一种散射敛回冷却系统的制作方法

1.本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种散射敛回冷却系统。


背景技术：

2.随着微电子技术的快速发展，计算机性能的不断提高，元器件的尺寸愈来愈小，计算机结构密度和发热量也越来越大。高温会危及半导体的结点、损伤电路的连接界面、增加阻值和形成机械应力损坏。而且计算机除了必须的电子器件空间外，其余大部分体积均由散热系统占据。因此，对散热系统提出了更高的要求。当前，常用的冷却技术主要是风冷、热管和水冷等。风冷主要是使用风扇和散热翅片。通过散热翅片和发热部件表面接触，吸收热量，再通过风扇那产生的流动空气将热量带走。热管主要靠内部工作液体在蒸发端蒸发吸热，在冷凝端冷凝放热的汽、液相变传热；液冷主要是依靠冷却液在热源处吸热，再通过泵驱动，使冷却液在散热端散热后由泵抽回热源处不断循环转移热量。
3.传统风冷虽然结构简单，性价比高，但一味的提高风扇转速并不能解决高热流密度热源的散热问题。而且高转速会带来噪声显著增大的问题。在处理服务器或数据中心等高发热量的问题时，已经很难在有作为。
4.传统液虽然冷效率高，但通常结构复杂，占用体积空间大，对于有小型化或便携性要求的设备很难应用。而且需要泵、散热器、储液罐和风扇等，重量、体积和成本显著增加，泵的可靠性存在隐患。
5.热管和均温板容易出现蒸发端烧干失效的问题。
6.射流冷却技术不够成熟，有待解决的问题很多，尤其是寿命和可靠性方面，如喷嘴很容易堵塞失效。


技术实现要素：

7.(一)要解决的技术问题
8.本发明要解决的技术问题是：如何设计一种结构简单紧凑、可靠性高，通用性强，能够实现快速高效散热的系统。
9.(二)技术方案
10.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种散射敛回冷却系统，包括离心散热圆盘8、向心散热圆盘7，二者之间形成分流通道3；
11.所述离心散热圆盘8和向心散热圆盘7是两个边缘有孔道互通的薄片空腔圆盘，离心散热圆盘8内部有离心叶片11以及与外界连通的进液口1，向心散热圆盘7内部有向心叶片13和与外界连通的出液口5；离心散热圆盘8外部设有周向的散热翅片9，向心散热圆盘7外部设有周向的散热翅片6，离心散热圆盘8和向心散热圆盘7之间的分流通道3在旋转过程中能够产生紊流将外界热沉与两圆盘之间的热沉混合，并不断流入和流出；分流通道3能够将冷却液分成多股单独的液流，每一股液流都有单独的流道。
12.优选地，离心散热圆盘8边缘周向还设有离心散热圆盘分流孔10。
13.优选地，向心散热圆盘7边缘周向还设有向心散热圆盘分流孔12。
14.优选地，离心散热圆盘分流孔10与向心散热圆盘分流孔12一对一正对，中间通过分流通道3连接。
15.优选地，分流通道3能够将冷却液分成12股单独的液流。
16.优选地，离心散热圆盘分流孔10与向心散热圆盘分流孔12分别有12个，平均分布在半径相同的圆周上。
17.本发明还提供了一种所述系统的工作方法。
18.优选地，包括以下步骤：
19.(1)离心散热圆盘8旋转产生离心力，该离心力形成负压，将在热源处吸收了热量后的工质即冷却液吸入；
20.(2)工质进入离心冷却圆盘8后，被离心叶片11立即从中心一点向360
°
的方向分散，流向圆周边缘；分散流动过程中，离心散热圆盘8两侧的散热翅片增加散热面积的同时，与离心散热圆盘8同步旋转，与周围热沉产生一定的相对速度，增大对流传热，热量被带走；
21.(3)被离心散热圆盘8的离心力压入边缘的工质，沿着离心散热圆盘8和向心散热圆盘7之间的分流通道3转移进向心散热圆盘7；
22.(4)由离心散热圆盘8转移进入向心散热圆盘7的工质，被向心散热圆盘7内的向心叶片13卷向圆心，进一步为整个回路提供驱动力；同时，在工质流向圆心的过程中，向心散热圆盘7两侧的散热翅片与向心散热圆盘7同步旋转，对工质再次冷却，工质温度进一步降低；
23.(5)受到离心散热圆盘8离心力和向心散热圆盘7向心力的双重作用，冷却后的工质在出液口5处被压出，流回热源处吸热后，再次被进液口1处的负压吸回，进入下一周期的冷却循环。
24.本发明还提供了一种所述系统在微电子技术中的应用。
25.本发明还提供了一种所述方法在微电子技术中的应用。
26.(三)有益效果
27.本发明通过一个旋转圆盘，实现散热面与热沉之间的高速运动，代替风扇驱动空气快速流过散热表面。将传统风冷的热沉流过散热表面的形式，改成散热表面快速掠过热沉。而且将风扇和散热器融合为一体来实现功能。在旋转的同时，充分利用旋转的离心力为系统提供驱动力，取缔了传统由专门的泵来驱动。通过反向设计叶片，使得在同一旋转运动过程中，实现冷却液的离心和向心运动。离心过程使冷却液以中心一点向360
°
的方向快速分散，大幅增加散热面积，利于热量的快速导出。向心过程将工质从周向敛回，提供驱动力，增加散热面积，散出更多热量，工质进一步冷却。传统散热翅片是静止的，本发明将散热器和翅片高速旋转，免去了传统静止的散热鳍片需要风扇专门提供高速热沉流经表面。
附图说明
28.图1为本发明的系统结构示意图，其中图1a为系统整体结构图，图1b左为离心散热圆盘示意图，右为向心散热圆盘示意图；
29.图2为本发明的系统工作流程图。
30.其中，1进液口，2散热翅片，3分流通道，4散热翅片，5出液口，6散热翅片，7向心散
热圆盘，8离心散热圆盘，9散热翅片，10离心散热圆盘分流孔，11离心叶片，12向心散热圆盘分流孔，13向心叶片。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
32.本发明提出一种能够实现快速高效散热的系统，是一种单体紧凑结构，同时具备风扇、泵和散热翅片的功能。提供了一种集成式散热系统，与风冷相比，通过一个单体结构的旋转，代替了传统的单独风扇和散热翅片。而且由于使用了冷却液，散热效率大大高于风冷；与传统液冷相比，只需要一个薄片旋转圆盘代替传统液冷所需辅助部分。与热管相比不会出现蒸干现象。将冷却介质以中心一点向360度方向放射状散开，快速将热量分散，并快速与热沉之间产生相对运动，提供更好的对流条件，而且可对冷却介质提供流动的驱动力。本发明结构简单紧凑、可靠性高，通用性强。
33.参考图1a至图1h，本发明提供的一种散射敛回冷却系统主要由离心散热圆盘8、向心散热圆盘7和分流通道3组成。
34.离心散热圆盘8和向心散热圆盘7是两个边缘有孔道互通的薄片空腔圆盘，离心散热圆盘8内部有离心叶片11以及与外界连通的进液口1(工质入口)，向心散热圆盘7内部有向心叶片13和与外界连通的出液口5(工质出口)；离心散热圆盘8外部设有周向的散热翅片2、9，向心散热圆盘7外部设有周向的散热翅片4、6，离心散热圆盘8和向心散热圆盘7之间的分流通道3在旋转过程中会产生紊流将外界热沉与两圆盘之间的热沉混合，并不断流入和流出；分流通道3将冷却液分成12股单独的液流，每一股液流都有单独的流道，大幅增大了散热表面，且更易形成紊流，有利于对流传热。圆盘外部的散热翅片2、4、6、9是周向的，与旋转方向一致，只产生与外界热沉之间高的相对运动速度，有利于对流散热，但不产生大的切削速度，可有效减小旋转产生的噪声。
35.图2a至图2e是本发明系统的工作主流程图。如图1所示，本发明提出的散射敛回冷却系统的工作方法包括下列步骤：
36.(1)离心散热圆盘8旋转产生离心力，该离心力形成了负压，将在热源处吸收了热量后的高温(冷却)工质吸入，为冷却系统内的冷却工质提供流动的驱动力；
37.(2)高温工质进入离心冷却圆盘8后，被离心叶片11立即从中心一点向360
°
的方向分散，流向圆周边缘；分散流动过程中，离心散热圆盘8两侧的散热翅片2、9大幅增加散热面积的同时，与离心散热圆盘8同步快速旋转，与周围热沉产生较高的相对速度，增大了对流传热，热量迅速被带走。
38.(3)被离心散热圆盘8的离心力压入边缘的工质，沿着离心散热圆盘8和向心散热圆盘7之间的分流通道3转移进向心散热圆盘7。
39.(4)由离心散热圆盘8转移进入向心散热圆盘7的工质，被向心散热圆盘7内的向心叶片13卷向圆心，进一步为整个回路提供驱动力。同时，在工质流向圆心的过程中，向心散热圆盘7两侧的散热翅片4、6与向心散热圆盘7同步旋转，提供更大的散热面积和更高的热对流速度，对工质再次冷却，工质温度进一步降低。
40.(5)受到离心散热圆盘8离心力和向心散热圆盘7向心力的双重作用，冷却后的工
质在出液口5处被压出，流回热源处吸热后，再次被进液口1处的负压吸回，进入下一周期的冷却循环。
41.本发明通过一个旋转圆盘，实现散热面与热沉之间的高速运动，代替风扇驱动空气快速流过散热表面。将传统风冷的热沉流过散热表面的形式，改成散热表面快速掠过热沉。而且将风扇和散热器融合为一体来实现功能。在旋转的同时，充分利用旋转的离心力为系统提供驱动力，取缔了传统由专门的泵来驱动。通过反向设计叶片，使得在同一旋转运动过程中，实现冷却液的离心和向心运动。离心过程使冷却液以中心一点向360
°
的方向快速分散，大幅增加散热面积，利于热量的快速导出。向心过程将工质从周向敛回，提供驱动力，增加散热面积，散出更多热量，工质进一步冷却。传统散热翅片是静止的，本发明将散热器和翅片高速旋转，免去了传统静止的散热鳍片需要风扇专门提供高速热沉流经表面。
42.本发明提出的技术方案与风扇相比，由于系统导热介质采用冷却液，效率要更高，适用于高热流密度热源的散热；没有传统的风扇扇叶的高速旋转，内部冷却液可起到减振作用，噪音更低；与传统液冷相比，本发明没有传统意义上的泵、散热器和风扇；将泵提供驱动力、散热器大的热交换速率和风扇提供与热沉更高的相对速度这些功能在一个小巧的旋转部件上同时实现；可单独充当泵或单独充当散热器(散热翅片)使用；适用于扁平化设计；在圆盘厚度方向上的尺寸可以相对很小，布置在单一尺寸方向较小的空间；可根据散热需求串联或并联多个相同结构提高散热能力。本发明提出的技术方案，更加简单有效，重量和体积更加轻量化和容易小型化，更高的可靠性。
43.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种散射敛回冷却系统，其特征在于，包括离心散热圆盘(8)、向心散热圆盘(7)，二者之间形成分流通道(3)；所述离心散热圆盘(8)和向心散热圆盘(7)是两个边缘有孔道互通的薄片空腔圆盘，离心散热圆盘(8)内部有离心叶片(11)以及与外界连通的进液口(1)，向心散热圆盘(7)内部有向心叶片(13)和与外界连通的出液口(5)；离心散热圆盘(8)外部设有周向的散热翅片(9)，向心散热圆盘(7)外部设有周向的散热翅片(6)，离心散热圆盘(8)和向心散热圆盘(7)之间的分流通道(3)在旋转过程中能够产生紊流将外界热沉与两圆盘之间的热沉混合，并不断流入和流出；分流通道(3)能够将冷却液分成多股单独的液流，每一股液流都有单独的流道。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，离心散热圆盘(8)边缘周向还设有离心散热圆盘分流孔(10)。3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，向心散热圆盘(7)边缘周向还设有向心散热圆盘分流孔(12)。4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，离心散热圆盘分流孔(10)与向心散热圆盘分流孔(12)一对一正对，中间通过分流通道(3)连接。5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，分流通道(3)能够将冷却液分成(12)股单独的液流。6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，离心散热圆盘分流孔(10)与向心散热圆盘分流孔(12)分别有12个，平均分布在半径相同的圆周上。7.一种如权利要求1至6中任一项所述系统的工作方法。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)离心散热圆盘(8)旋转产生离心力，该离心力形成负压，将在热源处吸收了热量后的工质即冷却液吸入；2)工质进入离心冷却圆盘(8)后，被离心叶片(11)立即从中心一点向360
°
的方向分散，流向圆周边缘；分散流动过程中，离心散热圆盘(8)两侧的散热翅片增加散热面积的同时，与离心散热圆盘(8)同步旋转，与周围热沉产生一定的相对速度，增大对流传热，热量被带走；3)被离心散热圆盘(8)的离心力压入边缘的工质，沿着离心散热圆盘(8)和向心散热圆盘(7)之间的分流通道(3)转移进向心散热圆盘(7)；4)由离心散热圆盘(8)转移进入向心散热圆盘(7)的工质，被向心散热圆盘(7)内的向心叶片(13)卷向圆心，进一步为整个回路提供驱动力；同时，在工质流向圆心的过程中，向心散热圆盘(7)两侧的散热翅片与向心散热圆盘(7)同步旋转，对工质再次冷却，工质温度进一步降低；5)受到离心散热圆盘(8)离心力和向心散热圆盘(7)向心力的双重作用，冷却后的工质在出液口(5)处被压出，流回热源处吸热后，再次被进液口(1)处的负压吸回，进入下一周期的冷却循环。9.一种如权利要求1至6中任一项所述系统在微电子技术中的应用。10.一种如权利要求7或8所述方法在微电子技术中的应用。

技术总结
本发明涉及一种散射敛回冷却系统，属于微电子技术领域。本发明提出的技术方案与风扇相比，由于系统导热介质采用冷却液，效率要更高，适用于高热流密度热源的散热；没有传统的风扇扇叶的高速旋转，内部冷却液可起到减振作用，噪音更低；与传统液冷相比，本发明没有传统意义上的泵、散热器和风扇；将泵提供驱动力、散热器大的热交换速率和风扇提供与热沉更高的相对速度这些功能在一个小巧的旋转部件上同时实现；可单独充当泵或单独充当散热器(散热翅片)使用；适用于扁平化设计；在圆盘厚度方向上的尺寸可以相对很小，布置在单一尺寸方向较小的空间；可根据散热需求串联或并联多个相同结构提高散热能力。构提高散热能力。构提高散热能力。


技术研发人员：吴庆贺 胡士松 杨鹏 邬楠 丰皇
受保护的技术使用者：北京计算机技术及应用研究所
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/9/9