一種散熱模塊及其制備方法、散熱設(shè)備、電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種散熱模塊及其制備方法、散熱設(shè)備、電子設(shè)備。微流體通道的散熱模塊包括金屬底板、金屬封蓋、進(jìn)液接口、出液接口。該封蓋固定在該底板上并與該底板之間形成腔體，該腔體用于收容冷卻劑。該進(jìn)液接口與該出液接口分別設(shè)置在該封蓋的兩側(cè)上，且均與該腔體相通供該冷卻劑進(jìn)、出。該封蓋遠(yuǎn)離該底板的一側(cè)上形成有向該腔體內(nèi)凸進(jìn)的若干凸包，相鄰?fù)拱g形成供該冷卻劑流通的通道，該若干凸包均位于該進(jìn)液接口與該出液接口之間用于導(dǎo)引該冷卻劑從該進(jìn)液接口流向該出液接口。實(shí)現(xiàn)對高功率密度的電子設(shè)備和電子元器件工作時產(chǎn)生熱量的散逸。本發(fā)明還公開了該散熱模塊的制備方法，具有該散熱模塊的散熱設(shè)備與電子設(shè)備。
【專利說明】一種散熱模塊及其制備方法、散熱設(shè)備、電子設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及散熱模塊及其制備方法、具有該散熱模塊的電子設(shè)備，尤其涉及作為電子元器件、特別是高熱流密度的IC芯片的散熱冷卻裝置的一種微流體通道的散熱模塊及其制備方法、具有該散熱模塊的散熱設(shè)備與電子設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]電子產(chǎn)品朝著便攜式/小型化方向發(fā)展要求電子元器件在單位體積處理信息量提高(高密度化)；單位時間處理速度的提高(高速化)。這些要求，促使電子元器件產(chǎn)生的功率密度和熱流密度也在逐步提高，導(dǎo)致熱控制技術(shù)成為了電子元器件設(shè)計(jì)的瓶頸之一。微流體通道散熱技術(shù)作為一種表面積與體積比較大、散熱能力優(yōu)異的新型冷卻技術(shù)，可為高熱流密度電子元器件的設(shè)計(jì)與使用提供一種有效的散熱方式。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有設(shè)計(jì)對電子元器件散熱的微通道液冷模塊制造成本偏高的技術(shù)難題，提供一種微流體通道的散熱模塊及其制備方法、具有該散熱模塊的散熱設(shè)備與電子設(shè)備，低成本制造的微流體通道液冷散熱模塊的設(shè)計(jì)及制造方案，實(shí)現(xiàn)對高功率密度的電子設(shè)備和電子兀器件工作時產(chǎn)生熱量的散逸。
[0004]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種微流體通道的散熱模塊，其包括金屬底板、金屬封蓋、進(jìn)液接口、出液接口 ；該封蓋固定在該底板上并與該底板之間形成腔體，該腔體用于收容冷卻劑；該進(jìn)液接口與該出液接口分別設(shè)置在該封蓋的兩側(cè)上，且均與該腔體相通供該冷卻劑進(jìn)、出；該封蓋遠(yuǎn)離該底板的一側(cè)上形成有向該腔體內(nèi)凸進(jìn)的若干凸包，相鄰?fù)拱g形成供該冷卻劑流通的通道，該若干凸包均位于該進(jìn)液接口與該出液接口之間用于導(dǎo)引該冷卻劑從該進(jìn)液接口流向該出液接口。
[0005]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該若干凸包呈陣列式分布。優(yōu)選地，定義平行于該進(jìn)液接口與該出液接口的連接方向?yàn)樾校怪庇谠撨M(jìn)液接口與該出液接口的連接方向?yàn)榱?，相鄰兩行凸包之間的通道水力直徑為相鄰兩列凸包之間的通道水力直徑的0.5?2倍；每個凸包呈長條形并平行于該進(jìn)液接口與該出液接口的連接方向。
[0006]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該通道的水力直徑為0.1?0.8mm。
[0007]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn)，該進(jìn)液接口、該出液接口與該封蓋相接處分別設(shè)置有與該腔體連通的空腔。
[0008]本發(fā)明還提供一種上述任意的微流體通道的散熱模塊的制備方法，其包括以下步驟:
[0009]提供金屬底板、金屬蓋板、進(jìn)液接口、出液接口 ；
[0010]對該蓋板沖壓形成封蓋，該封蓋具有冷卻劑出入的出口和入口、位于該出口與該入口之間且連通該出口與該入口的凹槽；
[0011]將該封蓋固定在該底板上，該凹槽由該底板覆蓋使該封蓋與該底板之間形成腔體；
[0012]將該進(jìn)液接口、該出液接口分別固定在該入口、該出口上使該進(jìn)液接口、該出液接口均與該腔體連通；
[0013]其中，對該蓋板沖壓形成封蓋時，該凹槽的槽底還沖壓有向該凹槽內(nèi)凸進(jìn)的若干凸包；該散熱模塊最后用金屬或硅材料通過焊接工藝封裝成一體結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明還提供一種散熱設(shè)備，其包括換熱器及散熱模塊，該散熱模塊為上述任意微流體通道的散熱模塊，該換熱器與該散熱模塊的出液接口連接。
[0015]作為上述方案的進(jìn)一步改進(jìn):該散熱設(shè)備還包括微泵，該微泵與該進(jìn)液接口連接，該微泵、該散熱模塊、該換熱器連接成該冷卻劑的強(qiáng)制循環(huán)通路。
[0016]本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，其包括至少一個電子元器件、用于對該至少一個電子元器件散熱的散熱模塊或散熱設(shè)備，該散熱模塊為上述任意微流體通道的散熱模塊，該散熱設(shè)備為上述任意散熱設(shè)備；該散熱模塊的底板或該散熱設(shè)備的底板固定在該至少一個電子元器件的表面上。
[0017]本發(fā)明微流體通道的散熱模塊在使用時，只需將該散熱模塊通過導(dǎo)熱膠粘接在、或采用支架及螺絲固定在、或直接焊接在待冷卻的電子元器件表面，即可對電器元器件起到良好的散熱效果，低成本高散熱。本發(fā)明的散熱設(shè)備通過該散熱模塊與微泵、換熱器(如翅片換熱器)利用導(dǎo)管連接成為密閉的強(qiáng)制循環(huán)通路，通過流過微型通道內(nèi)部的冷卻工質(zhì)(即腔體內(nèi)部的冷卻劑)以強(qiáng)迫對流的方式，大幅度提高對高功率密度電子元器件表面的熱量散逸性能。本發(fā)明的微流體通道散熱模塊(即微流體通道的散熱模塊)在制備時可在封蓋沖壓形成時一并沖壓出凸包，制程非常簡單、牢靠，利于大范圍的推廣和應(yīng)用。本發(fā)明的散熱模塊可應(yīng)用于電子元器件制造、大功率儀器制造等領(lǐng)域中的溫度控制和散熱。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施方式提供的微流體通道的散熱模塊的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2為圖1中散熱模塊的除進(jìn)液接口與出液后的俯視圖；
[0020]圖3為圖2中沿剖線A-A的剖視圖。
[0021]圖4為圖1中散熱模塊的應(yīng)用示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施實(shí)例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]請參閱圖1，本發(fā)明的微流體通道的散熱模塊包括金屬底板1、金屬封蓋2、進(jìn)液接口 3、出液接口 4。底板I和封蓋2采用金屬制成，這樣利于傳熱，金屬優(yōu)選銅或合金，在其它實(shí)例中也可混合或單獨(dú)選用鎳、不銹鋼、鋁或其它金屬或合金。
[0024]請結(jié)合圖2及圖3，封蓋2固定在該底板I上并與該底板I之間形成腔體。為實(shí)現(xiàn)穩(wěn)固連接，封蓋2與底板I固定相連，可采用銅、鋁等金屬材料制造的封蓋2與底板I通過焊接等不同方法進(jìn)行連接固定。該腔體用于收容冷卻劑，本實(shí)例中，冷卻劑選用去離子水，在其它實(shí)例中，可根據(jù)環(huán)境需要選用低粘度硅油、乙二醇溶液等有機(jī)或無機(jī)工質(zhì)、溶液及攜帶相變微膠囊或納米顆粒的功能流體。
[0025]進(jìn)液接口 3、出液接口 4分別設(shè)置在該封蓋2的兩側(cè)上，且均與該腔體相通供該冷卻劑進(jìn)、出。該封蓋2遠(yuǎn)離該底板I的一側(cè)上形成有向該腔體內(nèi)凸進(jìn)的若干凸包5，相鄰?fù)拱?之間形成供冷卻劑流通的通道，該通道的水力直徑優(yōu)選為0.1?0.8_，使通道可稱之為微通道。該若干凸包5均位于進(jìn)液接口 3、出液接口 4之間用于導(dǎo)引該冷卻劑從該進(jìn)液接口 3流向該出液接口 4。
[0026]封蓋2與底板I通過不同的集成固定方式形成密閉的流動冷卻劑的微流體通道散熱模塊結(jié)構(gòu)(如圖1所示)，整個散熱模塊結(jié)構(gòu)中設(shè)有多條平行的縱向微通道和平行的橫向微通道組成的通道陣列。
[0027]該若干凸包5最好采用陣列式分布，定義平行于該進(jìn)液接口 3與該出液接口 4的連接方向?yàn)樾校怪庇谠撨M(jìn)液接口 3與該出液接口 4的連接方向?yàn)榱?，相鄰兩行凸包之間的通道水力直徑優(yōu)選為相鄰兩列凸包之間的通道水力直徑的0.5?2倍。每個凸包5可呈長條形并平行于該進(jìn)液接口 3與該出液接口 4的連接方向。
[0028]上部的微流體通道封蓋2的平行的橫向微通道可有效地將縱向微通道內(nèi)的熱邊界層中斷，并且流動的冷卻劑在橫向通道處進(jìn)行換熱，當(dāng)冷卻劑流入第二段縱向微流體通道內(nèi)后熱邊界層重新在第二段縱向通道內(nèi)開始重新發(fā)展。以此類推至第三段、第四段……等縱向通道，充分發(fā)揮散熱模塊的導(dǎo)熱能力，使其冷卻性能大大提高。
[0029]該進(jìn)液接口 3、該出液接口 4與該封蓋2相接處分別設(shè)置有與該腔體連通的空腔6，如圖2所示，在進(jìn)液接口 3及出液接口 4下方均設(shè)有將冷卻液分布于各微流體通道或集中于一處的空腔6，以利于冷卻劑的分配與收集。
[0030]本發(fā)明的散熱模塊在使用時，如圖4所示，應(yīng)用在電子設(shè)備的電子元器件6的表面上。工作時，在冷卻腔體下部區(qū)域布置一個發(fā)熱的電子設(shè)備，如正在工作的集成電路封裝體等。發(fā)熱電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量(在本實(shí)施方式中，以電子設(shè)備的電子元器件6發(fā)出的熱量為例進(jìn)行舉例說明)經(jīng)過冷卻腔體的底板I傳入冷卻腔體的內(nèi)部。冷卻劑由進(jìn)液接口 3進(jìn)入冷卻腔體，并被分配于各微流體通道內(nèi)，冷卻劑在微流體通道內(nèi)流動的過程中吸收底部金屬面?zhèn)鲗?dǎo)的發(fā)熱電子設(shè)備的熱量后，由出液接口 4流入外部，通過這一過程將電子元器件6產(chǎn)生的熱量散逸掉，實(shí)現(xiàn)微流體通道散熱系統(tǒng)的散熱功能。
[0031]使用本發(fā)明微流體通道的散熱模塊時，只需將該散熱模塊通過導(dǎo)熱膠粘接在、或采用支架及螺絲固定在、或直接焊接在待冷卻的電子元器件6表面，即可對電器元器件6起到良好的散熱效果，低成本高散熱。
[0032]為了進(jìn)一步增強(qiáng)對電器元器件6的散熱性能，還可以設(shè)置微泵、換熱器。該微泵與該進(jìn)液接口 3連接，該換熱器與該出液接口 4連接。該微泵、該散熱模塊、該換熱器連接成該冷卻劑的強(qiáng)制循環(huán)通路，以降低溫升后冷卻劑的溫度，以實(shí)現(xiàn)循環(huán)散熱。微泵全稱就是微型水泵，英文名稱:micro pump或mini pump,定義:通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力，即把原動機(jī)的機(jī)械能變?yōu)橐后w能量從而達(dá)到抽送液體目的的機(jī)器統(tǒng)稱為水泵，可在“微型泵資料網(wǎng)”查詢微型水泵詳細(xì)介紹。水泵一般組成形式為驅(qū)動部分+泵體，泵體上有一進(jìn)一出兩個接口，水從入水口進(jìn)，排水口出，凡是采用這種形式，且體積小巧、袖珍的水泵，都叫微型水泵。
[0033]冷卻劑經(jīng)由微泵提供壓力由進(jìn)液接口 3進(jìn)入冷卻腔體，并被分配于各微流體通道內(nèi)，冷卻劑在微流體通道內(nèi)流動的過程中吸收底部金屬面?zhèn)鲗?dǎo)的發(fā)熱電子設(shè)備的熱量后，由出液接口 4流入外部的換熱器(如翅片換熱器)，通過這一過程將發(fā)熱電子元器件6產(chǎn)生的熱量散逸掉，實(shí)現(xiàn)微流體通道散熱系統(tǒng)的散熱功能。
[0034]本發(fā)明的散熱模塊通過與微泵、換熱器(如翅片換熱器)利用導(dǎo)管連接成為密閉的強(qiáng)制循環(huán)通路，通過流過微型通道內(nèi)部的冷卻工質(zhì)(即腔體內(nèi)部的冷卻劑)以強(qiáng)迫對流的方式，大幅度提高對高功率密度電子元器件6表面的熱量散逸性能。
[0035]本發(fā)明的散熱模塊在制備時，其制備方法包括以下步驟:
[0036]提供金屬底板1、金屬蓋板、進(jìn)液接口 3、出液接口 4 ；
[0037]對該蓋板沖壓形成封蓋2，該封蓋2具有冷卻劑出入的出口和入口、位于該出口與該入口之間且連通該出口與該入口的凹槽、位于該凹槽槽底且向該凹槽內(nèi)凸進(jìn)的若干凸包5 ；
[0038]將該封蓋2固定在該底板I上，該凹槽由該底板I覆蓋使該封蓋2與該底板I之間形成腔體；
[0039]將該進(jìn)液接口 3、該出液接口 4分別固定在該入口、該出口上使該進(jìn)液接口 3、該出液接口4均與該腔體連通；
[0040]用金屬或硅材料通過焊接工藝封裝成一體結(jié)構(gòu)。
[0041]在電子元器件6工作過程中，可根據(jù)制造材料不同通過沖壓、鑄造、電鍍等工藝制造微通道封蓋2，再通過焊接或鍵合等工藝或粘接等其它固定手段將本發(fā)明的微流體通道散熱模塊與電子元器件6集成在一起，并將微泵、集成好的微流體通道散熱模塊及外部翅片換熱器通過導(dǎo)管連接成為密閉的回路，作為電子元器件6的散熱裝置。
[0042]微流體通道模塊腔體采用沖壓方法制成以降低成本，制造的微通道模塊可與封裝好的芯片或裸芯片通過焊接、鍵合等工藝或通過導(dǎo)熱膠粘接的方法集成在一起。
[0043]本發(fā)明的微流體通道散熱模塊(即微流體通道的散熱模塊)在制備時可在封蓋沖壓形成時一并沖壓出凸包5，制程非常簡單、牢靠，利于大范圍的推廣和應(yīng)用。因而本發(fā)明的散熱模塊非常利于應(yīng)用在電子元器件制造、大功率儀器制造等領(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)溫度控制和熱量消散。
[0044]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種微流體通道的散熱模塊，其包括金屬底板、金屬封蓋、進(jìn)液接口、出液接口 ；該封蓋固定在該底板上并與該底板之間形成腔體，該腔體用于收容冷卻劑；該進(jìn)液接口與該出液接口分別設(shè)置在該封蓋的兩側(cè)上，且均與該腔體相通供該冷卻劑進(jìn)、出；其特征在于:該封蓋遠(yuǎn)離該底板的一側(cè)上形成有向該腔體內(nèi)凸進(jìn)的若干凸包，相鄰?fù)拱g形成供該冷卻劑流通的通道，該若干凸包均位于該進(jìn)液接口與該出液接口之間用于導(dǎo)引該冷卻劑從該進(jìn)液接口流向該出液接口。
2.如權(quán)利要求1所述的微流體通道的散熱模塊，其特征在于:該若干凸包呈陣列式分布。
3.如權(quán)利要求2所述的微流體通道的散熱模塊，其特征在于:定義平行于該進(jìn)液接口與該出液接口的連接方向?yàn)樾?，而垂直于該進(jìn)液接口與該出液接口的連接方向?yàn)榱?，相鄰兩行凸包之間的通道水力直徑為相鄰兩列凸包之間的通道水力直徑的0.5?2倍。
4.如權(quán)利要求2所述的微流體通道的散熱模塊，其特征在于:每個凸包呈長條形并平行于該進(jìn)液接口與該出液接口的連接方向。
5.如權(quán)利要求1所述的微流體通道的散熱模塊，其特征在于:該通道的水力直徑為0.1 ?0.8mm。
6.如權(quán)利要求1所述的微流體通道的散熱模塊，其特征在于:該進(jìn)液接口、該出液接口與該封蓋相接處分別設(shè)置有與該腔體連通的空腔。
7.—種如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的微流體通道的散熱模塊的制備方法，其包括以下步驟: 提供金屬底板、金屬蓋板、進(jìn)液接口、出液接口 ； 對該蓋板沖壓形成封蓋，該封蓋具有冷卻劑出入的出口和入口、位于該出口與該入口之間且連通該出口與該入口的凹槽； 將該封蓋固定在該底板上，該凹槽由該底板覆蓋使該封蓋與該底板之間形成腔體； 將該進(jìn)液接口、該出液接口分別固定在該入口、該出口上使該進(jìn)液接口、該出液接口均與該腔體連通； 其特征在于:對該蓋板沖壓形成封蓋時，該凹槽的槽底還沖壓有向該凹槽內(nèi)凸進(jìn)的若干凸包；該散熱模塊最后用金屬或硅材料通過焊接工藝封裝成一體結(jié)構(gòu)。
8.一種散熱設(shè)備，其包括換熱器及散熱模塊，其特征在于:該散熱模塊為如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的微流體通道的散熱模塊，該換熱器與該散熱模塊的出液接口連接。
9.如權(quán)利要求8所述的散熱設(shè)備，其特征在于:該散熱設(shè)備還包括微泵，該微泵與該進(jìn)液接口連接，該微泵、該散熱模塊、該換熱器連接成該冷卻劑的強(qiáng)制循環(huán)通路。
10.—種電子設(shè)備，其包括至少一個電子元器件、用于對該至少一個電子元器件散熱的散熱模塊或散熱設(shè)備，其特征在于:該散熱模塊為如權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的微流體通道的散熱模塊，該散熱設(shè)備為如權(quán)利要求8或9所述的散熱設(shè)備；該散熱模塊的底板或該散熱設(shè)備的底板固定在該至少一個電子元器件的表面上。
【文檔編號】H05K7/20GK104392973SQ201410773376
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】趙瀟, 胡國俊 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所