一種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于微型散熱器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散 熱器，是一種新型的仿生結(jié)構(gòu)微型散熱器。該微型散熱器與其他微型散熱器最大的區(qū)別是， 散熱柱（或稱為針柱）排布結(jié)構(gòu)在散熱器基體端面呈現(xiàn)葉序排布。該微型散熱器主要應(yīng)用 于微型電子元器件、半導(dǎo)體元器件和其他微型零部件等的散熱過程中，能夠有效降低元器 件表面溫度，提高元器件的使用壽命和工作效率，對電子元器件的發(fā)展有著重要的意義。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著電子元器件的集成度和性能的不斷提高和它的物理尺寸的不斷減少，電子元 器件熱流密度急劇增加，其表面熱流密度高達IO 4~10 5W/m2量級，并有繼續(xù)增加的趨勢，散 熱問題已成為制約微電子元器件和裝備性能提高的主要因素之一，目前已經(jīng)成為流體力學(xué) 和傳熱學(xué)領(lǐng)域的重要研究方向之一。常規(guī)的散熱器的散熱方式都是采用鋁制或銅制的板翅 式散熱器和針柱式散熱器，并且外加風扇的方式，依靠的是單相流體的強迫對流換熱方法。 這些目前已經(jīng)不能夠滿足電子元器件穩(wěn)定工作的需要，特別是隨著元器件或電子裝備內(nèi)部 散熱空間的減小，已無法采用常規(guī)尺寸的散熱方式，必須改變散熱器結(jié)構(gòu)來提高電子元器 件的散熱能力。
[0003] 因此，本發(fā)明是基于生物科學(xué)中的葉序排布理論進行的。生物學(xué)的葉序理論表明， 植物的葉子、花瓣和果實的籽粒的幾何排布滿足黃金分割律，在幾何空間上實現(xiàn)區(qū)域的最 大填充和互補。其中一些生物的籽粒的排布能形成順時針和逆時針葉列線螺旋，在籽粒間 也創(chuàng)成了相應(yīng)的螺旋溝槽。這種排布運用到為散熱器上，能夠增加散熱器的散熱面積，散熱 柱間形成葉列線螺旋溝利于風扇的作用下空氣的流動，提高散熱效率。因此，依據(jù)該理論設(shè) 計出端面微型散熱器的散熱柱排布結(jié)構(gòu)能夠提高微散熱器的散熱效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是基于生物學(xué)的葉序理論的H. Vogel模型設(shè)計出一種端面葉序排布結(jié)構(gòu) 的針柱式微型散熱器。
[0005] -種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器，包括散熱底板和多個散熱柱。
[0006] 多個散熱柱設(shè)置在散熱底板的工作端面上，并且多個散熱柱均與散熱底板的工作 端面相垂直。
[0007] H. Vogel模型是描述葵花種子籽粒排布的一個數(shù)學(xué)模型，即 n = 0, 1，2, ... n_。其中，P為第n個籽粒的極坐標半徑，巾為第n個籽粒的極坐標系中 的極坐標角度。n為籽粒的排布序數(shù)。0為第n個籽粒與第n+1個籽粒之間的極坐標夾角， 且0 = 137.508°，即為滿足黃金分割角。c為籽粒在極坐標系中的極坐標半徑方向上的 以長度為單位的分布常數(shù)，c通常以_為單位。這種排布結(jié)構(gòu)是自然界生物為適應(yīng)環(huán)境進 化選擇的結(jié)果，它使籽粒在幾何空間上實現(xiàn)了最大填充和位置的互補，并且籽粒排布形成 了一族順時針的籽粒葉列線螺旋和一族逆時針的籽粒葉列線螺旋。
[0008] 在設(shè)計端面針柱式微型散熱器時，如果把每個散熱柱（或稱針柱）看成一個籽粒， 那么散熱柱在散熱器底板的工作端面的排布就可以按照a Vogel模型的描述進行排布，即
n = 0, 1，2,... nmax。其中，P為第n個散熱柱排布位置的極坐標半 徑，巾為第n個散熱柱的極坐標系中排布位置的極坐標角度。n為散熱柱的排布序數(shù)。0 為第n個散熱柱與第n+1個散熱柱之間的極坐標夾角，且0 = 137. 508°，即為滿足黃金分 割角。c為散熱柱在極坐標系中的極坐標半徑方向上的分布常數(shù)，c可以毫米（mm)為單位 選取。
[0009] 其優(yōu)點在于：
[0010] 這樣端面針柱式微型散熱器的散熱柱在幾何位置上實現(xiàn)了黃金分割律排布，達到 最大填充和位置互補，并形成了散熱柱間的順時針和逆時針散熱柱葉列線螺旋溝空氣通 道，在風扇的作用下，提高了散熱效率。
【附圖說明】
[0011] 圖1是葵花籽粒葉序結(jié)構(gòu)排布圖。
[0012] 圖1中的1是籽粒，2是順時針籽粒葉列線螺旋，3是逆時針籽粒葉列線螺旋。
[0013]圖2是葵花種子籽粒的葉序結(jié)構(gòu)排布的H. Vogel模型圖。
[0014] 圖2中的4是種子籽粒點，5是順時針籽粒點葉列線螺旋，6是逆時針籽粒點葉列 線螺旋，7是第n個籽粒點，8是第n+1個籽粒點，9是第n+2個籽粒點，10是順時針籽粒點 間的葉列線螺旋溝，11是逆時針籽粒點間的葉列線螺旋溝。
[0015] 圖3是端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器。
[0016] 圖3中的12是微型散熱器的散熱底板，13是散熱柱（或稱針柱）。
[0017] 圖4是第一種分布常數(shù)c對散熱柱排布狀態(tài)的影響圖。
[0018] 圖5是第二種分布常數(shù)c對散熱柱排布狀態(tài)的影響圖。
[0019] 圖6是第三種分布常數(shù)c對散熱柱排布狀態(tài)的影響圖。
[0020] 圖7是第四種分布常數(shù)c對散熱柱排布狀態(tài)的影響圖。
[0021] 圖8是第五種分布常數(shù)c對散熱柱排布狀態(tài)的影響圖。
【具體實施方式】：
[0022] -種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器，包括散熱底板12和多個散熱柱13。
[0023] 多個散熱柱13 -體設(shè)置在散熱底板12的工作端面上，并且多個散熱柱13均與散 熱底板12的工作端面相垂直。
[0024] 1)根據(jù)被散熱對象要求利用CAD軟件設(shè)計出圖3中的散熱底板12,散熱底板12 的厚度選取在Imm~3_，并確定其中心位置。散熱底板12的長寬尺寸由被散熱對象尺寸 決定。
[0025] 2)根據(jù)圖1和圖2中的葵花籽粒的葉序結(jié)構(gòu)排布規(guī)律和H. Vogel模型，以圖3中 的散熱底板12的中心為散熱柱排布的中心，利用CAD軟件設(shè)計散熱柱13在圖3中的葉序 排布圖案。
[0026] 3)設(shè)計葉序排布的散熱柱13基體結(jié)構(gòu)與尺寸。如圖3所示散熱柱13 (或稱針柱） 為圓柱形，圓柱的直徑d控制〇 Imm~〇3mm范圍內(nèi)，散熱柱13的高度h在3d~6d范圍 內(nèi)選取。
[0027] 4)通過改變H. Vogel模型中的分布常數(shù)c，得到不用分布常數(shù)下的散熱柱13排布 形式。通過控制c值的大小從而將散熱柱13總的截面面積相對散熱底板12的工作端面面 積的比率控制在35%~65%范圍內(nèi)。通過圖4(a)、5 (b)、6 (c)、7 (d)、8 (e)中不同分布常數(shù) c下散熱柱13的分布情況可知，分布常數(shù)c影響散熱柱13排布的疏密程度，c值越大散熱 柱13排布越稀疏。c的取值范圍為L 5~3mm〇
[0028] 如上述實施過程中，根據(jù)散熱對象選取散熱底板12為正方形，散熱底板12的邊長 為30mm，厚度H為3mm，散熱柱13 (或稱針柱）的直徑d選為〇 3mm，散熱柱13的高度h可 為18mm，選分布常數(shù)c為2. 1mm，則散熱柱13總的截面面積相對散熱底板12的工作端面面 積的比率控制在51%。
【主權(quán)項】
1. 一種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器，包括散熱底板（12)和多個散熱柱 (13);其特征在于： 多個散熱柱（13)設(shè)置在散熱底板（12)的工作端面上； 所述的散熱柱（13)排布符合生物學(xué)的葉序排布理論的H. Vogel模型，即Φ = η* Θ， ，η = 〇, 1，2, ... η_;其中，P為第η個散熱柱（13)排布位置的極坐標半徑，Φ 為第η個散熱柱（13)的極坐標系中排布位置的極坐標角度；η為散熱柱（13)的排布序數(shù)； Θ為第η個散熱柱（13)與第η+1個散熱柱（13)之間的極坐標夾角，且Θ = 137.508°， 即為滿足黃金分割角；c為散熱柱（13)在極坐標系中的極坐標半徑方向上的分布常數(shù)，c 單位為mm。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器，其特征在于： 所述的散熱柱（13)為圓柱形，圓柱的直徑d控制在Φ0. 5mm~Φ3ι?πι范圍內(nèi)，散熱柱 (13)的高度h在3d~6d范圍內(nèi)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器，其特征在于： 所述的分布常數(shù)c在1. 5~3_范圍內(nèi)選取，保證所有散熱柱（13)的橫截面面積之和與散 熱底板（12)的工作端面的面積比率控制在35%~65%范圍內(nèi)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器，其特征在于： 所述的多個散熱柱（13)均是垂直排布在散熱底板（12)的工作端面，散熱底板（12)的中心 是散熱柱（13)排布的中心。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器，其特征在于： 所述的散熱底板（12)的厚度H為1mm~3mm，且呈矩形或正方形。
【專利摘要】一種端面葉序排布結(jié)構(gòu)的針柱式微型散熱器。本發(fā)明屬于用于電子元器件散熱的一種微型散熱器技術(shù)領(lǐng)域，涉及葉序排布微型散熱器的散熱柱排布結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。包括散熱底板和多個散熱柱，多個散熱柱設(shè)置在散熱底板的工作端面上。此微型散熱器的散熱柱的排布滿足生物科學(xué)中的葉序理論的H.Vogel模型。由于散熱柱在散熱器底板表面呈H.Vogel模型規(guī)律的葉序排布，使得該微型散熱器工作表面的散熱柱實現(xiàn)了幾何位置的互補和最大填充效應(yīng)，并形成合理的空間空氣流動通道，從而提高了微散熱器的散熱效率。
【IPC分類】H01L23/367
【公開號】CN105161472
【申請?zhí)枴緾N201510472344
【發(fā)明人】呂玉山, 王軍, 舒啟林, 胡玉珩
【申請人】沈陽理工大學(xué)
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月5日