專利名稱：基于沖擊射流的高孔密度通孔金屬泡沫電子器件散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電子器件領(lǐng)域的冷卻裝置，具體是一種基于沖擊射流的高孔密度通孔金屬泡沫電子器件散熱裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子工業(yè)的發(fā)展，電子器件的性能越來越高，而其發(fā)熱功率也在快速增加。當(dāng)前電子芯片的最大發(fā)熱功率已經(jīng)超過了 lOOW/cm2，而且還在快速增加。沖擊射流換熱是一種高效的換熱方式，其換熱系數(shù)比普通的自然對(duì)流換熱高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。而沸騰換熱系數(shù)比單相換熱高1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。高孔密度(100PP1-130PPI)通孔金屬泡沫是一種高孔隙率(0.88-0.98)、高比表面積(10000-13000m2/m3)的多孔材料，擾流能力非常強(qiáng)，可強(qiáng)化單相和兩相換熱。因此，在電子器件冷卻裝置中采用基于沖擊射流的沸騰換熱方式，加之高孔密度通孔金屬泡沫的換熱強(qiáng)化，可以非常顯著的增強(qiáng)電子器件換熱裝置的散熱效果。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN201294224，
公開日2009_08_19，記載了一種開孔泡沫金屬熱管針翅組合式CPU散熱器，底座中空，開孔泡沫金屬設(shè)置在底座的空腔中，開孔泡沫金屬上部有一小段集氣室，集氣室與設(shè)置在上方的若干散熱區(qū)中空針翅的空腔相連通，在底座空腔中注有液體。但翅片單相強(qiáng)化對(duì)流換熱系數(shù)較低，還需要外加風(fēng)扇設(shè)備，換熱裝置的結(jié)構(gòu)不夠緊湊，而且平板式金屬泡沫在增加汽化核心數(shù)的同時(shí)，其骨架也會(huì)阻礙氣泡的逃逸，影響沸騰化熱強(qiáng)化的效果。中國(guó)專利文獻(xiàn)號(hào)CN102637654A，
公開日2012_08_15，記載了一種基于泡沫金屬?gòu)?qiáng)化沸騰換熱的芯片冷卻裝置，密封腔體中盛有所述制冷劑，所述底層泡沫金屬呈鋸齒狀，設(shè)置于所述密封腔體內(nèi)，并緊貼所述密封腔體的底部。但制冷劑的比熱容較小，所以該裝置總體換熱系數(shù)較低。而且制冷劑容易泄露，污染環(huán)境。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)雖然提高了電子芯片冷卻裝置的換熱效率，但不能充分利用通孔金屬泡沫、尤其是高孔密度通孔金屬泡沫的換熱性能。高孔密度通孔金屬泡沫比表面積大，擾流能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)沒有得到發(fā)揮

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種基于沖擊射流的通孔金屬泡沫電子器件換熱裝置，既能利用沖擊射流高效換熱的優(yōu)點(diǎn)，又能充分利用高孔密度金屬泡沫換熱比表面積大、擾流能力強(qiáng)的長(zhǎng)處，從而達(dá)到增大總體沸騰換熱系數(shù)的效果。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括:換熱基板、燒結(jié)于換熱基板上的通孔金屬泡沫、冷卻進(jìn)水管和排水管，其中:冷卻進(jìn)水管和排水管的主體為豎直間隔設(shè)置，位于兩種水管底部的熱量交換部設(shè)置有通孔金屬泡沫，該通孔金屬泡沫在與排水管相接的位置開有換熱結(jié)構(gòu)；所述的通孔金屬泡沫的內(nèi)部通孔為稠密程度逐漸變化的結(jié)構(gòu)，具體是指:孔隙率相同，孔密度沿壁面垂直方向增大或減小；或者孔密度相同，孔隙率增大或減??；或者孔密度和孔隙率都相同，構(gòu)成通孔金屬泡沫的材質(zhì)不同。所述的孔密度的變化范圍為100ΡΡΓ130ΡΡΙ ；所述的孔隙率的變化范圍為0.88^0.98。所述的材質(zhì)為鋁、銅或中的至少兩種。所述的換熱結(jié)構(gòu)為帶有V字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽、U字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽或豎直的矩形結(jié)構(gòu)槽。所述的V字形或U字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽的寬度為lmnT4mm。所述的通孔金屬泡沫的厚度為0.5mnT4mm。所述的通孔金屬泡沫通過熔模鑄造法制備得到:第一步、將符合稠密程度逐漸變化的不同規(guī)格的高分子泡沫材料按層疊加粘合在一個(gè)整體；然后將其浸入到液體耐火材料中，使耐火材料充滿其空隙。第二步、在耐火材料硬化后加熱使高分子泡沫氣化分解，形成一個(gè)和原按層變化的高分子泡沫材料形狀一樣的三維骨架空間。第三步、將鋁或其它金屬的熔液澆注到此鑄型內(nèi)，待金屬凝固后去除耐火材料就可形成具有漸變形貌特征的通孔鋁泡泡沫或其它材質(zhì)的泡沫。耐火材料可以是酚醛樹脂、莫來石或石膏等。根據(jù)金屬泡沫材質(zhì)的不同選擇合適的耐火材料。若是制備材質(zhì)按層變化的漸變金屬泡沫，可通過上述熔模鑄造法將不同材質(zhì)的金屬泡沫出來后，再通過 釬焊的方法將這些金屬泡沫焊接在一起。
有益效果本發(fā)明的換熱結(jié)構(gòu)使得通孔金屬泡沫把補(bǔ)充液體的流通路徑和氣泡的逃逸路徑分離，大大減小了氣泡逃逸時(shí)遇到的阻力。同時(shí)，進(jìn)水管的沖擊射流換熱方式不僅增強(qiáng)了金屬骨架的擾流效應(yīng)，增強(qiáng)了金屬骨架對(duì)大氣泡的粉碎效果，更有利于氣泡從通孔金屬泡沫的微細(xì)連通內(nèi)逃逸，而且到達(dá)換熱壁面的冷卻水直接冷卻了換熱壁面，從而使總體沸騰換熱系數(shù)增大。最大沸騰換熱系數(shù)大于9.8 X IO4W/(m2.K)，是光滑銅板的3倍多。沸騰起始壁面過熱度降低至2K。因此，本發(fā)明的換熱裝置換熱效率高，可以廣泛應(yīng)用在電子器件散熱領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
實(shí)施例1如圖1所示，本實(shí)施例包括:換熱基板4、燒結(jié)于換熱基板4上的通孔金屬泡沫3、冷卻進(jìn)水管I和排水管2,其中:冷卻進(jìn)水管I和排水管2的主體為豎直間隔設(shè)置,位于兩種水管底部的熱量交換部設(shè)置有通孔金屬泡沫3，該通孔金屬泡沫3在與排水管2相接的位置開有換熱結(jié)構(gòu)；所述的通孔金屬泡沫3的內(nèi)部通孔為稠密程度逐漸變化的結(jié)構(gòu)，具體是指:孔隙率相同，孔密度沿壁面垂直方向增大或減??；或者孔密度相同，孔隙率增大或減??；或者孔密度和孔隙率都相同，構(gòu)成通孔金屬泡沫的材質(zhì)不同。所述的孔密度的變化范圍為100ΡΡΓ130ΡΡΙ ；所述的孔隙率的變化范圍為0.88^0.98。本實(shí)施例所述的通孔金屬泡沫3為孔隙率變化的兩層結(jié)構(gòu):通孔金屬泡沫3-1的孔密度為100PPI，通孔金屬泡沫3-2為130PPI，通孔金屬泡沫3的總厚度為0.5mnT4mm。上述通孔金屬泡沫通過熔模鑄造法制備得到:第一步、將稠密程度逐漸變化的不同規(guī)格的高分子泡沫材料按層疊加粘合在一個(gè)整體；然后將其浸入到液體耐火材料中，使耐火材料充滿其空隙。第二步、在耐火材料硬化后加熱使高分子泡沫氣化分解，形成一個(gè)和原按層變化的高分子泡沫材料形狀一樣的三維骨架空間。第三步、將鋁或其它金屬的熔液澆注到此鑄型內(nèi)，待金屬凝固后去除耐火材料就可形成具有漸變形貌特征的通孔鋁泡泡沫或其它材質(zhì)的泡沫。耐火材料可以是酚醛樹脂、莫來石或石膏等。根據(jù)金屬泡沫材質(zhì)的不同選擇合適的耐火材料。若是制備材質(zhì)按層變化的漸變金屬泡沫，可通過上述熔模鑄造法將不同材質(zhì)的金屬泡沫出 來后，再通過釬焊的方法將這些金屬泡沫焊接在一起。所述的換熱結(jié)構(gòu)為V字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽。V字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽由線切割加工形成。所述的V字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽的寬度為lmnT4mm。所述的通孔金屬泡沫3的材質(zhì)為鋁、銅或中的至少兩種。所述的換熱基板4的材質(zhì)為純銅。換熱基板5和通孔金屬泡沫3的尺寸視具體的電子器件的大小而定。冷卻進(jìn)水管I的流速和流量視換熱基板5接受的換熱量而定。
實(shí)施例2與本實(shí)施例1相同設(shè)置，但如圖2所示，所述的換熱結(jié)構(gòu)為U字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽。
實(shí)施例3與本實(shí)施例1相同設(shè)置，但如圖3所示，本實(shí)施例的通孔金屬泡沫3為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的
單層結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種基于沖擊射流的高孔密度通孔金屬泡沫電子器件換熱裝置，其特征在于，包括: 換熱基板、燒結(jié)于換熱基板上的通孔金屬泡沫、冷卻進(jìn)水管和排水管，其中:冷卻進(jìn)水管和排水管的主體為豎直間隔設(shè)置，位于兩種水管底部的熱量交換部設(shè)置有通孔金屬泡沫，該通孔金屬泡沫在與排水管相接的位置開有換熱結(jié)構(gòu)； 所述的通孔金屬泡沫的內(nèi)部通孔為稠密程度逐漸變化的結(jié)構(gòu)，具體是指:孔隙率相同，孔密度沿壁面垂直方向增大或減??；或者孔密度相同，孔隙率增大或減?。换蛘呖酌芏群涂紫堵识枷嗤?，構(gòu)成通孔金屬泡沫的材質(zhì)不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱裝置，其特征是，所述的換熱基板的材質(zhì)為純銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱裝置，其特征是，所述的換熱結(jié)構(gòu)為帶有V字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽、U字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽或豎直的矩形結(jié)構(gòu)槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的換熱裝置，其特征是，所述的V字形或U字形對(duì)稱結(jié)構(gòu)槽的寬度為Imm 4mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱裝置，其特征是，所述的通孔金屬泡沫的厚度為0.5mm 4mmο
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱裝置，其特征是，所述的孔密度的變化范圍為100ΡΡΓ130ΡΡΙ。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱裝置，其特征是，所述的孔隙率的變化范圍為0.88、.98。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的換熱裝置，其特征是，所述的通孔金屬泡沫的材質(zhì)為鋁、銅或中的至少兩種。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一所述的換熱裝置，其特征是，所述的通孔金屬泡沫通過熔模鑄造法制備得到: 第一步、將稠密程度逐漸變化的不同規(guī)格的高分子泡沫材料按層疊加粘合在一個(gè)整體；然后將其浸入到液體耐火材料中，使耐火材料充滿其空隙； 第二步、在耐火材料硬化后加熱使高分子泡沫氣化分解，形成一個(gè)和原按層變化的高分子泡沫材料形狀一樣的三維骨架空間； 第三步、將鋁或其它金屬的熔液澆注到此鑄型內(nèi)，待金屬凝固后去除耐火材料就可形成具有漸變形貌特征的通孔鋁泡泡沫或其它材質(zhì)的泡沫。
全文摘要
一種基于沖擊射流的通孔金屬泡沫電子器件換熱裝置，包括換熱基板、燒結(jié)于換熱基板上的通孔金屬泡沫、冷卻進(jìn)水管和排水管，其中冷卻進(jìn)水管和排水管的主體為豎直間隔設(shè)置，位于兩種水管底部的熱量交換部設(shè)置有通孔金屬泡沫，該通孔金屬泡沫在與排水管相接的位置開有換熱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的通孔金屬泡沫把補(bǔ)充液體的流通路徑和氣泡的逃逸路徑分離，大大減小了氣泡逃逸時(shí)遇到的阻力。換熱裝置換熱效率高，可以廣泛應(yīng)用在電子器件換熱領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01L23/473GK103117258SQ20131002736
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月24日
發(fā)明者徐治國(guó), 趙長(zhǎng)穎, 王美琴 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)