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CN109346445B - 一种产生螺旋流的微通道热沉 - Google Patents

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CN109346445B CN201810995348.7A CN201810995348A CN109346445B CN 109346445 B CN109346445 B CN 109346445B CN 201810995348 A CN201810995348 A CN 201810995348A CN 109346445 B CN109346445 B CN 109346445B
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李龙
刘湘琪
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Abstract

本发明提供一种产生螺旋流的微通道热沉，包括硅基底板、热沉和盖板，所述硅基底板、热沉和盖板依次键合，硅基底板下方是热源，所述热沉由上基板和下基板键合而成，所述上基板上设有分流槽、合流槽和微通道，微通道侧壁上刻蚀出凹槽；所述下基板上刻蚀出斜槽，与微通道侧壁上凹槽连通；所述盖板上设有进口和出口，冷却工质从进口导入，通过分流槽分流进入微通道后，经合流槽合流，从出口导出。本发明所述微通道热沉的每个微通道内侧槽和底槽改变流动结构，产生螺旋流，强化冷热流体的混合和传热，提高了微通道热沉的传热效率。

Description

一种产生螺旋流的微通道热沉
技术领域
本发明属于微电子芯片的散热技术领域，具体涉及一种产生螺旋流的微通道热沉。
背景技术
随着电子工业的发展，电子设备小型化、集成化程度越来越高，电子芯片的散热功率成倍增加，热流密度可达100 W/cm2甚至更高，为此迫切需要新型高效的热交换装置，以保证电子设备的安全工作。微通道的换热性能很好地满足集成电路的冷却需求，微通道热沉可以取代传统的换热通道。为了进一步提高换热能力，需要对微通道的参数、通道布置方式、壁面结构等进行优化，来提高换热性能。
在宏观通道中经常在壁面上设置与流动方向成一定角度的挡块，以利于换热强化，但会带了更大的压损。这种方法在微通道中也得到应用，在微通道侧壁添加挡板的微通道热沉，在微通道底部带有肋的双侧微通道热沉，当挡板与流动方向呈锐角时，产生的混沌对流，可以显著增强冷热流体的混合，同时，热阻也随着肋高的增加而下降，微通道热沉的传热被极大地强化。由此可见，改变流动结构而促进冷热流体的混合，是提高微通道热沉的性能的有效手段；不断破坏微通道内流动的热边界层，是减小热阻的重要方法。二者都可以通过在壁面设置各种周期分布的肋和槽等的措施得以实现。
发明内容
本发明的目的是提供一种产生螺旋流的微通道热沉，利用螺旋流加强冷热流体的混合和热量的交换，达到强化传热。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：
一种产生螺旋流的微通道热沉，包括硅基底板、热沉和盖板，所述硅基底板、热沉和盖板依次键合，硅基底板下方是热源，所述热沉由上基板和下基板键合而成，所述上基板上设有分流槽、合流槽和微通道，微通道侧壁上刻蚀出凹槽；所述下基板上刻蚀出斜槽，与微通道侧壁上凹槽连通；所述盖板上设有进口和出口，冷却工质从进口导入，通过分流槽分流进入微通道后，经合流槽合流，从出口导出，流体在微通道中的流动会受到侧面槽和底面槽的影响，产生螺旋流，强化底部高温流体和顶部低温流体的混合和传热，从而增加微通道热沉的传热效率。
所述微通道侧壁上的凹槽呈周期性分布，所述下基板上的斜槽呈周期性分布，两者对应位置互相连通，形成周期性分布的通道。
所述盖板设置有一个或若干个进口，所述盖板设置有一个或若干个出口。
本发明的优点是：
1）微通道热沉中每个微通道内侧槽和底槽能改变流动结构，产生螺旋流，强化冷热流体的混合和传热，提高了微通道热沉的传热效率。
2）微通道热沉中底槽和侧槽还能周期性破坏热边界层，减小热阻，提高传热效率。
3）在微通道底部和侧面开槽，不会产生明显的压力降，从而在不增加功耗的情况下保证传热效率。
附图说明
图1为本发明所述的一种产生螺旋流的微通道热沉的立体图。
图2为本发明所述的一种产生螺旋流的微通道热沉的螺旋状流线。
图3为本发明所述的一种产生螺旋流的微通道热沉各部分键合示意图。
图4为本发明所述的一种产生螺旋流的微通道热沉的侧面槽与底面槽的连通示意图。
图5为本发明所述的一种产生螺旋流的微通道热沉的盖板、上基板和下基板分布图。
图中：1、硅基底板，2、热沉，3、盖板，4、进口，5、出口，6、上基板，7、下基板，8、底面槽，9、侧面槽，10、微通道，11、微通道侧壁，12、分流槽，13、合流槽，14、热流。
具体实施方式
结合附图，对本发明提供的一种产生螺旋流的微通道热沉作进一步说明。
参照图1~图5，一种产生螺旋流的微通道热沉，包括键合在一起的硅基底板1、热沉2和盖板3。所述硅基底板1下方有热流14。所述盖板3上设置有进口4和出口5。所述热沉2由上基板6和下基板7键合而成，所述上基板6设有微通道10、分流槽12和合流槽13，所述微通道10的侧壁11上设置有周期性分布的若干侧面槽9。所述下基板7上设置有若干周期性分布的底面槽8。通过进口4导入的流体在分流槽12作用下进入微通道10内，由于受到底面槽8和侧面槽9的共同作用下，产生螺旋状流线，强化了冷热流体的混合和传热，然后流体经过合流槽13从出口5导出。
其中，进口4与分流槽12连通，分流槽12与微通道10的始端连通，合流槽13与微通道10的末端连通，最后合流槽13与出口5连通。
所述上基板6上微通道10的侧壁11的两侧均有侧面槽9，侧面槽9与下基板7上的底面槽8连通，使得产生螺旋流。
所述进口4可以是一个或多个，所述出口5也可以是一个或多个。
所述底面槽8和侧面槽9还有周期性破坏热边界层的作用。
实施例1
一种产生螺旋流的微通道热沉，包括键合在一起的硅基底板1、热沉2和盖板3。热流14通过硅基底板1传到热沉2的下基板7，冷却工质则是从盖板3上设置的进口4导入热沉2，经过分流槽12后进入微通道10，在微通道10中的冷却工质受到底面槽8和侧面槽9的共同作用，产生螺旋流，强化冷热流体（工质）的混合和传热，然后经过合流槽13从出口5导出。所述热沉2由上基板 6和下基板7键合而成，所述上基板6设有微通道10、分流槽12和合流槽13，所述微通道10的侧壁11上设置有周期性分布的若干侧面槽9。所述下基板7上设置有若干周期性分布的底面槽8。通过进口4导入的流体在分流槽12作用下进入微通道10内，由于受到底面槽8和侧面槽9的共同作用下，产生螺旋状流线，强化了冷热流体的混合和传热，然后流体经过合流槽13从出口5导出，将通过硅基底板1传递到热沉2的热流14，带离微通道热沉，达到散热功能。
其中，盖板3上的进口4和出口5的个数可以根据工质流动均匀性的要求确定，均匀性要求高时进口4核出口5的个数可以适当增加。
另外，上基板6上微通道10的侧壁11的两侧均有侧面槽9，微通道10的侧壁11上的侧面槽9与下基板7上的底面槽8连通，这样才能产生螺旋流。侧面槽9和底面槽8的数量，以及槽宽、槽深、槽间距、螺旋攻角等几何参数，可以根据具体传热要求和流动速度等条件确定。
所述底面槽8和侧面槽9除了产生螺旋流外，还有周期性破坏热边界层的作用。
以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明保护范围内。

Claims (4)

1.一种产生螺旋流的微通道热沉，包括硅基底板、热沉和盖板，其特征在于，所述硅基底板、热沉和盖板依次键合，硅基底板下方是热源，所述热沉由上基板和下基板键合而成，所述上基板上设有分流槽、合流槽和微通道，微通道侧壁上刻蚀出凹槽；所述下基板上刻蚀出斜槽，与微通道侧壁上凹槽连通；所述盖板上设有进口和出口，冷却工质从进口导入，通过分流槽分流进入微通道后，经合流槽合流，从出口导出。
2.根据权利要求1所述的一种产生螺旋流的微通道热沉，其特征在于，所述微通道侧壁上的凹槽呈周期性分布，所述下基板上的斜槽呈周期性分布，两者对应位置互相连通，形成周期性分布的通道。
3.根据权利要求1或2所述的一种产生螺旋流的微通道热沉，其特征在于，所述盖板设置有一个或若干个进口。
4.根据权利要求1或2所述的一种产生螺旋流的微通道热沉，其特征在于，所述盖板设置有一个或若干个出口。
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