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1、(10)申请公布号 CN 102478930 A(43)申请公布日 2012.05.30CN102478930A*CN102478930A*(21)申请号 201010563612.3(22)申请日 2010.11.24G06F 1/20(2006.01)H05K 7/20(2006.01)(71)申请人中国科学院理化技术研究所地址 100190 北京市海淀区中关村北一条2号(72)发明人刘静 邓月光(74)专利代理机构北京法思腾知识产权代理有限公司 11318代理人杨小蓉 高宇(54) 发明名称带液态金属散热机构的机箱背板(57) 摘要一种带液态金属散热机构的机箱背板，其特征是：机箱背板为内。
2、设第一流道并带有一液态金属散热机构的机箱背板；液态金属散热机构由冷板和驱动泵及连接管道组成：冷板为内设有第二流道的平板；机箱背板的第一流道的两端流道口分别与冷板的第二流道的两端流道口通过连接管道相连通并形成流通回路，其相连通并形成流通回路的流道内流动有液体金属；用于连通机箱背板的第一流道与冷板的第二流道的至少一条连接管道上安装驱动泵，驱动泵驱动液体金属在流通回路中流动。本发明充分利用机箱背板散热面，可有效节省机箱内散热器空间；同时，液态金属导热介质的引入，使其具备优秀的热输运能力，且结构简单易于集成，是一种实现芯片高效散热的机箱背板。(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书5页 附图1页(。
3、19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 1 页1/1页21.一种带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在于，所述机箱背板为内设第一流道并带有一液态金属散热机构的机箱背板；所述液态金属散热机构由冷板和驱动泵及连接管道组成：所述冷板为内设有第二流道的平板；所述机箱背板的第一流道的两端流道口分别与所述冷板的第二流道的两端流道口通过连接管道相连通并形成流通回路，其相连通并形成流通回路的流道内流动有液体金属；用于连通所述机箱背板的第一流道与所述冷板的第二流道的至少一条连接管道上安装驱动泵，所述驱动泵驱动液体金属在所述流通回路中流动；或者用于连通所述机。
4、箱背板的第一流道与所述冷板的第二流道的连接管道为驱动液体金属循环流动的虹吸管道。2.按权利要求1所述的带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在于，所述冷板由平板型冷板底座和盖于所述冷板底座上表面上的冷板盖组成；所述第二流道设于所述平板冷板底座之内；所述冷板盖上设有两通孔，两通孔上分别装有流道管；所述流道管分别通过连接管道与所述冷板的第二流道的两端流道口相连通。3.按权利要求2所述的带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在于，所述冷板底座和所述冷板盖的材质为铜、铝、不锈钢、石墨或金刚石；所述的机箱背板材质为具有高热导率的铜、铝、铁或不锈钢。4.按权利要求1所述的带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在。
5、于，所述第二流道为直线形流道、Z字形流道、螺旋形流道或分枝树形流道，其流道宽度为1微米50毫米。5.按权利要求1或2所述的带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在于，所述第一流道焊接于机箱背板外侧面上或焊接于机箱背板内侧面上；其为直线形流道、Z字形流道、螺旋形流道或分枝树形流道，其流道宽度为1微米500毫米。6.按权利要求1或2所述的带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在于，所述的驱动泵为机械泵，电磁泵，压电泵或电润湿泵。7.按权利要求6所述的带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在于，所述的驱动泵为多泵串联或多泵并联。8.按权利要求1或2所述的带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在于，所述连接管。
6、路采用塑料管或金属管。9.按权利要求1所述的带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在于，所述的液态金属为室温下能呈现液态的镓、汞、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。10.按权利要求9所述的带液态金属散热机构的机箱背板，其特征在于，所述镓基二元合金为镓铟合金、镓铅合金或镓汞合金；所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。权 利 要 求 书CN 102478930 A1/5页3带液态金属散热机构的机箱背板技术领域0001 本发明涉及一种机箱背板，特别涉及一种集成了液态金属散热机构，可利用液态金属将芯片热量导出并利用金属机箱背板广阔面积进行散热的机箱背板。背景技术0。
7、002 现有的机箱背板一般仅实现围护保护功能。为保证良好的电磁屏蔽及可靠的封装质量，金属材质应用最为广泛。同时，机箱内部最重要的一个问题在于高效、稳定、低成本的芯片散热管理。当前，市面上的独立芯片散热器(如风冷、热管、水冷等)为保证足够的散热面积，都会带来体积庞大，占据机箱体积，同时安装不便等难题。事实上，如果能将芯片热量导出至金属机箱背板，借助金属材料的高导热性及机箱背板充足的散热面积进行散热，无疑将带来更加优异的散热性能，且实现了空间及材料的节省，以及零噪音低能耗等更加舒适的用户体验。然而，合适冷却工质的选择是将芯片热量传导至机箱背板的关键，合理的工质必须具备优秀的热传输能力，易于集成及高。
8、效的驱动方式、同时必须不易蒸发泄漏、物化性质稳定，安全无毒。0003 2002年，我们在专利(刘静，周一欣，一种芯片散热用散热装置，授权号：02257291.0)中首次提出将熔点在室温附近的液体金属用于芯片散热。由于液体金属具有远高于非金属流体如水、空气乃至其他混合液体的热导率，因而将其作为芯片端的冷却介质时，可以实现极为优异的热传输能力。特别是，由于液体金属具有高电导率，因而可以采用无任何运动部件的电磁泵驱动，其结构简单，功耗极低，且非常容易实现微型化及大规模集成。0004 为此，本发明提出一种利用液态金属将芯片热量导出并利用金属机箱背板广阔面积进行散热的机箱背板。基于液态金属高效的热输运能。
9、力和机箱背板广阔的散热面积，本发明可实现高效的芯片散热能力，同时有效的精简了机箱内独立散热器的空间。因为液态金属不易蒸发泄漏、物化性质稳定，安全无毒，本发明可长期，稳定，高效运行。发明 内容0005 本发明的目的在于利用高热导率的液态金属将芯片热量导出至机箱背板进行散热，以此实现高效芯片热管理，同时有效的节省了机箱内独立散热器的空间。0006 本发明的技术方案如下：0007 本发明提供的带液态金属散热机构的机箱背板，如图1所示，所述机箱背板3为内设第一流道并带有一液态金属散热机构的机箱背板；0008 所述液态金属散热机构由冷板1和驱动泵2及连接管道4组成：所述冷板1为内设有第二流道的平板；00。
10、09 所述机箱背板3的第一流道的两端流道口分别与所述冷板1的第二流道的两端流道口通过连接管道4相连通并形成流通回路，其相连通并形成流通回路的流道内流动有液体金属；用于连通所述机箱背板3的第一流道与所述冷板1的第二流道的至少一条连接管说 明 书CN 102478930 A2/5页4道上安装驱动泵2，所述驱动泵2驱动液体金属在所述流通回路中流动。0010 所述冷板1由平板型冷板底座7和盖于所述冷板底座7上表面上的冷板盖6组成；所述第二流道设于所述平板冷板底座7之内；所述冷板盖6上设有两通孔，两通孔上分别装有流道管；所述流道管分别通过连接管道与所述冷板1的第二流道的两端流道口相连通；其中至少一个连接。
11、管道上安装驱动泵2；0011 或者0012 用于连通所述机箱背板的第一流道与所述冷板的第二流道的连接管道为驱动液体金属循环流动的虹吸管道。0013 所述冷板底座7和所述冷板盖6的材质为铜、铝、不锈钢、石墨或金刚石；0014 所述的机箱背板材质为具有高热导率的铜、铝、铁或不锈钢。0015 所述第二流道为直线形流道、Z字形流道、螺旋形流道或分枝树形流道，其流道宽度为1微米50毫米。0016 所述第一流道焊接于机箱背外侧面上或焊接于机箱背内侧面上；其为直线形流道、Z字形流道、螺旋形流道或分枝树形流道，其流道宽度为1微米500毫米。0017 所述的驱动泵为机械泵，电磁泵，压电泵，电润湿泵，或直接通过热。
12、虹吸现象实现无泵流体循环流动。0018 所述的驱动泵为多泵串联或多泵并联。0019 所述连接管路采用塑料管或金属管。0020 所述的液态金属为室温下能呈现液态的镓、汞、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。0021 所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铅合金或镓汞合金；所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。0022 在实际运行中，将本发明的带液态金属散热机构的机箱背板中的冷板1放在芯片附近，具有优秀导热能力的液态金属在环路中循环流动，液态金属在流动中首先经过冷板1将芯片热量带走；随后，升温的液态金属在驱动泵2的驱动下，将热量带至机箱背板3并散发到环境空气中，以此实。
13、现芯片高效散热的目的。0023 为保证良好的吸热能力，冷板1(包括冷板底座7和冷板盖6)材质可采用具有高热导率的铜、铝、不锈钢、石墨或金刚石等；冷板1内第二流道可布置为直线形流道、Z字形流道、螺旋形流道或分枝树形流道，其流道宽度为1微米50毫米；0024 驱动泵2的目的在于产生一定的压力驱动液态金属在流通回路中循环流动；驱动泵2可采用机械泵，电磁泵，压电泵或电润湿泵等；根据加工工艺不同，驱动泵2外形几何尺度可从纳米到分米不等；因为液态金属具有高电导率，无运动部件的电磁泵为本发明的实施首选；电磁泵典型的优点在于无机械运动部件、驱动效率高，便于微型化及批量化，成本低廉，能耗低，寿命长等。典型的电磁。
14、泵及制作工艺可参考中国发明专利申请(一种用于驱动导电流体的电磁泵及其制作方法，200810227046.1，刘明，刘静，周一欣)。0025 机箱背板3借助金属背板散热面积向外界散热；相对传统机箱背板，其上集成了第一流道，方便液态金属流体将热量传递给机箱背板；机箱背板3材质可采用具有高热导率的铜、铝、铁或不锈钢等；其上集成的第一流道可布置为直线形流道、Z字形流道、螺旋形流道或分枝树形流道，其流道宽度为1微米500毫米流道；机箱背板3散热面可加工成光说 明 书CN 102478930 A3/5页5面或翅片表面；机箱背板3可完全利用自然对流散热，也可在芯片发热量特别大时配置风扇强化散热。0026 连。
15、接管路4可选择塑料管或金属管；其中，塑料管具有良好的柔韧性，便于安装，可作为首选。0027 本发明中液态金属的典型特征在于室温下能呈现液态，所述的液态金属为室温下能呈现液态的镓、汞、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。0028 所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铅合金，镓汞合金；所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金；镓基合金因为无毒、性质稳定等特点可作为首选。0029 本发明的带液态金属散热机构的机箱背板的优点在于：由于本发明充分利用了机箱背板散热面，因此可以达到更加优秀的散热性能，并有效的节省了机箱内独立散热器空间。同时，因为液态金属导热介质的引入，整个系统。
16、具备优秀的热输运能力，驱动结构简单易于集成，是一种可实现高效芯片散热的机箱背板。附图说明0030 附图1为本发明带液态金属散热机构的机箱背板的结构示意图；0031 附图2为冷板1的结构示意图；0032 附图3为机箱背板3(一种实施例)的结构示意图。具体实施方式0033 下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明。0034 如图所示，本发明提供的带液态金属散热机构的机箱背板，所述机箱背板3为内设第一流道并带有一液态金属散热机构的机箱背板；0035 所述液态金属散热机构由冷板1和驱动泵2及连接管道4组成：所述冷板1为内设有第二流道的平板；0036 所述机箱背板3的第一流道的两端流道口分别与所述冷板1。
17、的第二流道的两端流道口通过连接管道4相连通，并形成流通回路，其相连通并形成流通回路的流道内流动有液体金属；用于连通所述机箱背板3的第一流道与所述冷板1的第二流道的一连接管道上安装驱动泵2，所述驱动泵2驱动液体金属在所述流通回路中流动。0037 图2是冷板1的结构示意图，冷板1由平板型冷板底座7和盖于所述冷板底座7上表面上的冷板盖6组成；所述第二流道设于所述平板冷板底座7之内；所述冷板盖6上设有两通孔，两通孔上分别装有流道管；所述流道管分别通过连接管道与所述冷板1的第二流道的两端流道口相连通；其中至少一个连接管道上安装驱动泵2。0038 所述冷板底座7和所述冷板盖6的材质均可为铜、铝、不锈钢、石。
18、墨或金刚石(本实施例为金属铜)；0039 本实施例的机箱背板材质为具有高热导率的铜(当然也可以采用铝材质，铁材质或不锈钢材质的机箱背板)。0040 本实施例的第二流道为直线形流道、Z字形流道、螺旋形流道或分枝树形流道(本实施例采用Z字形流道，如图2所示)，流道宽度在1微米50毫米范围均可。说 明 书CN 102478930 A4/5页60041 本实施例的第一流道采取将其焊接于机箱背外侧面上(当然焊接于机箱背内侧面上亦可)；其可采取直线形流道、Z字形流道、螺旋形流道或分枝树形流道或(本实施例采用Z字形流，如图3所示)，第一流道宽度在1微米500毫米范围均可。0042 设置在连接管道上的驱动泵2。
19、可多泵串联或多泵并联。多泵串联需要多个泵体首尾相连，从前一个泵流出的液体继续流入相邻的后一个泵，再次受到驱动力而加速。多泵串联可实现流体的多次加速，使环路的驱动压头大幅度提升，提高了热输运能力。多泵并联需要多个泵并行排列，共用一个进口和一个出口。多个泵从同一个进口抽取多股液体后同时产生驱动力，使得多个通道的液体均被加速而同时流出出口。因此，在同样的驱动压头情况下，环路的流量大幅度提升，提高了热输运能力。驱动泵2可为机械泵，电磁泵，压电泵，电润湿泵，或者直接利用热虹吸效应驱动流体循环，而实现无泵运行；利用热虹吸效应必须使整个管路中存在两段垂直布置的管段，并且两段管段中流体存在温度差，以此利用不同。
20、温度流体具有不同密度而导致的两管段压力差来驱动流体流动，从而实现热量输运的目的。本实施例以采用电磁泵为首选，电磁泵的结构在本申请人的中国发明专利申请(一种用于驱动导电流体的电磁泵及其制作方法，200810227046.1，刘明，刘静，周一欣)有所描述，在此不再赘述。0043 所述连接管路采用塑料管或金属管。0044 所述的液态金属为室温下能呈现液态的镓、汞、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金。0045 所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铅合金，镓汞合金；所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。0046 冷板盖6和冷板底座7。冷板1的材料特征在于，具备合适的热导率。
21、及良好的液态金属相容性。其材料可采用铜、铝、不锈钢、石墨、金刚石、以及各种复合材料等。冷板1内流道可布置为直线形、“Z”形、螺旋形、分形树形等。其流道宽度可从1微米到50毫米不等。流道截面可以是圆形，矩形，三角形，异形等。同时，流道内可设置流动进口和出口缓冲段，以减小流动阻力。冷板1加工方式可根据具体实施灵活选择，比如可选用于常规尺度加工的铸造或机加工，用于微纳加工的软刻蚀、激光加工、电火花加工、化学刻蚀等。0047 驱动泵2可采用机械泵，电磁泵，压电泵或电润湿泵等。根据加工工艺不同，驱动泵2的几何尺度可从纳米到分米不等。因为液态金属具有高电导率，无运动部件的电磁泵为系统实施的首选。典型的电磁。
22、泵由一对磁体和一对电极组成，磁体设置在泵体的上下表面，一对电极相向设置在泵体两侧壁面上，磁体磁场方向可与电极电流方向垂直或呈一定角度(非平行位置)；磁体可选择永磁铁或电磁铁，其磁感应强度可在0.001到10特斯拉范围内。电磁泵输入电流可直接从机箱电源获取或配备电池，其功耗在0.001W到100W范围内。典型的电磁泵材料及工艺可参考中国专利(刘明，刘静，周一欣，一种用于驱动导电流体的电磁泵及其制作方法，申请号：200810227046.1。刘静，周一欣，一种芯片散热用散热装置，授权号：02257291.0)。为提高驱动力，驱动泵2可进行灵活串并联，以产生大通量的液体流动提高热输运能力。0048 。
23、附图3为图1所示系统中机箱背板的基本结构图。机箱背板3材质可采用具有高热导率的铜、铝、铁、不锈钢、以及各种复合金属等。其集成的液态金属流道可布置为直线形、“Z”形、螺旋形、分形树形等。集成方式可采用外部焊接式(图4)，或内部镶嵌，以及背说 明 书CN 102478930 A5/5页7板内机加工流道等。流道宽度可从1微米到500毫米不等。背板散热面可加工成光面或翅片方式。机箱背板3可完全利用自然对流散热，也可在芯片发热量特别大时单独配置风扇强化散热效果。0049 连接管路4可选择塑料管或金属管。其中，本实施例采用塑料管具有良好的柔韧性，便于安装，可作为首选。0050 液态金属的典型特征在于室温下。
24、能呈现液态，镓、汞、镓基二元合金、镓基多元合金、铟基合金、铋基合金、汞基合金或钠钾合金均适用于本发明。0051 所述镓基二元合金为镓铟合金，镓铅合金，镓汞合金；所述镓基多元合金为镓铟锡合金或镓铟锡锌合金。镓基合金(包括镓基二元合金、镓基多元合金)因为其无毒、性质稳定等特点可作为首选。本实施例的液态金属采用镓铟锡合金。0052 本发明可用于各类功率系统如台式电脑、笔记本电脑、工控机、通讯基站、激光系统机箱乃至手机等的散热。0053 最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。说 明 书CN 102478930 A1/1页8图1图2图3说 明 书 附 图CN 102478930 A。