一种用于高热流密度芯片封装的微通道散热装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于高功率高热流密度芯片封装的微通道散热装置，该新型微通道散热装置包括水冷散热板、微泵、微通道散热结构、芯片内置温度传感器及功能芯片。微泵一端连接冷却工质入口另一端连接储液池，冷却工质在微泵作用下，从入口流经被散热功能芯片，然后在芯片外通过等温处理器回流至储液池，构成冷却工质的流体回路。微通道散热结构刻蚀于功能芯片下半部分，功能芯片通过硅脂与外部水冷散热板相连，以进一步吸收芯片工作产生的热量，水冷散热板固定于功能芯片上方，通过外部泵控制水冷散热板的流流量，以实现对功能芯片的工作温度控制。温度传感器设置于水冷散热板上表面和水冷散热板的下表面以获取水冷散热板上下表面的温度差。通过温度传感器获得功能芯片工作温度的实时数据，控制微通道散热结构及水冷散热板的工作状态，实现不同功率不同热流密度器件封装的有效热管理。件封装的有效热管理。

【技术实现步骤摘要】
一种用于高热流密度芯片封装的微通道散热装置


[0001]本专利技术涉及高热流密度电子元器件微通道散热冷却领域，尤其涉及一种用于高热流密度芯片封装的微通道散热装置。

技术介绍

[0002]自20世纪80年代初Tuckerman和Pease的开创性工作以来，包含单相液体流的微通道散热器已被广泛应用于各种高热流密度器件应用中，作为最有前景的高效换热技术之一。随着超大规模集成电路(ULSIC)的快速发展，由于处理速度的提高和小型化的需求，芯片表面的热流大大增加，为了进一步提高芯片的散热性能，以将器件保持在其允许温度内服役，其中，具有无源微结构的微通道散热器被认为是满足这一需求的有效手段。新型的微通道散热器结构在热特性和摩擦特性体现的优势获得传热学界的广泛应用。
[0003]从已公开的文献资料发现，采用微通道散热结构，当流道内雷诺数低于350时，微通道内前三角偏置肋的微通道散热器性能最佳，当流道内雷诺数高于400时，微通道内半圆形偏置肋的微通道散热器性能最佳。为了在有限的封装体积内获得更佳的流动特性和传热特性，对此类微通道散热器进行系统和详细的研究，本专利技术重点研究了微通道内具有对齐和偏移扇形肋的几何形状对流动和传热特性的影响。本专利技术从微通道内扇形肋宽度、高度和间距几个参数优化微通道散热装置的传热性能，传热性能侧重于微通道散热装置中的温度均匀性、最高温度特性和压降损失等。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种用于高功率高热流密度器件封装的微通道散热装置，以解决现有技术存在的缺陷。<br/>[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于高功率高热流密度器件封装的微通道散热装置，包括水冷散热板、微泵、微通道散热结构、芯片内置温度传感器及功能芯片。微泵一端连接冷却工质入口另一端连接储液池，冷却工质在微泵作用下，从入口流经被散热功能芯片，然后在芯片外通过等温处理器回流至储液池，构成冷却工质的流体回路。微通道散热结构刻蚀于功能芯片下半部分，功能芯片通过硅脂与外部水冷散热板相连，以进一步吸收芯片工作产生的热量，水冷散热板固定于功能芯片上方，通过外部泵控制水冷散热板的流量，以实现对功能芯片的工作温度控制。温度传感器设置于水冷散热板上表面和水冷散热板的下表面以获取水冷散热板上下表面的温度差。通过温度传感器获得功能芯片工作温度的实时数据，控制微通道散热结构及水冷散热板的工作状态，实现不同功率不同热流密度器件封装的有效热管理。经研究数据表明，本专利技术能满足热流密度为300w/cm2的芯片的散热需求。
[0006]优选地，微通道散热结构内部含有肋片，靠近冷却工质入口的肋片排列密度小于靠近冷却工质出口的肋片排列密度。
[0007]优选地，微泵为可控泵入流量的微型水泵。
[0008]优选地，微通道散热结构置于功能芯片下半部分，微通道散热结构采用刻蚀工艺完成内部微通道的制造，直接集成于功能芯片上。
[0009]优选地，微通道包括空洞结构和突起结构，靠近所述冷却工质入口的所述突起结构的排列密度小于靠近所述冷却工质出口的突起结构的排列密度，靠近所述冷却工质入口的所述突起结构的排列高度大于靠近所述冷却工质出口的突起结构的排列高度。
[0010]优选地，突出结构包括等腰三角形突出结构、圆弧形突出结构、梯形突出结构以及锯齿形突出结构、等腰三角形洞穴结构、圆弧形洞穴结构、梯形洞穴结构以及锯齿形洞穴结构。
[0011]本专利技术具有以下有益效果：
[0012]1、本专利技术采用多级水冷的散热方式，对不同工作功率下的芯片采用不同方式进行散热，保证得到最佳的散热效果，在有限空间内实现最优的散热效果。
[0013]2、本专利技术的水冷采用微通道散热，水冷散热板的通道均匀排布，且通道内水流与微通道内水流方向相反，散热性能获得进一步提高。
[0014]下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0015]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0016]图1是本专利技术优选实施例的一种用于高功率高热流密度器件封装的微通道散热装置结构示意图；
[0017]图2是本专利技术优选实施例的一种用于高功率高热流密度器件封装的微通道散热装置结构分解示意图；
[0018]图3是本专利技术优选实施例的一种用于高功率高热流密度器件封装的微通道散热装置的半剖图；
[0019]图4是本专利技术优选实施例的一种用于高功率高热流密度器件封装的微通道散热装置的微通道散热结构示意图；
[0020]图5是本专利技术优选实施例的一种用于高功率高热流密度器件封装的微通道散热装置的微通道散热装置局部放大图；
[0021]图6是本专利技术优选实例的的一种用于高功率高热流密度器件封装的微通道散热装置与其他4种微通道散热结构局部对比图；
[0022]图中，1、PCB板；2、微通道结构；3、温度传感器；4、水冷板通道；5、微泵；6、水冷散热板冷却工质回流入口；7、微泵固定脚；8、微通道散热结构冷却工质回流出口；9、水冷散热板；10、硅板；11、微通道散热结构；12、硅脂；13、功能芯片；14、微通道散热板冷却工质回流入口；15、水冷散热板冷却工质回流出口；16、芯片引脚；17、温度传感器上接触片；18、温度传感器下传接触片；19、水冷散热板冷却工质流入口；20、水冷散热板冷却工质流出口；21、微通道散热结构冷却工质流入口；22、微通道散热结构冷却工质流出口；23、储水池；24、冷却工质出口；25、冷却工质入口；201、等腰三角形空洞结构；211、圆弧形空洞结构；221、等腰梯形空洞结构；231、第一锯齿形空洞结构。
具体实施方式
[0023]以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0024]本专利技术提供了一种用于高热流密度芯片的散热器，包括水冷散热板9、微泵5、微通道散热结构11、内置温度传感器3以及功能芯片13，微通道散热结构11和水冷散热板9的两侧分别设置有微通道散热结构冷却工质流入口21、水冷散热板冷却工质流入口19和微通道散热结构冷却工质流出口22，微泵5上设置有水冷散热板液体回流入口6，微通道散热板液体回流入口14和水冷散热板液体回流出口15，微通道散热板液体回流出口8，微通道散热结构冷却工质流出口22和水冷散热板冷却工质流出口20通过软管与储水池23的冷却工质入口25相连，冷却工质出口24通过软管与微泵5水冷散热板冷却工质回流入口6以及微通道散热板冷却工质回流入口14相连，通过软管连接在微通道散热结构11和水冷散热板9上，微通道散热结构11固定于功能芯片13上方以吸收工作产生的热量，水冷散热板9固定于硅板10上方，温度传感器设置于微通道散热结构11底面以获取温度，功能芯片13与温度传感器3、以及微泵5连接以用于在获取到不同温度对应的热流密度时发送不同的控制信号。
[0025]参见图1、图2和图3，微泵5通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高功率高热流密度芯片封装的散热装置，其特征在于，包括水冷散热板、微泵、储水池、微通道散热结构、温度传感器以及功能芯片，所述微通道散热结构两边设置有冷却工质注入口和冷却工质流出口，所述微泵上设置有冷却工质回流入口和冷却工质回流出口，所述冷却工质流出口与冷却工质回流入口通过软管连接，微通道散热结构刻蚀于芯片上方以吸收芯片工作产生的热量，水冷散热板固定于微通道散热结构上的硅板上方，所述温度传感器通过均匀分布于表面的传感接触片和下接触传感片分别设置于所述功能芯片上表面和下表面以获取所述功能芯片上下表面的温度差，所述功能芯片与所述温度传感器、所述水冷散热板以及所述微型泵连接以用于在获取到不同温度对应的热流密度时发送不同的控制信号。根据权利要求1所述的一种用于高热流密度芯片的散热装置，其特征在于，所述微泵具有可控泵入流量。根据权利要求1所述的一种用于高热流密度芯片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李方，刘子腾，肖雨琴，谭泽文，吴永卓，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：