热沉，可以有效提高热沉换热能力，达到更好的温度均匀性。

技术领域

本发明属于高速集成电路、大功率半导体激光器散热冷却技术领域，涉及一种复合阵列旋转射流冷却热沉。

背景技术

随着微电子机械系统(MEMS)的迅猛发展，各种超大规模集成电路在电子设备上的广泛应用，对新一代电子设备而言，热流通量已高达10⁶-10⁷W/m²。研究表明电子器件的可靠性与温度有着密切联系，当温度达到70-80℃时，温度每上升10℃,电子器件的可靠性下降5％。

在另一方面，随着大功率半导体激光器功率的增加，由此产生的热耗散功率也随之增大，如果不能及时消除由于耗散功率所转化的热量，将使激光器温.度急剧升高，这不仅影响激光器的材料性能，甚至影响激光器的使用寿命。

目前，高热流密度散热问题已不仅仅局限于高速集成电路的散热问题，已经向着各种有重量和体积限制的领域拓展。

对于高热流密度散热问题，传统的冷却方式主要包括风冷、热管、液冷等。对于风冷：核心频率2GHz的Pentium IV处理器热耗散75W，热流密度大约为0.45x106W/m²，已经接近了风冷的极限，芯片稳定工作所允许的最高温度是85℃，满足这一要求的空冷风扇转速会产生35-40dB的噪音，已经接近人类正常操作的极限。对于热管散热法，存在一定的散热极限，对于蒸发端的热量超过某极限时，工作介质便全部汽化，导致循环中断。随着各种领域的发展，竞争逐步转为对重量和体积的限制，因此传统的液冷散热技术也必须向着微小尺度方向发展，并逐步提出了微通道、冲击射流等技术来解决高热流密度散热问题。因此，研究高性能的微冷却系统成为对重量和体积限制的各领域继续发展的关键。

发明内容

本发明目的是提高冷却热沉的换热性能，解决在高热流密度下大功率电子系统的散热问题。

为达到上述目的，本发明提出一种具有旋转射流的复合阵列射流冷却热沉，其特征在于该冷却热沉包括入口管道(1)、盖板(2)、整流腔边框(3)、旋转射流阵列孔板(4)、换热腔边框(5)、S形肋外附金属颗粒阵列底板(6)、出口管道(7)；其中入口管道(1)焊接固定在在盖板(2)上；旋转阵列射流阵列孔板(4)上部与整流腔边框(3)连接，下部与换热腔边框(5)连接；盖板(2)与整流腔边框(3)连接完成整流腔的密封；S形肋外附金属颗粒阵列底板(6)与换热腔边框(5)连接完成换热腔的密封；出口管道焊接固定在换热腔边框(5)上；所有连接方式均用真空焊接完成。当工作时，冷却工质从入口进入热沉，到达整流腔，通过旋转阵列射流阵列孔板(4)变为旋流，冲击在S形肋外附金属颗粒阵列底板(6)表面，完成换热后从出口管道(7)流出。

具体结构如下

一种散热用复合阵列旋转射流冷却热沉，包括入口管道(1)、盖板(2)、整流腔边框(3)、旋转射流阵列孔板(4)、换热腔边框(5)、S形肋外附金属颗粒阵列底板(6)、出口管道(7)，其中：

所述的旋转阵列射流孔板(4)的射流孔截面形状为花形，花形射流孔的外径D为1mm，内径d为0.5mm，旋转角为30℃。射流孔板厚度3mm，射流孔布置为5×5均匀阵列，行间距L₁与列间距L₂均为3mm。