[实用新型]液冷多孔泡沫金属散热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及微小尺寸传热、散热装置。

背景技术

随着电子芯片特征尺寸的不断减小，芯片的集成度、工作频率不断提高，使芯片的热流密度迅速升高，现在的一些大功率元件的热流密度已达到50W/cm²，有的甚至达到200W/cm²。同时，美空军整体计划分析报告里也指出：电子设备的失效有55％是由温度引起的。著名的“10℃法则”也指出：半导体器件的温度每升高10℃，其可靠性就会降低50％。这些数据都说明了有效的热控制在先进电子设备中的重要性。现有的电脑风冷CPU的冷却能力只有30-40W/cm²，满足不了这种大功率元器件的散热要求。

多孔介质是由多孔固体骨架和孔隙间的流体相组成的多相共存空间，多孔介质中固定相形成的孔隙具有弯曲性、无定向性和随机性的特点，导致流体在多孔介质流动具有弥散效应，同时由于多孔结构的存在，比表面积增大，导致多孔介质中的流动和传热具有特殊性和复杂性。近年来许多研究者针对多孔介质中的对流传热进行了实验和数值研究。

发明内容

为了解决大比热容液体作为换热介质时换热不充分的问题，本实用新型提供一种液冷多孔泡沫金属散热器。

具体的结构设计方案如下：

液冷多孔泡沫金属散热器包括箱体、箱盖和冷却工质，所述箱体内中部设有多孔泡沫金属，多孔泡沫金属的一侧箱体为进口静压腔，另一侧箱体为出口静压腔；与进口静压腔对应箱盖上设有冷却液体进口，与出口静压腔对应箱盖上设有冷却液体出口。

所述箱体高度为5-30毫米，箱体的底板材料为铜或铝，底板厚度0.5毫米。

泡沫金属和箱体连接方式为焊接或电镀或烧结方式。

所述的多孔泡沫金属为比表面积10-100ppi、孔隙率95％的多孔泡沫铜或泡沫铝。

所述冷却工质为去离子水或醇类或氟性电子冷却液(3M^TM Fluorinert^TMElectronic Liquids)。

由于多孔介质的弯曲性和无定向性等特点，本实用新型采用多孔泡沫金属作为散热器表面在增加散热面积的同时还可以使流体在流过多孔介质时充分与固体多孔介质接触，从而使流体内温度梯度降低，增加换热量，提高换热效率，很好解决了采用大比热容液体作为换热介质时换热不充分的问题。

本实用新型的效果是采用不同孔隙率和比表面积的多孔泡沫金属扩展换热面，达到液体冷却时液体温度均匀，减小液体在垂直方向温度梯度，在液冷中提高液体的平均温度，增加换热量；同时采用烧结(焊接或电镀)的方法降低接触热阻，使散热器内部温度梯度降低，试验中在较低的表面温度(不高于75℃)的情况下可以带走100-200W/cm²的热量；较风冷散热器单位面积散热量可以提高2-4倍。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图，

图2为本实用新型使用状态图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。

实施例：

参见图1，液冷多孔泡沫金属散热器包括箱体7和箱盖8，箱体高度为10毫米(高度可调整范围为5-30毫米)，箱体的底板6材料为铜，底板厚度0.5毫米，长宽和形状根据不同的电子器件散热表面的形状确定；箱体7内中部焊接连接比表面积50ppi、孔隙率95％的多孔泡沫铜5，多孔泡沫铜5的一侧箱体为进口静压腔3，另一侧箱体为出口静压腔4；与进口静压腔3对应箱盖8上设有冷却液体进口1，与出口静压腔4对应箱盖8上设有冷却液体出口2。

使用时，见图2，外部大散热器9的进口连通着液冷多孔泡沫金属散热器的冷却液体出口2，外部大散热器9的出口连通着液体驱动小泵10，液体驱动小泵10连通着液冷多孔泡沫金属散热器的冷却液体进口1；外部大散热器9一侧设有散热风扇11。采用去离子水作为流体工质，也可采用醇类或氟性电子冷却液(3M^TM Fluorinert^TM Electronic Liquids)；实验该散热器在较低的表面温度(不高于75℃)的情况下可以带走100-200W/cm²的热量。

冷却液体进口和冷却液体出口采用静压箱的形式，使液体在流入多孔泡沫金属前能够更好地匀流，从而使多孔泡沫金属中的流体更加均匀，减小因流体分布不均匀而导致的局部表面过热的问题。在多孔泡沫金属和底板的接触时采用焊接(烧结或电镀)的方法减小散热器内部的接触热阻，从而带走更多的热量。同时由于多孔介质的弯曲性和无定向性等特点，使流体在流过多孔泡沫金属时能够充分与多孔泡沫金属表面接触，而且流体的流动由于多孔介质的弯曲性变得杂乱无章，从而加速流体内部的换热，减小流体内部的温度梯度，打破流体边界层对换热的不利影响，使流体内部温度更加均匀，从而提高单位体积流体的平均换热量。