專利名稱：一種電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于電子元器件冷卻的液體冷卻器，特別是一種采用多頭螺旋流道的微通道液體冷卻器；該冷卻器可廣泛用于對高功率芯片等電子元、器件的冷卻，以確保其工作性能的穩定并延長其使用壽命。
背景技術：
目前，用于電子設備的散熱器主要有傳統的翅片式散熱器、以及可以散去更高熱量的微流道液冷式散熱器。傳統的微流道散熱器一般采用單進、單出的流道結構；無論是最初的平行微通道結構、還是近年來的分形微通道結構的冷卻系統，基本組成大都包含微流道、微型泵、冷卻液散熱器、風扇、以及冷卻液管路系統等幾個部分。其基本原理為由微型泵提供動力源，促使冷卻液在系統內循環流動，將發熱元器件內的熱量帶出，再由散熱器將冷卻液中的熱量傳遞到外界。在公開號為CN101835367A、發明名稱為《一種風冷、液冷組合式散熱系統》中申請人所公開的液冷散熱系統即屬于這類單進、單出的微流道結構。此類結構的散熱器雖然可以散去更高熱量，但由于散熱器的溫度都會在沿冷卻液流動方向持續升高、即非對稱性升高，而非對稱性變化(升高)的溫度勢必會對被冷卻的電子元、器件產生非對稱的熱應力，這種熱應力會對電子元、器件產生不良的影響、使芯片變形甚至使其失效，特別是對于MEMS中的微型加速度傳感器類敏感器件而言尤其如此。
發明內容
本發明的目的是針對背景技術存在的缺陷，研究設計一種電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，在有效提高散熱系統散熱能力的基礎上，確保對被冷卻的電子元、器件進行對稱式均衡冷卻，以達到降低電子元、器件溫度梯度及熱應力對元器件的不良影響， 以充分滿足電子元器件在較低的溫度范圍內高效、穩定、安全地工作，并延長其使用壽命等目的。本發明的解決方案是在冷卻板上采用一中心對稱、由內向外的多頭螺旋流道陣列結構代替背景技術的單進、單出的微流道結構，以有效克服散熱器溫度沿冷卻液流動方向持續升高、導致被冷卻的電子元器件產生非對稱熱應力，對電子元、器件產生不良影響的弊病，吸熱(工作)后的冷卻液由下至上經風扇氣流風冷、翅片散熱后，回流至位于散熱器中心的冷卻液貯液腔，再經渦輪將降溫(散熱處理)后的冷卻液送入螺旋式流道冷卻板內、 對電子元器件進行連續的內循環冷卻，從而實現其發明目的。因而，本發明電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器包括設有冷卻液流道的冷卻板，帶翅片的蓋板，冷卻風扇，電動機，關鍵在于在冷卻板與帶翅片的蓋板之間還依次設有氣流冷卻腔體及螺旋槽冷卻液散熱板、在氣流冷卻腔體和冷卻液流道冷卻板的中部還設有冷卻液貯液腔及輸送冷卻液的渦輪，而設于冷卻板上的冷卻液流道為中心對稱、由內向外的多頭螺旋流道，且在該螺旋流道冷卻板中心還設有渦輪軸座；帶翅片的蓋板則為帶翅片及氣流孔的蓋板；螺旋流道冷卻板、氣流冷卻腔體、螺旋槽冷卻液散熱板、帶翅片及氣流孔的蓋板依次疊合并通過緊固螺栓固定成一體，(微型)電動機及其減速器通過支架固定于蓋板或蓋板的翅片上，渦輪通過渦輪軸坐于冷卻液流道冷卻板中心的渦輪軸座內、渦輪軸的上端則與電動機減速器的輸出端連接以獲取動力，風扇則固定于電動機的傳動軸上并隨傳動軸轉動。上述冷卻液流道冷卻板上的流道為中心對稱、由內向外的多頭螺旋流道，其螺旋流道為對數螺旋流道，流道數為4-12個。所述氣流冷卻腔體包括腔體底板、位于底板上且對稱設置的弧形臺及位于弧形臺內并軸向貫穿整個弧形臺和腔體底板的冷卻液導流槽、以及固定連接孔。所述螺旋槽冷卻液散熱板包括冷卻液進口、冷卻液流道、氣流孔以及位于散熱板外緣的環形密封邊、固定連接孔。所述電動機為兩相微型步進電機。所述兩相微型步進電機的步距角為1.8°、相電壓3.9V、相電流0.67A。本發明采用冷卻液由內向外對稱流動的多頭螺旋流道結構的冷卻板，有效克服傳統散熱器單進單出、溫度沿冷卻液流動方向持續升高、導致被冷卻的電子元器件產生非對稱熱應力，對電子元、器件產生不良影響等弊病；吸熱(工作)后的冷卻液依次流經氣流冷卻腔體及螺旋槽冷卻液散熱板、經風扇氣流冷卻和蓋板上的翅片散熱處理后，回流至冷卻液貯液腔，再經渦輪將其送入螺旋式流道冷卻板內，對電子元、器件進行連續的內循環冷卻，同時采用步進電機通過主機軟件根據溫度的高低自動調節其轉速、以控制其散熱(冷卻)量。因而本發明具有冷卻器結構緊湊，對電子元、器件的冷卻效果好、溫度調節范圍寬， 有效降低了熱應力對元器件的不良影響，可確保電子元、器件在復雜溫度環境和溫差變化較大的工作環境中高效、穩定、安全地工作，并可延長其使用壽命等特點。
圖1為本發明結構示意圖(剖視圖)；圖2為M局部放大圖(移出放大圖)；圖3為本發明實施方式螺旋式流道冷卻板1結構示意圖；圖4為本發明實施方式氣流冷卻腔體2結構示意圖；圖5為本發明實施方式螺旋槽冷卻液散熱板3結構示意圖；圖6為本發明實施方式帶翅片及進氣孔的蓋板4結構示意圖；圖7為本發明實施方式所得螺旋陣列液體冷卻器軸測圖。圖中1.(螺旋流道)冷卻板、1-1.螺旋流道、1-2.渦輪軸座、1-3.螺孔，2.氣流冷卻腔體、2-1.冷卻液導流槽、2-2.冷卻液貯液腔、2-3.固定連接孔、2-4.排液口、2-5.密封槽，3.(螺旋槽)冷卻液散熱板、3-1.冷卻液進口、3-2.冷卻液流道、3-3.氣流孔、3-4.固定連接孔，4.帶翅片及氣流孔的蓋板、4-1.翅片、4-2.進氣孔、4-3.冷卻液注入口、4-4.密封座、4-5.密封槽，5.(微型)電動機、5-1.傳動軸、5-2.減速器、5-3.(電動機)支架，6.風扇，7.密封圈，8.渦輪、8-1.渦輪軸，9.密封圈，10.緊固螺栓；實心箭頭方向A為冷卻液流向，空心箭頭方向B為(冷卻風)氣流流向。
具體實施例方式本實施方式以針對PC機最大功率100W的CPU散熱用冷卻器為例，其中(螺旋流道)冷卻板1直徑φ 65mm，其上開設螺旋流道9條、其螺旋流道1_1為對數螺旋流道，每條流道長58mm、深為3mm、進口寬度1mm、出口寬度3mm ；氣流冷卻腔體2直徑Φ 65mm、高12mm，其上對稱設四個帶冷卻液導流槽2-1及固定連接孔2-3的弧形臺，弧形臺長14mm、高8mm，冷卻液導流槽2-1軸向貫穿整個弧形臺及腔體底板、并分別與(下部的)螺旋式流道冷卻板 1及(上部)螺旋槽冷卻液散熱板3的冷卻液進口 3-1連通，導流槽長9mm、寬2mm ；冷卻液散熱板3直徑Φ65mm、厚4. 5mm，其上開設深3mm、寬Imm的螺旋槽9條，氣流孔3_3設于各螺旋槽之間的槽臺上、各氣流孔直徑均為Φ2. 5mm、孔深4. 5mm(即為通孔)；帶翅片及氣流孔的蓋板4板體厚1. 5mm，其上共設9片螺旋曲面形翅片，各翅片厚1mm、高度18mm，進氣孔 4-2直徑為Φ 2. 5mm (安裝時該進氣孔與冷卻液散熱板3上的氣流孔3_3對應重疊)、密封座 4-4直徑為Φ8πιπι，密封槽4-5采用軸截面為梯形的密封槽、直徑Φ5πιπι ；上述部件的材質為鋁合金；(螺旋流道)冷卻板1、氣流冷卻腔體2、冷卻液散熱板3及帶翅片及氣流孔的蓋板 4依次疊合并通過緊固螺栓10固定成一體。電動機5本實施方式采用型號為^BYGH102的兩相微型步進電動機，其步距角為1.8°、相電壓3.9V、相電流0.67A、通過電動機支架5-3 固定于翅片4-1的頂部，與該電動機配套的減速器5-2型號為GP16A2C-Z-1的微型同軸減速器，減速比為1 66;工作時電動機5可通過CAN總線及UIM25001轉換控制器，直接接收PC機RS232接口的ASCII指令并將其轉換成CAN協議指令來控制電機5的工作狀態。
本實施方式運行前由冷卻液注入口 4-3向冷卻器內注滿冷卻液(如水)，然后開啟電動機5并帶動風扇6及渦輪8同時轉動；冷卻系統在渦輪8的壓力下冷卻液貯液腔2-2 內的冷卻液經螺旋式流道1-1由內向外沿實心箭頭A方向流動、同時將電子元、器件的工作熱帶走，工作后的冷卻液沿氣流冷卻腔體2的冷卻液導流槽2-1進入(螺旋槽)冷卻液散熱板3、并沿冷卻液流道3-2經氣流冷卻腔體2及氣流孔3-3中的冷空氣、以及.翅片4-1 散熱、冷卻后返回冷卻液貯液腔2-2進入下一工作循環；與此同時、散熱系統中的風扇6將冷空氣經翅片4-1及翅片進氣孔4-2、氣流孔3-3、氣流冷卻腔體2對工作后的冷卻液進散熱、冷卻處理。本實施方式最大散熱功率可達到77W。
權利要求
1.一種電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，包括設有冷卻液流道的冷卻板， 帶翅片的蓋板，冷卻風扇，電動機，其特征在于在冷卻板與帶翅片的蓋板之間還依次設有氣流冷卻腔體及螺旋槽冷卻液散熱板、在氣流冷卻腔體和冷卻液流道冷卻板的中部還設有冷卻液貯液腔及輸送冷卻液的渦輪，而設于冷卻板上的冷卻液流道為中心對稱、由內向外的多頭螺旋流道，且在該螺旋流道冷卻板中心還設有渦輪軸座；帶翅片的蓋板則為帶翅片及氣流孔的蓋板；螺旋流道冷卻板、氣流冷卻腔體、螺旋槽冷卻液散熱板、帶翅片及氣流孔的蓋板依次疊合并通過緊固螺栓固定成一體，電動機及其減速器通過支架固定于蓋板或蓋板的翅片上，渦輪通過渦輪軸坐于冷卻液流道冷卻板中心的渦輪軸座內、渦輪軸的上端則與電動機減速器的輸出端連接以獲取動力，風扇則固定于電動機的傳動軸上并隨傳動軸轉動。
2.按權利要求1所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述冷卻液流道冷卻板上的流道為中心對稱、由內向外的多頭螺旋流道，其螺旋流道為對數螺旋流道，流道數為4-12個。
3.按權利要求1所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述氣流冷卻腔體包括腔體底板、位于底板上且對稱設置的弧形臺及位于弧形臺內并軸向貫穿整個弧形臺和腔體底板的冷卻液導流槽、以及固定連接孔。
4.按權利要求1所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述螺旋槽冷卻液散熱板包括冷卻液進口、冷卻液流道、氣流孔以及位于散熱板外緣的環形密封邊、固定連接孔。
5.按權利要求1所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述電動機為兩相微型步進電機。
6.按權利要求5所述電子元器件散熱用多頭螺旋流道液體冷卻器，其特征在于所述兩相微型步進電機的步距角為1. 8°、相電壓3. 9V、相電流0. 67A。
全文摘要
該發明屬于電子元器件冷卻的液體冷卻器，包括帶多頭螺旋流道的冷卻板，帶翅片及氣流孔的蓋板，氣流冷卻腔體，螺旋槽冷卻液散熱板冷，冷卻液貯液腔及渦輪，風扇，電動機。該發明采用冷卻液由內向外對稱流動的多頭螺旋流道結構的冷卻板，有效克服傳統散熱器溫度沿冷卻液流動方向持續升高、被冷卻的電子元器件產生非對稱熱應力等弊病；工作(吸熱)后的冷卻液經風扇氣流冷卻和翅片散熱處理后，再送入螺旋式流道冷卻板對電子元器件進行連續的內循環冷卻。因而具有冷卻器結構緊湊，對電子元器件的冷卻效果好、溫度調節范圍寬，有效降低了熱應力對元器件的不良影響，可確保電子元、器件在工作環境中高效、穩定、安全地工作，并可延長其使用壽命等特點。
文檔編號H01L23/473GK102394230SQ20111035775
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月11日 優先權日2011年11月11日
發明者徐尚龍, 房曠, 秦杰 申請人:電子科技大學