專利名稱：微槽群蒸發(fā)冷卻方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種散熱冷卻方法，特別是應(yīng)用于計(jì)算機(jī)芯片的蒸發(fā)冷卻方法及其裝置。
背景技術(shù)：
目前對(duì)發(fā)熱體特別是計(jì)算機(jī)的CPU芯片的冷卻主要采用散熱片結(jié)合風(fēng)扇進(jìn)行空冷。這種技術(shù)通過在CPU芯片表面加貼散熱翅片并在兩者的接觸面上涂抹導(dǎo)熱硅膠(硅脂)以減小導(dǎo)熱熱阻，風(fēng)扇安置在散熱翅片端面上利用對(duì)流換熱原理將從CPU導(dǎo)出的熱量通過翅片表面散失到計(jì)算機(jī)的機(jī)箱環(huán)境中去，從而保證CPU芯片工作在正常工作溫度范圍內(nèi)。這種技術(shù)的主要缺陷是風(fēng)扇的運(yùn)轉(zhuǎn)存在功耗，由于CPU主頻越高，CPU維持正常工作溫度所需散失的熱量就越大，因而風(fēng)扇的功耗就越大；同時(shí)，翅片所需的散熱面積就越大，這在計(jì)算機(jī)狹窄的空間里無法實(shí)現(xiàn)，而散熱面積的增大又會(huì)降低翅片效率，散熱總能力無法大幅提高；目前，采用空冷的方法對(duì)CPU芯片進(jìn)行散熱，其最高的散熱熱流密度只能達(dá)到20W/cm2。而根據(jù)美國(guó)半導(dǎo)體業(yè)界SIA的數(shù)據(jù)表明，大約3年后，高性能芯片的發(fā)熱密度將要達(dá)到50W/cm2的程度。因而常規(guī)的冷卻技術(shù)已經(jīng)不能滿足高性能芯片的散熱要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決現(xiàn)有風(fēng)冷散熱技術(shù)存在的功耗要求高、需較大散熱面積、散熱能力不足的技術(shù)缺陷，提供一種無功耗、散熱面積小、散熱熱流密度高及散熱總能力大的微槽群蒸發(fā)冷卻方法及其裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的一種高性能微槽群蒸發(fā)冷卻方法，直接在發(fā)熱體外表面需要散熱的部位或緊貼發(fā)熱體散熱區(qū)域的導(dǎo)熱材料上設(shè)置許多微槽道，形成微槽群，所述微槽道的大小適合形成毛細(xì)力，以將所述微槽道邊的液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)，所述微槽道內(nèi)的液體工質(zhì)在受熱區(qū)域形成高強(qiáng)度的蒸發(fā)以此帶走發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量，從而使發(fā)熱體蒸發(fā)冷卻。
上述微槽道的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)。
上述微槽道的寬度和深度在0.01-0.6mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)。
上述液體工質(zhì)和微槽道均設(shè)置在一抽真空的密閉空間內(nèi)。
一種實(shí)現(xiàn)上述方法的專用部件—微槽群熱沉，包括一導(dǎo)熱材料，所述導(dǎo)熱材料上設(shè)置有許多微槽道，所述微槽道的大小適合形成毛細(xì)力，以將所述微槽道邊的液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)。
上述微槽道的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)。
上述微槽道縱向密布排列。
上述微槽道縱向密布排列，縱向密布排列的微槽道上交叉排列有橫向微槽道。
上述微槽道縱向密布排列，縱向密布排列的微槽道上交叉排列有橫向微槽道，所述橫向或縱向排列的一個(gè)或一個(gè)以上微槽道與循環(huán)回路連通。
一種采用上述方法的蒸發(fā)冷卻裝置，包括一蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器為抽真空的密封體且其內(nèi)灌注有液體工質(zhì)，所述蒸發(fā)器內(nèi)的受熱面刻布有許多微槽道，形成微槽群，所述微槽道的大小適合形成毛細(xì)力，以將所述微槽道邊的液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)。
所述受熱面為發(fā)熱體的外表發(fā)熱面。
所述受熱面的外表面通過導(dǎo)熱硅膠與發(fā)熱體外表面相粘連。
上述微槽道的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)。
所述蒸發(fā)器內(nèi)還設(shè)置有凝結(jié)面，所述凝結(jié)面的外側(cè)設(shè)置有風(fēng)扇。
所述凝結(jié)面為彎曲型凝結(jié)面。
所述蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)置有循環(huán)管路，所述循環(huán)管路與外部散熱裝置相連。
技術(shù)效果本發(fā)明通過在發(fā)熱體外表面需要散熱的部位或緊貼發(fā)熱體散熱區(qū)域的導(dǎo)熱材料上設(shè)置許多能產(chǎn)生毛細(xì)力的微槽道，毛細(xì)力將液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)，微槽道中受熱區(qū)域的液體工質(zhì)受熱后高強(qiáng)度蒸發(fā)從而帶走發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量，使發(fā)熱體降溫。即本發(fā)明是通過液體工質(zhì)的液態(tài)直接蒸發(fā)為氣態(tài)這種相變的方式進(jìn)行冷卻，而不是對(duì)流換熱冷卻，省去了為強(qiáng)化對(duì)流換熱冷卻而常采用的電扇及相關(guān)散熱冷卻部件，實(shí)現(xiàn)了無功耗的散熱冷卻。國(guó)內(nèi)外的研究表明，微通道內(nèi)的流動(dòng)及傳熱的總體特性與大尺度通道內(nèi)的結(jié)果有很大不同，微槽道內(nèi)工質(zhì)的蒸發(fā)有著極高的強(qiáng)度，屬于微空間尺度下的傳熱傳質(zhì)的超?，F(xiàn)象，是一種高性能的冷卻散熱方式。這種高效率的冷卻散熱可以使蒸發(fā)面尺寸小到與很小的發(fā)熱體例如計(jì)算機(jī)芯片尺寸相匹配，其相變蒸發(fā)熱流密度的理論極限比目前高性能芯片的最高熱流密度還要高出約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，散熱總能力大大提高。因而采用本發(fā)明能從根本上解決目前以及今后很小的發(fā)熱體尤其是高性能CPU芯片的散熱問題，降低和控制高性能芯片的工作溫度，保證并提高高性能芯片的工作性能。
微槽道的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)時(shí)微槽道內(nèi)產(chǎn)生的毛細(xì)力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的吸附液體工質(zhì)的能力。
液體工質(zhì)和微槽道均設(shè)置在一抽真空的密閉空間內(nèi)能大大降低蒸發(fā)溫度，在提高散熱冷卻效率的同時(shí)，可防止發(fā)熱體過熱，這種方式適合于溫度不能過高的計(jì)算機(jī)芯片。
設(shè)置橫向排列的微槽道可吸附更多的液體工質(zhì)到受熱區(qū)域，使蒸發(fā)掉的液體工質(zhì)得到及時(shí)地補(bǔ)充，從而提高冷卻效率。
橫向或縱向排列的一個(gè)微槽道與循環(huán)回路連通可以直接將循環(huán)冷卻后的液體工質(zhì)送入受熱區(qū)，使蒸發(fā)掉的液體工質(zhì)得到及時(shí)地補(bǔ)充，也有助于提高冷卻效率。


圖1是本發(fā)明微槽群熱沉的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明一種微槽群排列方式示意圖。
圖3是本發(fā)明另一種微槽群排列方式示意圖。
圖4是采用本發(fā)明方法的蒸發(fā)冷卻裝置的一種實(shí)施例；圖5是采用本發(fā)明方法的蒸發(fā)冷卻裝置的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1在金屬板或其他導(dǎo)熱材料上刻劃許多矩形微槽道2，形成微槽群，這種帶有微槽群的換熱結(jié)構(gòu)稱為微槽群熱沉，見圖1。圖1中微槽道2縱向密布排列。微槽道2槽道寬度和槽道深度在0.01-1mm的范圍內(nèi)，且為矩形微槽道。微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)，該范圍的微槽道2對(duì)多種工質(zhì)如無水乙醇或蒸餾水都有毛細(xì)力的吸引作用，更優(yōu)化地，微槽道的寬度和深度在0.01-0.6mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)。當(dāng)金屬板與發(fā)熱體通過導(dǎo)熱硅膠(硅脂)緊密粘貼后，發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到金屬板上，金屬板發(fā)熱，同時(shí)，毛細(xì)力將液體工質(zhì)吸到金屬板上的微槽道2內(nèi)，液體工質(zhì)在微槽道2的受熱區(qū)域內(nèi)蒸發(fā)帶走大量的熱量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)熱體的散熱冷卻。發(fā)熱體可以是芯片或其他發(fā)熱體。本發(fā)明方法尤其適用于計(jì)算機(jī)芯片，特別是將微槽道熱沉置于抽真空的裝置內(nèi)，可大大降低蒸發(fā)溫度，適合于計(jì)算機(jī)芯片對(duì)溫度的要求，并提高蒸發(fā)強(qiáng)度，其相變蒸發(fā)熱流密度的理論極限比目前高性能芯片的最高熱流密度還要高出約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。因而采用本發(fā)明方法能夠從根本上解決目前及今后高性能CPU芯片的散熱問題，降低和控制高性能芯片的工作溫度，保證并提高高性能芯片的工作性能。
實(shí)施例2直接在芯片或其他發(fā)熱體的外表面刻劃許多微槽道2，形成微槽群，芯片等發(fā)熱體的刻有微槽道的部分成為微槽群熱沉。本實(shí)施例的微槽道的大小同實(shí)施例1，同樣使微槽道具有毛細(xì)力，將液體工質(zhì)吸到微槽道2內(nèi)受熱區(qū)域蒸發(fā)從而帶走芯片等發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量。
實(shí)施例3見圖2本實(shí)施例微槽群熱沉的微槽道2縱向密布排列，縱向密布排列的微槽道2上交叉排列有橫向微槽道2’。設(shè)置橫向排列微槽道2’可吸附更多的液體工質(zhì)到受熱區(qū)，使蒸發(fā)掉的液體工質(zhì)得到及時(shí)地補(bǔ)充，從而提高冷卻效率。本實(shí)施例微槽道2的槽寬0.2mm、槽深0.5mm、槽間距0.2mm，橫向微槽道2’的槽寬0.4mm、槽深0.8mm、槽間距5mm。
實(shí)施例4，見圖3。本實(shí)施例有縱向密布排列的微槽道2，縱向密布排列的微槽道2上交叉排列有橫向微槽道2’，一個(gè)橫向微槽道2’與循環(huán)回路2″連通，也可以取縱向排列的一個(gè)微槽道2與循環(huán)回路連通。橫向或縱向排列的一個(gè)微槽道與循環(huán)回路連通可以直接將循環(huán)冷卻后的液體工質(zhì)送入受熱區(qū)，使蒸發(fā)掉的液體工質(zhì)得到及時(shí)地補(bǔ)充，也有助于提高冷卻效率。
實(shí)施例5見圖4，圖4是臺(tái)式計(jì)算機(jī)CPU芯片1利用本發(fā)明方法的蒸發(fā)冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。它包括一蒸發(fā)器3本體，蒸發(fā)器3為抽真空的密封體且其內(nèi)灌注有液體工質(zhì)6，蒸發(fā)器3內(nèi)的受熱面刻布有許多微槽道2，形成微槽群，所述微槽道2的大小適合形成毛細(xì)力，以將所述微槽道邊的液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)。微槽道2間距、槽道寬度和槽道深度在0.01-1mm的范圍內(nèi)較佳。本實(shí)施例蒸發(fā)器3受熱面的外表面通過導(dǎo)熱硅膠(硅脂)與芯片1外表面緊貼在一起。蒸發(fā)器3內(nèi)還設(shè)置有凝結(jié)面4，凝結(jié)面4為彎曲型凝結(jié)面，凝結(jié)面4的外側(cè)設(shè)置有風(fēng)扇5。蒸發(fā)器3內(nèi)的液體工質(zhì)如無水乙醇或蒸餾水具有較高的汽化潛熱，在毛細(xì)力的作用下，液體工質(zhì)通過微槽道2被吸入受熱區(qū)域里形成高強(qiáng)度的蒸發(fā)以此帶走CPU芯片1產(chǎn)生的熱量，蒸汽在蒸發(fā)器3本體內(nèi)的具有較大凝結(jié)面積的彎曲型凝結(jié)面4上通過外部風(fēng)扇5進(jìn)行冷卻、凝結(jié)，凝結(jié)后的液體工質(zhì)6沿凝結(jié)壁面重新落入蒸發(fā)器3本體內(nèi)的液池中，形成循環(huán)。
實(shí)施例6本實(shí)施例蒸發(fā)器3的受熱面為芯片的外表發(fā)熱面。即直接將CPU芯片外表面與蒸發(fā)器3做成一體，作為蒸發(fā)器3本體內(nèi)受熱面并在其表面刻布微槽道，形成微槽群。本實(shí)施例的其他部分同實(shí)施例5。
實(shí)施例7見圖5。本實(shí)施例為筆記本電腦CPU芯片1采用本發(fā)明方法的蒸發(fā)冷卻裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5中蒸發(fā)器3內(nèi)設(shè)置有循環(huán)管路7，循環(huán)管路7與外部散熱裝置相連通，本實(shí)施例為與筆記本電腦屏幕背面8相連，利用具有較大散熱面積的屏幕進(jìn)行空冷、凝結(jié)，凝結(jié)后的液體工質(zhì)6通過循環(huán)管路7流回蒸發(fā)器3本體內(nèi)，形成循環(huán)。本實(shí)施例的循環(huán)管路7代替實(shí)施例3或4的凝結(jié)面4和風(fēng)扇5，其他部分同實(shí)施例5或6。
權(quán)利要求
1.一種高性能微槽群蒸發(fā)冷卻方法，其特征在于直接在發(fā)熱體外表面需要散熱的部位或緊貼發(fā)熱體散熱區(qū)域的導(dǎo)熱材料上設(shè)置許多微槽道，形成微槽群，所述微槽道的大小適合形成毛細(xì)力，以將所述微槽道邊的液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)，所述微槽道內(nèi)的液體工質(zhì)在受熱區(qū)域形成高強(qiáng)度的蒸發(fā)以此帶走發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量，從而使發(fā)熱體蒸發(fā)冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能微槽群冷卻方法，其特征在于所述微槽道的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高性能微槽群冷卻方法，其特征在于所述微槽道的寬度和深度在0.01-0.mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高性能微槽群冷卻方法，其特征在于所述液體工質(zhì)和微槽道均設(shè)置在一抽真空的密閉空間內(nèi)。
5.一種實(shí)現(xiàn)上述方法的專用部件，其特征在于包括一導(dǎo)熱材料，所述導(dǎo)熱材料上設(shè)置有許多微槽道，所述微槽道的大小適合形成毛細(xì)力，以將所述微槽道邊的液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的專用部件，其特征在于所述微槽道的寬度和深度在0.01-1mm范圍內(nèi)，微槽道之間的間距在0.01-10mm范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的專用部件，其特征在于所述微槽道縱向密布排列。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的專用部件，其特征在于所述微槽道縱向密布排列，縱向密布排列的微槽道上交叉排列有橫向微槽道。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的專用部件，其特征在于所述微槽道縱向密布排列，縱向密布排列的微槽道上交叉排列有橫向微槽道，所述橫向或縱向排列的一個(gè)或一個(gè)以上微槽道與循環(huán)回路連通。
10.一種采用上述方法的蒸發(fā)冷卻裝置，包括一蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器為抽真空的密封體且其內(nèi)灌注有液體工質(zhì)，所述蒸發(fā)器內(nèi)的受熱面刻布有許多微槽道，形成微槽群，所述微槽道的大小適合形成毛細(xì)力，以將所述微槽道邊的液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于所述受熱面為發(fā)熱體的外表發(fā)熱面。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于所述受熱面的外表面通過導(dǎo)熱硅膠與發(fā)熱體外表面相粘連。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于所述蒸發(fā)器內(nèi)還設(shè)置有凝結(jié)面，所述凝結(jié)面的外側(cè)設(shè)置有風(fēng)扇。
14.根據(jù)權(quán)利要求14所述的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于所述凝結(jié)面為彎曲型凝結(jié)面。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的蒸發(fā)冷卻裝置，其特征在于所所述蒸發(fā)器內(nèi)設(shè)置有循環(huán)管路，所述循環(huán)管路與外部散熱裝置相連。
全文摘要
本發(fā)明微槽群蒸發(fā)冷卻方法及其裝置涉及一種散熱冷卻方法、專用部件及裝置。微槽群散熱冷卻方法，是直接在發(fā)熱體外表面需要散熱的部位或緊貼發(fā)熱體散熱區(qū)域上設(shè)置許多微槽道，形成微槽群，所述微槽道的大小適合形成毛細(xì)力，以將所述微槽道邊的液體工質(zhì)吸入到微槽道內(nèi)，所述微槽道內(nèi)的液體工質(zhì)在受熱區(qū)域形成高強(qiáng)度的蒸發(fā)以此帶走發(fā)熱體產(chǎn)生的熱量，從而使發(fā)熱體蒸發(fā)冷卻。設(shè)置有許多微槽道的換熱結(jié)構(gòu)為本發(fā)明方法的專用部件，采用本發(fā)明方法的裝置包括一受熱面設(shè)置有微槽群、液體工質(zhì)并抽真空的蒸發(fā)器。本發(fā)明無功耗、散熱面積小、散熱熱流密度高、散熱強(qiáng)度高。
文檔編號(hào)H01L23/34GK1482523SQ0213062
公開日2004年3月17日 申請(qǐng)日期2002年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月10日
發(fā)明者趙耀華, 胡學(xué)功 申請(qǐng)人:趙耀華