专利汇可以提供电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置及集成方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了属于 散热 技术领域的一种 电子 元器件芯片与薄液膜 相变 传热 的集成装置及集成方法,所述电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置由四部分组成,包括 真空 负压 罩、含电子元器件芯片的高效散热装置主体、液体工质腔及其连接管路部件组成;高效散热装置主体包含在真空负压罩中;并从上至下,真空抽气 泵 、真空负压罩、高效散热装置主体、给液泵、液体工质腔依次 串联 ;在高效散热装置主体中,电子元器件芯片布置在相邻微通孔之间的封装层中;封装层、测温层依次固定在支持层上;电子元器件芯片的高热流 密度 使液体工质在封装层及电子元器件芯片上表面的超薄液膜产生相变换热,该相变换热即可满足整个电子元器件芯片的散热要求。,下面是电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置及集成方法专利的具体信息内容。
1.一种电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置,其特征在于,所述电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置由四部分组成,包括真空负压罩、含电子元器件芯片的高效散热装置主体、液体工质腔及其连接管路组成;其中包括:
1)真空负压罩直接连接在高效散热装置主体的一侧;具体结构是从上至下,真空抽气泵(1)、真空负压罩(2)、高效散热装置主体(3)、给液泵(4)、液体工质腔(5)依次串联;
2)将高效散热装置主体(3)包含在真空负压罩(2)中;具体结构是真空抽气泵(1)和真空负压罩(2)连接,在真空负压罩(2)内的高效散热装置主体(3与给液泵(4、液体工质腔(5)依次串联;
所述高效散热装置主体包括电子元器件芯片封装层、测温层和支撑层;在高效散热装置主体(3)中微通孔(7)呈阵列排布;在相邻微通孔(7)之间的封装层(8)中固定电子元器件芯片(6);封装层(8)下面为测温层(9),二者一起固定在支持层(10)上;在微通孔(7)下面连接连接给水泵(4)管道,给水泵(4)管道分别和液体工质箱(5)与循环泵(17)连接,循环泵(17)再与液体工质箱(5)连接;真空负压罩(2)底部连接废液泵(18);补液泵(13)连接液体工质箱(5);真空负压罩(2)上面的真空抽气泵(1)连接分离器(15),分离器(15)通过净化器(16)与液体工质箱(5)连接;组成液体工质闭循环运行系统;如果液体工质采用开循环运行时,去掉上述分离器(15)和净化器(16)。
2.根据权利要求1所述电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置,其特征在于,所述封装层(8)和微通孔(7)表面做了亲水层(11);或者在封装层(8)上面还设有高导热的保护层(12),然后再在保护层(12)和微通孔(7)表面做亲水层(11)。
3.根据权利要求1所述电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置,其特征在于,所述微通孔的形状为圆孔、方孔、三角形孔、六边形蜂窝孔;孔径/等效孔径为5nm~500μm,孔间距为孔径的0.5~5。
4.根据权利要求1所述电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置,其特征在于,所述封装层能够封装不同形状或厚度的电子元器件芯片;所述电子元器件芯片的上表面与微通孔的上表面、封装层上表面平齐,从而形成一个连续的平整表面;如果电子元器件能够与绝缘的液体工质直接接触散热时,对这个平整表面进行亲水处理,以利于液态工质的流动和铺展成微纳米薄液膜;如果电子元器件芯片不能与液体工质直接接触,则在上述平整表面上覆盖高导热的保护层,对保护层的表面做亲水处理,使经由微通孔通道流出的冷却工质在保护层表面铺展成微纳米薄液膜;其中,液态工质为水、乙醇、丙醇或氟利昂。
5.一种电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置的集成方法,其特征在于,所述电子元器件芯片与薄液膜相变传热集成装置的集成步骤如下:
1)将电子元器件芯片集成在高效散热装置主体中,在高效散热装置主体中呈阵列排布微通孔(7);在相邻微通孔(7)之间的封装层(8)中固定电子元器件芯片(6),封装层(8)下面为测温层(9),二者一起固定在支持层(10)上;
2)将步骤1)集成了电子元器件芯片的高效散热装置主体(3)放在真空负压罩(2)内,按照真空抽气泵(1)和真空负压罩(2)连接,在真空负压罩(2)内的高效散热装置主体(3)与给液泵(4)、液体工质腔(5)依次串联,组成一种具有薄液膜相变传热的集成散热装置;或者真空负压罩(2)直接放置在高效散热装置主体(3)的上侧,然后高效散热装置主体(3)的下侧与给液泵(4)、液体工质腔(5)依次串联,组成另一种具有薄液膜相变传热的集成散热装置;
3)所述在相邻微通孔(7)之间的封装层8中固定电子元器件芯片(6);其封装层(8)由不导电的聚醚醚酮(PEEK)、透明聚苯脂(PHB)、高强度有机玻璃、聚对苯二酰对苯二胺、多孔阳极氧化铝或陶瓷组成;通过沉积、刻蚀方法加工,封装层(8)与微通孔(7)同时成型;封装层用来放置电子元器件芯片,不同形状、不同厚度的电子元器件芯片均进行封装;一方面根据其形状和尺寸,选取与之匹配的孔通道;另一方面可以改变电子元器件芯片的位置及安装角度,以位于相邻两微通孔或者对角的两微通孔的中间位置;保证具有良好的散热效果;
4)对于不同厚度的电子元器件芯片,在集成封装时要保证元器件芯片的上表面与微通孔通道的上表面、封装层上表面平齐,从而形成一个完整、连续的表面;对这个完整表面以及孔壁进行超亲水处理,形成亲水层;以利于液态工质的流动;若电子元器件芯片表面与冷却工质不能直接接触的情况,则在封装层上部添加保护层;该保护层应具有与封装层、测温层相同的外形和相同的孔通道,同时要进行超亲水处理;并将电子元器件芯片与工质完全隔离,此时电子元器件芯片的热量会通过高导热的保护层传递到保护层上表面后进行相变换热;
5)所述封装层下面是测温层,具体为厚度小于100nm、具有良好温度-电阻相关性的金属薄层,用于测定温度;测温层也是通过沉积、刻蚀方法加工成的金属薄层;并且测温层具有与封装层相同的外形和相同的孔通道;其中,测温层采用Pt纳米薄层;若位于封装层的电子元器件芯片本身就含有测温模块,则可省去测温层,直接使用电子元器件芯片的测温模块产生的温度信号;
6)所述支撑层由高强度的聚醚醚酮(PEEK)、透明聚苯脂(PHB)、高强度有机玻璃、聚对苯二酰对苯二胺或多孔阳极氧化铝制成,用来支撑上述的测温层和封装层,防止其被破坏;
支撑层也可以通过沉积、刻蚀方法加工,支撑层具有与封装层、测温层相同的外形和相同的孔通道。
6.一种电子元器件芯片与薄液膜相变传热的集成装置的散热方法,其特征在于,
1)将电子元器件芯片集成在高效散热装置主体中,高效散热装置主体由上至下依次为封装层、测温层以及支撑层;在相邻微通孔之间的封装层中固定电子元器件芯片;
2)高效散热装置工作时,冷却工质采用闭式循环或开式循环;电子元器件芯片工作前,工质箱内补充一定量的液态工质;
3)电子元器件芯片开始工作时,高效散热装置主体所在真空负压罩内抽至一定的真空,具体真空度由电子元器件芯片工作温度要求及工质性质决定,此时给液泵功率很小,同时循环阀打开,给液泵打出的工质流经高效散热装置主体,一部分工质由于给液泵的压力及微通孔的毛细作用,流至电子元器件芯片上表面,一部分工质经循环阀返回工质箱;由于此时电子元器件芯片热流密度较低,相变强度较低,因此流出的工质会在电子元器件芯片表面形成一层厚液膜,多余的工质会顺散热装置主体四周滴落至腔体底部,通过废液泵排出腔体;在电子元器件芯片热流密度增加到一定值时,电子元器件芯片表面的一层液膜产生相变;相变过程中,电子元器件芯片表面产生气泡,足够大后脱离电子元器件芯片表面,垂直上升穿过厚液膜区后进入真空负压罩;随着电子元器件芯片热流密度的升高,电子元器件表面工质相变强度升高,工质需求量增加,此时关闭循环阀,使给液泵输出的工质全部流到封装层及电子元器件芯片上表面,给液泵功率由控制器控制,使电子元器件芯片表面能够形成一层极薄的液膜,由于该层液膜极薄,此时相变换热特点与热流密度较低时的厚液膜换热有明显区别;此时液膜厚度小于气泡的分离尺寸,随着气泡的增大,气泡顶部与液膜上表面不断接近,在气泡分离前气泡尺寸已达到液膜厚度,从而破裂进入真空负压罩;随着电子元器件芯片热流密度持续升高,由于气泡非常小,电子元器件芯片表面具有很高的热流密度;此时控制器调节给液泵增加功率,从而维持薄液膜的存在及其厚度,保证散热强度;经理论计算的最高热流密度可达约5000W/cm2;因此上表面的相变换热即可满足整个电子元器件芯片的散热要求。
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