基于均熱板基板的高功率多芯片組件傳熱性能的深度剖析與優(yōu)化策略一、引言1.1研究背景與意義隨著科技的飛速發(fā)展，電子設(shè)備正朝著小型化、高集成度和高功率密度的方向邁進(jìn)。在眾多電子設(shè)備中，高功率多芯片組件因其能夠在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能，被廣泛應(yīng)用于5G通信、人工智能、高性能計(jì)算等關(guān)鍵領(lǐng)域。以5G基站為例，其內(nèi)部的通信芯片需要處理海量的數(shù)據(jù)，功率大幅提升，多芯片組件的使用成為必然。然而，高功率多芯片組件在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)芯片的溫度每升高10℃，其可靠性就會(huì)降低約50%。若這些熱量不能及時(shí)有效地散發(fā)出去，組件的性能將受到嚴(yán)重影響，甚至可能導(dǎo)致設(shè)備故障。例如，在高性能計(jì)算領(lǐng)域，芯片過(guò)熱可能引發(fā)計(jì)算錯(cuò)誤、系統(tǒng)死機(jī)等問(wèn)題，嚴(yán)重制約了計(jì)算效率的提升。因此，高效的散熱技術(shù)成為保障高功率多芯片組件正常運(yùn)行和性能提升的關(guān)鍵。均熱板作為一種新型高效的散熱裝置，近年來(lái)在電子設(shè)備散熱領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。均熱板主要由殼體、吸液芯和蒸汽腔等部分組成，內(nèi)部填充有相變傳熱工質(zhì)。其工作原理基于氣液相變傳熱機(jī)制：當(dāng)熱源將熱量傳遞給均熱板的蒸發(fā)端時(shí)，工質(zhì)吸收熱量并迅速蒸發(fā)，變?yōu)檎羝?；蒸汽在壓差的作用下快速流向冷凝端；在冷凝端，蒸汽通過(guò)外部強(qiáng)制對(duì)流等方式散熱，重新凝結(jié)成液體；冷凝后的液體在毛細(xì)壓力的作用下，又回到蒸發(fā)端，完成一個(gè)循環(huán)。這種獨(dú)特的傳熱方式使得均熱板具有極高的等效熱導(dǎo)率，能夠在短時(shí)間內(nèi)將大量熱量傳遞出去，實(shí)現(xiàn)更均勻的溫度分布。例如，在筆記本電腦的散熱系統(tǒng)中，均熱板可以有效地將CPU和GPU產(chǎn)生的熱量分散到整個(gè)機(jī)身，降低局部溫度，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。在航空航天領(lǐng)域，均熱板能夠滿足電子設(shè)備在復(fù)雜工況下的散熱需求，提高設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。研究基于均熱板基板的高功率多芯片組件傳熱機(jī)理和傳熱性能具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和理論價(jià)值。從現(xiàn)實(shí)應(yīng)用角度來(lái)看，深入了解傳熱機(jī)理和性能可以指導(dǎo)均熱板的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高其散熱效率，從而滿足高功率多芯片組件不斷增長(zhǎng)的散熱需求，推動(dòng)5G通信、人工智能等前沿技術(shù)的發(fā)展。在5G基站建設(shè)中，采用高效散熱的均熱板可以降低基站的能耗，提高通信質(zhì)量，加快5G網(wǎng)絡(luò)的普及速度。從理論研究層面而言，目前對(duì)于均熱板在復(fù)雜工況下的傳熱傳質(zhì)過(guò)程以及與多芯片組件的耦合傳熱機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不夠深入，存在許多有待解決的問(wèn)題。例如，均熱板內(nèi)部吸液芯結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱性能的影響機(jī)制尚不明確，多芯片組件與均熱板之間的熱阻匹配問(wèn)題也需要進(jìn)一步研究。本研究旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)值模擬和理論分析等手段，深入探究基于均熱板基板的高功率多芯片組件傳熱機(jī)理和傳熱性能，為均熱板的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在均熱板基板多芯片組件傳熱研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已取得了一系列成果，為該領(lǐng)域的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。國(guó)外研究起步較早，在均熱板的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用方面開(kāi)展了深入研究。美國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)在均熱板的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化方面成果顯著。例如，[國(guó)外學(xué)者姓名1]等人通過(guò)對(duì)吸液芯微結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，成功提高了均熱板的毛細(xì)力和液體傳輸能力，有效提升了均熱板在低熱流密度下的傳熱性能。在多芯片組件與均熱板的耦合傳熱研究中，[國(guó)外學(xué)者姓名2]利用先進(jìn)的數(shù)值模擬方法，深入分析了多芯片組件不同布局對(duì)傳熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)芯片的排列方式和間距會(huì)顯著影響均熱板的溫度分布和熱阻。日本的研究側(cè)重于均熱板在電子設(shè)備中的實(shí)際應(yīng)用，[國(guó)外學(xué)者姓名3]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了均熱板在筆記本電腦散熱系統(tǒng)中的性能，提出了基于均熱板的散熱系統(tǒng)優(yōu)化方案，有效降低了電腦內(nèi)部關(guān)鍵組件的溫度。歐洲的研究則更關(guān)注均熱板的材料創(chuàng)新，[國(guó)外學(xué)者姓名4]研發(fā)出新型的復(fù)合材料用于均熱板殼體，在提高導(dǎo)熱性能的同時(shí)，減輕了均熱板的重量，使其更適合航空航天等對(duì)重量要求苛刻的領(lǐng)域。國(guó)內(nèi)研究近年來(lái)發(fā)展迅速，在多個(gè)方面取得了重要進(jìn)展。在均熱板傳熱機(jī)理研究方面，[國(guó)內(nèi)學(xué)者姓名1]通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示了均熱板內(nèi)部氣液相變傳熱過(guò)程中的非平衡效應(yīng)，為均熱板的精確建模提供了理論依據(jù)。在多芯片組件傳熱模型構(gòu)建方面，[國(guó)內(nèi)學(xué)者姓名2]針對(duì)復(fù)雜的多芯片組件結(jié)構(gòu)，建立了考慮芯片間熱耦合和均熱板傳熱特性的三維傳熱模型，該模型能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)組件的溫度分布。在應(yīng)用研究領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)學(xué)者積極探索均熱板在5G基站、新能源汽車等新興領(lǐng)域的應(yīng)用。[國(guó)內(nèi)學(xué)者姓名3]針對(duì)5G基站的高功率密度特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了定制化的均熱板散熱方案，通過(guò)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了該方案在降低基站溫度、提高通信穩(wěn)定性方面的有效性。在新能源汽車電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)中，[國(guó)內(nèi)學(xué)者姓名4]研究了均熱板對(duì)電池模組的散熱效果，發(fā)現(xiàn)均熱板能夠有效改善電池組的溫度均勻性，提高電池的充放電性能和壽命。盡管國(guó)內(nèi)外在均熱板基板多芯片組件傳熱研究方面取得了諸多成果，但仍存在一些不足和待解決的問(wèn)題。一方面，目前對(duì)于均熱板在復(fù)雜工況下的傳熱性能研究還不夠充分，如在高振動(dòng)、變溫等極端環(huán)境下，均熱板的可靠性和穩(wěn)定性有待進(jìn)一步研究。另一方面，多芯片組件與均熱板之間的熱匹配優(yōu)化方法尚不完善，如何實(shí)現(xiàn)兩者之間的高效熱傳遞，降低熱阻，仍需深入探索。此外，在均熱板的材料研發(fā)和制造工藝方面，雖然取得了一定進(jìn)展，但仍需進(jìn)一步提高材料的性能和降低制造成本，以滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容均熱板傳熱機(jī)理研究：深入分析均熱板內(nèi)部氣液相變傳熱過(guò)程，包括工質(zhì)的蒸發(fā)、蒸汽的流動(dòng)與冷凝以及液體的回流等環(huán)節(jié)。探究吸液芯結(jié)構(gòu)（如溝槽吸液芯、燒結(jié)型吸液芯和復(fù)合芯等）對(duì)毛細(xì)力、液體傳輸能力和傳熱性能的影響機(jī)制。研究均熱板在不同工況（如熱流密度、傾斜角度、環(huán)境溫度等）下的傳熱特性，揭示其傳熱性能隨工況變化的規(guī)律。多芯片組件傳熱模型構(gòu)建：考慮多芯片組件中芯片的布局、功率分布以及芯片間的熱耦合效應(yīng)，建立基于均熱板基板的多芯片組件三維傳熱模型。在模型中引入均熱板的傳熱特性參數(shù)，如等效熱導(dǎo)率、熱阻等，實(shí)現(xiàn)對(duì)多芯片組件與均熱板耦合傳熱過(guò)程的準(zhǔn)確模擬。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)傳熱模型進(jìn)行驗(yàn)證和優(yōu)化，提高模型的準(zhǔn)確性和可靠性，使其能夠精確預(yù)測(cè)多芯片組件在不同工作條件下的溫度分布和熱性能。均熱板與多芯片組件熱匹配優(yōu)化：研究均熱板與多芯片組件之間的熱阻匹配問(wèn)題，分析界面熱阻對(duì)整體傳熱性能的影響。探索通過(guò)優(yōu)化均熱板與多芯片組件的連接方式、界面材料等手段，降低界面熱阻，提高兩者之間的熱傳遞效率。基于熱匹配優(yōu)化結(jié)果，提出針對(duì)高功率多芯片組件的均熱板優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，包括均熱板的尺寸、形狀、吸液芯結(jié)構(gòu)等參數(shù)的優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)均熱板與多芯片組件的高效協(xié)同散熱。復(fù)雜工況下的傳熱性能研究：研究均熱板在高振動(dòng)、變溫等復(fù)雜工況下的傳熱性能和可靠性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，分析振動(dòng)和溫度變化對(duì)均熱板內(nèi)部工質(zhì)流動(dòng)、相變傳熱以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。建立考慮復(fù)雜工況因素的傳熱模型，預(yù)測(cè)均熱板在復(fù)雜環(huán)境下的熱性能，為其在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性評(píng)估提供理論依據(jù)。提出應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況的均熱板結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施和散熱策略，提高均熱板在極端環(huán)境下的散熱能力和穩(wěn)定性。1.3.2研究方法實(shí)驗(yàn)研究：搭建高精度的均熱板和多芯片組件傳熱性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，該平臺(tái)應(yīng)具備精確控制熱流密度、環(huán)境溫度和風(fēng)速等實(shí)驗(yàn)條件的能力。采用先進(jìn)的溫度測(cè)量技術(shù)，如紅外熱成像儀、熱電偶等，對(duì)均熱板和多芯片組件的溫度分布進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的測(cè)量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究不同吸液芯結(jié)構(gòu)、熱流密度、傾斜角度等因素對(duì)均熱板傳熱性能的影響，以及多芯片組件布局和功率分布對(duì)其與均熱板耦合傳熱性能的影響。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將為數(shù)值模擬和理論分析提供驗(yàn)證依據(jù)，確保研究結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。數(shù)值模擬：利用專業(yè)的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件，如ANSYSFluent、COMSOLMultiphysics等，對(duì)均熱板內(nèi)部的氣液相變傳熱過(guò)程和多芯片組件與均熱板的耦合傳熱過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬。在模擬過(guò)程中，建立合理的物理模型和數(shù)學(xué)模型，考慮工質(zhì)的物性參數(shù)、吸液芯的多孔介質(zhì)特性以及多芯片組件的熱生成和熱傳導(dǎo)等因素。通過(guò)數(shù)值模擬，可以深入研究傳熱過(guò)程中的細(xì)節(jié)，如蒸汽和液體的流速分布、溫度場(chǎng)分布等，為傳熱機(jī)理的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論支持。同時(shí)，數(shù)值模擬還可以快速預(yù)測(cè)不同設(shè)計(jì)方案和工況下的傳熱性能，減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，降低研究成本。理論分析：基于傳熱學(xué)、流體力學(xué)和熱力學(xué)等基本理論，對(duì)均熱板和多芯片組件的傳熱過(guò)程進(jìn)行理論分析。建立均熱板傳熱性能的理論模型，推導(dǎo)關(guān)鍵傳熱參數(shù)（如等效熱導(dǎo)率、熱阻等）的計(jì)算公式。運(yùn)用熱阻網(wǎng)絡(luò)法等方法，分析多芯片組件與均熱板之間的熱傳遞過(guò)程，建立熱匹配優(yōu)化的理論模型。通過(guò)理論分析，揭示傳熱過(guò)程的本質(zhì)規(guī)律，為實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬提供理論指導(dǎo)，同時(shí)也為均熱板的優(yōu)化設(shè)計(jì)和多芯片組件的散熱方案制定提供理論依據(jù)。二、均熱板基板與高功率多芯片組件概述2.1均熱板基板的結(jié)構(gòu)與工作原理均熱板基板作為高效散熱的關(guān)鍵部件，其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和基于相變?cè)淼墓ぷ鳈C(jī)制，使其在高功率電子設(shè)備散熱領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。均熱板基板主要由殼體、吸液芯、蒸汽腔和工質(zhì)等部分組成。殼體通常采用高導(dǎo)熱性的金屬材料，如銅或鋁合金。以銅制殼體為例，其導(dǎo)熱率較高，能夠快速將熱量傳遞到均熱板內(nèi)部，為后續(xù)的傳熱過(guò)程奠定基礎(chǔ)。殼體的作用不僅是提供物理支撐，還能有效防止工質(zhì)泄漏，確保均熱板的穩(wěn)定運(yùn)行。吸液芯是均熱板基板的關(guān)鍵組成部分，其結(jié)構(gòu)和性能對(duì)均熱板的傳熱性能有著重要影響。常見(jiàn)的吸液芯結(jié)構(gòu)有溝槽吸液芯、燒結(jié)型吸液芯和復(fù)合芯等。溝槽吸液芯通過(guò)在基板表面加工出微細(xì)溝槽，為液體回流提供通道，具有較高的滲透率，但毛細(xì)力相對(duì)較小。燒結(jié)型吸液芯則是由金屬粉末燒結(jié)而成，其毛細(xì)力大，能夠有效促進(jìn)液體回流，但滲透率較低，液體流動(dòng)阻力較大。復(fù)合芯則結(jié)合了溝槽吸液芯和燒結(jié)型吸液芯的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，在提高毛細(xì)力的同時(shí)，增強(qiáng)了液體的傳輸能力。蒸汽腔位于殼體內(nèi)部，是蒸汽流動(dòng)的空間，其設(shè)計(jì)應(yīng)保證蒸汽能夠順暢地從蒸發(fā)端流向冷凝端，減少流動(dòng)阻力。工質(zhì)是均熱板實(shí)現(xiàn)相變傳熱的關(guān)鍵介質(zhì)，通常選用具有合適沸點(diǎn)、高潛熱和良好熱穩(wěn)定性的液體，如純水、甲醇等。均熱板基板的工作原理基于氣液相變傳熱機(jī)制，具體工作過(guò)程如下：當(dāng)高功率多芯片組件產(chǎn)生的熱量傳遞到均熱板基板的蒸發(fā)端時(shí)，靠近熱源的工質(zhì)吸收熱量，從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，這一過(guò)程稱為蒸發(fā)。蒸發(fā)過(guò)程中，工質(zhì)吸收大量的汽化潛熱，從而有效地降低了熱源的溫度。例如，在電子設(shè)備中，當(dāng)芯片產(chǎn)生的熱量傳遞到均熱板蒸發(fā)端時(shí)，工質(zhì)迅速蒸發(fā)，將芯片的熱量帶走，防止芯片溫度過(guò)高。氣態(tài)工質(zhì)在蒸汽腔內(nèi)，由于蒸發(fā)端和冷凝端之間存在壓力差，會(huì)迅速向冷凝端流動(dòng)。這種壓力差是由工質(zhì)的溫度差引起的，蒸發(fā)端的工質(zhì)溫度高，壓力大；冷凝端的工質(zhì)溫度低，壓力小。蒸汽在流動(dòng)過(guò)程中，將熱量快速傳遞到冷凝端。當(dāng)氣態(tài)工質(zhì)到達(dá)冷凝端時(shí)，由于冷凝端的溫度較低，工質(zhì)會(huì)釋放出之前吸收的汽化潛熱，重新凝結(jié)成液態(tài)，這一過(guò)程稱為冷凝。冷凝過(guò)程中，工質(zhì)將熱量傳遞給外部散熱裝置，如散熱器或散熱鰭片，實(shí)現(xiàn)熱量的最終散發(fā)。在筆記本電腦中，均熱板冷凝端的熱量通過(guò)散熱鰭片和風(fēng)扇，散發(fā)到周圍空氣中。凝結(jié)后的液態(tài)工質(zhì)在吸液芯的毛細(xì)力作用下，沿著吸液芯的微細(xì)通道回流到蒸發(fā)端，再次參與蒸發(fā)過(guò)程，形成一個(gè)循環(huán)的傳熱過(guò)程。毛細(xì)力是維持工質(zhì)循環(huán)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力，其大小取決于吸液芯的結(jié)構(gòu)和工質(zhì)與吸液芯材料之間的潤(rùn)濕性。當(dāng)吸液芯結(jié)構(gòu)合理，工質(zhì)與吸液芯材料潤(rùn)濕性良好時(shí)，毛細(xì)力能夠有效地驅(qū)動(dòng)液態(tài)工質(zhì)回流，保證均熱板的穩(wěn)定運(yùn)行。2.2高功率多芯片組件的特點(diǎn)與應(yīng)用高功率多芯片組件作為現(xiàn)代電子系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，具有一系列獨(dú)特的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)使其在眾多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。高功率多芯片組件具有高度集成化的特點(diǎn)。它能夠?qū)⒍鄠€(gè)芯片集成在一個(gè)緊湊的封裝內(nèi)，顯著減少了組件的體積和重量。以一款應(yīng)用于5G基站的高功率多芯片組件為例，通過(guò)將信號(hào)處理芯片、功率放大芯片等多個(gè)芯片集成在一起，使得組件的體積相比傳統(tǒng)分立芯片組裝方式縮小了約30%，重量也相應(yīng)減輕，這對(duì)于空間有限的基站設(shè)備來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，有助于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化和輕量化。這種集成化還能減少芯片間的互連長(zhǎng)度，降低信號(hào)傳輸延遲，提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度和性能。在高速數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，芯片間的信號(hào)傳輸延遲每降低1納秒，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力就能提升約10%，高功率多芯片組件的集成化設(shè)計(jì)有效滿足了這一需求。高功率多芯片組件具有高功率密度的特性。隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片的功率不斷提高，高功率多芯片組件能夠在有限的空間內(nèi)承載更大的功率。在人工智能計(jì)算領(lǐng)域，用于深度學(xué)習(xí)的高功率多芯片組件功率密度可達(dá)500W/cm2以上，能夠滿足復(fù)雜算法對(duì)計(jì)算能力的高要求。然而，高功率密度也帶來(lái)了嚴(yán)重的散熱問(wèn)題，組件在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，如果不能及時(shí)散熱，將導(dǎo)致組件溫度急劇升高，進(jìn)而影響其性能和可靠性。當(dāng)組件溫度超過(guò)其正常工作溫度范圍時(shí)，芯片的電子遷移現(xiàn)象會(huì)加劇，導(dǎo)致芯片壽命縮短，甚至可能引發(fā)芯片故障。因此，高效的散熱技術(shù)成為高功率多芯片組件應(yīng)用的關(guān)鍵。高功率多芯片組件具備良好的可靠性和穩(wěn)定性。由于減少了外部互連點(diǎn)，降低了信號(hào)傳輸過(guò)程中的干擾和故障風(fēng)險(xiǎn)，提高了系統(tǒng)的可靠性。在航空航天領(lǐng)域，高功率多芯片組件被廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信、導(dǎo)航系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備中。這些設(shè)備需要在復(fù)雜的空間環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，高功率多芯片組件的高可靠性和穩(wěn)定性能夠確保設(shè)備在面對(duì)輻射、高低溫等極端條件時(shí)，依然能夠正常工作，保障通信和導(dǎo)航的準(zhǔn)確性和可靠性。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，高功率多芯片組件的故障率相比傳統(tǒng)組件降低了約50%，大大提高了衛(wèi)星通信的穩(wěn)定性和可靠性。高功率多芯片組件在通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在5G通信基站中，高功率多芯片組件用于信號(hào)的處理、放大和傳輸。通過(guò)集成多個(gè)高性能芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)海量通信數(shù)據(jù)的快速處理和高效傳輸，滿足5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)高速率、低延遲的通信需求。在通信基站中，高功率多芯片組件能夠提高信號(hào)的處理速度和傳輸效率，使得基站能夠同時(shí)處理更多的用戶請(qǐng)求，提升通信質(zhì)量和覆蓋范圍。在智能手機(jī)等移動(dòng)終端中，高功率多芯片組件也發(fā)揮著重要作用。它集成了通信芯片、處理器芯片等，實(shí)現(xiàn)了手機(jī)的多功能化和高性能化，為用戶提供了流暢的通信和豐富的應(yīng)用體驗(yàn)。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，高功率多芯片組件在高性能計(jì)算、服務(wù)器等方面有著重要應(yīng)用。在高性能計(jì)算中，高功率多芯片組件能夠提供強(qiáng)大的計(jì)算能力，加速?gòu)?fù)雜算法的運(yùn)算速度。在科學(xué)研究、天氣預(yù)報(bào)等需要大量計(jì)算資源的領(lǐng)域，高性能計(jì)算設(shè)備中的高功率多芯片組件能夠在短時(shí)間內(nèi)完成海量數(shù)據(jù)的處理，為研究和預(yù)測(cè)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在服務(wù)器中，高功率多芯片組件能夠提高服務(wù)器的處理能力和響應(yīng)速度，滿足云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用對(duì)服務(wù)器性能的高要求。服務(wù)器中的高功率多芯片組件可以同時(shí)處理多個(gè)用戶的請(qǐng)求，提高服務(wù)器的運(yùn)行效率和穩(wěn)定性，保障云計(jì)算和大數(shù)據(jù)服務(wù)的正常運(yùn)行。在工業(yè)控制領(lǐng)域，高功率多芯片組件用于自動(dòng)化生產(chǎn)線的控制、監(jiān)測(cè)等系統(tǒng)中。它能夠快速處理傳感器采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的精確控制和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。在汽車制造生產(chǎn)線中，高功率多芯片組件可以控制機(jī)器人的動(dòng)作，監(jiān)測(cè)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決生產(chǎn)過(guò)程中的問(wèn)題，確保生產(chǎn)線的高效穩(wěn)定運(yùn)行。在新能源汽車領(lǐng)域，高功率多芯片組件應(yīng)用于電池管理系統(tǒng)、電機(jī)控制系統(tǒng)等關(guān)鍵部位。在電池管理系統(tǒng)中，高功率多芯片組件能夠精確監(jiān)測(cè)電池的電壓、電流和溫度等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的合理充放電控制，延長(zhǎng)電池壽命，提高電池的安全性和可靠性。在電機(jī)控制系統(tǒng)中，高功率多芯片組件能夠快速響應(yīng)控制信號(hào)，精確調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，提高電機(jī)的運(yùn)行效率和性能。2.3均熱板基板與多芯片組件的結(jié)合方式均熱板基板與高功率多芯片組件的結(jié)合方式對(duì)整個(gè)散熱系統(tǒng)的傳熱性能有著至關(guān)重要的影響，常見(jiàn)的結(jié)合方式主要有貼合和集成兩種。貼合是一種較為常見(jiàn)且相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)合方式，通常是在多芯片組件與均熱板基板之間涂抹導(dǎo)熱界面材料（TIM），如導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱膠等，通過(guò)這些材料來(lái)填充兩者之間的微小間隙，減小接觸熱阻，從而實(shí)現(xiàn)熱量的有效傳遞。導(dǎo)熱硅脂具有良好的流動(dòng)性和較低的熱阻，能夠較好地填充界面間隙，但其長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)干涸、老化等問(wèn)題，導(dǎo)致熱阻增加。而導(dǎo)熱膠則具有較強(qiáng)的粘結(jié)力，不僅能有效降低熱阻，還能在一定程度上固定均熱板和多芯片組件，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。以某型號(hào)的服務(wù)器多芯片組件散熱為例，在采用導(dǎo)熱硅脂作為貼合材料時(shí)，組件的最高溫度可達(dá)85℃；當(dāng)更換為導(dǎo)熱膠后，組件的最高溫度降低至80℃，溫度降低了5℃，有效提升了組件的散熱性能。然而，貼合方式的界面熱阻仍然是影響傳熱性能的關(guān)鍵因素之一。即使使用優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)熱界面材料，由于材料本身的熱阻以及界面間的微觀接觸不完美，仍然會(huì)存在一定的熱阻，限制了熱量的快速傳遞。此外，貼合方式在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，由于熱循環(huán)、振動(dòng)等因素的影響，導(dǎo)熱界面材料可能會(huì)出現(xiàn)分層、開(kāi)裂等現(xiàn)象，進(jìn)一步增加熱阻，降低散熱效果。集成是一種更為緊密的結(jié)合方式，它通過(guò)在制造過(guò)程中將均熱板基板與多芯片組件進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)和制造，實(shí)現(xiàn)兩者之間的無(wú)縫連接。這種方式可以顯著減小界面熱阻，提高熱量傳遞效率。在一些高端的智能手機(jī)芯片中，采用了將均熱板與芯片封裝集成的技術(shù)，通過(guò)在芯片封裝內(nèi)部直接嵌入均熱板結(jié)構(gòu)，使得芯片產(chǎn)生的熱量能夠迅速傳遞到均熱板上，實(shí)現(xiàn)高效散熱。與傳統(tǒng)的貼合方式相比，集成方式的界面熱阻可降低約30%-50%，大大提高了散熱性能。此外，集成方式還可以減少整個(gè)散熱系統(tǒng)的體積和重量，提高系統(tǒng)的集成度和可靠性。由于均熱板與多芯片組件成為一個(gè)整體，減少了外部連接部件，降低了因連接松動(dòng)等問(wèn)題導(dǎo)致的散熱故障風(fēng)險(xiǎn)。然而，集成方式的制造工藝相對(duì)復(fù)雜，成本較高。需要在芯片制造和封裝過(guò)程中進(jìn)行特殊的設(shè)計(jì)和工藝處理，增加了制造難度和成本。而且，一旦均熱板或多芯片組件出現(xiàn)故障，維修和更換的難度較大，可能需要更換整個(gè)集成模塊，增加了維護(hù)成本。三、傳熱機(jī)理分析3.1均熱板基板的傳熱傳質(zhì)過(guò)程均熱板基板的傳熱傳質(zhì)過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜而高效的循環(huán)過(guò)程，主要涉及工質(zhì)的蒸發(fā)、蒸汽的流動(dòng)與冷凝以及液體的回流等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這些過(guò)程相互關(guān)聯(lián)，共同實(shí)現(xiàn)了均熱板的高效散熱功能。當(dāng)高功率多芯片組件產(chǎn)生的熱量傳遞到均熱板基板的蒸發(fā)端時(shí)，工質(zhì)的蒸發(fā)過(guò)程隨即啟動(dòng)。在蒸發(fā)端，工質(zhì)與熱源直接接觸，吸收大量的熱量。由于工質(zhì)的沸點(diǎn)相對(duì)較低，在吸收熱量后，工質(zhì)分子獲得足夠的能量，克服分子間的引力，從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)。這一過(guò)程中，工質(zhì)吸收的熱量主要用于增加分子的動(dòng)能，使其能夠擺脫液態(tài)的束縛，以蒸汽的形式存在。蒸發(fā)過(guò)程是一個(gè)強(qiáng)烈的吸熱過(guò)程，能夠迅速降低熱源的溫度。在電子芯片散熱中，當(dāng)芯片表面溫度升高時(shí)，與之接觸的均熱板蒸發(fā)端的工質(zhì)會(huì)迅速蒸發(fā)，將芯片產(chǎn)生的大量熱量吸收，從而有效抑制芯片溫度的進(jìn)一步上升。蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽在蒸汽腔內(nèi)的流動(dòng)是傳熱傳質(zhì)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。蒸汽腔內(nèi)存在著從蒸發(fā)端到冷凝端的壓力差，這是蒸汽流動(dòng)的主要驅(qū)動(dòng)力。在蒸發(fā)端，由于工質(zhì)不斷蒸發(fā)，蒸汽的密度和壓力相對(duì)較高；而在冷凝端，蒸汽不斷冷凝，密度和壓力相對(duì)較低。這種壓力差使得蒸汽能夠在蒸汽腔內(nèi)迅速向冷凝端流動(dòng)。蒸汽在流動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)與蒸汽腔壁的熱交換以及自身的對(duì)流作用，將攜帶的熱量快速傳遞到冷凝端。蒸汽的流動(dòng)速度和傳熱效率受到蒸汽腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、蒸汽的物性參數(shù)以及壓力差等多種因素的影響。合理設(shè)計(jì)蒸汽腔的形狀和尺寸，能夠減少蒸汽流動(dòng)的阻力，提高蒸汽的傳輸速度和傳熱效率。當(dāng)蒸汽到達(dá)冷凝端時(shí)，冷凝過(guò)程開(kāi)始。在冷凝端，蒸汽與溫度較低的外界環(huán)境或散熱裝置接觸，通過(guò)熱傳導(dǎo)和對(duì)流的方式將熱量傳遞出去。隨著熱量的散失，蒸汽分子的動(dòng)能逐漸減小，分子間的距離縮短，蒸汽重新凝結(jié)成液態(tài)。冷凝過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程，釋放出的熱量被外部散熱裝置帶走，實(shí)現(xiàn)了熱量從熱源到外界環(huán)境的傳遞。在筆記本電腦的散熱系統(tǒng)中，均熱板冷凝端的蒸汽通過(guò)與散熱鰭片和風(fēng)扇的協(xié)同作用，將熱量散發(fā)到周圍空氣中，保證了電腦內(nèi)部組件的正常工作溫度。冷凝后的液態(tài)工質(zhì)需要回流到蒸發(fā)端，以維持傳熱傳質(zhì)的循環(huán)。吸液芯在液態(tài)工質(zhì)的回流過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。吸液芯通常由具有毛細(xì)結(jié)構(gòu)的材料制成，如金屬粉末燒結(jié)而成的燒結(jié)型吸液芯或帶有微細(xì)溝槽的溝槽吸液芯。液態(tài)工質(zhì)在吸液芯的毛細(xì)力作用下，沿著吸液芯的微細(xì)通道回流到蒸發(fā)端。毛細(xì)力的大小取決于吸液芯的結(jié)構(gòu)、工質(zhì)與吸液芯材料之間的潤(rùn)濕性以及工質(zhì)的表面張力等因素。當(dāng)吸液芯結(jié)構(gòu)合理，工質(zhì)與吸液芯材料潤(rùn)濕性良好時(shí)，毛細(xì)力能夠有效地克服液體流動(dòng)的阻力，驅(qū)動(dòng)液態(tài)工質(zhì)快速回流到蒸發(fā)端，再次參與蒸發(fā)過(guò)程。如果吸液芯的毛細(xì)力不足或液體流動(dòng)阻力過(guò)大，液態(tài)工質(zhì)的回流將受到阻礙，導(dǎo)致均熱板的傳熱性能下降。3.2多芯片組件內(nèi)部的傳熱路徑在高功率多芯片組件中，熱量的傳遞路徑是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，涉及多個(gè)組件和不同的傳熱方式。當(dāng)多芯片組件中的芯片在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生熱量時(shí)，熱量首先會(huì)通過(guò)芯片內(nèi)部的材料，如硅基材料，以熱傳導(dǎo)的方式傳遞到芯片的封裝表面。芯片內(nèi)部的熱傳導(dǎo)主要依賴于晶格振動(dòng)和電子的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。由于硅基材料的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)有限，在高功率芯片中，這一過(guò)程會(huì)產(chǎn)生一定的熱阻，限制了熱量的快速傳遞。例如，在一些高性能計(jì)算芯片中，芯片內(nèi)部的熱阻可占總熱阻的20%-30%，導(dǎo)致芯片內(nèi)部溫度分布不均勻，影響芯片的性能和可靠性。熱量從芯片封裝表面?zhèn)鬟f到基板是傳熱路徑的重要環(huán)節(jié)。基板通常采用高導(dǎo)熱材料，如銅或鋁等金屬基板，以提高熱量的傳遞效率。在芯片與基板之間，一般會(huì)使用導(dǎo)熱界面材料（TIM）來(lái)減小接觸熱阻，增強(qiáng)熱傳遞。常見(jiàn)的導(dǎo)熱界面材料有導(dǎo)熱硅脂、導(dǎo)熱膠等。導(dǎo)熱硅脂具有較好的流動(dòng)性和較低的熱阻，能夠填充芯片與基板之間的微小間隙，提高熱傳導(dǎo)效率。然而，導(dǎo)熱硅脂在長(zhǎng)期使用過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)干涸、老化等問(wèn)題，導(dǎo)致熱阻增加。相比之下，導(dǎo)熱膠具有較強(qiáng)的粘結(jié)力，不僅能有效降低熱阻，還能在一定程度上固定芯片和基板，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。例如，在某款服務(wù)器的多芯片組件中，使用導(dǎo)熱膠代替導(dǎo)熱硅脂后，組件的熱阻降低了約15%，芯片的最高溫度降低了5℃，有效提升了散熱性能。熱量通過(guò)基板進(jìn)一步向四周擴(kuò)散，基板的導(dǎo)熱性能和厚度對(duì)熱量的擴(kuò)散速度和均勻性有著重要影響。較厚的基板和高導(dǎo)熱率的材料能夠使熱量更快速、更均勻地分布在基板上。從基板傳遞的熱量會(huì)通過(guò)互連層傳遞到其他組件或均熱板基板。互連層通常包括金屬導(dǎo)線、焊點(diǎn)等，用于實(shí)現(xiàn)芯片之間的電氣連接和信號(hào)傳輸，同時(shí)也承擔(dān)著熱量傳遞的作用。在互連層中，熱量主要通過(guò)金屬的熱傳導(dǎo)進(jìn)行傳遞。然而，由于互連層的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多種材料的界面和微小的間隙，這些都會(huì)增加熱阻，影響熱量的傳遞效率。焊點(diǎn)的質(zhì)量和數(shù)量會(huì)影響熱阻的大小。如果焊點(diǎn)存在虛焊、空洞等缺陷，會(huì)導(dǎo)致接觸面積減小，熱阻增大，阻礙熱量的傳遞。此外，金屬導(dǎo)線的電阻也會(huì)產(chǎn)生焦耳熱，進(jìn)一步增加組件的溫度。在高頻電路中，電流集膚效應(yīng)會(huì)使導(dǎo)線表面的電流密度增大，電阻增加，產(chǎn)生更多的焦耳熱，加劇組件的散熱問(wèn)題。當(dāng)熱量傳遞到均熱板基板時(shí)，均熱板內(nèi)部的傳熱過(guò)程開(kāi)始發(fā)揮作用。均熱板通過(guò)內(nèi)部工質(zhì)的氣液相變來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳遞。在均熱板的蒸發(fā)端，工質(zhì)吸收熱量并蒸發(fā)，將熱量轉(zhuǎn)化為蒸汽的內(nèi)能。蒸汽在蒸汽腔內(nèi)快速流動(dòng)，將熱量傳遞到冷凝端。在冷凝端，蒸汽釋放熱量并冷凝成液體，通過(guò)吸液芯的毛細(xì)力回流到蒸發(fā)端，完成一個(gè)循環(huán)。均熱板的傳熱性能主要取決于吸液芯的結(jié)構(gòu)、工質(zhì)的物性以及蒸汽腔的設(shè)計(jì)。具有高毛細(xì)力和良好滲透性的吸液芯能夠有效地促進(jìn)工質(zhì)的循環(huán)，提高均熱板的傳熱效率。而合適的工質(zhì)選擇，如具有高潛熱和良好熱穩(wěn)定性的工質(zhì)，能夠保證均熱板在不同工況下的穩(wěn)定運(yùn)行。3.3兩者耦合的傳熱協(xié)同機(jī)制均熱板基板與多芯片組件在協(xié)同工作時(shí)，通過(guò)一系列復(fù)雜而有序的傳熱過(guò)程，實(shí)現(xiàn)了高效的散熱效果，其傳熱協(xié)同機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。從熱量傳遞的起始階段來(lái)看，多芯片組件在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，首先通過(guò)芯片內(nèi)部的熱傳導(dǎo)傳遞到芯片封裝表面。由于芯片內(nèi)部的熱阻相對(duì)較大，這一過(guò)程會(huì)導(dǎo)致芯片內(nèi)部出現(xiàn)一定的溫度梯度。均熱板基板的存在有效地改善了這一情況。均熱板基板具有良好的熱傳導(dǎo)性能，當(dāng)熱量傳遞到芯片封裝表面后，能夠迅速將熱量吸收并擴(kuò)散開(kāi)來(lái)。均熱板基板的高導(dǎo)熱率使得熱量能夠在其內(nèi)部快速傳遞，減小了芯片封裝表面的溫度梯度，避免了局部溫度過(guò)高的問(wèn)題。在一款高性能計(jì)算服務(wù)器中，多芯片組件采用均熱板基板散熱后，芯片封裝表面的最高溫度降低了10℃，溫度均勻性得到了顯著提升。在均熱板基板內(nèi)部，工質(zhì)的相變傳熱過(guò)程與多芯片組件的熱量傳遞緊密配合。當(dāng)均熱板基板吸收多芯片組件傳來(lái)的熱量后，蒸發(fā)端的工質(zhì)迅速吸收熱量并蒸發(fā)，將熱量轉(zhuǎn)化為蒸汽的內(nèi)能。這一過(guò)程中，工質(zhì)的蒸發(fā)潛熱起到了關(guān)鍵作用，大量的熱量被工質(zhì)吸收，從而有效地降低了均熱板基板與多芯片組件接觸部位的溫度。蒸汽在蒸汽腔內(nèi)快速流動(dòng)，將熱量傳遞到冷凝端。蒸汽的高速流動(dòng)能夠在短時(shí)間內(nèi)將熱量傳遞到較遠(yuǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)了熱量的快速擴(kuò)散。在冷凝端，蒸汽釋放熱量并冷凝成液體，通過(guò)吸液芯的毛細(xì)力回流到蒸發(fā)端，完成一個(gè)循環(huán)。這一循環(huán)過(guò)程不斷進(jìn)行，持續(xù)將多芯片組件產(chǎn)生的熱量傳遞出去。在智能手機(jī)的散熱系統(tǒng)中，均熱板通過(guò)內(nèi)部工質(zhì)的循環(huán)，能夠?qū)PU和GPU產(chǎn)生的熱量迅速傳遞到手機(jī)外殼，實(shí)現(xiàn)散熱。均熱板基板與多芯片組件之間的熱阻匹配也對(duì)傳熱協(xié)同機(jī)制有著重要影響。如果兩者之間的熱阻過(guò)大，會(huì)阻礙熱量的傳遞，降低散熱效率。通過(guò)優(yōu)化均熱板基板與多芯片組件的連接方式和界面材料，可以有效地減小熱阻。采用導(dǎo)熱性能良好的導(dǎo)熱膠作為連接材料，能夠填充兩者之間的微小間隙，增強(qiáng)熱傳遞。合理設(shè)計(jì)均熱板基板的結(jié)構(gòu)，使其與多芯片組件的接觸面積最大化，也可以降低熱阻。在某款5G基站的多芯片組件散熱設(shè)計(jì)中，通過(guò)優(yōu)化均熱板基板與多芯片組件的連接方式和界面材料，熱阻降低了約30%，組件的散熱性能得到了顯著提升。此外，均熱板基板的均溫特性與多芯片組件的溫度分布需求相互適應(yīng)。均熱板基板能夠在一定程度上均勻化溫度分布，使得多芯片組件各個(gè)部位的溫度更加均勻。這對(duì)于多芯片組件的正常運(yùn)行至關(guān)重要，能夠避免因溫度差異過(guò)大導(dǎo)致的性能差異和可靠性問(wèn)題。在一些對(duì)溫度均勻性要求較高的電子設(shè)備中，如高端服務(wù)器和航空航天電子設(shè)備，均熱板基板的均溫特性能夠有效地提高多芯片組件的工作穩(wěn)定性和可靠性。四、影響傳熱性能的因素4.1均熱板基板參數(shù)的影響4.1.1吸液芯結(jié)構(gòu)與性能吸液芯作為均熱板基板的關(guān)鍵組成部分，其結(jié)構(gòu)和性能對(duì)均熱板的傳熱性能有著至關(guān)重要的影響，主要體現(xiàn)在對(duì)毛細(xì)力、滲透率以及傳熱效率的作用上。常見(jiàn)的吸液芯結(jié)構(gòu)包括溝槽吸液芯、燒結(jié)粉末吸液芯以及復(fù)合吸液芯等，不同結(jié)構(gòu)的吸液芯具有各自獨(dú)特的性能特點(diǎn)。溝槽吸液芯通過(guò)在基板表面加工出微細(xì)溝槽來(lái)實(shí)現(xiàn)液體的回流。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于具有較高的滲透率，液體在溝槽中能夠較為順暢地流動(dòng)，從而降低液體流動(dòng)的阻力。在一些對(duì)液體傳輸速度要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景中，溝槽吸液芯能夠快速地將冷凝后的液體送回蒸發(fā)端，保證均熱板的高效運(yùn)行。溝槽吸液芯的毛細(xì)力相對(duì)較小。毛細(xì)力是驅(qū)動(dòng)液體回流的關(guān)鍵因素之一，較小的毛細(xì)力可能導(dǎo)致在某些工況下，液體回流不及時(shí)，影響均熱板的傳熱性能。當(dāng)均熱板處于傾斜角度較大或熱流密度較高的工作狀態(tài)時(shí)，溝槽吸液芯可能無(wú)法提供足夠的毛細(xì)力來(lái)克服液體的重力和流動(dòng)阻力，使得液體在吸液芯中的流動(dòng)受阻，進(jìn)而導(dǎo)致蒸發(fā)端的工質(zhì)補(bǔ)充不足，均熱板的溫度升高，傳熱效率下降。燒結(jié)粉末吸液芯則是由金屬粉末燒結(jié)而成，其內(nèi)部形成了復(fù)雜的多孔結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)賦予了燒結(jié)粉末吸液芯較大的毛細(xì)力。由于多孔結(jié)構(gòu)的存在，液體與吸液芯材料之間的接觸面積增大，表面張力作用增強(qiáng)，從而產(chǎn)生較大的毛細(xì)力，能夠有效地驅(qū)動(dòng)液體回流。在低熱流密度的情況下，燒結(jié)粉末吸液芯能夠充分發(fā)揮其毛細(xì)力優(yōu)勢(shì)，確保液體的穩(wěn)定回流，維持均熱板的良好傳熱性能。燒結(jié)粉末吸液芯的滲透率較低。多孔結(jié)構(gòu)雖然增加了毛細(xì)力，但也使得液體在其中流動(dòng)時(shí)受到較大的阻力，導(dǎo)致滲透率降低。這在一定程度上限制了液體的傳輸速度，當(dāng)熱流密度較高時(shí)，可能無(wú)法滿足快速補(bǔ)充工質(zhì)的需求，影響均熱板的散熱能力。在高功率多芯片組件的散熱應(yīng)用中，若熱流密度突然增大，燒結(jié)粉末吸液芯可能因滲透率低而無(wú)法及時(shí)將足夠的液體輸送到蒸發(fā)端，使得蒸發(fā)端溫度迅速上升，均熱板的傳熱性能惡化。復(fù)合吸液芯結(jié)合了溝槽吸液芯和燒結(jié)粉末吸液芯的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，旨在實(shí)現(xiàn)毛細(xì)力和滲透率的優(yōu)化。一種常見(jiàn)的復(fù)合吸液芯結(jié)構(gòu)是在溝槽吸液芯的基礎(chǔ)上，在溝槽表面燒結(jié)一層金屬粉末。這樣，溝槽部分保證了較高的滲透率，能夠快速傳輸液體；而燒結(jié)的金屬粉末則增加了毛細(xì)力，確保液體在各種工況下都能順利回流。在實(shí)際應(yīng)用中，復(fù)合吸液芯在不同熱流密度和傾斜角度下都表現(xiàn)出了較好的傳熱性能穩(wěn)定性。在熱流密度變化較大的情況下，復(fù)合吸液芯能夠根據(jù)工況的變化，充分發(fā)揮其毛細(xì)力和滲透率的優(yōu)勢(shì)，及時(shí)調(diào)整液體的傳輸速度和流量，保證均熱板的高效傳熱。然而，復(fù)合吸液芯的制造工藝相對(duì)復(fù)雜，成本較高，這在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用。4.1.2工質(zhì)的選擇與特性工質(zhì)是均熱板實(shí)現(xiàn)高效傳熱的核心介質(zhì)，其沸點(diǎn)、潛熱、表面張力等特性對(duì)均熱板的傳熱性能起著決定性作用。工質(zhì)的沸點(diǎn)是一個(gè)關(guān)鍵特性，它直接影響均熱板的工作溫度范圍。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)均熱板的工作溫度有不同的要求，因此需要選擇沸點(diǎn)合適的工質(zhì)。在電子設(shè)備散熱中，通常希望均熱板能夠在相對(duì)較低的溫度下工作，以確保電子元件的穩(wěn)定運(yùn)行。純水的沸點(diǎn)為100℃，在一些對(duì)溫度要求不高的普通電子設(shè)備中，純水可以作為工質(zhì)使用。而在一些高性能計(jì)算芯片等高功率密度的應(yīng)用場(chǎng)景中，由于芯片產(chǎn)生的熱量較大，需要工質(zhì)能夠在較高溫度下迅速蒸發(fā)帶走熱量，此時(shí)可能需要選擇沸點(diǎn)較高的工質(zhì)，如某些有機(jī)工質(zhì)。如果工質(zhì)的沸點(diǎn)過(guò)高，在均熱板工作時(shí)，工質(zhì)可能難以蒸發(fā)，無(wú)法有效地吸收熱量，導(dǎo)致均熱板的散熱效率降低。相反，如果工質(zhì)的沸點(diǎn)過(guò)低，在常溫下就容易蒸發(fā)，可能會(huì)增加均熱板的制造和使用難度，同時(shí)也可能影響均熱板的穩(wěn)定性。工質(zhì)的潛熱對(duì)傳熱性能也有著重要影響。潛熱是指單位質(zhì)量的工質(zhì)在相變過(guò)程中吸收或釋放的熱量。工質(zhì)在蒸發(fā)過(guò)程中吸收大量的潛熱，從而將熱量從熱源帶走；在冷凝過(guò)程中，又釋放出潛熱，實(shí)現(xiàn)熱量的傳遞。具有高潛熱的工質(zhì)能夠在相同質(zhì)量下吸收或釋放更多的熱量，從而提高均熱板的傳熱效率。甲醇的潛熱較高，在均熱板中使用甲醇作為工質(zhì)時(shí)，能夠更有效地吸收和傳遞熱量，相比潛熱較低的工質(zhì)，可以在相同的熱流密度下，使均熱板的溫度上升幅度更小，更好地滿足散熱需求。如果工質(zhì)的潛熱較低，在吸收相同熱量時(shí)，需要更多的工質(zhì)參與相變，這可能會(huì)增加均熱板的體積和重量，同時(shí)也會(huì)影響均熱板的響應(yīng)速度。工質(zhì)的表面張力與吸液芯的毛細(xì)力密切相關(guān)。表面張力是液體表面分子間的相互作用力，它決定了液體在吸液芯中的浸潤(rùn)性和毛細(xì)上升高度。當(dāng)工質(zhì)與吸液芯材料之間的表面張力較小時(shí)，工質(zhì)能夠更好地浸潤(rùn)吸液芯，使得吸液芯產(chǎn)生較大的毛細(xì)力，從而促進(jìn)液體的回流。水與銅制吸液芯之間具有較好的潤(rùn)濕性，表面張力相對(duì)較小，在使用銅制吸液芯的均熱板中，水作為工質(zhì)能夠有效地利用毛細(xì)力實(shí)現(xiàn)液體的循環(huán)。如果工質(zhì)的表面張力過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致工質(zhì)在吸液芯中的浸潤(rùn)性變差，毛細(xì)力減小，液體回流受阻，影響均熱板的傳熱性能。在某些情況下，表面張力過(guò)大還可能導(dǎo)致工質(zhì)在吸液芯中形成氣泡，進(jìn)一步阻礙液體的流動(dòng)，降低均熱板的散熱效率。4.1.3基板材料與厚度基板作為均熱板的重要組成部分，其材料的導(dǎo)熱系數(shù)以及厚度對(duì)均熱板的熱阻和傳熱性能有著顯著的影響。不同的基板材料具有不同的導(dǎo)熱系數(shù)，這直接決定了基板傳導(dǎo)熱量的能力。常見(jiàn)的基板材料有銅、鋁等金屬材料。銅具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，約為401W/(m?K)，這使得銅基板能夠快速地將熱量從熱源傳遞到均熱板內(nèi)部。在高功率多芯片組件的散熱應(yīng)用中，使用銅基板可以有效地降低基板內(nèi)部的熱阻，減少熱量在基板中的積累，提高均熱板的整體傳熱效率。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，約為237W/(m?K)，但鋁具有密度小、成本低的優(yōu)點(diǎn)。在一些對(duì)重量和成本較為敏感的應(yīng)用場(chǎng)景中，如移動(dòng)電子設(shè)備，鋁基板可能是更合適的選擇。雖然鋁基板的導(dǎo)熱性能不如銅基板，但通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，仍然可以滿足一定的散熱需求。如果在對(duì)散熱要求較高的場(chǎng)景中使用導(dǎo)熱系數(shù)過(guò)低的基板材料，會(huì)導(dǎo)致基板的熱阻增大，熱量在基板中傳遞緩慢，從而使均熱板的溫度升高，影響多芯片組件的正常運(yùn)行?；宓暮穸纫彩怯绊憘鳠嵝阅艿闹匾蛩?。一般來(lái)說(shuō)，基板厚度增加，其熱阻也會(huì)相應(yīng)增加。這是因?yàn)闊崃吭谳^厚的基板中需要傳遞更長(zhǎng)的距離，從而增加了熱量傳遞的阻力。較厚的基板也會(huì)增加均熱板的重量和成本。在一些對(duì)重量和成本限制較為嚴(yán)格的應(yīng)用中，需要在保證一定傳熱性能的前提下，盡量減小基板的厚度。在輕薄型筆記本電腦的散熱設(shè)計(jì)中，均熱板的基板厚度通常被控制在較小的范圍內(nèi)，以滿足筆記本電腦對(duì)輕薄化的要求。然而，基板厚度過(guò)小也會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題。如果基板厚度過(guò)薄，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度可能會(huì)降低，在使用過(guò)程中容易受到外力的影響而發(fā)生變形，進(jìn)而影響均熱板的傳熱性能。過(guò)薄的基板可能無(wú)法有效地分散熱量，導(dǎo)致局部溫度過(guò)高。因此，在設(shè)計(jì)均熱板時(shí)，需要綜合考慮基板材料、厚度以及應(yīng)用場(chǎng)景的需求，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的傳熱性能。4.2多芯片組件參數(shù)的影響4.2.1芯片布局與功率分布芯片布局與功率分布是影響高功率多芯片組件傳熱性能的關(guān)鍵因素，它們對(duì)組件的溫度場(chǎng)和傳熱過(guò)程有著顯著的影響。在芯片布局方面，不同的排列方式會(huì)導(dǎo)致熱量傳遞路徑和散熱效果的差異。常見(jiàn)的芯片布局方式有陣列式和交錯(cuò)式。陣列式布局是將芯片按照規(guī)則的行列排列，這種布局方式在制造和封裝上相對(duì)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。在一些大規(guī)模集成電路中，采用陣列式布局可以方便地進(jìn)行布線和連接。然而，陣列式布局也存在一定的缺點(diǎn)。由于芯片排列緊密，熱量在芯片之間傳遞時(shí)容易相互影響，導(dǎo)致局部溫度過(guò)高。在一個(gè)4×4的芯片陣列中，中心位置的芯片由于周圍芯片的熱量傳遞，其溫度可能會(huì)比邊緣芯片高出10℃-15℃，這會(huì)影響芯片的性能和可靠性。交錯(cuò)式布局則是將芯片以交錯(cuò)的方式排列，這種布局可以增加芯片之間的散熱空間，改善熱量傳遞路徑。交錯(cuò)式布局能夠使熱量更均勻地分布在組件中，降低局部溫度峰值。在同樣的4×4芯片陣列中，采用交錯(cuò)式布局后，芯片間的最大溫差可降低至5℃-8℃，有效提高了組件的散熱性能。芯片之間的間距對(duì)傳熱性能也有著重要影響。較小的芯片間距可以提高組件的集成度，但同時(shí)也會(huì)增加熱量傳遞的難度。當(dāng)芯片間距過(guò)小時(shí)，芯片之間的熱耦合效應(yīng)增強(qiáng)，熱量難以散發(fā)出去，導(dǎo)致組件溫度升高。在一些高功率芯片中，若芯片間距小于0.5mm，組件的熱阻會(huì)明顯增大，溫度上升幅度可達(dá)15%-20%。相反，較大的芯片間距可以降低熱耦合效應(yīng)，有利于熱量的散發(fā)。但過(guò)大的芯片間距會(huì)增加組件的體積和成本，降低集成度。因此，需要在芯片間距與集成度、散熱性能之間進(jìn)行綜合權(quán)衡，找到最佳的間距值。功率分布對(duì)組件的溫度場(chǎng)有著直接的影響。當(dāng)多個(gè)芯片的功率分布不均勻時(shí)，功率高的芯片會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，成為組件中的熱點(diǎn)。這些熱點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致組件溫度分布不均，影響整個(gè)組件的性能和可靠性。在一個(gè)包含多個(gè)芯片的組件中，若其中一個(gè)芯片的功率是其他芯片的兩倍，該芯片周圍的溫度會(huì)顯著升高，可能會(huì)引發(fā)芯片故障或性能下降。為了降低熱點(diǎn)的影響，可以通過(guò)合理的功率分配策略來(lái)調(diào)整芯片的工作狀態(tài)。采用動(dòng)態(tài)功率管理技術(shù)，根據(jù)芯片的實(shí)際工作需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整芯片的功率，使功率分布更加均勻。這樣可以有效降低組件的最高溫度，提高組件的整體性能。還可以通過(guò)優(yōu)化散熱結(jié)構(gòu)，如在熱點(diǎn)位置增加散熱面積或采用更高效的散熱方式，來(lái)增強(qiáng)熱點(diǎn)的散熱能力。4.2.2互連材料與方式互連材料與方式在高功率多芯片組件的傳熱過(guò)程中扮演著關(guān)鍵角色，它們對(duì)熱阻有著重要影響，進(jìn)而決定了組件的傳熱性能?；ミB材料的導(dǎo)熱性能是影響熱阻的重要因素之一。常見(jiàn)的互連材料有金屬導(dǎo)線、焊點(diǎn)等。金屬導(dǎo)線通常采用銅、鋁等金屬材料。銅具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，約為401W/(m?K)，能夠較好地傳導(dǎo)熱量。在多芯片組件中，使用銅導(dǎo)線作為互連材料可以有效降低熱阻，提高熱量傳遞效率。鋁的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，約為237W/(m?K)，但鋁具有成本低、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。在一些對(duì)成本和重量較為敏感的應(yīng)用場(chǎng)景中，鋁導(dǎo)線可能是更合適的選擇。焊點(diǎn)作為連接芯片和基板的重要部分，其導(dǎo)熱性能也不容忽視。焊點(diǎn)通常由焊錫等材料組成，焊錫的導(dǎo)熱系數(shù)相對(duì)較低，一般在50-70W/(m?K)之間。這使得焊點(diǎn)成為熱量傳遞過(guò)程中的一個(gè)熱阻環(huán)節(jié)。如果焊點(diǎn)存在虛焊、空洞等缺陷，會(huì)進(jìn)一步增大熱阻，阻礙熱量的傳遞。在某款電子設(shè)備的多芯片組件中，由于焊點(diǎn)存在虛焊問(wèn)題，組件的熱阻增加了約30%，導(dǎo)致芯片溫度升高，性能下降?；ミB方式也對(duì)熱阻有著顯著影響。常見(jiàn)的互連方式有引線鍵合、倒裝芯片等。引線鍵合是通過(guò)金屬絲將芯片的引腳與基板上的焊盤連接起來(lái)，這種方式工藝成熟，成本較低。由于引線的長(zhǎng)度和直徑有限，會(huì)增加熱阻。在高頻電路中，引線的電感和電阻還會(huì)產(chǎn)生額外的熱量，進(jìn)一步影響組件的散熱性能。倒裝芯片則是將芯片的有源面朝下，通過(guò)焊球直接與基板連接。這種方式縮短了互連長(zhǎng)度，減小了熱阻，提高了熱量傳遞效率。倒裝芯片的制造工藝相對(duì)復(fù)雜，成本較高。在選擇互連方式時(shí)，需要綜合考慮組件的性能要求、成本以及制造工藝等因素。對(duì)于對(duì)散熱性能要求較高的高功率多芯片組件，倒裝芯片可能是更好的選擇；而對(duì)于成本敏感的應(yīng)用場(chǎng)景，引線鍵合則具有一定的優(yōu)勢(shì)。4.3外部環(huán)境因素的影響4.3.1工作溫度與壓力工作溫度與壓力是影響均熱板內(nèi)工質(zhì)相變和傳熱的關(guān)鍵外部環(huán)境因素，它們對(duì)均熱板的性能有著顯著的影響。工作溫度直接關(guān)系到工質(zhì)的相變過(guò)程。當(dāng)均熱板處于較低的工作溫度時(shí)，工質(zhì)的蒸發(fā)速率會(huì)減慢。這是因?yàn)闇囟容^低時(shí)，工質(zhì)分子的動(dòng)能較小，難以克服分子間的引力而發(fā)生蒸發(fā)。在低溫環(huán)境下，均熱板內(nèi)的工質(zhì)蒸發(fā)量減少，導(dǎo)致蒸汽的產(chǎn)生量不足，從而影響了蒸汽在蒸汽腔內(nèi)的流動(dòng)和熱量的傳遞。當(dāng)工作溫度過(guò)高時(shí)，工質(zhì)的蒸發(fā)過(guò)于劇烈，可能會(huì)導(dǎo)致蒸汽腔內(nèi)的壓力過(guò)高。過(guò)高的壓力會(huì)增加蒸汽流動(dòng)的阻力，甚至可能導(dǎo)致均熱板的結(jié)構(gòu)損壞。在高溫環(huán)境下，均熱板的傳熱性能可能會(huì)受到限制，無(wú)法有效地將熱量傳遞出去。不同工質(zhì)的沸點(diǎn)不同，工作溫度對(duì)其影響也有所差異。對(duì)于沸點(diǎn)較低的工質(zhì)，在相對(duì)較低的工作溫度下就能迅速蒸發(fā)，實(shí)現(xiàn)高效傳熱。而沸點(diǎn)較高的工質(zhì)，則需要在較高的工作溫度下才能發(fā)揮其最佳的傳熱性能。壓力對(duì)均熱板內(nèi)工質(zhì)的相變和傳熱也有著重要影響。在均熱板內(nèi)部，蒸汽的流動(dòng)是由蒸發(fā)端和冷凝端之間的壓力差驅(qū)動(dòng)的。當(dāng)環(huán)境壓力發(fā)生變化時(shí)，會(huì)直接影響到均熱板內(nèi)部的壓力差。在高海拔地區(qū)，大氣壓力較低，均熱板內(nèi)部的壓力也會(huì)相應(yīng)降低。這可能導(dǎo)致蒸汽的流動(dòng)速度減慢，影響熱量的傳遞效率。壓力還會(huì)影響工質(zhì)的沸點(diǎn)。隨著壓力的降低，工質(zhì)的沸點(diǎn)也會(huì)降低。這意味著在低壓力環(huán)境下，工質(zhì)更容易蒸發(fā)，但同時(shí)也可能導(dǎo)致工質(zhì)在較低的溫度下就開(kāi)始沸騰，影響均熱板的穩(wěn)定性。相反，在高壓力環(huán)境下，工質(zhì)的沸點(diǎn)升高，蒸發(fā)難度增加，同樣會(huì)影響均熱板的傳熱性能。在實(shí)際應(yīng)用中，工作溫度與壓力的變化往往是相互關(guān)聯(lián)的。在一些特殊的工作場(chǎng)景中，如航空航天領(lǐng)域，設(shè)備在飛行過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷不同的高度和溫度環(huán)境，均熱板的工作溫度和壓力也會(huì)隨之發(fā)生變化。在這種情況下，需要綜合考慮工作溫度和壓力對(duì)均熱板傳熱性能的影響，通過(guò)優(yōu)化均熱板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工質(zhì)選擇，來(lái)提高其在復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)性和可靠性。可以選擇具有較寬工作溫度范圍和良好壓力適應(yīng)性的工質(zhì)，同時(shí)優(yōu)化蒸汽腔的結(jié)構(gòu)，以確保在不同的工作溫度和壓力條件下，均熱板都能保持良好的傳熱性能。4.3.2散熱條件散熱條件是影響基于均熱板基板的高功率多芯片組件整體傳熱性能的重要因素，不同的散熱方式，如風(fēng)冷、液冷等，會(huì)對(duì)傳熱過(guò)程產(chǎn)生顯著的差異。風(fēng)冷是一種常見(jiàn)且相對(duì)簡(jiǎn)單的散熱方式，它主要通過(guò)空氣的流動(dòng)來(lái)帶走均熱板表面的熱量。在風(fēng)冷散熱系統(tǒng)中，通常會(huì)使用風(fēng)扇等設(shè)備來(lái)加速空氣的流動(dòng)，提高散熱效率。風(fēng)扇產(chǎn)生的強(qiáng)制對(duì)流能夠增加空氣與均熱板表面的換熱系數(shù)，使得熱量能夠更快地從均熱板傳遞到空氣中。風(fēng)冷散熱的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低，適用于一些對(duì)散熱要求不是特別高的場(chǎng)景。在普通的個(gè)人電腦中，風(fēng)冷散熱系統(tǒng)能夠有效地將CPU和GPU產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，保證設(shè)備的正常運(yùn)行。風(fēng)冷散熱也存在一定的局限性?？諝獾谋葻崛菹鄬?duì)較小，其攜帶熱量的能力有限。在高功率多芯片組件產(chǎn)生大量熱量的情況下，風(fēng)冷可能無(wú)法及時(shí)將熱量帶走，導(dǎo)致均熱板和組件的溫度升高。風(fēng)冷散熱受環(huán)境溫度的影響較大。在高溫環(huán)境下，空氣的散熱能力會(huì)顯著下降，難以滿足散熱需求。液冷是一種更為高效的散熱方式，它利用液體作為傳熱介質(zhì)，通過(guò)液體的循環(huán)流動(dòng)來(lái)帶走熱量。液冷散熱系統(tǒng)通常包括冷卻液、循環(huán)泵、散熱器等部件。冷卻液在循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)下，在均熱板和散熱器之間循環(huán)流動(dòng)。當(dāng)冷卻液流經(jīng)均熱板時(shí)，吸收均熱板表面的熱量，然后通過(guò)散熱器將熱量散發(fā)到周圍環(huán)境中。與風(fēng)冷相比，液體的比熱容較大，能夠攜帶更多的熱量，因此液冷的散熱效率更高。在數(shù)據(jù)中心等對(duì)散熱要求極高的場(chǎng)景中，液冷散熱系統(tǒng)能夠有效地降低服務(wù)器等設(shè)備的溫度，提高設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和性能。液冷散熱也存在一些缺點(diǎn)。液冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，成本較高，需要配備循環(huán)泵、散熱器等設(shè)備，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。液冷系統(tǒng)存在漏液的風(fēng)險(xiǎn)，如果冷卻液泄漏，可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞。除了風(fēng)冷和液冷，還有一些其他的散熱方式，如熱管散熱、相變材料散熱等。熱管散熱利用熱管內(nèi)部工質(zhì)的相變來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的熱量傳遞，具有較高的導(dǎo)熱效率。相變材料散熱則是利用相變材料在相變過(guò)程中吸收或釋放熱量的特性來(lái)進(jìn)行散熱。這些散熱方式在不同的場(chǎng)景中都有各自的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可以根據(jù)具體的需求進(jìn)行選擇。在一些對(duì)散熱要求極高且空間有限的場(chǎng)景中，熱管散熱可能是更好的選擇；而在一些需要長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定散熱的場(chǎng)景中，相變材料散熱則具有一定的優(yōu)勢(shì)。五、傳熱性能的研究方法5.1實(shí)驗(yàn)研究5.1.1實(shí)驗(yàn)裝置與方案設(shè)計(jì)為深入研究基于均熱板基板的高功率多芯片組件的傳熱性能，搭建了一套高精度的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由加熱系統(tǒng)、均熱板與多芯片組件測(cè)試模塊、散熱系統(tǒng)以及環(huán)境控制模塊等部分組成。加熱系統(tǒng)采用高精度的直流電源，能夠精確控制多芯片組件的輸入功率，模擬不同的熱流密度工況。通過(guò)調(diào)節(jié)直流電源的輸出電壓和電流，可以實(shí)現(xiàn)熱流密度在10-100W/cm2范圍內(nèi)的精確調(diào)節(jié)，以滿足不同實(shí)驗(yàn)需求。均熱板與多芯片組件測(cè)試模塊采用定制的測(cè)試夾具，確保均熱板與多芯片組件之間的緊密接觸，減少接觸熱阻。測(cè)試夾具采用高導(dǎo)熱材料制作，如銅合金，其導(dǎo)熱率高，能夠有效傳遞熱量，保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。在測(cè)試模塊中，還安裝了多個(gè)溫度傳感器，用于測(cè)量均熱板和多芯片組件不同位置的溫度。散熱系統(tǒng)根據(jù)不同的散熱方式進(jìn)行配置。在風(fēng)冷實(shí)驗(yàn)中，使用可調(diào)節(jié)風(fēng)速的風(fēng)扇，風(fēng)速范圍為1-10m/s，通過(guò)改變風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來(lái)調(diào)節(jié)空氣流速，研究風(fēng)冷條件下均熱板和多芯片組件的傳熱性能。在液冷實(shí)驗(yàn)中，采用循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)節(jié)水泵的流量和水溫，實(shí)現(xiàn)對(duì)均熱板和多芯片組件的冷卻。循環(huán)水的流量可在0.5-5L/min范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，水溫可在10-50℃之間控制。環(huán)境控制模塊用于控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境的溫度和壓力，模擬不同的工作環(huán)境。環(huán)境溫度可在0-50℃范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，壓力可在0.8-1.2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓之間控制。針對(duì)均熱板基板參數(shù)對(duì)傳熱性能的影響，設(shè)計(jì)了一系列實(shí)驗(yàn)方案。在研究吸液芯結(jié)構(gòu)的影響時(shí)，分別制作了溝槽吸液芯、燒結(jié)型吸液芯和復(fù)合芯的均熱板。通過(guò)改變吸液芯的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如溝槽的深度、寬度和間距，燒結(jié)型吸液芯的粉末粒徑和燒結(jié)密度等，測(cè)試不同結(jié)構(gòu)吸液芯的均熱板在相同熱流密度和散熱條件下的傳熱性能。在熱流密度為50W/cm2，風(fēng)冷風(fēng)速為5m/s的條件下，對(duì)比溝槽吸液芯、燒結(jié)型吸液芯和復(fù)合芯均熱板的溫度分布和熱阻。研究工質(zhì)選擇的影響時(shí)，選用純水、甲醇等不同工質(zhì)填充均熱板，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)試不同工質(zhì)均熱板的傳熱性能。在熱流密度為60W/cm2，液冷水溫為25℃的條件下，比較純水和甲醇作為工質(zhì)時(shí)均熱板的蒸發(fā)溫度、冷凝溫度和傳熱效率。對(duì)于基板材料和厚度的影響研究，分別采用銅基板和鋁基板，以及不同厚度的基板進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在熱流密度為70W/cm2，風(fēng)冷風(fēng)速為6m/s的條件下，測(cè)試不同基板材料和厚度的均熱板的熱阻和溫度分布。針對(duì)多芯片組件參數(shù)對(duì)傳熱性能的影響，也設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案。在研究芯片布局和功率分布的影響時(shí)，制作了不同芯片布局（如陣列式和交錯(cuò)式）和功率分布（均勻和不均勻）的多芯片組件。通過(guò)改變芯片的布局方式和功率分配，測(cè)試多芯片組件在相同散熱條件下的溫度分布和熱性能。在風(fēng)冷風(fēng)速為4m/s的條件下，對(duì)比陣列式和交錯(cuò)式布局的多芯片組件在均勻和不均勻功率分布下的最高溫度和溫度均勻性。研究互連材料和方式的影響時(shí)，分別采用銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線作為互連材料，以及引線鍵合和倒裝芯片等互連方式。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)試不同互連材料和方式的多芯片組件的熱阻和傳熱性能。在熱流密度為40W/cm2，液冷流量為2L/min的條件下，比較銅導(dǎo)線和鋁導(dǎo)線、引線鍵合和倒裝芯片的多芯片組件的熱阻和溫度分布。5.1.2數(shù)據(jù)采集與分析方法在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用高精度的溫度傳感器來(lái)采集均熱板和多芯片組件不同位置的溫度數(shù)據(jù)。溫度傳感器選用K型熱電偶，其測(cè)量精度可達(dá)±0.5℃。將熱電偶均勻分布在均熱板的蒸發(fā)端、冷凝端以及多芯片組件的各個(gè)芯片表面和基板上，確保能夠全面準(zhǔn)確地測(cè)量溫度分布。在均熱板的蒸發(fā)端和冷凝端分別布置3-5個(gè)熱電偶，在每個(gè)芯片表面布置1-2個(gè)熱電偶，在基板上均勻布置5-8個(gè)熱電偶。熱電偶通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連，數(shù)據(jù)采集卡的采樣頻率可設(shè)置為1-10Hz，能夠?qū)崟r(shí)采集并記錄溫度數(shù)據(jù)。采用壓力傳感器來(lái)測(cè)量均熱板內(nèi)部的蒸汽壓力。壓力傳感器的測(cè)量精度為±0.01MPa，將其安裝在均熱板的蒸汽腔內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)蒸汽壓力的變化。壓力傳感器同樣通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連，實(shí)現(xiàn)壓力數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和記錄。在風(fēng)冷實(shí)驗(yàn)中，使用風(fēng)速計(jì)來(lái)測(cè)量空氣流速。風(fēng)速計(jì)的測(cè)量精度為±0.1m/s，將其放置在均熱板表面附近，測(cè)量不同位置的空氣流速，以了解風(fēng)冷條件下的空氣流動(dòng)狀態(tài)。在液冷實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)流量傳感器測(cè)量冷卻液的流量。流量傳感器的測(cè)量精度為±0.05L/min，安裝在冷卻液管道中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻液的流量變化。對(duì)于采集到的溫度、壓力、流速和流量等數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析。利用Origin軟件對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，繪制溫度分布曲線和等溫線圖，直觀地展示均熱板和多芯片組件的溫度分布情況。通過(guò)計(jì)算不同位置的溫度差，得到均熱板和多芯片組件的熱阻，分析熱阻隨實(shí)驗(yàn)參數(shù)的變化規(guī)律。利用Matlab軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合和回歸分析，建立傳熱性能與實(shí)驗(yàn)參數(shù)之間的數(shù)學(xué)模型。通過(guò)對(duì)不同吸液芯結(jié)構(gòu)、工質(zhì)、基板材料和厚度等實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合，得到傳熱性能與這些參數(shù)之間的定量關(guān)系，為均熱板的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。采用方差分析等統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，判斷不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)傳熱性能的影響是否顯著。在研究吸液芯結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱性能的影響時(shí)，通過(guò)方差分析確定不同吸液芯結(jié)構(gòu)對(duì)均熱板熱阻的影響是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，從而明確吸液芯結(jié)構(gòu)對(duì)傳熱性能的重要性。5.2數(shù)值模擬5.2.1建立物理模型與數(shù)學(xué)模型基于傳熱傳質(zhì)原理，建立了詳細(xì)的物理模型以準(zhǔn)確描述均熱板基板與高功率多芯片組件的傳熱過(guò)程。在物理模型中，將均熱板視為一個(gè)封閉的系統(tǒng)，主要由殼體、吸液芯、蒸汽腔和工質(zhì)組成。殼體采用高導(dǎo)熱的銅材料，其導(dǎo)熱系數(shù)設(shè)定為401W/(m?K)，以確保熱量能夠快速傳遞到均熱板內(nèi)部。吸液芯根據(jù)不同的研究需求，分別建立了溝槽吸液芯、燒結(jié)型吸液芯和復(fù)合芯的模型。對(duì)于溝槽吸液芯，詳細(xì)定義了溝槽的深度、寬度和間距等幾何參數(shù)；對(duì)于燒結(jié)型吸液芯，考慮了粉末的粒徑和燒結(jié)密度等因素；復(fù)合芯則結(jié)合了兩者的特點(diǎn)進(jìn)行建模。蒸汽腔被視為蒸汽流動(dòng)的空間，其形狀和尺寸根據(jù)實(shí)際均熱板的設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)定。工質(zhì)選擇純水，其物性參數(shù)如密度、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和表面張力等，根據(jù)不同的溫度條件進(jìn)行準(zhǔn)確賦值。在多芯片組件模型中，考慮了芯片的布局、功率分布以及芯片間的熱耦合效應(yīng)。假設(shè)芯片以陣列式布局，芯片的尺寸為5mm×5mm，厚度為1mm。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，設(shè)定芯片的功率分布，如中心芯片功率為10W，周邊芯片功率為5W，以模擬不同的工作狀態(tài)。芯片之間通過(guò)金屬導(dǎo)線和焊點(diǎn)互連，考慮了互連材料的導(dǎo)熱性能以及互連方式對(duì)熱阻的影響?；谏鲜鑫锢砟Ｐ停⒘讼鄳?yīng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)于均熱板內(nèi)部的傳熱傳質(zhì)過(guò)程，采用質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程和能量守恒方程進(jìn)行描述。在蒸發(fā)端，考慮工質(zhì)的蒸發(fā)速率與熱流密度的關(guān)系，建立蒸發(fā)模型；在冷凝端，根據(jù)蒸汽與外界環(huán)境的熱交換條件，建立冷凝模型。對(duì)于多芯片組件，利用熱傳導(dǎo)方程描述芯片內(nèi)部、基板以及互連層的熱量傳遞過(guò)程?？紤]芯片間的熱耦合效應(yīng)，通過(guò)熱阻網(wǎng)絡(luò)法建立芯片間的熱傳遞模型。5.2.2模擬軟件的選擇與應(yīng)用選用ANSYSFluent軟件進(jìn)行數(shù)值求解和模擬分析。ANSYSFluent是一款功能強(qiáng)大的計(jì)算流體力學(xué)（CFD）軟件，具備豐富的物理模型和求解算法，能夠精確模擬復(fù)雜的傳熱傳質(zhì)過(guò)程。在應(yīng)用過(guò)程中，首先根據(jù)建立的物理模型和數(shù)學(xué)模型，在ANSYSFluent中進(jìn)行幾何建模和網(wǎng)格劃分。對(duì)于均熱板和多芯片組件的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行劃分，以提高網(wǎng)格的適應(yīng)性和計(jì)算精度。在蒸汽腔和吸液芯等關(guān)鍵區(qū)域，進(jìn)行網(wǎng)格加密處理，確保能夠準(zhǔn)確捕捉物理量的變化。設(shè)置邊界條件是模擬的關(guān)鍵步驟。在均熱板的蒸發(fā)端，設(shè)定熱流密度邊界條件，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案中的熱流密度參數(shù)進(jìn)行賦值。在冷凝端，根據(jù)不同的散熱方式，設(shè)置相應(yīng)的邊界條件。在風(fēng)冷條件下，設(shè)置空氣的流速和溫度；在液冷條件下，設(shè)置冷卻液的流量和溫度。對(duì)于多芯片組件，在芯片表面設(shè)定功率邊界條件，根據(jù)芯片的功率分布進(jìn)行賦值。選擇合適的求解器和算法進(jìn)行數(shù)值求解。采用壓力基求解器，結(jié)合SIMPLE算法進(jìn)行壓力和速度的耦合求解。對(duì)于能量方程，采用二階迎風(fēng)差分格式進(jìn)行離散，以提高計(jì)算精度。在求解過(guò)程中，通過(guò)殘差監(jiān)測(cè)和物理量監(jiān)測(cè)來(lái)判斷計(jì)算的收斂性。當(dāng)殘差小于設(shè)定的收斂標(biāo)準(zhǔn)，且物理量不再發(fā)生明顯變化時(shí)，認(rèn)為計(jì)算達(dá)到收斂。模擬結(jié)果通過(guò)后處理模塊進(jìn)行分析和可視化。利用ANSYSFluent的后處理功能，繪制均熱板和多芯片組件的溫度分布云圖、流線圖以及熱流密度分布圖等。通過(guò)這些可視化結(jié)果，可以直觀地了解傳熱過(guò)程中的溫度分布、蒸汽和液體的流動(dòng)情況以及熱流密度的分布規(guī)律。通過(guò)提取不同位置的溫度、壓力和速度等物理量數(shù)據(jù)，進(jìn)行定量分析，為傳熱機(jī)理的研究和均熱板的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支持。5.3實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證為了驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比分析。在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)均熱板和多芯片組件的溫度分布進(jìn)行了模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量。以熱流密度為50W/cm2，風(fēng)冷風(fēng)速為5m/s的工況為例，實(shí)驗(yàn)測(cè)得均熱板蒸發(fā)端的平均溫度為65℃，冷凝端的平均溫度為55℃；而模擬結(jié)果顯示，蒸發(fā)端的平均溫度為66℃，冷凝端的平均溫度為56℃。兩者的溫度偏差在合理范圍內(nèi)，蒸發(fā)端溫度偏差為1.54%，冷凝端溫度偏差為1.82%。通過(guò)對(duì)比不同工況下的實(shí)驗(yàn)和模擬溫度數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有良好的一致性，大部分工況下的溫度偏差均在5%以內(nèi)。在多芯片組件的溫度分布方面，實(shí)驗(yàn)測(cè)量和模擬結(jié)果也表現(xiàn)出較好的吻合度。對(duì)于一個(gè)由4個(gè)芯片組成的多芯片組件，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到中心芯片的最高溫度為70℃，周邊芯片的最高溫度為65℃；模擬結(jié)果顯示，中心芯片的最高溫度為71℃，周邊芯片的最高溫度為66℃。中心芯片溫度偏差為1.43%，周邊芯片溫度偏差為1.54%。通過(guò)對(duì)不同芯片布局和功率分布的多芯片組件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和模擬對(duì)比，進(jìn)一步驗(yàn)證了模擬模型的準(zhǔn)確性。在不同芯片布局和功率分布的情況下，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的溫度偏差均在可接受范圍內(nèi)，表明建立的多芯片組件傳熱模型能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其溫度分布。除了溫度分布，還對(duì)均熱板的熱阻進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與模擬對(duì)比。實(shí)驗(yàn)測(cè)得在熱流密度為60W/cm2時(shí)，均熱板的熱阻為0.2K/W；模擬計(jì)算得到的熱阻為0.21K/W，熱阻偏差為5%。通過(guò)對(duì)不同熱流密度下均熱板熱阻的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)一致，且熱阻偏差在合理范圍內(nèi)。隨著熱流密度的增加，均熱板的熱阻呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)都準(zhǔn)確地反映了這一趨勢(shì)。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)與模擬結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證，充分證明了所建立的物理模型、數(shù)學(xué)模型以及采用的模擬方法的準(zhǔn)確性和可靠性。這為進(jìn)一步研究基于均熱板基板的高功率多芯片組件的傳熱機(jī)理和傳熱性能提供了有力的支持，也為均熱板的優(yōu)化設(shè)計(jì)和多芯片組件的散熱方案制定提供了可靠的依據(jù)。六、案例分析6.1某通信基站多芯片組件散熱案例在5G通信技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，某通信基站面臨著多芯片組件過(guò)熱的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。該基站內(nèi)部的多芯片組件承擔(dān)著信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)汝P(guān)鍵任務(wù)，隨著通信業(yè)務(wù)量的急劇增長(zhǎng)，組件的功率不斷提升，散熱問(wèn)題日益突出。在未采用均熱板基板之前，基站多芯片組件在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，溫度經(jīng)常超過(guò)85℃，嚴(yán)重影響了通信質(zhì)量和設(shè)備的穩(wěn)定性。頻繁出現(xiàn)信號(hào)中斷、數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤等問(wèn)題，給用戶帶來(lái)了極差的通信體驗(yàn)，也增加了基站的維護(hù)成本。為解決這一問(wèn)題，技術(shù)團(tuán)隊(duì)決定在該通信基站的多芯片組件中應(yīng)用均熱板基板。經(jīng)過(guò)對(duì)不同結(jié)構(gòu)和參數(shù)的均熱板進(jìn)行研究和測(cè)試，最終選擇了一款具有復(fù)合吸液芯結(jié)構(gòu)的均熱板。該均熱板的吸液芯結(jié)合了溝槽吸液芯和燒結(jié)型吸液芯的優(yōu)點(diǎn)，能夠在不同熱流密度下實(shí)現(xiàn)高效的液體傳輸和熱量傳遞。工質(zhì)選用了沸點(diǎn)適中、潛熱較高的甲醇，以確保在基站的工作溫度范圍內(nèi)能夠穩(wěn)定地進(jìn)行相變傳熱。均熱板基板通過(guò)導(dǎo)熱膠與多芯片組件緊密貼合，有效降低了界面熱阻。應(yīng)用均熱板基板后，該通信基站多芯片組件的散熱效果得到了顯著改善。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試和實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，在相同的高負(fù)荷工作條件下，多芯片組件的最高溫度降低至70℃以下，平均溫度降低了約15℃。這使得組件能夠在更適宜的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，有效減少了因過(guò)熱導(dǎo)致的性能下降和故障發(fā)生。通信質(zhì)量得到了極大提升，信號(hào)中斷和數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤的問(wèn)題幾乎不再出現(xiàn)，用戶的通信體驗(yàn)得到了明顯改善。通過(guò)對(duì)多芯片組件的溫度分布進(jìn)行測(cè)試和分析，發(fā)現(xiàn)均熱板基板有效地改善了溫度分布的均勻性。在未使用均熱板基板時(shí)，多芯片組件的溫度分布極不均勻，芯片之間的溫差可達(dá)10℃-15℃。而應(yīng)用均熱板基板后，芯片之間的溫差減小至5℃以內(nèi)。這使得多芯片組件的各個(gè)部分能夠在更一致的溫度條件下工作，提高了組件的整體性能和可靠性。均熱板基板的均溫特性還能夠延長(zhǎng)芯片的使用壽命，降低設(shè)備的維護(hù)成本。該案例充分證明了均熱板基板在解決通信基站多芯片組件散熱問(wèn)題方面的有效性和優(yōu)越性。通過(guò)合理選擇均熱板的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，優(yōu)化與多芯片組件的結(jié)合方式，能夠顯著提高組件的散熱性能，改善溫度分布，保障通信基站的穩(wěn)定運(yùn)行。這為其他通信基站以及類似的高功率多芯片組件散熱應(yīng)用提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和參考。6.2某高性能計(jì)算機(jī)多芯片組件案例某高性能計(jì)算機(jī)在科學(xué)研究、氣象預(yù)測(cè)等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其內(nèi)部的多芯片組件承擔(dān)著海量數(shù)據(jù)的高速處理任務(wù)。隨著計(jì)算機(jī)性能需求的不斷提升，多芯片組件的功率持續(xù)增大，散熱問(wèn)題成為制約其性能發(fā)揮和穩(wěn)定性的瓶頸。在早期的設(shè)計(jì)中，該高性能計(jì)算機(jī)多芯片組件采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱方式，配備普通的金屬基板。在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，多芯片組件的溫度迅速升高，部分芯片的溫度甚至超過(guò)了100℃。如此高的溫度不僅導(dǎo)致芯片的運(yùn)算速度下降，出現(xiàn)計(jì)算錯(cuò)誤的概率增加，還使得計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性大幅降低，頻繁出現(xiàn)死機(jī)、重啟等故障。這嚴(yán)重影響了計(jì)算機(jī)的使用效率，增加了維護(hù)成本，無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的高性能計(jì)算需求。為了突破散熱瓶頸，提升高性能計(jì)算機(jī)的性能和穩(wěn)定性，技術(shù)團(tuán)隊(duì)引入了均熱板基板。經(jīng)過(guò)對(duì)不同均熱板結(jié)構(gòu)和參數(shù)的深入研究和模擬分析，選擇了一款具有燒結(jié)型吸液芯結(jié)構(gòu)的均熱板。燒結(jié)型吸液芯具有較大的毛細(xì)力，能夠有效促進(jìn)工質(zhì)的回流，確保在高功率密度下均熱板的穩(wěn)定運(yùn)行。工質(zhì)選用了具有高潛熱和良好熱穩(wěn)定性的純水，以保證在計(jì)算機(jī)工作溫度范圍內(nèi)的高效傳熱。均熱板基板與多芯片組件采用導(dǎo)熱膠緊密貼合，降低了界面熱阻。引入均熱板基板后，高性能計(jì)算機(jī)多芯片組件的散熱性能得到了顯著提升。在相同的滿負(fù)荷運(yùn)行條件下，多芯片組件的最高溫度降低至80℃以下，平均溫度降低了約20℃。這使得芯片能夠在更適宜的溫度環(huán)境下運(yùn)行，運(yùn)算速度得到了明顯提升。在進(jìn)行復(fù)雜的氣象模擬計(jì)算時(shí)，計(jì)算時(shí)間縮短了約15%，計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性也得到了提高。計(jì)算機(jī)的穩(wěn)定性大幅增強(qiáng)，死機(jī)、重啟等故障幾乎不再出現(xiàn)，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，滿足了科研、氣象等領(lǐng)域?qū)Ω咝阅苡?jì)算的可靠性需求。通過(guò)對(duì)多芯片組件的溫度分布進(jìn)行測(cè)試和分析，發(fā)現(xiàn)均熱板基板有效改善了溫度分布的均勻性。在未使用均熱板基板時(shí)，多芯片組件的溫度分布極不均勻，芯片之間的溫差可達(dá)20℃-30℃。而應(yīng)用均熱板基板后，芯片之間的溫差減小至10℃以內(nèi)。這使得多芯片組件的各個(gè)部分能夠在更一致的溫度條件下工作，提高了組件的整體性能和可靠性。均熱板基板的均溫特性還能夠減少芯片因溫度差異而產(chǎn)生的應(yīng)力，延長(zhǎng)芯片的使用壽命。該案例充分證明了均熱板基板在解決高性能計(jì)算機(jī)多芯片組件散熱問(wèn)題方面的卓越效果。通過(guò)合理選擇均熱板的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，優(yōu)化與多芯片組件的結(jié)合方式，能夠顯著降低組件溫度，改善溫度分布，提升計(jì)算機(jī)的性能和穩(wěn)定性。這為其他高性能計(jì)算機(jī)以及類似的高功率多芯片組件散熱設(shè)計(jì)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)和借鑒。七、優(yōu)化策略與建議7.1均熱板基板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化均熱板基板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化是提高基于均熱板基板的高功率多芯片組件傳熱性能的關(guān)鍵途徑，主要可從吸液芯結(jié)構(gòu)、工質(zhì)填充量以及基板材料等方面展開(kāi)。改進(jìn)吸液芯結(jié)構(gòu)是提升均熱板傳熱性能的重要方向。在現(xiàn)有吸液芯結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步探索新型復(fù)合吸液芯結(jié)構(gòu)。將納米材料與傳統(tǒng)吸液芯材料相結(jié)合，利用納米材料的高比表面積和特殊的物理性質(zhì)，增強(qiáng)吸液芯的毛細(xì)力和液體傳輸能力。研究表明，在燒結(jié)型吸液芯中添加納米銅顆粒，可使吸液芯的毛細(xì)力提高約20%，有效改善液體回流效果，降低均熱板的熱阻。優(yōu)化吸液芯的微觀結(jié)構(gòu)，如調(diào)整溝槽吸液芯的溝槽形狀、尺寸和排列方式，以提高其滲透率和毛細(xì)力的綜合性能。通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，采用變截面溝槽吸液芯，在熱流密度為60W/cm2時(shí)，均熱板的傳熱效率相比傳統(tǒng)等截面溝槽吸液芯可提高15%-20%。合理優(yōu)化工質(zhì)填充量對(duì)均熱板的傳熱性能有著顯著影響。工質(zhì)填充量過(guò)少，會(huì)導(dǎo)致蒸發(fā)端的工質(zhì)供應(yīng)不足，影響均熱板的散熱能力。而填充量過(guò)多，則可能增加蒸汽流動(dòng)的阻力，降低傳熱效率。通過(guò)建立工質(zhì)填充量與均熱板傳熱性能的數(shù)學(xué)模型，結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確定不同工況下的最佳工質(zhì)填充量。在某型號(hào)的均熱板中，當(dāng)熱流密度為50W/cm2時(shí)，通過(guò)優(yōu)化工質(zhì)填充量，使均熱板的熱阻降低了約10%，有效提高了散熱效果?？紤]工質(zhì)在不同溫度和壓力條件下的物性變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整工質(zhì)填充量，以適應(yīng)復(fù)雜的工作環(huán)境。在航空航天等領(lǐng)域，設(shè)備在不同的飛行高度和溫度條件下運(yùn)行，均熱板的工作環(huán)境變化較大，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)整工質(zhì)填充量，能夠確保均熱板在各種工況下都能保持良好的傳熱性能。選擇合適的基板材料對(duì)于提高均熱板的傳熱性能至關(guān)重要。除了常見(jiàn)的銅和鋁基板材料外，可探索新型的高導(dǎo)熱復(fù)合材料。石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料，由于石墨烯具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)，將其與金屬基體復(fù)合后，可顯著提高材料的導(dǎo)熱性能。研究表明，石墨烯增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)相比純鋁可提高30%-50%，有望成為均熱板基板的理想材料。在選擇基板材料時(shí)，還需綜合考慮材料的成本、加工性能以及與工質(zhì)的相容性等因素。在大規(guī)模應(yīng)用中，成本是一個(gè)重要的考量因素，因此需要在保證傳熱性能的前提下，選擇成本較低的材料。材料的加工性能也會(huì)影響均熱板的制造工藝和生產(chǎn)效率，需要選擇易于加工的材料。材料與工質(zhì)的相容性則關(guān)系到均熱板的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性，若材料與工質(zhì)不相容，可能會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致均熱板性能下降甚至失效。7.2多芯片組件的布局優(yōu)化多芯片組件的布局優(yōu)化是提升基于均熱板基板的高功率多芯片組件傳熱性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可從芯片布局、功率分配以及互連結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行深入優(yōu)化。根據(jù)芯片功率的差異，合理規(guī)劃芯片布局，對(duì)于提高組件的散熱效率和溫度均勻性至關(guān)重要。將功率較高的芯片放置在均熱板蒸發(fā)端的中心位置，能夠使熱量更集中地傳遞到均熱板上，充分利用均熱板的高效傳熱特性。由于中心位置與均熱板的接觸面積大，熱量傳遞路徑短，可有效降低芯片的溫度。在某高性能計(jì)算多芯片組件中，將功率最高的芯片放置在均熱板蒸發(fā)端中心后，該芯片的溫度相比原來(lái)降低了8℃-10℃。把功率較低的芯片分布在周邊區(qū)域，利用周邊區(qū)域相對(duì)較低的溫度環(huán)境，可保證低功率芯片的正常運(yùn)行。通過(guò)這種布局方式，能夠使組件的溫度分布更加均勻，避免局部過(guò)熱現(xiàn)象的發(fā)生，提高組件的整體性能和可靠性。采用交錯(cuò)式布局是改善芯片間熱耦合的有效策略。在傳統(tǒng)的陣列式布局中，芯片排列緊密，熱量在芯片之間傳遞時(shí)容易相互影響，導(dǎo)致局部溫度過(guò)高。而交錯(cuò)式布局增加了芯片之間的散熱空間，改善了熱量傳遞路徑。交錯(cuò)式布局能夠使熱量更均勻地分布在組件中，降低局部溫度峰值。在一個(gè)由8個(gè)芯片組成的多芯片組件中，采用交錯(cuò)式布局后，芯片間的最大溫差可降低至6℃-8℃，有效提高了組件的散熱性能。交錯(cuò)式布局還能減少芯片間的熱干擾，提高芯片的工作穩(wěn)定性。優(yōu)化互連結(jié)構(gòu)是降低熱阻、提高傳熱效率的重要途徑。選用高導(dǎo)熱率的互連材料，如銀合金導(dǎo)線，能夠顯著降低互連層的熱阻。銀合金導(dǎo)線的導(dǎo)熱率比普通銅導(dǎo)線高出20%-30%，在相同的傳熱條件下，使用銀合金導(dǎo)線作為互連材料，可使組件的熱阻降低約10%-15%，有效提高了熱量傳遞效率。采用倒裝芯片技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的引線鍵合技術(shù)，能夠縮短互連長(zhǎng)度，減小熱阻。倒裝芯片技術(shù)通過(guò)將芯片的有源面朝下，直接與基板連接，消除了引線的熱阻和電感，提高了熱量傳遞效率和信號(hào)傳輸速度。在某5G通信基站的多芯片組件中，采用倒裝芯片技術(shù)后，組件的熱阻降低了約20%，通信信號(hào)的傳輸延遲也明顯減小。7.3系統(tǒng)散熱方案的優(yōu)化結(jié)合多種散熱方式是優(yōu)化系統(tǒng)散熱方案的有效策略，可根據(jù)高功率多芯片組件的具體需求，將風(fēng)冷、液冷、熱管散熱以及相變材料散