一种带歧管微通道结构的冷却芯片和冷却方法与流程

本发明属于半导体领域，尤其涉及一种带歧管微通道结构的冷却芯片和冷却方法。

背景技术：

1、随着全球数字化进程的不断发展，数据量增加，算力需求指数级飙升，随之而来的是芯片性能的大幅提升，导致芯片热流密度急剧增加，传统的散热方式已难以解决如此之高的热流密度散热问题，陷入热设计瓶颈，导致芯片温度居高不下，影响芯片可靠性，反向制约芯片性能提升。

2、带歧管微通道结构的冷却芯片是在芯片表面布置微通道结构，将冷却液通过歧管立体引入芯片表面，通过相变换热带走热量，微通道结构增加汽化核心数量，可以强化沸腾换热，相比传统换热方式，减少了芯片与热沉的接触热阻，歧管结构可以增加冷却液的立体流动，极大降低冷却液的流动阻力，实现较小的流量下的高热流密度散热，具备广阔的应用前景。

技术实现思路

1、为达到上述高热流密度散热目的，本发明提供了一种带歧管微通道结构的冷却芯片和冷却方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种带歧管微通道结构的冷却芯片，包括有机基板，所述有机基板上设置有转接板；所述转接板上设置有歧管盖板；所述歧管盖板和转接板之间形成空腔；所述空腔内，在转接板上设置有芯片组，所述芯片组上设置有微通道；所述歧管盖板设置有冷却液进口、冷却液出口、若干个进口分液歧管和若干个出口分液歧管；所述冷却液进口与所述若干个进口分液歧管连通；所述冷却液出口与所述若干个出口分液歧管连通；所述歧管盖板与芯片组和微通道之间形成若干个两相通路。

3、优选地，所述进口分液歧管和出口分液歧管在下侧与两相通路接触的区域均设置有折弯结构。

4、优选地，在冷却液流动的方向，所述两相通路逐渐变宽。

5、优选地，所述歧管盖板与转接板之间通过焊接或黏合密封连接；所述转接板与有机基板之间通过焊接或黏合工艺连接。

6、优选地，所述转接板与芯片组两之间键合，然后用塑封材料进行密封固定。

7、优选地，所述芯片组与微通道之间键合。

8、优选地，所述歧管盖板采用平板结构，材料为金属或玻璃。

9、优选地，所述转接板为平板结构，材料为硅、碳化硅、氮化镓或氧化镓，内部填充导电金属。

10、优选地，所述微通道的材料为半导体材料；所述微通道的形状为长条柱、方形柱、圆形柱、圆锥、星形柱或半球。

11、一种基于上述芯片的带歧管微通道结构的冷却方法，冷却液从冷却液进口进入，之后通过多个进口分液歧管流入两相通路，冷却液与芯片组及其上的微通道相变换热，带走热量的同时产生气液两相流体，气液两相流体通过多个出口分液歧管汇总后从冷却液出口流出。

12、本发明的有益效果是：本发明利用歧管结构、微通道与芯片形成多个两相通路，冷却液在两相通路中完成相变吸热过程直接带走芯片散发热量，并可以通过改变微通道的结构形状与微通道的疏密程度实现调节散热量的大小。两相通路的进出口做了折弯处理，搭配疏密程度不同的微通道，可以避免冷却液进入两相通路区域直接对冲，抑制了回流、降低了流动阻力，保证冷却液在两相通路中充分相变、强化沸腾换热。

技术特征：

1.一种带歧管微通道结构的冷却芯片，其特征在于，包括有机基板（3），所述有机基板（3）上设置有转接板（2）；所述转接板（2）上设置有歧管盖板（1）；所述歧管盖板（1）和转接板（2）之间形成空腔；所述空腔内，在转接板（2）上设置有芯片组（5），所述芯片组（5）上设置有微通道（6）；所述歧管盖板（1）设置有冷却液进口（7）、冷却液出口（8）、若干个进口分液歧管（9）和若干个出口分液歧管（10）；所述冷却液进口（7）与所述若干个进口分液歧管（9）连通；所述冷却液出口（8）与所述若干个出口分液歧管（10）连通；所述歧管盖板（1）与芯片组（5）和微通道（6）之间形成若干个两相通路（11）。

2.根据权利要求1所述的一种带歧管微通道结构的冷却芯片，其特征在于，所述进口分液歧管（9）和出口分液歧管（10）在下侧与两相通路（11）接触的区域均设置有折弯结构。

3.根据权利要求1所述的一种带歧管微通道结构的冷却芯片，其特征在于，在冷却液流动的方向，所述两相通路（11）逐渐变宽。

4.根据权利要求1所述的一种带歧管微通道结构的冷却芯片，其特征在于，所述歧管盖板（1）与转接板（2）之间通过焊接或黏合密封连接；所述转接板（2）与有机基板（3）之间通过焊接或黏合工艺连接。

5.根据权利要求1所述的一种带歧管微通道结构的冷却芯片，其特征在于，所述转接板（2）与芯片组（5）之间键合，然后用塑封材料（4）进行密封固定。

6.根据权利要求1所述的一种带歧管微通道结构的冷却芯片，其特征在于，所述芯片组（5）与微通道（6）之间键合。

7.根据权利要求1所述的一种带歧管微通道结构的冷却芯片，其特征在于，所述歧管盖板（1）采用平板结构，材料为金属或玻璃。

8.根据权利要求1所述的一种带歧管微通道结构的冷却芯片，其特征在于，所述转接板（2）为平板结构，材料为硅、碳化硅、氮化镓或氧化镓，内部填充导电金属。

9.根据权利要求1所述的一种带歧管微通道结构的冷却芯片，其特征在于，所述微通道（6）的材料为半导体材料；所述微通道（6）的形状为长条柱、方形柱、圆形柱、圆锥、星形柱或半球。

10.一种基于权利要求1-9任一项所述芯片的带歧管微通道结构的冷却方法，其特征在于，冷却液从冷却液进口进入，之后通过多个进口分液歧管流入两相通路，冷却液与芯片组及其上的微通道相变换热，带走热量的同时产生气液两相流体，气液两相流体通过多个出口分液歧管汇总后从冷却液出口流出。

技术总结
本发明公开了一种带歧管微通道结构的冷却芯片和冷却方法，包括有机基板，所述有机基板上设置有转接板；所述转接板上设置有歧管盖板；所述歧管盖板和转接板之间形成空腔；所述空腔内，在转接板上设置有芯片组，所述芯片组上设置有微通道；所述歧管盖板设置有冷却液进口、冷却液出口、若干个进口分液歧管和若干个出口分液歧管；所述冷却液进口与所述若干个进口分液歧管连通；所述冷却液出口与所述若干个出口分液歧管连通；所述歧管盖板与芯片组和微通道之间形成若干个两相通路。本发明在两相通路中完成相变吸热过程直接带走芯片散发热量，并可以通过改变微通道的结构形状与微通道的疏密程度实现调节散热量的大小。

技术研发人员：魏鹏,陆军亮,徐璐,王颖
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13