[发明专利]一种微系统相变微冷却方法及装置

权利要求书

1.一种微系统相变微冷却装置，其特征在于，所述微冷却装置包括微换热器(1)、封装基板(2)、3D芯片基板(3)，所述3D芯片基板(3)和所述微换热器(1)分别安装在所述封装基板(2)的正反面，在所述3D芯片基板(3)内阵列形式排布多个3D堆栈芯片(4)；

所述封装基板(2)为单层结构，内部设有集/分液流道，所述集/分液流道包括微换热器至3D芯片基板流道(9)和3D芯片基板至微换热器流道(10)；

所述微换热器至3D芯片基板流道(9)为所述微换热器(1)内循环侧的供液出口(14)与所述3D芯片基板(3)内侧的供液口(12)串联的最短流程；所述3D芯片基板至微换热器流道(10)为所述3D芯片基板(3)内侧的回气口(13)与所述微换热器(1)内循环侧的回气入口(15)串联的最短流程；

所述3D堆栈芯片(4)产生的热量经所述3D芯片基板(3)、所述封装基板(2)内流道汇合后进入所述微换热器(1)，和系统冷却外循环进行换热后冷凝，从而实现对所述3D堆栈芯片(4)的相变冷却循环。

2.根据权利要求1所述的微系统相变微冷却装置，其特征在于，所述封装基板(2)正面阵列排布多个所述3D芯片基板(3)，多个所述3D芯片基板(3)的所述供液口(12)和所述回气口(13)分别串联后，与所述微换热器(1)的所述供液出口(14)和所述回气入口(15)连通。

3.根据权利要求1或2所述的微系统相变微冷却装置，其特征在于，所述3D芯片基板(3)从下到上依次为分水流道(16)、主微流道(17)、集水流道(18)、次微流道(19)和封装层(20)五部分；所述分水流道(16)实现从1个所述3D芯片基板(3)所述供液口(12)到多个所述3D堆栈芯片(4)的流量分配，按照最短流程和圆滑过渡的原则，所述3D堆栈芯片(4)的供液方式为全并联；所述主微流道(17)和所述次微流道(19)内设有矩形强化换热微肋，所述微肋内具有液体通道(23)，所述微肋外侧形成气体通道(24)；所述集水流道(18)实现多个所述3D堆栈芯片(4)到1个所述3D芯片基板(3)所述回气口(13)的流量汇合，多个所述3D堆栈芯片(4)的回气方式为全并联；所述封装层(20)在最上面，实现所述3D堆栈芯片(4)的气密封装和保护。

4.根据权利要求1所述的微系统相变微冷却装置，其特征在于，所述微换热器(1)上靠近外侧处布置有外循环侧的进/回接口，所述进/回接口通过软管与所述系统冷却外循环装置连接。

5.根据权利要求4所述的微系统相变微冷却装置，其特征在于，所述进/回接口为倒刺或者小型的快速自密封接头。

6.根据权利要求1所述的微系统相变微冷却装置，其特征在于，所述供液出口(14)和所述回气入口(15)上通过接口密封圈(7)或胶密封。

7.根据权利要求1所述的微系统相变微冷却装置，其特征在于，所述微换热器(1)紧凑型微通道板式液-液换热器，厚度在mm级，尺寸为10mm级，换热量达kW级，换热温升10℃以内。

8.根据权利要求1所述的微系统相变微冷却装置，其特征在于，所述微换热器至3D芯片基板流道(9)上包含充注流道(11)和充注口堵头(5)，所述充注流道(11)的开口位于所述封装基板(2)的底面，用于所述微换热器至3D芯片基板流道(9)的首次抽真空及充液，所述充注流道(11)通过所述充注口堵头(5)带胶封堵。

9.根据权利要求1所述的微系统相变微冷却装置，其特征在于，所述内循环侧冷却介质为Novec HFE电子氟化液、R134a；外循环侧冷却介质为乙二醇冷却液。

10.一种利用权利要求1所述的微系统相变微冷却装置实现的微冷却方法，其特征在于，所述冷却方法如下：在所述微换热器(1)、所述封装基板(2)和所述3D芯片基板(3)连接的内部流道，以及所述微换热器(1)上靠近外侧处布置的外循环侧的外侧水接口(8)与系统冷却外循环装置连接，形成的封闭流道内预充一定量的冷却介质，形成一个脉动热管；液态的冷却介质流经所述3D芯片基板(3)内相应的所述3D堆栈芯片(4)的微流道，吸收所述3D堆栈芯片(4)的热量后发生蒸发，经所述3D芯片基板(3)内一次汇合后进入所述封装基板(2)，在所述封装基板(2)内二次汇合后进入所述微换热器(1)，和所述系统冷却外循环进行换热后冷凝，再进入所述封装基板(2)实现一次流量分配，进入所述3D芯片基板(3)实现二次分配，进入微流道，完成一个微系统相变微冷却的内循环。