本发明专利技术涉及具有通过液体金属扩散器冷却热源(32)的电子装置，该装置包括至少一个热源；至少一个扩散器(30)，其钻孔有至少一个通道用于流动液体金属，形成热源(32)下面流过的回路；至少一个散热器(33)；和至少一个电磁泵(31)，用于使液体金属(34)在所述至少一个通道中移动，这样液体金属吸收热源所发出的热，以及传递它由散热器排散，其中每个扩散器包括放置在由可变形材料所制造的至少一个条带的两侧的任一侧上的由绝缘材料所制造的至少两个板。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有通过液体金属扩散器冷却的电子装置
本专利技术涉及通过液体金属扩散器冷却的电子装置，例如半导体装置。
技术介绍
本专利技术的领域是电子元件，例如半导体的温度管理。如图1中所示，电子元件可以通过几毫米厚的金属板放置在冷却装置上。该板的目的是如同冷却装置所经历的一样，扩散所发出的热流量，由此增加该热流量的截面。因为温度梯度与交换面积呈反比，所以大大地改善了总的温度管理。在该说明书的整个剩余部分中，术语“扩散器”用于表示这种板。图1表示耗散源10，例如电子元件或一组封装的元件，布置在扩散器11上，该扩散器11在热流量到达冷却装置12之前扩散热流量(箭头表示热流量密度φ)。这种扩散器的厚度是最佳的，在该厚度以下，扩散不充分，这降低了冷却装置的性能。在该厚度以上，由它所增加的温度阻力变得太高。如果它要效率高，扩散器必须保持为非常好的热导体，例如它可以由铜制造。然而，铜是重的，并且这是为什么也常常使用铝的原因。而且，铜的热传导率受到限制(400W.m-1.K-1)。因此，扩散器面积的大幅增加不会减小总的热阻，因为热流量将不会达到扩散器的限度。因此，为了改善总的温度管理，使用具有更高等效的热传导率的材料是有用的。一个方案包括使用非常好的热导体的材料，诸如装载有带高热传导率颗粒(钻石、碳等)的材料。但是目前，这种材料整合到设备中不足够成熟，并且成本和性能与工业要求(可靠性、机械加工、所获得的传导率、质量)不相容。另一个常常设想的方案是使用热管道。如图2中所示，热管道15包括封闭的容积16，其内壁覆盖有液体18所饱和的毛细管网17。它通常包括三个部件，称为蒸发器20、冷凝器21和绝热区域22。在蒸发器20，液体18被转换为蒸气23，该蒸气23朝向冷凝器21的路线发送。冷凝后，液体通过毛细管网17被带回到蒸发器，毛细管网17驱动热管道。用适合的毛细管网，热管道15可以在所有的位置工作，因此没有重力。热管道原理的主要优点是它在蒸发区域20(热源)和冷凝区域21(冷却源)之间产生非常低的温度差。热管道作为“热短的回路”。因为热管道的蒸气区域具有非常高等效的热传导率，它们可以用作扩散器。图3表示这种热管道27作为热扩散器的运转。接着使用术语热扩散器或“蒸气室”。运转的原理与常规的热管道相同，但是流体路径不同，因为热源25(蒸发器)放置在热管道的第一面上，而冷却源26(冷凝器)使用整个第二面。双相流体类型方案(热管道、蒸气室)有限制。例如，在航空学应用中，最大限制性的限制包括流体的选择、加速度的阻力、用于非常高密度的性能。所用的流体必须与航空学约束条件(火的约束条件、欧洲REACH法规等)相容。而且，这些方案的性能非常依赖于所使用的冷却源和双相流体的特征。目前，有用于电子系统的冷却回路的例子，其利用了通过直流电(DC)磁流体动力学类型的电磁泵所移动的导电流体(熔融盐或液体金属)。在说明书结尾处参考文献【1】中所限定的冷却回路由此使用磁流体动力学类型的导电泵(MHDDC)用于GaIn(镓-铟)类型的导电流体，以冷却电子元件。泵产生了25kPa数量级的压力，具有0.14升.分钟-1的流速，而施加于泵的磁场是0.9T。该系统能够冷却超过200W.cm-2热流量密度。在该回路中：-镓-铟的熔点高于0℃，这在熔解温度以下的环境温度时引起了运转问题。因为冷却源远离电子元件，所以在已经加热元件之前不可能起动装置。-电磁泵(高电流/低电压)的电源是复杂的，并且效率是低的。-用液体金属或熔融盐运转的这种回路具有高的热性能。然而，它受限于特定的应用，因为导电流体非常昂贵(1000欧元/kg)，并且一些液体金属，诸如镓或镓合金的密度比水高6倍。文献【2】公开了一种扩散器，其中液体金属，例如镓或镓合金，诸如镓-铟-锡，被放入到一个或几个半导体元件以下的扩散器中所机械加工的通道中进行循环。该液体金属吸收半导体元件下面的热和将该热分布在整个保留表面上。通过整合在扩散器中的磁流体动力学的导电泵移动该流体金属。保护材料的沉积分离了通道壁和液体金属，以防止它们之间化学相互作用。这种扩散器具有下列缺点：它需要化学涂层以分离化学通道和液体金属。当它固化时，没有提供抗镓膨胀的补救；这种膨胀可以损坏扩散器。本专利技术的目的是通过公开扩散器中液体金属的循环来克服这些缺点，该扩散器由与镓化学相容的堆叠的几个板制造，吸收热源下面热的液体金属具有很低的温度的温度以及在扩散器的整个保留表面上分布热，而整合到扩散器以下的面中的散热器排散来自于液体金属的热。
技术实现思路
本专利技术涉及具有通过液体金属扩散器冷却热耗散源的电子装置，该装置包括至少一个热耗散源，其包括至少一个电子元件；至少一个扩散器，至少一个液体金属循环通道通过它，形成在热耗散源下面有路线的回路，至少一个散热器和至少一个电磁泵，后者在所述至少一个通道中移动液体金属，这样液体金属吸收热耗散源所耗散的热，并且传递它由散热器排散，其特征在于：每个扩散器包括位于由可变形材料所制造的至少一个条杆的每侧上的由绝缘电材料所制造的至少两个板，液体金属循环通道绕该条杆制成。有利地，至少一个电子元件可以是半导体元件。液体金属可以选自镓、铟、铋、锡，包含镓和/或铟和/或锡的合金，钠-钾合金。有利地，由变形材料所制造的条杆是由膨胀的聚四氟乙烯(Teflon)、带有封闭小室的泡沫、带有开放小室和带有密封涂层的泡沫，或者由实心或空心的可变形塑料所制造。电极是由涂覆有保护涂层的钼、钨、不锈钢或铜制造的。该后面的方案减少了总电压的下降和由此电磁泵效率的下降。散热器是带鳍的散热器，它可以与风扇或强制对流的液体冷却器一起使用或者不与它们一起使用。每个电磁泵可以是磁流体动力学的导电泵((MHDDC))。它可以包括在扩散器的由电绝缘材料所制造的两个板之间。由绝缘电材料所制造的这些板可以由陶瓷、AIN、AI203、Si3N4或SiC所制造。有利地，扩散器在至少一个液体金属循环通道内包括鳍，以增加与液体金属的交换面积。有利地，根据本专利技术的装置包括电磁泵+堆叠的几个半导体/液体金属扩散器/散热器元件。有利地，热管道布置在液体金属扩散器和散热器之间。有利地，在第一实施方式中，根据本专利技术的装置包括：-第一磁回路，其包括由磁性材料和永磁铁所制造的至少一个条杆；-第一聚合物框架；-由绝缘材料所制造的第一板，其上放置有半导体元件；-由可变形材料所制造的条杆；-三个电极，一个电极放置在可变形材料上；-带有支撑装置的聚合物密封；-由绝缘材料所制造的第二板；-第二聚合物框架；-第二磁回路；-散热器；液体金属循环通道绕着由可变形材料所制造的条杆制成。有利地，在第二实施方式中，根据本专利技术的装置包括：-两个第一磁回路，-一个聚合物框架；-第一陶瓷板，其上放置有半导体元件；-由可变形材料所制造的条杆；-电极，其中一个电极放置在可变形材料上；-具有支撑装置的聚合物密封；-第二陶瓷板；-两个第二磁回路；-带鳍的散热器；液体金属循环通道绕着由可变形材料所制造的条杆制成。有利地，在第三实施方式中，根据本专利技术的装置包括：-第一带鳍的散热器，-第一聚合物框架，-第一磁回路，-第一陶瓷板，其上放置有半导体元件；-第一电极；-由可变形材料所制造的三个第一杆；-具有支撑装置的第一聚合物密封；-第二陶瓷板；-具本文档来自技高网...
【技术保护点】
具有通过液体金属扩散器冷却热耗散源的电子装置，该装置包括至少一个热耗散源(32)，其包括至少一个电子元件；至少一个扩散器(30)，至少一个液体金属循环通道通过它，形成在热耗散源(32)下面有路线的回路，至少一个散热器(33)和至少一个电磁泵(31)，后者在所述至少一个通道中移动液体金属(34)，这样液体金属吸收热耗散源所耗散的热，并且传递它由散热器排散，其特征在于：每个扩散器包括位于由可变形材料所制造的至少一个条杆的每侧上的由绝缘材料所制造的至少两个板，液体循环通道绕着该条杆制成。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.12.13 FR 11615431.具有通过液体金属扩散器冷却热耗散源的电子装置，该装置包括至少一个热耗散源(32)，其包括至少一个电子元件；至少一个扩散器(30)，至少一个液体金属循环通道通过它，形成在热耗散源(32)下面有路线的回路，至少一个散热器(33)和至少一个电磁泵(31)，后者在所述至少一个通道中移动液体金属(34)，这样液体金属吸收热耗散源所耗散的热，并且传递它由散热器排散，其特征在于：每个扩散器包括位于由可变形材料所制造的至少一个条杆的每侧上的由绝缘材料所制造的至少两个板，液体循环通道绕着该条杆制成。2.根据权利要求1的装置，其中至少电子元件是半导体元件。3.根据权利要求1的装置，其中液体金属选自镓、铟、铋、锡，或者包含镓和/或铟和/或锡的合金，或者钠-钾合金。4.根据权利要求1的装置，其中由变形材料所制造的每个条杆是由膨胀的聚四氟乙烯、带有封闭小室的泡沫、带有开放小室和带有密封涂层的泡沫，或者由实心或空心的可变形塑料所制造。5.根据权利要求1的装置，其中散热器是带鳍的散热器，其可以与风扇或强制对流液体冷却器一起使用，或者不与它们一起使用。6.根据权利要求1的装置，其中每个电磁泵是磁流体动力学导电泵。7.根据权利要求1的装置，其中由绝缘电材料所制造的板是由陶瓷、AIN、Al2O3、Si3N4或SiC所制造。8.根据权利要求1的装置，其中每个电磁泵包括在由绝缘材料所制造的扩散器的两个板之间。9.根据权利要求1的装置，其中扩散器在至少一个液体金属循环通道内部包括鳍，以增加与液体金属的交换面积。10.根据权利要求2的装置，包括几个半导体元件(101)和液体金属扩散器(102)和散热器(103)元件制造的堆叠，半导体元件(101)和液体金属扩散器(102)和散热器(103)元件中每个连接电磁泵100。11.根据前述权利要求中任一权利要求的装置，其中热管道(110)布置在液体金属扩散器(111)和散热器...
【专利技术属性】
技术研发人员：杰克斯·萨拉特，伊万·阿万纳斯，里格斯·伯纳德·阿尔伯特·莫瑞特，曼苏尔·塔克，
申请(专利权)人：伊斯帕诺絮扎公司，格勒诺布尔工程学院，国家科学研究中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR
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