冷却设备、冷却的电子设备及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种冷却设备、冷却的电子模块及其制作方法。本发明专利技术提供了一种冷却的电子模块和制作方法，其采用冷却设备从置于基板上的一个以上的电子装置除去热量。该冷却设备包括供给歧管结构和返回歧管结构，该供给歧管结构具有用于将冷却剂注入到待冷却表面上的多个入口孔。由导热材料制成的该返回歧管结构具有采用导热的冷却剂紧密的密封沿其周边密封到待冷却表面的基面。该返回歧管结构提供用于在冷却剂冲击到待冷却表面之后排放该冷却剂的至少一个返回通道，其中通过至少一个返回通道排放的冷却剂冷却该返回歧管结构，由此有助于在该基面密封到待冷却表面的区域内待冷却表面的进一步冷却。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及热传输机制，更具体涉及用于除去由一个或多个电子装置产生的热的。更加具体地，本专利技术涉及流体冷却设备和用于冷却一个或多个电子装置的方法。
技术介绍
众所周知，工作的电子装置产生热量。应该从装置除去这种热量，从而将装置结温度维持在期望极限内，无法除去由此产生的热量导致了装置温度上升，潜在地导致热失控状态。电子工业的多种趋势相结合以提高热管理的重要性，包括从电子装置的热去除，包括其中热管理传统上未受重视的技术，例如CMOS。具体而言，对于更快和更致密封装电路的需要对于热管理的重要性有着直接的影响。首先，随着工作频率提高，功耗以及因此热产生增大。其次，在较低装置结温度下，增加的工作频率是可能的。此外，由于越来越多的装置被封装到单个芯片上，功率密度(瓦特/cm2)增大，使得需要从特定尺寸的芯片或模块去除更多的功率。这些趋势结合以产生如下的设备，其中不再期望单纯通过传统的空气冷却方法，例如使用具有导热管或蒸气腔的空气冷却的热沉，从现代的装置中除去热量。这种空气冷却技术在其从具有高功率密度的电子装置提取热量的能力上内在地受到限制。因此，冷却当前和未来的高热负载、高热通量电子装置的需求要求发展主动的热管理技术例如液体喷射冲击(liquid jet impingement)以冷却电子装置。此处所披露的专利技术旨在解决对增强的液体基冷却设备和冷却方法的这种持续需求。
技术实现思路
通过提供了一种冷却设备克服了现有技术的缺点并提供了另外的优点。该冷却设备包括供给歧管结构，包括多个入口孔，用于当冷却设备用于冷却至少一个电子装置时将冷却剂注入到待冷却表面上；以及返回歧管结构，具有配置成当该冷却设备用于冷却至少一个电子装置时密封该待冷却表面的表面。该返回歧管结构由导热材料制成，提供了在冷却剂冲击该待冷却表面之后用于排放冷却剂的至少一个通道。当使用中冷却至少一个电子装置且返回歧管结构的表面密封到该待冷却表面时，通过至少一个返回通道排放的冷却剂冷却该返回歧管结构，由此有助于在返回歧管结构的表面密封到待冷却表面的区域内待冷却表面的进一步冷却。在改进方面中，该返回歧管结构提供多个返回通道，用于在冷却剂冲击待冷却表面之后排放该冷却剂，并包括多个导热鳍。该多个返回通道至少部分地由该多个导热鳍定义。在一个实施例中，该多个导热通道置于该供给歧管结构的周边，且该多个返回通道的至少一些返回通道的特征尺寸小于250微米。在另一个改进方面中，该多个入口孔包括多个喷射口，用于将冷却剂的喷射冲击提供至待冷却表面上，且其中在工作时，冷却剂在冲击待冷却表面之后通过该多个返回通道排放时冷却该多个导热鳍。在另一方面，提供了冷却的电子模块，其包括基板、耦合到该基板的待冷却的至少一个电子装置、以及用于冷却该至少一个电子装置的冷却设备。该冷却设备包括供给歧管结构和返回歧管结构。该供给歧管结构包括多个入口孔，用于将冷却剂喷射到至少一个待冷却表面上。至少一个待冷却表面为该至少一个电子装置的一部分或耦合到该至少一个电子装置，以利于从该至少一个电子装置的热传输。由导热材料制成的该返回歧管结构包括沿其周边密封到该至少一个待冷却表面的基面。该返回歧管结构提供至少一个返回通道，用于在冷却剂冲击该至少一个待冷却表面之后排放冷却剂，通过至少一个通道排放的冷却剂冷却该返回歧管结构，由此有助于在返回歧管结构的基面密封到待冷却表面的区域内待冷却表面的进一步冷却。在另一方面，提供了一种冷却的电子模块的制作方法。该方法包括提供基板，其具有耦合到该基板表面的至少一个电子装置；提供冷却设备，用于冷却该至少一个电子装置，其中提供该冷却设备包括提供供给歧管结构，该供给歧管结构包括多个入口孔，用于将冷却剂喷射到至少一个待冷却表面上，该至少一个待冷却表面包括该至少一个电子装置的一部分或耦合到该至少一个电子装置，以利于从该至少一个电子装置的热传输；以及提供返回歧管结构，具有沿其周边密封到该至少一个待冷却表面的基面，该返回歧管结构包括导热材料并提供至少一个返回通道，用于在冷却剂冲击该至少一个待冷却表面之后排放冷却剂。该方法还包括在该返回歧管结构的基面和该至少一个待冷却表面之间沿其周边形成导热的冷却剂紧密的密封，其中在工作时，通过该至少一个返回通道排放的冷却剂冷却该返回歧管结构，由此有助于在返回歧管结构的基面密封到待冷却表面的区域内待冷却表面的进一步冷却。此外，通过本专利技术的技术实现了另外的特征和优点。本专利技术的其他实施例和方面在此详细描述并视为所主张的本专利技术的一部分。附图说明在说明书结论处的权利要求中具体地指出并清除地主张了被示为本专利技术的主题。从结合附图进行的下述详细描述，本专利技术的前述和其他目的、特征和优点将变得显而易见，附图中图1为根据本专利技术一个方面的冷却的电子模块的一个实施例的剖面正视图；图2为根据本专利技术一个方面的冷却的电子模块的另一个实施例的剖面正视图，该电子模块采用固定到待冷却表面周边的导热返回歧管结构；图3为根据本专利技术一个方面的沿A-A线截取的图2的冷却的电子模块实施例的剖面平面视图；以及图4为根据本专利技术一个方面的冷却的电子模块的另一个实施例的剖面正视图，其中采用固定到各个待冷却表面周边的一个或多个导热返回歧管结构，多个电子装置被冷却。具体实施例方式这里使用的“电子装置”包括计算机系统或者需要冷却的其他电子系统的任何产生热量的电子元件。在一个示例中，该电子装置为或者包括集成电路芯片、半导体芯片与/或电子元件。术语“冷却的电子模块”包括具有冷却以及至少一个电子装置的任何电子模块，单芯片模块和多芯片模块是此处描述的冷却的电子模块的示例。“待冷却表面”是指电子装置本身的表面，或者指热盖层、散热器、钝化层的暴露表面，或者与该电子装置接触的其他表面，且由电子装置产生的热量通过该表面被提取。这里使用的“微观尺度”是指250微米(μm)以下的特征尺寸。一般而言，此处提供了使用直接(或间接)液体冷却剂冲击方法从待冷却的电子装置的表面进行高效热传输的改进的冷却设备及其制作方法。在一个实施例中，该冷却液体可包括水基的单相冷却剂。然而，此处披露的构思可以容易地用于其他类型的冷却剂，无论是双相还是单相的。例如，该冷却剂可包括盐水、碳氟化合物液体、液态金属、或者其他类似的冷却剂或者制冷剂，而仍保留本专利技术的优点和独特特征。如前所述，计算机的性能在速度和功能方面都持续增长。由电子装置特别是处理器芯片散发的热量相应地增大。现在已经在考虑平均热通量大于100W/cm2且“热点”热通量接近300W/cm2的处理器芯片，且在接下来几年内，这些热通量水平可能分别接近200和450W/cm2。在考虑之中的芯片热负载已经超过了即使最有效的空气冷却设备的能力。预计的芯片热负载可能甚至超过将冷板附着到模块或芯片级的水冷却方法的能力。在这些热通量水平下满足结温度要求的一个冷却方案为与装置或芯片背面直接接触的水冷却。这意味着需要一种机制以隔离(1)位于基板上的任何无源装置(例如，解耦电容器)；(2)芯片至基板的互连(例如，“受控的崩溃的芯片连接”(C4)连接或者引线键合连接)；以及(3)位于基板上的相关联的顶面冶金。满足这些要求的一种冷却设备示于图1中，该图描述了根据本专利技术一个方面的一般用100表示的冷却的电子模块的一个实施例。在本实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷却设备，包括：供给歧管结构，包括多个入口孔，用于当所述冷却设备用于冷却至少一个电子装置时将冷却剂注入到待冷却表面上；以及返回歧管结构，具有配置成当所述冷却设备用于冷却所述至少一个电子装置时密封到所述待冷却表面的表面，所述返回歧管结构包括导热材料，并提供了在冷却剂冲击所述待冷却表面之后用于排放所述冷却剂的至少一个返回通道，其中当使用中冷却至少一个电子装置且返回歧管结构的表面密封到所述待冷却表面时，通过至少一个返回通道排放的冷却剂冷却所述返回歧管结构，由此有助于在返回歧管结构的表面密封到待冷却表面的区域内待冷却表面的进一步冷却。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特E西蒙斯，马杜苏丹K延加，小迈克尔J埃尔斯沃斯，利瓦伊A坎贝尔，理查德C朱，罗杰R施密特，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]