專利名稱：小空間多熱源條件下的集成散熱裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是針對小空間、多熱源開發(fā)的高效、集成散熱裝置，屬于微小 空間傳熱領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著大規(guī)模集成電路集成密度的不斷提高，電子器件逐步朝著小型化、微 型化、大功率、多熱源集中分布的方向發(fā)展，隨之而來的系統(tǒng)發(fā)熱問題越來越 突出，而這個問題解決的好壞直接影響到整個電子系統(tǒng)的壽命及可靠性。而小 型多熱源發(fā)熱系統(tǒng)提供的散熱空間有限，各個熱源分布不規(guī)則，同時其發(fā)熱量 也各不相同，要在有限的空間內(nèi)解決多個發(fā)熱元件的散熱問題，需要一套體積 小、結(jié)構(gòu)緊湊而且可以高效散熱的冷卻系統(tǒng)來完成。
目前，在如圖l所示的小空間、多熱源系統(tǒng)中，常用的散熱方法主要有兩 種風冷、液冷。風冷，是一種廉價的冷卻方式， 一般由發(fā)熱體和風扇組成， 有的時候發(fā)熱體表面還會安裝一些用來增大換熱面積以強化換熱的翅片，發(fā)熱 體的熱量直接由風扇驅(qū)動風帶走，這種冷卻方式廣泛應用于低發(fā)熱系統(tǒng)中，但 是其散熱效率相對較低，現(xiàn)在已經(jīng)越來越不能滿足當今發(fā)熱系統(tǒng)的需求了。對 于液冷而言，是一種常用的冷卻方式，針對多熱源同時采用一套液冷系統(tǒng)的冷 卻方式，現(xiàn)行方案有兩種， 一種是接觸式， 一種是非接觸式。接觸式即發(fā)熱原 件直接同冷卻液相接觸，這種技術(shù)方案對整個發(fā)熱系統(tǒng)的絕緣性要求非常高， 同時系統(tǒng)的密封問題也是一個技術(shù)難點，應用還處于研發(fā)階段；非接觸式是通 常采取的一種方案，這個方案中， 一般是在發(fā)熱原件分布的基板上覆蓋一個金 屬水套，使之足以覆蓋所有熱源。這一系統(tǒng)中，針對高低不平的不同發(fā)熱件， 都是通過在水套和發(fā)熱件之間填充導熱棉的方法來使兩者充分接觸，對于一個 小型系統(tǒng)而言，多發(fā)熱模塊采用一個整體結(jié)構(gòu)散熱從尺度上來說是一種合理的 思路，但是由于水套內(nèi)空腔是連成一體的，這樣導致了各個發(fā)熱原件間的相互 影響，其散熱效果很達到一個理想的水平。
通過以上分析可以看出，在小型多熱源高發(fā)熱系統(tǒng)中，采用液冷是可行也 是必須的。在液冷系統(tǒng)中，其關(guān)鍵就是散熱模塊的結(jié)構(gòu)形式，其二次散熱系統(tǒng) 沒有什么大的區(qū)別，都是由外置的二次散熱裝置及循環(huán)動力裝置構(gòu)成。我們知 道，大尺度下，在多熱源發(fā)熱系統(tǒng)中采用多個散熱模塊的液冷模式，模塊間往 往以管路相連，這在大尺度系統(tǒng)中是一種常見的液冷系統(tǒng)布局方式，但在微小 空間內(nèi)，發(fā)熱模塊往往很小，這決定了散熱模塊也不可能過大，同時由于發(fā)熱 模塊間的距離也很小，導致連接管路與模塊間的對接和密封都存在難以克服的 技術(shù)問題。因此在小空間多熱源系統(tǒng)采用上述模式是不可行的。發(fā)明內(nèi)容
本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足提出了 一種新的集成散熱裝置，用以解 決小空間、多熱源的冷卻問題。
本方案是通過如下技術(shù)措施來實現(xiàn)的它包括帶有進口和出口的水套，其 特征是所述水套由相互之間水密封的基板和蓋板組成，所述基板與蓋板相配合 的一面為散熱面，對應的另一面為吸熱面，在所述基板的散熱面上設置有多個 相互獨立的散熱模塊以及將各個散熱模塊連通在一起的管路，所述散熱模塊與 進口和出口連通。
本方案的具體特點還有，所述各散熱模塊間連通的管路是直接加工在基板 散熱面上的通道。所述通道是刻蝕在基板散熱面上的槽。
所述散熱模塊是直接加工在基板散熱面上的一組翅片。所述模塊根據(jù)具體 的負載狀況加工成所需的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括不同的翅片形狀和組合方 式。在所述基板的吸熱面設置有與發(fā)熱部件對應的凹槽，以使發(fā)熱模塊與整個 基板結(jié)合緊密，針對多發(fā)熱源各個發(fā)熱部件的高度和形狀的不同，我們可以直 接對基板的吸熱面進行對應的加工即可，而無需處理管路的連接問題。所述進 口和出口設置于基板邊緣，實現(xiàn)與外部工質(zhì)循環(huán)設備的連接。
所述基板采用紫銅或者鋁合金。本散集成模塊在其材料選擇上主要考慮的 是高導熱系數(shù)和低密度的金屬，金屬的導熱系數(shù)主要取決于材料的種類和溫 度，可根據(jù)需要選擇不同的金屬， 一般散熱模塊的核心選擇有色金屬材料中導
熱系數(shù)較高的紫銅，尤其是吸熱面，其導熱系數(shù)高達388W/K.m，而考慮到整 個模塊的重量不宜過大，也可以選擇導熱系數(shù)高的鋁合金作為散熱模塊的基 板。
本方案的有益效果可根據(jù)對上述方案的敘述得知，它是一種能夠滿足微小 空間內(nèi)、多熱源高熱流下高效散熱的散熱裝置，這種散熱裝置與普通的多熱源 散熱裝置相比具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、傳熱效率高等特性，這些特性主要依靠 多個微型散熱模塊的集成設計來實現(xiàn)，把多個散熱模塊和模塊間的連接通道集 成在一塊基板上，有如下優(yōu)點(1)由于模塊是和通道直接加工在一塊基板3 上，這樣使得多個散熱模塊成為了一個整體，降低了加工和封裝難度，同時使 得整個基板更安全可靠；(2)各個散熱模塊加工在同一個基板上，更加有利于 各個模塊的溫度的均勻性；(3)合理的模塊分布及通道設計，可以使得整個散 熱系統(tǒng)的綜合性能得到很好的改善，同時由于管路直接刻蝕在基板上，這樣管 路的流通水力直徑可以得到最大限度的放大，而無需考慮接口的尺寸問題，因 此該結(jié)構(gòu)形式可以最大限度的減少液體工質(zhì)的流動阻力。因此本實用新型與現(xiàn) 有技術(shù)相比，實現(xiàn)了技術(shù)目的。以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細地描述。

圖1多熱源發(fā)熱模塊分布示意圖；圖2集成散熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3集成散熱裝置封裝示意圖； 圖4集成散熱裝置與發(fā)熱件裝配圖中，1:發(fā)熱模塊基板；2:發(fā)熱模塊；3:基板；4:進口； 5:翅片；6: 通道；7:出口； 8:散熱模塊；9:密封墊；10:蓋板；11:連接螺栓；12: 螺紋孔。
具體實施方式

圖1所示是多熱源發(fā)熱模塊分布。如圖2所示，本實用新型的散熱裝置為 一集成結(jié)構(gòu)，圖2中各個散熱模塊8直接加工在一塊基板3上，散熱模塊8間 由刻蝕在基板3上的通道6連接，整塊基板3帶有一個液體工質(zhì)的進口 4和出 口 7。各個散熱模塊8的分布位置是與相應的發(fā)熱模塊2的位置相對應的基板 3的散熱面上，整個集成的散熱裝置可以直接加裝在圖1所示的多熱源的發(fā)熱 模塊2上，當各發(fā)熱模塊2高低不同時可以通過在基板3所屬與發(fā)熱模塊2的 接觸面上加工相應的凹槽來解決，這個接觸面就是基板吸熱面。散熱模塊工作 情況如下由于發(fā)熱模塊2與基板3相接觸，與散熱模塊8相對應，當其發(fā)熱 時，其熱量由發(fā)熱模塊2傳遞給散熱基板3及模塊8;這時液體工質(zhì)由入口4 進入散熱模塊8，流經(jīng)預先設計并加工好的通道6，進入各個散熱模塊8，在散 熱模塊8內(nèi)部與加工在散熱模塊8內(nèi)的翅片5進行換熱，熱量由工質(zhì)帶走，最 終由出口7流出。在設計過程中，散熱模塊8內(nèi)的翅片5以及散熱模塊8間的 通道6設計可以綜合考慮各發(fā)熱模塊的發(fā)熱狀況進行設計。
如圖3 4所示，散熱裝置是散熱系統(tǒng)中與發(fā)熱體直接進行換熱的部分， 是整個散熱系統(tǒng)的核心，但是要使其能夠完成工作除了要對散熱模塊進行加工 設計以外，還需要借助一些附加設備，這些附加設備包括液體工質(zhì)循環(huán)的動力 系統(tǒng)以及二次換熱設備。整個集成散熱模塊首先必須根據(jù)散熱對象的具體發(fā)熱 狀況對散熱模塊8內(nèi)的翅片5形狀以及各個散熱模塊8間的通道6進行設計， 然后根據(jù)設計情況進行刻蝕加工，這樣就完成了散熱模塊8的加工。然后在散 熱裝置的基板3上覆蓋金屬薄板作為蓋板10，蓋板10與基板3直接水密封， 如圖3所示。散熱裝置封裝完畢以后，就可以覆蓋在發(fā)熱模塊2上，發(fā)熱模塊 2與基板3間結(jié)合緊密；如果發(fā)熱模塊2的高度各不相同，可以在散熱裝置的 基板上加工凹槽，以使整個散熱裝置與發(fā)熱模塊2結(jié)合緊密平整。散熱裝置冷 卻液的供應由外圍設備通過加工在散熱裝置基板3上的進出口實現(xiàn)循環(huán)。
本實用新型所設計的散模塊，各個散熱模塊既自成一體，又整體關(guān)聯(lián)，我 們可以根據(jù)某個發(fā)熱件的發(fā)熱情況，在其相應的散熱模塊上加工滿足其散熱要 求的翅片形狀和不同翅片的組合方式。經(jīng)過測試，當液體工質(zhì)流過散熱各個散 熱模塊后，在取得與類似散熱裝置同等散熱效果的情況下所需選循環(huán)動力可以 降低30%，同時該結(jié)構(gòu)可以提供更好的溫度均勻性和散熱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、可靠 性。因此本實用新型中散熱模塊優(yōu)勢是顯而易見的。
權(quán)利要求1、一種小空間多熱源條件下的集成散熱裝置，它包括帶有進口和出口的水套，其特征是所述水套由相互之間水密封的基板和蓋板組成，所述基板與蓋板相配合的一面為散熱面，對應的另一面為吸熱面，在所述基板的散熱面上設置有多個相互獨立的散熱模塊以及將各個散熱模塊連通在一起的管路，所述散熱模塊與進口和出口連通。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的小空間多熱源條件下的集成散熱裝置，其特征 是所述各散熱模塊間連通的管路是直接加工在基板散熱面上的通道。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的小空間多熱源條件下的集成散熱裝置，其特征 是所述通道是刻蝕在基板散熱面上的槽。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的小空間多熱源條件下的集成散熱裝置， 其特征是所述散熱模塊是直接加工在基板散熱面上的一組翅片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的小空間多熱源條件下的集成散熱裝置，其特征 是所述基板采用紫銅或者鋁合金。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的小空間多熱源條件下的集成散熱裝置， 其特征是所述進口和出口設置于基板邊緣。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的小空間多熱源條件下的集成散熱裝置， 其特征是在所述基板的吸熱面設置有與發(fā)熱部件對應的凹槽。
專利摘要一種小空間多熱源條件下的集成散熱裝置，它包括帶有進口和出口的水套，其特征是所述水套由相互之間水密封的基板和蓋板組成，所述基板一面為散熱面，對應的一面為吸熱面，在所述基板的散熱面上設置有多個相互獨立的散熱模塊以及將各個散熱模塊連通在一起的管路，所述散熱模塊與進口和出口連通。
文檔編號H05K7/20GK201138905SQ20072003008
公開日2008年10月22日 申請日期2007年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月7日
發(fā)明者劉志剛, 張承武, 寧 管 申請人:山東省科學院能源研究所