DE112004002811T5 - Verbesserte Mikrokanal-Wärmesenke - Google Patents

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Poh-Seng West Lafayette Lee
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Abstract

Mikrokanal-Wärmesenke umfassend einen Mikrokanal zum Aufnehmen eines Arbeitsfluids, um Wärme abzuleiten, und eine oder mehrere Ausnehmungen, angeordnet in einer Oberfläche in Kommunikation mit dem Mikrokanal, um die Wärmetransferrate der Mikrokanal-Wärmesenke zu verbessern.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung nimmt Vorteile und Priorität aus der United States Provisional Application Serial No. 60/557 784 , Tag der Einreichung 30. März 2004, in Anspruch.
  • VERTRAGLICHER URSPRUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung wurde teilweise mit Unterstützung der United-States-Regierung unter Grant/Contract Nr. 670-1288-6398 der National Science Foundation (NSF I/UCRC) gemacht. Die Regierung kann gewisse Rechte an der Erfindung haben.
  • BEREICH DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine Mikrokanal-Wärmesenke mit verbesserten Wärmetransferraten.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Rapide kleiner werdende Strukturgrößen und größer werdende Leistungsdichte bei mikroelektronischen Bauelementen haben die Entwicklung neuartiger Kühlstrategien erforderlich gemacht, um sehr hohe Wärmeableitungsraten von diesen Bauelementen zu erzielen. So sind beispielsweise Wärmeableitungsraten von über 200 W/cm2 für die nächste Generation von Personal-Computergeraten projektiert. Mikrokanal-Wärmesenken haben das Potential, diese Wärmeableitungsraten zu erzielen und werden deshalb seit über zwei Jahrzehnten untersucht, wie z.B. von Tuckerman und Pease, "High performance hegt sinking for VLSI", IEEE Electron Device Letters, Vol. EDL-2, pp. 126–129, 1981, und von Garimella und Sobhan, "Transport in microchannels – A critical review", Annual Review of Heat Transfer, Vol. 14, 2003, beschrieben.
  • Jedoch erfahren konventionelle Mikrokanal-Wärmesenken eine Verschlechterung in der thermischen Performance entlang ihrer Länge, wenn sich die Grenzschichten mit dem Stromabwärtslauf des Fluids weiter entwickeln und verdicken. Ferner können sich Hotspots von erhöhter Temperatur in lokalen Regionen der wärmeerzeugenden Komponente, z.B. ein Mikroelektronikchip, und damit in lokalen Regionen der Mikrokanäle entwickeln.
  • Es besteht Bedarf an einer Mikrokanal-Wärmesenke, die einen verbesserten Gesamtwärmetransfer bereitstellt. Es besteht ferner Bedarf an einer Mikrokanal-Wärmesenke, die lokalisierten Wärmetransfer bereitstellt, der auf einen oder mehrere bestimmte Notspots einer wärmeerzeugenden Komponente, z.B. ein Mikroelektronikchip, zugeschnitten werden kann.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt in einer Ausführungsform eine Mikrokanal-Wärmesenke sowie ein Verfahren bereit, umfassend einen oder mehrere Mikrokanäle zum Aufnehmen eines Arbeitsfluids, um Wärme abzuleiten, und eine oder mehrere Ausnehmungen, angeordnet in einer Oberfläche in Kommunikation mit dem einen oder den mehreren Mikrokanälen, um die Wärmetransferrate der Mikrokanal-Wärmesenke zu verbessern.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die eine oder die mehreren Ausnehmungen in einer oder mehreren lokalen Notspot-Regionen einer wärmeerzeugenden Komponente lokalisiert sein, um die Wärmetrans ferraten in den lokalen Regionen sowie die Gesamtwärmeableitungsraten der Wärmesenke zu verbessern.
  • Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Wärmesenke eine Abdeckung, die den einen oder die mehreren Mikrokanäle abschließt. Die Abdeckung weist die eine oder die mehreren Ausnehmungen in einer den Mikrokanälen gegenüberliegenden Abdeckungsoberfläche auf, derart, dass die Ausnehmungen mit den Mikrokanälen und damit dem Arbeitsfluid in Kommunikation stehen, um die Wärmetransferrate der Mikrokanal-Wärmesenke zu verbessern.
  • Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die eine oder sind die mehreren Ausnehmungen länglich und erstrecken sich in einer Richtung transversal zu der langen Achse der Mikrokanäle über einen, einige oder alle der Mikrokanäle, so dass sie mit einem, einigen oder allen der Mikrokanäle in Kommunikation stehen.
  • Bei einer besonderen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Mikrokanal-Wärmesenke eine Mehrzahl von länglichen Mikrokanälen, durch die ein Arbeitsfluid fließt, um Wärme abzuleiten, und eine Abdeckung, die eine offene Seite der Mikrokanäle abschließt. Die Abdeckung umfasst eine oder mehrere Ausnehmungen in einer den Mikrokanälen gegenüberliegenden Abdeckungsoberfläche, derart, dass die Ausnehmungen mit den Mikrokanälen und damit dem Arbeitsfluid in Kommunikation stehen, um die Wärmetransferrate der Mikrokanal-Wärmesenke zu verbessern. Die Ausnehmungen können sich in einer Richtung transversal, bevorzugt senkrecht, zu der langen Achse der Mikrokanäle erstrecken.
  • Die Erfindung ist vorteilhaft, um eine Verbesserung lokalisierter Wärmetransferraten bereitzustellen zur Verringerung maximaler Chiptemperaturen in einer mikroelektronischen Vorrichtung sowie zur Erzielung niedrigerer Temperaturgradienten auf Chips, um thermische Spannungen zu verringern, die Zuverlässigkeit zu verbessern und die Chip-Performance zu erhöhen. Diese Vorteile werden erzielt durch die Verwendung der einen oder der mehreren Ausnehmungen zur Bereitstellung einer passiven Flussmodulation mit einem kleineren Druckabfall über die Mikrokanäle und damit einer niedrigeren Pumpleistung.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich leichter aus der folgenden Beschreibung.
  • BESCHREIBUNG DER FIGUREN
  • 1 ist eine Schnittdarstellung der Wärmesenke auf einem Substrat, z.B. ein Mikroelektronikchip, entlang der Linie 1-1 von 2.
  • 2 ist eine Draufsicht auf den Mikroelektronikchip mit den Mikrokanälen darauf, wobei die Ausnehmungen der Abdeckung überlagernd über die Mikrokanäle in gestrichelten Linien eingezeichnet sind. Die Abdeckung selbst ist nicht gezeigt, um die Mikrokanäle mit ausgezogenen Linien zeigen zu können.
  • 3 ist eine Schnittdarstellung der Wärmesenke auf einem Substrat, z.B. ein Mikroelektronikchip, ausgeführt entlang der Linie 3-3 von 2.
  • 4 ist ein Graph der Wärmesenkebasistemperatur über der axialen Lokalisation entlang einem Mikrokanal mit zwei Ausnehmungen entlang seiner Länge, bestimmt durch Computersimulationssoftware und verglichen mit der für eine ähnliche Mikrokanalwärmesenke ohne die Ausnehmungen in der Abdeckung bestimmten.
  • 5 ist ein Graph des Wärmetransferkoeffizienten über der axialen Lokalisation entlang einem Mikrokanal mit zwei Ausnehmungen entlang seiner Länge, bestimmt durch Computersimulationssoftware und verglichen mit dem für eine ähnliche Mikrokanalwärmesenke ohne die Ausnehmungen in der Abdeckung bestimmten.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Mikrokanal-Wärmesenke sowie ein die Wärmesenke verkörperndes Verfahren bereit mit verbesserten lokalisierten und globalen (Gesamt-)Wärmetransferraten und verwendbar – jedoch ohne hierauf begrenzt zu sein – zum Ableiten von Wärme von einer wärmeerzeugenden Elektronikkomponente, als Beispiel zum Zweck der Veranschaulichung und nicht als eine Einschränkung ein mikroelektronischer IC-Chip (integrierter Schaltungschip) eines Elektronikgeräts, z.B. Zelltelefone, Laptop-Computer, Personal-Digital-Assistance-Geräte, Desktop-Computer und dergleichen. Eine Mikrokanal-Wärmesenke sowie ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, umfassend einen oder mehrere Mikrokanäle, durch die ein Arbeitsfluid fließt, um Wärme von einer wärmeerzeugenden Komponente, z.B. von einem Mikroelektronikchip, abzuleiten, und eine oder mehrere Ausnehmungen, angeordnet in einer Oberfläche in Kommunikation mit dem einen oder den mehreren Mikrokanälen, um die lokale und gesamte Wärmeableitungsrate der Mikrokanalwärmesenke zu verbessern. Zum Zweck der Veranschaulichung und nicht als eine Einschränkung wird nun eine Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den 1–3 beschrieben, wobei die Ausnehmungen R in einem Deckel oder einer Abdeckung 30 angeordnet gezeigt sind, welche die offenen Seiten der länglichen Mikrokanäle 20 abschließt, die direkt in der wärmeerzeugenden Komponente, z.B. in einem Mik roelektronikchipsubstrat, gebildet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beispielhafte Ausführungsform beschränkt, da die Ausnehmungen in jeder Oberfläche angeordnet sein können, die einen oder mehrere der Mikrokanäle begrenzt oder definiert, so dass die Ausnehmungen in Fluidflusskommunikation mit dem hierdurch fließenden Arbeitsfluid stehen, um Wärme abzuleiten. Als Beispiel sind in den 1–3 die Ausnehmungen als in dem Deckel oder der Abdeckung angeordnet gezeigt; die Ausnehmungen können jedoch auch in Oberflächen des Mikroelektronikchipsubstrates selbst angeordnet sein, welche einen oder mehrere der Mikrokanäle definieren.
  • Es wird nun auf die 1–3 Bezug genommen, gemäß welchen das wärmeerzeugende Mikroelektronikchipsubstrat 10 (z.B. ein Silicium-Mikroelektronikchip) eine Oberfläche 10a aufweist mit einer Mehrzahl von länglichen Mikrokanälen 12, welche auf eine Tiefe darin gebildet sind, derart, dass sie in Wärmetransferbeziehung mit dem Chipsubstrat 10 stehen. Die Mikrokanäle 12 sind bevorzugt integral auf der Oberfläche 10a des Chipsubstrats 10 gebildet unter Anwendung von Silicium-Mikrobearbeitungsverfahren oder anderen geeigneten Fertigungsverfahren. Alternativ können die Mikrokanäle 20 als ein separater Körper (nicht gezeigt) gebildet sein, der mit dem wärmeerzeugenden Chipsubstrat 10 in einer Weise verbunden ist, dass ein Wärmetransfer von dem wärmeerzeugenden Chipsubstrat 10 zu dem separaten, die Mikrokanäle enthaltenden Körper bereitgestellt ist. Die Oberfläche 10a kann jede geeignete Oberfläche des wärmeerzeugenden Chipsubstrates 10 sein und ist nicht auf die nach oben weisende Oberfläche 10a beschränkt, die zum Zweck der Veranschaulichung und nicht als eine Einschränkung in den 1–3 gezeigt ist. Ferner sind die Mikrokanäle 20 als einen rechteckigen Querschnitt aufweisend gezeigt, 1; die Erfindung ist jedoch nicht hierauf begrenzt, da die Mikrokanäle 12 jede geeignete Gestalt aufweisen können.
  • Die länglichen Mikrokanäle 20 erstrecken sich jeweils von dem Kanaleinlass 20a an einem Rand des Chipsubstrates 10, wo Arbeitsfluid A (z.B. Luft oder jedes andere gasförmige oder flüssige Fluid) eintritt, um entlang der Mikrokanäle zu einem Auslass 20b an einem gegenüberliegenden Rand zu fließen, wo Arbeitsfluid, welches Wärme von dem Chipsubstrat 10 aufgenommen hat, an einen externen Wärmetauscher (nicht gezeigt) abgegeben wird und dann – nach Art eines geschlossenen Kreislaufs – zu den Einlässen 20a der Mikrokanäle 20 zurückgeführt wird, falls gewünscht, oder – nach Art eines offenen Kreislaufs – an die Atmosphäre abgegeben wird, in dem Falle, dass das Arbeitsfluid Luft ist. Eine externe oder integrierte Pumpe P kann verwendet werden, um das Arbeitsfluid durch die Mikrokanäle der Wärmesenke zu treiben. Konventionelle Einlass- und Auslassmanifolds/-plena, welche Fluidzuführund -abführöffnungen in Kommunikation mit den Einlässen 20a bzw. den Auslässen 20b aufweisen und nicht Teil der Erfindung bilden, können enthalten sein, um Fehlverteilung des Fluidflusses zu vermindern. Das Arbeitsfluid kann eine Flüssigkeit (z.B. eine dielektrische Flüssigkeit oder Wasser) oder ein Gas (z.B. Luft) jeder Art umfassen, die bisher als ein Arbeitsfluid verwendet worden ist, um Wärme von einer wärmeerzeugenden Mikroelektronikkomponente abzuleiten.
  • Die Mikrokanäle 20 erstrecken sich teilweise durch die Dicke des Chipsubstrates 10 hindurch, derart, dass das Substrat selbst einander gegenüberliegende Wände 20c und eine Bodenwand 20d jedes Mikrokanals bildet, um eine Wärmetransferbeziehung zwischen den Mikrokanälen 20 und dem Chipsubstrat 10 bereitzustellen. Zum Zweck der Veranschaulichung weisen die Mikrokanäle 20 typisch jeweils eine Querschnittsdimension von 40 000 Mikrometern2, z.B. 1000 bis ca. 5 000 000 Mikrometer2, auf. Zur weiteren Veranschaulichung und nicht als eine Einschränkung können die Mikrokanäle 20 eine exemplarische Höhe von 400 Mikrometern und eine Breite von 100 Mikrometern aufweisen. Die Mikrokanäle 20 sind als eine rechteckige Querschnittsgestalt aufweisend dargestellt, sie können jedoch eine beliebige andere geeignete Querschnittsgestalt aufweisen.
  • Es ist ein Deckel oder eine Abdeckung 30 gezeigt, welche die offenen Seiten 20p der Mikrokanäle 20 abschließt. Tatsächlich begrenzt oder definiert der Deckel oder die Abdeckung 20 die obere Oberfläche der Mikrokanäle 20, wie in 3 veranschaulicht. Der Deckel oder die Abdeckung 30 kann aus einem beliebigen geeigneten Material sein, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf Kunststoff, Glas, Keramik, Silicium, Komposit oder ein anderes Material. Ein beispielhaftes Material für den Deckel oder die Abdeckung 30 kann Glas, Silicium oder Kupfer umfassen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Deckel oder die Abdeckung 30 mit einer oder mehreren Ausnehmungen R in einer den Mikrokanälen 20 gegenüberliegenden Abdeckungsoberfläche 30a versehen, derart, dass die Ausnehmungen R mit den Mikrokanälen und damit dem darin fließenden Arbeitsfluid A in einer die lokalisierte und gesamte Wärmeableitungsrate der Mikrokanal-Wärmesenke 10 verbessernden Weise in Kommunikation stehen.
  • Es wird nun auf die 1–3 Bezug genommen, gemäß welchen multiple (z.B. zwei) Ausnehmungen R als länglich und sich in einer Richtung transversal (bevorzugt senkrecht wie gezeigt) zu der langen Achse der Mikrokanäle 20 erstreckend gezeigt sind, so dass tatsächlich zwei Rillen 21 gebildet werden, die sich über die Abdeckung 30 und über die Mikrokanäle 20 erstrecken. Jede Ausnehmung R ist definiert durch vier seitliche Oberflächen 21a und eine obere Oberfläche 21b der Rillen. Die seitlichen Oberflächen 21b sind als sich in einer Richtung senkrecht zu der langen Achse der Mikrokanäle 20 erstreckend dargestellt.
  • Obschon die Ausnehmungen R als sich transversal über alle die Mikrokanäle 20, von Seite S1 zu Seite S2 des Substrates 10 erstreckend gezeigt sind, könnten sich die Ausnehmungen statt dessen transversal über nur einige oder nur einen der Mikrokanäle 20 erstrecken, in Abhängigkeit von den für eine bestimmte Betriebsanwendung benötigten Wärmeableitungsraten. Die Zahl der Ausnehmungen R, die entlang den Längen der Mikrokanäle 20 bereitgestellt sind, kann nach Wunsch variiert werden. Die Ausnehmungen R sind zum Modulieren des Flusses des Arbeitsfluids A bereitgestellt, wie in 3 veranschaulicht; hierin zeigen die Pfeile F eine erhöhte lokalisierte Fließrate des Arbeitsfluids relativ zu den Ausnehmungen R in einer zu höheren Wärmetransferraten führenden Weise, ohne dies mit einer erhöhten Druckhöhe erkaufen zu müssen, da die Gegenwart der Ausnehmungen R die Gesamtströmungsreibung vermindert. Dazu können die Dimensionen, Lokalisationen und Zahl der Ausnehmungen R in der Abdeckung 30 empirisch gewählt werden.
  • Wie erwähnt sind die Ausnehmungen R als sich transversal über alle die Mikrokanäle von Seite S1 zu Seite S2 des Chipsubstrats 10 erstreckend gezeigt. Die Mikrokanäle 20 sind dadurch über die Ausnehmungen R transversal miteinander verbunden, wie in 1 gezeigt.
  • Damit werden beispielsweise sowohl die maximalen als auch die mittleren Temperaturen der Wände der Mikrokanäle 20 erniedrigt. Beispielsweise enthält 4 einen Graphen der Wärmesenkebasistemperatur (Basis 20f) über der axialen Lokalisation entlang einem Mikrokanal 20 gemäß der Erfindung (mit MODIFIZIERTER MIKROKANAL bezeichnet), der zwei Ausnehmungen R entlang seiner Länge an den gezeigten axialen Lokalisationen aufweist, bestimmt durch Computersimulationssoftware (z.B. mittels des kommerziell erhältlichen CFD-Softwarepakets FLUENT 6.0 zur Berechnung der laminaren Strömung und des Wärmetransfers in dem Mikrokanal). Vergleichend enthält die 4 einen Graphen der Wärmesenkebasistemperatur über der axialen Lokalisation entlang einem Mikrokanal 20 gemäß einem konventionellen Mikrokanal (mit KONVENTIONELLER MIKROKANAL bezeichnet), der keine Ausnehmungen R aufweist, bestimmt mittels der gleichen Computersimulationssoftware.
  • Die Computersimulation wurde bestimmt unter Verwendung von zwei Ausnehmungen R in der Abdeckung 30, wie in den 1 bis 3 gezeigt, wobei jede Ausnehmung R eine Breite "w" von 2,5 Millimetern und eine Höhe "h" von 400 Mikrometern für eine Mikrokanallänge entlang der Achse L von 10 Millimetern und eine Mikrokanalbreite von 100 Mikrometern senkrecht zu der Achse L aufwies. Die Abdeckung hatte eine Dicke von 500 Mikrometern. Das Chipsubstrat 10 hatte eine Länge von 10 Millimetern, so dass der Mikrokanal 20 sich ganz über das Chipsubstrat 10 erstreckte. Die Gesamtdicke des Chipsubstrats betrug 100 Mikrometer. Die Breite des massiven Chipsubstratmaterials zwischen den Mikrokanälen (Rippenbreite) betrug 100 Mikrometer. Für die Simulation wurde Wasser durch die Mikrokanäle 20 mit einer Druckhöhe von 10 kPa fließen gelassen. Ein gleichförmiger Wärmefluss von 100 W/cm2 wurde der Basis 20f des Substrats 10 zugeführt.
  • Aus der 4 ist erkennbar, dass die maximale Temperatur an der Wand 20d des MODIFIZIERTEN MIKROKANALS mit den Ausnehmungen R gemäß der Erfindung zu einem Maximum von 50,3 Grad C bestimmt wird, mit einer Temperaturvariation entlang der Länge der Wand 20d von 15,7 Grad C. Demgegenüber ist erkennbar, dass die maximale Temperatur an der Wand 20d des KONVENTIONELLEN MIKROKANALS ohne die Ausnehmungen R zu einem Maximum von 55,9 Grad C bestimmt wird, mit einer größeren Temperaturvariation entlang der Länge der Wand 20d von 20,5 Grad C. Der MODIFIZIERTE MIKROKANAL gemäß der Erfindung resultierte in einer Verminderung von –5 °C sowohl in der maximalen Wandtemperatur als auch in der Temperaturvariation entlang der Bodenwand 20d basierend auf den für die Simulation gewählten Mikrokanal- und Ausnehmungsdimensionen.
  • Ferner ist der Wärmetransferkoeffizient lokal um so viel wie 100 % verbessert in den stromabwärtsseitigen Regionen E der Ausnehmungen R (relativ zu der Richtung des Fluidflusses) als eine Folge der Reinitialisierung von Grenzschichten mit Wiedereintreten des Fluidflusses in die Mikrokanäle 20. Beispielsweise enthält 5 einen Graphen des Wärmetransferkoeffizienten über der axialen Lokalisation entlang einem Mikrokanal 20 gemäß der Erfindung (mit MODIFIZIERTER MIKROKANAL bezeichnet), der zwei Ausnehmungen R entlang seiner Länge an den gezeigten axialen Lokalisationen aufweist, bestimmt durch Computersimulationssoftware (z.B. mittels der kommerziell erhältlichen Software FLUENT 6.0). Vergleichend enthält die 5 einen Graphen des Wärmetransferkoeffizienten über der axialen Lokalisation entlang einem Mikrokanal 20 gemäß einem konventionellen Mikrokanal (mit KONVENTIONELLER MIKROKANAL bezeichnet), der keine Ausnehmungen R aufweist, bestimmt mittels der gleichen Computersimulationssoftware. Es ist erkennbar, dass der lokale Wärmetransferkoeffizient um so viel wie 100 % erhöht ist in der Nähe der stromabwärtsseitigen Regionen E der Ausnehmungen R für den MODIFIZIERTEN MIKROKANAL, verglichen mit dem des KONVENTIONELLEN MIKROKANALS. Derartige lokalisierte Erhöhungen des Wärmetransferkoeffizienten können in der Nähe lokalisierter Hotspots von erhöhter Temperatur des Mikroelektronikchips 10 verwendet werden, um Wärme hiervon abzuleiten.
  • Die Erfindung ist also vorteilhaft, um eine Verbesserung lokalisierter und gesamter Wärmetransferraten bereitzustellen. Die Erfindung kann verwendet werden zur Verringerung maximaler Chiptemperaturen in einer mikroelektronischen Vorrichtung sowie zur Erzielung niedrigerer Temperaturgradienten auf Chips, um thermische Spannungen zu vermindern, die Zuverlässigkeit zu verbessern und die Chip-Performance zu erhöhen. Diese Vorteile werden erzielt durch die Verwendung einer oder mehrerer Ausnehmungen R zur Bereitstellung einer passiven Flussmodulation mit einem kleineren Druckabfall über die Mikrokanäle 20 und damit einer niedrigeren Pumpleistung. Die Ausnehmungen R können strategisch lokalisiert sein, so dass höhere Kühlungsraten an gewünschten spezifischen Lokalisationen, z.B. in der Nähe von Hotspots des Chips 10, erzielt werden.
  • Die Erfindung wurde mit Bezug auf gewisse Ausführungsformen derselben beschrieben; für den Fachmann ist zu erkennen, dass hieran Modifikationen, Hinzufügungen und dergleichen in dem Bereich der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist, vorgenommen werden können.
  • Zusammenfassung
  • Eine Mikrokanal-Wärmesenke und ein betreffendes Verfahren, umfassend einen oder mehrere Mikrokanäle, durch die ein Arbeitsfluid fließt, um Wärme von einer wärmeerzeugenden Komponente, z.B. einem Mikroelektronik-Chip, abzuleiten, und eine oder mehrere Ausnehmungen, angeordnet in einer Oberfläche in Kommunikation mit dem einen oder den mehreren Mikrokanälen, um die Wärmetransferrate der Mikrokanalwärmesenke zu verbessern. Die Ausnehmungen können in einer Oberfläche einer Abdeckung angeordnet sein, welche die Mikrokanäle abschließt. Die eine oder die mehreren Ausnehmungen können in einer oder mehreren lokalen Hotspot-Regionen angeordnet sein, um die Wärmetransferraten in den lokalen Regionen sowie die Gesamtwärmeableitungsrate der Wärmesenke zu verbessern.

Claims (14)

  1. Mikrokanal-Wärmesenke umfassend einen Mikrokanal zum Aufnehmen eines Arbeitsfluids, um Wärme abzuleiten, und eine oder mehrere Ausnehmungen, angeordnet in einer Oberfläche in Kommunikation mit dem Mikrokanal, um die Wärmetransferrate der Mikrokanal-Wärmesenke zu verbessern.
  2. Die Wärmesenke nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Ausnehmungen in einer oder mehreren lokalen Hotspot-Regionen einer wärmeerzeugenden Komponente lokalisiert ist/sind, um die Wärmetransferraten in den lokalen Regionen zu verbessern.
  3. Die Wärmesenke nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Abdeckung, die den Mikrokanal abschließt, wobei die Abdeckung eine oder mehrere Ausnehmungen in einer den Mikrokanälen gegenüberliegenden Abdeckungsoberfläche aufweist, derart, dass die Ausnehmungen mit den Mikrokanälen und dem Arbeitsfluid in Kommunikation stehen, um die Wärmetransferrate der Mikrokanal-Wärmesenke zu verbessern.
  4. Die Wärmesenke nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren Ausnehmungen länglich sind und sich in einer Richtung transversal zu der langen Achse der Mikrokanäle über einen, einige oder alle der Mikrokanäle erstrecken, so dass sie mit einem, einigen oder allen der Mikrokanäle in Kommunikation stehen.
  5. Die Wärmesenke nach Anspruch 4, wobei die eine oder die mehreren Ausnehmungen sich senkrecht zu der langen Achse erstrecken.
  6. Mikrokanal-Wärmesenke, umfassend eine Mehrzahl von Mikrokanälen zum Aufnehmen eines Arbeitsfluids, um Wärme abzuleiten, und eine Abdeckung, welche die Mikrokanäle abschließt, wobei die Abdeckung eine oder mehrere Ausnehmungen in einer den Mikrokanälen gegenüberliegenden Abdeckungsoberfläche aufweist, derart, dass die Ausnehmungen mit den Mikrokanälen und dem Arbeitsfluid in Kommunikation stehen, um die Wärmetransferrate der Mikrokanal-Wärmesenke zu verbessern.
  7. Die Wärmesenke nach Anspruch 6, wobei die eine oder die mehreren Ausnehmungen in einer oder mehreren lokalen Hotspot-Regionen einer wärmeerzeugenden Komponente lokalisiert ist/sind, um die Wärmetransferraten in den lokalen Regionen zu verbessern.
  8. Die Wärmesenke nach Anspruch 6, wobei die eine oder die mehreren Ausnehmungen länglich sind und sich in einer Richtung transversal zu der langen Achse der Mikrokanäle über einen, einige oder alle der Mikrokanäle erstrecken, so dass sie mit einem, einigen oder allen der Mikrokanäle in Kommunikation stehen.
  9. Die Wärmesenke nach Anspruch 8, wobei die eine oder die mehreren Ausnehmungen sich in einer Richtung senkrecht zu der langen Achse erstrecken.
  10. Kombination von einer wärmeerzeugenden Elektronikkomponente und der Mikrokanal-Wärmesenke nach Anspruch 1 in Wärmeleitbeziehung mit der Komponente.
  11. Die Kombination nach Anspruch 10, wobei die Mikrokanäle in der Komponente gebildet sind.
  12. Die Kombination nach Anspruch 10, wobei die Komponente einen Mikroelektronikchip umfasst.
  13. Ein Verfahren zum Kühlen einer wärmeerzeugenden Elektronikkomponente, umfassend das Anordnen der Mikrokanal-Wärmesenke nach Anspruch 1 in Wärmetransferbeziehung mit der Komponente und Fließenlassen des Arbeitsfluids durch die Mikrokanäle, um Wärme von der Komponente abzuleiten.
  14. Ein Verfahren zum Kühlen einer wärmeerzeugenden Elektronikkomponente, welche einen oder mehrere Hotspots aufweist, umfassend das Anordnen der Mikrokanal-Wärmesenke nach Anspruch 1 in Wärmetransferbeziehung mit der Komponente mit Anordnung der einen oder der mehreren Ausnehmungen in Relation zu dem einen oder den mehreren Hotspots, um die Wärmetransferrate dort zu verbessern, und Fließenlassen des Arbeitsfluids durch die Mikrokanäle, um Wärme von der Komponente abzuleiten.
DE112004002811T 2004-03-30 2004-12-08 Verbesserte Mikrokanal-Wärmesenke Withdrawn DE112004002811T5 (de)

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US55778404P 2004-03-30 2004-03-30
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PCT/US2004/042801 WO2005104323A2 (en) 2004-03-30 2004-12-08 Improved microchannel heat sink

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