專利名稱：用于電子封裝器件的微通道熱沉的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于微型電子器件的散熱裝置，用于高熱流電子封裝器件散熱。
背景技術(shù)：
近年來，隨著信息產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，晶體管集成度大大提高，現(xiàn)有的電子器件向著 更小、更高速、更大功率密度方向發(fā)展，這些都意味著更大的熱流密度，因而電子元器件的 散熱問題已經(jīng)成為制約相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。電子器件的散熱問題如果沒有解決好，其工 作溫度將非常高，高溫將直接導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降，工作失穩(wěn)，壽命下降，材料熱損壞甚至燒 毀等等諸多問題。因此，電子器件的散熱技術(shù)成為了電子封裝技術(shù)的一個重要分支，國內(nèi)外 對于電子器件的散熱研究給予了相當(dāng)?shù)闹匾?，并形成了電子、機械、傳熱、材料等的新型交 叉學(xué)科。目前，對大功率電子元器件或大規(guī)模集成電路的冷卻主要有兩種方式一種是 基于散熱翅片的強制風(fēng)冷技術(shù)，這種技術(shù)的主要缺陷是產(chǎn)生附加風(fēng)扇的功耗，還會產(chǎn)生 噪聲，而且翅片的面積比較大，體積大，造成材料浪費嚴(yán)重，散熱效率不高。另外一種是基 于泵驅(qū)動的液冷方式，比如微通道冷卻方式，但是這種方式的散熱效率與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有密 切聯(lián)系。傳統(tǒng)微通道有兩個比較嚴(yán)重的問題，一是冷媒進出微通道的壓降大，二是流體沿 微通道溫度分布不均勻?，F(xiàn)有的微通道，如Tuckerman和Pease首先提出了硅平行微通 道熱沉，JAL D. B. Tuckerman, and R. F. W. Pease, "High performance heat-sinking for VLSI”，IEEE Electronic Device Letter, vol. 2, pp. 126-129，1981，這種微通道熱沉壓降 較大、溫度分布不均勻，因此容易造成電子設(shè)備運行的穩(wěn)定性和可靠性問題。D. V. Pence， Improved thermal efficiency and temperatureuniformity using fractallike branching channel networks, in Proceedingsof the International Conference on Heat Transfer and Transport Phenomenain Micro Scale, Banff, Canada, 2000,142-148 ； 以及 Y. P. Chen, P. Cheng, Heat transfer and pressure drop in fractal tree-like microchannel nets, Int. J. Heat Mass Transfer 45(13) (2002)2643-2648.均提出樹形微 通道熱沉，樹形微通道熱沉冷卻效率比較高，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對加工工藝要求太高，以致 成本很大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型提供一種用于電子封裝器件的微通道熱沉，解決現(xiàn)有微通道熱沉，進 出口壓降大、溫度場不均勻或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對加工工藝要求高的問題，以達到更高散熱熱流
也/又。本實用新型的一種用于電子封裝器件的微通道熱沉，由微通道模塊、微泵和儲液 箱依次通過管道連接構(gòu)成回路，其特征在于所述微通道模塊為矩形金屬材料，其上表面具有均勻分布的圓弧形肋片，所述圓 弧形肋片高度比微通道模塊高度低1 2mm，具有60° 90°的圓心角，分成兩類，兩類圓弧形肋片相間分布，每一類沿半徑方向在圓周上均勻排列2 4組，第一類圓弧形肋片每 組排列N層，第二類圓弧形肋片每組排列N+1層，兩類圓弧形肋片之間重疊角度為10° 30°，N = 8 15 ；所述微通道模塊上，與最外層兩類圓弧形肋片形成的圓形通道相切，具有2 6個 進口孔道；最內(nèi)層兩類圓弧形肋片形成的圓形中心開有出口孔道；所述微通道模塊上，最外層圓弧形肋片之外，具有一圈圓形密封槽道。本實用新型的另一種用于電子封裝器件的微通道熱沉，由微通道模塊、微泵和微 型翅片依次通過管道連接構(gòu)成回路，微型翅片上方裝有風(fēng)扇，其特征在于所述微通道模塊為矩形金屬材料，其上表面具有均勻分布的圓弧形肋片，所述圓 弧形肋片高度比微通道模塊高度低1 2mm，具有60° 90°的圓心角，分成兩類，兩類圓 弧形肋片相間分布，每一類沿半徑方向在圓周上均勻排列2 4組，第一類圓弧形肋片每 組排列N層，第二類圓弧形肋片每組排列N+1層，兩類圓弧形肋片之間重疊角度為10° 30°，N = 8 15 ；所述微通道模塊上，與最外層兩類圓弧形肋片形成的圓形通道相切，具有2 6個 進口孔道；最內(nèi)層兩類圓弧形肋片形成的圓形中心開有出口孔道；所述微通道模塊上，最外層圓弧形肋片之外，具有一圈圓形密封槽道。所述的微通道熱沉，其特征在于所述圓弧形肋片截面形狀為矩形、梯形或者三角形。所述的微通道模塊采用數(shù)控加工等方法加工，微通道模塊和圓弧形肋片的材料選 用導(dǎo)熱性能良好而不與液體工作介質(zhì)發(fā)生反應(yīng)、物性穩(wěn)定的金屬或合金材料，例如無氧銅、 鍍銀紫銅等。液體工作介質(zhì)經(jīng)進口孔道流入微通道模塊最外圍圓形通道，然后在圓弧形肋片形 成的圓形通道的毛細(xì)力的作用下，沿著一層一層的圓形通道流到出口孔道，在這個過程中， 液體工質(zhì)吸收來自電子封裝器件散發(fā)的熱量，溫度上升，從出口孔道沿回流管道進入儲液 箱或者微型翅片冷卻，然后又在微泵的作用下進入下一輪循環(huán)。由于兩類相鄰的圓弧形肋 片具有一定的重疊角度，且重疊部分間距是非重疊部分的一半，液體工作介質(zhì)每經(jīng)過一次 重疊部分，就被分為兩部分，這樣就充分利用了流道特點，增強了液體工作介質(zhì)的吸熱能 力，提高了微通道熱沉的散熱效率。此外，由于圓弧形肋片很薄且厚度均勻，相鄰流道的流 體還可以相互交換熱量，這也有助于使電子封裝器件的溫度場均勻化和提高微通道模塊的 散熱效率。微通道模塊的出口孔道布置在熱沉中心，充分利用重力，加速回流，提高液體工 作介質(zhì)回流效率；微通道模塊上表面的圓形密封槽道，起密封作用。本實用新型結(jié)構(gòu)和制造工藝簡單，安裝方便，液體工作介質(zhì)回流效率高，散熱效率 高，進出口壓降小，溫度場有很高的均勻性，適用于高熱流電子封裝器件散熱。

圖1是本實用新型的第一個實施例組成示意圖；圖2是本實用新型的第二個實施例組成示意圖；圖3是本實用新型的微通道模塊的俯視圖；圖4是本實用新型的微通道模塊的主視4[0022]圖5是本實用新型另一種圓弧形肋片的微通道的主視圖；圖6是本實用新型的圓弧形肋片排列結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的進一步說明。實施例1如圖1所示，本實用新型由微通道模塊2、微泵6和儲液箱5依次通過管道連接構(gòu) 成回路，微通道模塊2放在被冷卻電子封裝器件1的底部，對高熱流的電子封裝器件進行散 熱，被冷卻電子封裝器件1可以是大功率電子元器件或集成電路板等高熱流的電子封裝器 件；液體工作介質(zhì)在微泵6的驅(qū)動下，從微通道模塊的進口 3進入微通道模塊，經(jīng)過微通道 內(nèi)部各層圓形通道，溫度升高，最后從微通道模塊底部中心處的出口 4沿回流管道進入儲 液箱5與其他液體互相混合降溫。液體工作介質(zhì)從儲液箱5流出，經(jīng)過微泵6后又進入微 通道模塊2進行電子封裝器件1的冷卻過程，如此循環(huán)往復(fù)，達到冷卻電子器件的目的。儲液箱內(nèi)部可以安裝散熱板，利于內(nèi)部液體交換熱量。實施例2如圖2所示，本實用新型的另一種微通道熱沉，由微通道模塊2、微泵6和微型翅片 7依次通過管道連接構(gòu)成回路，微型翅片上方裝有風(fēng)扇8，微通道模塊2放在被冷卻電子封 裝器件1的底部，采用微型翅片7來冷卻從微通道模塊出口流出的溫度比較高的液體工作 介質(zhì)，如果采用微型翅片7自然對流的冷卻效果不好，可以采用一個風(fēng)扇8來強制風(fēng)冷。被冷卻電子封裝器件為裸芯片、芯片組、封裝芯片或封裝電路，通過連接焊柱與基 座安裝在一起；或芯片帶有熱擴散柱、熱擴散球或由高導(dǎo)熱材料構(gòu)成的卡環(huán)，與基座安裝在 一起。液體工作介質(zhì)采用高沸點、高比熱的液體或液態(tài)金屬，如去離子水等。實施例2的方案較實施例1的好處是不需要太多的液體工作介質(zhì)，節(jié)省費用，而且 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單美觀，可以集成封裝，不需要體積龐大的儲液箱。圖3、圖4、圖5所示為本實用新型的微通道模塊，微通道模塊高度0. 6cm,其上表面 具有均勻分布的圓弧形肋片14，所述圓弧形肋片高度比微通道模塊高度低1mm，具有80° 的圓心角，分成兩類，兩類圓弧形肋片相間分布，每一類沿半徑方向在圓周上均勻排列3 組，第一類圓弧形肋片每組排列11層，第二類圓弧形肋片每組排列12層，兩類圓弧形肋片 之間重疊角度為20°，所述微通道模塊上，與最外層兩類圓弧形肋片形成的圓形通道相切，具有右上進 口孔道9、左上進口孔道10、左下進口孔道11、右下進口孔道12共4個進口孔道；最內(nèi)層兩 類圓弧形肋片形成的圓形中心開有出口孔道4，出口孔道半徑0. 75cm ；所述微通道模塊上，最外層圓弧形肋片之外，具有一圈圓形密封槽道13，可以方便 使用“0”型密封圈與外界連接，這種連接方式裝配方便，易于實現(xiàn)模塊的拼接，可以推廣到 應(yīng)用與任何要求快速散熱的部件。微通道模塊四周有8個螺紋孔15，可以很方便地與高熱流電子封裝器件1進行密 封安裝和固定。圖4和圖5是微通道模塊的兩種結(jié)構(gòu)的主視圖，其主要區(qū)別在于圖4所示微通道模塊內(nèi)部的圓弧形肋片14截面形狀是矩形，圖5所示微通道模塊內(nèi)部的圓弧形肋片14截 面形狀是梯形。如圖6所示，微通道模塊內(nèi)部的兩類圓弧形肋片具有80°的圓心角，肋片厚度 0. 1cm、肋片間距0.2cm，兩類圓弧形肋片之間重疊角度為20°，重疊部分的相鄰的圓弧形 肋片的間距是非重疊部分的肋片間距的一半，為0. Icm0根據(jù)上述微通道模塊和圓弧形肋片的設(shè)計參數(shù)，入口壓力5565Pa，出口壓力 4730Pa，最高溫度319K，最低溫度306K，溫差13K，進出口壓降小，溫度場有很高的均勻性。
權(quán)利要求一種用于電子封裝器件的微通道熱沉，由微通道模塊、微泵和儲液箱依次通過管道連接構(gòu)成回路，其特征在于所述微通道模塊為矩形金屬材料，其上表面具有均勻分布的圓弧形肋片，所述圓弧形肋片高度比微通道模塊高度低1～2mm，具有60°～90°的圓心角，分成兩類，兩類圓弧形肋片相間分布，每一類沿半徑方向在圓周上均勻排列2～4組，第一類圓弧形肋片每組排列N層，第二類圓弧形肋片每組排列N+1層，兩類圓弧形肋片之間重疊角度為10°～30°，N＝8～15；所述微通道模塊上，與最外層兩類圓弧形肋片形成的圓形通道相切，具有2～6個進口孔道；最內(nèi)層兩類圓弧形肋片形成的圓形中心開有出口孔道；所述微通道模塊上，最外層圓弧形肋片之外，具有一圈圓形密封槽道。
2.另一種用于電子封裝器件的微通道熱沉，由微通道模塊、微泵和微型翅片依次通過 管道連接構(gòu)成回路，微型翅片上方裝有風(fēng)扇，其特征在于所述微通道模塊為矩形金屬材料，其上表面具有均勻分布的圓弧形肋片，所述圓弧形 肋片高度比微通道模塊高度低1 2mm，具有60° 90°的圓心角，分成兩類，兩類圓弧形 肋片相間分布，每一類沿半徑方向在圓周上均勻排列2 4組，第一類圓弧形肋片每組排列 N層，第二類圓弧形肋片每組排列N+1層，兩類圓弧形肋片之間重疊角度為10° 30°，N =8 15 ；所述微通道模塊上，與最外層兩類圓弧形肋片形成的圓形通道相切，具有2 6個進口 孔道；最內(nèi)層兩類圓弧形肋片形成的圓形中心開有出口孔道；所述微通道模塊上，最外層圓弧形肋片之外，具有一圈圓形密封槽道。
3.如權(quán)利要求1或2所述的微通道熱沉，其特征在于所述圓弧形肋片截面形狀為矩形、梯形或者三角形。
專利摘要用于電子封裝器件的微通道熱沉，屬于微型電子器件的散熱裝置，解決現(xiàn)有微通道熱沉，進出口壓降大、溫度場不均勻或者結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對加工工藝要求高的問題，以達到更高散熱熱流密度。本實用新型由微通道模塊、微泵和儲液箱依次通過管道連接構(gòu)成回路；或者由微通道模塊、微泵和微型翅片依次通過管道連接構(gòu)成回路，微型翅片上方裝有風(fēng)扇；所述微通道模塊上表面具有均勻分布的圓弧形肋片，所述圓弧形肋片分成兩類，兩類圓弧形肋片相間分布，兩類圓弧形肋片之間重疊角度為10°～30°。本實用新型結(jié)構(gòu)和制造工藝簡單，安裝方便，液體工作介質(zhì)回流效率高，散熱效率高，進出口壓降小，溫度場有很高的均勻性，適用于高熱流電子封裝器件散熱。
文檔編號H01L23/473GK201655785SQ20102015924
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月15日
發(fā)明者劉勝, 羅小兵, 胡潤, 陳劍楠 申請人:華中科技大學(xué)