[发明专利]一种鱼鳃仿生结构微通道散热器

说明书

本发明公开了一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，包括壳体、内部流道和流经所述内部流道的冷却工质；所述壳体的一端设置有冷却工质入口，另一端设置有冷却工质出口；所述内部流道中至少设置有一个鱼鳃结构单元，每个所述鱼鳃结构单元至少由两片平行叠放在一起的梳子状的肋片组成；所述鱼鳃结构单元横向布置于内部流道中；所述梳子状的肋片包括朝向所述冷却工质出口的梳齿部分和位于所述梳齿部分根部的梳体部分。一方面通过设置多片平行布置的肋片，增强冷却工质的混合；另一方面通过设置多个齿槽和梳齿，增加了对流换热面积，但是压降却没大幅增加，不需要大幅增加泵耗功率；再者通过增加沿流向方向肋片的厚度，提高散热器后半部分的换热效率。

技术领域

本发明涉及高热流密度散热问题，具体地指一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，能应用于能源动力、电力电子、化工过程等各种应用领域，尤其应用于集成电路领域。

背景技术

随着半导体技术的快速进步，芯片的集成度不断提高，导致芯片单位面积上的发热量激增。传统的空冷散热、液冷散热、热管散热和半导体散热等冷却技术已经很难满足高集成化芯片的散热需求。鉴于此，微通道冷却技术应运而生，微通道结构可以通过在芯片硅基层构建使冷却工质直接通过的微小通道，可以绕过芯片封装直接对集成电路表面进行冷却，为芯片散热提供了良好的解决方案。

现有平行微管道的主要缺点是冷却能力有限，对于芯片的高功率区域的冷却效果不好，会产生较高的温度梯度，这会引起机械应力并导致薄芯片的局部翘曲。现有的微针肋结构需要大功率泵，从而增加了能耗和成本，并会在半导体器件上产生潜在的破坏性机械应力。

申请号为CN212810289 U的中国实用新型专利公开了一种具有特殊肋结构的微通道热沉，属于换热器技术领域，其结构包括入流及出流结构、肋排结构和顶部盖板；入流及出流结构一端为入流通道，另一端为出流通道；肋排结构设置在入流通道和出流通道之间，包括间隔排列的Z型肋板和直肋板；顶部盖板上设置有冷却工质入口和冷却工质出口。通过直肋板与Z型肋板间隔排列的微通道，使得冷却工质的边界层不断被破坏，且在局部形成漩涡，有助于提高热沉的换热效率。该实用新型示例的技术方案，通过特殊的入口结构及微通道肋设计，使各微通道间流量均匀分配。但在肋片直角位置形成的涡流区域，阻碍了工质流体的流动，不利于通道的换热。同时，该实用新型结构中包含有众多突扩突缩结构，导致流动阻力很大。结构机械强度有限，有被大功率泵产生的破坏性机械应力破坏的风险。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种结构简单实用、在增大换热面积的前提下，不会大幅增加通道阻力的微通道散热器。

为实现上述目的，本发明公开了一种鱼鳃仿生结构微通道散热器，其包括壳体、内部流道和流经所述内部流道的冷却工质，所述壳体的一端设置有冷却工质入口，另一端设置有冷却工质出口；所述内部流道中至少设置有一个鱼鳃结构单元，每个所述鱼鳃结构单元至少由两片平行布置的梳子状的肋片组成；所述鱼鳃结构单元横向布置于内部流道中；所述梳子状的肋片包括朝向所述冷却工质出口的梳齿部分和位于所述梳齿部分根部的梳体部分。

进一步地，所述壳体由上层盖板和凹槽状的下层壳体组装而成，所述内部流道为所述下层壳体的凹槽状部分。

进一步地，多个所述鱼鳃结构单元沿冷却工质流动的方向平行等间距布置。

进一步地，单个所述鱼鳃结构单元上肋片的数量为2到8片。

更进一步地，上下相邻所述肋片之间留有间隙。

进一步地，单个所述鱼鳃结构单元的相邻两肋片之间沿冷却工质流动的方向错位排列布置，所述相邻肋片之间错位的距离d₂大于梳体部分的宽度d₃。

进一步地，单个所述鱼鳃结构单元的相邻两肋片上的梳齿部分在垂直于冷却工质流动的方向上相互错位布置。

进一步地，每个所述肋片的梳齿部分和梳体部分的横截面积沿冷却工质流动的方向逐渐平顺增大。