CN219937043U - 一种集成式芯片液冷散热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种集成式芯片液冷散热装置，包括芯片封装基板、散热流道承载板、密封顶盖和芯片，所述芯片位于芯片封装基板的上方，所述散热流道承载板固定在芯片的上方，所述密封顶盖固定在散热流道承载板的上方，并连接芯片封装基板；所述散热流道承载板包括依次连通的冷流体分配腔、散热流道和热流体汇集腔，所述密封顶盖的上方设有冷流体入口和热流体出口，所述冷流体入口连通冷流体分配腔，所述热流体出口连通热流体汇集腔。与现有技术相比，本实用新型具有散热效果好、体积小等优点。

Description

一种集成式芯片液冷散热装置

技术领域

本实用新型涉及半导体相变散热技术领域，尤其是涉及一种集成式芯片液冷散热装置。

背景技术

计算机芯片的性能与其运行温度有着密切的联系。当工作温度过高时，芯片可能出现运行不稳定的现象，并伴随着使用寿命减少和芯片彻底损毁的风险。散热装置的主要任务是将芯片产生的热量传递到外部环境，以降低芯片的温度并确保其稳定运行。为了确保芯片在一个合适的温度下正常工作，散热装置扮演了举足轻重的角色。

尽管目前风冷散热器在计算机领域的应用非常广泛，但随着芯片性能的持续提升，其热控制需求变得越来越严格。风冷散热器在面对某些高热流密度芯片时，其散热能力可能无法满足需求。

这种情况下，其他更高效的散热技术应运而生，如基于液相工质对流换热的液冷技术被公认为是下一代具有巨大发展潜力的先进技术之一。该技术通过利用液体工质的高比热容的核心优势，并结合封闭通道内增压加速的物理特性，不仅可以显著提高传热系数，实现对芯片温度的高效压制，还能有效降低散热所需的能耗和噪声污染。这一技术的应用对于提高半导体芯片的性能、稳定性和可靠性具有重要意义，为半导体行业的可持续发展提供了关键支持。

如中国专利CN111787776A公开了一种液冷散热设备，包括液冷装置、热交换装置和散热装置，所述液冷装置内盛放有冷却液，需要降温的热源放置于所述液冷装置的冷却液内，所述液冷装置和所述散热装置分别连通于所述热交换装置的冷热两侧，所述液冷装置连接于所述热交换装置热的一侧，所述散热装置连接于所述热交换装置冷的一侧；当所述热交换装置的冷热两侧内的液体间接接触后，所述热交换装置冷的一侧内的液体吸收热量而气化，气化的特定液体经过散热装置降温后压缩成为液体降温，冷却后的液体继续进入到所述热交换装置进行循环。

然而，在目前的技术应用中，传统的液冷散热设备往往体积较大，难以适应芯片小型化的需求。本实用新型提出一种集成式的小型化的液冷散热装置，在提高冷却性能，降低系统尺寸方面发挥重要作用。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在液冷散热设备往往体积较大，难以适应芯片小型化的需求的缺陷而提供一种散热能力强且集成度高的集成式芯片液冷散热装置。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种集成式芯片液冷散热装置，包括芯片封装基板、散热流道承载板、密封顶盖和芯片，所述芯片位于芯片封装基板的上方，所述散热流道承载板固定在芯片的上方，所述密封顶盖固定在散热流道承载板的上方，并连接芯片封装基板；

所述散热流道承载板包括依次连通的冷流体分配腔、散热流道和热流体汇集腔，所述密封顶盖的上方设有冷流体入口和热流体出口，所述冷流体入口连通冷流体分配腔，所述热流体出口连通热流体汇集腔。

优选地，所述散热流道承载板的散热流道位于芯片散热区域上方，散热流道的区域面积根据芯片尺寸形状进行定制设计。

优选地，所述散热流道的数量为多个，各个散热流道的左端均连通冷流体分配腔，右端均连通热流体汇集腔。

优选地，所述各个散热流道平行分布在冷流体分配腔和热流体汇集腔之间，散热流道的数量和间距根据芯片尺寸和热流密度进行定制设计。

优选地，所述冷流体分配腔和热流体汇集腔均为扩张结构的腔体，所述扩张结构的腔体的底端连通散热流道，所述扩张结构的腔体的顶端连通冷流体入口或热流体出口。

优选地，所述芯片与散热流道承载板之间设有钎焊焊料，所述芯片与散热流道承载板通过钎焊焊接。

优选地，所述密封顶盖下方的两端和中间位置设有固定引脚，所述密封顶盖通过固定引脚焊接固定在芯片封装基板上。

优选地，所述冷流体入口的外侧设有螺纹，所述冷流体入口通过螺纹连接外部设备，所述冷流体入口通过焊接固定在密封顶盖上。

优选地，所述热流体出口的外侧设有螺纹，所述热流体出口通过螺纹连接外部设备，所述热流体出口通过焊接固定在密封顶盖上。

优选地，所述散热流道承载板与密封顶盖的壳体厚度比值范围在0.1～10

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

(1)本方案通过将芯片封装基板、芯片、散热流道承载板和密封顶盖由下至上依次堆叠，并进行一体化成型，得到集成式的芯片散热装置；通过冷流体入口向冷流体分配腔内注入冷却液，冷却液经过散热流道带走芯片产生的热量，吸收热量后的冷却液进入流体汇集腔，之后通过热流体出口排出到散热装置的外部，如此循环往复，完成对芯片的降温。以显著提高散热装置的紧凑度，提高散热装置的冷却性能，保持芯片温度的均匀稳定。

(2)本方案不仅有效地节省了计算机机箱的内部空间，以进一步提高计算机的集成度和可扩展性；而且其高度集成的设计大幅简化了用户安装流程，降低了由于用户安装不当导致的液体泄漏风险，并增强了散热器对多种机箱型号的兼容性。

(3)本方案中通过设置多条平行且等间距分布的散热流道，来提高通过冷流体入口的冷却液能够更均匀的从各个散热流道中经过，以更均匀的带走芯片各处产生的热量，最终汇聚到热流体出口处，使得芯片各处的降温均匀稳定。

附图说明

图1为本实用新型提供的散热装置外形整体结构第一视角的结构示意图；

图2为本实用新型提供的散热装置外形整体结构第二视角的结构示意图；

图3为本实用新型提供的散热装置的剖面结构示意图；

图4为本实用新型提供的散热流道承载板结构示意图；

图中：1、冷流体入口，2、热流体出口，3、密封顶盖，4、芯片封装基板，5、散热流道承载板，51、冷流体分配腔，52、热流体汇集腔，53、散热流道，54、散热肋柱，6、钎焊焊料，7、集成电路芯片。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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，因此不能理解为对本实用新型的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

本实施例提供一种集成式芯片液冷散热装置，如图1-4所示，包括芯片封装基板4、散热流道承载板5、密封顶盖3和芯片7，芯片7位于芯片封装基板4的上方，散热流道承载板5固定在芯片7的上方，密封顶盖3固定在散热流道承载板5的上方，并连接芯片封装基板4；

散热流道承载板5包括依次连通的冷流体分配腔51、散热流道53和热流体汇集腔52，密封顶盖3的上方设有冷流体入口1和热流体出口2，冷流体入口1连通冷流体分配腔51，热流体出口2连通热流体汇集腔52。

工作原理：将芯片封装基板4、芯片7、散热流道承载板5和密封顶盖3由下至上依次堆叠，并进行一体化成型，得到集成式的芯片散热装置；通过冷流体入口1向冷流体分配腔51内注入冷却液，冷却液经过散热流道53带走芯片产生的热量，吸收热量后的冷却液进入流体汇集腔52，之后通过热流体出口2排出到散热装置的外部，如此循环往复，完成对芯片的降温。

本方案通过将芯片封装基板4、芯片7、散热流道承载板5和密封顶盖3由下至上依次堆叠，并进行一体化成型，得到集成式的芯片散热装置；通过冷流体入口1向冷流体分配腔51内注入冷却液，冷却液经过散热流道53带走芯片产生的热量，吸收热量后的冷却液进入流体汇集腔52，之后通过热流体出口2排出到散热装置的外部，如此循环往复，完成对芯片的降温。以显著提高散热装置的紧凑度，提高散热装置的冷却性能，保持芯片温度的均匀稳定。

具体的，散热流道承载板5的散热流道53位于芯片散热区域上方，散热流道的区域面积根据芯片尺寸形状进行定制设计。

作为一种优选的实施方式，如图4所示，散热流道53的数量为多个，各个散热流道53的左端均连通冷流体分配腔51，右端均连通热流体汇集腔52。各个散热流道53等间距分布在冷流体分配腔51和热流体汇集腔52之间。各个散热流道53平行分布在冷流体分配腔51和热流体汇集腔52之间。

通过设置多条平行分布的散热流道，来提高通过冷流体入口的冷却液能够更均匀的从各个散热流道中经过，以更均匀的带走芯片各处产生的热量，最终汇聚到热流体出口处，使得芯片各处的降温均匀稳定。散热流道的数量和间距根据芯片尺寸和热流密度进行定制设计。

作为一种优选的实施方式，冷流体分配腔51和热流体汇集腔52均为扩张结构的腔体，扩张结构的腔体的底端连通散热流道53，扩张结构的腔体的顶端连通冷流体入口1或热流体出口2。

具体的，芯片7与散热流道承载板5之间设有钎焊焊料6，芯片7与散热流道承载板5通过钎焊焊接。密封顶盖3下方的两端和中间位置设有固定引脚，密封顶盖3通过固定引脚焊接固定在芯片封装基板4上。

作为一种优选的实施方式，冷流体入口1的外侧设有螺纹，冷流体入口1通过螺纹连接外部设备，冷流体入口1通过焊接固定在密封顶盖3上。热流体出口2的外侧设有螺纹，热流体出口2通过螺纹连接外部设备，热流体出口2通过焊接固定在密封顶盖3上。

通过将冷流体入口1和热流体出口2与外部设备螺纹连接，保证了散热装置中冷却液输送过程中密封性，避免冷却流动过程中发生泄漏对芯片或其它计算机设备造成损坏的情况，装置整体的安全性更高。

具体的，散热流道承载板5与密封顶盖3的壳体厚度比值范围在0.1～10。以确保冷却液在流动过程中的散热效果以及散热装置的密封性和安全性。

结合上述各个优选的实施方式，本实施例还提供了一种最优的实施方式，具体为：

一种集成式芯片液冷散热装置，包括冷流体入口1、热流体出口2、密封顶盖3和散热流道承载板5，所述全部组件通过焊接工艺一体成型技术焊接为一个完整密封的散热装置。

如图4所示，所述散热流道承载板5上设置有冷流体分配腔51、热流体汇集腔52和散热流道53。所述散热流道承载板的结构根据芯片尺寸形状进行定制设计。

如图4所示，所述散热流道53由若干平行流道并联排布构成，所述平行流道数量和间距根据芯片尺寸和热流密度进行定制。

如图4所示，所述冷流体分配腔51与冷流体入口1相连，所述冷流体分配腔51负责引导散热工质均匀有序进入散热流道53。

如图4所示，所述热流体汇集腔52与热流体出口2相连，所述热流体汇集腔52负责将散热流道53中的散热工质汇集后统一排出。

如图3所示，所述密封顶盖3焊接于热流体分配板5上方，所述密封顶盖3设置有若干固定脚，所述固定引脚可以将密封顶盖及焊接其上的整个散热装置固定在芯片封装基板4上，所述密封顶盖3与芯片封装基板4共同实现对集成电路芯片(裸片、DIE)7的封装与保护。

如图2所示，所述冷流体入口1和热流体出口2是焊接于密封顶盖3上的带密封螺纹的流体出入口，所述冷热流体出入口可以与外界流体管路紧密连接，所述冷热流体出入口将外界冷却流体输入散热装置并将加热后的流体输出到外界环境。

所述散热流道承载板5与密封顶盖3厚度比值可取0.1～10。

所述紧凑式芯片高效散热装置在与芯片封装基板4固定的同时，通过钎焊工艺6将散热流道承载板5固定于集成电路芯片(裸片、DIE)7的顶端。

综上所述，本实用新型提出一种集成式芯片液冷散热装置，包括冷流体入口1、热流体出口2、密封顶盖3和散热流道承载板5，所述全部组件通过焊接工艺一体成型技术焊接为一个完整密封的散热装置，所述散热流道承载板5上设置有冷流体分配腔51、热流体汇集腔52和散热流道53，所述散热流道53由若干平行流道并联排布构成，所述冷流体分配腔51引导散热工质均匀有序进入散热流道53，所述热流体汇集腔52将散热流道53中的散热工质汇集后统一排出。与现有技术相比，本实用新型通过焊接工艺一体成型技术将散热流道与芯片顶盖结合，从而有效提升散热设备的冷却性能，并确保芯片温度维持均匀稳定。此外，该散热装置的集成式设计有利于节省机箱内部空间，并在简化安装流程、增强兼容性、减少泄漏风险和提升设计美观等方面带来优势。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，包括芯片封装基板(4)、散热流道承载板(5)、密封顶盖(3)和芯片(7)，所述芯片(7)位于芯片封装基板(4)的上方，所述散热流道承载板(5)固定在芯片(7)的上方，所述密封顶盖(3)固定在散热流道承载板(5)的上方，并连接芯片封装基板(4)；

所述散热流道承载板(5)包括依次连通的冷流体分配腔(51)、散热流道(53)和热流体汇集腔(52)，所述密封顶盖(3)的上方设有冷流体入口(1)和热流体出口(2)，所述冷流体入口(1)连通冷流体分配腔(51)，所述热流体出口(2)连通热流体汇集腔(52)。

2.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述散热流道承载板(5)的散热流道(53)位于芯片散热区域上方，所述散热流道(53)的区域面积根据芯片尺寸形状进行定制设计。

3.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述散热流道(53)的数量为多个，各个散热流道(53)的左端均连通冷流体分配腔(51)，右端均连通热流体汇集腔(52)。

4.根据权利要求3所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述各个散热流道(53)平行分布在冷流体分配腔(51)和热流体汇集腔(52)之间，所述散热流道(53)的数量和间距根据芯片尺寸和热流密度进行定制设计。

5.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述冷流体分配腔(51)和热流体汇集腔(52)均为扩张结构的腔体，所述扩张结构的腔体的底端连通散热流道(53)，所述扩张结构的腔体的顶端连通冷流体入口(1)或热流体出口(2)。

6.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述芯片(7)与散热流道承载板(5)之间设有钎焊焊料(6)，所述芯片(7)与散热流道承载板(5)通过钎焊焊接。

7.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述密封顶盖(3)下方的两端和中间位置设有固定引脚，所述密封顶盖(3)通过固定引脚焊接固定在芯片封装基板(4)上。

8.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述冷流体入口(1)和热流体出口(2)的外侧均设有螺纹，所述冷流体入口(1)和热流体出口(2)均通过螺纹连接外部设备。

9.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述散热流道承载板(5)与密封顶盖(3)的壳体厚度比值范围在0.1～10。