CN111477602B - 一种逆流式均温型热沉及电子芯片 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电子芯片技术领域，具体涉及一种逆流式均温型热沉及电子芯片，所述热沉包括热沉主体以及分别位于热沉主体两端的第一联箱和第二联箱；所述第一联箱设置有联箱进口区和联箱出口区，所述联箱进口区和所述联箱出口区相互隔绝；所述第二联箱和所述第一联箱呈对称设置；所述热沉主体的内部设置有两套相互交错的冷却系统，其中一套冷却系统的进口与第一联箱的联箱进口区连通，出口与第二联箱的联箱出口区连通；另一套冷却系统的进口与第二联箱的联箱进口区连通，出口与第一联箱的联箱出口区连通。本发明两套冷却系统的独立运行，且两套冷却系统的冷却介质呈逆流，消除了传统热沉中加热面温度不断上升引起的温度分布不均及容易形成热点的影响。

Description

一种逆流式均温型热沉及电子芯片

技术领域

本申请涉及电子芯片技术领域，具体而言，涉及一种逆流式均温型热沉及电子芯片。

背景技术

随着半导体制造工艺的不断进步，电子芯片拥有更高晶体管集成度与更快的运算速度，导致芯片的释热功率不断增加。从上世纪70年代至今，微处理器的功耗增加了数百倍，释热强度也已接近100W/cm2，未来可能超过1000W/cm2，因此对电子芯片的冷却技术也提出非常苛刻的要求，这也成为了制约电子芯片发展的的主要瓶颈问题之一。电子芯片冷却技术一直是相关领域的研究热点，微通道热沉是目前高功率电子芯片最主要的冷却技术，虽然微通道热沉拥有优异的换热性能，但其内部存在换热不均、热点温度过高等弊端，导致热沉应用受限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请第一方面在于提供一种逆流式均温型热沉。

本申请第二方面在于提出一种具有上述逆流式均温型热沉的电子芯片。

本申请第一方面所采用的技术方案为：一种逆流式均温型热沉，包括热沉主体以及分别设置于热沉主体两端的第一联箱和第二联箱；

所述第一联箱设置有联箱进口区和联箱出口区，所述联箱进口区和所述联箱出口区相互隔绝；

所述第二联箱和所述第一联箱呈对称设置；

所述热沉主体的内部设置有两套相互交错的冷却系统，其中一套冷却系统的进口与第一联箱的联箱进口区连通，出口与第二联箱的联箱出口区连通；

另一套冷却系统的进口与第二联箱的联箱进口区连通，出口与第一联箱的联箱出口区连通。

可选地，所述冷却系统由多个微通道组成，两套所述冷却系统呈中心对称设置，且两套所述冷却系统的微通道交错设置。

可选地，所述热沉主体包括盖板、底板和肋板；

所述盖板和所述底板通过多块相互平行的所述肋板连接，相邻两个所述肋板之间形成所述微通道。

可选地，其中一套所述冷却系统中的微通道的入口与第一联箱的联箱进口区平齐，所述微通道的出口与第二联箱的联箱出口区平齐。

可选地，所述微通道的进口处和出口处均设置有挡板。

可选地，所述挡板的形状为所述微通道横截面的一半。

可选地，所述第一联箱的联箱进口区呈渐缩式设计，所述第二联箱的联箱进口区也以相同的渐缩比呈渐缩式设计。

本申请第二方面所采用的技术方案为：一种电子芯片，设有如本申请第一方面所述的一种逆流式均温型热沉。

采用本申请提供的逆流式均温型热沉，通过在热沉主体的内部设置有两套冷却系统，以及在热沉主体两端设置相互对称的第一联箱和第二联箱，将两套冷却系统的进口分别与不同联箱的联箱进口区相连，出口分别与不同联箱的联箱出口区相连，实现两套冷却系统的独立运行，且两套冷却系统的冷却介质呈逆流，消除了传统微通道热沉中流向单一，加热面温度不断上升引起的温度分布不均及容易形成热点的影响，提高了换热的均匀性。

通过在热沉主体的内部增加多个肋板，提高了整个热沉主体与冷却介质的接触面积，从而提高了整个热沉主体的换热能力。

通过将联箱进口区设置为沿流动方向的渐缩式设计，可以增加联箱进口区为各微通道间分配流量的均匀性；通过将第一联箱和第二联箱对称设计，各包含一个联箱进口区和一个联箱出口区，增加了两套冷却系统的进口分配流量的均匀性，提高了整个热沉主体换热的均匀性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提出的逆流式均温型热沉的结构示意图；

图2是本申请一实施例提出的逆流式均温型热沉中热沉主体的结构示意图；

图3是本申请一实施例提出的逆流式均温型热沉中联箱的结构示意图。

图中：1-热沉主体；1.1-盖板；1.2-底板；1.3-肋板；2-第一联箱；2.1-联箱进口区；2.2-联箱出口区；3-第二联箱。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参考图1，图1是本申请一实施例提出的逆流式均温型热沉的结构示意图，图中的箭头指向表示冷却介质的流动方向。如图1所示：

一种逆流式均温型热沉，包括热沉主体1以及分别设置于热沉主体1两端的第一联箱2和第二联箱3；

所述第一联箱2设置有联箱进口区2.1和联箱出口区2.2，所述联箱进口区2.1和所述联箱出口区2.2相互隔绝；

所述第二联箱3和所述第一联箱2呈对称设置；

所述热沉主体1的内部设置有两套相互交错的冷却系统，其中一套冷却系统的进口与第一联箱2的联箱进口区2.1连通，出口与第二联箱3的联箱出口区2.2连通；

另一套冷却系统的进口与第二联箱3的联箱进口区2.1连通，出口与第一联箱2的联箱出口区2.2连通。

在本实施例中，第一联箱2和第二联箱3主要用于将冷却介质导入热沉主体1中，然后再将热沉主体1中的冷却介质再导出，因此在第一联箱2和第二联箱3上均设置有联箱进口区2.1和联箱出口区2.2，冷却介质从第一联箱2或者第二联箱3的联箱进口区2.1进入，然后导入到热沉主体1中的冷却系统中，再从冷却系统的出口端流出到第一联箱2或者第二联箱3的出口区。因此，第一联箱2以及第二联箱3的联箱进口区2.1和联箱出口区2.2必须相互隔绝，否则，冷却介质直接从联箱进口区2.1进入，然后再从联箱出口区2.2流出，不会进入热沉主体1的冷却系统中，或者只有少量冷却介质进入到冷却系统中，导致无法实现冷却，或者冷却的效果较差。

热沉主体1两端一般是相同的结构，而第一联箱2和第二联箱3分别设置于热沉主体1的两端，且第一联箱2和第二联箱3实现的作用是完全相同的，因此将第一联箱2和第二联箱3设置为相互对称的结构。

在热沉主体1的内部设置有两套相互交错的冷却系统，相互交错的两套冷却系统有利于实现人沉主体的换热均匀性，具体的，其中一套冷却系统的进口与第一联箱2的联箱进口区2.1连通，出口与第二联箱3的联箱出口区2.2连通，以第一联箱2往第二联箱3的方向为正方向，则该套冷却系统的冷却介质为正向流动；另一套冷却系统的进口与第二联箱3的联箱进口区2.1连通，出口与第一联箱2的联箱出口区2.2连通，则该套冷却系统中的冷却介质为反向流动；两套冷却系统交错设置，且两套冷却系统中的冷却介质流动方向相反，形成逆流，消除了传统微通道热沉中流向单一，加热面温度不断上升引起的温度分布不均及容易形成热点的影响，提高了换热的均匀性。

在本申请另一实施例中，所述冷却系统由多个微通道组成，两套所述冷却系统呈中心对称设置，且两套所述冷却系统的微通道交错设置。

每套冷却系统均采用多个微通道构成，多个微通道可以提高热沉主体1与冷却介质的接触面积，提高热沉主体1的换热能力，而且采用多个微通道组成一套冷却系统，有利于实现两套冷却系统交错设置的目的，两套所述冷却系统呈中心对称设置，配合热沉主体1两端对称设置的第一联箱2和第二联箱3，实现两套冷却系统在结构设计上相同，冷却介质流动方向相反，从热沉主体1两端同时进行冷却，且两端的冷却效果相当，避免了一套冷却系统中冷却介质沿着微通道流动过程中不断被加热，导致冷却介质与释热表面之间的温差越来越小，从而导致的散热能力逐渐下降。

参考图2，图2是本申请一实施例提出的逆流式均温型热沉中热沉主体1的结构示意图。如图2所示：

在本申请另一实施例中，所述热沉主体1包括盖板1.1、底板1.2和肋板1.3；

所述盖板1.1和所述底板1.2通过多块相互平行的所述肋板1.3连接，相邻两个所述肋板1.3之间形成所述微通道。

底板1.2和盖板1.1构成热沉主体1的主体结构，肋板1.3将底板1.2和盖板1.1中间的区域分隔成多个微通道，所有的肋板1.3平行设置，且可以通过设置相邻两块肋板1.3之间的间隔距离一致，从而实现所有的微通道平行且大小一致。

在上述实施例的基础上，在本申请另一实施例中，其中一套所述冷却系统中的微通道的入口与第一联箱2的联箱进口区2.1平齐，所述微通道的出口与第二联箱3的联箱出口区2.2平齐。

在本实施例中，由于两套冷却系统的结构一样，且热沉主体1两端的第一联箱2和第二联箱3对称设置，也即第一联箱2和第二联箱3的结构一样，方向相反，本实施例中仅对一套冷却系统的进口与第一联箱2的联箱进口区2.1连通，出口与第二联箱3的联箱出口区2.2连通为例进行说明，另一套冷却系统与第一联箱2和第二联箱3之间的连接可同理得出。

由于冷却系统的进口与第一联箱2的联箱进口区2.1连通，而冷却系统是由多个微通道构成的，因此冷却系统的进口即该冷却系统中所有微通道的进口，将冷却系统中的微通道的入口与第一联箱2的联箱进口区2.1平齐，本实施例中的平齐是指微通道的入口的上下两端与第一联箱2的联箱进口区2.1上下对齐，且该冷却系统中相隔最远的两个微通道的最外侧与第一联箱2的联箱进口区2.1左右对齐，热沉主体1与第一联箱2之间可通过焊接的方式进行连接，以保证微通道的入口与第一联箱2的联箱进口区2.1的连接部分实现密封，保证第一联箱2的联箱进口区2.1内的冷却介质完全通过微通道的入口进入到冷却系统中。

同理可得，微通道的出口与第二联箱3的联箱出口区2.2平齐，该处的平齐是微通道的出口的上下两端与第二联箱3的联箱出口区2.2上下对齐，且该冷却系统中相隔最远的两个微通道的最外侧与第二联箱3的联箱出口区2.2左右对齐，热沉主体1与第二联箱3之间可通过焊接的方式进行连接，以保证微通道的出口与第二联箱3的联箱出口区2.2的连接部分实现密封，保证冷却系统中的冷却介质完全通过第二联箱3的联箱出口区2.2排出。

关于另一套冷却系统与第一联箱2和第二联箱3的连接同上述冷却系统的连接呈对称设置，在此不做赘述。

参考图3，图3是本申请一实施例提出的逆流式均温型热沉中联箱的结构示意图。如图3所示：

在本申请另一实施例中，所述微通道的进口处和出口处均设置有挡板。

在本实施例中，由于微通道的深度通常比第一联箱2的联箱进口区2.1的高度H1高，为了实现冷却系统中的微通道的入口与第一联箱2的联箱进口区2.1平齐，在进口处设置一块挡板，以图1和图3所展示的结构为例，由于第一联箱2的联箱进口区2.1位于第一联箱2的下半部分，其高度为H1，因此在与第一联箱2的联箱进口区2.1相连的微通道的进口的上部设置挡板，挡板的高度为微通道的深度减去H1，挡板的宽度与微通道的宽度相等。

同理，由于第二联箱3的联箱出口区2.2位于第二联箱3的上半部分，其高度为H2，因此在与第二联箱3的联箱出口区2.2相连的微通道的出口的下部设置挡板，挡板的高度为微通道的深度减去H2，挡板的宽度与微通道的宽度相等。

在本申请另一实施例中，所述挡板的形状为所述微通道横截面的一半。

由于微通道的进口处和出口处均设置有挡板，若进口处的挡板与出口处的挡板大小不一致，则冷却系统中冷却介质的进入流量和流出流量不相同，冷却系统的中冷却介质的多少受制于流量较小的一端，为了避免这种情况，使冷却系统的冷却能力最大化，将挡板的形状设置为所述微通道横截面的一半，这样可实现微通道的进口和出口大小一致。

在本申请另一实施例中，所述第一联箱2的联箱进口区2.1呈渐缩式设计，所述第二联箱3的联箱进口区2.1也以相同的渐缩比呈渐缩式设计。

冷却介质从第一联箱2或者第二联箱3的联箱进口区2.1进入，然后通过微通道的入口进入到冷却系统中，但是冷却介质一般是流体，在流体流动时，若联箱进口区2.1为规则的区域，，那么流体在流动到区域末端流动时会产生滞止效应，即导致从联箱进口区2.1流入到各个微通道的冷却介质多少不一，靠近联箱进口区2.1的微通道会获得更多的冷却介质，导致各个微通道的冷却效果不一致，从而导致热沉主体1的换热能力不均匀。为了避免这种情况，将联箱进口区2.1设计为渐缩式，即第一联箱2和第二联箱3的联箱进口区2.1均为渐缩式，使流入两套冷却系统中各个微通道的冷却介质的流量基本一致，从而实现热沉主体1的换热均匀性。联箱进口区2.1的渐缩比可以根据实际情况进行确定。

基于同一发明构思，本申请一实施例提供一种电子芯片，该电子芯片包括如上述任一个实施例中所述的逆流式均温型热沉。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种逆流式均温型热沉及电子芯片，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (8)

1.一种逆流式均温型热沉，其特征在于，包括热沉主体(1)以及分别设置于热沉主体(1)两端的第一联箱(2)和第二联箱(3)；

所述第一联箱(2)设置有联箱进口区(2.1)和联箱出口区(2.2)，所述联箱进口区(2.1)和所述联箱出口区(2.2)相互隔绝；

所述第二联箱(3)和所述第一联箱(2)呈对称设置；

所述热沉主体(1)的内部设置有两套相互交错的冷却系统，其中一套冷却系统的进口与第一联箱(2)的联箱进口区(2.1)连通，出口与第二联箱(3)的联箱出口区(2.2)连通；

另一套冷却系统的进口与第二联箱(3)的联箱进口区(2.1)连通，出口与第一联箱(2)的联箱出口区(2.2)连通。

2.根据权利要求1所述的一种逆流式均温型热沉，其特征在于，所述冷却系统由多个微通道组成，两套所述冷却系统呈中心对称设置，且两套所述冷却系统的微通道交错设置。

3.根据权利要求2所述的一种逆流式均温型热沉，其特征在于，所述热沉主体(1)包括盖板(1.1)、底板(1.2)和肋板(1.3)；

所述盖板(1.1)和所述底板(1.2)通过多块相互平行的所述肋板(1.3)连接，相邻两个所述肋板(1.3)之间形成所述微通道。

4.根据权利要求3所述的一种逆流式均温型热沉，其特征在于，其中一套所述冷却系统中的微通道的入口与第一联箱(2)的联箱进口区(2.1)平齐，即，所述微通道的入口的上下两端与第一联箱(2)的联箱进口区(2.1)上下对齐；所述微通道的出口与第二联箱(3)的联箱出口区(2.2)平齐，即，所述微通道的出口的上下两端与第二联箱(3)的联箱出口区(2.2)上下对齐。

5.根据权利要求4所述的一种逆流式均温型热沉，其特征在于，所述微通道的进口处和出口处均设置有挡板。

6.根据权利要求5所述的一种逆流式均温型热沉，其特征在于，所述挡板的形状为所述微通道横截面的一半。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的一种逆流式均温型热沉，其特征在于，所述第一联箱(2)的联箱进口区(2.1)呈渐缩式设计，所述第二联箱(3)的联箱进口区(2.1)也以相同的渐缩比呈渐缩式设计。

8.一种电子芯片，其特征在于，包括权利要求1至7中任意一项所述的一种逆流式均温型热沉。

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