[發(fā)明專利]一種浸沒式液冷燒結多孔毛細芯耦合微通道散熱裝置

有效

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• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113357953B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發(fā)明（設計）人: 張永海;劉萬渤;朱志強;楊小平;魏進家
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F28D15/04
• 分類號: F28D15/04;H01L23/427
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 李鵬威

本發(fā)明公開了一種浸沒式液冷燒結多孔毛細芯耦合微通道散熱裝置，排氣微通道銅基板包括方形凸臺及圓形均熱臺，凸臺位于均熱臺上側中心位置，凸臺上通過線切割有米字型的排氣微通道，所述沸騰?蒸發(fā)燒結多孔毛細芯呈棱臺形，且沸騰?蒸發(fā)燒結多孔毛細芯的頂部設置有多孔毛細芯錐形凹槽，所述沸騰?蒸發(fā)燒結多孔毛細芯的底部與打磨后的排氣微通道銅基板頂面接觸并燒結成一體，所述均熱臺底部粘有導熱片，導熱片的底部粘有芯片熱源，所述芯片熱源鑲嵌在封裝基板上，所述封裝基板上緊密貼合有能夠將導熱片和芯片熱源嵌套在均熱臺和封裝基板之間的絕熱硅膠墊。本發(fā)明可顯著提高裝置在中高熱流下的相變換熱能力及工作穩(wěn)定性。

技術領域

本發(fā)明涉及微米傳熱學中微小空間的燒結結構強化相變傳熱領域，具體涉及一種浸沒式液冷燒結多孔毛細芯耦合微通道散熱裝置。

背景技術

隨著微電子信息產業(yè)的快速發(fā)展，微型化、集成化的電子器件集群對散熱要求越來越高，在短時間內高效、均勻地將微電子所產生的熱流釋放一直是橫亙于集成電路產業(yè)發(fā)展的重大難題。沸騰換熱是通過大量汽泡的生成、成長和脫離將工質由液態(tài)轉換到汽態(tài)的一種劇烈汽化過程，具有換熱效率高，穩(wěn)定性強的優(yōu)點，被認為是最有希望解決高精尖領域散熱問題的方法。相變機理的基礎研究表明，核態(tài)沸騰換熱的主要機制在于三相接觸線區(qū)的動態(tài)薄液膜的蒸發(fā)，隨著壁面加熱液體溫度升高至沸點，液體汽化并以汽化潛熱的方式吸收熱量。但較低的對流換熱系數(shù)(HTC)會使芯片表面溫度過高，降低其工作效率和使用壽命，過早出現(xiàn)的臨界熱流密度(CHF)也成為光滑表面池沸騰的主要限制因素，超過臨界熱流密度后受熱面溫度會突然升高，導致?lián)Q熱性能嚴重惡化。因此，在較低受控壁溫下，最大程度地將微小電子元件產生的高熱流穩(wěn)定而及時的導離是目前科學界和工業(yè)界研究的熱門方向。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種浸沒式液冷燒結多孔毛細芯耦合微通道散熱裝置，以克服現(xiàn)有普遍存在的相變傳熱能力差、工作狀態(tài)穩(wěn)定性低等問題，本發(fā)明通過微米級燒結多孔毛細芯與微通道的燒結黏連，保證了散熱結構在微小尺寸下相變汽液通道的相對分離，通過增強毛細補液能力、減小氣體溢出阻力、增大沸騰成核位點數(shù)量，可顯著提高裝置在中高熱流下的相變換熱能力及工作穩(wěn)定性。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種浸沒式液冷燒結多孔毛細芯耦合微通道散熱裝置，包括沸騰-蒸發(fā)燒結多孔毛細芯、排氣微通道銅基板、導熱片、芯片熱源、絕熱硅膠墊和封裝基板；

所述排氣微通道銅基板包括一個方形凸臺及一個圓形均熱臺，所述凸臺位于均熱臺上側中心位置，所述凸臺上通過線切割有米字型的排氣微通道，所述沸騰-蒸發(fā)燒結多孔毛細芯呈棱臺形，且沸騰-蒸發(fā)燒結多孔毛細芯的頂部設置有多孔毛細芯錐形凹槽，所述沸騰-蒸發(fā)燒結多孔毛細芯的底部與打磨后的排氣微通道銅基板頂面接觸并燒結成一體，且沸騰-蒸發(fā)燒結多孔毛細芯利用微米級氣霧法所產銅粒子燒結而成，所述均熱臺底部粘有導熱片，導熱片的底部粘有芯片熱源，所述芯片熱源安裝在封裝基板上，所述封裝基板上緊密貼合有能夠將導熱片和芯片熱源嵌套在均熱臺和封裝基板之間的絕熱硅膠墊。

進一步地，所述排氣微通道銅基板排氣微通道呈“米”字形，其中十字排氣微通道長度l_1-1為14mm，對角排氣微通道長度l_1-2為19.8mm，寬度w₁均為1.2mm，高度h₁均為1.5mm。

進一步地，所述凸臺總高h₂為6mm，排氣微通道銅基板的均熱臺外徑Φ₁為36mm。

進一步地，所述沸騰-蒸發(fā)燒結多孔毛細芯底面長度l₂和寬度w₂皆為14mm，頂面長度l₃和寬度w₃皆為8mm，沸騰-蒸發(fā)燒結多孔毛細芯的高h₃為4mm，所述多孔毛細芯錐形凹槽底面尺寸與所述沸騰-蒸發(fā)燒結多孔毛細芯頂面尺寸相同，多孔毛細芯錐形凹槽的高h₄為2mm。