一種分段翅片散熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用空氣強(qiáng)迫對(duì)流方式冷卻的散熱裝置，特別是涉及一種分段翅片散熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，電子器件的功率和集成度大幅度提高，功率器件的熱流密度不斷上升，導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠度降低問(wèn)題日益突出，散熱成為微電子產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)主要障礙。
[0003]由于成本和可靠性方面要求，采用風(fēng)扇和散熱器組件的空氣強(qiáng)迫對(duì)流冷卻方式被廣泛使用。但是目前使用的平直翅片散熱器由于沿著空氣流動(dòng)的方向，空氣在翅片表面形成的邊界層會(huì)逐漸增厚使速度和溫度梯度的協(xié)同性變差，從而會(huì)使傳熱性能下降。在現(xiàn)有的散熱器翅片專(zhuān)利中一般是在平板翅片的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展傳熱面積，即采用鰭片散熱器。這種方法盡管可以提高翅片的換熱性能，但是加工比較困難，制造成本高，而且流體流動(dòng)阻力增加也十分明顯。
[0004]電子器件高功率、集成化的發(fā)展趨勢(shì)要求散熱器設(shè)計(jì)一方面要降低空氣阻力，增加傳熱性能，另一方面又要減小體積，降低成本，為此需要開(kāi)發(fā)更為高效的傳熱翅片。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是針對(duì)平板翅片散熱器現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足之處，提供一種散熱效率高、成本低的分段翅片散熱器。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種分段翅片散熱器，包括散熱基板和散熱翅片；所述散熱翅片包括橫向分成間隔距離的分段翅片；所述分段翅片包括縱向設(shè)置大于或等于兩行的分段散熱翅片。
[0007]所述分段散熱翅片均勻間隔豎直設(shè)置在散熱基板上；所述分段散熱翅片是橫向均勾分隔為2-5段的分段散熱翅片。
[0008]所述分段散熱翅片橫向分段為4段，相鄰分段散熱翅片的橫向分段間隔距離為3mm ο
[0009]所述分段散熱翅片的截面是矩形；每個(gè)所述分段散熱翅片長(zhǎng)度為29mm，高度為40mm，厚度為4mm ;所述分段散熱翅片的縱向行間距為10mm。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:(1)設(shè)計(jì)幾種分段結(jié)構(gòu)翅片；(2)建立分段結(jié)構(gòu)翅片的標(biāo)準(zhǔn)模型，并利用C0MS0L軟件進(jìn)行數(shù)值模擬，比較分析其溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)及壓力場(chǎng)結(jié)果與平板翅片的差別；(3)運(yùn)用MATLAB模糊推理工具箱對(duì)平直和分段結(jié)構(gòu)翅片散熱器進(jìn)行可靠性評(píng)估，得出它們的可靠性；(4)根據(jù)溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和可靠性評(píng)估結(jié)果，確定最佳的翅片結(jié)構(gòu)參數(shù)。
[0011]本發(fā)明中當(dāng)空氣進(jìn)入翅片區(qū)域時(shí)，分段間隔中斷了空氣在平直基片上的熱邊界層的繼續(xù)形成，從而減薄了邊界層；同時(shí)，在分段間隔處有冷空氣進(jìn)入，促進(jìn)了流體的混合，減少了漩渦死滯區(qū)，增強(qiáng)了空氣與翅片間的對(duì)流傳熱過(guò)程，提高了散熱器的散熱性能。并且，矩形截面的翅片易于加工和安裝，適合批量生成，生產(chǎn)成本也比較低。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
1.散熱基板，2.分段散熱翅片。
[0013]圖2是Z=0截面處原始翅片的溫度場(chǎng)云圖；
Z=0截面是指散熱基板與分段翅片接觸的平面；
圖3是Z=0截面處分段數(shù)為4翅片的溫度場(chǎng)云圖；
Z=0截面是指散熱基板與分段翅片接觸的平面；
圖4是Z=0截面處原始翅片的速度場(chǎng)云圖；
圖5是Z=0截面處分段數(shù)為4翅片的速度場(chǎng)云圖；
圖6是Z=0截面處原始翅片的壓力場(chǎng)云圖；
圖7是Z=0截面處分段數(shù)為4翅片的壓力場(chǎng)云圖；
圖8是分段數(shù)為4翅片的分段間隔處漩渦圖；
圖9是原始翅片和分段數(shù)為2、3、4、5翅片的的換熱系數(shù)對(duì)比圖；
圖中翅片分段數(shù)為1表示原始翅片；
圖10是原始翅片和分段數(shù)為2、3、4、5翅片的熱阻對(duì)比圖；
圖11是原始翅片和分段數(shù)為2、3、4、5翅片的壓降對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0015]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的分段翅片散熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。為了便于說(shuō)明，僅僅不出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0016]—種分段翅片散熱器，該散熱器包括散熱基板1和分段散熱翅片2。分段散熱翅片的散熱基板為矩形形狀，可以采用諸如鋁或者銅材料的導(dǎo)熱材料。采用諸如鋁或銅材料的導(dǎo)熱材料制成的分段散熱翅片2形成在散熱基板1一側(cè)面。其中所述分段散熱翅片2通過(guò)切起散熱器坯料的被切削部分形成，或通過(guò)擠壓散熱器坯件成型。其特點(diǎn)在于所述各分段散熱翅片2的側(cè)視面為直線且各分段散熱翅片2豎立于散熱基板1上。
[0017]分段散熱翅片2分段數(shù)為4，相鄰分段橫向間隔為3mm。
[0018]作為本發(fā)明實(shí)施例一優(yōu)選方案，每個(gè)矩形分段散熱翅片2的長(zhǎng)度為29mm，高度為40mm，厚度為4mm，相鄰縱向分段散熱翅片2行間距為10mm。
[0019]電子芯片所產(chǎn)生的熱量通過(guò)散熱基板1主要以熱傳導(dǎo)的方式傳遞給分段散熱翅片2，分段散熱翅片2通過(guò)強(qiáng)迫對(duì)流傳熱的方式將熱量傳遞到周?chē)h(huán)境。當(dāng)空氣進(jìn)入翅片區(qū)域時(shí)，分段間隔中斷了空氣在平直基片上的熱邊界層的繼續(xù)形成，減薄了熱邊界層；同時(shí)，在段間隔處有冷空氣進(jìn)入，促進(jìn)了流體的混合，減少了漩渦死滯區(qū)，增強(qiáng)了空氣與翅片間的對(duì)流傳熱過(guò)程，提高了散熱器的散熱性能。
[0020]通過(guò)采用數(shù)值模擬技術(shù)，分別對(duì)一般平板翅片散熱器和分段翅片散熱器進(jìn)行了傳熱和阻力的計(jì)算，得出如下結(jié)論:
圖2和圖3分別是Z=0截面處原始翅片和分段數(shù)為4翅片的溫度場(chǎng)云圖，由圖可以看出，分段數(shù)為4翅片散熱器的溫度相對(duì)于原始翅片降低了很多，尤其在分段間隔處降低幅度較大，由于分段間隔處有冷空氣進(jìn)入。
[0021]圖4和圖5分別是Z=0截面處原始翅片和分段數(shù)為4翅片的速度場(chǎng)云圖，由圖可以看出，分段數(shù)為4翅片散熱器速度相對(duì)于原始翅片有所提高，尤其在分段間隔處優(yōu)化翅片散熱器的速度較大，說(shuō)明分段翅片促進(jìn)了周?chē)諝獾牧鲃?dòng)。
[0022]圖6和圖7分別是Z=0截面處原始翅片和分段數(shù)為4翅片的壓力場(chǎng)云圖，由圖可以看出，分段數(shù)為4翅片散熱器的壓降相對(duì)于原始翅片有所增大，這是由于分段翅片增大了氣體流動(dòng)的阻力。
[0023]圖8是分段數(shù)為4翅片分段間隔處漩渦圖，由圖可知分段間隔促進(jìn)了空氣的擾流，從而增強(qiáng)了翅片與流體間的對(duì)流換熱過(guò)程。
[0024]圖9是原始翅片和分段數(shù)為2、3、4、5翅片的的換熱系數(shù)對(duì)比圖，由圖可以看出，分段數(shù)為4翅片的換熱系數(shù)最大。在不同的風(fēng)速下，分段數(shù)為4翅片的換熱系數(shù)相對(duì)于原始翅片提高了 3.42%-5.47%ο
[0025]圖10是原始翅片和分段數(shù)為2、3、4、5翅片的熱阻對(duì)比圖，由圖可以看出，不同的風(fēng)速下，隨著分段翅片數(shù)量的增多，熱阻逐漸減小。但是分段數(shù)為5翅片的熱阻相對(duì)于分段數(shù)為4翅片的熱阻變化不大。在不同的風(fēng)速下，分段數(shù)為4翅片的熱阻相對(duì)于原始翅片減小了 32.92%-33.22%。
[0026]圖11是原始翅片和分段數(shù)為2、3、4、5翅片的壓降對(duì)比圖，由圖可以看出，不同的風(fēng)速下，隨著分段翅片數(shù)量的增多，壓降整體上呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)。分段數(shù)為5翅片的壓降相對(duì)于分段數(shù)為4翅片增大了 6.96%-16.29%，分段數(shù)為4翅片的壓降相對(duì)于原始翅片增大了31.60%-40.85%。
[0027]將MATLAB模糊工具箱與Simulink相結(jié)合，選用換熱系數(shù)、熱阻、進(jìn)出口壓降作為輸入變量，將可靠性作為輸出變量，對(duì)5種散熱器進(jìn)行仿真，確定各自的可靠性。當(dāng)入口速度為3a?/s時(shí)，原始翅片和分段數(shù)為2、3、4、5翅片散熱器的可靠性分別為0.4、0.4、0.5、0.6、
0.5，分段數(shù)為4翅片散熱器的可靠性最高。
[0028]通過(guò)上述分析可知，分段數(shù)為4翅片的換熱系數(shù)和可靠性均最高，可作為本實(shí)施例的最佳翅片結(jié)構(gòu)。相對(duì)于現(xiàn)有的普通平板散熱器，優(yōu)化后的分段翅片散熱器能有效地增強(qiáng)傳熱能力，提高電子器件的可靠性，從而降低成本。
[0029]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種分段翅片散熱器，其特征在于:包括散熱基板和散熱翅片；所述散熱翅片包括橫向分成間隔距離的分段翅片；所述分段翅片包括縱向設(shè)置大于或等于兩行的分段散熱翅片。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分段翅片散熱器，其特征在于:所述分段散熱翅片均勻間隔豎直設(shè)置在散熱基板上；所述分段散熱翅片是橫向均勻分隔為2-5段的分段散熱翅片。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分段翅片散熱器，其特征在于:所述分段散熱翅片橫向分段為4段，相鄰分段散熱翅片的橫向分段間隔距離為3mm。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分段翅片散熱器，其特征在于:所述分段散熱翅片的截面是矩形；每個(gè)所述分段散熱翅片長(zhǎng)度為29mm，高度為40mm，厚度為4mm ;所述分段散熱翅片的縱向行間距為10mmo
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明適用于微電子技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種分段翅片散熱器包括散熱基板和散熱翅片；所述散熱翅片包括橫向分成間隔距離的分段翅片；所述分段翅片包括縱向設(shè)置大于或等于兩行的分段散熱翅片。本發(fā)明中當(dāng)空氣進(jìn)入分段翅片區(qū)域時(shí)，分段間隔中斷了空氣在平直基片上的熱邊界層的繼續(xù)形成，同時(shí)，在分段間隔處有冷空氣進(jìn)入，促進(jìn)了流體的混合，減少了漩渦死滯區(qū)，增強(qiáng)了空氣與分段翅片間的對(duì)流傳熱過(guò)程，提高了散熱器的散熱性能。并且，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、生產(chǎn)成本較低、實(shí)用性強(qiáng)。
【IPC分類(lèi)】H05K7/20
【公開(kāi)號(hào)】CN105392347
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510950878
【發(fā)明人】周俊杰, 繩冉冉, 李雪麗, 張東偉
【申請(qǐng)人】鄭州大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年3月9日
【申請(qǐng)日】2015年12月19日