一种集成式芯片液冷散热装置

本技术涉及半导体相变散热，尤其是涉及一种集成式芯片液冷散热装置。

背景技术：

1、计算机芯片的性能与其运行温度有着密切的联系。当工作温度过高时，芯片可能出现运行不稳定的现象，并伴随着使用寿命减少和芯片彻底损毁的风险。散热装置的主要任务是将芯片产生的热量传递到外部环境，以降低芯片的温度并确保其稳定运行。为了确保芯片在一个合适的温度下正常工作，散热装置扮演了举足轻重的角色。

2、尽管目前风冷散热器在计算机领域的应用非常广泛，但随着芯片性能的持续提升，其热控制需求变得越来越严格。风冷散热器在面对某些高热流密度芯片时，其散热能力可能无法满足需求。

3、这种情况下，其他更高效的散热技术应运而生，如基于液相工质对流换热的液冷技术被公认为是下一代具有巨大发展潜力的先进技术之一。该技术通过利用液体工质的高比热容的核心优势，并结合封闭通道内增压加速的物理特性，不仅可以显著提高传热系数，实现对芯片温度的高效压制，还能有效降低散热所需的能耗和噪声污染。这一技术的应用对于提高半导体芯片的性能、稳定性和可靠性具有重要意义，为半导体行业的可持续发展提供了关键支持。

4、如中国专利cn111787776a公开了一种液冷散热设备，包括液冷装置、热交换装置和散热装置，所述液冷装置内盛放有冷却液，需要降温的热源放置于所述液冷装置的冷却液内，所述液冷装置和所述散热装置分别连通于所述热交换装置的冷热两侧，所述液冷装置连接于所述热交换装置热的一侧，所述散热装置连接于所述热交换装置冷的一侧；当所述热交换装置的冷热两侧内的液体间接接触后，所述热交换装置冷的一侧内的液体吸收热量而气化，气化的特定液体经过散热装置降温后压缩成为液体降温，冷却后的液体继续进入到所述热交换装置进行循环。

5、然而，在目前的技术应用中，传统的液冷散热设备往往体积较大，难以适应芯片小型化的需求。本实用新型提出一种集成式的小型化的液冷散热装置，在提高冷却性能，降低系统尺寸方面发挥重要作用。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在液冷散热设备往往体积较大，难以适应芯片小型化的需求的缺陷而提供一种散热能力强且集成度高的集成式芯片液冷散热装置。

2、本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种集成式芯片液冷散热装置，包括芯片封装基板、散热流道承载板、密封顶盖和芯片，所述芯片位于芯片封装基板的上方，所述散热流道承载板固定在芯片的上方，所述密封顶盖固定在散热流道承载板的上方，并连接芯片封装基板；

4、所述散热流道承载板包括依次连通的冷流体分配腔、散热流道和热流体汇集腔，所述密封顶盖的上方设有冷流体入口和热流体出口，所述冷流体入口连通冷流体分配腔，所述热流体出口连通热流体汇集腔。

5、优选地，所述散热流道承载板的散热流道位于芯片散热区域上方，散热流道的区域面积根据芯片尺寸形状进行定制设计。

6、优选地，所述散热流道的数量为多个，各个散热流道的左端均连通冷流体分配腔，右端均连通热流体汇集腔。

7、优选地，所述各个散热流道平行分布在冷流体分配腔和热流体汇集腔之间，散热流道的数量和间距根据芯片尺寸和热流密度进行定制设计。

8、优选地，所述冷流体分配腔和热流体汇集腔均为扩张结构的腔体，所述扩张结构的腔体的底端连通散热流道，所述扩张结构的腔体的顶端连通冷流体入口或热流体出口。

9、优选地，所述芯片与散热流道承载板之间设有钎焊焊料，所述芯片与散热流道承载板通过钎焊焊接。

10、优选地，所述密封顶盖下方的两端和中间位置设有固定引脚，所述密封顶盖通过固定引脚焊接固定在芯片封装基板上。

11、优选地，所述冷流体入口的外侧设有螺纹，所述冷流体入口通过螺纹连接外部设备，所述冷流体入口通过焊接固定在密封顶盖上。

12、优选地，所述热流体出口的外侧设有螺纹，所述热流体出口通过螺纹连接外部设备，所述热流体出口通过焊接固定在密封顶盖上。

13、优选地，所述散热流道承载板与密封顶盖的壳体厚度比值范围在0.1～10

14、与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

15、(1)本方案通过将芯片封装基板、芯片、散热流道承载板和密封顶盖由下至上依次堆叠，并进行一体化成型，得到集成式的芯片散热装置；通过冷流体入口向冷流体分配腔内注入冷却液，冷却液经过散热流道带走芯片产生的热量，吸收热量后的冷却液进入流体汇集腔，之后通过热流体出口排出到散热装置的外部，如此循环往复，完成对芯片的降温。以显著提高散热装置的紧凑度，提高散热装置的冷却性能，保持芯片温度的均匀稳定。

16、(2)本方案不仅有效地节省了计算机机箱的内部空间，以进一步提高计算机的集成度和可扩展性；而且其高度集成的设计大幅简化了用户安装流程，降低了由于用户安装不当导致的液体泄漏风险，并增强了散热器对多种机箱型号的兼容性。

17、(3)本方案中通过设置多条平行且等间距分布的散热流道，来提高通过冷流体入口的冷却液能够更均匀的从各个散热流道中经过，以更均匀的带走芯片各处产生的热量，最终汇聚到热流体出口处，使得芯片各处的降温均匀稳定。

技术特征：

1.一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，包括芯片封装基板(4)、散热流道承载板(5)、密封顶盖(3)和芯片(7)，所述芯片(7)位于芯片封装基板(4)的上方，所述散热流道承载板(5)固定在芯片(7)的上方，所述密封顶盖(3)固定在散热流道承载板(5)的上方，并连接芯片封装基板(4)；

2.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述散热流道承载板(5)的散热流道(53)位于芯片散热区域上方，所述散热流道(53)的区域面积根据芯片尺寸形状进行定制设计。

3.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述散热流道(53)的数量为多个，各个散热流道(53)的左端均连通冷流体分配腔(51)，右端均连通热流体汇集腔(52)。

4.根据权利要求3所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述各个散热流道(53)平行分布在冷流体分配腔(51)和热流体汇集腔(52)之间，所述散热流道(53)的数量和间距根据芯片尺寸和热流密度进行定制设计。

5.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述冷流体分配腔(51)和热流体汇集腔(52)均为扩张结构的腔体，所述扩张结构的腔体的底端连通散热流道(53)，所述扩张结构的腔体的顶端连通冷流体入口(1)或热流体出口(2)。

6.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述芯片(7)与散热流道承载板(5)之间设有钎焊焊料(6)，所述芯片(7)与散热流道承载板(5)通过钎焊焊接。

7.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述密封顶盖(3)下方的两端和中间位置设有固定引脚，所述密封顶盖(3)通过固定引脚焊接固定在芯片封装基板(4)上。

8.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述冷流体入口(1)和热流体出口(2)的外侧均设有螺纹，所述冷流体入口(1)和热流体出口(2)均通过螺纹连接外部设备。

9.根据权利要求1所述的一种集成式芯片液冷散热装置，其特征在于，所述散热流道承载板(5)与密封顶盖(3)的壳体厚度比值范围在0.1～10。

技术总结
本技术涉及一种集成式芯片液冷散热装置，包括芯片封装基板、散热流道承载板、密封顶盖和芯片，所述芯片位于芯片封装基板的上方，所述散热流道承载板固定在芯片的上方，所述密封顶盖固定在散热流道承载板的上方，并连接芯片封装基板；所述散热流道承载板包括依次连通的冷流体分配腔、散热流道和热流体汇集腔，所述密封顶盖的上方设有冷流体入口和热流体出口，所述冷流体入口连通冷流体分配腔，所述热流体出口连通热流体汇集腔。与现有技术相比，本技术具有散热效果好、体积小等优点。

技术研发人员：潘振海,黄昊祥
受保护的技术使用者：上海应用技术大学
技术研发日：20230628
技术公布日：2024/1/15