CN114280443A - 一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，包括：测试段、石英支承板、盖板、底座。底座前面开有两个压力测量接口，用于测量冷却液进出测试段前后的压力大小。底座背面开有两个温度测量接口，用于测量冷却液进出测试段前后的温度大。底座左侧表面开有冷却液进口，底座右侧表面开有冷却液出口。测试时，冷却液从底座左侧表面的冷却液进口流入，经过测试装置内部的流路分流后从测试段的两侧流入测试段，在吸收测试段的加热量后，再经测试装置内部的流路从底座右侧表面的冷却液出口流出。本发明的测试装置可用于对不同类型的歧管式微通道换热器进行性能测试，以方便科学研究工作的开展。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置。
背景技术
随着功率芯片技术的发展，功率芯片的热流密度已突破了1kw/cm2的数量级。功率芯片在高热流密度下工作时，如果不能对其进行高效的散热，则功率芯片的温升会大大超过其正常工作时的允许值。
高热流密度下功率芯片散热不良引起的高的温升会损坏功率芯片元器件节点与电路拓扑连接结构、产生热应力损伤，进而降低芯片工作的可靠性与使用寿命。而高热流密度下功率芯片内部存在的温度分布不均匀性亦会进一步加剧上述效应。
在传统的电子冷却技术中，芯片与远端散热器之间热界面材料的存在增加了导热热阻并因此难以将芯片表面的温度维持在安全工作范围内。在半导体衬底背面蚀刻微通道的嵌入式冷却消除了传统冷却的热界面材料所带来的多层热阻，相比传统换热器件，微通道热沉具有换热效率高、运行更为稳定，制造成本低和使用寿命长等特点，作为一种热量交换的方式，发展前景广阔。
发明内容
针对上述功率芯片在高热流密度下散热方面存在的技术需求，本发明的目的是提供一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，基于该装置，可快速地对应用于功率芯片的不同型式的歧管式微通道结构进行性能评估，以便选用最优的歧管式微通道结构进行功率芯片散热，降低功率芯片热点温升及内部的压力损失，进而提高芯片的可靠性及使用寿命，降低用于功率芯片冷却的泵功。
为达到上述目的，本发明提供了一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，包括测试段、石英支承板、盖板、底座，所述测试段下表面设有所述冷却液进口、冷却液出口，所述石英支承板上表面设有冷却液进口、冷却液出口，下表面设有冷却液进口、冷却液出口，所述盖板上表面设有冷却液进口、冷却液出口、下表面设有冷却液进口、冷却液出口，所述底座上表面设有冷却液进口、冷却液出口、左侧表面设有冷却液进口、右侧表面冷却液出口。
作为优选技术手段：所述底座上表面的冷却液出口与所述盖板下表面的冷却液进口相连，所述底座上表面的冷却液进口与所述盖板下表面的冷却液出口相连。
作为优选技术手段：所述盖板上表面的冷却液出口与所述石英支承板下表面的冷却液进口相连，所述盖板上表面的冷却液进口与所述石英支承板下表面的冷却液出口相连。
作为优选技术手段：所述石英支承板上表面的冷却液出口与所述测试段下表面的冷却液进口相连，所述石英支承板上表面的冷却液进口与所述测试段下表面的冷却液出口相连。
作为优选技术手段：所述盖板上表面加工有一圈凹槽，在凹槽中布置O型圈以密封盖板上表面与石英支承板下表面之间的间隙。
作为优选技术手段：所述盖板下表面加工有一圈凹槽，在凹槽中布置O型圈以密封盖板下表面与底座上表面之间的间隙。
作为优选技术手段：所述测试段与石英支承板界面采用双面胶进行固定密封。
作为优选技术手段：所述底座、盖板、石英支承板、测试段之间用6个螺栓进行固定联接，螺栓联接产生的界面力压紧凹槽与凹槽中的O型圈进行装置的密封。
作为优选技术手段：所述底座左侧表面的冷却液进口与外部的供液管路连通，右侧表面的冷却液出口与外部的回液管路连通。
作为优选技术手段：所述底座前面开有两个压力测量接口，用于测量冷却液进出测试段前后的压力大小。底座背面开有两个温度测量接口，用于测量冷却液进出测试段前后的温度大。
作为优选技术手段：所述底座、盖板可采用聚砜等(简称PSU塑料)硬度高、强度高且易进行加工的材料进行制作。
作为优选技术手段：所述测试段由在两片硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓等半导体材料晶圆上分别刻蚀微通道结构与歧管结构并再将两者进行键合而成。刻蚀加工的方法包括激光刻蚀、等离子体干法刻蚀等。
本发明的测试装置可快速地对应用于功率芯片的不同型式的歧管式微通道结构进行性能评估，以便选用最优的歧管式微通道结构进行功率芯片散热，降低功率芯片热点温升及内部的压力损失，进而提高芯片的可靠性及使用寿命，降低用于功率芯片冷却的泵功，以方便科学研究工作的开展。
附图说明
图1为本发明一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置结构示意图；
图2测试段1结构示意图；
图3石英支承板2结构示意图；
图4盖板3结构示意图；
图5底座4结构示意图；
图中标号说明：1-测试段；2-石英支承板；3-盖板；4-底座；1-1、2-1、2-3、3-1、3-3、4-1、4-3-冷却液进口；1-2、2-2、2-4、3-2、3-4、4-2、4-4-冷却液出口。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做进一步说明。
如图1所示，为一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，包括测试段1、石英支承板2、盖板3、底座4。图2、图3、图4、图5分别为测试段1、石英支承板2、盖板3、底座4的结构示意图。
该测试装置的测试原理如下：测试时，外部冷却液从底座4左侧表面的第七冷却液进口4-3流入底座4内部后，通过底座4上表面的第六冷却液出口4-2流入盖板3下表面的第五冷却液进口3-3；冷却液流经盖板3内部空间后从盖板3上表面的第四冷却液出口3-2流出进入石英支承板2下表面的第三冷却液进口2-3；冷却液流经石英支承板2内部空间后从石英支承板2上表面的第二冷却液出口2-2流出进入测试段1下表面的第一冷却液进口1-1；冷却液在测试段1内部吸收热量后从测试段1下表面的第一冷却液出口1-2流出，冷却液再依次穿过石英支承板2上表面第二冷却液进口2-1、石英支承板2下表面第三冷却液出口2-4、盖板3上表面第四冷却液进口3-1、盖板3下表面第五冷却液出口3-4、底座4下表面第七冷却液出口4-4流出进入外部冷却液回路。
底座4上表面的第六冷却液出口4-2与盖板3下表面的第五冷却液进口3-3相连，底座4上表面的第六冷却液进口4-1与盖板3下表面的第五冷却液出口3-4相连。
盖板3上表面的第四冷却液出口3-2与石英支承板2下表面的第三冷却液进口2-3相连，盖板3上表面的第四冷却液进口3-1与所述石英支承板2下表面的第三冷却液出口2-4相连。
石英支承板2上表面的第二冷却液出口2-2与测试段1下表面的第一冷却液进口1-1相连，石英支承板2上表面的第二冷却液进口2-1与测试段1下表面的第一冷却液出口1-2相连。
盖板3上表面加工有一圈第一凹槽3-5，在凹槽中布置O型圈以密封盖板3上表面与石英支承板2下表面之间的间隙。
盖板3下表面加工有一圈第二凹槽3-6，在凹槽中布置O型圈以密封盖板3下表面与底座4上表面之间的间隙。
测试段1与石英支承板2界面采用双面胶进行固定密封。
底座4、盖板3、石英支承板2、测试段1之间用6个螺栓进行固定联接，螺栓联接产生的界面力压紧第一凹槽3-5与第二凹槽3-6中的O型圈进行装置的密封。
底座4左侧表面的第七冷却液进口4-3与外部的供液管路连通，右侧表面的第七冷却液出口4-4与外部的回液管路连通。
底座4前面开有两个压力测量接口，用于测量冷却液进出测试段前后的压力大小。底座4背面开有两个温度测量接口，用于测量冷却液进出测试段前后的温度大。
底座4、盖板3可采用聚砜等(简称PSU塑料)硬度高、强度高且易进行加工的材料进行制作。
测试段1由在两片硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓等半导体材料晶圆上分别刻蚀微通道结构与歧管结构并再将两者进行键合而成。刻蚀加工的方法包括激光刻蚀、等离子体干法刻蚀等。
Claims (10)
1.一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，包括测试段(1)、石英支承板(2)、盖板(3)、底座(4)，所述测试段(1)下表面设有第一冷却液进口(1-1)、第一冷却液出口(1-2)，所述石英支承板(2)上表面设有第二冷却液进口(2-1)、第二冷却液出口(2-2)，下表面设有第三冷却液进口(2-3)、第三冷却液出口(2-4)，所述盖板(3)上表面设有第四冷却液进口(3-1)、第四冷却液出口(3-2)、下表面设有第五冷却液进口(3-3)、第五冷却液出口(3-4)，所述底座(4)上表面设有第六冷却液进口(4-1)、第六冷却液出口(4-2)、左侧表面设有第七冷却液进口(4-3)、右侧表面第七冷却液出口(4-4)，其特征是：所述底座(4)上表面的第六冷却液出口(4-2)与所述盖板(3)下表面的第五冷却液进口(3-3)相连，所述底座(4)上表面的第六冷却液进口(4-1)与所述盖板(3)下表面的第五冷却液出口(3-4)相连；所述盖板(3)上表面的第四冷却液出口(3-2)与所述石英支承板(2)下表面的第三冷却液进口(2-3)相连，所述盖板(3)上表面的第四冷却液进口(3-1)与所述石英支承板(2)下表面的第三冷却液出口(2-4)相连；所述石英支承板(2)上表面的第二冷却液出口(2-2)与所述测试段(1)下表面的第一冷却液进口(1-1)相连，所述石英支承板(2)上表面的第二冷却液进口(2-1)与所述测试段(1)下表面的第一冷却液出口(1-2)相连。
2.根据权利要求1所述的一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，其特征是：所述底座(4)上表面的第六冷却液出口(4-2)与所述盖板(3)下表面的第五冷却液进口(3-3)相连，所述底座(4)上表面的第六冷却液进口(4-1)与所述盖板(3)下表面的第五冷却液出口(3-4)相连。
3.根据权利要求1所述的一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，其特征是：所述盖板(3)上表面的第四冷却液出口(3-2)与所述石英支承板(2)下表面的第三冷却液进口(2-3)相连，所述盖板(3)上表面的第四冷却液进口(3-1)与所述石英支承板(2)下表面的第三冷却液出口(2-4)相连。
4.根据权利要求1所述的一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，其特征是：所述石英支承板(2)上表面的第二冷却液出口(2-2)与所述测试段(1)下表面的第一冷却液进口(1-1)相连，所述石英支承板(2)上表面的第二冷却液进口(2-1)与所述测试段(1)下表面的第一冷却液出口(1-2)相连。
5.根据权利要求1所述的一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，其特征是：所述盖板(3)上表面加工有一圈第一凹槽(3-5)，在凹槽中布置O型圈以密封盖板(3)上表面与石英支承板(2)下表面之间的间隙。
6.根据权利要求1所述的一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，其特征是：所述盖板(3)下表面加工有一圈、第二凹槽(3-6)，在凹槽中布置O型圈以密封盖板(3)下表面与底座(4)上表面之间的间隙。
7.根据权利要求1所述的一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，其特征是：所述测试段(1)与石英支承板(2)界面采用双面胶进行固定密封。
8.根据权利要求1所述的一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，其特征是：所述底座(4)、盖板(3)、石英支承板(2)、测试段(1)之间用6个螺栓进行固定联接，螺栓联接产生的界面力压紧第一凹槽(3-5)与、第二凹槽(3-6)中的O型圈进行装置的密封。
9.根据权利要求1所述的一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，其特征是：所述底座(4)左侧表面的第七冷却液进口(4-3)与外部的供液管路连通，右侧表面的第七冷却液出口(4-4)与外部的回液管路连通。
10.根据权利要求1所述的一种功率芯片歧管式微通道换热器测试装置，其特征是：所述底座(4)前面开有两个压力测量接口，用于测量冷却液进出测试段前后的压力大小，底座(4)背面开有两个温度测量接口，用于测量冷却液进出测试段前后的温度大。
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