一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種散熱器，特別是涉及一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，該散 熱器能有效降低電子元器件表面溫度。
【背景技術】
[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~IO5 iT/w2量級，并有繼續增加的趨勢， 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，目前已經成為流體力 學和傳熱學領域的重要研究方向之一。常規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。這些目前已經不能夠滿足電子元器件穩定工作的需要，特別是隨著元器件或電子裝備 內部散熱空間的減小，已無法采用常規尺寸的散熱方式，必須改變散熱器結構來提高電子 元器件的散熱能力。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的，是提供一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器。
[0004] 本發明是基于生物科學中的葉序排布理論進行的。生物學的葉序理論表明，植物 的葉子、花瓣和果實的籽粒的幾何排布滿足黃金分割規律，在幾何空間上實現區域的最大 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 創成了相應的螺旋溝槽。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，依據該理論設計 出端面微型散熱器的散熱柱排布結構能夠提高微散熱器的散熱效率。
[0005] 采用的技術方案是： 一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，由散熱底板、主散熱柱和多個次散熱柱組成， 其特征在于：主散熱柱垂直固定在散熱底板上，多個次散熱柱的下端分別與主散熱柱的外 圓表面固定連接，多個次散熱柱在主散熱柱外圓表面的排布滿足生物科學中的葉序理論的 Van Iterson模型，其模型為.；
；即在柱 標系下，λ是次散熱柱的排布序數，逆:為第#次散熱柱在柱坐標系的極坐標面上的極坐 標半徑，且·是一個常數值，也是主散熱柱的半徑；為第#次散熱柱在極坐標面上的極 坐標角度4為第#次散熱柱與第講1個次散熱柱之間在極坐標面上的極坐標夾角，且 病簾酔80 ;為為第於次散熱柱在柱坐標系中ζ軸方向的位置坐標；c是ζ軸方向上的 分布常數，單位為mm。
[0006] 上述CiiEZ方向的分布常數為0.1 mm~0. 5mm，且多個次散熱柱的截面面積之和與 主散熱柱的外表面的面積比率為35-65%。
[0007] 次散熱柱圓柱中心線是主散熱柱外圓表面的法線方向，次散熱柱的直徑d為 Φ〇· 5mm ~Φ3ι?πι，長度 L 為 3d ~6d〇
[0008] 主散熱柱的半徑R為R3_R10mm，高度S為10~30mm。
[0009] 上述主散熱柱垂直固定在散熱底板上時，散熱底板的中心點與主散熱柱的中心線 重合。
[0010] 上述散熱底板為矩形或正方形，散熱底板厚度H為l_3mm。
[0011] 本發明的微型散熱器，主要應用于微型電子元器件、半導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， 對電子元器件的發展有著重要的意義。
[0012] 對Van Iterson模型的說明： Van Iterson模型是描述冷杉果和菠蘿等具有圓柱狀母體表面的籽粒排布的一個數學 模型，即
；其中，是在柱坐標系下籽 粒在果實母體表面的排布序數，為第#籽粒在柱坐標系下極坐標面上的極坐標半徑， 且·是一個常數值，也是果實母體的半徑；f為第#籽粒在極坐標面上的極坐標角度；通 為第#籽粒與第講1個籽粒之間在極坐標面上的極坐標夾角，且，為黃金分 割角為第#籽粒在柱坐標系中z軸方向的位置坐標；c是z軸方向上的分布常數，通 常以mm為單位。
[0013] 這種排布結構是自然界生物為適應環境進化選擇的結果，它使籽粒在幾何空間上 實現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。
[0014] 在設計柱狀葉序排布結構的微型散熱器時，如果把每個次散熱柱看成一個籽粒， 那么次散熱柱在微散熱器的主散熱柱外圓表面的排布就可以按照Van Iterson模型的描述 進行排布，次散熱柱的排布模型也為，：典=OOfSi::，虞::#:_，_〃:'= 〇二& . ^ ;即在柱標系下，λ是次散熱柱的排布序數，_為第#次散熱柱在柱坐標系的極坐標面上 的極坐標半徑，且i?是一個常數值，它也是主散熱柱的半徑；：泰為第#次散熱柱在極坐標 面上的極坐標角度；凌為第#次散熱柱與第講1個次散熱柱之間在極坐標面上的極坐標 夾角，且6 = 137.508°，也為滿足黃金分割角；Λ為第#次散熱柱在柱坐標系中z軸方向的 位置坐標；c是次散熱柱在ζ軸方向上的分布常數，單位為_。這樣柱狀葉序排布結構的微 型散熱器的次散熱柱在主散熱柱的外圓表面的幾何位置上實現了黃金分割律排布，達到最 大填充和位置互補，并形成了次散熱柱間的順時針和逆時針葉列線螺旋溝空氣通道，在風 扇的作用下，能提高散熱器的散熱效率。
[0015] 本發明的制備方法： 1)根據被散熱對象要求利用CAD軟件設計出圖3中的底板14，14的厚度選取在 Imm~3_，并確定其中心位置。14的長寬尺寸由被散熱對象尺寸決定。
[0016] 2)以圖3中的底板14的中心為主散熱柱15的中心，然后設計主散熱柱，確定主 散熱柱的尺寸。主散熱柱的半徑R控制在R3mm~RlOmm范圍，高度S控制在10 mm~30mm。
[0017] 3)根據圖1和圖2中的松果和菠蘿籽粒的葉序結構排布規律和Van Iterson數學 模型，利用CAD軟件設計次散熱柱16在主散熱柱15外圓表面的排布位置，顯示在圖3中的 葉序排布圖案。
[0018] 4)設計葉序排布的次散熱柱14尺寸。如圖3所示次散熱柱為圓柱形，圓柱的直徑 4空制在Olmm~Φ3mm范圍內，次散熱柱的長度Z在3d~6d范圍內選取。
[0019] 5)通過改變Van Iterson數學模型中的分布常數c，得到不用分布常數c下的次 散熱柱排布形式。通過控制c值的大小從而將次散熱柱16總的截面面積相對主散熱柱15 外圓表面面積的比率控制在35%~65%范圍內。通過圖4、圖5、圖6、圖7、圖8中不同分布 常數c下次散熱柱的分布情況可知，分布常數c影響次散熱柱排布的疏密程度，c值越大次 散熱柱排布越稀疏。c的取值范圍為0.1 mm~0. 5mm。
【附圖說明】
[0020] 圖1是冷杉果和菠蘿的籽粒葉序結構排布圖。
[0021] 圖1中的1是籽粒，2是逆時針籽粒葉列線螺旋，3是順時針籽粒葉列線螺旋，4是 果實母體。
[0022] 圖2是菠蘿和松果圓柱母體上籽粒的葉序結構排布Van Iterson數學模型圖。
[0023] 圖2中的5是種子籽粒點，6是母體，7是逆時針籽粒點葉列線螺旋，8是順時針籽 粒點葉列線螺旋，9是第η個軒粒點，10是第n+1個軒粒點，11是第n+2個軒粒點，12是順 時針籽粒點間的葉列線螺旋溝，13是逆時針籽粒點間的葉列線螺旋溝。
[0024] 圖3是本發明的微型散熱器的結構示意圖。
[0025] 圖3中的14是微型散熱器的散熱底板，15是主散熱柱，16是次散熱柱。
[0026] 圖4是第一種分布常數c對次散熱柱在主散熱柱外圓表面的排布狀態的影響圖。
[0027] 圖5是第二種分布常數c對次散熱柱在主散熱柱外圓表面的排布狀態的影響圖。
[0028] 圖6是第三種分布常數c對次散熱柱在主散熱柱外圓表面的排布狀態的影響圖。
[0029] 圖7是第四種分布常數c對次散熱柱在主散熱柱外圓表面的排布狀態的影響圖。
[0030] 圖8是第五種分布常數c對次散熱柱在主散熱柱外圓表面的排布狀態的影響圖。
【具體實施方式】
[0031] 一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，是由散熱底板14、主散熱柱15和多個次散 熱柱16構成，其特征在于： 主散熱柱15垂直固定在正方形，高為3mm的散熱底板14上，主散熱柱15的軸線與散 熱底板14的中心點重合。多個次散熱柱16的下端分別與主散熱柱15的外圓表面17固 定連接，且多個次散熱柱16在主散熱柱15外圓表面按Van Iterson模型布設，其模型為
>即在柱標系下，λ是次散熱柱的排布 序數，為第#次散熱柱在柱坐標系的極坐標面上的極坐標半徑，且·是一個常數值，也 是主散熱柱的半徑；，為第#次散熱柱在極坐標面上的極坐標角度；為第#次散熱柱 與第講1個次散熱柱之間在極坐標面上的極坐標夾角，且6 = 137.50815 ; A為第#次散熱 柱在柱坐標系中z軸方向的位置坐標；c是z軸方向上的分布常數，單位為_。
[0032] 上述c在Z方向分布常數為0. 225mm，且多個次散熱柱的截面面積之和與主散熱柱 的外表面的面積比率為50%。主散熱柱15的半徑為10mm，高S為30mm。次散熱柱16的直 徑Φ 3mm，長度L為9_。
【主權項】
1. 一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，由散熱底板、主散熱柱和多個次散熱柱組成， 其特征在于：主散熱柱垂直固定在散熱底板上，多個次散熱柱的下端分別與主散熱柱的外 圓表面固定連接，多個次散熱柱在主散熱柱外圓表面的排布滿足生物科學中的葉序理論的 VanIterson模型，其模型為# = ，穩參舍，_雙:=%1，'為： 標系下，是次散熱柱的排布序數，貨為第#次散熱柱在柱坐標系的極坐標面上的極坐 標半徑，且i?是一個常數值，也是主散熱柱的半徑；史為第#次散熱柱在極坐標面上的極 坐標角度；漢為第#次散熱柱與第講1個次散熱柱之間在極坐標面上的極坐標夾角，且 沒=137.508° ; 為第個次散熱柱在柱坐標系中z軸方向的位置坐標；c是z軸方向上的 分布常數，單位為mm。2. 根據權利要求1所述的一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，其特征在于所述的c 在Z方向的分布常數為0. 1mm~0. 5mm，且多個次散熱柱的截面面積之和與主散熱柱的外表 面的面積比率為35~65%。3. 根據權利要求1所述的一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，其特征在于所述的 次散熱柱圓柱中心線是主散熱柱外圓表面的法線方向，次散熱柱的直徑d為〇0. 5mm~ 〇 3mm，長度L為3d~6d〇4. 根據權利要求1所述的一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，其特征在于所述的主 散熱柱的半徑R為R3~RIOmm，高度S為10~30mm。5. 根據權利要求1所述的一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，其特征在于所述的主 散熱柱垂直固定在散熱底板上時，散熱底板的中心點與主散熱柱的中心線重合。6. 根據權利要求1所述的一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，其特征在于所述的散 熱底板為矩形或正方形，散熱底板厚度H為1mm~3mm。
【專利摘要】一種柱狀葉序排布結構的微型散熱器，由散熱底板、主散熱柱和多個次散熱柱組成，其特征在于：主散熱柱垂直固定在散熱底板上，多個次散熱柱的下端分別與主散熱柱的外圓表面固定連接，多個次散熱柱在主散熱柱外圓表面的排布滿足生物科學中的葉序理論的Van？Iterson模型，本發明能夠增加散熱器的散熱面積，提高散熱效率。
【IPC分類】H01L23/367, H05K7/20
【公開號】CN105097731
【申請號】CN201510471775
【發明人】呂玉山, 王軍, 舒啟林, 胡玉珩
【申請人】沈陽理工大學
【公開日】2015年11月25日
【申請日】2015年8月5日