一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块

本发明创造属于电子器件热管理，尤其是涉及一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块。

背景技术：

1、随着人工智能、高性能计算与自动驾驶等领域算力需求呈指数级增长，多芯片异构集成已成为突破单芯片物理性能瓶颈、提升系统综合算力的核心路径，然而也带来了前所未有的热管理挑战，集成芯片的单位面积热通量急剧攀升，远超传统风冷与常规水冷的散热极限，且多芯片功能单元的功耗差异易造成热分布高度不均，芯片间数十微米级的物理间距会诱发显著的热串扰效应，叠加紧凑封装结构对散热空间的严苛限制，进一步加剧了局部热点过热与硬件失效风险。现有的冷却技术已难以满足多芯片集成模块的散热需求，开发高效的冷却技术成为当前电子器件热管理领域的研究重点。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块。

2、为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

3、一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，包括支撑基板、分液集气板、封装盖以及芯片组件；

4、所述支撑基板位于最底层，其上表面安装所述芯片组件，芯片组件包括多个芯片，各芯片内部均设有空腔体，芯片的侧壁均开设有与空腔体连通的贯穿孔，相邻两芯片间的贯穿孔通过连接管路连通，未与相邻芯片通过连接管连通的侧壁的贯穿孔连接有出气管；

5、所述分液集气板位于芯片组件上方，其内部设有排气通道和供液通道；分液集气板与芯片间形成气体汇集腔，出气管与气体汇集腔连通，气体汇集腔与排气通道连通；至少部分芯片的顶部开设有与空腔体连通的喷入孔，即使未设喷入孔的芯片也通过连接管路与相邻芯片的空腔体连通，在分液集气板上对应每一喷入孔均设有喷嘴，各个喷嘴均与供液通道连通；利用喷嘴将经供液通道通入供液通道的液态co2节流降压降温，形成干冰微粒流体并冲击射入对应芯片的空腔体中；

6、所述封装盖为底部敞开的罩体结构，其罩设于分液集气板外侧，并与支撑基板密封配合，芯片组件位于封装盖内侧。

7、进一步，还包括供液管，所述供液通道包括多条液体支路，芯片顶部的喷嘴与其所对应的液体支路连通，各液体支路均与所述供液管连通，所述供液管外伸出所述分液集气板。

8、进一步，还包括排气总管，所述排气通道与该排气总管连通，排气总管外伸出所述封装盖，

9、进一步，所述封装盖为底部敞开的中空结构，包括顶板和顶板下侧环绕顶板设置的立板，在顶板上设有供排气总管穿过的镂空孔；立板的内侧壁与所述支撑基板的外侧壁密封配合，或是，立板的下表面与所述支撑基板的上表面密封配合。

10、进一步，所述排气通道和所述供液通道均设置于所述分液集气板，且所述供液通道靠近顶板的下表面设置，所述排气通道靠近芯片组件的上表面设置。

11、进一步，各芯片呈阵列排布，包括位于中心的中心芯片、位于四角的角部芯片以及位于四边中心的侧部芯片；至少中心芯片和角部芯片顶部设有所述喷嘴；所述侧部芯片顶部不设喷嘴，其空腔体通过所述连接管路与相邻芯片的空腔体连通。

12、进一步，所述中心芯片的贯穿孔通过连接管路与各侧部芯片的贯穿孔连通，所述角部芯片的贯穿孔通过连接管路与相邻侧部芯片的贯穿孔连通；所述侧部芯片背离相邻中心芯片的侧壁的贯穿孔、以及所述角部芯片背离相邻侧部芯片的侧壁的贯穿孔，通过所述出气管与所述气体汇集腔连通。

13、进一步，每一芯片的空腔体的四个侧壁均开设有所述贯穿孔。

14、进一步，所述分液集气板下侧设有凸起部分，所述凸起部分包括主体以及与芯片外侧壁密封配合的密封结构，主体结构与芯片组件间形成所述气体汇集腔。

15、进一步，所述分液集气板下侧对应所述芯片组件的四周分别设有凸起部分，且各凸起部分的主体结构，均与芯片组件间均形成气体汇集腔。

16、相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

17、本发明中的各个芯片均内置空腔体作为散热腔体，分液集气板集成供液与排气功能，封装盖整体罩设，结构紧凑，封装尺寸小。干冰微粒流体直接冲击射入空腔体内部，有效缩短传热路径，降低热阻，利用喷嘴将液态co2节流降压降温形成干冰微粒流体，在芯片的空腔体内实现气固两相流冲击换热与干冰升华潜热的协同冷却，散热效率高，并且，co2最终全部以气态排出，无液体残留，无液漏风险，系统安全可靠。

1.一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：包括支撑基板、分液集气板、封装盖以及芯片组件；

2.根据权利要求1所述的一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：还包括供液管，所述供液通道包括多条液体支路，各芯片顶部的喷嘴分别与其所对应的液体支路连通，各液体支路均与所述供液管连通，所述供液管外伸出所述分液集气板。

3.根据权利要求1所述的一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：还包括排气总管，所述排气通道与所述排气总管连通，排气总管外伸出所述封装盖。

4.根据权利要求3所述的一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：所述封装盖为底部敞开的中空结构，包括顶板和顶板下侧环绕顶板设置的立板，在顶板上设有供排气总管穿过的镂空孔；立板的内侧壁与所述支撑基板的外侧壁密封配合，或是，立板的下表面与所述支撑基板的上表面密封配合。

5.根据权利要求4所述的一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：所述排气通道和所述供液通道均设置于所述分液集气板，且所述供液通道靠近顶板的下表面设置，所述排气通道靠近芯片组件设置。

6.根据权利要求1所述的一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：各芯片呈阵列排布，包括位于中心的中心芯片、位于四角的角部芯片以及位于四边中心的侧部芯片；至少中心芯片和角部芯片顶部设有所述喷嘴；所述侧部芯片顶部不设喷嘴，其空腔体通过所述连接管路与相邻芯片的空腔体连通。

7.根据权利要求6所述的一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：所述中心芯片的贯穿孔通过连接管路与各侧部芯片的贯穿孔连通，所述角部芯片的贯穿孔通过连接管路与相邻侧部芯片的贯穿孔连通；所述侧部芯片背离相邻中心芯片的侧壁的贯穿孔、以及所述角部芯片背离相邻侧部芯片的侧壁的贯穿孔，通过所述出气管与所述气体汇集腔连通。

8.根据权利要求1所述的一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：每一芯片的空腔体的四个侧壁均开设有所述贯穿孔。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：所述分液集气板下侧设有凸起部分，所述凸起部分包括主体以及与芯片外侧壁密封配合的密封结构，主体结构与芯片组件间形成所述气体汇集腔。

10.根据权利要求9所述的一种利用干冰微粒流体喷射冷却的芯片集成模块，其特征在于：所述分液集气板下侧对应所述芯片组件的四周分别设有凸起部分，且各凸起部分的主体结构，均与芯片组件间形成气体汇集腔。