CN116631964A - 用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器 - Google Patents
用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116631964A CN116631964A CN202310512185.3A CN202310512185A CN116631964A CN 116631964 A CN116631964 A CN 116631964A CN 202310512185 A CN202310512185 A CN 202310512185A CN 116631964 A CN116631964 A CN 116631964A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- manifold
- channel
- liquid inlet
- working medium
- radiator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 74
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000010329 laser etching Methods 0.000 claims description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 abstract description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
Abstract
本发明涉及电子器件散热技术领域，尤其是涉及一种用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，包括：散热器基板上刻蚀有直流微槽通道，散热器基板背面为热源接触区，上层盖板表面固定连接有歧管结构，歧管结构包括工质入口、工质出口、歧管出液通道以及沿工质入口流入方向呈梯次收缩的歧管进液通道，歧管进液通道位于所述热点热源区正上方。本发明通过歧管结构将较多的冷却工质分配到热点热源区域上方的直流微槽通道中，将较少的冷却工质导入到背景热源区域上方的直流微槽通道中，使得器件的最高温度大幅降低，整体的温度分布更加均匀，展现出更高的散热效率。
Description
技术领域
本发明涉及电子器件散热技术领域，尤其是涉及一种用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器。
背景技术
近些年来，随着微电子技术产业的快速发展，电子器件的尺寸不断缩小，集成度不断提高，随即导致电子元器件的热流密度急剧增大，而过高的运行温度将直接降低电子元器件的可靠性和使用寿命，因此开发更加高效的热管理技术就显得尤为迫切。
微通道散热器具有换热能力较强、比表面积大、集成度高等诸多优点，一直受到国内外学者们的广泛关注和研究。但是传统微通道存在压力损失大、温度分布均匀性差等问题，难以解决当前愈发突出的过热点的热管理问题。歧管式微通道热沉通过附加歧管分流器，使冷却工质从上方流入微通道并向两侧分流，能够显著提升热沉底面温度分布的均匀性，同时多个出入口也减少了微通道流动长度，降低了压力损失。
现有高功率密度器件散热器往往设定器件的热源为均匀的热负荷，而实际多核芯片的热源往往是非均匀的。针对芯片整体热负荷进行散热设计的微通道热沉存在非热点区域的过度冷却，而热点区域局部温度仍然过高的现象。针对高功率密度多核器件散热的微通道热沉较少且存在温差过大或结构复杂难实现等问题。
发明内容
本发明旨在至少改善现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，采用简单的“Z”型歧管微通道来解决多热点高功率密度器件的散热问题。通过特定的歧管结构分配进入微通道内的工质流量，提高了器件整体温度分布的均匀性和散热效率。
根据本发明第一方面实施例的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其中包括：
散热器基板，所述散热器基板上刻蚀有直流微槽通道，远离所述直流微槽通道的所述散热器基板表面为热源接触区，所述热源接触区包括背景热源区以及呈阵列分布的热点热源区；
上层盖板，与所述直流微槽通道相对设置的所述上层盖板表面固定连接有歧管结构，所述歧管结构与所述散热器基板相接触，其中所述歧管结构包括工质入口、工质出口、歧管出液通道以及沿工质入口流入方向呈梯次收缩的歧管进液通道，所述歧管进液通道与歧管出液通道交替设置，所述歧管进液通道开口处为工质入口，远离所述工质入口的所述歧管进液通道端采用封闭处理，所述歧管出液通道开口处为工质出口，远离所述工质出口的歧管出液通道端采用封闭处理，所述歧管进液通道位于所述热点热源区正上方。
根据本发明实施例的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，通过歧管结构将较多的冷却工质分配到热点热源区域上方的直流微槽通道中，将较少的冷却工质导入到背景热源区域上方的直流微槽通道中，使得器件的最高温度大幅降低，整体的温度分布更加均匀，展现出更高的散热效率。同时，所述歧管结构和直流微槽通道相似，结构简单，加工制造更为方便。
根据本发明的一些实施例，沿所述工质入口流入方向的所述歧管进液通道的纵截面面积梯次减小，分别为第一级进液通道、第二级进液通道和第三级进液通道，第一级进液通道、第二级进液通道和第三级进液通道依次相通；
所述第一级进液通道梯度宽度为1mm，所述第二级进液通道梯度宽度为0.5mm，所述第三级进液通道梯度宽度为0.25mm。
根据本发明的一些实施例，第一级进液通道和第二级进液通道的分界面一以及第二级进液通道和第三级进液通道的分界面二均位于所述热点热源区边界的正上方。
根据本发明的一些实施例，所述歧管进液通道横截面为阶梯矩形、阶梯锥形中的任一种；
所述歧管出液通道横截面为矩形。
根据本发明的一些实施例，刻蚀有直流微槽通道的所述散热器基板是通过激光刻蚀或化学刻蚀的方法加工在热芯片的背部基底上，一体化的成型方式，避免了由界面材料所导致的系统传热热阻增加。
根据本发明的一些实施例，所述上层盖板和歧管结构为一体化加工，可由整体结构切削而成，减小热阻。
根据本发明的一些实施例，所述直流微槽通道为矩形直微通道，极大地降低了所述散热器的制造难度。
根据本发明的一些实施例，所述散热器基板由硅材料组合制成；
所述散热器基板与所述上层盖板和歧管结构通过键结合的加工技术将其形成密封微散热器结构。
根据本发明的一些实施例，由最小结构单元扩展而来的散热器结构高度对称，所述热点热源区呈2×4阵列分布，单个热点热源区面积大小为1mm*1mm。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器的外观结构整体示意图；
图2是根据本发明实施例的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器的除去上层盖板后的示意图；
图3是图2的最小结构单元的示意图；
图4是图3的仰视图；
图5是刻蚀有直流微槽通道的散热器基板的结构示意图；
图6是散热器基板底部热源布局示意图；
图7是入口总流量为1g/s时，单元散热器基板底部温度分布图；
图8是入口总流量为2g/s时，单元散热器基板底部温度分布图。
附图标记：
1为散热器基板，2为上层盖板，3为歧管结构，4为直流微槽通道，5为歧管进液通道，5-1为第一级进液通道，5-2为第二级进液通道，5-3为第三级进液通道，6为歧管出液通道，7为工质入口，8为工质出口，背景热源区9-1、热点热源区9-2。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
参阅图1至图6所示，本实施例提供一种用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其中包括：
散热器基板1，所述散热器基板1上刻蚀有直流微槽通道4，远离所述直流微槽通道4的所述散热器基板1表面为热源接触区，所述热源接触区包括背景热源区9-1以及呈阵列分布的热点热源区9-2；
上层盖板2，与所述直流微槽通道4相对设置的所述上层盖板2表面固定连接有歧管结构3，所述歧管结构3与所述散热器基板1相接触，其中所述歧管结构3包括工质入口7、工质出口8、歧管出液通道6以及沿工质入口7流入方向呈梯次收缩的歧管进液通道5，所述歧管进液通道5与歧管出液通道6交替设置，所述歧管进液通道5开口处为工质入口7，远离所述工质入口7的所述歧管进液通道5端采用封闭处理，所述歧管出液通道6开口处为工质出口8，远离所述工质出口8的歧管出液通道6端采用封闭处理，所述歧管进液通道5位于所述热点热源区9-2正上方。
根据本发明实施例的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，通过歧管结构将较多的冷却工质分配到热点热源区域上方的直流微槽通道中，将较少的冷却工质导入到背景热源区域上方的直流微槽通道中，使得器件的最高温度大幅降低，整体的温度分布更加均匀，展现出更高的散热效率。同时，所述歧管结构和直流微槽通道相似，结构简单，加工制造更为方便。
具体地，沿所述工质入口7流入方向的所述歧管进液通道5的纵截面面积梯次减小，分别为第一级进液通道5-1、第二级进液通道5-2和第三级进液通道5-3，第一级进液通道5-1、第二级进液通道5-2和第三级进液通道5-3依次相通；
所述第一级进液通道5-1梯度宽度为1mm，所述第二级进液通道5-2梯度宽度为0.5mm，所述第三级进液通道5-3梯度宽度为0.25mm。
具体地，第一级进液通道5-1和第二级进液通道5-2的分界面一以及第二级进液通道5-2和第三级进液通道5-3的分界面二均位于所述热点热源区9-2正上方。
具体地，所述歧管进液通道5横截面为阶梯矩形、阶梯锥形中的任一种；
所述歧管出液通道6横截面为矩形。
具体地，刻蚀有直流微槽通道4的所述散热器基板1是通过激光刻蚀或化学刻蚀的方法加工在热芯片的背部基底上，一体化的成型方式，避免了由界面材料所导致的系统传热热阻增加。
具体地，所述上层盖板2和歧管结构3为一体化加工，可由整体结构切削而成，减小热阻。
具体地，所述直流微槽通道4为矩形直微通道TMC，单个通道的长宽高分别为8mm，0.15mm和0.3mm，间距为0.05mm，极大地降低了所述散热器的制造难度。
具体地，所述散热器基板1由硅材料组合制成，其底部厚度为0.3mm，侧壁厚度为0.2mm。
所述散热器基板1与所述上层盖板2和歧管结构3通过键结合的加工技术将其形成密封微散热器结构。
具体地，由最小结构单元扩展而来的散热器结构高度对称，所述热点热源区9-2呈2×4阵列分布，单个热点热源区9-2面积大小为1mm*1mm。
所述散热器整体尺寸为10.05mm*8.5mm*1.2mm，上层盖板2的厚度为0.2mm。
本实施例中，所述散热工质为水或其他冷却工质。
冷却工质从歧管结构3一侧的工质入口7进入第一级进液通道5-1，在第二级进液通道5-2前受到阻挡，部分工质被引流到到前排热点区域上方的微通道内，其余工质又在第三级进液通道5-3前受到阻挡，部分工质被迫流入到后排热点区域9-2上方的微通道内，只有少量的工质在惯性作用下流入背景区域9-1上方的微通道内。不均匀的分布的工质，在直流微槽通道4内经与热源9传导来的热量进行热交换后，经歧管出液通道6从歧管结构3另一侧的工质出口8流出。
如图3所示，为歧管微通道结构最小结构单元的三维视图，流体由工质入口7进入，流经歧管进液流道5，向下流动至直流微槽通道4中，流体主要在此进行流动换热，之后上行进入另一侧的歧管出液流道6中，从工质入口8流出。
将本实施例的歧管微通道散热器与现有技术进行热适应仿真，结果如下：
散热器基板底部温度分布情况如图7和图8所示，其中图7为当入口总流量为1g/s时，单元散热器基板底部温度分布图，A为采用本发明时，单元散热器基板底部温度分布图，B为采用现有技术时，单元散热器基板底部温度分布图；其中图8为当入口总流量为2g/s时，单元散热器基板底部温度分布图，C为采用本发明时，单元散热器基板底部温度分布图，D为采用现有技术时，单元散热器基板底部温度分布图。
热源接触区温度对比如下，见表一：
表一：仿真数据对比
仿真结果表明，本实施例作用于高功率密度电子器件的最高温度相较于现有技术有大幅降低，整体的温度分布更加均匀，展现出更高的散热效率。同时，所述歧管结构和直流微槽通道相似，结构简单，加工制造更为方便。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或者特性可以包含在本实施例申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或是备选的实施例。本领域技术人员可以显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，包括：
散热器基板(1)，所述散热器基板(1)上刻蚀有直流微槽通道(4)，远离所述直流微槽通道(4)的所述散热器基板(1)表面为热源接触区，所述热源接触区包括背景热源区(9-1)以及呈阵列分布的热点热源区(9-2)；
上层盖板(2)，与所述直流微槽通道(4)相对设置的所述上层盖板(2)表面固定连接有歧管结构(3)，所述歧管结构(3)与所述散热器基板(1)相接触，其中所述歧管结构(3)包括工质入口(7)、工质出口(8)、歧管出液通道(6)以及沿工质入口(7)流入方向呈梯次收缩的歧管进液通道(5)，所述歧管进液通道(5)与歧管出液通道(6)交替设置，所述歧管进液通道(5)开口处为工质入口(7)，所述歧管出液通道(6)开口处为工质出口(8)，所述歧管进液通道(5)位于所述热点热源区(9-2)正上方。
2.根据权利要求1所述的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，沿所述工质入口(7)流入方向的所述歧管进液通道(5)的纵截面面积梯次减小，分别为第一级进液通道(5-1)、第二级进液通道(5-2)和第三级进液通道(5-3)，第一级进液通道(5-1)、第二级进液通道(5-2)和第三级进液通道(5-3)依次相通；
所述第一级进液通道(5-1)梯度宽度为1mm，所述第二级进液通道(5-2)梯度宽度为0.5mm，所述第三级进液通道(5-3)梯度宽度为0.25mm。
3.根据权利要求2述的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，第一级进液通道(5-1)和第二级进液通道(5-2)的分界面一以及第二级进液通道(5-2)和第三级进液通道(5-3)的分界面二均位于所述热点热源区(9-2)边界的正上方。
4.根据权利要求1所述的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，所述歧管进液通道(5)横截面为阶梯矩形、阶梯锥形中的任一种；
所述歧管出液通道(6)横截面为矩形。
5.根据权利要求1所述的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，
刻蚀有直流微槽通道(4)的所述散热器基板(1)是通过激光刻蚀或化学刻蚀的方法加工在热芯片的背部基底上。
6.根据权利要求1所述的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，所述上层盖板(2)和歧管结构(3)为一体化加工。
7.根据权利要求5所述的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，所述直流微槽通道(4)为矩形直微通道。
8.根据权利要求1所述的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，所述散热器基板(1)与所述上层盖板(2)和歧管结构(3)通过键结合的加工技术形成密封微散热器结构。
9.根据权利要求1所述的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，所述热点热源区(9-2)呈2×4阵列分布。
10.根据权利要求9所述的用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器，其特征在于，单个热点热源区(9-2)面积大小为1mm*1mm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310512185.3A CN116631964A (zh) | 2023-05-09 | 2023-05-09 | 用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310512185.3A CN116631964A (zh) | 2023-05-09 | 2023-05-09 | 用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116631964A true CN116631964A (zh) | 2023-08-22 |
Family
ID=87609114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310512185.3A Pending CN116631964A (zh) | 2023-05-09 | 2023-05-09 | 用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116631964A (zh) |
-
2023
- 2023-05-09 CN CN202310512185.3A patent/CN116631964A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7537047B2 (en) | Liquid-cooling heat sink | |
| US8427832B2 (en) | Cold plate assemblies and power electronics modules | |
| CN110610911B (zh) | 一种新型三维均匀分流歧管式微通道 | |
| JP2006511787A (ja) | チャネル式平板フィン熱交換システム、装置及び方法 | |
| JP2006522463A5 (zh) | ||
| US20110164385A1 (en) | Liquid cooler and method of its manufacture | |
| JP2003008273A (ja) | 冷却装置及び光源装置 | |
| CN212695142U (zh) | 一种具有断续斜肋结构的微通道热沉 | |
| CN216482394U (zh) | 一种分-合流式矩形微通道换热器系统 | |
| CN101854027A (zh) | 一种用于半导体激光器的液体制冷器 | |
| CN111479442B (zh) | 一种阵列微射流及微通道复合冷板 | |
| CN112038311A (zh) | 一种双层复杂交错结构微通道热沉 | |
| CN212810289U (zh) | 一种具有特殊肋结构的微通道热沉 | |
| CN212695143U (zh) | 一种具有叶脉形分流结构的微通道热沉 | |
| CN116741724A (zh) | 冷却集成的碳化硅模块及其制备方法、芯片的改造方法 | |
| CN116631964A (zh) | 用于高功率密度器件多热点散热的歧管微通道散热器 | |
| JP2001284513A (ja) | パワー半導体装置 | |
| CN109346445B (zh) | 一种产生螺旋流的微通道热沉 | |
| CN115000802A (zh) | 一种基于微通道次级衬底的半导体激光器 | |
| CN109500559A (zh) | 一种基于扁管的小微通道集成冷板成形方法 | |
| CN213424981U (zh) | 一种双层复杂交错结构微通道热沉 | |
| CN109346444B (zh) | 一种带梯形脊肋阵列的微散热器 | |
| CN115966533B (zh) | 一种带有逆流区的歧管式微通道散热器 | |
| CN216205587U (zh) | 一种可均匀分配流量的微通道热沉 | |
| CN216435886U (zh) | 一种芯片微通道散热器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |