一种微流道散热方法
【专利摘要】该发明一种微流道散热方法主要应用于集成有多个高功率芯片封装板的散热领域，在集成于基板的各热源上分别设置一温度传感器，传感器与外部控制器相连，将带有液体流道的散热板盖于集成有多个热源的基板上方，控制器根据温度传感器收集的数据控制涡轮泵和风扇的开关；若发热源功率固定，根据各发热源的功率大小设置适当的微流道条数，主流道设置一由控制器控制的调节阀，调节液体流量；若发热源功率变化，采用均布流道，散热主流道到各热源微流道的分叉口设置一由控制器控制的流量电磁阀，根据实际工况来调节不同功率器件的流量分配，从而具有对多热源进行稳定、高效、散热量可调的散热效果。
【专利说明】一种微流道散热方法
【技术领域】:
[0001]本发明一种微流道散热方法，属于热传领域，应用于集成有多个高功率芯片封装板的散热领域。
【背景技术】:
[0002]近年来随着微电子技术和电子封装技术的发展，特别是集成电路与器件集成度的不断提高，各种电子元件运行速度和输出功率不断提升。由于高功耗电子元件产生了更多的热量，同时高密度封装将这些热量分布在较小的表面，对电子元件的可靠性产生了很大的威胁，需要对电子元件进行有效的散热。
[0003]现阶段液冷散热方法之针对单个热源，将微通道热沉用于高热流密度电子芯片冷却是目前大量研究的方法，从最初的平行微通道结构到近年来的分形微通道结构的冷却系统，基本组成大多包含微通道热沉、微型液压泵、微通道散热器、散热风扇、被冷却元件，以及冷却液的管路系统等几个部分。其冷却原理为:冷却液体在液压泵的带动下在散热系统内循环流动，将热源内的热量带出，再由散热器将冷却液中的热量传递到外界。多芯片组件封装技术是一种新的电子封装技术，它把高速电子系统，如CPU、RAM和内存等，直接组装到同一块多层互连的基板上，这种组装方式允许芯片与芯片靠的很近，从而形成多功能、高密度和高可靠性的组件。对在基板上集成了多个发热器件或芯片的模块组件，每个器件发热量不同，如何将这些器件的热量有效散失，使之保证在一定温度以下是电子封装与热设计面临的主要问题之一。以往的方法大多针对单热源散热而采用的微通道热控技术，对多热源集成器件散热的微通道热控技术与器件研究较少。同时对于多发热器件的散热所用微通道没有针对不同功率器件设计相应结构。多个热源之间可能存在热耦合作用，单位体积的功率损耗很大，将出现局部和整体的热失效和热退化，采用液冷技术使每个器件的温度降于允许温度之下避免局部热应力过大以保证其正常的工作是针对高热流密度和大功率发热元件散热的有效方法，其中微通道热沉是被证实的高效液冷方法。
【发明内容】
:
[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足设计一种微通道散热方法，克服目前散热器散热量固定、散热效率低、只适用单一热源的缺陷，达到对多热源进行稳定、高效、散热量可调的散热目的。
[0005]本发明的解决方案是在集成于基板的各热源上分别设置一温度传感器，传感器与外部控制器相连，将带有液体流道的散热板盖于集成有多个热源的基板上方，由涡轮泵驱动流道内液体流动，由热交换器冷却流道内的液体，散热板与热源接触部位的上方依次设置散热片、风扇，控制器根据温度传感器收集的数据控制涡轮泵和风扇的开关；若发热源功率固定，根据各发热源的功率大小设置适当的微流道条数，主流道设置一由控制器控制的调节阀，调节液体流量；若发热源功率变化，采用均布流道，散热主流道到各热源微流道的分叉口设置一由控制器控制的流量电磁阀，根据实际工况来调节不同功率器件的流量分配，由此实现发明目的。因此本发明包括:
[0006]在集成于基板的各热源上分别设置一温度传感器，传感器与外部的控制器相连，将带有液体流道的散热板盖于集成有多个热源的基板上方，散热板与热源接触部位的内部设置有若干条与主流道连通的微流道，微流道对应的散热板上方设置散热片，散热片上设置风扇，散热板的主流道上分别设置涡轮泵、热交换器、储液槽，风扇与涡轮泵由控制器控制。
[0007]根据各发热源功率大小设置适当的微流道条数，主流道上设置一由控制器控制的调节阀。
[0008]各发热源设置相同的微流道条数，在主流道与各微流道分叉口设置一由控制器控制的流量电磁阀。
[0009]本发明通过温度传感器检测发热源的温度，将数据传给控制器，控制器通过判断，控制设置在主流道上的涡轮泵、调节阀，设置在主流道与各微流道分叉口的流量电磁阀，设置在散热片上的风扇的工作状态，从而具有对多热源进行稳定、高效、散热量可调的散热的效果。
【专利附图】
【附图说明】:
[0010]图1为热源分布示意图；
[0011]图2为本发明的多热源散热设施示意图；
[0012]图3为散热板流道示意图；
[0013]图4为可调微型散热板流道示意图；
[0014]图5为可调电磁阀中位示意图；
[0015]图6为可调电磁阀右位示意图。
[0016]图中:1.热源1，2.热源2，3.热源3，4.热源4，5.热交换器，6.储液槽，7.调节阀，8.散热片，9.风扇，10.导管，11.散热板，12.涡轮泵，13.微流道，14.主流道，15.散热器基板，16.流量电磁阀。
[0017]实施案例:
[0018]实例1:
[0019]图2和图3，是本发明的散热设备的一种较佳实施案例。以本设备在多芯片电路板上工作为例。该多芯片电路板有4个热源，如图1所示，热源I的功率为100W，热源2的功率为90W，热源3的功率为80W，热源4的功率为70W，4个热源的面积都为35mmX35mm，均为面热源。本散热系统包括一个基座，采用铝材整体精密铸造而成，尺寸为140mmX 140mm，厚度2mm。基座内嵌有电压式温度传感器，温度检测范围为O?150°C，并与外界控制单元相连。在基板上采用机械加工方法制备如图2所示的多组微流道，流道加工深度1mm，宽度Imm0流道槽总长约为1700_，总散热面积约为4900_2。在流道中心位置安装有微型涡轮泵12，型号为WX-20A，功率控制端与外接控制单元相连，可以通过外接控制单元控制泵的转速。由于本设备采用液体冷却的方式，为了流道的密封和防止液体的渗漏，在基板上封装有盖板11。盖板同样采用铝材整体精明铸造而成，使用硅胶把基板与盖板粘合在一起，同时可以施加预紧力来提高密封性。在盖板上相对应流道散热区域的安装有4个散热片8，散热为铝型散热片，尺寸为40mmX40mm，略大于相对应的流道散热面积。在每个散热片上顶端都安装有相同的风扇9，型号为PV902512P，用固定夹直接固定，控制端与外接控制单元相连接，可以调节风扇的转速。流道的出口依次用耐高温软质循环导管10相连汇总后再接入热交换器5最后流入储液槽6，热交换器的型号为FPK2-19808NC，其作用为把流道流出的已加热过的液体冷却的规定温度从而重新进入冷却循环，从而提高冷却液使用率。热交换器和涡轮泵中间接有调节阀7，用来对冷却液流速进行适当的调节。
[0020]由于4个热源的功率依次为100W，90W，80W，70W，各不相同，因此为了保证热应力的均匀分布和散热的效率，通过计算分析设计出相对应的流道结构，以将每个发热器件温度控制在许可的范围。每组平行流道的流道数根据其所要散热的功率不同采取不同的数量，如功率高的器件对应较多的微通道，功率相对低的器件位置设置的微通道数量较少。[0021 ] 本发明的微流道散热器可以与所要散热的电子元件直接封装于一体，基板底部与发热元件可以采用硅胶粘连在一起，如工作环境有振动等外力干扰，还可以采取施加预紧的方式增加密封可靠性。
[0022]上述散热系统在工作时，外部控制单元可以根据具体要求来读取基板的温度，并通过泵和风扇的控制端来调节泵和风扇的转速，从而改变散热系统的散热效率，保持电子芯片温度稳定性来减少热应力，提高电子芯片使用寿命。
[0023]实例2:
[0024]当热源器件工况可能变化时，可以采用如图4所示的流道来代替图3所示的散热流道结构，即微通道结构不变，热控方式采用传感器采集温度并反馈给控制器，控制器根据温度高低发出不同信号给各个流量控制阀实现流量大小的控制。如图4中所示，各个平行流道的尺寸和流道个数一致，可适应各种散热情况。同时，为了调节各个散热区域的散热效率，使之与对应的热源一致。为了调节各个散热的区域的散热效率，本设备在所标示的16的位置加入可调流量电磁阀，可以控制各个区域的流量，从而调节其散热效率。可调流量电磁阀的控制端接外接控制系统，当对应热源的温度传感器测得的温度升高时，控制系统会给可调流量阀的控制端一个输入信号，使与之对应的可调流量控制阀对输入该区域的流量进行调节，从而调节区域的散热效率，保证所有器件温度均低于许用温度。
[0025]该方案适用于热源工况多变的情况。相比单一散热，该方案散热更为均匀，效率更高，温控更灵活。
【权利要求】
1.一种微流道散热方法，该方法包括在集成于基板的各热源上分别设置一温度传感器，传感器与外部的控制器相连，将带有液体流道的散热板盖于集成有多个热源的基板上方，散热板与热源接触部位的内部设置有若干条与主流道连通的微流道，微流道对应的散热板上方设置散热片，散热片上设置风扇，散热板的主流道上分别设置涡轮泵、热交换器、储液槽，风扇与涡轮泵由控制器控制。
2.如权利要求1所述的一种微流道散热方法，其特征在于根据各发热源功率大小设置适当的微流道条数，并主流道上设置一由控制器控制的调节阀。
3.如权利要求1所述的一种微流道散热方法，其特征在于各发热源设置相同的微流道条数，并在主流道与各微流道分叉口设置一由控制器控制的流量电磁阀。
【文档编号】H01L23/367GK103824826SQ201410059287
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】徐尚龙, 郭宗坤, 郭威 申请人:电子科技大学