(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210517721.4
(22)申请日 2022.05.13
(71)申请人 中国人民解放军海军工程大学
地址 430033 湖北省武汉市硚口区解放大
道717号
(72)发明人 谢志辉 张健 陆卓 刘洁
奚坤 纪祥鲲 林道光
人脸抓拍系统(74)专利代理机构 武汉开元知识产权代理有限
公司 42104
专利代理师 黄行军
(51)Int.Cl.
H01L 23/473(2006.01)
H01L 23/433(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种肋排仿生结构微通道散
热器，包括壳体、内部流道和流经所述内部流道
口，另一端设置有冷却工质出口；所述内部流道
个所述肋片结构单元的形状是由两片梳子状的
肋片组成的横截面为人字形的长条状；每个所述
肋片结构单元横向布置于内部流道中，所述人字
形肋片结构单元开口部朝向所述冷却工质出口
的一端；所述肋片分为梳齿部分和梳体部分，所
述梳齿部分方向朝向所述人字形肋片结构单元
的开口。本发明一方面，通过仿照生物肋排的布
置，提高了结构的稳定性；另一方面，通过调整梳
高空施工
体部分宽度，改变冷却工质流经路径上的横截面
积，
提高了换热效率。权利要求书1页 说明书6页 附图5页CN 114649284 A 2022.06.21
C N 114649284
A
1.一种肋排仿生结构微通道散热器，包括壳体（1）、内部流道（2）和流经所述内部流道（2）的冷却工质；其特征在于：
所述壳体（1）的一端设置有冷却工质入口（6），另一端设置有冷却工质出口（7），以所述冷却工质入口与冷却工质出口的连线方向为纵向方向；
所述内部流道（2）中设置有多个平行间隔布置的肋片结构单元（3），每个所述肋片结构单元（3）的形状是由两片梳子状的肋片组成的横截面为人字形的长条状；
每个所述肋片结构单元（3）横向布置于内部流道（2）中，所述人字形肋片结构单元（3）的开口部朝向所述冷却工质出口（7）的一端，头部朝向冷却工质入口（6）的一端；
所述梳子状的肋片分为梳齿部分（4）和位于所述梳齿部分根部的梳体部分（5），所述梳齿部分（4）方向朝向所述人字形肋片结构单元（3）的开口。
2.根据权利要求1所述的一种肋排仿生结构微通道散热器，其特征在于：所述壳体（1）由上层盖板和凹槽状的下层壳体组装而成，所述内部流道（2）位于所述下层壳体的凹槽状部分。
3.根据权利要求1所述的一种肋排仿生结构微通道散热器，其特征在于：每个所述肋片
结构单元（3）上两片梳子状的肋片之间形成的夹角α为50
~70º。
4.根据权利要求1所述的一种肋排仿生结构微通道散热器，其特征在于：每个所述肋片的梳齿部分（4）和梳体部分（5）的横截面积沿冷却工质流动的方向逐渐平顺增大。
5.根据权利要求1所述的一种肋排仿生结构微通道散热器，其特征在于：所述肋片结构单元（3）的头部的迎流面为光滑过渡的弧形表面。
6.根据权利要求1所述的一种肋排仿生结构微通道散热器，其特征在于：所述内部流道（2）的人字形肋片结构单元（3）的开口部的两个外侧端部分别与所述内部流道（2）中的上下内表面抵接。
7.根据权利要求1所述的一种肋排仿生结构微通道散热器，其特征在于：所述肋片结构单元（3）的左右两端与所述内部流道（2）中的左右内表面抵接。
8.根据权利要求1所述的一种肋排仿生结构微通道散热器，其特征在于：所述梳齿部分（4）分为多根梳齿（4.1）和多个沿冷却工质流动的方向贯通的齿槽（4.2）。
9.根据权利要求8所述的一种肋排仿生结构微通道散热器，其特征在于：每个所述肋片中，单个所述齿槽（4.2）的宽度与单根所述梳齿（4.1）的宽度相等。
10.根据权利要求8所述的一种肋排仿生结构微通道散热器，其特征在于：靠近所述冷却工质入口（6）一端的梳齿（4.1）的高度h
2
大于靠近所述冷却工质出口（7）一端的梳齿
（4.1）的高度h
1。
权 利 要 求 书1/1页
CN 114649284 A
一种肋排仿生结构微通道散热器
技术领域
[0001]本发明涉及高热流密度散热问题，具体地指一种肋排仿生结构微通道散热器，能应用于能源动力、电力电子、化工过程等各种应用领域，尤其应用于集成电路领域。
背景技术
[0002]随着半导体技术的快速进步，芯片的集成度不断提高，导致芯片单位面积上的发热量激增。传统的空冷散热、液冷散热、热管散热和半导体散热等冷却技术已经很难满足高集成化芯片的散热需求。鉴于此，微通道冷却技术应运而生，微通道结构通过在芯片硅基层构建使冷却工质直接通过的微小通道，可以绕过芯片封装直接对集成电路表面进行冷却，为芯片散热提供了良好的解决方案。
[0003]现有平行微管道的主要缺点是冷却能力有限，对于芯片的高功率区域的冷却效果不好，会产生较高的温度梯度，这会引起机械应力并导致薄芯片的局部翘曲。现有的微针肋结构需要大功率泵，从而增加了能耗和成本，并会在半导体器件上产生潜在的破坏性机械应力。
[0004]申请号为CN 10707059 B的中国发明专利公开了一种多维度网状混合微通道冷却工质散热器，包括上层盖板、下层壳体、内部流道和散热工质，其中，内部流道设置于下层壳体内；内部流道包括若干个扰流柱、若干个网状微结构，若干个扰流柱呈阵列排布，相邻扰流柱侧面之间通过网状微结构连接，若干个扰流柱的侧面通过网状微结构交织连接形成多维度流道；扰流柱侧面上设有凹型和/或凸型结构，使多维度流道的侧壁上形成微流道结构，使呈阵列排布的若干扰流柱之间构成多维度网状混合微通道；工质入口与内部流道接通，散热工质通过工质入口进入内部流道内；上层盖板使热量经内部流道传递至散热工质中，通过散热工质带出，散热工质通过工质出口排出。该发明解决了大功率芯片的散热问题，但本结构相对复杂，结构中包含众多突缩突扩结构，导致流动阻力很大。同时网状连接结构的机械强度较弱，有被大功率泵产生的破坏性机械应力破坏的风险。
[0005]申请号为CN 212810289 U的中国实用新型专利公开了一种具有特殊肋结构的微通道热沉，属于换热器技术领域，其结构包括入流及出流结构、肋排结构和顶部盖板；入流及出流结构一端为入流通道，另一端为出流通道；肋排结构设置在入流通道和出流通道之间，包括间隔排列的Z型肋板和直肋板；顶部盖板上设置有冷却工质入口和冷却工质出口。通过直肋板与Z型肋板间隔排列的微通道，使得冷却工质的边界层不断被破坏，且在局部形成漩涡，有助于提高热沉的换热效率。该实用新型示例的技术方案，通过特殊的入口结构及微通道肋设计，使各微通道间流量均匀分配。但在肋片直角位置形成的涡流区域，阻碍了工质流体的流动，不利于通道的换热。同时，该实用新型结构中包含有众多
突扩突缩结构，导致流动阻力很大。结构机械强度有限，有被大功率泵产生的破坏性机械应力破坏的风险。
发明内容
y型钢[0006]本发明的目的要提供一种微通道散热器, 它一方面结构稳定，能够承受较大的机
蒸煮柜
械应力荷载；另外在增大换热面积强化换热的前提下，不会大幅度增加通道阻力。[0007]为实现上述目的，本发明公开了一种肋排仿生结构微通道散热器，包括壳体、内部流道和流经所述内部流道的冷却工质；其特殊之处在于：
所述壳体的一端设置有冷却工质入口，另一端设置有冷却工质出口，以所述冷却工质入口与冷却工质出口的连线方向为纵向方向；
所述内部流道中设置有多个平行间隔布置的肋片结构单元，每个所述肋片结构单元的形状是由两片梳子状的肋片组成的横截面为人字形的长条状；
每个所述肋片结构单元横向布置于内部流道中，所述人字形肋片结构单元开口部朝向所述冷却工质出口的一端，头部朝向冷却工质入口的一端；
所述梳子状的肋片分为梳齿部分和位于所述梳齿部分根部的梳体部分，所述梳齿部分方向朝向所述人字形肋片结构单元的开口。
[0008]进一步地，所述壳体由上层盖板和凹槽状的下层壳体组装而成，所述内部流道位于所述下层壳体的凹槽状部分。
进一步地，每个所述肋片结构单元上两片梳子状的肋片之间形成的夹角α为50
~70
º。
[0009]进一步地，每个所述肋片的梳齿部分和梳体部分的横截面积沿冷却工质流动的方向逐渐平顺增大。
[0010]进一步地，所述肋片结构单元的头部的迎流面为光滑过渡的弧形表面。[0011]进一步地，所述内部流道的人字形肋片结构单元的开口部的两个外侧端部分别与所述内部流道中的上下内表面抵接。
[0012]进一步地，所述肋片结构单元的左右两端与所述内部流道中的左右内表面抵接。[0013]进一步地，所述梳齿部分分为多根梳齿和多个沿冷却工质流动的方向贯通的齿槽。
[0014]更进一步地，每个所述肋片中，单个所述齿槽的宽度与梳齿的宽度相等。[0015]更进一步地，靠近所述冷却工质入口一端的梳齿的高度h
2
大于靠近所述冷却工质
多媒体音频控制器出口一端的梳齿的高度h
1
。
[0016]相比于现有技术，本发明的有益效果：
1、本发明的肋排仿生结构微通道散热器结构通过仿照生物肋排的布置形式，结合肋排结构保护生物器官的作用，提出了多个平行布置的人字形肋片结构单元的方案，提高了结构的稳定性。以上下肋片夹角为60º的人字形肋片结构单元为例，可以承受最大沿流方向产生的应力为常规垂直肋片的2倍，避免了被大功率泵产生的破坏性机械应力破坏的风险。
[0017]2、本发明的肋排仿生结构的微通道散热器通过分散的多个人字形肋片结构单元和其上多根梳齿和齿槽的设置，保证了换热的均匀性，提高了微通道换热面积，同时由于设置了多个沿冷却工质流动方向贯通的齿槽，不会大幅增加通道阻力。
[0018]3、本发明的肋排仿生结构的微通道散热器通过增加单片肋片沿梳齿方向的厚度和降低靠近冷却工质出口处齿槽的高度两种形式，可以减小冷却工质流经路径上的横截面积，使冷却工质流动的速度逐渐增加，提高了散热器后半部分的换热效率。
[0019]4、本发明的肋排仿生结构的微通道散热器可以通过调整肋片结构单元的个数、肋
片结构单元上梳齿的数量和肋片结构单元上梳体结构的宽度来调整整个散热器结构的散热能力和泵耗功率，来满足不同的热源冷却需求，具有很强的实用性。
附图说明
[0020]图1为本发明实施例一微通道的立体结构示意图；
图2为本发明实施例一微通道肋片结构单元的立体结构示意图；
图3为本发明实施例一微通道的左视图；
图4为本发明实施例一微通道的左视图中A处的局部放大图；
图5为本发明实施例一微通道的主视图；
图6为本发明实施例一微通道的主视图中B处的局部放大图；
图7为本发明实施例一微通道的俯视图；
图8为本发明实施例二微通道前半段肋片结构单元的立体结构示意图；
图9为本发明实施例二微通道的左视图；
图10为本发明实施例二微通道的左视图中C处的局部放大图；
图11为本发明微通道的等温线云图。
离子风机aryang
[0021]附图标记：1、壳体；2、内部流道；3、肋片结构单元；3.1、上肋片；3.2、下肋片；4、梳齿部分；4.1、梳齿；4.2、齿槽；5、梳体部分；6、冷却工质入口；7、冷却工质出口。
具体实施方式
[0022]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0023]实施例一
参照图1所示，本发明的肋排仿生结构微通道散热器包括：壳体1，所述壳体1内有供冷却工质流动的内部流道2。所述壳体1可由上层盖板和与其大小相匹配的下层壳体拼接而成。所述上层盖板的一端设置有冷却工质入口6，另一端设置有冷却工质出口7。其中，下层壳体具有内凹的长方形槽体，容纳空间的四边为散热器外壁，内部流道2设置于下层壳体内的上表面。
[0024]本发明中各实施例的方向以图1为参照系，所述冷却工质流动的方向即为从冷却工质入口6指向冷却工质出口7的方向，以所述冷却工质入口6与冷却工质出口7的连线方向为纵向方向；横向方向为以所述上层盖板平面为基准，其垂直于所述纵向方向。所述横向方向即为左右端，以所述冷却工质出入口所在的一端为上端，所述壳体1所在的另一端为下端，以靠近所述冷却工质入口6的一端为前端，远离所述冷却工质出口7的另一端为后端，所述前后端即为所述纵向方向。
[0025]本实施例中，如图1
~2所示，位于所述冷却工质入口6和冷却工质出口7之间的内部
流道2中设置有八个平行且等间距布置的肋片结构单元3，每个所述肋片结构单元3的形状是由两片梳子状的肋片组成的横截面为人字形的长条状；每个所述肋片结构单元3横向布置于内部流道2中，所述人字形肋片结构单元3开口部朝向所述冷却工质出口7的一端，头部
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