[發明專利]一種微系統相變微冷卻方法及裝置

有效

• 申請號: 202010909535.6
• 申請日: 2020-09-02
• 公開（公告）號: CN112071818B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 魏濤;錢吉裕;黃豪杰;崔凱
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十四研究所
• 主分類號: H01L23/473
• 分類號: H01L23/473;H01L23/427
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理有限公司 11457
• 代理人: 孫紅穎

1.一種微系統相變微冷卻裝置，其特征在于，所述微冷卻裝置包括微換熱器(1)、封裝基板(2)、3D芯片基板(3)，所述3D芯片基板(3)和所述微換熱器(1)分別安裝在所述封裝基板(2)的正反面，在所述3D芯片基板(3)內陣列形式排布多個3D堆棧芯片(4)；

所述封裝基板(2)為單層結構，內部設有集/分液流道，所述集/分液流道包括微換熱器至3D芯片基板流道(9)和3D芯片基板至微換熱器流道(10)；

所述微換熱器至3D芯片基板流道(9)為所述微換熱器(1)內循環側的供液出口(14)與所述3D芯片基板(3)內側的供液口(12)串聯的最短流程；所述3D芯片基板至微換熱器流道(10)為所述3D芯片基板(3)內側的回氣口(13)與所述微換熱器(1)內循環側的回氣入口(15)串聯的最短流程；

所述3D堆棧芯片(4)產生的熱量經所述3D芯片基板(3)、所述封裝基板(2)內流道匯合后進入所述微換熱器(1)，和系統冷卻外循環進行換熱后冷凝，從而實現對所述3D堆棧芯片(4)的相變冷卻循環。

2.根據權利要求1所述的微系統相變微冷卻裝置，其特征在于，所述封裝基板(2)正面陣列排布多個所述3D芯片基板(3)，多個所述3D芯片基板(3)的所述供液口(12)和所述回氣口(13)分別串聯后，與所述微換熱器(1)的所述供液出口(14)和所述回氣入口(15)連通。

3.根據權利要求1或2所述的微系統相變微冷卻裝置，其特征在于，所述3D芯片基板(3)從下到上依次為分水流道(16)、主微流道(17)、集水流道(18)、次微流道(19)和封裝層(20)五部分；所述分水流道(16)實現從1個所述3D芯片基板(3)所述供液口(12)到多個所述3D堆棧芯片(4)的流量分配，按照最短流程和圓滑過渡的原則，所述3D堆棧芯片(4)的供液方式為全并聯；所述主微流道(17)和所述次微流道(19)內設有矩形強化換熱微肋，所述微肋內具有液體通道(23)，所述微肋外側形成氣體通道(24)；所述集水流道(18)實現多個所述3D堆棧芯片(4)到1個所述3D芯片基板(3)所述回氣口(13)的流量匯合，多個所述3D堆棧芯片(4)的回氣方式為全并聯；所述封裝層(20)在最上面，實現所述3D堆棧芯片(4)的氣密封裝和保護。

4.根據權利要求1所述的微系統相變微冷卻裝置，其特征在于，所述微換熱器(1)上靠近外側處布置有外循環側的進/回接口，所述進/回接口通過軟管與所述系統冷卻外循環裝置連接。

5.根據權利要求4所述的微系統相變微冷卻裝置，其特征在于，所述進/回接口為倒刺或者小型的快速自密封接頭。

6.根據權利要求1所述的微系統相變微冷卻裝置，其特征在于，所述供液出口(14)和所述回氣入口(15)上通過接口密封圈(7)或膠密封。

7.根據權利要求1所述的微系統相變微冷卻裝置，其特征在于，所述微換熱器(1)緊湊型微通道板式液-液換熱器，厚度在mm級，尺寸為10mm級，換熱量達kW級，換熱溫升10℃以內。

8.根據權利要求1所述的微系統相變微冷卻裝置，其特征在于，所述微換熱器至3D芯片基板流道(9)上包含充注流道(11)和充注口堵頭(5)，所述充注流道(11)的開口位于所述封裝基板(2)的底面，用于所述微換熱器至3D芯片基板流道(9)的首次抽真空及充液，所述充注流道(11)通過所述充注口堵頭(5)帶膠封堵。

9.根據權利要求1所述的微系統相變微冷卻裝置，其特征在于，所述內循環側冷卻介質為Novec HFE電子氟化液、R134a；外循環側冷卻介質為乙二醇冷卻液。

10.一種利用權利要求1所述的微系統相變微冷卻裝置實現的微冷卻方法，其特征在于，所述冷卻方法如下：在所述微換熱器(1)、所述封裝基板(2)和所述3D芯片基板(3)連接的內部流道，以及所述微換熱器(1)上靠近外側處布置的外循環側的外側水接口(8)與系統冷卻外循環裝置連接，形成的封閉流道內預充一定量的冷卻介質，形成一個脈動熱管；液態的冷卻介質流經所述3D芯片基板(3)內相應的所述3D堆棧芯片(4)的微流道，吸收所述3D堆棧芯片(4)的熱量后發生蒸發，經所述3D芯片基板(3)內一次匯合后進入所述封裝基板(2)，在所述封裝基板(2)內二次匯合后進入所述微換熱器(1)，和所述系統冷卻外循環進行換熱后冷凝，再進入所述封裝基板(2)實現一次流量分配，進入所述3D芯片基板(3)實現二次分配，進入微流道，完成一個微系統相變微冷卻的內循環。