[发明专利]一种抽吸式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种抽吸式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置及方法，包括抽吸实验沸腾池，抽吸实验沸腾池通过下方开口的隔板分为抽吸腔和排液腔，抽吸实验沸腾池的底板上安装有载物凸台，载物凸台的上部伸入至抽吸腔中，且载物凸台的上部设置测试芯片，测试芯片的两端通过导线连接至直流电源，测试芯片的正上方设置有抽吸管束，抽吸管束通过连接在抽吸实验沸腾池上的输液管道连接至冷凝器，冷凝器的出口端通过直流泵连接至回液管道，所述回液管道连接在抽吸实验沸腾池上，且回液管道与排液腔连通。本发明通过抽吸作用产生低压，加快芯片表面气泡脱离和周围冷流体快速补充，具有操作灵活，控制简单，占地面积小，芯片替换方便等优点。

技术领域

本发明涉及电子芯片冷却强化沸腾换热技术领域，具体涉及一种抽吸式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置及方法。

背景技术

随着微电子技术的迅猛发展，芯片上的大规模集成电路的集成度和工作频率不断提高，电子器件的特征尺寸越来越小，因此芯片的冷却问题已越来越突出。传统的风冷等冷却技术很难将大量的热量及时带走，利用沸腾相变换热对芯片进行直接液体冷却是一种有效的冷却方式，通常的做法是将芯片直接浸在不导电液体中进行沸腾换热，但存在沸腾起始温度偏高等问题，不利于电子器件的启动，因此需要采用强化措施来有效降低沸腾起始壁面过热度，提高临界热流密度，保证芯片在高热流密度下的临界壁面温度低于85℃，保障电子设备安全可靠运行。

对于池沸腾换热而言，芯片浸没在静止的工质中进行换热，临界热流密度值偏低，增大过冷度可以提高临界热流密度，然而这意味着需要提供较大的过冷度，制冷单元成本增加。而除了过冷度之外，工质流速对换热也有积极的影响。依靠流体对芯片表面的冲刷作用可以实现强化换热的目的，但通过高速摄像拍摄的照片发现，临界状态时，流体沿流动方向上对汽膜的破坏作用小，芯片表面被一层汽膜所覆盖，阻碍了冷流体的补充。射流冲击冷却具有较高的冲击力度，流体可以冲击换热表面，击碎或破坏汽膜，将换热表面的热量迅速带走，从而保证冷流体的补充，维持芯片在高热流密度下的正常换热，进一步提高临界热流密度值，但射流冲击冷却范围小，更适用于局部冷却。目前，大多数文献中，都是针对池沸腾、流动沸腾、射流冲击沸腾的实验研究，然而上述沸腾方式在带走气泡的同时都或多或少抑制了气泡的产生，因而降低了沸腾换热临界热流密度。同时对芯片表面气泡快速脱离、冷流体迅速补充和合适的表面冷却范围等强化特点不能很好地结合在一起。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抽吸式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置及方法，以克服现有技术存在的问题，本发明通过抽吸作用在芯片加热壁面产生低压区，从而降低该区域的液体沸点，有效降低核态沸腾的起始壁面过热度。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种抽吸式电子芯片冷却沸腾强化换热实验装置，包括用于容纳实验工质的抽吸实验沸腾池，所述抽吸实验沸腾池通过下方开口的隔板分为抽吸腔和排液腔，且抽吸腔和排液腔通过隔板下方的开口连通，抽吸实验沸腾池的底板上嵌入式安装有载物凸台，载物凸台的上部伸入至抽吸腔中，且载物凸台的上部设置测试芯片，测试芯片的两端通过导线连接至设置在抽吸实验沸腾池外侧的直流电源，测试芯片的正上方设置有抽吸管束，且抽吸管束的内壁采用亲气疏水表面，抽吸管束通过连接在抽吸实验沸腾池上的输液管道连接至冷凝器，冷凝器的出口端通过直流泵连接至回液管道，所述回液管道连接在抽吸实验沸腾池上，且回液管道与排液腔连通。

进一步地，测试芯片上连接有用于测试其温度的第一热电偶，抽吸实验沸腾池上连接有用于测试实验工质温度的第二热电偶。

进一步地，抽吸实验沸腾池上连接有用于控制池内温度的加热棒。

进一步地，抽吸实验沸腾池上通过通气管道连接有用于保持池内压力稳定的补压装置。

进一步地，隔板上垂直连接有用于防止回液时扰动过大的受液盘。

进一步地，载物凸台的顶部设有凹槽，测试芯片通过隔热硅胶粘贴在凹槽中。