[发明专利]一种微通道散热器及由其组成的微机电产品散热系统装置

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统，特指一种微通道散热器及由其组成的微机电产品散热系统装置。

背景技术

随着微机电系统的快速发展，微机电产品的热处理已经成为保证产品性能和寿命的关键技术；传统的换热装置和换热工质（如水、油、醇等）已很难满足高传热强度和微系统散热等特殊条件下的散热和冷却要求，换热装置微型化成为迫切要求和必然趋势；另一方面，低导热系数的换热工质也成为制约研究新一代高效散冷却技术的主要障碍；同时，随能源问题的日益突出，也要求在满足热量交换前提下，进一步研制体积小、重量轻、散热性能好的高效紧凑式热交换设备；以及从工质本身入手研制导热系数高，散热性能好的高效新型换热工质，尽而缩小设备体积、节约材料、减轻设备重量、提高设备的紧凑性、增强散热效率。 

在微机电系统中，除了性能提高和可靠性增加必须要求电子设备具有良好散热性以外，消除噪声，减少能量消耗，也需要有良好的散热；针对微机电产品，目前的普遍散热方式是采用散热片与冷却风扇的组合，利用冷却风扇对电子产品上的散热片进行散热冷却，这种方式散热效率较低，且空气的导热系数较低，比热较小，对流换热效果不显著；正如本发明将要描述的，一些散热途径，包括热传导、自然对流、辐射并不需要风扇；如果设备通过这些途径合理散热，风扇的噪声，能量消耗和费用将会消除；而且，相较于固定机械部件，风扇的故障率更高，去掉风扇增加了可靠性。

与风冷相比，水冷使用较空气导热系数高的换热工质（水的导热系数约为空气导热系数的30倍），且流动的水可以更快、更好带走热量，起到好的散热效果，水冷兼顾了静音和效能这两大貌似难以融合的特征。

提高液体导热系数的一种有效方式是在液体中添加金属，非金属或聚合物固体粒子；1995年，美国Argonne国家实验室的Choi提出一个概念—纳米流体，即以一定的方式和比例在液体中添加纳米级金属或金属氧化物粒子，形成一类新的换热工质；与传统的纯液体工质及在液体中添加毫米或微米级固体粒子相比，纳米流体可以有效提高液体的导热系数，强化液体的换热性能；Masuda(Netsu Bussei,1993, 4, 227-233)等人研究了体积分数为1.30~4.30%，平均粒径为13nm时，Al₂O₃—水纳米流体的导热系数与基液的导热系数之比k_nf/k_f为1.109~1.324；Wang(Journal of Thermophysics and Heat Transfer, 1999, 13, 474-480)等人研究了体积分数为5.00~8.00%，平均粒径为28nm时，Al₂O₃—乙二醇纳米流体k_nf/k_f为1.25~1.41；Das(ASME Journal of Heat Transfer, 2003, 125, 567-574)等人研究了体积分数为1.00~4.00%，平均粒径为28.6nm时，CuO—水纳米流体k_nf/k_f为1.29~1.36；Xuan(International Journal of Heat and Fluid Flow, 2000, 21, 58-64)等人研究了体积分数为1.0~5.0%。平均粒径为100nm时，Cu—水纳米流体k_nf/k_f为1.08~1.45。

更为重要的是由于纳米粒子的小尺寸效应，其行为接近于液体分子，纳米粒子自身强烈的布朗运动有利于其保持稳定悬浮而不沉淀，不像毫米或微米级粒子易产生磨损或堵塞等不良结果，且流动压降与纯液体相比并没有显著增大，显示了纳米流体在散热领域有广阔的应用前景。