專利名稱：流體橫掠針肋陣列式微型換熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微電子技術領域，涉及一種冷卻裝置。
背景技術：
隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展，各種電子產品無不朝著體積小、重量輕、高熱流通量的方向發(fā)展。因此，對新一代的電子設備而言，傳統(tǒng)的冷卻器的設計極限與制作技術已無法合乎要求。微冷卻器的發(fā)展源于解決高速集成電路的散熱問題，目前已向各種有重量限制與體積限制的高熱流通量領域發(fā)展，如航天工業(yè)、電子元器件冷卻、大功率半導體激光器冷卻、化工流程傳熱等。其主要目的是為了要降低電子設備因過熱而發(fā)生故障損壞的機率，并同時提高電子設備的性能及可靠性。
目前國內外正在積極著手研究和已經應用的微冷卻器包括微熱交換器、微冷凍機、微通道熱沉、微熱管均熱片及整合式微冷卻器等。其中微通道熱沉因其加工制作技術比較成熟，得到了人們較多的關注。但是微通道熱沉存在兩個設計上的局限。其一，是由于小尺寸所產生的較大流動阻力；其二，由于冷卻介質在入口、出口間溫度變化較大，因而導致換熱表面溫度分布不均。隨著微加工技術的迅速發(fā)展，一些基于不同傳熱機理、性能優(yōu)越的微型換熱器將不斷涌現。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種微型換熱器，其傳熱機理是流體橫掠針肋陣列的對流換熱。
一種流體橫掠針肋陣列式微型換熱器，其特征在于，如圖1所示，包括有依次重疊封裝在一起的過流片1，出流導流片2，入流導流片3，傳熱片4；過流片1上開有與外部管路連接的流體入口5和流體出口6；出流導流片2上設有出流通道7，在與過流片1上的流體入口5和流體出口6相對應的位置分別開有流體入口8和流體出口9；入流導流片3上在與過流片1上的流體入口5相對應的位置也設有流體入口10，其上還設有導流橋11、入流縫12和出流縫13，微型換熱器封裝后導流橋11可將出流通道7和流體出口9連通；傳熱片4上用蝕刻方法加工入流通道14和針肋陣列15。
本發(fā)明提出的針肋陣列15的組數根據被冷卻器件對溫度分布的要求設計，增加組數可以提高換熱面溫度分布的均勻性，但是需要相應增加入流縫12和出流縫13的數量。為更清楚地描述傳熱片4的結構，圖1(e)、圖1(f)和圖1(g)分別給出了傳熱片4的主視圖、傳熱片A-A剖面圖和傳熱片B-B剖面圖。
如圖2所示，將換熱器各片組合封裝后形成流體橫掠針肋陣列式微型換熱器16。在換熱器內部可形成封閉的流體循環(huán)，流體流經順序為流體入口5、流體入口8、流體入口10、入流通道14、入流縫12、針肋陣列15、出流縫13、出流通道7、導流橋11、流體出口9和流體出口6。冷卻流體經入流縫12進入后，將分為兩路沿著與傳熱面平行的方向流動，橫向掠過針肋陣列15，從傳熱面和針肋表面吸收熱量，最后經出流縫13流出換熱面。
本發(fā)明提出的微型換熱器基于流體橫掠針肋陣列對流換熱理論。針肋形狀(圓形、方形、三角形等)，針肋尺寸(高度、當量直徑等)，陣列中針肋的排列方式(順排、叉排等)，陣列中針肋的疏密程度，傳熱面上針肋陣列的組數等均可根據實際情況優(yōu)化設計。針肋陣列一方面有效地拓展了傳熱面，提高了傳熱效率；另一方面采用優(yōu)化合理的針肋陣列分組布置方式，可以極大地提高被冷卻表面溫度分布的均勻性。因此，流體橫掠針肋陣列式微型換熱器是減小發(fā)熱器件傳熱表面最高溫度、降低溫度變化的有效方法之一。
換熱工質可分別選用空氣、水、制冷劑等。根據所用工質以及器件最佳工作溫度范圍，在傳熱表面上將形成流體橫掠針肋陣列的單相流體對流換熱、流體橫掠針肋陣列的相變換熱來實現冷卻技術要求。
微型換熱器片可選用無氧銅、硅等材料，總體幾何形狀尺寸可根據被冷卻器件尺寸及總體封裝要求確定。適用于條形、圓形、方形等發(fā)熱表面的冷卻。


圖1本發(fā)明的具有順排圓形針肋陣列的結構示意圖；圖中1、過流片，2、出流導流片2，3、入流導流片2，4、傳熱片，5、流體入口，6、流體出口，7、出流通道，8、流體入口，9、流體出口，10、流體入口，11、導流橋，12、入流縫，13、出流縫，14、入流通道；15、針肋陣列(順排圓形)。
圖1(e)本發(fā)明具有順排圓形針肋陣列的傳熱片主視圖；圖1(f)本發(fā)明具有順排圓形針肋陣列的傳熱片A-A剖面圖；圖1(g)本發(fā)明具有順排圓形針肋陣列的傳熱片B-B剖面圖；圖2具有圖1所示結構的本發(fā)明示意圖；圖中16、微型換熱器；圖3本發(fā)明冷卻半導體激光條的示意圖；圖中17、半導體激光條；圖4本發(fā)明的具有叉排圓形針肋陣列的結構示意圖；圖中15、針肋陣列(叉排圓形)；圖5本發(fā)明的具有順排方形針肋陣列的結構示意圖；圖中15、針肋陣列(順排方形)；圖6本發(fā)明的具有叉排方形針肋陣列的結構示意圖；圖中15、針肋陣列(叉排方形)；圖7本發(fā)明冷卻大功率半導體激光器陣列的示意圖；圖中18、電源正極，19、絕緣層，20、光線，21、入口管，22、出口管，23、密封圈；圖8傳熱片上具有流體入口、出口的換熱器結構示意圖。
圖中24、流體入口，25、流體出口。
具體實施例方式
實施例1如圖3所示，用流體橫掠針肋陣列式微型換熱器冷卻半導體激光條17，一種典型半導體激光條17的長度、寬度、厚度的尺寸為10000×1000×115微米3，其中有數個均勻排列的激光發(fā)射器，流體橫掠針肋陣列式微型換熱器16由圖1所示的過流片1，出流導流片2，入流導流片3，傳熱片4依次焊接而成，每片均為長方形，寬度與半導體激光條17的長度相同，半導體激光條17固定在傳熱片4上，順排圓形針肋陣列15由三組共72個直徑為300微米的圓形針肋組成，針肋的高度為傳熱片4厚度的一半，為300微米，針肋順排布置。入流縫12有三條和出流縫13有四條。過流片1、出流導流片2、入流導流片3的厚度均為300微米，傳熱片4的厚度為600微米。在流體橫掠針肋陣列式微型換熱器內部可形成封閉的流體循環(huán)，流體流經順序為流體入口5、流體入口8、流體入口10、入流通道14、入流縫12、順排圓形針肋陣列15、出流縫13、出流通道7、導流橋11、流體出口9和流體出口6。冷卻流體經入流縫12進入后，將分為兩路沿著與傳熱面平行的方向流動，橫向掠過順排圓形針肋陣列15，從傳熱面和針肋表面吸收熱量，最后經出流縫13流出換熱面，將激光發(fā)射器產生并傳到傳熱片4上的熱量帶走，實現了高熱流通量傳熱。
實施例2如圖4所示，在傳熱片4上的針肋陣列15采用叉排布置，整個針肋陣列18由三組共66個直徑為300微米的圓形針肋組成，針肋的高度為傳熱片4厚度的一半，為300微米。過流片1、出流導流片2、入流導流片3的厚度均為300微米，傳熱片4的厚度為600微米。在流體橫掠針肋陣列式微型換熱器內部可形成封閉的流體循環(huán)，流體流經順序為流體入口5、流體入口8、流體入口10、入流通道14、入流縫12、叉排圓形針肋陣列15、出流縫13、出流通道7、導流橋11、流體出口9和流體出口6。冷卻流體經入流縫12進入后，將分為兩路沿著與傳熱面平行的方向流動，橫向掠過叉排圓形針肋陣列15，從傳熱面和針肋表面吸收熱量，最后經出流縫13流出換熱面，將激光發(fā)射器產生并傳到傳熱片4上的熱量帶走，實現了高熱流通量傳熱。
實施例3如圖5所示，在傳熱片4上的針肋陣列15采用順排布置，整個針肋陣列15由三組共72個截面為正方形(300×300微米2)的針肋組成，針肋的高度為傳熱片4厚度的一半，為300微米。過流片1、出流導流片2、入流導流片3的厚度均為300微米，傳熱片4的厚度為600微米。在流體橫掠針肋陣列式微型換熱器內部可形成封閉的流體循環(huán)，流體流經順序為流體入口5、流體入口8、流體入口10、入流通道14、入流縫12、順排方形針肋陣列15、出流縫13、出流通道7、導流橋11、流體出口9和流體出口6。冷卻流體經入流縫12進入后，將分為兩路沿著與傳熱面平行的方向流動，橫向掠過順排方形針肋陣列15，從傳熱面和針肋表面吸收熱量，最后經出流縫13流出換熱面，將激光發(fā)射器產生并傳到傳熱片4上的熱量帶走，實現了高熱流通量傳熱。
實施例4如圖6所示，在傳熱片4上的針肋陣列15采用叉排布置，整個針肋陣列15由三組共66個截面為正方形(300×300微米2)的針肋組成，針肋的高度為傳熱片4厚度的一半，為300微米。過流片1、出流導流片2、入流導流片3的厚度均為300微米，傳熱片4的厚度為600微米。在流體橫掠針肋陣列式微型換熱器內部可形成封閉的流體循環(huán)，流體流經順序為流體入口5、流體入口8、流體入口10、入流通道14、入流縫12、叉排方形針肋陣列15、出流縫13、出流通道7、導流橋11、流體出口9和流體出口6。冷卻流體經入流縫12進入后，將分為兩路沿著與傳熱面平行的方向流動，橫向掠過叉排方形針肋陣列15，從傳熱面和針肋表面吸收熱量，最后經出流縫13流出換熱面，將激光發(fā)射器產生并傳到傳熱片4上的熱量帶走，實現了高熱流通量傳熱。
實施例5如圖7所示，采用本發(fā)明冷卻大功率半導體激光器陣列，該陣列由M個發(fā)光單元組成，在本實施例中M＝4，每個發(fā)光單元間涂有絕緣層19；每個發(fā)光單元包括電源正極18、微型換熱器16、及置于它們之間的半導體激光條17和絕緣層19，微型換熱器16同時作為電源負極，半導體激光條17在電場的作用下發(fā)出光線20。流體經入口管21分別進入每個微型換熱器16，經出口管22流出；入口管21、出口管22與微型換熱器16之間有橡膠密封圈23密封。
在本實施例中，最上方的微型換熱器16與圖1所示結構相同，即傳熱片4上無流體入口和流體出口，下方的微型換熱器16的傳熱片4上在與過流片1上的流體入口5和流體出口6相對應的位置分別加工有流體入口24和流體出口25，如圖8所示，這樣，冷卻流體可以經過同一根入口管分別進入每個微型換熱器，并經同一出口管流出，實現了對大功率半導體激光器疊陣的冷卻。
權利要求
1.一種流體橫掠針肋陣列式微型換熱器，其特征在于包括有依次重疊封裝在一起的過流片(1)，出流導流片(2)，入流導流片(3)，傳熱片(4)；過流片(1)上開有與外部管路連接的流體入口(5)和流體出口(6)；出流導流片(2)上設有出流通道(7)，在與過流片(1)上的流體入口(5)和流體出口(6)相對應的位置分別開有流體入口(8)和流體出口(9)，入流導流片(3)上在與過流片(1)上的流體入口(5)相對應的位置也設有流體入口(10)，其上還設有導流橋(11)、間隔布置的入流縫(12)和出流縫(13)，傳熱片(4)上設有入流通道(14)和針肋陣列(15)；其中，過流片(1)，出流導流片(2)，入流導流片(3)，傳熱片(4)上各自的流體通道之間互不連通；傳熱片(4)上的針肋陣列(15)設置在傳熱片(4)上的凹槽內；入流導流片(3)上的入流縫(12)和出流縫(13)設置在與傳熱片(4)上針肋陣列(15)相對應的位置，入流通道(14)與入流縫(12)導通，出流縫(13)與出流通道(7)導通，入流導流片(3)上的導流橋(11)將出流導流片(2)上的出流通道(7)和流體出口(9)導通。
2.根據權利要求1所述的一種流體橫掠針肋陣列式微型換熱器，其特征在于所述的針肋陣列(15)中針肋的截面形狀為圓形、方形或三角形，陣列中針肋的排列方式采用順排或叉排。
3.根據權利要求1或2所述的一種流體橫掠針肋陣列式微型換熱器，其特征在于所述的針肋陣列(15)的組數大于等于1，針肋高度小于傳熱片(4)的厚度。
全文摘要
流體橫掠針肋陣列式微型換熱器，屬于微電子技術領域，涉及一種冷卻裝置。本裝置包括有依次重疊封裝在一起的過流片(1)，出流導流片(2)，入流導流片(3)，傳熱片(4)；過流片上開有與外部管路連接的流體入口(5)和流體出口(6)；出流導流片上設有出流通道(7)，流體入口(8)和流體出口(9)，入流導流片(3)上在與過流片上的流體入口(5)相對應的位置也設有流體入口(10)，其上還設有導流橋(11)、入流縫(12)和出流縫(13)，傳熱片上設有入流通道(14)和針肋陣列(15)。本發(fā)明的微型換熱器基于流體橫掠針肋陣列對流換熱理論，是強化發(fā)熱器件表面散熱、提高被冷卻表面溫度分布的均勻性的有效裝置。
文檔編號G12B15/06GK1805678SQ20061000205
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月24日 優(yōu)先權日2006年1月24日
發(fā)明者夏國棟 申請人:北京工業(yè)大學