[發明專利]一種智能響應芯片熱點的自適應調控散熱裝置

有效

• 申請號: 201810532488.0
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108493173B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 閆云飛;吳剛娥;李浩杰;馮帥;何自強;張力;楊仲卿;蒲舸;唐強;陳艷容;冉景煜;丁林;秦昌雷;杜學森
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01L23/46
• 分類號: H01L23/46;H01L23/473
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 穆祥維

本發明公開了一種智能響應芯片熱點的自適應調控散熱裝置，包括散熱器基板和上蓋板，上蓋板中心位置刻蝕有通孔，散熱器基板上刻蝕有與通孔對應且相同半徑的中心流體進口，散熱器基板上還刻蝕有與中心流體進口相通的多個分形微流道，每個分形微流道中且在兩個分支流道的一側壁上分別嵌有工字型熱縮型溫敏型水凝膠，兩個分支流道的另一側壁上分別設置有凹坑，且該凹坑與水凝膠在該分支流道上錯位設置。該裝置換熱能力強，流動壓降小。水凝膠能智能響應芯片的局部熱點并在一定溫度條件下發生體積變化，對分形微流道內散熱流體進行自適應流量調控和流量重新分配，快速帶走芯片局部熱點熱量，維持芯片表面溫度的均勻。

技術領域

本發明涉及一種芯片散熱裝置，尤其涉及一種智能響應芯片熱點的自適應調控散熱裝置。

背景技術

近年來，隨著微電子技術特別是軍用電子和微波器件的發展，高功率電子芯片朝著小型化、多集成度的方向飛速發展。從集成方面來看，摩爾定律表明，IC器件內半導體器件的數量每18個月就會增加一倍。據I TRS 2014年的統計和預測報告，在芯片尺寸維持不變的基礎上，單位面積上集成的半導體數目隨著年份逐漸增加，芯片特征尺寸正在逐年減小，導致電子元器件的單位體積功率密度越來越大，芯片的熱流密度越來越高，其值可達60-1000W/cm²。同時，由于芯片上半導體的布置和集成不均勻，芯片上功率分布變得越來越不均勻，局部熱點問題頻發。過高的溫度給電子設備運行的可靠性帶來巨大挑戰，使得設備或系統的性能下降，嚴重影響了電子產品的質量和可靠性。相關數據表明，電子設備失效率隨器件的溫升呈指數規律上升。因此，如何高效地傳遞芯片上的熱量并維持芯片處于正常工作溫度范圍內，預防芯片的熱失效問題的發生，已經成為微電子設備結構設計的一項關鍵技術。

目前已有的關于芯片散熱裝置的研究中，大多集中于芯片的整體散熱，針對芯片局部熱點的散熱研究較少。然而，研究表明，芯片局部熱點的熱流密度可高達1000W/cm²，極其容易造成局部熱點問題和局部電子器件的失效。而個別關于芯片局部熱點散熱的研究也主要是通過半導體的集成先預測出熱點易出現的位置，然后依據預測局部熱點設計特殊的流道結構。該冷卻技術由于結構固定，只能機械式的冷卻固定區域的熱點，對于芯片的不可控熱點冷卻效果較差。因此，在芯片局部熱點頻發的今天，有必要對高熱流密度芯片局部熱點的散熱問題展開系統研究，開發一種能智能感應高熱流密度芯片局部熱點并進行自適應流量調控和散熱的新技術，從而有效預防芯片的熱失效問題。

發明內容

針對芯片的局部熱失效問題，本發明提供了一種智能響應芯片熱點的自適應調控散熱裝置，該散熱裝置的分形微流道基于仿生原理設計，能以較低的壓降和較高的傳熱性能快速帶走芯片表面的熱量。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：

一種智能響應芯片熱點的自適應調控散熱裝置，包括散熱器基板和上蓋板，所述上蓋板蓋在散熱器基板上并與散熱器基板密封配合；所述上蓋板中心位置刻蝕有一作為流體入口的通孔，所述散熱器基板上刻蝕有與上蓋板的通孔對應且相同半徑的中心流體進口，所述散熱器基板上還對稱均勻刻蝕有與中心流體進口相通的多個分形微流道，每個分形微流道中的分支流道呈Y型設置，每個分形微流道中且在兩個分支流道的一側壁上分別嵌有工字型熱縮型溫敏型水凝膠，兩個分支流道的另一側壁上分別設置有凹坑，所述凹坑的尺寸與水凝膠伸進對應的分支流道內的部分的尺寸相同，且該凹坑與工字型熱縮型溫敏型水凝膠在該分支流道上錯位設置；兩個分支流道上的工字型熱縮型溫敏型水凝膠和凹坑相對該對應的分形微流道的中心線對稱設置。

作為本發明的一種優選方案，所述分形微流道為三級支流道，第一級支流道的進口與散熱器基板上的中心流體進口連通，所述第一級支流道的出口與兩個第二級支流道的進口連通，每個所述第二級支流道的出口與兩個第三級支流道的進口連通，所述第三級支流道的出口作為流體出口并位于散熱器基板的外側壁面，每個分形微流道的兩個第二級支流道上分別設置工字型熱縮型溫敏型水凝膠和凹坑。