一种基于敏感材料的3D打印流道散热装置

一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置
技术领域
1.本发明为微电子散热领域，涉及一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置。


背景技术：

2.随着微电子领域的发展，芯片算力在大幅度提升，大功率电力电子控制单元、分布式算力单元越来越多，与之对应的产生电子元器件在单位体积下发热量激增问题，传统散热器往往通过增大体积的方法来减小散热压力，此与电子元器件集成化、小型化发展相悖。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置，利用3d打印的方式将流道散热装置打印于线路板上，在布置高度可定制化的基础上，相比与传统散热器具有体积更小、散热效率更高。
4.一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置，利用3d打印的方式将流道散热装置打印于线路板上；所述的流道散热装置包括流体入口、入口蓄积域、微孔射流域、芯片散热域、连接管、出口蓄积域、流体出口，冷却剂由流体入口流入，经过入口蓄积域，由微孔射流域喷出至芯片散热域的芯片或需高散热电子元件上，降温后，经连接管流至出口蓄积域由流体出口流出；由流体入口、入口蓄积域、微孔射流域、出口蓄积域、流体出口构成的流体域外表面覆盖敏感材料，用于热量传递的调节。
5.所述流体入口外表面为螺纹型，与流体管道相接。
6.所述入口蓄积域内设有分流机构实现流体从微孔射流域均匀流出。
7.所述连接管呈斜向上设计打印。
8.所述连接管有多个，使冷却液均匀流动。
9.所述流体出口外表面为螺纹型，与流体管道相接。
10.所述的流体域外表面覆盖有敏感材料，分为导热层及敏感材料层。
11.所述的敏感材料层的主要成分为六角硫化物，具有热导率随温度变化突变的特性，在低温时起保温层作用，高温时起加速散热作用。
12.本发明的有益效果：本发明提出一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置利用介电冷却剂可直接与电子元器件接触散热的特性，将散热流道通过3d打印的方式直接打印在线路板上，实现高热流密度下的快速散热，高效分配热流，在同传统散热器对比中具有体积小、布置灵活、散热效率高的特性。
13.流道外包覆有敏感材料，其具有热导率随温度变化突变的特性，可在低温时起保温层作用，高温时加速散热。将多种材料组合3d打印制成散热流道，使导热系数可随温度调整，实现散热器的优化设计。
附图说明
14.图1为本发明装置所述一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置的立体图。
15.图2为本发明装置所述一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置的一种结构示意图。
16.图3为本发明装置所述一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置的流道域的结构示意图。
17.图4为本发明装置所述一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置的流道材料的结构示意图。
18.图5为本发明装置所述敏感材料的热敏导热特性示意图。
19.图6为应用实施例中某5g元器件几何模型图。
20.图中：流体入口1、入口蓄积域2、微孔射流域3、芯片散热域4、连接管5、出口蓄积域6、流体出口7、导热层1.1、敏感材料层1.2。
具体实施方式
21.以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
22.如图1所示的一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置，利用介电冷却剂可直接与电子元器件接触散热的特性，将散热流道通过3d打印的方式直接打印在线路板上，在同传统散热器对比中具有体积小、布置灵活、散热效率高的特性。流道外包覆有敏感材料，其具有热导率随温度变化突变的特性，可在低温时起保温层作用，高温时加速散热。
23.如图1所示，一种基于敏感材料的3d打印流道散热装置，包括流体入口1、入口蓄积域2、微孔射流域3、芯片散热域4、连接管5、出口蓄积域6、流体出口7组成，冷却剂由流体入口1流入，经过入口蓄积域2，由微孔射流域3喷出至芯片散热域4的芯片上，在给芯片降温后，经连接管5流至出口蓄积域6由流体出口7流出。
24.图3为本发明的材料布置图，将导热层1.1外布置敏感材料层1.2，利用敏感材料热导率突变的性质，实现热导率随温度可控选变化；图4为其中一种敏感性材料六角硫化物的热导率特性曲线，在低温区其热导率较低，实现散热器的保温特性；在高温区其热导率突变增大，加速散热，实现随温度变化的自调控散热。
25.所述流体入口1外表面为螺纹型，与流体管道相接，其目的是起密封及固定，防止流体泄露。
26.所述入口蓄积域2内具有分流机构实现流体从微孔射流域3均匀流出。
27.所述芯片散热域4内放置芯片或需高散热电子元件，其具体的放置及密封方式可由其需散热部分的形状作具体设计。
28.所述连接管5呈斜向上设计打印，其目的是为使散热域4积蓄流体使散热部件与流体充分接触。
29.所述连接管5有多个，使冷却液均匀流动，使散热效率提升。
30.所述流体出口7外表面为螺纹型，与流体管道相接。
31.所述流体域分为导热层1.1及敏感材料层1.2，其中的导热层1.1由导热率较高的金属打印，可将冷却液内热流快速导出。
32.所述的敏感材料层1.2，其中的敏感材料层由可变导热系数材料（如六角硫化物）
打印，其具有热导率随温度变化突变的特性，可在低温时起保温层作用，高温时起加速散热作用。
33.应用实施例本发明可应用于5g基站散热设计上：近年来随着5g基站在全球推进布置，在移动互联过程中，基站的耗电大约占整个过程的80%，且5g基站需要密集布置的特性伴随更高的能耗，从热管理的设计角度来说，基站单位热密集度上升，其热管理的难度加剧。从近年来各大运营商的实测数据上看，5g基站相较4g基站功耗上升2.5~4倍。5g基站的发热部件热密度大，如若热量无法快速散发，则会大大影响其通信效率及寿命，传统散热器通过增大体积的方法来减小散热压力，此与电子元器件集成化、小型化发展相悖。
34.利用增材制造的技术，创新性的将流道直接打印于发热芯片表面，利用介电冷液可直接接触电子元器件的特性高效率带走热源热量，利用敏感材料可变导热系数特性可在低温时起保温层作用，高温时起加速散热作用，使本发明适应温度跨度更宽，在极端环境下也可保证电子元器件高效工作。
35.在获取5g元器件几何模型（如图6）之后，根据其具体形式进行设计布置安装，流体入口1接冷却管道，利用泵装置将冷却液导入入口蓄积域2，在其内具有分流机构实现流体从微孔射流域3均匀流出，芯片散热域4内放置5g元器件高发热量部件，微孔射流域3内冷却液均匀喷射与芯片上高效散热，连接管5呈斜向上设计打印，使散热域4积蓄冷却液芯片从而与流体充分接触，高温冷却液经多个连接管5均匀流出至环型出口蓄积域6，而后由流体出口7流出。流体域分为导热层1.1及敏感材料层1.2，其中的导热层1.1由导热率较高的金属打印，可将冷却液内热流快速导出；其中的敏感材料层1.2由可变导热系数材料（如六角硫化物）打印，其具有热导率随温度变化突变的特性，可在低温时起保温层作用，高温时起加速散热作用。
36.本发明可将高5g基站的高发热域控制在合理的温度范围，降低5g基站功耗，延长5g基站寿命，使其适应更加宽温域环境。增材制造的特点为其小型化、集成化、精密化生产制造提供条件，同时做到材料的高利用率，符合绿色发展战略。
37.上述描述中的实施方案可以进一步组合或者替换，且实施方案仅仅是对本发明的优选实施例进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变化和改进，均属于本发明的保护范围。本发明的保护范围由所附权利要求及其任何等同物给出。