[发明专利]一种具有水平方向及垂直方向扰流结构的微通道散热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种微通道散热器，尤其涉及一种具有水平方向及垂直方向扰 流结构的微通道散热器。

背景技术

随着微电子器件逐渐向大功率、微型化、高集成度方向迅猛发展，器件 单位面积的热流密度急剧。例如，激光二极管阵列的工作功率已经达到 100-400W/cm²，不久的将来将会超过1000W/cm²。而传统散热技术(如自然 风冷、强迫风冷、常规液冷等)的散热能力有限，不能满足未来微电子器件 发展的散热需求。同时微电子器件中的芯片温度每提升10℃，其稳定性就会 降低50％。因此微电子器件散热问题成为器件进一步发展的瓶颈，带有扰流 结构的微通道散热器正是基于以上原因而诞生。

目前微通道散热器仅局限在水平方向或者垂直方向上添加扰流结构，实 现单一方向上的强化对流传热(如图1图2分别是在垂直方向和水平方向上 带有肋片结构的微通道散热器)。夏国栋等人在Applied Thermal Engineering 31(2011)1208-1219发表的文章《Optimum thermal design of microchannel heat sink with triangular reentrant cavities》提出了在微通道水平方向的左侧壁、右 侧壁上添加凹槽结构，对流体产生扰动，提高流体温度场和速度场在水平方 向上的均匀性，强化了对流传热。然而，流体温度场和速度场在垂直方向上 的并没有发生变化，因此强化对流传热能力有限。

法国SAIPEM公司的Desrues等人在Applied Thermal Engineering 45(2012)52-63发表的文章《Numerical prediction of heat transfer and pressure drop in three-dimensional channels with alternated opposed ribs》研究了垂直方向 上的方形肋片对微通道流动和散热性能的影响。他们分别采用湍流和层流模 型对带肋片微通道和传统光滑微通道进行了数值研究。结果表明：微通道上 下壁面上的肋片结构能在垂直方向上的壁面附近引起回流，促进冷热流体混 合，提高微通道的对流传热作用。然而垂直方向的肋片结构只在垂直方向上 强化了对流传热，没有提高流体温度场在水平方向上的均匀性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有水平方向及垂直 方向扰流结构的微通道散热器，通过两个方向上的扰流结构同时强化对流传 热，加强散热器的散热效果，从而解决上述微电子器件的散热问题。

技术方案：

一种具有水平方向及垂直方向扰流结构的微通道散热器，其特征在于：微 通道散热器的上盖板的下表面为上壁面，上壁面上有设有散热介质的入口和 出口，微通道部分的左右侧面为左壁面、右壁面，基体部分的上表面为下壁 面；微通道散热器内的三个或四个壁面上设有扰流结构，上壁面和下壁面上 的扰流结构交错设置，起垂直方向上强化散热作用，左壁面和右壁面上的扰 流结构交错设置，起水平方向上强化散热作用；上壁面上的扰流结构与左壁 面或右壁面之一上的扰流结构在同一个垂直面上并能互相拼合，下壁面上的 扰流结构与左壁面或右壁面之一上的扰流结构在同一个垂直面上并能互相拼 合。

优选地，所述扰流结构以上壁面上的扰流结构和左壁面上的扰流结构拼 合、下壁面上的扰流结构和右壁面上的扰流结构拼合、上壁面上的扰流结构 和右壁面上的扰流结构拼合、下壁面上的扰流结构和左壁面上的扰流结构拼 合的顺序循环分布，进一步增加了散热工质的流动路径，起到更好的扰流效 果。

优选地，所述散热器各壁面组合后，各壁面上的扰流结构均不在一个垂直 面上，这种方式更易于加工扰流结构。

进一步优选地，所述扰流结构包括肋片扰流结构、凹槽扰流结构或肋片与 凹槽组合扰流结构。

更进一步优选地，扰流结构包含的肋片或凹槽为任意的规则几何形状，包 括但不限于长方形、正方形、三角形、圆形、扇形或它们之间的组合。

更进一步优选地，肋片或凹槽的长度范围为10-500μm，宽度范围为 10-1000μm，高度范围为10-1000μm。

更进一步优选地，肋片或凹槽的材料包括硅、铜、镍、铝、银、SU-8之一 或它们之间的多层组合。

有益效果：