[发明专利]钛热模块

说明书

本申请公开了两相冷却设备，该两相冷却设备可包括至少三个基板：具有芯吸结构的金属、中间基板和背板。钛热模块可被适配成用于在诸如便携式设备或智能电话之类的移动设备中使用，其中钛热模块可提供引人注目的性能优势。热模块还可具有金属层，该金属层可充当用于辐射的屏蔽件或用于辐射的天线，或者该金属层可为热模块添加机械强度。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年9月20日提交的美国申请第16/137,471号的权益，该申请的公开内容通过引用结合于此。

背景技术

本发明涉及半导体设备的冷却，并且更具体地，涉及用于冷却半导体和其他设备的冷却系统。

采用各种半导体设备和集成电路的电子设备通常经受各种环境应力。此类电子设备的应用极其广泛，并且使用不同的半导体材料。

许多电子环境(诸如移动设备或膝上型计算机)具有薄/平面配置，其中许多部件被高效地打包到非常有限的空间中。作为结果，冷却解决方案也必须符合薄/平面配置。对于许多电子冷却应用而言，可能期望呈薄的热接地平面(thermal ground plane；TGP)形式的散热器。

发明内容

本申请公开了两相冷却设备。两相冷却设备是能够以非常高的效率传递热量的一类设备，并且可包括：热管、热接地平面、蒸汽腔室和热虹吸管、一般的热模块等等。如本文所使用的，术语“热模块”可指代在操作上类似于热接地平面的设备，但该设备可能不具有简单的、平面的形状。相反，热模块(TM)并且更具体地钛热模块(TiTM)可具有带有转弯、弯曲或折痕的复杂形状，但是仍然可基于工作流体的相变来操作。

在一些实施例中，本申请提供了包括至少三个基板的两相冷却设备。在一些实施例中，这些基板中的一个或多个基板由微制造(microfabricated)金属形成，所述微制造金属诸如但不限于钛、铝、铜或不锈钢。在一些实施例中，基板可形成为适合于在电子设备中使用的热接地平面结构。在一些实施例中，两相设备可包括预定量的至少一种合适的工作流体，其中工作流体通过在液体与蒸汽之间改变相态来吸热或排热。

两相冷却设备可以是具有平面形状或非平面形状的热模块。热模块可具有金属层，该金属层可充当用于辐射的屏蔽件或用于辐射的天线，或者该金属层可为热模块添加机械强度。

在一些实施例中，本申请可提供包括金属(包括但不限于钛、铝、铜或不锈钢)基板的两相冷却设备，所述基板包括多个蚀刻微结构，从而形成芯吸结构(wickingstructure)，其中所述微结构中的一个或多个微结构具有在约1-1000微米之间的高度、在约1-1000微米之间的宽度、以及在约1-1000微米之间的间隔。在一些实施例中，蒸汽腔可以与多个金属微结构连通。在一些实施例中，至少一个中间基板可以与芯吸结构和蒸汽区域连通。在一些实施例中，流体可被包含在芯吸结构和蒸汽腔中，以用于将热能从热接地平面的一个区域传输到热接地平面的另一区域，其中流体可由芯吸结构内的毛细力驱动。

在一些实施例中，冷却设备可被配置成用于芯吸结构中的高毛细力，以支撑液相与蒸汽相之间的大的压强差，同时使在芯吸结构中流动的液体的粘滞损失最小化。在一些实施例中，冷却设备可以是可被制造得非常薄的热接地平面，并且可能能够传递比可由较早的TGP实现的更多的热能。在一些实施例中，不同的结构部件可位于蒸发器区域、绝热区域和冷凝器区域中。在一些实施例中，蒸发器区域可包含中间基板，该中间基板包括多个微结构，该多个微结构在与芯吸结构配合时形成高深宽比结构。在一些实施例中，中间基板特征与芯吸结构特征交错以增加芯吸结构的有效深宽比。在一些实施例中，绝热区域可包含定位成紧邻芯吸结构的中间基板，以将蒸汽腔室中的蒸汽与芯吸结构中的液体分开。在一些实施例中，冷凝器区域可包含具有(与微结构相比)大的开口的中间基板，使得芯吸结构与蒸汽腔室直接连通。在一些实施例中，冷凝器区域可以不包含中间基板，使得芯吸结构与蒸汽腔室直接连通。