液态金属散热装置的制作方法

本发明涉及的液态金属散热装置，其包括：液态金属，冷却液，冷板，管道，电磁泵，水泵，散热水排，换热器。利用液态金属强对流换热能力，将热源处小区域高集中的热量转移到大区域换热器处进行换热，具有高换热效率，低成本，冷板灵活布置不受限的特点。

背景技术

根据摩尔定律，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。近年来，随着集成电路的发展，高性能计算机及各类光电芯片在运算速率与集成化等方面取得了一系列重大进展，但热障问题日益成为制约其向更高性能、更高效率、长寿命、微型化以及更加节能等目标发展。

高性能小体积芯片的产生同时带来高热流密度散热问题，当前众多热管理技术在解决高热流密度散热领域不断取得可喜进步，但能满足不断增长的散热需求，且安全稳定的高端散热技术仍然比较匮乏。水的液冷技术是当前主流技术中最具潜力解决高热流密度散热问题的冷却技术，但因水热导率低，沸点低的特性，制约其在多热源、高热流、低流速情况下的发展。因此，具有低熔点，高沸点，高热导率的液态金属替代水成为更高效的新一代冷却介质。但是传统液态金属与翅片风冷结合的散热方式，由于风冷换热效率低，液态金属在风冷换热器侧充注量巨大，成本高，难以满足工业上多热源，低成本，高换热的需求。

为解决上述问题，本发明提出液态金属散热装置，该散热装置采用液态金属与液冷接力的散热方式，不仅能满足多热源高热流密度散热的需求，而且液态金属充注量小，成本低，热源温度可独立调节，布置灵活不受限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种液态金属散热装置，克服现有技术不足使其能在多热源、高热流密度的情况下，具有换热效率高，成本低，各热源可独立控制，布置灵活的特点。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的液态金属散热装置，其特征在于，其散热装置由液态金属，冷却液，冷板，管道，电磁泵，水泵，散热水排，换热器组成；

所述液态金属散热装置结构如附图1所示，利用液态金属强对流换热性能带走冷板内热源热量，并在换热器内与冷却液进行接触式换热，将热量传递给冷却液后通过散热水排散发到空气中。

所述液态金属散热装置为，每个热源均搭配对应的冷板，电磁泵，通过管道与换热器相连接，组成液态金属循环回路进行独立循环，多个热源相当于并联连接在换热器上，换热器内冷却液对液态金属进行集中换热。

所述冷板可按热源分布进行灵活布置，材料为T2铜。

所述电磁泵采用直流传导式电磁泵驱动液态金属循环，体积小无噪音。

所述管道材料为亚克力。

所述换热器为直接接触式换热器，换热器结构如附图2所示，材料为铜或铜合金。冷却液与液态金属在换热器空腔内直接接触换热，换热效率高。因为冷却液与液态金属存在明显的密度差，二者在换热器空腔内分层，可以在各自环路内独立循环，液态金属环路和冷却液环路彼此不影响对方。

所述冷却液为去离子水，乙二醇和磷酸二氢钠的混合溶液，所述去离子水质量分数为30％～50％，乙二醇质量分数为40％～60％，磷酸二氢钠的质量分数为1～10％。乙二醇具有低冰点，高沸点的特性，加入磷酸二氢钠后可防止液态金属与冷却液接触发生氧化。

所述液态金属为镓基合金。优选地，所述镓基合金为镓铟锡锌合金，质量分数为：镓60％～80％，铟20％～30％，锡10％～20％，锌0.5％～2％。其中优选的镓铟锡锌合金各组分质量分数为镓61％，铟25％，锡13％，锌1％。

本发明所述的液态金属散热装置具有如下优点：

(1)散热性能优异。对于小空间内高热流密度散热器件而言，系统散热瓶颈为高密度热源处的超高热流密度。因为液态金属具有超高的对流换热能力，热源处采用液态金属对流可以有效的带走高热流密度热源处热量，解决高热流密度热源散热难题。

(2)成本大幅度降低。传统的液态金属散热系统中，假定冷板内液态金属充注量为M，则远端空气散热器内液态金属充注量约为10M(因为空气换热能力弱)。而对于本专利中液态金属散热系统而言，换热器内液态金属充注量仅仅约为2M。这主要是因为冷却液的换热能力远高于空气，液态金属将热量传递给冷却液效率更高，换热器体积可大幅度缩小。因此系统中液态金属充注量大幅度降低，系统成本更低。图3比较了传统液态金属风冷散热系统和本发明中的液态金属液冷散热系统，可以明显看出，在散热瓶颈(热源)处均为液态金属对流，保证了优异的性能。在远端散热器处，液态金属/冷却液换热器的体积远小于传统液态金属/空气换热器，液态金属充注量更低，系统成本也更低。

(3)该液态金属散热装置为液冷方式，热源和管道布置灵活，散热系统可随热源灵活布置。

(4)该液态金属散热装置每个电磁泵可独立控制，即热源温度可独立控制，可通过流量调节保证整体系统的温度均匀性。

附图说明

图1为实施例中液态金属散热装置结构示意图。

附图标记说明：1-液态金属灌液口，2-冷板，3-管道，4-电磁泵，5-水泵， 6-散热水排，7-换热器。

图2为说明书中液态金属散热装置换热器结构示意图。

附图标记说明：1-液态金属灌液口，8-冷却液，9-液态金属，10-液态金属入口，11-液态金属出口，12-冷却液入口，13-冷却液出口。

图3为说明书中液态金属散热装置与传统液态金属风冷散热方式对比示意图。

附图标记说明：1-热源，2-冷板，4-电磁泵，7-换热器，14-风冷散热器。图中a为液态金属散热装置示意图，b为传统液态金属风冷散热方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例进一步描述本发明。

实施例1

图1中的实施例1展示了本发明中液态金属散热装置的一种典型应用。图1液态金属散热装置示意图。其中：1为液态金属灌液口，2为冷板，3 为管道，4为电磁泵，5为水泵，6为散热水排，7为换热器。

本实施例的液态金属散热装置，共分布有4个独立热源，每个热源对应一套单独的液态金属循环回路，包括独立的电磁泵和冷板，驱动液态金属进入换热器内进行并联集中换热。冷板与热源紧密贴合。液态金属从液态金属灌液口1中灌入，灌入量约为1000ml，材料为镓铟锡锌合金，各组分质量分数为镓61％，铟25％，锡13％，锌1％。冷板2材料为T2铜。电磁泵4为直流传导式电磁泵，用来驱动液态金属循环。换热器7材料为紫铜。管道3材料为亚克力。

使用时，先将该液态金属散热装置各组成部分通过管道3连接好。然后将镓铟锡锌合金从液态金属灌液口1中灌入，通过电磁泵4驱动液态金属循环，流经冷板2时液态金属通过强对流换热将热源热量带走，流经换热器7时液态金属与冷却液进行强烈热交换将热量释放给冷却液，最后流回电磁泵重新进行循环构成独立的液态金属回路。冷却液通过水泵驱动与液态金属换热后，流入散热水排后将热量释放到空气中。

图2为说明书中液态金属散热装置换热器结构示意图。1-液态金属灌液口，8-冷却液，9-液态金属，10-液态金属入口，11-液态金属出口，12-冷却液入口，13-冷却液出口。

图3为说明书中液态金属散热装置与传统液态金属风冷散热方式对比示意图。1-热源，2-冷板，4-电磁泵，7-换热器，14-风冷散热器。图中a为液态金属散热装置示意图，b为传统液态金属风冷散热方式示意图。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。