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用于芯片级散热系统的微流道散热器的研究与制备

李秋燕  
【摘要】:多组件芯片是一种将多块未封装的超大规模集成电路芯片以及专用集成电路芯片组装在一块基板上的部件。随着晶体管特征尺寸的减小,芯片上能够集成的晶体管数量也越来越多,导致芯片产生高热流密度,同时产生大量的热量。热量若不能及时的转移,芯片长期工作在高温下,会减少电子元器件的工作寿命或者直接造成芯片的失效。微流道散热器是针对芯片散热而提出的一种非常有潜力的散热方式。相对于传统的风冷散热以及宏观水冷散热,微流道散热器的尺寸小,同时散热效率更高。对多芯片组件来说,可以根据芯片所在位置专门设置微流道来对热点进行专门散热,降低芯片温度,减小多芯片组件基板的热点温度,有利于延长多芯片组件的使用寿命。文中所设计多热源微流道散热器是基于项目要求对芯片进行散热,根据技术要求,单个热源的热流密度要达到500W/cm~2,同时热源芯片表面的温度要小于50℃。根据所了解的流体力学以及传热学基本知识,采用有限元分析的方法对单热源平行微流道进行散热性能仿真;针对多热源微流道的分流结构进行仿真。基于流体力学中的能量损失与对流散热,对仿真结果进行分析以及对微流道分流结构模型进行多次修改,使得多热源微流道散热器中的冷却液的分布比较均匀,从而保证了多热源的温度均匀性。最后,根据设计好的微流道模型,以及考虑了实际制作过程中可能会出现的问题,排序合适的多热源微流道散热器的制作步骤。选取合适的仪器搭建多热源微流道散热器的测试系统,在实验过程中,温度的监测主要采用红外热像仪,集成温度传感器作为辅助测温。通过实验,验证了该微流道可以承受的热流密度可以达到500W/cm~2,同时热源表面温升小于50℃。当四个热源同时工作时,由于模型设计的某些限制,在小流量大功率的情况下,上、下分布的热源的散热会出现温度不均匀的情况,但是在提高冷却液流量后,这种不均匀的情况得到了改善。


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