[發明專利]一種帶柱狀體嵌入模塊的微通道散熱裝置

在審

• 申請號: 202310258334.8
• 申請日: 2023-03-17
• 公開（公告）號: CN116093043A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 李春泉;鄭淵皓;閻德勁;李雪斌;尚玉玲;熊文宇;黃紅艷
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/373;H01L23/433;H01L23/473
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本發明涉及一種帶有柱狀體嵌入模塊的微通道散熱裝置,由芯片（1）、焊盤焊點組合（2）、帶柱狀體嵌入模塊（3）、LTCC基板（4）、內嵌流道（5）組成。焊盤可以配合焊錫實現器件固定的作用；焊點能夠在器件與嵌入體之間構成熱通路，以實現熱量有效傳導；帶柱狀體的嵌入模塊采用高導熱系數的材料制成，能夠有效傳遞上層熱量，嵌入模塊嵌入下方微通道散熱器中，通過嵌入體與冷卻劑的對流換熱作用，使得冷卻劑能夠迅速將熱量帶走，有助于提高熱耗散功率。本發明在已有微通道散熱結構的基礎上，提出了該散熱方案的設計，可將芯片上的熱量傳導至流道處進行散熱，進一步提高了微流道散熱裝置針對局部熱源的散熱能力，改善了該系統在垂直方向上的溫度分布，具有較高的換熱能力和換熱極限。本發明結構緊湊、功能明確、傳導熱能力好，其在高發熱設備如電子芯片、整流器的冷卻領域有較好的應用前景。

技術領域

本發明涉及一種帶有柱狀體嵌入模塊的微通道換熱裝置，是一種能夠滿足電子芯片、激光器、整流器等高發熱設備冷卻問題的結構設計方案。

背景技術

多芯片組件是由多個集成電路芯片電連接于共用電路基板的部件，隨著電子制造業技術的不斷進步，晶體管特征尺寸逐漸減小，芯片能夠集成的晶體管數量也越來越多，但也導致芯片產生高熱流密度，產生大量熱量。電子元器件過熱會造成諸多不良影響，輕則系統不穩定，性能降低，嚴重的時候甚至能使電路板上的銅箔線路脫落導致電路斷路或短路從而使電器燒毀，這大幅降低了電子器件的可靠度，增加了電子器件的失效率。而一般PCB板在厚度方向與平面方向的導熱性能差異較大，平面方向上的導熱能力強于厚度方向上的導熱能力，需要提高在厚度方向上的散熱能力。

為解決上述技術問題，本發明的目的旨在提供一種帶有柱狀體與嵌入模塊的微通道散熱方案，能夠改善散熱傳熱問題，強化縱向以及整體散熱性能，并提高散熱極限。

發明內容

為了實現上述目的及功能，本發明采用的技術方案如下：

本發明設計的一種帶有柱狀體與嵌入模塊的微通道散熱方案主要組成部分為：焊盤、焊點，金屬柱、嵌入模塊與內置流道的基板。基板所采用的材料可以為FR-4，環氧樹脂、低溫共燒陶瓷、高溫共燒陶瓷等印制電路板材料（本發明采取LTCC作為基板材料）。

所述焊盤、焊點和柱狀體直徑相匹配，有效互聯。焊盤的材料一般為銅片，可以使用刻蝕工藝加工，具體加工方案更具實際本發明分為兩層焊盤，第一層置于芯片和焊點之間，第二層置于焊點和嵌入模塊之間。

導熱焊點具有良好的強度，焊錫與被焊金屬物面相互擴散形成合金層，工藝要求為焊錫量適當，表面有良好光澤，焊點位于雙層焊盤之間有效傳遞熱量。

嵌入模塊采用具有良好導熱性能的材料如銅、銀等加工制成，其上具有金屬柱以及流道結構，所述金屬柱可根據實際需要確定，在毫米或微米量級。所述的金屬柱也可以是焊料填充的柱狀體，可以有效傳導熱量的柱體。嵌入模塊嵌入基板中。所述嵌入模塊可通過微機電加工技術、3D打印而成。

上述的所有結構，均通過導熱膠粘合或焊接等方式密封和連接。

本發明與傳統的微通道散熱器相比，具有以下特征和優點：對于傳統微流道散熱器（參見圖1）。本發明采用芯片-焊盤-焊點-焊盤-嵌入模塊的緊密連接，具有優秀導熱能力和可靠的穩定連接；本發明所采用的嵌入模塊中的柱狀體由高導熱系數的材料制成，其有助于增強垂直方向傳熱，提高熱耗散功率；本發明采用嵌入單元與流體壁面直接接觸，可通過對流傳熱，迅速而有效的將發熱元件層級傳導下來的熱量帶走以提高散熱性性能，同時嵌入模塊采用導熱系數很高的材料，使得冷卻液能夠快速的將熱量帶走。有效的提高了散熱器的綜合換熱能力和換熱極限。

附圖說明

圖1是傳統微流道散熱器示意圖；

圖2?是本發明的一個實施例整體示意圖；

圖3?是本發明的一個實施例的結構示意圖；

圖4?是本發明的焊盤焊點組合圖；

圖5是本發明的金屬嵌入模塊單元示意圖；