一种两相冷却装置，其可包括至少三个基底：带有芯吸结构的金属、中间基底和背平面。流体可以包含在芯吸结构和蒸气腔内，用于将热能从热地平面的一个区域传输到热地平面的另一区域，其中，流体可以由芯吸结构内的毛细力驱动。钛热地平面可适于在移动装置中使用，比如是便携式装置或智能手机，其中，它可以提供较强的性能优势。强的性能优势。强的性能优势。
【技术实现步骤摘要】
用于便携式应用的高性能两相冷却装置
相关申请的交叉引用本非临时专利申请是继续申请，其要求于2017年5月9日提交的美国非临时专利申请序列号第15/590621号的优先权，该申请进而要求2016年5月23日提交的美国临时专利申请序列号第62/340308号的优先权。出于所有目的，这些在先申请通过引用而被全部纳入。关于联邦赞助研发的声明不适用。有关缩微平片附录的声明不适用。
[0001]本专利技术涉及半导体装置的冷却，并且更具体地涉及用于冷却半导体和其他装置的冷却系统。
技术介绍
[0002]采用各种半导体装置和集成电路的电子器件普遍经受各种环境约束。这种电子器件的应用极为广泛，并采用了不同的半导体材料。
[0003]许多电子环境，比如移动设备或笔记本电脑具有薄型/平面型构造，其中，许多部件被紧凑地封装在非常受限的空间中。因此，冷却方案还必须适形于薄型/平面型构造。对于许多电子冷却应用而言，呈薄型热地平面(TGP)形式的散热器可能是期望的。
技术实现思路
[0004]本申请公开了两相冷却装置。两相冷却装置是一类可以非常高效地传递热量的装置，并且可以包括：热管、热地平面、蒸气腔和热虹吸管等。
[0005]在一些实施例中，本申请提供了包括至少三个基底的两相冷却装置。在一些实施例中，基底中的一个或多个通过微加工金属形成，比如但不限于钛、铝、铜或不锈钢。在一些实施例中，基底可以形成为适合在电子装置中使用的热地平面结构。在一些实施例中，两相装置可包括预定量的至少一种合适的工作流体，其中，工作流体通过在液相与气相之间换相来吸收或排出热量。
[0006]在一些实施例中，本申请可以提供两相冷却装置，其包括金属、比如但不限于钛、铝、铜或不锈钢，基底包括多个蚀刻的微结构，从而形成芯吸结构，其中，微结构中的一个或多个的高度在约1－1000微米之间，宽度在约1－1000微米之间，并且间隔在约1至1000微米之间。在一些实施例中，蒸气腔可以与多个金属微结构连通。在一些实施例中，至少一个中间基底可以与芯吸结构和蒸气区域连通。在一些实施例汇总，流体可以包含在芯吸结构和蒸气腔内，用于将热能从热地平面的一个区域传输到热地平面的另一区域，其中，流体可以由芯吸结构内的毛细力驱动。
[0007]在一些实施例中，冷却装置可构造成实现芯吸结构中的大的毛细力，以支持液相
与气相之间的大压力差，同时最小化在芯吸结构中流动的液体的黏性损失。在一些实施例中，冷却装置可以是热地平面，该热地平面可以做得非常薄，并且与早先的TGP可以实现相比可以传递更多的热能。在一些实施例中，不同的结构部件可以位于蒸发器区域、绝热区域和冷凝器区域中。在一些实施例中，蒸发器区域可以包含中间基底，该中间基底包括多个微结构，当与芯吸结构配合时，该微结构形成大纵横比(aspect ratio)结构。在一些实施例中，中间基底特征与芯吸结构特征交错以增加芯吸结构的有效纵横比。在一些实施例中，绝热区域可以包含中间基底，该中间基底被定位成紧邻芯吸结构，以将蒸气腔中的蒸气与芯吸结构中的液体分离。在一些实施例中，冷凝器区域可以包含具有大开口(与微结构相比)的中间基底，使得芯吸结构与蒸气腔直接连通。在一些实施例中，冷凝器区域可以不包含中间基底，使得芯吸结构与蒸气腔直接连通。
[0008]便携式装置对尺寸、功耗和电池寿命有严格的要求。这些性能属性通常是相互关联的，因此较小、较轻的壳体可能会变热，从而降低电池性能。因此，钛热地平面可适于在便携式装置中使用，其中，钛热地平面的改进的热性能、小尺寸和机械强度是优于其他热管技术的显著优点。
附图说明
[0009]参照以下附图描述各种示例性细节，附图中：
[0010]图1是早先的基于钛的热地平面的示意性实施例，其包括带有芯吸结构的钛基底、背平面和蒸气腔；
[0011]图2A和图2B是带有芯吸结构的早先的钛基底的示意性实施例：图2A中芯吸结构包括柱，图2B中芯吸结构包括通道或凹槽；
[0012]图3A和图3B是早先的基于金属的热地平面的示意性实施例，其带有中间基底，该中间基底与芯吸结构和蒸气腔连通。中间层可包括微结构。图3A示出描绘实施例的各部件的轮廓图，图3B示出实施例的各结构部件的分解图；
[0013]图4A－图4D描绘了根据示意性实施例的结构部件，其中，不同的结构部件位于蒸发器区域、绝热区域和冷凝器区域中：图4A示出了中间基底包括多个微结构的实施例的蒸发器区域，这些微结构与芯吸结构交错，图4B示出了中间基底紧邻芯吸部定位的实施例的绝热区域，图4C示出了芯吸结构与蒸气腔直接连通的实施例的冷凝器区域，图4D示出中间基底的实施例的细节；
[0014]图5A－图5D是示意性实施例，是结构未润湿(即干燥的)以及被液体润湿的实施例的结构部件的轮廓图：图5A是蒸发器区域中的未润湿的结构部件，其示出了收集液体之处，图5B是绝热区域中的未润湿的结构部件，图5C是绝热区域中的已润湿的结构部件，图5D是冷凝器区域中未润湿的结构部件，其示出了收集液体之处；
[0015]图6示出了对于热地平面的示意性实施例的压力与轴向位置的关系曲线。该曲线示出了蒸气腔中的气相和芯吸结构中的液相的压力。在该情形中，液相与气相之间的最大压力差出现在蒸发器区域中。气相与液相之间的最小压力差出现在冷凝器区域中；
[0016]图7是根据一个或多个实施例的本申请的基于Ti的TGP(基于金属的热地平面)的一个或多个实施例的形式的流程图的示意性实施例；
[0017]图8是本申请的基于Ti的TGP的一个或多个实施例的形式的流程图的示意性实施
例；
[0018]图9A－图9B示出了与中间基底连通的芯吸结构的示意性实施例。有效纵横比定义为有效通道高度h与有效通道宽度w之比：图9A示出了中间基底中的微结构与芯吸结构交错的示意性实施例，图9B示出了中间基底中的微结构位于芯吸结构上方的替代实施例；
[0019]图10是用于便携式装置的TiTGP的简化剖视图；
[0020]图11是其上安装有传统热管的便携式装置的简化剖视图；
[0021]图12是其中安装有基于钛的热地平面的便携式装置的简化剖视图；
[0022]图13是便携式装置的简化剖视图，该便携式装置带有基于钛的热布朗平面和安装有所述部件的集成电路芯片；
[0023]图14是适用于便携式装置的热地平面的第一实施例的简化剖视图；
[0024]图15是适用于便携式装置的热地平面的第二实施例的简化剖视图；
[0025]图16A是适用于便携式装置的具有多个热地平面的热地平面的第一实施例的简化剖视图；图16B示出了多个TiTGP的另一实施例；图16C示出了多个TiTGP的又一实施例；
[0026]图17是适用于便携式装置的具有多个热地平面的热地平面的第二实施例的简化剖视图；以及
[0027]图18是适用于便携式装置的具有多个热地平面的热地平面的第三实施例的简化剖视图。
[0028]应理解的是，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有壳体的便携式装置，包括：设置在所述壳体内的热地平面，其中，所述热地平面包含用于工作流体的蒸气区域和液体区域，所述工作流体设置在所述便携式装置的所述壳体内，其中，所述热地平面包括金属背平面；在金属基底上形成的蒸气腔和芯吸结构，其中，所述热地平面还包括至少一个中间基底，所述中间基底带有邻近所述芯吸结构设置在所述蒸气腔中的多个突起，其中，所述多个突起通过至少一个交叉构件彼此联接，并且其中，所述突起适形地装配到所述芯吸结构中；设置在所述壳体内的集成电路芯片，其中，所述集成电路芯片与所述热地平面热连通，使得由所述芯片产生的热量通过所述热地平面散布于整个所述便携式装置；并且其中，所述热地平面与所述便携式装置的至少一个结构元件热连通，并且所述至少一个结构元件基本上是等温的，其中，横跨所述结构元件的温度梯度小于10℃，并且其中，所述热地平面机械地联接到所述便携式装置，从而为所述壳体提供机械强度和坚固性。2.根据权利要求1所述的便携式装置，其特征在于，所述壳体包括前表面、中间框架构件和背表面，并且其中，所述热地平面联接到所述前表面、所述中间框架构件和所述背表面中的至少一者，从而为所述壳体提供强度和刚度。3.根据权利要求1所述的便携式装置，其特征在于，所述热地平面被布置在形成于中间框架构件中的腔体中，其中，所述中间框架构件包括钛。4.根据权利要求3所述的便携式装置，其特征在于，所述腔体形成在所述中间框架构件中，所述腔体的深度在约100至约1000微米之间，从而横跨所述腔体留出约100至200微米的钛跨过所述中间框架构件。5.根据权利要求1所述的便携式装置，其特征在于，所述热地平面还包括钛壳体和钛芯吸平面，其中，所述钛壳体和所述钛芯吸平面总的厚度在约0.3mm至约1.5mm之间。6.根据权利要求1所述的便携式装置，其特征在于，所述热地平面还包括至少一个中间基底，所述中间基底具有带有多个突起的区域，所述多个突起适形地装配到所述芯吸结构中，以形成窄流体通路，所述窄流体通道的纵横比(高/宽)允许通过毛细作用力驱动流体通过所述窄流体通道，其中，所述突起的形状适配于所述芯吸结构中的特征。...
【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：皮梅姆斯公司，
类型：发明
国别省市：
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