[发明专利]一种带超声振动雾化装置的重力辅助回路热管

说明书

技术领域

本发明属于传热元件制备领域，具体是涉及一种带超声振动雾化装置的重力辅助回路热管。

背景技术

一方面，四十年来，人们通过对MOSFET(金属-氧化层-半导体-场效晶体管)尺寸的等比例缩小来不断提高电子器件的性能并降低电子器件的成本。目前，以CMOS器件等比例缩小为动力的硅集成电路技术已迈入纳米尺度，并将继续保持对摩尔定律的追求，进一步缩小器件尺寸，以满足芯片微化、高密度化、高速化和系统集成化的要求。例如，Intel公司基本上两年更换一次工艺，在2007年推出其首款45nm Penryn处理器。Penryn双核心版本内建4.1亿个晶体管，四核心则有8.2亿个晶体管。2010 Xeon5600首批采用32nm第二代高K金属栅极(HKMG)工艺制造的服务器和工作站芯片，集成11.7亿个晶体管，核心面积248平方毫米。在面积保持不变的情况下，集成更多的晶体管，虽然晶体管本身热性能有一定改善，但总的来说，热设计功耗有逐步增大的趋势。

另一方面，每个元器件或材料都有一定的工作温度范围，超出这个范围可靠性就会急剧恶化，就会导致微处理器的失效。目前关于热失效形式主要有两种观点：一种观点认为热失效是瞬间失效，器件工作时，电流通过引脚以及三极管组成的半导体器件受到一定的阻抗后，电能转变为热量，导致器件内部温度升高，当温度上升到某一值时，器件将因失效而瞬间停止工作，严重时甚至会引起封装材料的燃烧；另一种观点则是认为热失效是一个逐步积累的过程，器件工作时，电子的流动会导致金属原子移动，温度越高，电子流动所产生的作用越大，其彻底破坏CPU内晶体管引线的时间就越少。因此，提出适应高热流密度散热要求的散热装置是一项迫切的任务。

其中，重力辅助回路热管散热就是一项比较有潜力的散热方式，其特点主要在于不使用毛细结构，结构简单、加工方便，依靠重力自然回流，蒸气和液体有各自的通道，蒸发段和冷凝段热阻小，依靠相变传递热量，是一种解决电子器件冷却的方法之一。而目前重力辅助回路热管存在着以下问题：

(1)传统重力辅助回路热管将芯片直接黏贴在蒸发腔外表面，这样不可避免的存在蒸发段管壁与芯片之间的接触热阻，以及热量由接触部分扩散到整个蒸发腔的扩散热阻；

(2)传统重力辅助回路热管蒸发腔内近似于池沸腾状态，芯片热量通过蒸发腔壁传导给蒸发腔内液态工质，蒸发腔内液态工质受热沸腾蒸发，带走热量，而核态沸腾换热随着热流密度的增加所需的过热度也增加，并且临界热流密度比较低。雾化冷却技术主要包括高压喷雾冷却技术和超声振荡雾化冷却技术，即把液体雾化后喷淋到高热流密度散热表面形成一层气液薄膜，并带走热量的冷却过程。雾化冷却形成的两相流体，渗透能力强。气液两相流体上升到散热表面时，由于液态微滴可以达到微米级别，这样在散热表面能形成很多汽化核心，因此具有极高的散热能力。超声振荡雾化冷却具有散热能力高、冷却过程中温差小、工质需求量小、没有沸腾的滞后性、与固体表面之间没有接触热阻等优点。

如果能够将雾化冷却技术和传统的重力辅助回路热管散热技术进行有机的整合，将会有效的解决耗功电子芯片冷却问题。不过高压喷雾冷却技术需要高压泵，需要特制的喷嘴，同时存在需要耐高压的部件或装置，易泄露，喷嘴易堵塞。另外，高压喷雾所得到的雾化液滴颗粒较大，这导致系统工质循环量较大，功耗较大。而超声振荡雾化冷却技术则是一项能够较好的提高沸腾换热效果的技术，且对设备无特殊要求的雾化冷却技术。