專利名稱：帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冷卻技術(shù)，尤其是電子芯片的冷卻技術(shù)，具體是采用相變?cè)磉M(jìn)行熱量傳遞，主要應(yīng)用于微電子芯片散熱，解決微電子芯片高熱流密度條件下的熱擴(kuò)散問題的帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
隨著微電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子產(chǎn)品趨向于高性能、便攜式、微小型化的方向發(fā)展。微處理器芯片的主頻和集成度的提高導(dǎo)致了高熱流密度問題產(chǎn)生，并已經(jīng)成為當(dāng)前制約高集成度芯片技術(shù)發(fā)展的首要問題。對(duì)于高熱流密度芯片，若未能適時(shí)導(dǎo)出所產(chǎn)生的熱量，則芯片上的熱量會(huì)不斷增加和積累，導(dǎo)致芯片溫度迅速上升，因此電子元器件可靠性的改善，功率容量的增加以及結(jié)構(gòu)的微小型化等都直接取決于芯片本身熱控制的完善程度。
目前，0.09微米制程的Prescott核心Pentium4處理器已超過105W的滿載發(fā)熱量，即使采用全銅散熱片的風(fēng)冷散熱器，3GHz水平的Prescott核心處理器仍然可以輕松達(dá)到高過環(huán)境溫度40℃的核心溫度，傳統(tǒng)的強(qiáng)制空氣對(duì)流散熱器已無法滿足散熱要求。因而，市場(chǎng)已較多地采用熱管散熱器。這種熱管直徑一般在3～6mm之間，由管殼、吸液芯和工作液體組成。吸液芯毛細(xì)多孔材料緊貼于管內(nèi)壁，將管內(nèi)抽成一定的負(fù)壓后再充以適量的液體工質(zhì)，加以密封。吸液芯有多種燒結(jié)吸液芯、溝槽吸液芯、絲網(wǎng)吸液芯等。熱管的一端為蒸發(fā)段(加熱段)，另一端為冷凝段(冷卻段)，中間為絕熱段。當(dāng)熱管的一端受熱時(shí)毛細(xì)吸液芯中的液體蒸發(fā)，蒸汽在微小的壓差下流向另一端放出熱量凝結(jié)成液體，液體再由多孔材料靠毛細(xì)力的作用流回蒸發(fā)段，如此不斷循環(huán)，完成熱量轉(zhuǎn)移。但是受蒸發(fā)和冷凝面積的限制，單根熱管的散熱能力也是極為有限的?，F(xiàn)在，很多散熱器已采用多根熱管的散熱方式。隨著芯片主頻和集成度的繼續(xù)提高，熱管散熱器需要的熱管會(huì)越來越多，這勢(shì)必影響芯片的微型化趨勢(shì)。另外，熱管還存在安裝適應(yīng)性不好的問題，由于熱管從蒸發(fā)段至冷凝段整根管都含有毛細(xì)吸液芯結(jié)構(gòu)，當(dāng)熱管彎曲時(shí)會(huì)造成毛細(xì)結(jié)構(gòu)(吸液芯)破壞，導(dǎo)致其傳熱性能減退，影響冷卻效果。
目前采用相變傳熱的還有熱虹吸器、毛細(xì)泵吸環(huán)路和環(huán)路熱管。熱虹吸器是一個(gè)依靠重力輔助循環(huán)的蒸發(fā)冷凝兩相傳熱裝置，由蒸發(fā)器、冷凝器、蒸汽管和回流管組成，不含毛細(xì)結(jié)構(gòu)。由于依靠重力輔助循環(huán)，熱虹吸器在應(yīng)用上需要一定的空間高度，不適合微電子芯片散熱需求。毛細(xì)泵吸環(huán)路和環(huán)路熱管是分別由美國和俄羅斯為了解決航空航天熱控制問題而提出的，并獨(dú)立向前發(fā)展，但組成和原理相似，均由蒸發(fā)器、儲(chǔ)液器、冷凝器、蒸汽管和回流管組成。液體工質(zhì)在蒸發(fā)器和冷凝器中完成蒸發(fā)冷凝相變，由毛細(xì)結(jié)構(gòu)對(duì)液體的泵吸作用完成工質(zhì)的補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)循環(huán)。冷凝結(jié)構(gòu)多采用管道外加散熱肋片，工質(zhì)在管道內(nèi)冷凝，冷凝效率不高。該裝置航天器上是適用的，但小型化會(huì)帶來問題，主要是受蒸發(fā)冷凝結(jié)構(gòu)的限制，不能滿足高熱流密度的散熱要求。
對(duì)于宏觀溝槽結(jié)構(gòu)的加工，目前是采用旋壓、線切割和擠出成形加工，但只能生成光滑的宏觀溝槽。不能加工出既帶宏觀結(jié)構(gòu)、又帶亞結(jié)構(gòu)及微結(jié)構(gòu)疊合的多維多尺度翅結(jié)構(gòu)功能表面。微結(jié)構(gòu)的微溝槽加工可采用微納加工技術(shù)，目前研究較多的有激光雕刻、化學(xué)腐蝕、化學(xué)汽相淀積、反應(yīng)離子刻蝕等技術(shù)，但這些技術(shù)只能加工生成某一特定尺度范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)，而且這些工藝還處于研究階段，尚未產(chǎn)業(yè)化，而且其加工成本高，難度大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，針對(duì)微電子芯片散熱，提供一種帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，解決微電子芯片高熱流密度條件下的熱擴(kuò)散問題。該裝置具有高熱傳導(dǎo)能力、無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性好的優(yōu)點(diǎn)，并能突破熱管的散熱極限，解決熱管的柔性問題。在該裝置蒸發(fā)器和冷凝器中加入蒸發(fā)冷凝強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，提高蒸發(fā)冷凝效率，可適應(yīng)芯片高熱流密度散熱要求，并適合微型化或小型化。
本發(fā)明另一目的在于提供一種加工微溝槽翅結(jié)構(gòu)的犁切-擠壓成形方法。該加工方法成本低、效率高，易于產(chǎn)業(yè)化。
本發(fā)明還有一目的在于提供一種加工微溝槽翅結(jié)構(gòu)的刀具。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，包括蒸發(fā)器、冷凝器、蒸汽聯(lián)管、液體聯(lián)管以及液體工質(zhì)，蒸發(fā)器與冷凝器通過蒸汽聯(lián)管與液體聯(lián)管連接，構(gòu)成一個(gè)液體工質(zhì)在其內(nèi)部循環(huán)的系統(tǒng)；所述蒸發(fā)器由毛細(xì)芯將其分為分隔為儲(chǔ)液室和蒸發(fā)室，所述蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)設(shè)有由多塊交錯(cuò)互通兩面帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板，所述微溝槽翅結(jié)構(gòu)由微溝槽、凸緣和間歇微翅組成，兩微溝槽之間有凸緣，凸緣上帶有間歇微翅，構(gòu)成一個(gè)宏觀結(jié)構(gòu)、亞結(jié)構(gòu)及微結(jié)構(gòu)疊合的多維多尺度翅結(jié)構(gòu)功能表面。
微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板由導(dǎo)熱性好的金屬薄板制成，該金屬包括金、銀、銅、鋁或鋁合金。冷凝器外側(cè)帶有整體式翅片散熱片，并與一風(fēng)扇配合，以強(qiáng)化冷卻效果。蒸汽聯(lián)管和液體聯(lián)管由金屬光壁管或耐熱柔性管制成，蒸汽聯(lián)管的直徑比液體聯(lián)管的直徑大。
液體工質(zhì)為甲醇，沸點(diǎn)為64.7℃。根據(jù)散熱要求，液體工質(zhì)還可采用乙醇、乙烯、丙酮、氨水、異丁烷、FC-72、PF-5060、HCFC 141b等其它不同的工質(zhì)。
該裝置的原理是，液體工質(zhì)在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱蒸發(fā)，蒸汽在飽和毛細(xì)芯對(duì)氣體的阻礙作用下通過蒸汽聯(lián)管流向冷凝器，在冷凝器內(nèi)冷凝放熱，在氣體的壓力下液體工質(zhì)流向蒸發(fā)器儲(chǔ)液室，經(jīng)毛細(xì)泵吸作用，液體工質(zhì)被泵吸至蒸發(fā)器蒸發(fā)室補(bǔ)充被蒸發(fā)掉的工質(zhì)，不斷循環(huán)，完成蒸發(fā)冷凝相變傳熱。
蒸發(fā)器由毛細(xì)芯將其分為儲(chǔ)液室和蒸發(fā)室兩部分，蒸發(fā)室中的液體工質(zhì)吸熱蒸發(fā)，儲(chǔ)液室中的工質(zhì)通過毛細(xì)泵吸作用補(bǔ)充蒸發(fā)室蒸發(fā)掉的工質(zhì)。儲(chǔ)液室內(nèi)壁涂有隔熱涂層，防止儲(chǔ)液室內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)，產(chǎn)生氣泡。毛細(xì)芯采用平板燒結(jié)毛細(xì)結(jié)構(gòu)。蒸發(fā)室內(nèi)的多塊交錯(cuò)互通微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板堆疊而成的蒸發(fā)強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，由于兩面帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)，且兩面微溝槽相通，形成大量微通孔，汽、液兩相流可縱橫、上下交錯(cuò)流動(dòng)，促進(jìn)湍流，槽邊緣帶有間歇微翅，可促進(jìn)核態(tài)沸騰。
冷凝器由導(dǎo)熱性好的銅或鋁等金屬材料制成，冷凝室含有多微通道翅化冷凝結(jié)構(gòu)表面，汽、液兩相流可在多微通道內(nèi)流動(dòng)，冷凝器外側(cè)帶有整體式翅片散熱片。整體式翅片散熱片外可加一個(gè)風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻，促進(jìn)工質(zhì)冷凝。
蒸汽聯(lián)管和液體聯(lián)管均由金屬光壁管或耐熱柔性管制成，蒸汽聯(lián)管比液體聯(lián)管直徑大，兩者形狀可根據(jù)安裝需要任意彎曲、延長或縮短，可避免熱管彎曲散熱性能下降的弊端。
液體工質(zhì)可根據(jù)熱控制系統(tǒng)目標(biāo)冷卻溫度要求和環(huán)境溫度選擇不同工質(zhì)，適應(yīng)不同散熱器件和環(huán)境的要求。
制造微溝槽翅結(jié)構(gòu)的方法，采用犁切-擠壓成形刀具一次加工，在刀具前行時(shí)發(fā)生犁切成槽、擠壓成緣、滑移撕裂和堆積成翅四個(gè)過程，這四個(gè)過程具體是犁切-擠壓成形刀具的犁切刃在工件表面劈出微溝槽；被劈分的金屬沿主擠壓面和副擠壓面向外流動(dòng)，形成凸緣；隨著刀具的前行，由于主擠壓角較大，凸緣上的金屬與主擠壓面的摩擦激增，導(dǎo)致微小范圍的冷焊，金屬不能繼續(xù)流動(dòng)，發(fā)生滑移撕裂；并在此堆積成翅，隨著堆積的金屬增多，微翅強(qiáng)度增大，裂紋難以繼續(xù)擴(kuò)展，金屬堆積無法繼續(xù)，微翅與主擠壓面脫離，開始下一個(gè)循環(huán)。四個(gè)階段周而復(fù)始循環(huán)形成具有間歇微翅的微溝槽翅結(jié)構(gòu)。犁切-擠壓成形加工微溝槽翅結(jié)構(gòu)與目前研究較多的微納加工技術(shù)(如激光雕刻、化學(xué)腐蝕、化學(xué)汽相淀積、反應(yīng)離子刻蝕等技術(shù))相比，最大特點(diǎn)就是能克服這些技術(shù)只能加工生成某一特定尺度范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，該加工方法能一次成形具有宏觀結(jié)構(gòu)、亞結(jié)構(gòu)及微結(jié)構(gòu)疊合的多維多尺度翅結(jié)構(gòu)功能表面，并且在現(xiàn)有裝備和技術(shù)條件下易于產(chǎn)業(yè)化。
用于制造微溝槽翅結(jié)構(gòu)的犁切-擠壓成形刀具，包括將金屬切開并向兩個(gè)擠壓面分流的犁切刃、使切開的金屬擠壓成緣和堆積成翅的主擠壓面、使緣、翅結(jié)構(gòu)高度進(jìn)一步增大并對(duì)其進(jìn)行修整的副擠壓面；所述由主擠壓面與中心形成的主擠壓角比由副擠壓面與中心形成大的副擠壓角大。
整體式翅片散熱片與冷凝器基部是一個(gè)整體，位于冷凝器外側(cè)，通過空氣對(duì)流散熱促進(jìn)冷凝器內(nèi)部工質(zhì)冷凝。該整體式翅片散熱片采用刀具對(duì)工件刨削而成。在生成連續(xù)帶狀切屑的基礎(chǔ)上，通過控制切屑卷曲程度，獲得產(chǎn)生和基座不分離的平直的整體式翅片。
本發(fā)明具有如下的特點(diǎn)(1)該帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置具有高熱傳導(dǎo)能力、無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)。能突破熱管的散熱極限，傳熱性能較熱管高2個(gè)數(shù)量級(jí)，并能解決熱管的柔性問題。由于帶有蒸發(fā)冷凝強(qiáng)化結(jié)構(gòu)，蒸發(fā)冷凝效率提高，因而該裝置可以微型化或小型化，以適應(yīng)芯片高熱流密度散熱要求。
(2)微溝槽翅結(jié)構(gòu)是一個(gè)同時(shí)具有宏觀結(jié)構(gòu)、亞結(jié)構(gòu)及微結(jié)構(gòu)的多維多尺度翅結(jié)構(gòu)功能表面。其犁切-擠壓成形方法簡單易易行，能解決目前激光雕刻、化學(xué)腐蝕、化學(xué)汽相淀積、反應(yīng)離子刻蝕等微納加工技術(shù)難于產(chǎn)業(yè)化的難題。
(3)刨削成形整體式翅片散熱片具有工藝簡單、對(duì)設(shè)備要求不高、散熱片薄、間距小、片數(shù)多、散熱面積大等特點(diǎn)。而且翅片根部與基座連為一體，可避免焊接中焊縫造成的不足，導(dǎo)熱性能好，熱傳導(dǎo)效率更高，具有更高可靠性。


圖1是帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意2是圖1中蒸發(fā)器的剖視3是圖2中的交錯(cuò)互通微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板圖4是圖3中冷凝器的冷凝微溝槽翅結(jié)構(gòu)與整體式翅片散熱片圖5是加工微溝槽翅結(jié)構(gòu)的犁切-擠壓成形刀具側(cè)面6是圖5中犁切-擠壓成形刀具的O-O向視7是圖5中犁切-擠壓成形刀具的S向視8是微溝槽翅結(jié)構(gòu)的加工示意9是微溝槽翅結(jié)構(gòu)實(shí)物的電鏡掃描圖片圖10是圖4中整體式翅片散熱片的加工裝置及加工過程示意11是圖10中整體式翅片散熱片的校正示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表示的范圍。
如圖1所示，帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置包括蒸發(fā)器1、冷凝器2、蒸汽聯(lián)管3和液體聯(lián)管4，內(nèi)部充灌一定量沸點(diǎn)低于被散熱溫度的液體工質(zhì)，本實(shí)施例中，工質(zhì)為甲醇，沸點(diǎn)為64.7℃。根據(jù)散熱要求，液體工質(zhì)亦可采用乙醇、乙烯、丙酮、氨水、異丁烷、FC-72、PF-5060、HCFC 141b等其它不同的工質(zhì)。蒸發(fā)器1和冷凝器2由蒸汽聯(lián)管3和液體聯(lián)管4連接構(gòu)成一個(gè)環(huán)路系統(tǒng)，蒸汽聯(lián)管3和液體聯(lián)管4采用光璧金屬管(也可為其它的耐熱柔性管)，其形狀可以根據(jù)安裝條件要求任意變形、延長或縮短，從而蒸發(fā)器1和冷凝器2的位置是不固定的，可以根據(jù)安裝條件作相應(yīng)改變。
如圖2所示，蒸發(fā)器1由蒸發(fā)底板10、堆疊交錯(cuò)互通微溝槽沸騰強(qiáng)化翅結(jié)構(gòu)11、毛細(xì)芯12、蒸發(fā)器璧13和蒸發(fā)器蓋14組成。由毛細(xì)芯12將蒸發(fā)器1內(nèi)部分割成蒸發(fā)室15和儲(chǔ)液室16兩部分。蒸發(fā)室15含有堆疊交錯(cuò)互通微溝槽沸騰強(qiáng)化翅結(jié)構(gòu)11，蒸發(fā)底板10帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)100，堆疊交錯(cuò)互通微溝槽沸騰強(qiáng)化翅結(jié)構(gòu)11由多層交錯(cuò)互通微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板110堆疊而成。儲(chǔ)液室16和液體進(jìn)口131周圍涂有隔熱涂層17，隔熱涂層采用KF-520(氧化鋁Al2O3)隔熱涂層；根據(jù)隔熱涂層的現(xiàn)有技術(shù)，還可采用KF-230(氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷粉)、丙烯酸納米微孔液隔熱涂層，使用隔熱涂層的目的是防止儲(chǔ)液室內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)，產(chǎn)生氣泡。
如圖3所示，交錯(cuò)互通微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板110兩面均帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)100，兩面的微溝槽翅結(jié)構(gòu)100交錯(cuò)使兩面微溝槽相通，形成大量微通孔1100，汽、液兩相流可縱橫、上下交錯(cuò)流動(dòng)，促進(jìn)湍流。微溝槽翅結(jié)構(gòu)100由微溝槽1000、凸緣1001和間歇微翅1002組成，兩微溝槽之間有凸緣1001，凸緣1001上帶有間歇微翅1002，可促進(jìn)核態(tài)沸騰。微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板110由導(dǎo)熱性好的金屬薄板制成，本實(shí)施例為1mm厚的薄銅板，也可為金、銀、鋁或鋁合金等導(dǎo)熱性好的金屬材料。
如圖4和圖1所示，冷凝器2由多微通道翅化冷凝結(jié)構(gòu)表面20與整體式翅片散熱片21和冷凝器蓋22組成。多微通道翅化冷凝結(jié)構(gòu)表面20亦為微溝槽翅結(jié)構(gòu)100，同樣由微溝槽1000、凸緣1001和間歇微翅1002組成，汽、液兩相流可在多微通道內(nèi)流動(dòng)，冷凝器外側(cè)帶有整體式翅片散熱片21。整體式翅片散熱片21外可加一個(gè)風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流空氣冷卻，促進(jìn)工質(zhì)冷凝。
毛細(xì)芯12直接采用燒結(jié)工藝將毛細(xì)結(jié)構(gòu)燒結(jié)在蒸發(fā)器璧13中部，整個(gè)環(huán)路各外部組件采用釬焊焊接，或采用其他結(jié)構(gòu)方式保證接口處密封。整個(gè)環(huán)路內(nèi)部抽成一定程度的真空，加快工質(zhì)蒸發(fā)。
如圖5、6、7所示，加工微溝槽翅結(jié)構(gòu)的犁切-擠壓成形刀具5具有犁切刃50、主擠壓面51、副擠壓面52，主擠壓角53比副擠壓角54大，以增大主擠壓面51對(duì)流動(dòng)金屬的阻力，利于成翅。犁切刃50的作用是將金屬切開，使金屬向兩個(gè)擠壓面分流；主擠壓面51的作用是擠壓成緣和堆積成翅；副擠壓面52的作用是修整，使凸緣1001、間歇微翅1002的高度進(jìn)一步增大。刀具前角55為銳角，以保證刀尖部位強(qiáng)度，該角也決定被分流金屬的流動(dòng)方向，使金屬沿著垂直于犁切刃50的方向流動(dòng)。
如圖8所示，微溝槽翅結(jié)構(gòu)100的加工時(shí)，在犁切-擠壓成形刀具5運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生犁切成槽、擠壓成緣、滑移撕裂和堆積成翅，四個(gè)過程周而復(fù)始循環(huán)形成具有間歇微翅1002的微溝槽翅結(jié)構(gòu)100。犁切成槽、擠壓成緣、滑移撕裂和堆積成翅四個(gè)過程是犁切-擠壓成形刀具5的犁切刃50在工件表面劈出微溝槽1000；被劈分的金屬沿主擠壓面51和副擠壓面52向外流動(dòng)，形成凸緣1001；隨著刀具的前行，由于主擠壓角53較大，凸緣1001上的金屬與主擠壓面51的摩擦激增，導(dǎo)致微小范圍的冷焊，金屬不能繼續(xù)流動(dòng)，發(fā)生滑移撕裂，并在此堆積成翅，隨著堆積的金屬增多，微翅1002強(qiáng)度增大，裂紋難以繼續(xù)擴(kuò)展，金屬堆積無法繼續(xù)，微翅1002與主擠壓面51脫離，開始下一個(gè)循環(huán)。經(jīng)上述方法加工的微溝槽翅結(jié)構(gòu)100實(shí)物的電鏡掃描圖片如圖9所示。
如圖10所示，整體式翅片散熱片21利用刨削成形刀具7對(duì)工件8刨削而成，刨削成形刀具7刃傾角為0°，前角為50°～55°，后角為3°。在生成連續(xù)帶狀切屑的基礎(chǔ)上，通過控制切屑卷曲程度，獲得產(chǎn)生和基座不分離的平直的整體式翅片散熱片21。每一個(gè)刨削行程能生成一個(gè)翅片，刨削成形的翅片并不與冷凝基體垂直，需要校正，如圖11所示。校正時(shí)可使用彈性好的橡皮墊9壓住翅片頂部，使橡皮墊9與每片翅片咬合，然后沿圖示方向施加推力F，使各翅片整體偏移至與冷凝基體垂直。
因此，借助于傳統(tǒng)的加工方法，采用犁切-擠壓成形方法可生成微溝槽翅結(jié)構(gòu)100，微溝槽翅結(jié)構(gòu)100不同應(yīng)用可成交錯(cuò)互通微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板110和多微通道翅化冷凝結(jié)構(gòu)表面20，采用刨削成形工藝可生成整體式翅片散熱片21。該加工方法簡單易行，能解決目前激光雕刻、化學(xué)腐蝕、化學(xué)汽相淀積、反應(yīng)離子刻蝕等微納加工技術(shù)難于產(chǎn)業(yè)化的難題，并能一次成形具有宏觀結(jié)構(gòu)、亞結(jié)構(gòu)及微結(jié)構(gòu)疊合的多維多尺度翅結(jié)構(gòu)功能表面。
本實(shí)施例帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置的最終外觀尺寸蒸發(fā)器1體積為42mm×42mm×25mm；冷凝器2體積為30mm×60mm×25mm；蒸汽聯(lián)管3和液體聯(lián)管4的外徑分別為6mm和4mm，壁厚均為0.5mm。
應(yīng)用該帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置時(shí)，蒸發(fā)器1與芯片配合，吸收芯片產(chǎn)生的熱量，液體工質(zhì)在蒸發(fā)器1內(nèi)吸熱蒸發(fā)，蒸汽在飽和毛細(xì)芯12對(duì)氣體的阻礙作用下通過蒸汽聯(lián)管3流向冷凝器2，在冷凝器2內(nèi)冷凝放熱，在氣體的壓力下液體工質(zhì)流向蒸發(fā)器1儲(chǔ)液室16，經(jīng)毛細(xì)泵吸作用，液體工質(zhì)被泵吸至蒸發(fā)器1蒸發(fā)室15補(bǔ)充被蒸發(fā)掉的工質(zhì)，不斷循環(huán)，完成蒸發(fā)冷凝相變傳熱。
帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置具有高熱傳導(dǎo)能力、無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，能突破熱管的散熱極限，散熱性能較熱管高2個(gè)數(shù)量級(jí)。由于蒸汽聯(lián)管3和液體聯(lián)管4可以根據(jù)安裝條件要求任意變形、延長或縮短，使蒸發(fā)器1和冷凝器2的位置也能作相應(yīng)改變，因此能解決熱管的柔性問題?？蛇m用于個(gè)人臺(tái)式電腦CPU、筆記本電腦CPU、顯卡芯片散熱和其它高性能芯片散熱的需求。
本實(shí)施例并非限制本發(fā)明要求保護(hù)的范圍，凡是運(yùn)用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)，均包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，包括蒸發(fā)器、冷凝器、蒸汽聯(lián)管、液體聯(lián)管以及液體工質(zhì)，蒸發(fā)器與冷凝器通過蒸汽聯(lián)管與液體聯(lián)管連接，構(gòu)成一個(gè)液體工質(zhì)在其內(nèi)部循環(huán)的系統(tǒng)；其特征在于，所述蒸發(fā)器由毛細(xì)芯將其分為分隔為儲(chǔ)液室和蒸發(fā)室，所述蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)設(shè)有由多塊交錯(cuò)互通兩面帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板，所述的微溝槽翅結(jié)構(gòu)由微溝槽、凸緣和間歇微翅組成，兩微溝槽之間有凸緣，凸緣上帶有間歇微翅，構(gòu)成一個(gè)宏觀結(jié)構(gòu)、亞結(jié)構(gòu)及微結(jié)構(gòu)疊合的多維多尺度翅結(jié)構(gòu)功能表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，其特征在于，所述微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板由導(dǎo)熱性好的金屬薄板制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，其特征在于，所述金屬為金、銀、銅、鋁或鋁合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，其特征在于，所述的儲(chǔ)液室內(nèi)壁涂有隔熱涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，其特征在于，所述隔熱涂層為KF-520(氧化鋁Al2O3)、KF-230(氧化釔部分穩(wěn)定氧化鋯陶瓷粉)或丙烯酸納米微孔液隔熱涂層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，其特征在于，所述冷凝器外側(cè)帶有整體式翅片散熱片。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，其特征在于，所述整體式翅片散熱片與風(fēng)扇配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置，其特征在于，所述的蒸汽聯(lián)管和液體聯(lián)管由金屬光壁管或耐熱柔性管制成，蒸汽聯(lián)管的直徑比液體聯(lián)管的直徑大。
9.一種制造權(quán)利要求1所述微溝槽翅結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于，采用犁切-擠壓成形刀具一次加工成型，在刀具前行時(shí)發(fā)生犁切成槽、擠壓成緣、滑移撕裂和堆積成翅四個(gè)過程，四個(gè)過程周而復(fù)始循環(huán)形成具有間歇微翅的微溝槽翅結(jié)構(gòu)；所述四個(gè)過程為犁切-擠壓成形刀具的犁切刃在工件表面劈出微溝槽；被劈分的金屬沿主擠壓面和副擠壓面向外流動(dòng)，形成凸緣；隨著刀具的前行，凸緣上的金屬與主擠壓面的摩擦，產(chǎn)生微小范圍的冷焊，金屬不能繼續(xù)流動(dòng)，發(fā)生滑移撕裂；并在此堆積成翅，隨著堆積的金屬增多，微翅強(qiáng)度增大，裂紋難以繼續(xù)擴(kuò)展，金屬堆積無法繼續(xù)，微翅與主擠壓面脫離，開始下一個(gè)循環(huán)。
10.一種用于權(quán)利要求9所述的犁切-擠壓成形刀具，其特征在于，所述刀具包括將金屬切開并向兩個(gè)擠壓面分流的犁切刃、使切開的金屬擠壓成緣和堆積成翅的主擠壓面、使緣、翅結(jié)構(gòu)高度進(jìn)一步增大并對(duì)其進(jìn)行修整的副擠壓面；所述由主擠壓面與中心形成的主擠壓角比由副擠壓面與中心形成大的副擠壓角大。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的毛細(xì)泵吸冷卻裝置及其制造方法，該裝置包括蒸發(fā)器、冷凝器、蒸汽聯(lián)管和液體聯(lián)管，蒸發(fā)器與冷凝器通過蒸汽聯(lián)管與液體聯(lián)管連接，構(gòu)成一個(gè)液體工質(zhì)在其內(nèi)部循環(huán)的系統(tǒng)，蒸發(fā)器和冷凝器內(nèi)設(shè)有由多塊交錯(cuò)互通兩面帶有微溝槽翅結(jié)構(gòu)的微溝槽翅化沸騰強(qiáng)化板。該毛細(xì)泵吸冷卻裝置主要應(yīng)用于微電子芯片散熱，解決微電子芯片高熱流密度條件下的熱擴(kuò)散問題。本發(fā)明采用犁切－擠壓成形加工微溝槽翅結(jié)構(gòu)和刨削成形加工整體式翅片散熱片，該結(jié)構(gòu)用于蒸發(fā)器和冷凝器中有助于強(qiáng)化沸騰、促進(jìn)冷凝、加快對(duì)流散熱，提出的加工方法成本低、效率高，易于產(chǎn)業(yè)化。
文檔編號(hào)G06F1/20GK1801483SQ20051010132
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月18日
發(fā)明者湯勇, 池勇, 劉小康, 陳平, 萬珍平 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)