[發明專利]電子元器件相變冷卻效果的測試系統

有效

• 申請號: 201010195989.8
• 申請日: 2010-06-08
• 公開（公告）號: CN101865864A
• 公開（公告）日: 2010-10-20
• 發明（設計）人: 張莉;劉宇;徐宏;戴玉林;徐鵬;李建民;孫巖
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: G01N25/02
• 分類號: G01N25/02;G01K7/02
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 薛琦;鐘華

技術領域

本發明涉及一種測試系統，特別是涉及一種針對高熱流密度電子元器件熱控制，進行相變冷卻時的冷卻效果的測試系統。

背景技術

電子元器件的應用遍及日常生活、生產乃至國家安全的各個層面。微細化和高密度化是微電子元器件的發展方向。自1959年以來，隨著硅集成度電路的問世，芯片的集成度以每年40％～50％的速度增長，集成電路芯片中的熱流密度已從20世紀70年代的10W/cm²增長到現在的超過100W/cm²。某些微系統的熱流密度高達1000W/cm²。根據著名的“摩爾定律”推算：芯片上的晶體管每18個月翻一番，那么到2010年，芯片上晶體管的數量將超過10億。微電子機械系統的飛速發展使得微電子芯片、超大規模集成電路的散熱問題日益凸顯，促使換熱系統進一步朝高效化、微型化邁進。

電子元器件集成度提高，熱量集中，微電子設備局部溫度過高，導致微電子元器件工作于高溫環境下而失效。與此同時，微電子設備的使用范圍日益廣泛，使用環境變化很大，往往處于環境溫度高，溫差變化大，條件十分苛刻，從而導致微電子元器件的工作性能及穩定性大大降低。研究表明，單個半導體元器件的溫度每升高10℃，系統可靠性將降低50％，超過55％的電子設備失效是由于溫度過高引起的。因此，芯片功率密度不斷上升，導致芯片的耗能和散熱成為限制微電子技術發展的瓶頸，如何將極高的產熱量有效的排散，將芯片溫度保持在較低水平已然成為一個迫在眉睫的問題。

目前，降低電子元器件溫度應用最廣泛方法為風冷和液冷。風冷即利用風扇產生的循環氣流對芯片冷卻，但該方法由于散熱冷卻效果差，噪聲嚴重，僅適用于集成度和運算速度低的芯片散熱，現有以強制空氣冷卻為主的微處理器散熱技術最多只能處理60％微處理器所產生的廢熱，故該散熱技術已達瓶頸，需要依賴新一代體積更小且效率極高的液體冷卻技術來解決。

將芯片直接浸沒在惰性不導電液體(冷劑)中進行沸騰相變換熱的浸沒式相變冷卻方法是一種高效的散熱方式，也是目前國內外的一個研究熱點。為了進一步提高此高效散熱方式的可靠性，有必要進行其冷卻效果的評價，從而進一步優化冷卻系統，推動該相變散熱技術的推廣應用。因此開發出能有效評價此種散熱方式散熱效果的測試系統意義重大。

發明內容

本發明要解決的技術問題是為了克服現有的對電子元器件缺乏浸沒式相變冷卻效果的測試系統的缺陷，提供一種能對電子元器件的相變冷卻效果進行有效測試的電子元器件相變冷卻效果的測試系統。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題的：一種電子元器件相變冷卻效果的測試系統，其特點在于，其包括：

一蒸發室，盛裝有對被測電子元器件進行相變冷卻的冷劑；

一冷劑溫控系統，用于控制所述冷劑的溫度；

一電子元器件固定裝置，用于將所述被測電子元器件固定在所述蒸發室的冷劑中；

一冷凝和壓力調節系統，用于冷凝回流所述蒸發室中產生的蒸氣、并監控該蒸氣的壓力；

一數據采集系統，用于測量、采集并監控所述冷劑和被測電子元器件的表面溫度；及

一可視化觀測系統，用于觀測所述蒸發室內的被測電子元器件的表面的沸騰氣泡行為，用以得到氣泡動力學參數。

較佳地，當采用液體介質如水浴或油浴進行溫控時，所述蒸發室置于所述冷劑溫控系統內；這樣通過控制冷劑溫控系統的溫度，從而控制測試時所需的蒸發室內的冷劑的溫度。在本發明另一較佳實施例中，還可以采用氣體，比如：蒸氣，作為溫控手段。

更佳地，所述的冷劑溫控系統包括：

一盛裝有液體水的水浴槽；

一置于所述液體水中的加熱器；及

一與所述加熱器相連接的水浴溫控器。

在上述情況下，所述的蒸發室可放置于恒溫水浴槽內，實現冷劑的溫度控制。

較佳地，所述水浴槽的內底壁上方設一用于支撐所述蒸發室的墊塊。

更佳地，所述蒸發室的內底部置一磁力攪拌子，所述冷劑溫控系統的外底壁設有一與所述磁力攪拌子相應的磁力攪拌器，以更好地保證冷劑溫度的均勻性。

較佳地，所述冷凝和壓力調節系統包括：一冷凝器，所述冷凝器通過數根管路與所述蒸發室相通，至少一根所述管路上還設有一壓力傳感器；更佳地，所述冷凝器的頂端設有一與大氣連通、用于排出不凝性氣體的閥門。

較佳地，所述的電子元器件固定裝置為一旋轉桿，所述旋轉桿包括：

一內部端，該內部端伸入所述的蒸發室的冷劑內，與所述被測電子元器件固接；及

一固設在所述蒸發室的側壁的外部端。