CN109060865A - 一种等效热源的实验装置 - Google Patents

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黄春跃
何伟
路良坤
王建培
赵胜军
唐香琼
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Abstract

本发明公开了一种等效热源的实验装置，包括基板、第一芯片、第二芯片，第一芯片设在基板正中心，4个第二芯片分别位于第一芯片的四周设在基板上；所述第一芯片和第二芯片的中心处设有凹槽，凹槽底部可见芯片的硅片；所述凹槽中设有贴片电阻。该装置可以提供仿真计算中所需要的热源功率值，能够方便的测试高功率电子器件的散热装置的散热性能，既能真实的反应仿真计算中的工作情况，又能实惠简单的完成实验验证。

Description

一种等效热源的实验装置
技术领域
本发明涉及一种实验装置，可用于微电子高功率芯片散热实验，这种等效热源实验装置主要是提供一种装置能够实现预期所需要的热源功率，可用于散热装置的实验检测，实现高热流功率情况下的散热实验。
背景技术
随着智能手机、平板电脑、移动存储设备及车用电子设备等电子产品对更多功能、更小体积和更高集成度需求的日益增加。片上系统（SOC）即在单个芯片上集成一个完整的系统,包括中央处理器、存储器、以及外围电路等,以及封装系统（SIP）工即将具有一定功能的芯片密封在与其相适应的一个外壳壳体中,这两种技术也随之不断进步,微电子芯片实现的功能和功能密度都呈指数增加。功能增加的同时,其功耗和发热也随之增加,研究表明,超过55%的电子设备失效都是由温度过高引起的,因此对于芯片或集成系统的封装提出了很高的要求。封装基板性能的好坏很大程度上决定了产品的可靠性和使用寿命，因此散热问题已成为制约电子产品进一步小型化和集成化的瓶颈之一。为解决小体积和高集成度条件下的电子产品散热问题，需要采用更加有效的散热技术，而在确定散热方案后需要对其进行相应的试验仿真或者样件试验测试，通过实验检测装置的散热性能。散热结构装置的设计首先需要通过仿真软件，绘制与实际情况相符的仿真模型，然后设置所需要的热源功率，然后进行仿真计算。在进行散热装置的性能实验验证中需要模拟一定功率的热源，芯片正常工作的时候，大部分功率用于芯片正常工作，一部分的芯片功率可用于发热，因此不能保证该芯片的发热功率值。为了能够模拟准确的热功率，需要设计一种装置来实现所需要的热流功率，通过这种装置实现仿真中所设定的热源功率，进而更加真实的进行实验验证。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种等效热源的实验装置，该装置可以提供仿真计算中所需要的热源功率值，能够方便的测试高功率电子器件的散热装置的散热性能，既能真实的反应仿真计算中的工作情况，又能实惠简单的完成实验验证。
实现本发明目的的技术方案是：
一种等效热源的实验装置，包括基板、第一芯片、第二芯片，第一芯片设在基板正中心，4个第二芯片分别位于第一芯片的四周设在基板上；所述第一芯片和第二芯片的中心处设有凹槽，凹槽底部可见芯片的硅片；所述凹槽中设有贴片电阻。
所述的基板分为两层，上层为电路印刷基板层，下层为微通道基板层，微通道基板层分别设有3条冷却液水冷通道，第一芯片和第二芯片的设在电路印刷基板层上。
所述的冷却液水冷通道的两端分别与管道相连，其中一端的管道与水泵连接。
所述的贴片电阻，通过绝缘导热胶设在凹槽中，有助于贴片电阻能够有效的传递热能，达到模拟芯片发热的真实环境，贴片电阻的两极通过导线与电源正负极相连。
所述的第一芯片和第二芯片，为球栅阵列封装方式的芯片。
所述的基板采用陶瓷或铜质材料制作，陶瓷基板具有高导热性能、优良的电绝缘性能，优异的软钎焊性等优点。
所述的贴片电阻，封装型号为0805，该种贴片电阻封装尺寸为2.0mm×0.8mm×0.55mm，电阻值为100欧姆。
本发明的有益效果是：本发明的一种等效热源的试验装置，主要可用于散热装置散热性能的测试，而散热对象一般是用于微电子领域散热，主要是通过贴片电阻作为等效热源埋入在芯片中央，并均匀的涂抹导热硅胶，能够真实的模拟芯片发热，贴片电阻通过导线连接电源两极，在确定贴片电阻阻值后，可以通过控制电源电压的方式来控制加热元件的发热功率，从而获得在仿真设计中所需要的热功率值，在一定误差范围内能够准确的获取想要的热源发热功率。
附图说明
图1为等效热源实验装置三维示意图；
图2为等效热源实验装置正面示意图；
图3为实施例中所述的实验方案图；
图4为实施例中的实验平台图；
图5为通入冷却水时的实验样件温度测试图；
图6为未通入冷却水时的实验样件温度分布图；
图中，1.基板 2.第二芯片 3.第一芯片 4.贴片电阻 5. 冷却液水冷通道 6. 电路印刷基板层，7.微通道基板层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
如图1和图2所示，一种等效热源的实验装置，包括基板1、第一芯片3、第二芯片2，第一芯片3设在基板1正中心，4个第二芯片2分别位于第一芯片3的四周设在基板1上；所述第一芯片3和第二芯片2的中心处设有凹槽，凹槽底部可见芯片的硅片；所述凹槽中设有贴片电阻4。
所述基板1的尺寸为40mm×40mm×2mm，第一芯片的尺寸分别为12mm×12mm×0.95mm，4个第二芯片的尺寸均为6mm×8mm×0.90mm，第一芯片与第二芯片的间距为3mm。
所述的基板1分为两层，上层为电路印刷基板层6，下层为微通道基板层7，微通道基板层7分别设有3条冷却液水冷通道5，第一芯片3和第二芯片2的焊球焊接在电路印刷基板层上，其中冷却液水冷通道5，通过激光加工工艺或者数控加工成型。
所述的冷却液水冷通道5的两端分别与管道相连，其中一端的管道与水泵连接。
所述的贴片电阻4，通过绝缘导热胶设在凹槽中，有助于贴片电阻能够有效的传递热能，达到模拟芯片发热的真实环境，贴片电阻的两极通过导线与电源正负极相连。
所述的第一芯片3和第二芯片2，为球栅阵列封装方式的芯片。
所述的基板1采用陶瓷或铜质材料制作，陶瓷基板具有高导热性能、优良的电绝缘性能，优异的软钎焊性等优点。
所述的贴片电阻4，封装型号为0805，该种贴片电阻封装尺寸为2.0mm×0.8mm×0.55mm，电阻值为100欧姆。
采用上述装置，根据如图3所示的实验方案图，搭建成如图4所示的实验平台，将制作的等效热源实验装置作为测试样件，通过水泵提供冷却水，冷却液从水源中抽取，冷却液进入测试样件中的微通道中，将热源发热所产生的热量带走，然后进行循环将冷却液流通到开始的水源中，测试样件中的热源贴片电阻连接直流电源，通过温度检测仪对实验样件进行温度检测，所述温度检测仪可以使用热成像仪或者热电耦合测温装置。
在实验装置中，热源功率设置的为0.36w，直流电源设置为6v，温度测量结果如图5、图6所示。所述温度测量结果图中，图5为在水冷装置通入冷却水的情况，所述图6为冷却装置未通入冷却水的情况，通过两种测试结果可以看出等效热源装置能够有效的实现所需要的热流功率值，并且将热源产生的热量充分的传递到基板层中，能够在一定误差范围内有效的检测出散热装置的散热性能。

Claims (7)

1.一种等效热源的实验装置，其特征在于，包括基板、第一芯片、第二芯片，第一芯片设在基板正中心，4个第二芯片分别位于第一芯片的四周设在基板上；所述第一芯片和第二芯片的中心处设有凹槽，凹槽底部可见芯片的硅片；所述凹槽中设有贴片电阻。
2.根据权利要求1所述的一种等效热源的实验装置，其特征在于，所述的基板分为两层，上层为电路印刷基板层，下层为微通道基板层，微通道基板层分别设有3条冷却液水冷通道，第一芯片和第二芯片的设在电路印刷基板层上。
3.根据权利要求2所述的一种等效热源的实验装置，其特征在于，所述的冷却液水冷通道的两端分别与管道相连，其中一端的管道与水泵连接。
4.根据权利要求1所述的一种等效热源的实验装置，其特征在于，所述的贴片电阻，通过绝缘导热胶设在凹槽中，贴片电阻的两极通过导线与电源正负极相连。
5.根据权利要求1所述的一种等效热源的实验装置，其特征在于，所述的第一芯片和第二芯片，为球栅阵列封装方式的芯片。
6.根据权利要求1所述的一种等效热源的实验装置，其特征在于，所述的基板采用陶瓷或铜质材料制作。
7.根据权利要求1所述的一种等效热源的实验装置，其特征在于，所述的贴片电阻，封装型号为0805。
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