具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

由于现有的可分区调控流量的散热结构的系统复杂度较高，为此，本发明提供一种改进型的散热结构，结构如下。

一种可分区调控流量的散热结构，包括：

盖板结构，包括第一散热单元阵列，每个所述第一散热单元的背部均设置有嵌入式微流道；

底板结构，包括第二散热单元阵列，每个所述第二散热单元的顶部均设置有歧管通道、入液口和出液口，所述第一散热单元阵列中的第一散热单元与所述第二散热单元阵列中的第二散热单元一一对应地通过所述歧管通道和所述嵌入式微流道流体连通；

多条入液管路，每条所述入液管路上并联连通有多个所述入液口，并且每个所述入液口只能连接一条所述入液管路；

多条出液管路，每条所述出液管路上并联连通有多个所述出液口，并且每个所述出液口只能连接一条所述出液管路；以及

每条所述入液管路的入口处和/或每条所述出液管路的出口处均设有压力调控结构。

这种散热结构通过调整入液管路与入液口的连接关系以及出液管路与出液口的连接关系，以及通过调整散热结构内不同区域的嵌入式微流道及歧管通道的结构特征和并行度来调整流阻，可以极大程度的减少调控流量所需要的压力调控结构数目。例如，对于具有m*n(m>n)第一散热单元阵列的散热结构，其压力调控结构的数目可从传统方法分别控制各个区域的流量所需要的m*n个，减少至m+n个或更少，在保证调控有效性的前提下降低了系统的复杂度，提升了系统的可靠性，减小了调控成本。

本发明的盖板结构可以是一体成型，或者是多个所述第一散热单元的拼装组合。所述盖板结构可以是高热导率材料，例如硅、金刚石、金属(如铜)或其组合等。在一个具体实施方案中，盖板结构为多个所述第一散热单元的拼装组合，其中所述第一散热单元为背部设有嵌入式微流道的硅基芯片。

所述第一散热单元阵列为m*n阵列，其中m和n各自独立地为2以上的正整数。每个所述第一散热单元的背部均设置有多条嵌入式微流道，这些嵌入式微流道彼此间平行排列且不连通。对于嵌入式微流道的长、宽、高、间距等参数选取需要考虑的因素包括长度太长会增大流体阻力，宽度太窄则会严重增大流体阻力；高度太小时，热量并不能充分通过流道散去；当流道高度太高时，由于翅片效率降低而影响换热效率，从而都不利于散热。为了达到最优的散热性能，可对各参数进行模拟仿真优化选取适合的参数。

为了实现冷却液体流量的分区调控，需要先将热源的散热区域划分为多个子区域，并根据这些子区域来设计第一散热单元阵列。第一散热单元的形状及尺寸可根据热源的功率分布、可接受的系统复杂度来划分。通常，所述第一散热单元的面积在3mm*3mm至10mm*10mm之间。一般来说，所述第一散热单元的面积越小，冷却液体流量的可调控性就越好，散热性能也越好，但流路结构也更为复杂。

在所述第一散热单元阵列中，各个第一散热单元的嵌入式微流道在尺寸和分布上可以是相同或不同的。各个第一散热单元的嵌入式微流道相互独立，互不影响。

本发明的底板结构可以是一体成型，或者是多个所述第二散热单元的拼装组合。所述底板结构可以是硅、金刚石、玻璃、金属(如铜)或其组合等。

所述第二散热单元阵列为m*n阵列，其中m和n各自独立地为2以上的正整数。每个第二散热单元上均设置有歧管通道、入液口和出液口。歧管通道包括流入通道和流出通道，其中流入通道包括一条总流入通道和多条分流入通道，其中总流入通道与入液口连通；流出通道包括一条总流出通道和多条分流出通道，总流出通道与出液口连通。流入通道和流出通道均呈梳齿型，其中各条分流入通道和各条分流出通道平行排列。每条分流入通道的一端与总流入通道连通，另一端封闭；每条分流出通道的一端与总流出通道连通，另一端封闭。流入通道和流出通道呈叉指型排列且彼此不连通。各条分流入通道或各条分流出通道中的流体流动方向与嵌入式微流道中的流体流动方向成垂直或近似垂直的角度。

由于所述第一散热单元阵列中的第一散热单元与所述第二散热单元阵列中的第二散热单元一一对应地通过所述歧管通道和所述嵌入式微流道流体连通，因此第二散热单元的面积可根据所述第一散热单元的面积进行设计。在所述第二散热单元阵列中，各个第二散热单元的歧管通道在尺寸和分布上可以是相同或不同的。各个第二散热单元的歧管通道相互独立，互不影响。

对于第一散热单元的嵌入式微流道和第二散热单元的歧管通道的设计，本发明分如下两种情况进行说明。

如果热源的散热区域内的功率分布图(Power Map)未知，则各个第一散热单元的嵌入式微流道和各个第二散热单元的歧管通道都可以分别设计成相同的结构，可结合热设计功耗(Thermal Design Power，TDP)、热阻值(包括但不限于内热阻、外热阻、界面热阻等)、泵浦参数(压强、流量等)等对流道结构进行设计，从而得到可以满足冷却需求的微流道结构。针对多核心处理器类，由于其各个区域的散热需求相同，因此各个第一散热单元可以设计成相同的嵌入式微流道。在一个具体实施方案中，所述第一散热单元阵列为3*3阵列，每个单元中的嵌入式微流道相互独立且结构特征相同，如图1所示；同时，所述第二散热单元阵列也相应地为3*3阵列，每个单元中的歧管通道相互独立且结构特征相同，如图2所示。

若热源的散热区域内的功率分布图是已知的，则需要根据功率分布图将热源的散热区域划分为多个子区域，并根据这些子区域来设计第一散热单元阵列以及其中的嵌入式微流道结构。例如，对于发热功率密度从中心至边缘逐步降低的热源结构，为了获得更高的温度均匀性，需要提升散热结构的中心区域的散热性能，此外可以降低角落区域的散热性能。在一个具体的实施方案中，第一散热单元阵列为3*3阵列，其中位于阵列中心的第一散热单元的嵌入式微流道宽度最小，并行度最高(即单位面积内微流道的数目最多，分布密度最高)，以便提升对流换热系数，增强局部的冷却能力，如图4所示；同时，第二散热单元阵列也相应地为3*3阵列，其中位于阵列中心的第二散热单元的歧管通道宽度最小，数目最多，使得阵列中心的第一散热单元流阻最小，流量最大，冷却能力最强，如图5所示。在该实施方案中，由于对阵列中四个角落的散热单元的冷却能力要求最低，因此位于第二散热单元阵列四个角落的第二散热单元的歧管通道结构特征最大，数目最少，故流量最小，散热性能最差，如图5所示。

在本发明中，所述底板结构可通过硅-硅直接键合工艺、阳极键合工艺、共晶键合工艺或粘合工艺而结合在所述盖板结构下方，从而实现每个第二散热单元的歧管通道分别与一个第一散热单元的嵌入式微流道的流体连通。当盖板结构和底板结构通过共晶键合工艺或粘合工艺结合在一起时，盖板结构和底板结构之间存在密封层，所述密封层为粘合剂层或金属层；优选地，所述粘合剂层包括热固性材料或热塑性材料；优选地，所述热固性材料为环氧树脂或聚氨酯，所述热塑性材料为聚乙酸乙烯酯或聚乙烯醇缩醛；优选地，所述金属层包括一种或多种选自Cu、Sn、Pb、In、Au、Ag和Sb的金属材料。

本发明对于入液管路和出液管路的材料没有特别限制，只要能实现冷却液体流动即可。

为了降低散热结构的系统复杂度，每条入液管路上可以并联连通有多个入液口，并且每条出液管路上可以并联连通有多个出液口。例如，第二散热单元阵列中一行或多行中的所有入液口可并联连通在同一条入液管路上；第二散热单元阵列中一列或多列中的所有出液口可并联连通在同一条出液管路上，如图3和6所示。

本发明的压力调控结构设置在所述入液管路的入口处和/或设置在所述出液管路的出口处。在一个具体实施方案中，所述第一散热单元阵列和所述第二散热单元阵列均为m*n(m>n)阵列，其中m和n各自独立地为2以上的正整数，压力调控结构的数目为n或m+n个。根据热源的发热状态来控制压力调控结构。例如，当第一散热单元阵列的某一单元所对应的热源区域功率增大时，可以增大该单元入口端的压力调控结构的压力，和/或减小该单元出口端的压力调控结构的压力，从而增加该单元的流量，提升其散热能力。

在实际情况中，可结合热源功率变化的需求来设计互连的流路及压力调控结构的数目。

本发明的散热结构通过调节压力调控结构的压强数值，可以动态调控不同区域的散热性能，相较于传统的单阀门流道结构，可以提升泵功的利用率，提升散热系统的能耗比。

冷却流体在嵌入式微流道和歧管通道中的流动情况如图7所示，冷却液体从第二散热单元的入液口流入，沿实心箭头所示在歧管通道的流入通道中流动，由于流入通道在远离入液口的一端是封闭的，因此冷却流体随后沿虚线箭头所示，流入第一散热单元的嵌入式微流道中与热源发生热交换，再沿着空心箭头所示沿歧管通道的流出通道流动，由于流出通道在远离出液口的一端是封闭的，因此最后冷却液体从出液口流出，完成整个流体冷却过程。

本发明还提供上述散热结构的制备方法，包括如下步骤。

首先，制备包括第一散热单元阵列的盖板结构，使每个所述第一散热单元上均设置有嵌入式微流道。

可根据如上文所述的对于第一散热单元的嵌入式微流道的设计来形成嵌入式微流道。

在一个具体实施方案中，所述盖板结构为一体成型，通过光刻工艺、刻蚀工艺、铣刀加工工艺、腐蚀工艺或其结合对整个衬底进行加工，从而得到包括所述第一散热单元阵列的所述盖板结构。所述衬底可以是高热导率材料，例如硅、金刚石、金属(如铜)等。

在另一个具体实施方案中，所述盖板结构为多个所述第一散热单元的拼装组合，通过光刻工艺、刻蚀工艺、铣刀加工工艺、腐蚀工艺或其结合对多个衬底分别进行加工，从而得到多个设置有所述嵌入式微流道的第一散热单元，之后将多个所述第一散热单元拼接形成所述第一散热单元阵列，从而得到所述盖板结构。所述衬底可以是高热导率材料，例如硅、金刚石、金属(如铜)等。优选地，所述衬底可以是热源芯片的衬底。所述衬底的面积在3mm*3mm至10mm*10mm之间。

在制备所述盖板结构的同时、之前或之后，制备包括第二散热单元阵列的底板结构，使每个所述第二散热单元上均设置有歧管通道、入液口和出液口。

可根据如上文所述的对于第二散热单元的歧管通道的设计来形成歧管通道。

在一个具体实施方案中，所述底板结构是一体成型，通过光刻工艺、刻蚀工艺、铣刀加工工艺、钻孔工艺、腐蚀工艺或其结合对整个衬底进行加工，从而得到包括所述第二散热单元阵列的所述底板结构。所述衬底可以是硅、金刚石、玻璃、金属(如铜)等。

在另一个具体实施方案中，所述底板结构是多个所述第二散热单元的拼装组合，通过光刻工艺、刻蚀工艺、铣刀加工工艺、腐蚀工艺或其结合对多个衬底分别进行加工，从而得到多个设置有歧管通道、入液口和出液口的第二散热单元，之后将多个所述第二散热单元拼接形成所述第二散热单元阵列，从而得到所述底板结构。所述衬底可以是硅、金刚石、玻璃、金属(如铜)等。

接下来，将所述盖板结构和所述底板结构键合密封，使所述第一散热单元阵列中的第一散热单元与所述第二散热单元阵列中的第二散热单元一一对应地通过所述歧管通道和所述嵌入式微流道流体连通。

可通过硅-硅直接键合工艺、阳极键合工艺、共晶键合工艺或粘合工艺将所述底板结构结合在所述盖板结构下方。键合密封后，每个第二散热单元的歧管通道分别与一个第一散热单元的嵌入式微流道的流体连通。

之后，设置多条入液管路，使每条所述入液管路上并联连通有多个所述入液口，并且每个所述入液口只能连接一条所述入液管路。

然后，设置多条出液管路，使每条所述出液管路上并联连通有多个所述出液口，并且每个所述出液口只能连接一条所述出液管路。

在一个具体实施方案中，入液管路和出液管路通过封装夹具实现。

最后，在每条所述入液管路的入口处和/或在每条所述出液管路的出口处均安装压力调控结构。

所述压力调控结构可以是电磁阀等控制阀门。

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但本发明不限于此。

实施例1

首先将热源的散热区域划分为3*3个子区域，并根据这些子区域来设计第一散热单元阵列，其中第一散热单元101的面积为5mm*5mm，每个第一散热单元101中的嵌入式微流道102相互独立且结构特征相同。之后采用铣刀加工工艺在铜板上形成嵌入式微流道102，从而得到盖板结构100，如图1所示。

采用铣刀加工工艺和钻孔工艺在铜板上形成第二散热单元阵列，从而得到底板结构200，如图2所示，其中第二散热单元201包括歧管通道202、入液口203和出液口204，每个第二散热单元201中的歧管通道202相互独立且结构特征相同。

采用共晶键合工艺将盖板结构100与底板结构200进行面对面键合，实现流道结构的密封(使得各条分流入通道或各条分流出通道中的流体流动方向与嵌入式微流道中的流体流动方向成垂直或近似垂直的角度)。

键合后，将第二散热单元阵列中每一行的所有入液口203并联连通在同一入液管路300上；同时将每一列的所有出液口204并联连通在同一出液管路400上。之后，在每条入液管路300的入口处和每条出液管路的出口处加装阀门500，从而得到散热结构600。

实施例2

按照实施例1的方法进行，不同之处在于：

1)使位于第一散热单元阵列中心的第一散热单元101的嵌入式微流道102结构特征最小，以便提升对流换热系数，增强局部的冷却能力，所得盖板结构100如图4所示；

2)使位于第二散热单元阵列中心的第二散热单元201的歧管通道202结构特征(即宽度)最小，歧管通道数目最多；使位于第二散热单元阵列四个角落的第二散热单元的歧管通道结构特征最大，歧管通道数目最少，所得底板结构200如图5所示；

3)键合后，将第二散热单元阵列中第一行和第三行的6个入液口并联连通在同一入液管路300上，将第二行的3个入液口并联连通在另一入液管路300上；同时将第一列和第三列的6个出液口并联连通在同一出液管路400上，将第二列的3个出液口并联连通在另一出液管路400上，所得散热结构600如图6所示。

相较于实施例1的6个阀门，实施例2仅使用了4个阀门，虽然降低了调控的灵活性，但是系统复杂度也因此降低。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。