CN104979307A - 微通道散热器冷却多芯片系统装置 - Google Patents

Abstract

微通道散热器冷却多芯片系统装置，本发明属于微电子冷却技术领域。本装置依次包括封装在一起的封装片(1)和基板(2)；封装片(1)上开有放入散热器的凹槽(3)，以及与通道连接的流体入口(4)和流体出口(5)；基板(2)的正面加工有分流通道槽(6)和合流通道槽(7)，反面开有与外部管路连接的流体总入口(8)和流体总出口(9)。本装置将多个微通道散热器进行集成，同时对多芯片进行散热。

Description

微通道散热器冷却多芯片系统装置

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及一种冷却多芯片系统的装置。

背景技术

随着微机电系统和超大规模集成电路等技术的迅速发展，电子设备向着体积更小、集成度更高、功能更强大、反应更灵敏的方向发展。电子芯片的热流密度急剧增大，热负荷日益增强，如果不能迅速带走这些热量，电子器件将会由于高温而不能正常工作，甚至烧毁。传统散热方式己经不能满足高负荷电子器件的散热要求。为此，需要一些新型的散热结构或材料来解决高热流密度的电子设备中的散热问题。

目前国内外正在积极着手研究和已经应用的微冷却器包括：微热交换器、微冷冻机、微通道热沉、微热管均热片及整合式微冷却器等。其中微通道热沉因其加工制作技术比较成熟，得到了人们较多的关注，并且已被证明是最具有潜力的散热方式之一。微通道热沉具有结构简单、体积小、散热效率高等优点。

在微机电系统的应用背景下，散热元件(芯片)不是单独存在的，而是以多芯片集成系统的形式存在。目前，对于微系统的研究主要集中在单个芯片的微散热器方面，而对于多个芯片的集成系统研究较少。当有多个芯片存在时，为保证芯片集成系统能够良好的散热，将具有良好散热性能的微通道散热器系统进行集成，同时对多芯片进行散热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微通道散热器冷却多芯片系统的装置，当有多个芯片存在时，微通道散热器系统能否有效、均匀地散热，将由其流体分配的均匀性决定。本装置提供了一种最优的流道布局方式，使流体流向各个芯片所对应的散热器的流量比较均匀，为芯片的运行提供可靠的温度环境。

本发明设计了一种微通道散热器冷却多芯片系统的装置，如图1所示。为了更加明确说明系统的结构，图2、图3、图4、图5、图6分别给出了系统的主视图、俯视图、A-A剖面图、B-B剖面图、C-C剖面图。

本发明采用如下技术方案：

本发明设计了一种微通道散热器冷却多芯片系统的装置，其特征在于：包括封装片(1)和基板(2)，封装片(1)的正面上开有放入散热器的多个凹槽(3)，每个凹槽(3)的底部分别开有流体入口(4)和流体出口(5)；流体入口(4)和流体出口(5)均是通孔，流体入口(4)和流体出口(5)分别直通封装片(1)的另一面即背面；基板(2)的正面加工有分流通道槽(6)和合流通道槽(7)；分流通道槽(6)是由一个总的分流通道和与总的分流通道相连通的多个分流通道分支构成；合流通道槽(7)同样由一个总的合流通道和与总的合流通道相连通的多个合流通道分支构成；基板(2)另一面即背面开有流体总入口(8)和流体总出口(9)，流体总入口(8)和总的分流通道相连通，流体总出口(9)与总的合流通道相连通。

封装片(1)的背面与基板(2)的正面相对，每个流体入口(4)分别与分流通道槽(6)的一个分流通道分支末端相连通，每个流体出口(5)分别与合流通道槽(7)的合流通道分支末端相连通；封装片(1)和基板(2)焊接在一起形成完整的系统，与嵌入在凹槽(3)内的微通道散热器形成封闭的流体流动循环系统。

分流通道槽(6)和合流通道槽(7)中通道截面形状为矩形。

流体流经路线为：流体从基板(2)上的流体总入口(8)进入分流通道槽(6)，并在分流通道槽(6)内进行分流，分别通过封装片(1)上的流体入口(4)进入凹槽(3)内的散热器，流体流过散热器后通过封装片(1)上的流体出口(5)流入基板(2)上的合流通道槽(7)，最后从基板(2)上的流体总出口(9)流出。

本发明设计的一种微通道散热器冷却多芯片系统的装置，在满足每个芯片散热效果较好的条件下，还需要使每个芯片的散热效果相当，芯片的温度分布相似，若每个芯片的温度分布相差较大，则会影响芯片的正常工作。因此，流体流进各个散热器的流量分配情况影响着芯片的散热效果，流量分配越均匀，散热效果就越好。

本发明设计的系统的装置中，分流通道槽(6)由H型结构的分流通道分支和T型结构的总的分流通道复合而成，即型，流体从总入口(8)进入分流通道槽(6)后，首先流过T型通道，并流向T型左右两条相同的支路，之后两股流体分别再次流过H型通道的分支，即又各自均分流向二条支路，流体先后经过两次分流，每次分流都流向结构相同且对称分布的两条支路。

封装片(1)上的凹槽(3)的大小尺寸根据微通道散热器的尺寸来确定，微通道散热器可根据实际芯片的尺寸及加热功率等情况优化设计，总体几何尺寸可根据芯片尺寸要求来确定。

流体工质可分别选用空气、水、制冷剂等；系统装置的材质可选用铜、铝合金等。

本发明具有下列优点与效果：

1、在多个芯片(热源)存在的条件下，将多个微通道散热器进行集成，可以同时对多芯片进行散热；

2、流体流进每个散热器的流量分配比较均匀，散热效果相当，芯片的温度分布相似。

附图说明

图1：本发明实施例1的微通道散热器冷却多芯片系统的装置的示意图；

图中：1、封装片，2、基板，3、凹槽，4、流体入口，5、流体出口，6、分流通道槽，7、合流通道槽，8、流体总入口，9、流体总出口。

图2-6本发明实施例1的微通道散热器冷却多芯片系统的装置的结构示意图；

图2：本发明实施例1装置的主视图；

图3：图2装置的俯视图；

图4：图2装置的A-A剖面图；

图5：图2装置的B-B剖面图；

图6：图2装置的C-C剖面图。

具体实施方法

下面结合附图及微通道散热器冷却多芯片系统的装置在电子芯片散热中的应用对本发明作进一步的描述：但本发明并不限于以下实施例。

随着信息技术和电子技术的飞速发展，电子芯片的功率急剧增大，有效的散热成为芯片发展的至关重要的问题。

包括封装片1和基板2，封装片1的正面上开有放入散热器的多个凹槽3，每个凹槽3的底部分别开有流体入口4和流体出口5；流体入口4和流体出口5均是通孔，流体入口4和流体出口5分别直通封装片1的另一面即背面；基板2的正面加工有分流通道槽6和合流通道槽7；分流通道槽6是由一个总的分流通道和与总的分流通道相连通的多个分流通道分支构成；合流通道槽7同样由一个总的合流通道和与总的合流通道相连通的多个合流通道分支构成；基板2另一面即背面开有流体总入口8和流体总出口9，流体总入口8和总的分流通道相连通，流体总出口9与总的合流通道相连通。

封装片1的背面与基板2的正面相对，每个流体入口4分别与分流通道槽6的一个分流通道分支末端相连通，每个流体出口5分别与合流通道槽7的合流通道分支末端相连通；封装片1和基板2焊接在一起形成完整的系统，与嵌入在凹槽3内的微通道散热器形成封闭的流体流动循环系统。

实施例1

在多个芯片存在的条件下，设计一种微通道散热器冷却多芯片系统的装置。本装置通过焊接工艺将封装片1和基板2连接在一起，具体结构见图1-6。装置材质采用铝合金，工质为去离子水，散热器为三角凹穴微通道散热器。由于大功率芯片的成本非常昂贵，本实施方案中采用薄膜热源代替芯片进行性能测试。薄膜热源采用铂金属加热膜，经过优化设计，铂加热膜能够均匀的产热，它的输入电压根据芯片的产热量确定。铂加热膜通过镀膜技术在散热器背面形成厚100纳米的均匀蛇形薄膜，然后将散热器嵌入到封装片1上的凹槽3内。

分流通道槽6由H型结构的分流通道分支和T型结构的总的分流通道组成，流体从总入口8进入分流通道槽6后，首先流过T型通道，流向左右两条相同的支路，之后两股流体分别再次流过H型通道，又各自均分流向二条支路。流体先后经过两次分流，每次分流都流向结构相同且对称分布的两条支路。最终，四条支路的流量相对比较均匀。

去离子水从基板2上的流体总入口8进入分流通道槽6，并在通道槽6内进行分流，分别通过封装片1上的流体入口4进入凹槽3内的散热器，去离子水流过散热器后通过封装片1上的流体出口5流入基板2上的合流通道槽7，最后从基板2上的流体总出口9流出。去离子水在通道槽6内均匀的分成四条支路，流向各个散热器，从散热器底面吸收热量，对加热膜进行散热，因去离子水流量分配比较均匀，所以各加热膜的散热效果相当，从而能够保证电子器件温度的均匀性，延长电子器件的寿命。

Claims (4)

1.一种微通道散热器冷却多芯片系统的装置，其特征在于：包括封装片(1)和基板(2)，封装片(1)的正面上开有放入散热器的多个凹槽(3)，每个凹槽(3)的底部分别开有流体入口(4)和流体出口(5)；流体入口(4)和流体出口(5)均是通孔，流体入口(4)和流体出口(5)分别直通封装片(1)的另一面即背面；基板(2)的正面加工有分流通道槽(6)和合流通道槽(7)；分流通道槽(6)是由一个总的分流通道和与总的分流通道相连通的多个分流通道分支构成；合流通道槽(7)同样由一个总的合流通道和与总的合流通道相连通的多个合流通道分支构成；基板(2)另一面即背面开有流体总入口(8)和流体总出口(9)，流体总入口(8)和总的分流通道相连通，流体总出口(9)与总的合流通道相连通；封装片(1)的背面与基板(2)的正面相对，每个流体入口(4)分别与分流通道槽(6)的一个分流通道分支末端相连通，每个流体出口(5)分别与合流通道槽(7)的合流通道分支末端相连通；封装片(1)和基板(2)焊接在一起形成完整的系统，与嵌入在凹槽(3)内的微通道散热器形成封闭的流体流动循环系统。

2.按照权利要求1的一种微通道散热器冷却多芯片系统的装置，其特征在于：分流通道槽(6)和合流通道槽(7)中通道截面形状为矩形。

3.按照权利要求1的一种微通道散热器冷却多芯片系统的装置，其特征在于：流体流经路线为：流体从基板(2)上的流体总入口(8)进入分流通道槽(6)，并在分流通道槽(6)内进行分流，分别通过封装片(1)上的流体入口(4)进入凹槽(3)内的散热器，流体流过散热器后通过封装片(1)上的流体出口(5)流入基板(2)上的合流通道槽(7)，最后从基板(2)上的流体总出口(9)流出。

4.按照权利要求1的一种微通道散热器冷却多芯片系统的装置，其特征在后，首先流过T型通道，并流向T型左右两条相同的支路，之后两股流体分别再次流过H型通道的分支，即又各自均分流向二条支路，流体先后经过两次分流，每次分流都流向结构相同且对称分布的两条支路。