一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置

1.本发明涉及高功率电子元器件冷却领域，具体为一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置。


背景技术：

2.氮化镓是第三代半导体的典型代表，具有高频、高效、高功率、耐高压、耐高温、抗辐射等特性，可以实现更高的电子浓度和更好的运动控制，在苛刻条件下更具优势；gan材料拥有超过si材料3.1倍的带隙、2.7倍的电子饱和速度和11.6倍的临界电场，这使得gan适用于射频和功率转换应用；尤其是gan高电子迁移率晶体管hemt表现出二维电子气2deg通道和良好的横向集成性能，这为充分利用gan材料优点提供了有利条件；gan以高功率和宽带优势，在飞行器上的相控阵雷达收发模块等设备中得到了广泛的应用；但是，随着gan功率器件/模块朝着高功率密度化、高集成化方向发展，其热流密度越来越大；而且加之gan材料本身热导率低，由此引发的封装引线热烧损和gan芯片热击穿等问题突出；因此，gan功率器件/模块封装需要具备快速、高效散热能力；
3.随着对电子器件散热要求的不断提高，传统的热控技术面临挑战；近年来，以微射流冷却技术为例的微热控技术逐渐引起了重视，并得到了重点研究与开发；微射流冲击冷却技术的工作原理为:液体从一狭小区域喷射到工作腔内，通过喷嘴/孔将液体雾化后，喷向需要冷却的电子器件或芯片，芯片上通常涂一层绝缘薄膜，液体在热源上蒸发汽化，带走热量；在射流冲击的过程中，流体借助特定形状的喷嘴直接喷射到电子器件或芯片的冷却壁面，具有极高的传热系数；因此，微射流冷却技术是一种高传热率的冷却方式；
4.相变材料是一种储能材料；通常，热能传递发生在物质不同相之间的转换过程中；高性能相变材料应具有储能容量大、导热系数高、化学稳定性好、相变温度适宜、成本低等特点；微胶囊是一种微包装技术，它将微小的固体、液体或气体材料包裹在天然或合成聚合物基质的外壳中，以保护不稳定或敏感的功能材料；因此，将相变材料进行微胶囊化能有效地发挥相变材料的蓄能特性；微胶囊相变材料相对于pcm的主要优点是：
①
传热面积更大；
②
降低pcm对外界环境的反应性，便于控制相变材料体积的变化；
5.多孔材料具有高比面积带来的传热性能好、高孔隙率带来的超轻量化等多方面的优势，使其在紧凑型换热器散热和微电子器件散热冷却中具有巨大的应用潜力；与传统材料相比，能根据不同流动工质及应用环境条件，可以设计出符合要求的结构，且孔径可在毫米级到微米甚至纳米级之间调制；多孔材料所具有的连续多孔结构，可以有效增强其导热性能；在多孔材料表面镀膜，也能有效降低多孔基质与其他材料接触情况下的界面热阻。
6.现有的相变流体射流冲击冷却装置存在的缺陷是：
7.1、专利文件cn115223967a公开了一种射流冷却装置、芯片组件及电子设备，“射流冷却装置包括顶盖、射流板和至少一个支撑件。顶盖设有容纳腔和进液管道，射流板收容于容纳腔内，并与顶盖活动连接，射流板包括相背的第一表面和第二表面以及贯穿第一表面和第二表面的射流孔，至少一个支撑件固接于射流板的第二表面，以用于抵持芯片。冷却介
质通过射流板冲射至芯片的表面，以对芯片进行冷却散热。当射流冷却装置与芯片进行安装时，由于射流板活动连接于顶盖，在顶盖与基板固定连接的同时，射流板相对于顶盖具有移动自由度，能够适配芯片翘曲所产生的公差，使得至少一个支撑件的抵持面抵持于芯片，从而有效控制射流板与芯片之间的射流高度，以达到较佳的冷却效果。”然而上述公开文献的一种射流冷却装置、芯片组件及电子设备只考虑射流冷却时芯片位置固定、射流高度不变的问题，没有考虑如何增强导热、如何应对高功率芯片发热的热聚集。因此，有必要提出一种措施，解决射流冲击冷却时芯片对外导热效率低的问题。
8.2、专利文件cn112185918a公开了一种用于芯片冷却近边缘射流的冲击射流歧管，“涉及用于芯片冷却近边缘射流的冲击射流歧管。公开了用于在直接液体冷却模块中利用近边缘射流进行芯片冷却的系统和方法。直接液体冷却模块的功能之一是向位于芯片上的部件提供冷却液体。射流直接冲击到芯片的背侧上是一种可以提供更高效冷却的冷却方法。孔板包括对应于高速射流位置的小直径孔洞的阵列和用于插入管以连接到低压腔体的大直径孔洞。”然而上述公开文献的一种用于芯片冷却近边缘射流的冲击射流歧管只考虑到冷却液直接冲击芯片背侧提高冷却效果的方法，没有考虑芯片表面与冷却液的接触界面的热阻较大，影响导热的问题。因此有必要提出一种方案，减少芯片表面的界面热阻，增强射流冲击时冷却液对芯片的冷却效果。
9.3、专利文件cn111446221b公开了一种低流阻芯片嵌入式阵列微射流散热器及其制造方法，“以粘弹性流体为介质，包括键合密封的芯片衬底、隔板和供液底板。芯片衬底上设置有若干微槽和微柱；隔板上设置若干射流微孔和回流微孔；供液底板上设置有工质入口、分液区、若干供液微槽道、若干回液微槽道、集液区和工质出口。分液区与工质入口相连通，供液微槽道与分液区相连通，回液微槽道与集液区相连通，集液区与工质出口相连通。本发明的芯片级嵌入式微射流散热器将冷却液直接引导至芯片的芯片衬底之中，大幅降低了热源至流体的导热热阻；利用微孔射流冷却结构在流场中触发弹性湍流，实现低雷诺数下的微流体换热强化，从而大幅降低流动阻力，减小泵功消耗。”然而上述公开文献的一种低流阻芯片嵌入式阵列微射流散热器及其制造方法考虑了降低射流冲击冷却时的冷却液流动阻力，从而减少泵功消耗，但没有考虑到芯片发热时表面可能存在的热量分布不均匀的问题。因此有必要提出一种措施，解决高功率芯片在工作状态下表面温度分布不均，热量聚集引起热击穿的问题。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
11.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，包括射流冲击盒和射流冲击盒盖体，所述射流冲击盒的内部安装有射流冲击盒盖体，所述射流冲击盒盖体的顶部安装有螺纹座，所述射流冲击盒盖体的顶部通过螺纹座活动连接有进口管路，所述射流冲击盒盖体的顶部开设有嵌合槽，所述嵌合槽的内侧嵌合安装有可更换射流喷头，可更换射流喷头与进口管路对接，所述射流冲击盒盖体的底部通过螺栓安装有射流冲击盒基座，所述射流冲击盒基座的内侧活动安装有安装座，所述安装座的安装有印刷电路板，所述印刷电路板的顶部安装有氮化镓芯片，所述氮化镓芯片的
顶部活动安装有多孔基质层，所述安装座的顶部外围设置有环形流道，所述环形流道的底部开设有两组冷却液出口，冷却液出口开设在安装座的外壁上，射流冲击盒盖体的顶部贯穿安装有排压阀。
12.优选的，所述射流冲击盒基座的顶部安装有密封环，密封环抵在射流冲击盒盖体的底部，密封环位于安装座的外侧。
13.优选的，所述射流冲击盒基座的外侧安装有排水罩，所述排水罩的内侧安装有密封垫，密封垫紧贴在射流冲击盒基座的外壁，所述排水罩的底端安装有下水管。
14.优选的，所述进口管路的顶端安装有循环管路，所述进口管路的顶端通过循环管路连接有节流阀。
15.优选的，所述射流冲击盒盖体与射流冲击盒基座组合后会形成一个空腔，氮化镓芯片的外表面设置有绝缘涂层，印刷电路板的外表面设置有绝缘涂层。
16.优选的，所述节流阀的输出端通过循环管路连接有循环泵，节流阀通过循环管路与循环泵的输出端连接。
17.优选的，所述循环泵的输入端通过循环管路连接有冷却液储罐，所述冷却液储罐的内部存放有相变冷却液。
18.优选的，所述下水管的底端通过循环管路连接有相变热交换器，相变热交换器的输出端通过循环管路与冷却液储罐连接。
19.优选的，该相变流体射流冲击冷却装置的使用方法如下：
20.s1、循环泵运行将相变冷却液通过循环管路从冷却液储罐抽出，循环管路引导相变冷却液传输到节流阀的内部，相变冷却液在节流阀调节至目标压力后经循环管路进入射流冲击盒内，相变冷却液进入到进口管路的内侧；
21.s2、进口管路将相变冷却液传输到可更换射流喷头的内部，可更换射流喷头正对多孔基质层，在距离合适的高度由上向下射流冲击；
22.s3、相变冷却液在射流冲击盒内射流冲击多孔基质层吸热后，流向环形流道的内侧，然后受重力影响进入到冷却液出口，经冷却液出口流出，进入到排水罩的内部，排水罩内部收集排出的相变冷却液，传输到下水管的内部；
23.s4、下水管将相变冷却液传输到循环管路的内部，循环管路将相变冷却液进入相变换热器。相变冷却液在相变热交换器内冷却后重新输送回冷却液储罐，冷却液储罐进行储存回流的相变冷却液，等待下一次射流冲击。
24.在所述步骤s1中，还包括如下步骤：
25.s11、相变冷却液是一种相变乳浊液，通过复凝聚法、原位聚合法等方法制成相变微胶囊，加入单组分冷却液中形成复合相变冷却液，根据多孔基质层的孔径与系统冷却能力要求，可更换不同成分的相变冷却液；
26.在所述步骤s2中，还包括如下步骤：
27.s21、可更换射流喷头安装在射流冲击盒盖体的顶部，为可更换设计，根据芯片面积、相变冷却液类型的不同，使用不同形状、数量、直径的喷嘴，满足不同的散热冷却要求；
28.在所述步骤s2，还包括如下步骤：
29.s22、多孔基质层由多孔骨架构成，表面具有镀层，多孔骨架材料可以但不限于铜、铝、金刚石高导热材料，根据导热需求，选择不同孔隙率与孔径大小，通过化学沉积、物理沉
积等技术，可以对多孔骨架表面进行镀膜，形成具有表面镀膜的多孔基质层，多孔基质层设置位置包括但不限于芯片顶面、底部散热焊盘、顶面加侧面，多孔基质层设置区域不同，可以形成淹没射流冲击、表面射流冲击等不同射流冲击形式。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.1、本发明设置多孔基质，相变冷却液射流冲击多孔基质，多孔基质的连续孔隙结构可以增强导热能力。通过选择不同种类的多孔基质材料、不同组分的相变冷却液、不同射流冲击参数、不同多孔基质层设置位置，对氮化镓芯片实现不同效果的散热冷却，通过对多孔基质层表面镀膜，可以有效减小其与芯片接触面的界面热阻，提高导热效率。
32.2、本发明在氮化镓芯片与印刷电路板表面涂覆有一层绝缘涂层，防止相变冷却液损坏电子元器件并进一步增强导热性，通过相变冷却液射流冲击多孔基质，相对于传统的风冷、水冷等芯片散热方式，不仅具有更好的冷却效果，有效得控制高热密度的氮化镓芯片温度，同时能使芯片表面温度分布更均匀，防止热聚集导致的芯片失效，可以将氮化镓功率控制芯片工作结温有效降低20-30℃，增强氮化镓功率控制芯片使用性能和寿命。
33.3、本发明在可更换射流喷头顶部的管路上设置有节流阀，可以根据冷却要求与芯片发热情况，实时调节相变冷却液的流量与压力大小；对于冲击喷头，做了可快速更换设计，面对不同组分的相变冷却液，灵活调整喷嘴的几何参数，满足不同射流冲击要求，以应对不同工况的芯片散热冷却需求。
34.4、本发明通过密封圈安装在射流冲击盒盖体和射流冲击基座之间，增大装置的密封性，防止相变冷却液泄漏，同时，密封垫抵在射流冲击盒基座的外壁，保证密封性防止发生泄漏的情况，相变冷却液在射流冲击盒内射流冲击多孔基质层吸热后，流向环形流道的内侧，然后受重力影响进入到冷却液出口，经冷却液出口流出，进入到排水罩的内部，排水罩内部收集排出的相变冷却液，传输到下水管的内部，密封圈和密封垫提高密封性，
附图说明
35.图1为本发明的射流冲击盒盖体立体结构示意图；
36.图2为本发明的射流冲击盒盖体剖面结构示意图；
37.图3为本发明的进口管路结构示意图；
38.图4为本发明的可更换射流喷头结构示意图；
39.图5为本发明的系统结构示意图；
40.图6为本发明的工作流程结构示意图；
41.图7为本发明的射流冲击盒中相变冷却液流向结构示意图。
42.图中：101、相变冷却液；102、冷却液储罐；103、循环管路；104、循环泵；105、节流阀；106、射流冲击盒；107、相变换热器；201、射流冲击盒盖体；202、射流冲击盒基座；203、密封胶圈；204、环形流道；205、进口管路；206、可更换射流喷头；207、镀膜金刚石多孔基质；208、氮化镓芯片；209、印刷电路板；210、冷却液出口；211、排水罩；212、密封圈；213、下水管。
具体实施方式
43.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完
整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应作广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.请参阅图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7，本发明提供的一种实施例：一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，包括射流冲击盒106和射流冲击盒盖体201，所述射流冲击盒106的内部安装有射流冲击盒盖体201，射流冲击盒盖体201整体为圆柱型，底部边缘具有法兰结构，射流冲击盒盖体201开有两孔，一孔作为相变冷却液进口，进口管路205通过管螺纹、快速接头等方式与射流冲击盒盖体201连接；另一孔作为泄压口，其作用为排出盒内相变冷却液101吸热气化后的气体，防止射流冲击盒201内压力过高，所述射流冲击盒盖体201的顶部安装有螺纹座，所述射流冲击盒盖体201的顶部通过螺纹座活动连接有进口管路205，所述射流冲击盒盖体201的顶部开设有嵌合槽，嵌合槽为台阶孔结构，用于安装可更换射流喷头206，可更换射流喷头206针对不同冷却液种类、冷却液流速、冷却面积大小等的散热要求，可以采用不同形状、直径、数量喷嘴的喷头；喷嘴形状不限于圆形、菱形、狭缝等类型，喷嘴排布可以有单一喷嘴、矩形阵列、环形阵列等方式，所述嵌合槽的内侧嵌合安装有可更换射流喷头206，可更换射流喷头206与进口管路205对接，所述射流冲击盒盖体201的底部安装有射流冲击盒基座202，射流冲击盒盖体201通过法兰结构使用螺栓连接与射流冲击盒基座202结合，射流冲击盒盖体201与射流冲击盒基座202之间设计有密封胶圈203，防止相变冷却液101泄露，所述射流冲击盒基座202的内侧活动安装有安装座，所述的安装座安装有印刷电路板209，安装座对顶部的印刷电路板209提供安装位置，所述印刷电路板209的顶部安装有氮化镓芯片208，所述氮化镓芯片208的顶部活动安装有多孔基质层207，印刷电路板209对顶部的氮化镓芯片208支撑，氮化镓芯片208支撑顶部的多孔基质层207，根据氮化镓芯片208的发热区域与发热量，选择合适大小的多孔基质层207设置在氮化镓芯片208热量集中区域，多孔基质层207可以放置于氮化镓芯片208的底部散热焊盘表面、氮化镓芯片208的顶部表面、氮化镓芯片208的四周表面，多孔基质层207是一种具有连续孔隙结构的多孔骨架，其成型材料可以但不限于金属铜、铝、镍、金刚石等高导热系数材料；多孔骨架的连续多孔结构增强了导热能力，同时提高了力学性能，通过选取不同材料、大小、孔径、孔隙率的多孔基质层207，可以适配不同组分的相变冷却液101，从而实现不同的散热冷却效果，通过气相沉积法中的化学气相沉积、物理气相沉积等技术，可以在铜、铝等金属泡沫材料上镀金刚石、氧化硅等材质的膜，针对不同芯片表面，选择合适的镀膜方式与材料对多
孔基质层207表面镀膜，可以有效降低多孔基质层207和氮化镓芯片208间的界面热阻，同时提高芯片表面热量分布均匀性，相变射流冲击多孔基质层207将提高对流换热系数，实现更好的冷却效果，所述安装座的顶部外围设置有环形流道204，所述环形流道204的底部开设有两组冷却液出口210，冷却液出口210开设在安装座的外壁上，所述射流冲击盒基座202的外侧安装有排水罩211，所述排水罩211的内侧安装有密封垫212，密封垫212紧贴在射流冲击盒基座202的外壁，密封垫212抵在射流冲击盒基座202的外壁，保证密封性防止发生泄漏的情况，所述排水罩211的底端安装有下水管213，相变冷却液101在射流冲击盒106内射流冲击多孔基质层207吸热后，流向环形流道204的内侧，然后受重力影响进入到冷却液出口210，经冷却液出口210流出，进入到排水罩211的内部，排水罩211内部收集排出的相变冷却液101，传输到下水管213的内部，下水管213将相变冷却液101传输到循环管路103的内部，方便将相变冷却液101传输到下个设备内，射流冲击盒盖体201的顶部贯穿安装有排压阀214，连通射流冲击盒盖体201的内部和外部，排压阀214作用为排出盒内相变冷却液101吸热气化后的气体，防止射流冲击盒106内压力过高。
47.所述射流冲击盒基座202的顶部安装有密封环203，密封环203抵在射流冲击盒盖体201的底部，密封环203位于安装座的外侧，密封圈203安装在射流冲击盒盖体201和射流冲击基座202之间，增大装置的密封性，防止相变冷却液泄漏。
48.所述进口管路205的顶端安装有循环管路103，所述进口管路205的顶端通过循环管路103连接有节流阀105，所述节流阀105的输出端通过循环管路103连接有循环泵104，节流阀105通过循环管路103与循环泵104的输出端连接，所述循环泵104的输入端通过循环管路103连接有冷却液储罐102，所述冷却液储罐102的内部存放有相变冷却液101，所述下水管213的底端通过循环管路103连接有相变热交换器107，相变热交换器107的输出端通过循环管路103与冷却液储罐102连接，进口管路205将相变冷却液101传输到可更换射流喷头26的内部，可更换射流喷头206正对多孔基质层207，在距离合适的高度由上向下射流冲击，相变冷却液101在射流冲击盒106内射流冲击多孔基质层207吸热后，流向环形流道204的内侧，然后受重力影响进入到冷却液出口210，经冷却液出口210流出，进入到排水罩211的内部，排水罩211内部收集排出的相变冷却液101，传输到下水管213的内部，下水管213将相变冷却液101传输到循环管路103的内部，循环管路103将相变冷却液101进入相变换热器107，相变冷却液101在相变热交换器107内冷却后重新输送回冷却液储罐102，冷却液储罐102进行储存回流的相变冷却液101，等待下一次射流冲击。
49.所述射流冲击盒盖体201与射流冲击盒基座202组合后会形成一个空腔，用于放置印刷电路板209，氮化镓芯片208的外表面设置有绝缘涂层，印刷电路板209的外表面设置有绝缘涂层，在氮化镓芯片208与印刷电路板209表面涂覆有一层绝缘涂层，防止相变冷却液101损坏电子元器件并进一步增强导热性。
50.实施例1，该射流冲击冷却装置可以应用在新能源汽车驱动模块中，一种氮化镓功率控制芯片，工作电压10-30v，工作频率2mhz，可以提供交流直流转换，发热功率大于50w，界面热阻为1.5℃/w，其自然冷却条件下工作结温可达135℃，使用对此种氮化镓功率控制芯片进行冷却，选取的相变冷却液101是通过溶胶-凝胶法将棕榈酸和二氧化硅制成相变微胶囊，加入去离子水调配成合适浓度的相变乳浊液；选取孔隙率为70％、孔径为0.6mm，面积与氮化镓功率控制芯片底部散热焊盘面积大小相同，具有一定厚度的多孔金刚石作为多孔
基质层207，将其设置在氮化镓功率控制芯片底部散热焊盘上；使用单一圆形喷嘴的喷头，喷嘴直径为2mm，与多孔基质层207距离5mm；根据氮化镓功率控制芯片的发热情况设定射流流速为0.3m/s，从下向上进行非浸没射流冲击。
51.实施例2，该射流冲击冷却装置可以应用在5g基站中，一种氮化镓射频功率晶体管，可以提供1-2700mhz，125w连续波，工作电压为50v，发热功率大于100w，界面热阻为6.5℃/w，其自然冷却条件下工作结温可达150℃，使用对此种氮化镓射频功率晶体管进行冷却，选取的相变冷却液101是通过喷雾干燥法将石蜡和二氧化硅制成相变微胶囊，加入去离子水调配成合适浓度的相变乳浊液；选取孔隙率为75％、孔径为0.8mm，面积与氮化镓射频晶体管顶面面积大小相同，具有一定厚度的多孔泡沫铝，并且表面通过物理气相沉积镀氧化硅膜作为多孔基质层207，将其设置在氮化镓射频功率晶体管顶面；使用环形阵列圆形喷嘴的喷头，喷嘴直径为0.8mm，与多孔基质层207距离8mm；根据氮化镓射频晶体管的发热情况设定射流流速为0.5m/s，从上向下进行非浸没射流冲击，可以将氮化镓射频功率晶体管工作结温有效降低10-20℃，同时降低功率晶体管界面热阻，增强氮化镓射频功率晶体管使用性能和寿命。
52.实施例3，该射流冲击冷却装置可以应用在军事雷达设备中，一种氮化镓l频段功率放大器，主要应用于工作范围是1.2至1.4ghz频率的有源电子扫描阵列雷达，其运行功率可达500w，自然冷却条件下工作结温可达180℃，使用对此种氮化镓功率放大器进行冷却，选取的相变冷却液101是通过复凝聚法将石蜡和明胶制成相变微胶囊，加入去离子水调配成合适浓度的相变乳浊液；选取孔隙率为80％、孔径为0.2mm，体积略大于氮化镓功率放大器的多孔泡沫铜，对其表面使用化学气相沉积技术镀金刚石膜形成多孔基质层207，使镀膜泡沫铜完全包裹印刷电路板209上的化镓功率放大器；使用矩形阵列菱形喷嘴的喷头，喷嘴尺寸为0.25*0.25mm，与多孔基质层207距离10mm；根据氮化镓射频晶体管的发热情况设定射流流速为0.8m/s，从上向下进行淹没射流冲击，可以将氮化镓芯片工作结温控制在120℃以下，同时提高功率放大器表面温度分布的均匀性，增强氮化镓功率放大器使用性能和寿命。
53.进一步，该相变流体射流冲击冷却装置的使用方法如下：
54.s1、循环泵104运行将相变冷却液101通过循环管路103从冷却液储罐102抽出，循环管路103引导相变冷却液101传输到节流阀105的内部，相变冷却液101在节流阀105调节至目标压力后经循环管路103进入射流冲击盒106内，相变冷却液101进入到进口管路205的内侧；
55.s2、进口管路205将相变冷却液101传输到可更换射流喷头26的内部，可更换射流喷头206正对多孔基质层207，在距离合适的高度由上向下射流冲击；
56.s3、相变冷却液101在射流冲击盒106内射流冲击多孔基质层207吸热后，流向环形流道204的内侧，然后受重力影响进入到冷却液出口210，经冷却液出口210流出，进入到排水罩211的内部，排水罩211内部收集排出的相变冷却液101，传输到下水管213的内部；
57.s4、下水管213将相变冷却液101传输到循环管路103的内部，循环管路103将相变冷却液101进入相变换热器107，相变冷却液101在相变热交换器107内冷却后重新输送回冷却液储罐102，冷却液储罐102进行储存回流的相变冷却液101，等待下一次射流冲击。
58.进一步，在所述步骤s1中，还包括如下步骤：
59.s11、相变冷却液101是一种相变乳浊液，通过复凝聚法、原位聚合法等方法制成相变微胶囊，加入单组分冷却液中形成复合相变冷却液，根据多孔基质层207的孔径与系统冷却能力要求，可更换不同成分的相变冷却液；
60.在所述步骤s2中，还包括如下步骤：
61.s21、可更换射流喷头206安装在射流冲击盒盖体201的顶部，为可更换设计，根据芯片面积、相变冷却液类型的不同，使用不同形状、数量、直径的喷嘴，满足不同的散热冷却要求；
62.在所述步骤s2，还包括如下步骤：
63.s22、多孔基质层207由多孔骨架构成，表面具有镀层，多孔骨架材料可以但不限于铜、铝、金刚石高导热材料，根据导热需求，选择不同孔隙率与孔径大小，通过化学沉积、物理沉积等技术，可以对多孔骨架表面进行镀膜，形成具有表面镀膜的多孔基质层，多孔基质层207设置位置包括但不限于芯片顶面、底部散热焊盘、顶面加侧面，多孔基质层207设置区域不同，可以形成淹没射流冲击、表面射流冲击等不同射流冲击形式。
64.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

技术特征：
1.一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，包括射流冲击盒(106)和射流冲击盒盖体(201)，其特征在于：所述射流冲击盒(106)的内部安装有射流冲击盒盖体(201)，所述射流冲击盒盖体(201)的顶部安装有螺纹座，所述射流冲击盒盖体(201)的顶部通过螺纹座活动连接有进口管路(205)，所述射流冲击盒盖体(201)的顶部开设有嵌合槽，所述嵌合槽的内侧嵌合安装有可更换射流喷头(206)，可更换射流喷头(206)与进口管路(205)对接，所述射流冲击盒盖体(201)的底部通过螺栓安装有射流冲击盒基座(202)，所述射流冲击盒基座(202)的内侧活动安装有安装座，所述安装座的安装有印刷电路板(209)，所述印刷电路板(209)的顶部安装有氮化镓芯片(208)，所述氮化镓芯片(208)的顶部活动安装有多孔基质层(207)，所述安装座的顶部外围设置有环形流道(204)，所述环形流道(204)的底部开设有两组冷却液出口(210)，冷却液出口(210)开设在安装座的外壁上，射流冲击盒盖体(21)的顶部贯穿安装有排压阀(214)。2.根据权利要求1所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述射流冲击盒基座(202)的顶部安装有密封环(203)，密封环(203)抵在射流冲击盒盖体(201)的底部，密封环(203)位于安装座的外侧。3.根据权利要求1所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述射流冲击盒基座(202)的外侧安装有排水罩(211)，所述排水罩(211)的内侧安装有密封垫(212)，密封垫(212)紧贴在射流冲击盒基座(202)的外壁，所述排水罩(211)的底端安装有下水管(213)。4.根据权利要求1所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述进口管路(205)的顶端安装有循环管路(103)，所述进口管路(205)的顶端通过循环管路(103)连接有节流阀(105)。5.根据权利要求1所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述射流冲击盒盖体(201)与射流冲击盒基座(202)组合后会形成一个空腔，氮化镓芯片(208)的外表面设置有绝缘涂层，印刷电路板(209)的外表面设置有绝缘涂层。6.根据权利要求4所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述节流阀(105)的输出端通过循环管路(103)连接有循环泵(104)，节流阀(105)通过循环管路(103)与循环泵(104)的输出端连接。7.根据权利要求6所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述循环泵(104)的输入端通过循环管路(103)连接有冷却液储罐(102)，所述冷却液储罐(102)的内部存放有相变冷却液(101)。8.根据权利要求3所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，其特征在于：所述下水管(213)的底端通过循环管路(103)连接有相变热交换器(107)，相变热交换器(107)的输出端通过循环管路(103)与冷却液储罐(102)连接。9.根据权利要求1-8任意一项所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置的使用方法，其特征在于，该相变流体射流冲击冷却装置的使用方法如下：s1、循环泵(104)运行将相变冷却液(101)通过循环管路(103)从冷却液储罐(102)抽出，循环管路(103)引导相变冷却液(101)传输到节流阀(105)的内部，相变冷却液(101)在节流阀(105)调节至目标压力后经循环管路(103)进入射流冲击盒(106)内，相变冷却液(101)进入到进口管路(205)的内侧；
s2、进口管路(205)将相变冷却液(101)传输到可更换射流喷头(206)的内部，可更换射流喷头(206)正对多孔基质层(207)，在距离合适的高度由上向下射流冲击；s3、相变冷却液(101)在射流冲击盒(106)内射流冲击多孔基质层(207)吸热后，流向环形流道(204)的内侧，然后受重力影响进入到冷却液出口(210)，经冷却液出口(210)流出，进入到排水罩(211)的内部，排水罩(211)内部收集排出的相变冷却液(101)，传输到下水管(213)的内部；s4、下水管(213)将相变冷却液(101)传输到循环管路(103)的内部，循环管路(103)将相变冷却液(101)进入相变换热器(107)。相变冷却液(101)在相变热交换器(107)内冷却后重新输送回冷却液储罐(102)，冷却液储罐(102)进行储存回流的相变冷却液(101)，等待下一次射流冲击。10.根据权利要求9所述的一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置的使用方法，其特征在于，在所述步骤s1中，还包括如下步骤：s11、相变冷却液(101)是一种相变乳浊液，通过复凝聚法、原位聚合法等方法制成相变微胶囊，加入单组分冷却液中形成复合相变冷却液，根据多孔基质层(207)的孔径与系统冷却能力要求，可更换不同成分的相变冷却液；在所述步骤s2中，还包括如下步骤：s21、可更换射流喷头(206)安装在射流冲击盒盖体(201)的顶部，为可更换设计，根据芯片面积、相变冷却液类型的不同，使用不同形状、数量、直径的喷嘴，满足不同的散热冷却要求；在所述步骤s2，还包括如下步骤：s22、多孔基质层(207)由多孔骨架构成，表面具有镀层，多孔骨架材料可以但不限于铜、铝、金刚石高导热材料，根据导热需求，选择不同孔隙率与孔径大小，通过化学沉积、物理沉积等技术，可以对多孔骨架表面进行镀膜，形成具有表面镀膜的多孔基质层，多孔基质层(207)设置位置包括但不限于芯片顶面、底部散热焊盘、顶面加侧面，多孔基质层(207)设置区域不同，可以形成淹没射流冲击、表面射流冲击等不同射流冲击形式。

技术总结
本发明公开了一种基于多孔层的相变流体射流冲击冷却装置，包括射流冲击盒和射流冲击盒盖体，所述射流冲击盒的内部安装有射流冲击盒盖体，所述射流冲击盒盖体的顶部安装有螺纹座，所述射流冲击盒盖体的顶部通过螺纹座活动连接有进口管路，所述射流冲击盒盖体的顶部开设有嵌合槽，所述嵌合槽的内侧嵌合安装有可更换射流喷头。相变冷却液射流冲击多孔基质，多孔基质的连续孔隙结构可以增强导热能力。通过选择不同种类的多孔基质材料、不同组分的相变冷却液、不同射流冲击参数、不同多孔基质层设置位置，对氮化镓芯片实现不同效果的散热冷却，通过对多孔基质层表面镀膜，可以有效减小其与芯片接触面的界面热阻，提高导热效率。提高导热效率。提高导热效率。


技术研发人员：赵彦琦 全瑞星
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/7/21