一种分区供液歧管射流微通道冷板及其制造方法

本发明涉及电子器件液冷散热，具体涉及一种分区供液歧管射流微通道冷板及其制造方法。

背景技术：

1、随着高功率芯片、功率模块、先进封装器件及其它高热流密度电子器件的发展，器件内部热源分布正由传统的单一集中式逐步演变为多个离散热点并存的多热源形式。对于此类高功率电子器件，不同热源区域在空间位置、发热强度及热流密度分布方面往往存在差异，使得传统面向单一换热区域设计的冷板结构在多热源条件下面临新的散热挑战。

2、微通道冷板由于具有较高的换热能力和较小的热扩散距离，被广泛应用于高热流密度电子器件热管理。进一步地，歧管射流微通道冷板通过设置射流孔、入口歧管、出口歧管及微通道结构，能够在一定程度上改善供液分配和强化局部换热，并兼顾热阻与压降控制。然而，现有歧管射流微通道冷板大多是围绕单一整体换热区域进行设计，上游供液方式通常为总入口进入单一供液腔体，再经下游结构导入换热层。当被冷却对象为多个离散热源或热源阵列时，该类整体供液结构难以根据不同热点区域的位置分布实现定向供液。

3、尤其在多热源高功率电子器件中，如果冷却液在进入下游换热层之前仍处于整体连通的大腔体中流动，往往会受到流动阻力差异、路径长度差异及局部压降耦合作用影响，导致不同热源区域之间的供液不均，从而引起局部过热、温度分布不均以及部分区域冷却能力不足等问题。虽然增加总流量能够在一定程度上缓解上述现象，但同时会带来更高的泵送功耗和整体压降，不利于系统工程应用。

4、另一方面，若采用多套完全独立的冷却回路分别对应多个热源区域，虽然可以提高定向供液能力，但将显著增加冷板结构复杂度、制造难度和密封要求，进而提高系统成本。因此，如何在保持整体冷板结构紧凑性的同时，实现总来液在进入下游歧管射流微通道换热结构前的多级分流与分区供液，是多热源高功率电子器件散热领域亟待解决的关键技术问题。

5、现有技术中，已有较多针对微通道冷板、射流冷却以及多热源散热的方案。例如，专利 cn115768045b《散热器及电子设备》 公开了一种包括底板、射流板和盖板的散热器结构，其中底板具有微通道结构，射流板上设置射流槽和歧管结构，以形成交错排布的歧管入口和歧管出口，并利用微射流和歧管式微通道实现强化冷却。该方案能够发挥微射流强化换热和歧管微通道降低压降的作用，但其主要面向单一整体换热区域，未针对多个离散热源设置上游多级分流结构，也未形成与多个热源区域一一对应的独立局部供液腔。因此，在多热源高功率电子器件中，仍可能存在不同热源区域供液不均和定向冷却能力不足的问题。

6、专利 cn109524376a《一种多歧式射流微通道芯片液冷散热装置》 公开了一种阵列射流喷嘴与微通道结合的散热装置，冷却液通过微通道顶部的阵列射流喷嘴开孔高速冲击微通道底面，随后沿微通道流动进行换热；该方案还设置回收层、回收孔层、射流喷嘴层和微通道层等结构，用于提高芯片热源的散热能力。该技术重点在于阵列射流与微通道换热的叠加强化，但其供液结构仍主要服务于整体冷却区域，缺少面向多热源阵列的总进液分流层和分区供液层，难以实现多个热源区域之间相对独立、可控的局部供液。

7、针对多热源散热，专利 cn105118811a《一种采用均热板及微通道对多热源器件散热的均温装置》 提出在封装有至少两个热源的基板上方设置均热板，并在均热板上方设置与热源数量相同的微通道，以解决多热源高热流密度电子器件散热不均以及平行微通道沿程温升导致温度梯度较大的问题。该方案能够通过均热板扩散热量并配合微通道进行散热，但其主要依赖均热板的热扩散能力来改善温度均匀性，冷却液并未在进入换热层前通过多级分流结构分别导入与热源区域对应的独立局部供液腔，也未结合射流歧管微通道结构实现局部强化换热。

8、此外，专利 cn118315353b《一种芯片内部冷却的多芯片阵列集分液结构》 公开了一种面向多芯片阵列的两级分液流道和两级集液流道结构，通过一级、二级分液流道实现多芯片并联流道和芯片间的均匀流量分配，以提高多芯片阵列的温度均匀性。该方案与多热源流量分配问题具有一定相关性，但其主要面向芯片内部冷却和芯片级集分液结构，结构形式和应用场景不同于外置冷板式散热；同时，该方案未采用射流孔、入口歧管、出口歧管、汇流腔与微通道耦合的下游强化换热结构，难以直接解决紧凑冷板内部“分区供液—射流导入—歧管微通道换热—汇流排出”的协同设计问题。

9、还有一些现有微通道冷板方案关注缩短流动路径和降低压降。例如，专利cn111328245b《折返式射流微通道散热器及散热方法》 通过交替布置射流入口孔与回流孔，将较长微通道分割为多个较短流动单元，从而降低工质温升、改善底壁温度均匀性并减小整体压降。该类方案能够说明射流入口和回流结构对于改善微通道压降和温度均匀性具有积极作用，但其仍主要围绕单一换热面内的流动单元划分，未建立多个局部供液腔与多个热源区域之间的一一对应关系，也未在上游设置总进液分流层和圆柱供液单元以实现多热源定向供液。

10、综上，现有技术虽然分别在射流微通道强化换热、多级流量分配、多热源均温以及多芯片集分液等方面进行了探索，但仍存在以下不足：一是多数歧管射流微通道冷板主要面向单一整体换热区域，难以适配多个离散热源；二是部分多热源散热方案依赖均热板或芯片内部集分液结构，缺少适用于紧凑冷板的分区供液结构；三是现有多级分流或短流路微通道结构通常未与热源空间分布建立直接对应关系，难以实现热源级定向供液和局部强化冷却。

技术实现思路

1、发明目的：本发明第一目的是提供一种分区供液歧管射流微通道冷板，将总进液分流层、分区供液层、射流歧管层和微通道层集成于一体，使总来液能够经多级分流后分别进入与多个热源区域对应的局部供液腔，再通过射流孔、入口歧管、微通道、出口歧管和汇流腔完成强化换热与汇流排出，从而提高多热源高功率电子器件的供液均匀性和局部散热能力；

2、第二目的是提供上述分区供液歧管射流微通道冷板的制造方法，以保证多层结构的准确成形、稳定装配和可靠连接。

3、技术方案：本发明所提供的分区供液歧管射流微通道冷板，包括自上而下依次设置的总进液分流层、分区供液层、射流歧管层及微通道层；

4、所述总进液分流层上表面设有总进液口，下表面设有多个与总进液口连通的分流槽；

5、所述分区供液层设有多个上下贯通的供液单元和多个彼此独立的局部供液腔，每个局部供液腔通过供液单元与分流槽连通，所述局部供液腔底部为敞口结构；

6、所述射流歧管层上表面设有多个射流孔，下表面设有入口歧管、出口歧管及与出口歧管连通的汇流腔，所述射流歧管层侧边开设与汇流腔连通的冷却液出口，所述局部供液腔置于射流歧管层上，将射流孔分为多个局部区域；所述射流孔上端与局部供液腔连通，下端与入口歧管连通；

7、所述微通道层上表面设有多个微通道，所述微通道背面设有多个热源区域，所述热源区域与局部供液腔在平面投影上一一对应，冷却液由总进液口进入后，依次通过分流槽、供液单元、局部供液腔、射流孔、入口歧管、微通道、出口歧管和汇流腔，并最终由冷却液出口排出，实现针对多个热源区域的分区供液和定向冷却。

8、进一步的，所述总进液口位于总进液分流层的中部区域，多个所述分流槽以总进液口为起始点呈放射状设置。

9、进一步的，所述供液单元数量与局部供液腔相同，且一一对应。

10、进一步的，多个所述局部供液腔彼此独立分隔设置，其水平投影形状与对应的热源区域一致。

11、进一步的，所述入口歧管和出口歧管相邻分布，所述微通道分别连通相邻的入口歧管和出口歧管，所述微通道的延伸方向与入口歧管和出口歧管垂直。

12、进一步的，多个所述热源区域在微通道层底部呈阵列分布。

13、进一步的，所述总进液分流层、分区供液层、射流歧管层和微通道层通过焊接连接和/或扩散连接方式密封连接。

14、上述分区供液歧管射流微通道冷板的制造方法，包括以下步骤：

15、s1、提供用于形成总进液分流层的第一基体、用于形成分区供液层的第二基体、用于形成射流歧管层的第三基体以及用于形成微通道层的第四基体；

16、s2、对第一基体进行加工，以形成总进液口和分流槽；对第二基体进行加工，以形成多个供液单元和局部供液腔；对第三基体进行加工，以形成射流孔、入口歧管、出口歧管、汇流腔及冷却液出口；对第四基体进行加工，以形成多个微通道，并在其底部对应形成多个热源区域；

17、s3、将总进液分流层、分区供液层、射流歧管层和微通道层进行对位装配，使分流槽、圆柱供液单元、局部供液腔、射流孔、入口歧管、微通道、出口歧管及汇流腔依次连通；

18、s4、采用焊接连接和/或扩散连接方式对装配后的结构进行密封连接，得到分区供液歧管射流微通道冷板。

19、根据权利要求8所述的分区供液歧管射流微通道冷板的制造方法，其特征在于：对总进液分流层、分区供液层、射流歧管层和微通道层进行定位校准后再装配连接。

20、有益效果：与现有技术相比，本发明显著的优点为：

21、1.本发明通过总进液分流层实现对总来液的一级分流，再通过分区供液层中的多个供液单元和局部供液腔实现二级分区供液，使冷却液能够定向输送至多个热源区域对应的局部换热区域，有利于提高多热源条件下的供液均匀性；

22、2.通过将多个局部供液腔与多个热源区域在平面投影上一一对应，可针对多个离散热源实现定向供液和局部强化散热，有利于降低局部热阻；

23、3.本发明在保留下游歧管射流微通道换热结构的基础上，引入上游多级分流与分区供液设计，可在不显著增加下游换热主体复杂度的前提下提升多热源散热能力；

24、4.本发明通过在射流歧管层中设置入口歧管、出口歧管及汇流腔，能够构建完整的流体导入、换热及汇流排出路径，有利于提高排液顺畅性并优化整体流动组织；

25、5.本发明将上部射流供液、下部歧管结构以及微通道换热结合，使冷却液经射流分配后进入入口歧管，再横向流经微通道进入相邻出口歧管并快速排出，从而改善流动分配，缩短流体在换热区域中的流动路径，降低热阻并减小压降；

26、6.本发明提供的制造方法可实现总进液分流层、分区供液层、射流歧管层和微通道层的分层加工与高精度装配，有利于提高整体结构的成形精度、连接可靠性和密封性能。