一种不完全填充错列式微通道换热器的制作方法

1.本发明涉及微通道换热装置领域，特别是涉及一种不完全填充错列式微通道换热器。


背景技术：

2.最近几年，随着制造技术的发展，功率电子芯片向着集成化、小型化、高频化的方向发展。例如，3d
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ic(three
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dimensional stacked integrated circuits)是一种先进的芯片连接封装技术，可以实现芯片间的垂直互联，使得突破摩尔定律成为可能。在3d
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ic中，芯片中的处理器、存储器和逻辑单元通过硅通孔(through siliconvolume,tsv)进行连接。这种技术相比传统的二维集成电路可以在相同的面积下集成更多的核心数。但核心数的增加同时也带来了严重的热可靠性问题。其一是因为单位面积发热功率变大导致芯片工作温度升高，而芯片工作温度超过70℃后，每升高1℃其性能会下降5％；其二是由于不均匀的功耗分布，这使得集成电路产生局部热点，这会在芯片内部引起热应力的出现，导致芯片的弯曲和变形，甚至引发芯片破裂等严重问题。
3.面对如此狭小的空间所产生巨大的热流密度，显然，常规的风冷技术已经不能满足其散热需求。目前的散热技术主要有微热管冷却、射流冲击冷却、喷雾冷却、热电冷却、碳纳米管冷却和微通道冷却等几种新兴的散热技术。微通道由于其小体积、高效率、低成本等特点，因此受到了科研工作者的青睐。目前，微通道换热器被认为是解决微电子、激光、生化工程、航空航天、能源和电力等领域微器件散热问题的有效方法。
4.微通道换热的概念是由tuckerman和pease在上世纪80年代提出，并且利用水的单相换热实现了7.9mw/m2的散热密度。然而，尽管微通道换热器具有较强的散热能力，但是由于其较小的流通截面积和较大的流速使得微通道换热器的流动压降较大，这不仅增加了功耗，而且甚至有可能会出现驱动工质所需的高压引发器件破裂造成事故。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种不完全填充错列式微通道换热器，以解决上述现有技术存在的问题，具有系统压降小、换热效率高的特点，能够有效的降低设备的温度，确保器件的安全工作。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.本发明提供一种不完全填充错列式微通道换热器，包括基板部分，所述基板部分上固定密封连接有盖板部分，所述盖板部分一端开设有冷却工质进口，另一端开设有冷却工质出口，所述盖板部分和所述基板部分之间的微通道内交错设置有多个肋片，且所述肋片的高度小于所述微通道的高度。
8.可选的，所述肋片为上下交错设置的上肋片和下肋片，所述上肋片与所述盖板部分固定连接，二者为一体成型结构；所述下肋片与所述基板部分固定连接，二者可以采用一体成型结构。
9.可选的，所述基板部分包括基板，所述基板上端面固定设置有多个所述下肋片，所述基板两侧对称设置有两个微通道壁面，所述微通道壁面与所述基板垂直设置，所述微通道壁面的高度大于所述下肋片和上肋片的高度，且上肋片和下肋片高度之和小于二倍微通道的高度；所述基板上端面两端分别开设有与微通道连通的进口段和出口段，所述进口段和出口段位于两个所述微通道壁面之间，且与所述微通道壁面垂直设置。
10.可选的，所述盖板部分包括盖板，所述盖板包括顶板，所述顶板底部四周固定垂直设置有第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板，所述第一侧板上开设有所述冷却工质进口，所述第三侧板上开设有冷却工质出口，所述进口段位于靠近所述冷却工质进口的一端，且与所述冷却工质进口连通；所述出口段位于靠近所述冷却工质出口的一端，且与所述冷却工质出口连通；所述顶板底部固定设置有多个所述上肋片。
11.可选的，所述基板为矩形板状结构。
12.可选的，所述顶板为矩形板状结构。
13.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
14.本发明采用不完全填充错列布置的肋片来强化其换热性能；一方面，由于冷却工质在与经发热电子元件加热后的基板进行换热时，如果微通道换热器内部的肋片为均匀布置时，沿着流动方向其热边界层和流动边界层的厚度会逐渐增加，从而降低了系统的换热性能。而当微通道换热器内部的上肋片和下肋片交错布置时，会减小流动边界层和热边界层的厚度，进而强化系统的换热性能；另一方面，不完全填充设计相较于传统的完全填充设计增加了内部的流通截面积，进而减小了系统压降。因此，使用该新型结构的微通道换热器在散去相同热量的同时只需要较小的泵功。为此本专利具有广阔的应用前景以及巨大的发展潜力，初步计算结果显示：在保证其换热能力相等的同时，其压降相对于传统完全填充均匀排布的微通道换热器降幅达23.6％。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1为本发明不完全填充错列式微通道换热器的部分结构分解示意图；
17.图2为本发明基板部分主视图；
18.图3为本发明基板部分侧视图；
19.图4为本发明基板部分俯视图；
20.图5为本发明盖板部分主视图；
21.图6为本发明盖板部分侧视图；
22.图7为本发明盖板部分俯视图；
23.其中，100为不完全填充错列式微通道换热器、110为基板部分、120为盖板部分、1为基板、2为进口段、3为下肋片、4为出口段、5为发热电子元件、6为冷却工质进口、7为盖板、701为第一侧板、702为第二侧板、703为第三侧板、704为第四侧板、705为顶板、8为冷却工质出口、9为上肋片、10为微通道壁面。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明的目的是提供一种不完全填充错列式微通道换热器，以解决上述现有技术存在的问题，具有系统压降小、换热效率高的特点，能够有效的降低设备的温度，确保器件的安全工作。
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
27.目前微通道换热器由于其较小的流通截面积和较大的流速，导致了内部较大的流动阻力，进而产生极大的系统压降，严重威胁微电子设备的安全。现今所提出的微通道换热器尽管其具有较高的散热能力，但同时带来了巨大的压降。而进一步改变微通道换热器结构可以实现在降低压降的同时保证高效的换热系数。为了在现有基础上继续提高微通道换热器的性能和降低泵功，满足设备小型化的需要，本发明提供一种不完全填充错列式微通道换热器。
28.参考附图1
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附图7所示，本发明提供的不完全填充错列式微通道换热器100，包括基板部分110和盖板部分120，基板部分110上固定密封连接有盖板部分120，盖板部分120一端开设有冷却工质进口6，另一端开设有冷却工质出口8，盖板部分120和基板部分110之间的微通道内交错设置有多个肋片，且肋片的高度小于微通道的高度。
29.具体的，肋片为上下交错设置的上肋片9和下肋片3，上肋片9与盖板部分120固定连接，本实施例中，上肋片9与盖板部分120采用一体成型结构，下肋片3与基板110部分固定连接，下肋片3与基板110部分也采用一体成型结构。基板部分110包括矩形板状结构的基板1，基板1上端面固定设置有多个下肋片3，基板1两侧对称设置有两个微通道壁面10，微通道壁面10与基板1垂直设置，微通道壁面10的高度大于下肋片3和上肋片9的高度，上肋片和下肋片高度之和小于二倍微通道的高度；基板1上端面两端分别开设有与微通道连通的进口段2和出口段4，进口段2和出口段4位于两个微通道壁面10之间，且与微通道壁面10垂直设置。盖板部分120包括矩形板状结构的盖板7，盖板7包括顶板705，顶板705底部四周固定垂直设置有第一侧板701、第二侧板702、第三侧板703和第四侧板704，第一侧板701上开设有冷却工质进口6，第三侧板703上开设有冷却工质出口8，进口段2位于靠近冷却工质进口6的一端，且与冷却工质进口6连通；出口段4位于靠近冷却工质出口8的一端，且与冷却工质出口8连通；顶板705底部固定设置有多个上肋片9。冷却工质进口6和冷却工质出口8位于同一虚拟水平中心线上，且该虚拟水平中心线位于顶板705和基板1之间。
30.本发明通过改变微通道换热器内部结构来优化微通道换热器的流动与传热特性，采用去离子水作为冷却工质，冷却工质流动方向如图1中白色大箭头所示。冷却工质经其他装置从盖板7的冷却工质进口6流入基板1的进口段3进行分流，经基板1的下肋片3和盖板7的上肋片9后，在基板1的出口段4进行合流，基板1底部实色箭头为发热电子元件5，期间，冷却工质在盖板7和基板1之间的微通道内与发热电子元件5换热，实现散热功能，换热后的冷却工质经盖板7的冷却工质出口8流入其他冷却装置进行冷却；再经其他装置经盖板7的冷
却工质入口6流入，如此循环。
31.附相关术语解释：3d
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ic是指将芯片和存储器等电子元件沿着垂直方向在各个不同的层之间进行堆叠集成，并利用硅通孔(through silicon vias,tsv)技术来进行不同元件的引线连接，这样可以减少芯片的整体布线量，进而能够减少芯片的功耗，也可以使芯片具有高度并行的接口，同时还会减少芯片整体的封装面积，降低成本，使其具有更高的工作性能。
32.硅通孔(through silicon vias,tsv)是指一种在硅片上打孔并填充连接材料的互连技术。
33.摩尔定律是英特尔创始人之一戈登
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摩尔的经验之谈，其核心内容为：集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍。换言之，处理器的性能每隔两年翻一倍。
34.流体在管中流动时由于能量损失而引起的压力降低。这种能量损失是由流体流动时克服内摩擦力和克服湍流时流体质点间相互碰撞并交换动量而引起的，表现在流体流动的前后处产生压力差，即压降。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
36.本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。