[发明专利]一种协同驱动的高热流密度芯片相变散热装置和方法有效
| 申请号： | 202011080127.0 | 申请日： | 2020-10-10 |
| 公开（公告）号： | CN112201635B | 公开（公告）日： | 2023-06-13 |
| 发明（设计）人： | 杨小平;刘杰;魏进家;张永海 | 申请（专利权）人： | 西安交通大学 |
| 主分类号： | H01L23/427 | 分类号： | H01L23/427;H01L23/473;F28D15/04;F28D15/06 |
| 代理公司： | 西安通大专利代理有限责任公司 61200 | 代理人： | 马贵香 |
| 地址： | 710049 *** | 国省代码： | 陕西;61 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 一种 协同 驱动 热流 密度 芯片 相变 散热 装置 方法 | ||
【权利要求书】：
1.一种协同驱动的高热流密度芯片相变散热装置，其特征在于，包括蒸发器（1）、中心进液-环周进汽式汽液两相流喷射升压装置（9）、冷凝器（11）、储液器（15）和微泵（17）；其中，中心进液-环周进汽式汽液两相流喷射升压装置（9）与冷凝器（11）相连，冷凝器（11）与储液器（15）相连，储液器（15）经过微泵（17）与蒸发器（1）入口相连；
其中，蒸发器（1）包括壳体、补偿腔（5）、毛细芯镍层（3）和毛细芯铜层（2）；其中，壳体内设置有毛细芯铜层（2），毛细芯铜层（2）上设置有毛细芯镍层（3），毛细芯镍层（3）上方为补偿腔（5）；
补偿腔（5）的入口即蒸发器（1）入口，补偿腔（5）的出口与冷凝器（11）相连；
毛细芯铜层（2）底部设置有蒸汽槽道（4），蒸汽槽道（4）出口作为蒸发器（1）出口，通过蒸汽管路（8）与中心进液-环周进汽式汽液两相流喷射升压装置（9）相连；
储液器（15）为圆筒结构，储液器（15）进口与冷凝器（11）连接，出口与第四液体管路（16）相连，第四液体管路（16）出口分为两路，一路与蒸发器（1）相连，另一路与中心进液-环周进汽式汽液两相流喷射升压装置（9）相连；微泵（17）设置在第四液体管路（16）上。
2.根据权利要求1所述的协同驱动的高热流密度芯片相变散热装置，其特征在于，中心进液-环周进汽式汽液两相流喷射升压装置（9）包括液体喷嘴（9-1）、蒸汽喷嘴（9-2）、混合腔（9-3），喉部（9-4）和扩散段（9-5）；其中，液体喷嘴（9-1）伸入到蒸汽喷嘴（9-2）内部，混合腔（9-3）的入口与液体喷嘴（9-1）和蒸汽喷嘴（9-2）相连通，混合腔（9-3）出口与喉部（9-4）相连通，喉部（9-4）与扩散段（9-5）相连通；
液体喷嘴（9-1）入口与储液器（15）相连，蒸汽喷嘴（9-2）与蒸汽管路（8）相连通，扩散段（9-5）与冷凝器（11）相连。
3.根据权利要求2所述的协同驱动的高热流密度芯片相变散热装置，其特征在于，液体喷嘴（9-1）为渐缩喷嘴，内部末端设置有平直段；混合腔（9-3）为圆柱形渐缩通道；为保证降低流动损失的同时保证装置的高性能，收缩角为12°~15°；扩散段（9-5）为渐扩形的通道，扩张角为20°。
4.根据权利要求3所述的协同驱动的高热流密度芯片相变散热装置，其特征在于，平直段占液体喷嘴（9-1）总长度的1/5。
5.根据权利要求1所述的协同驱动的高热流密度芯片相变散热装置，其特征在于，毛细芯镍层（3）和毛细芯铜层（2）构成镍-铜复合毛细芯，镍-铜复合毛细芯的具体制备过程如下：将铜粉填入不锈钢模具中并铺平，形成铜层，模具底部加工有宽和高均为1~2mm的矩形微小槽道，将铜层压实；在铜层上填入镍粉，并压实形成镍层；铜层和镍层结合在一起，形成胚体；将胚体在保护气下烧结，得到镍-铜复合毛细芯。
6. 根据权利要求5所述的协同驱动的高热流密度芯片相变散热装置，其特征在于，铜粉的粒径为5~20 μm，铜层的厚度为2~4 mm；镍粉的粒径为50~100μm，镍层的厚度为1~2 mm；
烧结的具体条件为：以5℃/min的速率自室温升温至800℃，并在800℃下保温30min，随后以5℃/min的速率冷却至室温。
7.根据权利要求1所述的协同驱动的高热流密度芯片相变散热装置，其特征在于，储液器（15）顶部开设有液体工质注入口；
微泵（17）为离心泵、隔膜泵或电驱泵；
补偿腔（5）的出口经第一液体管路（6）与冷凝器（11）相连，第一液体管路（6）上设置有第一阀门（7）；
储液器（15）的出口经第五液体管路（20）与中心进液-环周进汽式汽液两相流喷射升压装置（9）相连；
第四液体管路（16）出口分为两路，一路经第五液体管路（20）与汽液两相流喷射升压装置（9）相连，另一路经第六液体管路（21）与补偿腔（5）相连，第六液体管路（21）上设置有第三阀门（22）。
8.一种基于权利要求1-7中任意一项所述的协同驱动的高热流密度芯片相变散热装置的散热方法，其特征在于，
将蒸发器（1）的底面与热源贴合，热量通过蒸发器（1）的壁面传导至毛细芯铜层（2），液体在毛细芯铜层（2）表面受热汽化，同时在气液界面产生弯月面，形成毛细力驱动循环，控制补偿腔（5）内的压力，毛细芯铜层（2）与蒸发器（1）的底板接触面会形成液体薄膜，产生的蒸汽通过蒸汽槽道（4）和蒸汽管路（8）进入汽液两相流喷射升压装置（9）中，储液器（15）内的液体同时进入汽液两相流喷射升压装置（9）中，通过渐缩型的液体喷嘴（9-1）加速后进入混合腔（9-3），高速液体射流通过卷吸以及紊动扩散作用，将蒸汽喷嘴（9-2）出口的气体带走，使得环周蒸汽喷嘴（9-2）的蒸汽进入混合腔（9-3），在混合腔（9-3）内，汽液两相在速度差、温度差的作用下，进行质量、动量和热量的交换，形成环状流并向泡状流转变，在喉部（9-4）附近产生凝结激波形成高压的单相流体；
单相流体进入冷凝器（11），补偿腔（5）内的流体在微泵（17）的作用下经过进入冷凝器（11），进入冷凝器（11）的高温液体经过冷凝后再进入储液器（15）；储液器（15）内的液体在微泵（17）的作用下分别进入补偿腔（5）和汽液两相流喷射升压装置（9），从而完成整个循环。
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- 张德运;刘同元 - 青岛舒元日佳电子科技有限公司
- 2023-04-27 - 2023-08-04 - H01L23/427
- 本实用新型涉及集成电路板技术领域，特别涉及一种便于散热的集成电路板，所述电路板主体的下表面均匀固定有热管组件，所述热管组件与电路板主体的连接处涂有导热硅脂，本实用新型通过导热硅脂以及外管上端的水平结构，提高电路板主体与热管组件之间的接触面积，从而提高热传导效果，在热量的作用下加速盛液间隙内部的工作液体蒸发，通过蒸发吸热带走电路板主体的热能，蒸发后的气体在外管两端冷凝释放热能，从而实现电路板主体的快速散热。
- 一种图像传感器的封装结构和散热方法-202310664453.3
- 庄天涯 - 上海微阱电子科技有限公司
- 2023-06-06 - 2023-08-01 - H01L23/427
- 本发明公开了一种图像传感器的封装结构及散热方法，该封装结构包括：封装外壳，所述封装外壳设有容纳腔，所述容纳腔用于容纳图像传感器芯片、热电制冷器件、基板和散热管；图像传感器芯片与基板相连，所述热电制冷器件的冷端与图像传感器芯片相连，以吸收图像传感器芯片产生的热量，所述热电制冷器件的热端与散热管相接触，以传导热量至散热管，所述散热管是用于传输散热介质的通道；透光盖板密封覆盖于所述封装外壳的开口部，所述透光盖板和图像传感器芯片之间留有设定宽度的空隙；所述封装外壳设有贯穿孔，所述贯穿孔与散热管相连，用于除气或者充入散热介质。该封装结构能够有效提升图像传感器的散热效果。
- 具有至少一个半导体元件的半导体模块-202180080852.4
- 斯特凡·普费弗莱因;龙尼·维尔纳 - 西门子股份公司
- 2021-10-12 - 2023-08-01 - H01L23/427
- 本发明涉及一种半导体模块(2)，其具有至少一个半导体元件(4)、第一基板(6)和第二基板(12)。与现有技术相比，为了实现更高的可靠性而提出：至少一个半导体元件(4)在第一侧(6)上以平面与第一基板(8)连接并且在背离第一侧(6)的第二侧(10)上以平面与第二基板(12)连接，其中，相变材料(30)布置在第二基板(12)的封闭的、特别是连续的空腔结构(44)中并且与半导体元件(4)导热地连接。
- 带有蓄热器的功率覆盖模块-202310011789.X
- R·L·米奥里尼;A·V·高达;N·蒂亚加拉让;B·M·拉什 - 通用电气航空系统有限责任公司
- 2023-01-05 - 2023-07-28 - H01L23/427
- 一种功率覆盖(POL)模块包括具有主体的半导体器件，该主体包括第一侧和相对的第二侧。限定在半导体器件第一侧上的第一接触焊盘和介电层，该介电层具有第一侧和相对的第二侧，限定通过其的一组第一孔口，该相对的第二侧设置成面对半导体器件第一侧。POL模块包括具有第一侧和相对的第二侧的金属互连层，该金属互连层第二侧设置在介电层第一侧上并延伸通过该组第一孔口，以限定电联接到第一接触焊盘的一组过孔。限定内部部分的外壳联接到金属互连层第一侧，并且相变材料(PCM)设置在外壳内部部分中。
- 一种带环路热管散热系统的一体化芯片衬底-202310387373.8
- 方立昌;王智彬;陈颖;王文豪;陈博 - 广东工业大学
- 2023-04-12 - 2023-07-21 - H01L23/427
- 本发明公开了一种带环路热管散热系统的一体化芯片衬底，包括冷凝器、储液器、第一液体管线、第二液体管线、气体管线和至少一个蒸发器，蒸发器与冷凝器通过气体管线连接，冷凝器与储液器通过第一液体管线连接，储液器与蒸发器通过第二液体管线连接，形成气液循环；第一液体管线和第二液体管线内均设置有毛细芯；第二液体管线和气体管线均与蒸发器可拆卸地连接；蒸发器为集芯片衬底和PCB封装结构一体的蒸发器，蒸发器包括PCB封装结构和固定在PCB封装结构上的芯片衬底，芯片衬底的底部开设有第一空腔，芯片衬底上还开设有若干第二空腔，第二空腔与芯片热点位置对应位于芯片热点的正下方；PCB封装结构包括N个上下重叠设置的PCB板。
- 一种超导散热装置-202320088678.4
- 张忠福;蒲延庆;宋洋;徐成钢;李刚 - 鞍山鞍明实业有限公司
- 2023-01-31 - 2023-07-21 - H01L23/427
- 本实用新型涉及一种超导散热装置，包括导热板、超导热管Ⅰ、超导热管Ⅱ、散热片，导热板的正面设有若干螺纹孔，背面开有焊接槽，焊接槽四周设有填充槽，填充槽的深度小于焊接槽的深度；超导热管Ⅰ、超导热管Ⅱ的吸热段焊接在焊接槽内；超导热管Ⅰ、超导热管Ⅱ与散热片采用过盈配合固定；所述的超导热管Ⅰ、超导热管Ⅱ的吸热段的底面为平面。优点是：不仅具有较强的热量传递和散热能力，满足电力电子功率模块的散热需求，同时，优化了超导热管、导热板和散热片结构，精炼了生产工艺和制造流程，提高了材料的利用效率，降低生产成本。
- 一种半浮动式液冷装置及芯片模组-202310425218.0
- 罗明清;范垚银;刘成志;季智源 - 加弘科技咨询（上海）有限公司
- 2023-04-19 - 2023-07-18 - H01L23/427
- 本发明提供一种半浮动式液冷装置及芯片模组，所述半浮动式液冷装置包括：应用于包括第一芯片模块和至少一个第二芯片模块的芯片模组中，所述半浮动式液冷装置包括：液冷板，装设于所述第一芯片模块上；至少一个均温板，装设于对应的所述第二芯片模块上；多个热管，分别连接于各所述均温板和所述液冷板之间，将所述均温板的热量传导至所述液冷板。本发明通过热管将对第一芯片模块散热的液冷板和对第二芯片模块散热的均温板连接起来，可以有效解决现有技术中多芯片集成时与散热装置接触不良的技术问题；通过支撑板将液冷板和均温板连接于芯片模组中，可以保证在连接空间受限的情况下液冷板和均温板与芯片模组的可靠固定。
- 均热板及均热板的制造方法-202180075648.3
- 田中贤吾 - 古河电气工业株式会社
- 2021-11-26 - 2023-07-14 - H01L23/427
- 提供能够提高工作液的输送效率以提高热传导率的均热板及其制造方法。均热板1在将第1金属片材11与第2金属片材12接合而形成的密闭的内部空间S中具有工作流体，在第1金属片材11与第2金属片材12彼此相对的对置面11a、12a中，在至少一者金属片材的对置面(在图1中为至少对置面12a)上以规定的间隔并列地形成有朝向一个方向(主槽的延伸方向X)连续或间歇地延伸的主槽21，并且，朝向与一个方向(主槽21的延伸方向X)不同的方向、以不规则的配设间距及不规则的槽宽形成有将相邻的主槽21a、21b连通的连通槽22。
- 具有润湿性图案化表面的均热板-202180072505.7
- C·M·梅加里迪斯;G·达穆拉基斯;T·P·库科拉瓦斯 - 伊利诺伊大学董事会
- 2021-09-22 - 2023-07-14 - H01L23/427
- 本申请描述了无芯均热板和混合均热板。示例无芯均热板包括润湿性图案化冷凝器，其被配置成沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案化域控制蒸汽冷凝；和润湿性图案化蒸发器。润湿性图案化蒸发器被配置为：i)接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物和ii)沿着在润湿性图案化蒸发器上形成的图案化域将冷凝物输送至润湿性图案化蒸发器的一个或多个热域部分。示例性混合均热板包括润湿性图案化冷凝器，其被配置为沿着在润湿性图案化冷凝器上形成的图案域控制蒸汽冷凝；以及蒸发器，其被配置为接收来自润湿性图案化冷凝器的冷凝物。
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