技术领域
[0001] 本
发明涉及热沉的技术领域，特别是涉及一种混合结构微通道热沉。
背景技术
[0002] 随着科学技术的进步，芯片的运算速度越来越快，集成度越来越高，因此单位面积上产生的热量越来越多，如果不能及时把热量带走的话，芯片的可靠性会降低，性能会下降，寿命也会缩短。
[0003] 解决这个问题的方法之一是通
过热沉结构将热量带走，包括
风冷和液冷。风冷适用于热流
密度小于10W/cm2的情况，对于高热流密度
散热要求，需要引入液体进行冷却。1981年，美国的两位学者提出了微通道液冷的概念，他们用50μm宽320μm高的微通道阵列热沉，实现了790W/cm2的高热流密度散热要求，但是所需的压损高达216kPa，很难获得实际应用。
[0004] 为此，大量学者对微通道热沉的结构进行了改进和优化，但是目前的微通道热沉存在的问题是：1.如果想要达到较大的热流密度q，需要付出的压损ΔP会很大；2.合理的压损ΔP，所能散出的热流密度q又非常有限；3.微通道热沉散热带来芯片
温度的不均匀性，从而带来热应
力，对芯片的可靠性、性能、寿命均带来不利影响。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种混合结构微通道热沉，以解决上述
现有技术存在的问题，一方面可以降低压损和
泵功，另一方面，可以降低芯片表面的最高温度并提高芯片表面温度的均匀性，进而提高芯片的可靠性、性能和寿命。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
[0007] 本发明提供了一种混合结构微通道热沉，包括密封连接的热沉模
块和盖板，所述盖板位于所述热沉模块的上方，所述盖板上设置有若干个间隔设置的进口和出口，所述热沉模块包括基底以及通过
刻蚀或
机械加工方式在所述基底上得到的微通道散热结构，所述微通道散热结构包括若干个平行设置的肋片，所述肋片之间构成微通道，所述微通道与所述进口和所述出口垂直设置，所述肋片上开设有二次流道，所述进口和所述出口之间的所述微通道内设有矩形肋片；所述进口下方的所述基底上设置有与所述进口相对应的大肋片，所述大肋片的长度等于所述进口的宽度。
[0008] 优选的，所述矩形肋片为若干个且均布于所述微通道出口处。
[0009] 优选的，每一竖列所述矩形肋片竖向对齐且为一组，所述矩形肋片设置为一至八组的任意数量。
[0010] 优选的，所述矩形肋片替换为平行四边形、菱形、三
角形和翼形肋片中的一种。
[0011] 优选的，所述肋片被所述二次流道分割为若干个梯形肋片或平行四边形肋片，所述梯形肋片的形状为等腰梯形。
[0012] 优选的，所述热沉模块为高导热材料。
[0013] 优选的，所述高导热材料为
铜或者
硅材料。
[0014] 优选的，所述进口宽度为所述出口宽度的两倍。
[0015] 优选的，所述基底替换为芯片背面的硅板。
[0016] 本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
[0017] 本发明的
歧管式、二次流道和矩形肋片组成的混合结构热沉可通过歧管结构缩短
冷却液在微通道中的流动距离，通过二次流道增强
流体的掺混，并增大流动空间，通过矩形肋片使得更多流体流入二次流道，从而可同时增强换热和降低压损，并提高芯片的温度均匀性。
附图说明
[0018] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019] 图1为本发明混合结构微通道热沉的歧管式结构的原理示意图(未画出二次流道和矩形肋片结构)；
[0020] 图2为本发明混合结构微通道热沉的热沉模块的结构示意图；
[0021] 图3为本发明混合结构微通道热沉盖板的结构示意图；
[0022] 图4为本发明带三角形肋片的混合结构微通道热沉的结构示意图；
[0023] 图5为本发明混合结构微通道热沉的结构示意图一；
[0024] 图6为本发明混合结构微通道热沉的结构示意图二；
[0025] 图7为本发明混合结构微通道热沉的结构示意图三；
[0026] 其中：1-基底，2-盖板，3-进口，4-出口，5-微通道，6-梯形肋片，7-矩形肋片，8-三角形肋片，9-大梯形肋片，10-二次流道。
具体实施方式
[0027] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0028] 本发明的目的是提供一种混合结构微通道热沉，以解决现有技术存在的问题，可以同时增强换热和降低压损，并使芯片表面温度的均匀性得以提高，进而提高芯片的可靠性、性能和寿命。
[0029] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0030] 如图1至图7所示：本实施例提供了一种混合结构微通道热沉，密封连接的热沉模块和盖板2，盖板2位于热沉模块的上方，盖板2上设置有若干个间隔设置的进口3和出口4，热沉模块包括基底1和刻蚀或机械加工在基底上的微通道散热结构。热沉模块为高导热材料，高导热材料优选为铜或者硅材料，高导热材料还可以为
铝或其他高导热金属
合金等导热系数高的材料，便于散热。盖板2为低导热材料，优选为
聚合物材料，便于加工和成型。
[0031] 盖板2位于基底1的上方，盖板2上设置有若干个间隔设置的进口3和出口4，本实施例中的进口3宽度为出口4宽度的两倍。本实施例中的混合结构微通道热沉作为其中一个单元，其盖板2上设置有一个进口3，两个出口4，还可以为一个出口4，两个进口3。微通道5内用于流通冷却介质。其中，冷却介质可以为
水、HFE-7100、氟利昂等液体，还可以为空气或氮气等气体介质。在盖板2的一端上设置有冷却介质的导入孔和导出孔，便于对冷却介质的更换或者循环利用。
[0032] 基底1上设置有若干个平行设置的肋片，肋片之间构成微通道5，本实施例中的微通道5与进口3和出口4垂直设置，其中，微通道5与进口3和出口4还可以相交设置，其夹角不限制于90°，可以为任意角。其中，进口3和出口4相邻设计，可以减少冷却介质的在微通道5中的流动距离和压损。
[0033] 进口3下方的基底1上设置有与梯形肋片6相匹配的大梯形肋片9，大梯形肋片9的长底边的长度等于进口3的宽度。肋片上开设有二次流道10，肋片被二次流道10分割为若干个梯形肋片6或平行四边形肋片。其中，梯形肋片6的形状优选为等腰梯形。相邻梯形肋片6之间的间隙形成的二次流道10可以增强冷却介质流动过程中的扰动，从而增强换热，且二次流道10增大了流动空间，在一定程度上也可以降低压损。
[0034] 进口3和出口4之间的微通道5内设有矩形肋片7。本实施例的混合结构微通道热沉的矩形肋片7均布于微通道5内部的两端。矩形肋片7可以替换为平行四边形肋片、菱形肋片、三角形肋片8和翼形肋片中的一种。其中，矩形肋片7可以在进口3两侧均匀排布，也可以在进口3两侧非均匀排布，使得更多的冷却介质流入流道中进一步增强换热。本实施例中均匀排布的矩形肋片7设置的是八组，可以使得更多的冷却介质流入微通道5中，进一步增强换热。矩形肋片7也可以在进口3两侧处非均匀排布，非均匀排布时，可根据梯形肋片6的数量设置任意组数，用于提高热源的温度均匀性，并降低热
应力。
[0035] 矩形肋片7为若干个且均布于微通道5出口4处。矩形肋片7也可以图2中设置成非均匀分布的。每一竖列矩形肋片7竖向对齐且为一组，矩形肋片7优选设置为三组、五组或者八组，还可以是根据微通道5的长度和散热需求设置(超过八组)的任意组数。
[0036] 对三种矩形肋片7结构组数不同的热沉进行了数值仿真，发现3种热沉结构的芯片(热源)最高温度Tmax基本一致，但三号结构的压损ΔP＝16388Pa，仅为一号结构30782Pa的53.2％，即把压降降低了46.8％，但并未增加芯片(热源)的最高温度，也即未增加热沉的总热阻。因此在使用过程中可以根据使用环境选择合适的矩形肋片7组数来满足散热需求。
[0037]分组(矩形肋片结构组数) Tmax(K) ΔP(Pa)
一号(八组) 327.92 30782
二号(五组) 327.87 22261
三号(三组) 328.04 16388
[0038] 表1三种矩形肋片组数不同的热沉结构仿真数据表
[0039] 本实施例的混合结构微通道热沉可以是贴合式的，也可以是嵌入式。贴合式是指在高导热材料上加工得到混合结构的微通道5，再使用高导热胶将热沉模块的基底1与芯片背面粘贴在一起。嵌入式是指直接在芯片背面的硅板上刻蚀出微通道5和二次流道10，再将盖板2与其密封贴合，芯片背面的硅板直接作为了热沉模块的基底1，再通
过冷却介质的流动对芯片进行直接的冷却。
[0040] 本实施例的工作过程及原理如下：
[0041] 冷却介质由盖板2中导入口导入至盖板2中的进口3，进而流至盖板2下方的微通道5中，冷却介质再通过由梯形肋片6和矩形肋片7形成的流道向两侧出口流动，直至由盖板2两端的出口4流出，进而流至导出口，进行冷却介质的更换或者循环使用。其中，盖板2在进口3相邻的两侧各设置一出口4的流道结构缩短了冷却介质在流道中的流动距离，从而大幅减小压损；将原有的长直肋片切割为一个个成排排列的梯形肋片6或者平行四边形肋片，梯形肋片6或者平行四边形肋片之间形成了二次流道10，主流区域的冷却介质可以流入这些二次流道10，从而增强了冷却液体的扰动，增强换热；再在出口4的附近加入矩形肋片7，可以减缓冷却介质的流速，使得更多的冷却介质流入二次流道10中从而进一步增强换热。
[0042] 本
说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
