[发明专利]芯片冷却装置无效

专利信息
申请号: 200910102204.5 申请日: 2009-09-03
公开(公告)号: CN101645430A 公开(公告)日: 2010-02-10
发明(设计)人: 应济;李俊;徐亮;林谢昭 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: H01L23/427 分类号: H01L23/427;H01L23/367;H01L21/48
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 代理人: 林怀禹
地址: 310027浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 芯片 冷却 装置
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种芯片冷却装置,尤其涉及一种用于高密度大功率芯片冷却的采用微机电系统技术的微液滴喷射芯片冷却装置。

背景技术

目前的芯片冷却装置多采用外置散热片和风扇,这两种芯片冷却装置都是通过空气的对流传热来移除芯片的热量,相比之下,作为强迫对流传热的风扇散热装置效率更高,以计算机CPU所用的风扇散热装置为例,在风扇叶片高达4000r/min的转速下,基本能避免CPU的温度过高,但该装置噪声很大,而且散热能力已经达到空气对流传热的极限。随着微电子技术的快速发展,单芯片的集成功能更复杂、时钟频率快速提高、封装变薄、封装的引脚间距减小、封装的引脚数降低等因素导致单芯片不断地向大功率和小型化方向发展,传统的冷却方式已经满足不了单芯片和芯片组的散热要求。当芯片的工作频率达到800MHz以上时,最大功率可达到100W,外壳与散热装置间的平均热流密度可达到7.1W/cm2以上,当系统使用大量大功率芯片时,使用散热片或者风扇可控的温度只能在100℃左右,而通常保证芯片正常工作的温度为60℃左右。

由此可见,高密度大功率芯片的热控制问题已经越来越突出,而在一些光电通讯设备,核、电气控制设备等等领域内,同样也面临着很多急需解决的热控制问题,解决这一问题的关键在于针对不同芯片中的高密度热源,寻求一种高效的热输运方式。由于液体的对流传热效率高于气体,目前出现了一种浸没式液冷装置,通过芯片的上表面与散热片直接接触,散热片的另一面浸在水中,液体在外部泵的作用下循环流动,从而将芯片的热量输送到大气环境,该装置虽然有较好的冷却效果,却占用较大空间,影响芯片的后序集成和封装。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有芯片冷却装置存在的不足,提供一种散热效率高的芯片冷却装置。

本发明所采取的技术方案是:芯片冷却装置主要包括冷却液池、第一微流道、第一微泵、第二微流道、微喷嘴、冷却室、第三微流道、第二微泵、第四微流道、冷凝器和微孔,所述冷却液池存储有冷却液;第一微泵的一端通过第一微流道与冷却液池相连通,第一微泵的另一端通过第二微流道与微喷嘴相连通;所述冷却室位于所述芯片冷却装置的底部且与所述芯片相匹配;所述微喷嘴设于冷却室的上方且与冷却室相连通;第二微泵的一端通过第三微流道与冷却室相连通,第二微泵的另一端通过第四微流道与冷凝器相连通;所述冷凝器位于冷却液池的上方,冷凝器的内部设有冷凝流道,冷凝流道的顶部设有散热片,所述冷凝流道与冷却液池通过微孔相连通。

进一步地,本发明所述第一微泵内设有弹性泵膜。

进一步地,本发明所述第二微泵内设有弹性泵膜。

进一步地,本发明所述微喷嘴为按矩形阵列方式均匀布置的微喷嘴阵列。

进一步地,本发明所述微孔为按矩形阵列方式均匀布置的微孔阵列。

使用时,将本发明芯片冷却装置安装于芯片的表面,亦即使该芯片置于冷却室内,同时使微喷嘴正对芯片的上表面。由于冷却室与芯片相匹配,因此在将芯片置于冷却室内后,通过芯片将冷却室与外部大气环境隔离,并使冷却室相对外部大气环境具有良好的密封性。芯片冷却装置对芯片进行冷却的一个循环过程如下:冷却液池中的冷却液在第一微泵的驱动下,经由第一微流道和第二微流道流入微喷嘴,并以微液滴态冷却液的形式从微喷嘴喷射进冷却室,由于冷却室位于芯片上表面的正上方,微液滴冷却液直接冲击在发热芯片的上表面;通过对第一微泵泵膜振动幅值和频率的有效控制,使喷射出的微液滴冷却液在芯片上表面形成一层适当厚度的薄膜,在固液界面上直接完成液气之间的质量与能量传递,使得界面的接触热阻达到最小,获得很高的临界热流密度值,而不存在沸腾初始滞后作用的影响,这样,芯片的表面温度可以保持在冷却液在系统压力下的饱和温度值附近,并且芯片热表面的温度分布均匀;冷却液在芯片上表面沸腾,在冷却室中吸收芯片的热量由液态转变为气态,气态冷却液在第二微泵的驱动下,经由第三微流道和第四微流道流入冷凝器,通过对第二微泵泵膜振动幅值和频率的有效控制,以保证冷却室内产生的气态冷却液及时地流入冷凝器,从而确保封闭空间内冷却循环的顺畅;在冷凝器的内部设有环形的冷凝流道,且冷凝器顶部均匀分布的翅形散热片与大气环境接触,可保证气态冷却液在冷凝流道内充分散热;由于冷却液的沸点低于大气环境温度,气态冷却液在冷凝流道内释放热量凝结成液态冷却液,液态冷却液经由环形的冷凝流道下方的微孔,形成液滴流回冷却液池,完成一个封闭空间内的冷却循环。

综上所述,相对于现有的芯片冷却装置,本发明芯片冷却装置具有以下优点:

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