一種內(nèi)微通道冷卻熱沉的制作方法
【專利摘要】一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，涉及半導(dǎo)體激光器及列陣器件，大規(guī)模集成的電路的散熱結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，其主旨在于克服現(xiàn)有熱沉的換熱效率低，并提高降低熱阻，減小壓降。其包括由上至下依次設(shè)置的出水層、分水層和進(jìn)水層，進(jìn)水層上設(shè)置有進(jìn)水孔，進(jìn)水孔連接有進(jìn)水通道，分水層上設(shè)置有反水孔，出水層上設(shè)置有出水孔，出水孔連接有出水通道，所述進(jìn)水通道與出水通道通過(guò)反水孔連接，其特征在于：所述進(jìn)水通道的口徑沿進(jìn)水孔到反水孔方向減小，所述出水通道的口徑沿反水孔到出水孔方向減小。
【專利說(shuō)明】一種內(nèi)微通道冷卻熱沉

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)半導(dǎo)體激光器及列陣器件，大規(guī)模集成的電路等散熱冷卻器件的一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，屬于半導(dǎo)體光電子【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]內(nèi)微通道冷卻熱沉是一種模塊式微通道致冷器(Modular MicroChannel CooledHeatsinks,簡(jiǎn)稱MCC)。列陣的發(fā)展與這一有效的低熱阻熱沉的出現(xiàn)有密切的關(guān)系，特別是高占空比甚至CW運(yùn)行的全填充激光二極管列陣。MCC是在硅中借助各向異性化學(xué)腐蝕制得的，可以像積木一樣按二極管列陣的設(shè)計(jì)需要搭接大的二維結(jié)構(gòu)。MCC的低熱阻是依賴液體致冷劑和它通過(guò)MCC的層流(Laminar Flow),其良好的熱控制性能十分適合平均功率大的泵浦固體激光器的二極管列陣，因?yàn)槲詹ㄩL(zhǎng)狹窄的線寬(<3nm)要求對(duì)列陣進(jìn)行嚴(yán)格的溫度調(diào)制。
[0003]二十世紀(jì)八十年代，美國(guó)學(xué)者Tuckerman和Pease首先提出了平行微通道熱沉(MicroChannel Heatsink ,MCHS),從理論上證明出了水冷卻微通道可達(dá)1000 W/ cm2的散熱能力。其加工方法是:在集成電路硅襯底的背面采取化學(xué)方法腐蝕出若干矩形溝槽，使用蓋板耦合而構(gòu)成封閉式的冷卻劑通道，與外界密封連接從而形成為冷卻劑回路。由器件產(chǎn)生的熱通過(guò)聯(lián)結(jié)層傳導(dǎo)到熱沉，而被微通道中的流動(dòng)冷卻劑帶走以致達(dá)到對(duì)于集成電路芯片良好散熱的目的。
[0004]該概念的提出為進(jìn)一步降低熱沉熱阻奠定了理論基礎(chǔ)，它的優(yōu)點(diǎn)在于擴(kuò)大固液之間的接觸面積的同時(shí)，利用非常小的水流溝道寬度最大限度的減小了熱邊界層的厚度，因此大大提高了熱傳導(dǎo)效率，有源熱沉設(shè)計(jì)的基本原理就是要盡可能的使熱沉的熱導(dǎo)率高，以便達(dá)到最好的散熱效果，同時(shí)兼顧制造的可行性及制作成本等問(wèn)題。
[0005]Vafai和Zhu提出了一個(gè)兩層疊加逆流式微通道熱沉結(jié)構(gòu)，流體在上下兩層矩形微通道內(nèi)逆向流動(dòng)，每一層內(nèi)的流體和基板溫升通過(guò)兩層之間的導(dǎo)熱得到相互補(bǔ)償，降低了溫度梯度〃其數(shù)值研究結(jié)果顯示層疊逆流結(jié)構(gòu)基板流體溫升較單層微通道結(jié)構(gòu)有顯著的減少，同時(shí)，需要消耗的泵功也得到明顯的降低。wei和Joshi對(duì)多層微通道層疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值研究這種微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以增加換熱面積為目的，在給定換熱量條件下，多層微通道結(jié)構(gòu)所需的泵功或壓降相對(duì)單層結(jié)構(gòu)有顯著的降低，在微小空間內(nèi)泵功受限的環(huán)境下具有潛在的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。日本的Skandakumaran等對(duì)比了單層和多層碳化硅微通道熱沉性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論封閉解析解，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多層微通道結(jié)構(gòu)熱沉的熱阻較低如果提高熱沉材料的導(dǎo)熱系數(shù)，也可提升其換熱性能在定流量的情況下增加微通道層數(shù)，雖然多層結(jié)構(gòu)中每個(gè)通道內(nèi)的流量有所減少，但總體壓降還是得到明顯的降低。由此可見(jiàn)熱沉主要向著多層結(jié)構(gòu)和微通道結(jié)構(gòu)優(yōu)化方向發(fā)展。
[0006]在傳統(tǒng)的制造方法中，單片式微通道熱沉由五層形態(tài)各異的薄片組合而成，激光bar位于上蓋層的前端，冷卻液從入水口進(jìn)入微通道層的微通道區(qū)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)水層的狹縫再次進(jìn)入微通道區(qū)，再由出水口進(jìn)入下蓋層，對(duì)bar條完成一次循環(huán)制冷。
[0007]在傳統(tǒng)的微通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，更多的是采用平行通道，原因是采用腐蝕這種制作通道通過(guò)控制時(shí)間在單個(gè)面上大部分情況下只能得到平行通道，另外根據(jù)Riddle人們的研究:在一定的流量下，矩形通道中的流體總熱傳導(dǎo)系數(shù)和通道水力的直徑成反比。所以，通道直徑的不斷減小，換熱系數(shù)會(huì)隨著增加。由于系統(tǒng)散熱面積和體積比的顯著的增加，在減小體積時(shí)散熱量而得到了極大提高。若依據(jù)兩相流的散熱機(jī)理做些相應(yīng)的改進(jìn)，將還能提高系統(tǒng)的散熱能力。一般對(duì)于微通道而言，流體特性可由水力直徑與深度的比等幾何特征來(lái)決定，而傳熱特性則會(huì)受到幾何條件、溫度差與流量所控制。因流體的熱傳導(dǎo)的系數(shù)遠(yuǎn)低于固體，因此系統(tǒng)的熱阻主要存于流體。雖然縮小了微通道尺寸可以增加散熱能力，但是同時(shí)會(huì)引起壓差的升高，會(huì)增加微通道壓力負(fù)載和泵的功率。
[0008]材料方面由于半導(dǎo)體芯片主要是砷化鎵等半導(dǎo)體材料制成，熱膨脹系數(shù)大約是6m/m°C，為了避免芯片發(fā)熱由于熱沉和芯片熱膨脹系數(shù)不匹配造成芯片翹曲的smile效應(yīng)，盡量讓熱沉基體與芯片熱膨脹系數(shù)相一致，所以熱沉材料的選擇需要考慮密度、熱膨脹率、性價(jià)比等因素。材料的熱阻與材料的導(dǎo)熱系數(shù)成反比，導(dǎo)熱系數(shù)越大，則熱阻越小。此外，實(shí)驗(yàn)中工質(zhì)橫掠微針助陣列后會(huì)產(chǎn)生較大的溫升，這就要求材料的線性熱膨脹系數(shù)與外延材料線性熱膨脹系數(shù)的匹配性要好，以減小由溫度產(chǎn)生的熱應(yīng)力。而傳統(tǒng)的無(wú)氧銅在熱膨脹系數(shù)中表現(xiàn)的并不優(yōu)異。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在如今增材制造工藝優(yōu)勢(shì)下，根據(jù)上面研究結(jié)果本發(fā)明提供一種新結(jié)構(gòu)的微通道熱沉，以克服現(xiàn)有熱沉的換熱效率低，并提高降低熱阻，減小壓降；選擇熱膨脹系數(shù)接近芯片材料的加工材料制作熱沉，拓寬了應(yīng)用范圍。
[0010]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，包括由上至下依次設(shè)置的出水層、分水層和進(jìn)水層，進(jìn)水層上設(shè)置有進(jìn)水孔，進(jìn)水孔連接有進(jìn)水通道，分水層上設(shè)置有反水孔，出水層上設(shè)置有出水孔，出水孔連接有出水通道，所述進(jìn)水通道與出水通道通過(guò)反水孔連接，所述進(jìn)水通道的口徑沿進(jìn)水孔到反水孔方向減小，所述出水通道的口徑沿反水孔到出水孔方向減小。
[0011]上述變截面通道結(jié)構(gòu)是根據(jù)拉法爾噴管原理設(shè)計(jì)的，利用通道面的變化來(lái)控制流體的某些特性，液體流量公式是:Q=P S V，其中Q為流量，P為流體的密度，S為通道水力半徑，V是流體的速度。在一定流量的條件下，通道水力半徑及通道截面尺寸S減小，則流體的速度V會(huì)增加。結(jié)合圖中截面變化分析，進(jìn)水通道的口徑沿著進(jìn)水孔I到反水孔6的方向減小，即截面尺寸水力半徑S沿著這個(gè)方向減小，則進(jìn)入進(jìn)水通道的流體速度逐漸增大，增大進(jìn)入反水孔流體的速度，而在出反水孔處通道尺寸最大，此處也是焊接芯片處，溫度最高的地方，增加尺寸，增加液體的量，降低液體的流速，液體因速度突變?cè)黾油牧鳜F(xiàn)象，從而提高此處的換熱量。出水通道口徑沿返水孔到出水孔方向減小，即截面尺寸水力半徑S沿著這個(gè)方向減小，出水通道的流體速度逐漸增大，增加已升溫液體的流速，增加排出熱沉的速度，提高換熱效率。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述進(jìn)水通道設(shè)置在進(jìn)水層上，出水通道設(shè)置在出水層上。進(jìn)水通道和出水通道分層設(shè)置，保證了進(jìn)水層和出水層能夠分布較多的通道，從而提高熱沉的散熱能力。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述進(jìn)水通道的下端與進(jìn)水層端面平行，上端面為由進(jìn)水孔至反水孔的斜坡；所述出水通道的上端與出水層端面平行，下端面為由反水孔至出水孔的斜坡。這樣的斜坡就是前文提到的通道截面的變化，主要作用就是增加通道內(nèi)流體的流速變化，增加流體散熱能力。
[0014]上述技術(shù)方案中，所述出水通道包括出水分流通道和匯流通道，所述進(jìn)水通道包括進(jìn)水分流通道，進(jìn)水孔、進(jìn)水分流通道、反水孔、出水分流通道、匯流通道、出水孔依次連接。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述進(jìn)水通道、出水通道中至少任一個(gè)的通道壁為擾流通道壁，擾流通道壁的通道壁為波紋狀。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述進(jìn)水通道、出水通道中至少任一個(gè)的通道內(nèi)設(shè)置有擾流單
J Li ο
[0017]擾流單元是指在通道內(nèi)部的截面是圓形，棱形，方形等不同形狀的柱狀結(jié)構(gòu)如圖8或者在壁面突起的圓弧狀排列結(jié)構(gòu)如圖7，圖中所示的幾種是其截面形狀，無(wú)論什么形狀(如圖8所示的放置)截面尺寸參數(shù)包括圓形直徑，棱形和方形的邊長(zhǎng)，范圍是0.1mnT0.2mm。高度即是通道的高度，貫穿整個(gè)通道高度空間，排列順序有平行排列位置錯(cuò)排等，錯(cuò)排的效果要優(yōu)于平行排列順序，如圖10中所示。
[0018]增加擾流單元的目的是:其一進(jìn)一步增加冷卻水與熱沉的熱交換面積，其二增加冷卻水通過(guò)通道時(shí)的水流中渦流的比例，如圖10中所示，不加擾流單元流體類(lèi)型是層流20，加了之后變成渦流19，渦流能增加一定流量的流體內(nèi)參與熱交換量的比例，使帶走熱量能力要優(yōu)于層流。
[0019]冷卻水從進(jìn)水層與分水層的進(jìn)水通道孔進(jìn)入通道壁之間的進(jìn)水通道到達(dá)反水孔，冷卻水由反水孔進(jìn)入分水層與出水層之間的出水窄通道，經(jīng)過(guò)匯總區(qū)域進(jìn)入出水寬通道，進(jìn)而由出水寬通道末端的出水層與分水層的出水通道孔8流出；所述出水層、分水層和進(jìn)水層除進(jìn)水通道孔和出水通道孔形成封閉空間，進(jìn)水孔I連接冷卻水進(jìn)入源，出水孔連接冷卻水出水源。
[0020]上述技術(shù)方案中此類(lèi)熱沉的通道屬于微通道級(jí)別，尺寸范圍是0.lmnTlmm，文中提到的窄通道是指在原來(lái)整個(gè)熱沉分為4個(gè)如圖5中所示寬通道中增加通道之間的脊進(jìn)一步將寬通道分成如圖1中所示的數(shù)量增多的窄通道，考慮到成形工藝的加工極限，尺寸由原來(lái)的2mm左右變?yōu)?.3mnT0.4mm。理論上通道越小越細(xì)化越有助于增加流體與通道壁的熱交換面積，散熱流體的利用率越高，散熱效率也就越高，另外增加通道之間的脊來(lái)細(xì)化通道有助于整個(gè)熱沉的分散熱量分布，使溫度均勻避免局部散熱不好造成溫度過(guò)高而使發(fā)熱芯片燒壞。
[0021]上述技術(shù)方案中此類(lèi)熱沉的通道屬于微通道級(jí)別，尺寸范圍是0.lmnTlmm，文中提到的窄通道是指在原來(lái)整個(gè)熱沉分為4個(gè)如圖5中所示寬通道，寬度尺寸范圍是2mnT3mm。在其中增加通道之間的脊進(jìn)一步將寬通道分成如圖1中所示的數(shù)量增多的窄通道，寬度尺寸范圍是0.lmnT0.5mm,考慮到成形工藝的加工極限，尺寸由原來(lái)的2mnT2.5mm變?yōu)?br> 0.3mnT0.4mmο理論上通道越小越細(xì)化越有助于增加流體與通道壁的熱交換面積，散熱流體的利用率越高，散熱效率也就越高，另外增加通道之間的脊來(lái)細(xì)化通道有助于整個(gè)熱沉的分散熱量分布，使溫度均勻避免局部散熱不好造成溫度過(guò)高而使發(fā)熱芯片燒壞。
[0022]具體地，所述進(jìn)水通道孔高度hi大于反水孔高度h2 ;出水窄通道高度h3大于出水窄通道與出水寬通道相接處高度h4，所述通道壁5高度不變。
[0023]所述內(nèi)微通道冷卻熱沉的主要成分為鉻或鎳。
[0024]通過(guò)反水孔的水分布均勻，散熱均勻，避免局部水少或者沒(méi)有造成散熱不均勻而使芯片燒壞。
[0025]因此，從熱沉采用下層進(jìn)水道，上層出水道結(jié)構(gòu)方式分布，水流方向是沿所貼的半導(dǎo)體芯片熱場(chǎng)梯度的反方向，相較于背景結(jié)構(gòu)中流向與梯度同向方式，此方式采用逆流替代之前的并流，增加熱交換時(shí)間，增加壁面與流體之間的平均溫度差，加大熱量傳遞，強(qiáng)化傳熱，提高熱交換效率。水道采用變截面結(jié)構(gòu)，在熱沉厚度方向上入水通道入水口高度到反水孔處通道高度沿直線呈減小趨勢(shì)，相對(duì)于背景結(jié)構(gòu)中增大的方式，截面的減小水力半徑減小，水流的速度增加，反水孔處的流速增加，水流中湍流層的比例增加，傳熱效率增加。出水通道反水孔通道高度到出水口處通道高度呈直線減小，沿芯片溫度梯度反向減小，增加流體的量滿足熱交換量，有利于優(yōu)化獲得高性能微通道，一定程度節(jié)省熱沉空間這種結(jié)構(gòu)，以及使用適用于增材制造技術(shù)的耐腐性能以及和易加工都優(yōu)于無(wú)氧銅的材料是創(chuàng)新技術(shù)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是窄通道熱沉進(jìn)水層與分水層流道截面；
圖2是窄通道熱沉出水層與分水層截面圖；
圖3是內(nèi)微通道冷卻熱沉側(cè)截面進(jìn)水層圖；
圖4是內(nèi)微通道冷卻熱沉側(cè)截面出水層圖；
圖5是寬通道熱沉進(jìn)水層與分水層流道截面；
圖6是寬通道熱沉出水層與分水層截面圖；
圖7是擾流壁熱沉進(jìn)水層與分水層流道截面；
圖8是擾流單元熱沉水層與分水層流道截面；
圖9是材料性能表；
圖10是擾流單兀效果不意圖；
1-進(jìn)水孔、2-出水孔、3-進(jìn)水通道孔、4-進(jìn)水通道、4-1為進(jìn)水分流通道、5-通道壁、6-反水孔、7-定位孔、8-出水通道孔、9-出水通道、9-1出水分流通道、10-匯流通道、10-匯流通道、17-擾流通道壁、18-擾流單元，h3-出水窄通道反水孔高度、h4-出水窄通道與出水寬通道相接處高度。19-局部渦流，20-局部層流。

【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本發(fā)明能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體熱沉結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明:
一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，包括由上至下依次設(shè)置的出水層、分水層和進(jìn)水層，進(jìn)水層上設(shè)置有進(jìn)水孔1，進(jìn)水孔連接有進(jìn)水通道4，分水層上設(shè)置有反水孔6，出水層上設(shè)置有出水孔2，出水孔2連接有出水通道9，所述進(jìn)水通道4與出水通道9通過(guò)反水孔6連接，其特征在于:所述進(jìn)水通道4的口徑沿進(jìn)水孔I到反水孔6方向減小，所述出水通道9的口徑沿反水孔6到出水孔2方向減小。所述進(jìn)水通道設(shè)置在進(jìn)水層上，出水通道設(shè)置在出水層上。所述進(jìn)水通道4的下端與進(jìn)水層端面平行，上端面為由進(jìn)水孔I至反水孔6的斜坡；所述出水通道9的上端與出水層端面平行，下端面為由反水孔6至出水孔2的斜坡。所述出水通道包括出水分流通道9-1和匯流通道10，所述進(jìn)水通道4包括進(jìn)水分流通道4-1，進(jìn)水孔1、進(jìn)水分流通道、反水孔6、出水分流通道9、匯流通道10、出水孔2依次連接。所述進(jìn)水通道、出水通道中至少任一個(gè)的通道壁為擾流通道壁17，擾流通道壁17的通道壁為波紋狀。所述進(jìn)水通道、出水通道中至少任一個(gè)的通道內(nèi)設(shè)置有擾流單元18。還包括擾流單元18，所述擾流單元8設(shè)置在進(jìn)水通道4或出水通道9內(nèi)的若干個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)。
[0028]實(shí)施例1:
本實(shí)例結(jié)構(gòu)的制造方法為增材制造技術(shù)一體成型的窄通道熱沉，冷卻水從進(jìn)水孔I通過(guò)進(jìn)水通道孔3依次進(jìn)入通道壁5之間的進(jìn)水通道4，進(jìn)水通道，然后進(jìn)入熱沉芯片貼合前端通過(guò)反水孔6進(jìn)入出水通道9中，經(jīng)過(guò)匯流通道10匯總后，再經(jīng)出水通道孔8進(jìn)入出水孔2，由此完成一次循環(huán)制冷。進(jìn)出通道4的增加和通道壁盡可能長(zhǎng)的原因是盡量增大換熱面積，減小液體運(yùn)動(dòng)速度，提高換熱效率。出水通道9的反水孔6處的通道高度h3要大于出水寬通道10處的通道寬度h4。利用通道面的變化來(lái)控制流體的某些特性，液體流量公式是:Q=P S V，其中Q為流量，P為流體的密度，S為通道水力半徑，V是流體的速度。在一定流量的條件下，通道水力半徑及通道截面尺寸S減小，則流體的速度V會(huì)增加，高度減小一倍左右使截面面積減小一倍，則流體流速增加一倍。進(jìn)水通道4的進(jìn)水孔3高度hi要大于反水孔6處通道高度h2，高度減小一倍左右使截面面積減小一倍，則流速增加一倍。通道壁5的高度不變，始終起支撐作用。
[0029]實(shí)施例2:
本實(shí)例結(jié)構(gòu)的制造方法為增材制造技術(shù)一體成型的窄通道熱沉，冷卻水從進(jìn)水孔I通過(guò)進(jìn)水通道孔3依次進(jìn)入通道壁5之間的進(jìn)水通道4，進(jìn)水通道，然后進(jìn)入熱沉芯片貼合前端通過(guò)反水孔6進(jìn)入出水通道9中，經(jīng)過(guò)匯流通道10匯總后，再經(jīng)出水通道孔8進(jìn)入出水孔2，由此完成一次循環(huán)制冷。進(jìn)出水通道的增加和通道壁盡可能長(zhǎng)的原因是盡量增大換熱面積，減小液體運(yùn)動(dòng)速度，提高換熱效率。出水通道9的反水孔6處的通道高度h3要大于出水寬通道10處的通道寬度h4。利用通道面的變化來(lái)控制流體的某些特性，液體流量公式是:Q=P S V，其中Q為流量，P為流體的密度，S為通道水力半徑，V是流體的速度。在一定流量的條件下，通道水力半徑及通道截面尺寸S減小，則流體的速度V會(huì)增加，高度減小一倍左右使截面面積減小一倍，則流體流速增加一倍。進(jìn)水通道4的進(jìn)水孔3高度hi要大于反水孔6處通道高度h2，高度減小一倍左右使截面面積減小一倍，則流速增加一倍。通道壁5的高度不變，始終起支撐作用。
[0030]上述技術(shù)方案中，所述進(jìn)水通道4、出水通道9中至少任一個(gè)的通道內(nèi)設(shè)置有擾流單元。
[0031]擾流單元是指在通道內(nèi)部的截面是圓形，棱形，方形等不同形狀的柱狀結(jié)構(gòu)如圖8或者在壁面突起的圓弧狀排列結(jié)構(gòu)如圖7，圖中所示的幾種是其截面形狀，無(wú)論什么形狀(如圖8所示的放置)截面尺寸參數(shù)包括圓形直徑，棱形和方形的邊長(zhǎng)，范圍是0.lmnT0.2mm。高度即是通道的高度，貫穿整個(gè)通道高度空間，排列順序有平行排列位置錯(cuò)排等，錯(cuò)排的效果要優(yōu)于平行排列順序，如圖10中所示。
[0032]增加擾流單元的目的是:其一進(jìn)一步增加冷卻水與熱沉的熱交換面積，其二增加冷卻水通過(guò)通道時(shí)的水流中渦流的比例，如圖10中所示，不加擾流單元流體類(lèi)型是層流20，加了之后變成渦流19，渦流能增加一定流量的流體內(nèi)參與熱交換量的比例，使帶走熱量能力要優(yōu)于層流。
[0033]實(shí)施例3:
本實(shí)例結(jié)構(gòu)的制造方法為增材制造技術(shù)一體成型的窄通道熱沉，冷卻水從進(jìn)水孔I通過(guò)進(jìn)水通道孔3依次進(jìn)入通道壁5之間的進(jìn)水通道4，進(jìn)水通道，然后進(jìn)入熱沉芯片貼合前端通過(guò)反水孔6進(jìn)入出水通道9中，經(jīng)過(guò)匯流通道10匯總后再經(jīng)出水通道孔8進(jìn)入出水孔2，由此完成一次循環(huán)制冷。進(jìn)出水通道的增加和通道壁盡可能長(zhǎng)的原因是盡量增大換熱面積，減小液體運(yùn)動(dòng)速度，提高換熱效率。出水通道9的反水孔6處的通道高度h3要大于出水寬通道10處的通道寬度h4。利用通道面的變化來(lái)控制流體的某些特性，液體流量公式是:Q=P S V，其中Q為流量，P為流體的密度，S為通道水力半徑，V是流體的速度。在一定流量的條件下，通道水力半徑及通道截面尺寸S減小，則流體的速度V會(huì)增加，高度減小一倍左右使截面面積減小一倍，則流體流速增加一倍。進(jìn)水通道4的進(jìn)水孔3高度hi要大于反水孔6處通道高度h2，高度減小一倍左右使截面面積減小一倍，則流速增加一倍。通道壁5的高度不變，始終起支撐作用。
[0034]進(jìn)水通道、出水通道中至少任一個(gè)的通道壁為擾流通道壁，擾流通道壁的通道壁為波紋狀。
[0035]擾流通道壁的目的是:其一進(jìn)一步增加冷卻水與熱沉的熱交換面積，其二增加冷卻水通過(guò)通道時(shí)的水流中渦流的比例，加了之后變成渦流19，渦流能增加一定流量的流體內(nèi)參與熱交換量的比例，使帶走熱量能力要優(yōu)于層流。
[0036]雖然這里結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，很多其它的變化、改進(jìn)以及應(yīng)用將是很明顯的。因此，本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)受此處特定公開(kāi)的限制，而應(yīng)由附加的權(quán)利要求來(lái)限定。
【權(quán)利要求】
1.一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，包括由上至下依次設(shè)置的出水層、分水層和進(jìn)水層，進(jìn)水層上設(shè)置有進(jìn)水孔(1)，進(jìn)水孔(I)連接有進(jìn)水通道(4)，分水層上設(shè)置有反水孔(6)，出水層上設(shè)置有出水孔(2)，出水孔(2)連接有出水通道(9)，所述進(jìn)水通道(4)與出水通道(9)通過(guò)反水孔(6)連接，其特征在于:所述進(jìn)水通道(4)的口徑沿進(jìn)水孔(I)到反水孔(6)方向減小，所述出水通道(9)的口徑沿反水孔(6)到出水孔(2)方向減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，其特征在于，所述進(jìn)水通道(4)設(shè)置在進(jìn)水層上，出水通道(9)設(shè)置在出水層上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，其特征在于，所述進(jìn)水通道(4)的下端與進(jìn)水層端面平行，上端面為由進(jìn)水孔(I)至反水孔(6)的斜坡；所述出水通道(9)的上端與出水層端面平行，下端面為由反水孔(6)至出水孔(2)的斜坡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，其特征在于，所述出水通道包括出水分流通道(9-1)和匯流通道(10)，所述進(jìn)水通道(4)包括進(jìn)水分流通道(4-1)，進(jìn)水孔(I)、進(jìn)水分流通道、反水孔(6)、出水分流通道(9)、匯流通道(10)、出水孔(2)依次連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，其特征在于，所述進(jìn)水通道(4)、出水通道(9)中至少任一個(gè)的通道壁為擾流通道壁(17)，擾流通道壁(17)的通道壁為波紋狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，其特征在于，所述進(jìn)水通道(4)、出水通道(9 )中至少任一個(gè)的通道內(nèi)設(shè)置有擾流單元(18 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3或5任一所述的一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，其特征在于，所述進(jìn)水通道(4)、出水通道(9)中至少任一個(gè)的通道內(nèi)設(shè)置有擾流單元(18)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3或5-6的任一所述的一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，其特征在于，還包括擾流單元(18 )，所述擾流單元(8 )設(shè)置在進(jìn)水通道(4 )或出水通道(9 )內(nèi)的若干個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種內(nèi)微通道冷卻熱沉，其特征在于，還包括擾流單元(18)，所述擾流單元(8 )設(shè)置在進(jìn)水通道(4 )或出水通道(9 )內(nèi)的若干個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01S5/024GK104051952SQ201410315989
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2014年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月4日
【發(fā)明者】王智勇, 李從洋, 閆岸茹, 張冬云 申請(qǐng)人:成都三鼎日新激光科技有限公司