CN211455675U - 一种电子系统 - Google Patents

Abstract

一种电子系统中包括了一集成模块，所述集成模块通过现有的封装集成了一散热组件和一热源，所述散热组件内包括基板、散热道、液体进出口，所述散热组件具有可扩展性，能有效提升散热效率，降温稳定，降低电子系统的总体成本，使得系统容易实现低噪音与小型化。

Description

一种电子系统

技术领域

本公开内容涉及一种电子系统，更具体地，涉及一种包括集成有散热组件的集成模块的电子系统。

背景技术

随着集成电路的发展，特别是半导体制造和封装技术的发展，使得开发高性能，高集成密度的半导体芯片模块成为可能。然而随着芯片尺寸的持续缩小，单位面积内的器件密度的持续增加，芯片的运行频率的持续提高，半导体芯片单位面积产生的热量越来越多。热量的增加降低了芯片的工作效率，缩短了芯片的使用寿命，此外半导体芯片单位面积产生热量的增加也造成对进一步增大集成密度和提高芯片性能的抑制。因此，研究从芯片中有效排放芯片内部器件产生的热量的技术是迫切的需求。

目前常见的冷却系统是风冷系统或液态冷却系统。其中常见的液态冷却系统中是通过一热冷却部件在半导体芯片与空气或另一热冷却部件之间提供冷却路径以及时移除半导体芯片的工作时所产生热量，确保持续可靠的操作。

示例性的，对CPU/GPU芯片而言，常见的CPU/GPU芯片的水冷散热的系统结构如图1所示。图1中半导体芯片1通过导热胶2连接到散热盖3，散热盖3通过热界面材料4连接到水冷散热头5，水冷散热头5的两端设置有进水口和出水口，进水口端连接有储水罐9，出水口端连接有泵7，泵7和储水罐9之间连接有冷排风扇8。由于冷却水的热容量大，因此能具有较佳的散热效果。

图1的冷却系统中，热界面材料的热传导系数和不同材料的界面热阻是影响水冷系统传导效率的重要因素。以上述示例的冷却系统为例，半导体芯片和导热胶2，导热胶2与散热盖3，散热盖3与导热胶4之间由于材质的不同导致微观层面上看，不同材质之间必然存在间隙和空气，由于空气的存在导致热阻的产生，使得热传导效率不高。因此，以下研究是有意义的：减少冷却系统中的界面热阻，提高冷却系统的热传导效率。

发明内容

在下文中将给出关于本公开内容的简要概述，以便提供关于本公开内容的某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开内容的穷举性概述。它并不是意图确定本公开内容的关键或重要部分，也不是意图限定本公开内容的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本公开内容的一方面，提供了一种散热组件，包括：

至少一散热构件；所述散热构件包括基板，所述基板的一端集成有冷却媒介进口，所述基板的另一端集成有冷却媒介出口，所述基板上具有一热吸收面；所述基板上或所述基板内设置有任意形状的冷却道；冷却媒介通过所述冷却媒介进口流入所述冷却道，从所述冷却媒介出口流出。

根据本公开内容的另一方面，提供了一种带散热组件的集成模块，包括：

一如前所述的散热组件和一热源；所述热源与所述散热组件通过所述散热组件的所述热吸收面直接或间接耦合。

根据本公开内容的再一方面，提供了一种电子系统，包括：如前所述的集成模块。

本公开内容的集成模块及电子系统至少能实现如下效果：所述集成模块级联简单方便，所述集成模块的热负载能力大，消除了一定的界面的热阻，提升了所述电子系统的散热效率，所述电子系统运行更加静音，降温更加稳定，热可靠性更高，降低了所述电子系统的总成本。

附图说明

参照附图下面说明本公开内容的实施例，这将有助于更加容易地理解本公开内容的以上和其他目的、特点和优点。附图只是为了示出本公开内容的原理。在附图中不必依照比例绘制出单元的尺寸和相对位置。

在附图中：

图1示出了现有技术中的一种CPU/GPU的水冷散热系统结构示意图；

图2-5示出了根据本公开内容的实施例1的散热组件结构示意图；

图6-8示出了根据本公开内容的实施例2的散热组件结构示意图；

图9示出了根据本公开内容的实施例3的集成模块结构示意图；

图10示出了根据本公开内容的实施例4的液冷散热系统结构示意图。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开内容的示例性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施例的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中可以做出很多特定于实施例的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施例的不同而有所改变。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开内容，在附图中仅仅示出了与根据本公开内容的方案密切相关的装置结构，而省略了与本公开内容关系不大的其他细节。

应理解的是，本公开内容并不会由于如下参照附图的描述而只限于所描述的实施形式。在本文中，在可行的情况下，实施例可以相互组合、不同实施例之间的特征替换或借用、在一个实施例中省略一个或多个特征。

实施例1

下面参考图2描述根据本公开内容的实施例1的散热组件结构的示意图。

如图2所示，所述散热组件包括一第一散热构件1100，所述散热组件可通过热吸收面1111与一热源直接或间接耦合。所述热源可以是任意的热源，例如但不限于CPU、GPU、其他发热的芯片组等等。

所述第一散热构件1100可以是包括任意形状的基板1110的散热构件。可以理解的是，所述基板1110沿着A-A’方向的截面可以是矩形、正方向，扇形、半圆形等等，只要保证其与所述热源耦合的所述热吸收面的部分是平整的即可。进而使得所述散热构件可以构成板状的、半圆柱的、扇状等等形状的散热组件。

进一步的所述散热构件1100的所述基板1110上还设置有多个鳍状的散热支件。所述鳍状的散热支件的材料可与所述散热构件的所述基板的材料相同或不同。优选的，所述鳍状的散热支件的材料与所述基板的材料相同。

可选的，所述散热构件还可以带有支撑件1120。示例性的，所述支撑件1120可以是片式的且覆盖在所述热源/散热组件的轮廓四周；所述支撑件1120还可以是片式的且设置在热源/散热组件的任意相对的两侧面；所述支撑件1120还可以是多根柱形、梯形等形状分立地设置在所述热源/散热组件四周；或所述支撑件1120还可以是上述任两种或多种的组合。所述支撑件可以避免所述基板对所述热源产生的应力。

进一步的，所述散热构件的支撑件可以与所述散热构件的基板活动地设置。示例性的，所述支撑件可以与所述基板可拆卸的设置；示例性的，所述基板上设置有滑道，所述支撑件可以在滑道内滑行，且卡合到特定的位置，所述位置示例性为适配所述热源面积大小的位置。

所述第一散热构件的所述基板1110的一端设有冷却媒介进口1140，另一端设有冷却媒介出口1130，所述冷却媒介进口1140和出口1130可以与冷却媒介的储藏流通管路联通。

图3是所述第一散热构件1100的所述基板的透视图。如图3所示，所述第一散热构件1100的所述基板1110上或所述基板内部设置有冷却道1150，冷却媒介通过所述冷却媒介进口1140流入所述冷却道1150，最后从所述冷却媒介出口1130流出。所述冷却道1150的形状可以为任意的形状。可选的，所述冷却道1150的形状为首尾串联的U形、环形、纵横交错的网格形，菱形、曲线形的任一种或多种的组合。

图4和图5分别是所述第一散热构件1100示例性的顶部图和底部图。

所述第一散热构件的冷却道1150可通过一体式设计用机加工的方法在所述基板上加工形成。所述第一散热构件的冷却道1150还可以埋设在由两片子基板形成的所述第一散热构件1100的所述基板1110的复合基材内。

所述冷却道1150内填充有冷却媒介。示例性的，所述冷却媒介可选自水、专用水冷液(由超纯水，防冻剂，稳定剂等构成)、冷却油(无水冷却液)等。

所述第一散热构件1100的材质可为铜、铜合金、表层镀镍的铜、铝、铝合金、铁、不锈钢、钨、钼或任一种或多种的组合。进一步的所述散热组件与1100所述热源的耦合处的热吸收面1111处根据热界面材料的不同选择性镀金/银。其中所述热界面材料可选自：铟，铟银合金，银，锡，有机导热硅脂，石墨烯等。当所述热界面材料为金属类热界面材料时，散热组件的热吸收面处进行镀银或镀金。

实施例2

在实施例1的基础上，如图6-7所示，可以在所述第一散热构件1100的基板上进一步设有一可扩展接口1160。通过所述一可扩展接口1160可以在所述第一散热构件1100的基板1110上层叠一第二散热构件1200。所述第二散热构件1200可与所述第一散热构件1100具有相同或不同的形状、冷却道、材质、基板结构等，所述第二散热构件具有一可扩1210展结构，所述第二散热构件1200和所述第一散热构件1100之间可以通过所述可扩展接口1160和所述可扩展结构1210进行连接，可选的所述连接是铆接结构、卡接结构等等。可以理解的是，所述连接可以是直接的焊接。连接后的所述第二散热构件1200和所述第一散热构件1100之间具有空腔结构形成空腔冷却单元1220，或者所述空腔冷却单元1220内可填充冷却气体。

如图6-7所示，所述第二散热构件1220可以不具备冷却媒介进口和冷却媒介出口。

可以理解的是，如图8所示，所述第二散热构件1220也可以具有冷却媒介进口1240和冷却媒介出口1230，所述第二散热构件120的冷却媒介进口1240可以与所述第一散热构件1100的所述冷却媒介进口1140联通或者不联通。

还可以理解的是，所述第二散热构件1200的所述基板表面可以具有通孔以有利于所述热量的快速扩散。

实施例3

在实施例1或2的基础上，在所述第一散热构件1100的所述基板的热吸收面连接一热源1000。

可选的，所述第一散热构件和所述热源可以通过接合、粘接、夹紧、托架等其他能将二者紧密连接在一起的方式互相连接在一起以形成一集成模块。

图9是所述热源为易发热的半导体芯片的集成模块示例图，更具体的，所述半导体芯片是CPU、GPU、其他发热的芯片组。当所述热源1000为半导体芯片时，所述第一散热构件1100与所述半导体芯片的连接方式可为兼容芯片贴装工艺的连接方法。所述半导体芯片可为一个或多个芯片，所述半导体芯片可以用焊料凸点形成在一封装衬底1300上，所述封装衬底可以是PCB板或三维集成中的电连接模块等，所述半导体芯片通过热界面材料1400与所述第一散热件1100连接在一起。

示例性的，所述第一散热构件1100构建为封装盖的形式，所述封装盖与所述半导体芯片通过钎焊材料焊接在一起。

可以理解的是，所述封装盖与所述半导体芯片还可以通过热界面粘结材料粘接在一起。所述的热界面粘结材料只要能显示出良好的附着力，良好的热传递性，顺应性，以及热膨胀系数(CTE)匹配性，易于流量控制，易返工即可。

示例性的所述热界面粘结材料包括:弹性体，填充有导热和/或导电填料，弹性体的包含一种或多种选自下组的自硅氧烷，氟硅氧烷，环氧，硅化的环氧树脂，橡胶、交联橡胶；和粘合剂，所述粘合剂包括一种或多种选自下列的自硅氧烷，氟硅氧烷，硅化的环氧树脂，氰酸酯，聚氨酯。

所述半导体芯片可以所述第一散热构件封装成一带有散热组件的芯片模块；所述半导体芯片还可与所述第一和第二散热构件封装成一带有散热组件的芯片模块。

本实施例中带有散热组件的芯片模块可以延用现有的散热盖贴装工艺，无需大的封装工艺改动，对封装的可靠性的影响基本可以忽略。而通过将散热组件与水冷散热头的集成，减低了现有技术中在散热盖与导热胶，导热胶与水冷散热头之间的导热界面产生的热阻。有效提升了芯片的散热效率。

实施例4

在所述实施例3的基础上，将封装有所述第一散热构件和所述半导体芯片的集成模块100，或者封装有所述第一、第二散热构件和所述半导体芯片的集成模块组装到一电子液冷系统中。

所述电子液冷系统包括所述集成模块100、储液罐400、冷排放扇500、冷却泵600和液体流通管300。所述集成模块100、储液罐400、冷排风扇500和冷却泵600通过所述液体流通管300如图5所示相互连接。

如图5所述的水冷系统，其中所述芯片模块1产生的热通过液体流通管300被传输到冷却泵600，然后通过冷却泵600产生的压力而通过冷排风扇500返回到储液罐400，进而再将液体200循环流入所述集成模块100。

由于本公开所述的集成模块中封装有所述散热组件，减低了现有技术中在散热盖与热界面材料、热界面材料与液冷散热头之间的导热界面产生的热阻，因此有效提升了例如芯片之类的热源的散热效率。

采用了本公开的液冷系统与现有技术相比较而言，其界面热阻将减少50％左右，极大提升了热传导效率。本公开的液冷系统与现有液冷系统相比较而言，将散热盖与液冷散热头集成在一起，进一步减少了液冷系统的总体成本。采用本公开所示的液冷系统，由于液体的热容量大，因此其对热量的负载能力是风冷系统的5倍多，散热效果更佳，而且，所述液冷系统比起风冷系统而言，产生的噪音更小，降温更稳定。对于发热芯片而言，特别是对于CPU/GPU、发热芯片组而言是一种高效的散热方式，可以广泛应用与台式机、工作站和服务器中。

根据上面对本公开内容的具体实施例的描述，本领域技术人员能够理解，本公开内容方案至少能实现如下效果之一：提供可扩展的散热结构，兼容现有的芯片封装工艺、对封装的可靠性的影响可忽略，通过减少液冷系统的接触界面有效降低了界面的热阻，提升液冷系统的散热效率，降低液冷系统的总体成本，系统噪音小，降温稳定和系统小型化。

应该理解，术语“包括”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

应该理解，在不偏离本公开内容的精神的情况下，针对一个实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或多个其他实施例中使用，与其他实施例中的特征相组合，或替代其他实施例中的特征。

以上结合具体的实施例对本公开内容进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本公开内容的保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本公开内容的精神和原理对本公开内容做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本公开内容的范围内。

Claims (24)

1.一种散热组件，其特征在于包括：

至少一散热构件；

所述散热构件包括基板，所述基板的一端设有冷却媒介进口，所述基板的另一端设有冷却媒介出口，所述基板上具有一热吸收面；

所述基板上或所述基板内设置有冷却道；

冷却媒介通过所述冷却媒介进口流入所述冷却道，从所述冷却媒介出口流出。

2.如权利要求1所述的散热组件，其中所述散热构件上设置有多个支撑件。

3.如权利要求2所述的散热组件,其中所述支撑件是可活动地设置在所述基板上。

4.如权利要求2所述的散热组件，其中所述散热构件的支撑件选自下列之一：所述支撑件是片式的且覆盖在所述散热构件的轮廓四周；所述支撑件是片式的且设置在所述散热构件任意相对的两侧面；所述支撑件是为柱形、梯形且分立设置在所述散热构件四周；或所述支撑件是上述任两种或多种的组合。

5.如权利要求1所述的散热组件，其中所述基板为板状、或所述基板的侧剖面为半球形、扇形、正方形。

6.如权利要求1所述的散热组件，其中所述基板顶表面上还设置有鳍状的散热支件。

7.如权利要求6所述的散热组件，其中所述散热支件的材料与所述基板材料相同或不同。

8.如权利要求1所述的散热组件，其中所述冷却道的形状为首尾串联的U形、环形、纵横交错的网格形，菱形、曲线形的任一种或多种的组合。

9.如权利要求1所述的散热组件，其中所述散热组件的材质选自铜、铜合金、表层镀镍的铜、铝、铝合金、铁、不锈钢、钼、钨中任一种或多种的组合。

10.如权利要求1所述的散热组件，其中所述热吸收面处镀金或镀银。

11.如权利要求2所述的散热组件，其中所述散热组件包括2个散热构件，其中第一散热构件的基板上设有一可扩展接口，第二散热构件具有一可扩展构件，通过所述可扩展接口和所述可扩展构件，能使得所述第一和第二散热构件之间进行级联。

12.如权利要求11所述的散热组件，其中所述可扩展构件能通过所述支撑件复用。

13.如权利要求11所述的散热组件，其中所述第一散热构件和所述第二散热构件之间具有空腔结构形成的空腔冷却单元。

14.如权利要求11所述的散热组件，其中所述第二散热构件具有或不具有所述冷却媒介进口、所述冷却媒介出口和所述冷却道。

15.如权利要求11所述的散热组件，其中所述第二散热构件具有基板，所述第二散热构件的基板表面具有通孔以利于热量扩散。

16.一种带有散热组件的集成模块，包括：

一热源和如权利要求1-15中任一项所述的一散热组件；

所述热源与所述散热组件通过所述散热组件的所述热吸收面直接或间接耦合。

17.如权利要求16所述的集成模块，其中所述散热构件上设置有多个支撑件，其中所述支撑件是片式的且覆盖在所述热源的轮廓四周；所述支撑件是片式的且设置在所述热源任意相对的两侧面；所述支撑件是为柱形、梯形且分立设置在所述热源四周。

18.如权利要求17所述的集成模块，其中所述支撑件围绕所述热源可活动地设置。

19.如权利要求18所述的集成模块，其中所述可活动地设置是指所述支撑件与所述基板可拆卸；或者所述基板上设置有滑道，所述支撑件能沿着滑道滑动并卡合在所述热源的适配位置。

20.如权利要求16所述的集成模块，其中所述热源是半导体芯片，所述半导体芯片为一个或多个半导体芯片，所述多个的半导体芯片并排设置或堆叠设置。

21.如权利要求20所述的集成模块，其中所述半导体芯片设置在一封装衬底上，所述散热构件上设置有多个支撑件，所述支撑件耦合在所述封装衬底上。

22.如权利要求20所述的集成模块，其中所述散热构件与所述半导体芯片通过钎焊、热界面粘结材料中的一个或组合连接在一起。

23.一种电子系统，包括：

如权利要求16-22中任一项所述的集成模块。

24.如权利要求23所述的电子系统，还包括储液罐、冷排放扇、冷却泵和液体流通管。

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