[发明专利]电子元器件相变冷却效果的测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种测试系统，特别是涉及一种针对高热流密度电子元器件热控制，进行相变冷却时的冷却效果的测试系统。

背景技术

电子元器件的应用遍及日常生活、生产乃至国家安全的各个层面。微细化和高密度化是微电子元器件的发展方向。自1959年以来，随着硅集成度电路的问世，芯片的集成度以每年40％～50％的速度增长，集成电路芯片中的热流密度已从20世纪70年代的10W/cm²增长到现在的超过100W/cm²。某些微系统的热流密度高达1000W/cm²。根据著名的“摩尔定律”推算：芯片上的晶体管每18个月翻一番，那么到2010年，芯片上晶体管的数量将超过10亿。微电子机械系统的飞速发展使得微电子芯片、超大规模集成电路的散热问题日益凸显，促使换热系统进一步朝高效化、微型化迈进。

电子元器件集成度提高，热量集中，微电子设备局部温度过高，导致微电子元器件工作于高温环境下而失效。与此同时，微电子设备的使用范围日益广泛，使用环境变化很大，往往处于环境温度高，温差变化大，条件十分苛刻，从而导致微电子元器件的工作性能及稳定性大大降低。研究表明，单个半导体元器件的温度每升高10℃，系统可靠性将降低50％，超过55％的电子设备失效是由于温度过高引起的。因此，芯片功率密度不断上升，导致芯片的耗能和散热成为限制微电子技术发展的瓶颈，如何将极高的产热量有效的排散，将芯片温度保持在较低水平已然成为一个迫在眉睫的问题。

目前，降低电子元器件温度应用最广泛方法为风冷和液冷。风冷即利用风扇产生的循环气流对芯片冷却，但该方法由于散热冷却效果差，噪声严重，仅适用于集成度和运算速度低的芯片散热，现有以强制空气冷却为主的微处理器散热技术最多只能处理60％微处理器所产生的废热，故该散热技术已达瓶颈，需要依赖新一代体积更小且效率极高的液体冷却技术来解决。

将芯片直接浸没在惰性不导电液体(冷剂)中进行沸腾相变换热的浸没式相变冷却方法是一种高效的散热方式，也是目前国内外的一个研究热点。为了进一步提高此高效散热方式的可靠性，有必要进行其冷却效果的评价，从而进一步优化冷却系统，推动该相变散热技术的推广应用。因此开发出能有效评价此种散热方式散热效果的测试系统意义重大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有的对电子元器件缺乏浸没式相变冷却效果的测试系统的缺陷，提供一种能对电子元器件的相变冷却效果进行有效测试的电子元器件相变冷却效果的测试系统。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种电子元器件相变冷却效果的测试系统，其特点在于，其包括：

一蒸发室，盛装有对被测电子元器件进行相变冷却的冷剂；

一冷剂温控系统，用于控制所述冷剂的温度；

一电子元器件固定装置，用于将所述被测电子元器件固定在所述蒸发室的冷剂中；

一冷凝和压力调节系统，用于冷凝回流所述蒸发室中产生的蒸气、并监控该蒸气的压力；

一数据采集系统，用于测量、采集并监控所述冷剂和被测电子元器件的表面温度；及

一可视化观测系统，用于观测所述蒸发室内的被测电子元器件的表面的沸腾气泡行为，用以得到气泡动力学参数。

较佳地，当采用液体介质如水浴或油浴进行温控时，所述蒸发室置于所述冷剂温控系统内；这样通过控制冷剂温控系统的温度，从而控制测试时所需的蒸发室内的冷剂的温度。在本发明另一较佳实施例中，还可以采用气体，比如：蒸气，作为温控手段。

更佳地，所述的冷剂温控系统包括：

一盛装有液体水的水浴槽；

一置于所述液体水中的加热器；及

一与所述加热器相连接的水浴温控器。

在上述情况下，所述的蒸发室可放置于恒温水浴槽内，实现冷剂的温度控制。

较佳地，所述水浴槽的内底壁上方设一用于支撑所述蒸发室的垫块。

更佳地，所述蒸发室的内底部置一磁力搅拌子，所述冷剂温控系统的外底壁设有一与所述磁力搅拌子相应的磁力搅拌器，以更好地保证冷剂温度的均匀性。

较佳地，所述冷凝和压力调节系统包括：一冷凝器，所述冷凝器通过数根管路与所述蒸发室相通，至少一根所述管路上还设有一压力传感器；更佳地，所述冷凝器的顶端设有一与大气连通、用于排出不凝性气体的阀门。

较佳地，所述的电子元器件固定装置为一旋转杆，所述旋转杆包括：

一内部端，该内部端伸入所述的蒸发室的冷剂内，与所述被测电子元器件固接；及

一固设在所述蒸发室的侧壁的外部端。