[发明专利]一种双层微通道阵列射流冷却热沉

说明书

本发明属于三维集成电路、大功率半导体散热冷却技术领域，具体为一种双层微通道阵列射流冷却热沉。由入口通道腔(1)、射流孔板(2)、阿基米德螺线型肋条(3)、上射流靶板(4)、树叶型肋柱冷却板(5)、下射流靶板(6)、流出孔(7)组成。本设计的优势在于使用了双层换热板，包括阿基米德螺线型肋条(3)，树叶型肋柱冷却板(5)。其中射流孔分布在射流孔板(2)和上射流靶板(4)中。射流孔与工作单元同圆心，换热更充分。螺线形状会造成旋流，增加流体扰动，提高冷却效率、强化换热，且流线型设计能引导液体精准流入长圆形射流孔。下射流靶板工作单元与上射流靶板工作组相对应，实现二级换热，换热效果更明显。

技术领域

本发明属于三维集成电路、大功率半导体散热冷却技术领域，具体为一种双层微通道阵列射流冷却热沉。

背景技术

随着微电子机械系统的迅猛发展，三维集成电路成为研究重点。由于三维集成电路集成度的越来越高，单位面积会产生更多的热量。对于电子设备而言，温度提高意味着可靠性下降。据相关研究表明，当电子设备温度达到70-80℃时，温度每上升10℃，其可靠性下降5％。所以芯片的热问题是影响甚至限制三维集成电路、激光器等尖端科技的重要因素。

一方面，现有三维集成电路开始使用硅通孔代替原有的二氧化硅通孔，对于芯片换热有一定作用，但整体的换热效果并不明显。

另一方面，微通道液体冷却技术的发展，极大程度加强了换热能力，特别是纳米流体的提出，使得微通道液冷却技术上升一个台阶。然而，冷却工质的发展，已经遇到瓶颈。

现有强化换热方向主要通过在改变微通道的形状、内部粗糙度等，提高微通道液体冷却效果。然而，双层乃至多层冷却结构较为少见。

现有芯片散热如下缺陷：

(1)只有单层结构，经过多年发展，单层微通道结构发展空间已经走到尽头。

(2)单一的长条形通道，限制了强化换热的提高。

发明内容

本发明的目的在于通过新的结构，使冷却工质被充分利用，在提高冷却效率、强化换热的同时，保证换热均匀稳定。为实现该目的，本发明的方案如下：

一种双层微通道阵列射流冷却热沉，包括入口通道腔(1)、射流孔板(2)、阿基米德螺线型肋条(3)、上射流靶板(4)、树叶型肋柱冷却板(5)、下射流靶板(6)、流出孔(7)。

射流孔板(2)以四个射流孔为一组，横向相距15d，纵向相距12d。射流孔板(2)与上射流靶板(4)工作单元同圆心。

上射流靶板(4)工作单元为阿基米德螺线型肋条(3)；下射流靶板(6)工作单元为树叶型冷却板(5)；流出孔(7)位于下射流靶板(6)短边两侧。

上射流靶板(4)俯视图为89d×161d的矩形，壁厚为2d，以一对阿基米德螺线型左旋肋条和一对阿基米德螺线型右旋肋条共四块肋条为一个工作组，工作组6×3均匀阵列，每个工作组中间有一长圆形射流孔，正对应树叶型肋柱冷却板(5)，供冷却工质进入下射流靶板(6)。

阿基米德螺线型肋条(3)宽为d，通道宽为d，高3d。

其中阿基米德螺线型左旋肋条中心线参数方程式：

阿基米德螺线型右旋肋条中心线参数方程式

下射流靶板(6)俯视图为89d×161d的矩形，壁厚为2d，工作单元为直径25d的树叶型肋柱冷却板(5)，呈6×3均匀阵列。

树叶型冷肋柱却板(5)肋柱由圆心向外散开，一共五层，单个肋柱形状为两个等腰三角形组成两个顶点内角分别为30°和60°，且60°角邻边长为d。