[发明专利]一种高热流密度电子设备热点去除装置

说明书

技术领域

本发明属于TEC散热技术领域，具体涉及一种高热流密度电子设备热点去除装置的设计。

背景技术

随着电子元器件的微型化和集成化程度越来越高，芯片单位面积中产生的热量越来越多，且不同部位的产热量也不均匀，因此，芯片中就会产生极高热流密度的热点，从而导致电子设备也会不可避免地产生高热流密度的热点。热点处的热流密度可以达到电子设备平均热流密度的五倍至十倍之多，热点的出现会在电子设备中产生局部高温和热应力，电子设备温度和温度梯度的增加将以指数倍的速度加速缩短产品的平均无故障时间(MTTF)，并且减小电子设备的生命周期。这就要求电子设备的热管理系统不仅要应对背景热量，同时还要能够快速地带走热点的热量，在维持电子设备整体温度的同时降低其热点的温度。

不幸的是，传统的热管理技术正在加速接近它们的极限。单独的空气冷却散热器在许多散热情形应用中仍然存在，但仅限于热流密度较小且均匀散热的情况，当设备的热流密度较高或需要处理局部热点问题时，其性能就完全不能满足散热需求。

微通道液体冷却散热器因其更大的表面积及良好热属性的冷却液而具有更好的传热性能。传统的微通道散热器，如平行通道散热器和蛇形通道散热器等，实现的是对散热对象的均匀冷却，且存在沿流向方向冷却液的温度会升高等固有缺陷；改进型的传统微通道散热器一定程度上弱化了上述固有缺陷，但其结构更复杂，压降更大。微通道液体冷却散热器的传热能力上限更高，增大泵功率即可增大其传热能力，抑制热点的温升，但是这样会造成非热点的过度冷却，且不能从根本上消除温度梯度及由此造成的热应力。

以上研究表明，传统的散热方式在含有热点的电子设备的散热方面存在固有缺陷，无法去除电子设备中的热点，而热电制冷器(TEC)在热点这种热量小且集中的散热环境中具有独特优势。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中传统的散热方式在含有热点的电子设备的散热方面存在固有缺陷，无法去除电子设备中的热点的问题，提出了一种高热流密度电子设备热点去除装置。

本发明的技术方案为：一种高热流密度电子设备热点去除装置，包括模拟电子设备、第一导热材料层、热扩散器、微接触模块、热电制冷器、第二导热材料层以及液冷板；热电制冷器嵌入热扩散器中，热电制冷器一端通过微接触模块与模拟电子设备上的热点连接，热扩散器一端通过第一导热材料层与模拟电子设备连接，另一端通过第二导热材料层与液冷板连接。

优选地，模拟电子设备在热点附近采用沟槽结构。

优选地，热电制冷器包括热电制冷器冷端、电偶对以及热电制冷器热端；热电制冷器冷端通过微接触模块与模拟电子设备上的热点连接。

优选地，微接触模块包括微接触头与微接触基板；微接触头与模拟电子设备上的热点所对应区域接触，微接触基板与热电制冷器冷端接触。

本发明的有益效果是：

(1)本发明中热电制冷器的尺寸可以做到很小，能够嵌入到芯片的热扩散器中，且热电制冷器属于半导体器件，其加工工艺和芯片类似，也能够集成到芯片中，所以热电制冷器可以直接接触芯片的热点；另外，热电制冷器的制冷温度不受环境温度的限制，能够将芯片热点的温度降至芯片平均温度以下。因此，使用热电制冷器在去除芯片热点这种热量小且集中的散热环境中具有很大优势。

(2)本发明通过安装液冷板，配合热交换器和泵，以流体循环散热。一般适合应用在强制对流或相变系统不能达到效果的热密度极高的环境中，应用在该装置中可实现快速高效的散热效果。

(3)本发明通过引入微接触模块来实现热电制冷器与模拟电子设备的连接，使得热电制冷器能够更集中地带走热点处的热量，充分发挥热电制冷器的作用和优势。

(4)本发明结构比较简单，不需要复杂的设计加工。

附图说明

图1为本发明提供的一种高热流密度电子设备热点去除装置结构示意图。

图2为微接触模块三维结构示意图。

图3为微接触模块截面结构示意图。

附图标记说明：1—模拟电子设备、2—第一导热材料层、3—热扩散器、4—微接触模块、5—热电制冷器冷端、6—电偶对、7—热电制冷器热端、8—第二导热材料层、9—液冷板、10—热点、11—沟槽结构、41—微接触头、42—微接触基板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的说明。