[发明专利]一种采用脉动流及叶脉式微流道的散热装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种与电子元件配套用散热装置，特别是一种利用脉动流发生系统产生脉动冷却液流提供给叶脉式微流道热沉冷板，以对高功耗（高热流密度）电子元件工作时进行散热处理，确保电子元器件工作可靠及延长其使用寿命的散热装置。

背景技术

电子元器件工作时，由于功率的损耗，造成器件本身温度上升，当温度无法及时传导或对流出去，就会造成本身器件内部温度上升而影响其性能，降低其工作稳定性和可靠性。电子元件的功耗越高、产生的热量就越高，而高密度封装又将这些热量分布在较小的表面，造成电子元件和设备的热流密度迅速提高。有研究表明，芯片级的热流密度有的高达100W/cm²，甚至有些微系统的热流密度高达1000W/cm²；约占55%的电子元器件损坏或缺陷均源自于温度过高的问题。因此，除对电子元件进行高效率的热设计，提高设备可靠性和延长其使用寿命外，还迫切需要针对电子元件高热流密度的散热问题给以研究解决。

脉动热管是近几年来应用比较广泛的用来解决高热流密度散热问题的新兴技术。脉动热管在一定条件下达到稳定运行时具有很好的传热特性，同时具有体积小、重量轻、布置灵活等优点；但是脉动热管还存在许多缺点，一方面，脉动热管内部的流动属于微细管道内的气液两相流动，运行过程中其内部工质的压力、温度和速度均呈现脉动性，存在许多热力学不平衡现象，并带有很大的随机性和复杂性；另一方面由于脉动热管的工质运行通道较小，因此在脉动热管的实验测量方法上就受到许多限制，脉动热管内部工质的温度、压力和速度的脉动变化测量也比较困难。

微流道散热器是由Tuckerman和Pease在1981年首次提出，随后国内外的很多学者都对微流道散热器做了大量研究工作。附图1所示即为目前采用的微流道热沉冷板结构示意图（参见《Experimental Investigation of an Ultrathin Manifold Microchannel Heat Sink for Liquid-Cooled Chips》，W.Escher,2010）；该微流道热沉冷板虽然具有结构简单，但却存在以下缺陷：

⑴该热沉冷板只是简单的将微流道并联在一起，流体进入每条流道都会产生较大压力损失，不但损耗功率，还导致进入每条流道的流量不同，散热效果不理想；甚至还会出现局部回流（图1中9-1.3中箭头所示）现象，导致局部区域散热性差，严重时将造成元件的损坏；

⑵该热沉冷板只是简单的用微型泵往流道中输送流体，流体传热效果差，只能被动散热，此类热沉冷板一般最高温度区域为43℃、最低温度区域为36℃，高、低温区域的温度差为7℃左右，边缘处有明显的热集中效应。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，设计一种采用脉动流及叶脉式微流道的散热装置，该装置通过改变热沉冷板中微流道的结构及流体脉动流的频率幅值等级，以达到使活塞在往、返行程中均可向散热器提冷却介质、延长散热冷板的有效工作时间，增强微流道内流体的相互扰动与混合并破坏热边界层,进而改变热阻、强化散（传）热效果、有效提高散（传）热效率及散热区域温度的均匀性，以及器件工作可靠等目的。