一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器

    技术2025-11-03  3


    本技术涉及微通道散热领域,尤其涉及一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器。


    背景技术:

    1、随着计算要求和能力的大幅度提高,芯片功率也相应变大,使其工作过程中产生较大的热量,这些热量如不能及时散去对芯片的寿命及使用性能具有较大的影响。在低、中功率芯片冷却中,应用最广泛的有两类方法,风冷和液冷。

    2、风冷即利用风扇产生的循环气流对芯片冷却,该方法仅适用于集成度和运算速度低的普通芯片散热。芯片发热功率的迅速增长,使风扇散热器也随之改进,常规的方法是提高风扇的转速和增大翅片的尺寸。但风扇冷却带来的一个最重要的问题是随着风扇的转速和翅片尺寸的增大,运行过程中产生的噪音也随之增加。而且风扇的扇叶也会导致积灰,需要定时清理。

    3、液冷通用的方法是采用泵驱动冷却剂流过芯片背部的通道,水在通道内与芯片进行热交换,带走芯片上的热量。在面对不同的应用场景时需要设计不同的冷却流道来改变散热需求,此时在一些条件下该流道的设计并不能满足需求,频繁更换冷却板容易造成材料的浪费,成本也会大大的提高。

    4、鉴于现有技术存在的问题,本技术提供了一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器。

    5、本部分的陈述仅仅是提供了与本技术相关的背景技术信息,不必然构成在先技术。


    技术实现思路

    1、本技术的目的在于解决上述问题和其他问题。

    2、本技术的另一目的可以是解决冷却工质流动过程中,流动速度不足的问题。

    3、本技术的另一目的还可以是解决传统微通道无法有效减阻的问题。

    4、本技术的另一目的还可以是提供一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,解决传统微通道散热器的冷却剂分布不均匀的问题。

    5、本技术的另一目的还可以是提供一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器散热装置。

    6、本技术的另一目的还可以是提供一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器散热装置用于给高功率芯片散热,解决高功率芯片运行过程中存在的芯片温度分布不均匀、局部热点温度过高等问题。

    7、本技术的问题不限于以上提及的问题,本领域技术人员可以从以下的记载中明确地理解未提及的其他问题。

    8、在本技术的一些实施例中,提供一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,包括:

    9、散热器盖板,

    10、位于散热器盖板下部的散热器基板,所述散热器基板上设置有鲨鱼皮表面仿生结构;

    11、密封件,所述密封件位于散热器盖板和散热器基板之间,用于实现两者的密封;

    12、待冷却件,所述待冷却件与所述散热器基板接触;

    13、所述鲨鱼皮表面仿生结构包括多个鳞片单元,所述鳞片单元包括结构相同但体积不同的大单元和小单元,所述大单元与小单元间隔分布,且沿散热器基板中心线对称布置;所述中心线与冷却剂流动方向平行;

    14、沿冷却剂流动方向,所述鳞片单元大单元头部半径r1,尾部半径r2,且r1>r2,连接头部和尾部的中间段宽度逐渐缩小,小单元头部半径和尾部半径的比例关系与大单元相同。

    15、在本技术的一些实施例中,所述大单元和小单元沿冷却剂流动方向周期性布置。

    16、在本技术的一些实施例中,所述散热基板内设密封槽,所述密封件设置于密封槽内,将散热基板与散热器盖板密封。

    17、在本技术的一些实施例中,所述散热器还包括冷却剂进口和冷却剂出口,其位于散热器盖板上部,或散热器侧部,用于冷却剂的导入和导出。

    18、在本技术的一些实施例中,r1=2r2;所述大单元头部半径r1为所述小单元的头部半径的2倍。

    19、在本技术的一些实施例中,鳞片单元的厚度h3与基板厚度h2相同。

    20、在本技术的一些实施例中,对鳞片单元进行布置时,采用周期性的布置方式,即一个大单元与一个小单元为一组周期性布置。

    21、在本技术的一些实施例中,沿冷却剂流动方向,所述鳞片结构单元依次由半圆柱结构、楔形结构、半圆柱结构组成。

    22、在本技术的一些实施例中,小单元与大单元中心轴的横向距离为d1,大单元尾部与小单元头部距离为d3,d1/d3=2-7;和/或大单元尾部与小单元头部距离为d3,小单元尾部与大单元头部距离为d4,d3/d4=0.5-1.5;和/或头部圆心与尾部圆心距离为d2,大单元尾部与小单元头部距离为d3,d2/d3=2-5。

    23、在本技术的一些实施例中,冷却剂进口和冷却剂出口布置在散热器盖板上,且其内径圆在基板上的投影不与鳞片单元重合。

    24、在本技术的一些实施例中,所述大单元和小单元沿冷却剂流动方向周期性布置。

    25、在本技术的一些实施例中,所述密封件为密封圈,由橡胶制成。

    26、在本技术的一些实施例中,对鳞片单元进行布置时,小单元与大单元中心轴的横向距离d1,采用周期性的布置方式,即一个大单元与一个小单元为一组沿横向周期性布置。

    27、在本技术的一些实施例中,沿冷却剂流动方向鳞片单元成周期性布置。

    28、在本技术的一些实施例中,小单元的尺寸为大单元缩放0.5倍。

    29、在本技术的一些实施例中,沿冷却剂流动方向,所述鳞片结构单元依次由半圆柱结构、楔形结构、半圆柱结构组成。

    30、在本技术的一些实施例中,小单元与大单元中心轴的横向距离为d1,大单元尾部与小单元头部距离为d3,d1/d3=2-7,在该范围内,大单元与小单元在垂直于冷却剂流动方向的间距和沿冷却剂流动方向的间距最优,流场分布更为均匀,涡流效果更显著。

    31、在本技术的一些实施例中,大单元尾部与小单元头部距离为d3,小单元尾部与大单元头部距离为d4,d3/d4=0.5-1.5,使得在沿冷却剂流动方向大单元与小单元周期性间隔排布,前后间距设置在合适的范围内,冷却剂在流动的过程中阻力更小,减少损耗,降低压降。

    32、在本技术的一些实施例中,头部圆心与尾部圆心距离为d2,大单元尾部与小单元头部距离为d3,d2/d3=2-5,大单元的长度与大小单元在流动方向的间距比设置在合适范围内,冷却的流动阻力更小,散热效果更优。

    33、在本技术的一些实施例中,所述散热器盖板由铜等高热导率材料加工制作,盖板起到封闭的作用。

    34、在本技术的一些实施例中,冷却剂进口和冷却剂出口的内径相等,外径相等。

    35、在本技术的一些实施例中,冷却剂进口和冷却剂出口布置在散热器盖板上沿长度方向的中轴线处。

    36、在本技术的一些实施例中,密封圈由橡胶等材料制作,起到密封的作用,防止散热器盖板和散热器基板形成的密封空间中的冷却剂由于压力的作用而流出。

    37、在本技术的一些实施例中,散热器基板经过加工形成空腔,并与散热器盖板形成密闭空间。

    38、在本技术的一些实施例中,所述散热器除了可以给电极板散热外,还可以给电子芯片以及其他高功率元器件。

    39、在本技术的一些实施例中,当给待冷却件散热时,将其与散热器基板接触。

    40、在本技术的一些实施例中,所述散热器基板与待冷却件之间涂抹导热硅脂来传递热量。

    41、与现有技术相比,本技术至少具有以下优点:

    42、1)本技术中所涉及装置为组装式整体结构,装置简单、占用空间小、重量轻、耗能低、成本低、可拆卸性好、易于加工且维修方便的前提下,即可实现对待冷却件的高效冷却,且所有零部件易于加工、更换和维修。

    43、2)本技术还提供一种简易的、占用空间小的冷却装置,增加鲨鱼皮表面的仿生结构来获得更高的冷却能力;利用流线结构对流体的控制作用,增加芯片冷却过程中的温度均匀性,防止高局部高温的产生;能够对电极板和高功率芯片进行高效冷却。

    44、3)本技术提供的鲨鱼皮仿生表面微通道散热器,在微通道散热器内部添加了流线型的扰流原件,增大了对流换热面积,增强了传统微通道散热器的散热能力。其可以使冷却剂体的流动更均匀,防止待冷却件如芯片局部温度过高。

    45、4)流线型的仿生鳞片单元:流线型的鳞片单元结构有减阻的效果,在增强换热能力的同时很好的平衡了压降的增大。


    技术特征:

    1.一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,包括:

    2.根据权利要求1所述的一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,所述大单元和小单元沿冷却剂流动方向周期性布置;所述散热器基板与待冷却件之间涂抹导热硅脂来传递热量。

    3.根据权利要求1所述的一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,所述散热器基板内设密封槽,所述密封件设置于密封槽内,将散热器基板与散热器盖板密封。

    4.根据权利要求1所述的一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,所述散热器还包括冷却剂进口和冷却剂出口,其位于散热器盖板上部,或散热器侧部,用于冷却剂的导入和导出。

    5.根据权利要求1所述的一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,r1 =2r2;所述大单元头部半径r1为所述小单元的头部半径的2倍。

    6.根据权利要求1所述的一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,鳞片单元的厚度h3与基板厚度h2相同。

    7.根据权利要求1所述的一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,对鳞片单元进行布置时,采用周期性的布置方式,即一个大单元与一个小单元为一组周期性布置。

    8.根据权利要求1所述的一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,沿冷却剂流动方向,所述鳞片单元依次由半圆柱结构、楔形结构、半圆柱结构组成。

    9.根据权利要求1所述的一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,小单元与大单元中心轴的横向距离为d1,大单元尾部与小单元头部距离为d3,d1/d3=2-7;和/或大单元尾部与小单元头部距离为d3,小单元尾部与大单元头部距离为d4,d3/d4=0.5-1.5;和/或头部圆心与尾部圆心距离为d2,大单元尾部与小单元头部距离为d3,d2/d3=2-5。

    10.根据权利要求1所述的一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,冷却剂进口和冷却剂出口布置在散热器盖板上,且其内径圆在基板上的投影不与鳞片单元重合。


    技术总结
    本申请公开了一种仿鲨鱼皮表面的仿生微通道散热器,其特征在于,包括:散热器盖板,散热器基板,位于散热器盖板下部,所述散热器基板上设置有鲨鱼皮表面仿生结构;密封件,所述密封件位于散热器盖板和散热器基板之间,用于实现两者的密封。基于微通道散热器的高效的冷却性能,在通道内增加鲨鱼皮表面的仿生结构来获得更高的冷却能力;利用流线结构对流体的控制作用,增加待冷却件如高功率芯片在冷却过程中的温度均匀性,防止高局部高温的产生。

    技术研发人员:张西龙,董文林,杨春涛,刘斌,周志成
    受保护的技术使用者:青岛理工大学
    技术研发日:20240129
    技术公布日:2024/10/24
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