CN106252309B - 一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器及导冷插件 - Google Patents

一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器及导冷插件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器及导冷插件，微通道液冷散热器固定安装在芯片的一侧面上；包括芯片封装板、盖板和冷却液循环装置，芯片封装板封装固定在芯片的一侧面上，芯片封装板的另一侧面的边沿与盖板的边沿密封固定连接，芯片封装板与所述盖板之间形成一流通腔，所述芯片封装板位于所述流通腔内的一侧面上设有多个散热齿；所述盖板上开设有进液孔和出液孔，所述进液孔和出液孔分别通过液冷管道与所述冷却液循环装置相连通。本发明的散热器，通过在芯片封装板位于流通腔内的一侧面设置成具有多个散热齿的微通道散热结构，减小了接触热阻，提升了热交换效率，有利于高热流密度发热芯片等集中热源的散热。

Description

一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器及导冷插件
技术领域
本发明涉及一种液冷散热器，具体涉及一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器及导冷插件。
背景技术
随着插件的集成化程度越来越高，插件印制板上高/超高热流密度的功率芯片的散热问题成为结构设计和热设计研究的重点。
传统导热方式包括风冷和液冷，其中大部分散热都是在芯片封装完成后，通过冷板将发热芯片的热量带走，冷板与发热芯片表面通过导热衬垫或导热硅脂来减小接触热阻，同时冷板可以是导冷式或者是内部有冷却液流道的液冷式，此种方式结构设计相对简单，可靠性较高。
然而，目前超大规模门阵列芯片和发射接收芯片等的应用，使得芯片本身的发热功率急剧上升，局部热流密度甚至可达500W/cm以上，因此，需要将集成电路设计与结构/热设计同时进行，展开协同设计，以满足现有芯片的散热需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器及导冷插件。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器，固定安装在芯片的一侧面上；包括芯片封装板、盖板和冷却液循环装置，所述芯片封装板封装固定在所述芯片的一侧面上，所述芯片封装板的另一侧面的边沿与所述盖板的边沿密封固定连接，所述芯片封装板与所述盖板之间形成一流通腔，所述芯片封装板位于所述流通腔内的一侧面上设有多个散热齿；所述盖板上开设有进液孔和出液孔，所述进液孔和出液孔分别通过液冷管道与所述冷却液循环装置相连通。
本发明的有益效果是：本发明的散热器，通过在芯片封装板位于流通腔内的一侧面设置成具有多个散热齿的微通道散热结构，减小了接触热阻，提升了热交换效率，有利于高热流密度发热芯片等集中热源的散热。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述散热齿为在所述芯片封装板上通过蚀刻方式加工制成的凸起结构。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过蚀刻方式加工散热齿，工艺简单，方便操作。
进一步，所述散热齿呈柱型结构，所述散热齿的横截面呈圆形或多边形，多边形包括但不限于方形、菱形。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过对散热齿的结构进行限定，可增大散热齿与冷却液的接触面积，进一步增强了散热效率。
进一步，每相邻两个散热齿之间的距离为0.5mm-0.7mm，所述散热齿的高度为3.2mm-3.8mm。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过对散热齿间距和散热齿长度进行限定，散热效率高。
进一步，所述芯片封装板与所述盖板通过真空焊接固连在一起。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过将芯片封装板与盖板通过真空焊接方式固定在一起，使连接成型的芯片封装板与盖板成一体化结构，整体结构更稳固。
进一步，所述盖板的进液孔处设有进液接头，所述盖板的出液孔处设有出液接头，所述出液接头和进液接头均与所述液冷管道的一端螺纹连接，所述液冷管道的另一端与所述冷却液循环装置相连通。
采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置进液接头和出液接头，方便液冷管道的拆装。
进一步，所述冷却液循环装置内的冷却液为乙二醇-水溶液。
一种导冷插件，插接在机箱内，包括插件本体和如上所述的微通道液冷散热器，所述芯片封装板、盖板和芯片均固定在所述插件本体内部。
本发明的有益效果是：本发明的导冷插件，通过导冷插件内的芯片封装板位于流通腔内的一侧面设置成具有多个散热齿的微通道散热结构，减小了接触热阻，提升了热交换效率，有利于高热流密度发热芯片等集中热源的散热。
进一步，所述插件本体包括插件冷板和印制板，所述插件冷板通过螺钉与所述印制板固定相连，所述微通道液冷散热器固定在所述插件冷板和所述印制板之间。
进一步，所述芯片远离所述芯片封装板的一侧面与所述印制板固定相连，所述插件冷板上开设有两个分别与所述进液孔和出液孔对应布置的插接孔，所述进液孔和出液孔上的液冷管道分别从对应的插接孔伸出后与所述冷却液循环装置相连通。
附图说明
图1为本发明实施例的微通道液冷散热器的立体爆炸结构示意图；
图2为本发明实施例的导冷插件的立体爆炸结构示意图；
图3为本发明实施例的导冷插件的主视结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、芯片封装板；11、散热齿；2、盖板；12、进液孔；15、出液孔；23、进液接头；24、出液接头；3、芯片；4、插件冷板；41、插接孔；42、凸沿；412、连接孔；5、印制板；6、楔形锁紧装置；7、把手；8、液冷管道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器，固定安装在芯片3的一侧面上；包括芯片封装板1、盖板2和冷却液循环装置，所述芯片封装板1封装固定在所述芯片3的一侧面上，所述芯片封装板1的另一侧面的边沿与所述盖板2的边沿密封固定连接，所述芯片封装板1与所述盖板2之间形成一流通腔，所述芯片封装板1位于所述流通腔内的一侧面上设有多个散热齿11；所述盖板2上开设有进液孔12和出液孔15，所述进液孔12和出液孔15分别通过液冷管道8与所述冷却液循环装置相连通。本实施例的液冷管道为半刚性水管，所述芯片封装板采用铜合金材料或半导体材料加工制成，本实施例相当于将散热齿一体连接在芯片封装板上，然后再在芯片封装板上焊接盖板。本实施例的散热器，通过在芯片封装板位于流通腔内的一侧面设置成具有多个散热齿的微通道散热结构，减小了接触热阻，提升了热交换效率，有利于高热流密度发热芯片等集中热源的散热。
本实施例的冷却液循环装置可以为一个箱体，箱体内设有循环泵，液冷管道与循环泵相连，实现箱体内的冷却液在箱体和流通腔之间的循环流动。
如图1所示，本实施例的所述散热齿11为在所述芯片封装板1上通过蚀刻方式加工制成的凸起结构。通过蚀刻方式加工散热齿，工艺简单，方便操作。
如图1所示，本实施例的所述散热齿11呈柱型结构且与芯片封装板1垂直布置，所述散热齿11的横截面呈圆形或多边形，多边形包括但不限于方形、菱形。每相邻两个散热齿11之间的距离为0.5mm-0.7mm，优选为0.6mm(该距离为相邻两个散热齿中心轴线之间的垂直距离)，所述散热齿11的高度为3.2mm-3.8mm，优选为3.5mm。通过对散热齿的结构、齿间距和长度进行限定，可增大散热齿与冷却液的接触面积，进一步增强了散热效率。本实施例的散热齿的横截面优选为菱形结构，菱形微通道结构可大大提升冷却液的散热效率。
本实施例的所述芯片封装板1与所述盖板2通过真空焊接固连在一起。通过将芯片封装板1与盖板2通过真空焊接方式固定在一起，使连接成型的芯片封装板与盖板成一体化结构，整体结构更稳固。
如图1和图2所示，本实施例的所述盖板2的进液孔12处设有进液接头23，所述盖板2的出液孔15处设有出液接头24，所述出液接头24和进液接头23均与所述液冷管道8的一端螺纹连接，所述液冷管道8的另一端与所述冷却液循环装置相连通。通过设置进液接头和出液接头，方便液冷管道的拆装。
本实施例的所述冷却液循环装置内的冷却液优选为乙二醇-水溶液。
本实施例的一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器的工作原理为，先通过冷却液循环装置将冷却液从进液孔通过液冷管道流入到流通腔内，冷却液在流通腔内流经各个散热齿之间的间隙，最终从出液孔经过液冷管道再循环到冷却液循环装置内。高热流密度芯片工作过程中产生的热量传导到芯片封装板上，多个散热齿保证高热流密度芯片产生的热量高效的传递到冷却液中，冷却液流经各个散热齿的时候将高热流密度芯片上的热量带走，即完整高热流密度芯片的散热。
实施例2
本实施例的一种导冷插件，包括插件本体和如实施例1所述的微通道液冷散热器，所述芯片封装板1、盖板2和芯片3均固定在所述插件本体内部，所述冷却液循环装置位于插件本体外部。本实施例的导冷插件为VPX导冷插件。
如图2和图3所示，本实施例的所述插件本体包括插件冷板4和印制板5，所述插件冷板4通过螺钉与所述印制板5固定相连，所述微通道液冷散热器固定在所述插件冷板4和所述印制板5之间。所述插件冷板4的外沿上设有楔形锁紧装置6，所述插件冷板4的一端设有把手7，所述插件冷板4通过楔形锁紧装置6与机箱锁紧固定。
如图2所示，本实施例的所述芯片3远离所述芯片封装板1的一侧面与所述印制板5固定相连，所述插件冷板4上开设有两个分别与所述进液孔12和出液孔15对应布置的插接孔41，所述进液孔12和出液孔15上的液冷管道8分别从对应的插接孔41伸出后与所述冷却液循环装置相连通。本实施例的插件冷板4的周向边沿设有凸沿，所述凸沿42上开设有连接孔412；所述液冷管道8的一端进液接头23或出液接头24螺纹连接，其另一端固定在插件冷板4的凸沿42上的连接孔412处，所述凸沿42的连接孔412通过接头与冷却液循环装置相连通。
本实施例的导冷插件的工作过程为，将导冷插件插接在机箱的插接槽内，所述导冷插件通过楔形锁紧装置与机箱锁紧固定，把手位于所述导冷插件远离所述插接槽的一端，然后通过冷却液循环装置将冷却液从进液孔通过液冷管道流入到流通腔内，冷却液在流通腔内流经各个散热齿之间的间隙，最终从出液孔经过液冷管道再循环到冷却液循环装置内。高热流密度芯片工作过程中产生的热量传导到芯片封装板上，多个散热齿保证高热流密度芯片产生的热量高效的传递到冷却液中，冷却液流经各个散热齿的时候将高热流密度芯片上的热量带走，即完整高热流密度芯片的散热。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器，固定安装在芯片(3)的一侧面上；其特征在于，包括芯片封装板(1)、盖板(2)和冷却液循环装置，所述芯片封装板(1)封装固定在所述芯片(3)的一侧面上，所述芯片封装板(1)的另一侧面的边沿与所述盖板(2)的边沿密封固定连接，所述芯片封装板(1)与所述盖板(2)之间形成一流通腔，所述芯片封装板(1)位于所述流通腔内的一侧面上设有多个散热齿(11)；所述盖板(2)上开设有进液孔(21)和出液孔(22)，所述进液孔(21)和出液孔(22)分别通过液冷管道(8)与所述冷却液循环装置相连通；所述散热齿(11)为在所述芯片封装板(1)上通过蚀刻方式加工制成的凸起结构；所述散热齿(11)呈柱型结构，所述散热齿(11)的横截面呈圆形、方形、菱形或多边形；
每相邻两个散热齿(11)之间的距离为0.5mm-0.7mm，所述散热齿(11)的高度为3.2mm-3.8mm。
2.根据权利要求1所述一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器，其特征在于，所述芯片封装板(1)与所述盖板(2)通过真空焊接固连在一起。
3.根据权利要求1所述一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器，其特征在于，所述盖板(2)的进液孔(21)处设有进液接头(23)，所述盖板(2)的出液孔(22)处设有出液接头(24)，所述出液接头(24)和进液接头(23)均与所述液冷管道(8)的一端螺纹连接，所述液冷管道(8)的另一端与所述冷却液循环装置相连通。
4.根据权利要求1所述一种用于高热流密度芯片的微通道液冷散热器，其特征在于，所述冷却液循环装置内的冷却液为乙二醇-水溶液。
5.一种导冷插件，插接在机箱内，其特征在于，包括插件本体和如权利要求1至4任一项所述的微通道液冷散热器，所述芯片封装板(1)、盖板(2)和芯片(3)均固定在所述插件本体内部。
6.根据权利要求5所述一种导冷插件，其特征在于，所述插件本体包括插件冷板(4)和印制板(5)，所述插件冷板(4)通过螺钉与所述印制板(5)固定相连，所述微通道液冷散热器固定在所述插件冷板(4)和所述印制板(5)之间。
7.根据权利要求6所述一种导冷插件，其特征在于，所述芯片远离所述芯片封装板(1)的一侧面与所述印制板(5)固定相连，所述插件冷板(4)上开设有两个分别与所述进液孔(21)和出液孔(22)对应布置的插接孔(41)，所述进液孔(21)和出液孔(22)上的液冷管道(8)分别从对应的插接孔(41)伸出后与所述冷却液循环装置相连通。
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