CN104216490B - 一种计算机芯片液态冷却散热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种计算机芯片液态冷却散热系统，使用高导热和低粘粘滞系数的导热油作为冷却液，还包括冷却液泵、界面集热器(冷头)、液冷散热器、冷却液箱和液管等。本发明将高导热和低粘粘滞系数导热油作为冷却液并设计采用新型冷却系统，芯片散热性能高于水冷效果，满足目前已知高功率高集成度计算机芯片散热技术要求，具有比已有的水基冷却液技术和液态金属散热技术样机更加实用和可靠的应用性能。

Description

一种计算机芯片液态冷却散热系统

技术领域

本发明涉及计算机芯片散热技术领域，尤其涉及一种使液态冷却散热系统。

背景技术

近年来，高度集成的计算机芯片热障关键问题，已成为制约其持续发展的技术瓶颈之一。目前，解决计算机芯片大功耗高密度散热的主流技术发展方向是研发液态冷却方法，利用冷却液强化芯片散热的效果。水基冷却液技术和液态金属散热技术已经有大量研究报导，在芯片冷却实验研究和尝试应用方面取得了一定的进展，但是距离满足产品应用需求还存在严重的瓶颈，例如：水基冷却液主要是沸点较低，在热交换界面会产生气泡、蒸发从而造成散失和阻热，继而导致腐蚀和器件过热烧毁，另外，其不利于微型化，当气温处于零度以下时会结冰膨胀；而液态金属冷却液可选择的材料十分缺乏，价格昂贵和资源稀缺的镓是其主要冷却液成分，当温度低于镓的熔点(29.77℃)时即相变为固体而发生膨胀，从而对流动管道的要求极高,其可靠性尚有待提高。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种实用可靠、运行稳定、冷却效率高、成本要求相对较低的液态冷却散热系统。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种优越的液冷散热系统，其可满足本领域相关应用产品需求，为发展大功率芯片散热技术开辟一条全新的途径，构建出大功率高集成度计算机芯片的基冷却液散热技术系统，具有比已有的水基冷却液技术和液态金属散热技术样机更加实用和可靠的应用性能。

本发明的计算机芯片液态冷却散热系统，使用导热油作为冷却液。

进一步地，导热油的主要成分包括烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃或链状结构的聚有机硅氧烷中的一种。

进一步地，聚有机硅氧烷的类型包括甲基、乙基、苯基、氯苯基、三氟丙基或硅氧烷。

进一步地，导热油的制备包括以下步骤：

步骤1、初缩聚环体，即环体经裂解、精馏制得低环体；

步骤2、将环体、封头剂、催化剂一起加料，调整反应配比，得到各种不同聚合度的混合物；

步骤3、减压精馏除去低沸物。

进一步地，导热油的相对密度为0.8-2.0g/cm³，热导率为0.5-5w/mk，凝固点小于-45℃。

进一步地，本发明的计算机芯片液态冷却散热系统还包括冷却液泵、界面集热器(冷头)、液冷散热器(散热排)、冷却液箱、液管；冷却液泵、界面集热器、液冷散热器和冷却液箱通过液管依次连通，从而实现了作为冷却液的导热油在以上各部件间的循环流通。

进一步地，界面集热器的形状或/和固定方式按需要冷却的对象进行设置。

进一步地，需要冷却的对象包括CPU、主板、内存、显卡等，即根据以上对象设置相应的CPU冷头、主板冷头、内存冷头、显卡冷头等。

进一步地，冷却液泵是双腔并联压电泵或静电驱动静音泵。

进一步地，当导热油具有绝缘性能时，界面集热器还可以设置开口，需要冷却的对象可通过开口进入界面集热器，从而与界面集热器中的导热油直接接触，即需要冷却的对象直接被浸入导热油冷却液中。

与现有计算机芯片散热技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、芯片散热器体积可作得更小，而散热能力则显著优于现有水冷方法。

2、集肋片散热和对流冷却散热于一体，大大拓展了传统散热方式的散热表面。多个散热器还可组合成更为丰富的结构，因而适用面更宽。

3、噪音低，导热油散热器运行时，工质噪音极小。

4、适用各种发热电子元器件的散热。

5、导热油散热技术可发挥作用的空间大，可扩充出很多散热器应用方案和领域。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的液态冷却散热系统架构图。

具体实施方式

如图1所示，是一种基于本发明的液态冷却散热系统的架构图。该系统包括冷却液泵、界面集热器(冷头)、液冷散热器和冷却液箱，图中箭头线表示将以上各部件连通的液管。冷却液箱用于存储冷却液，在冷却泵的驱动下，冷却液在系统内沿图中箭头方向循环。冷却泵优选地采用双腔并联压电泵或静电驱动静音泵。界面集热器与需要冷却的对象直接接触，如CPU、主板、内存、显卡等等。界面集热器的形状尺寸以及固定方式与需要冷却的对象相配合，如对于CPU来说，相应的CPU冷头其形状尺寸需配合CPU的芯片面积，固定方式可以采用与传统的CPU风扇相同的固定结构，如卡扣、锁条等等。液冷散热器优选采用肋片结构或与其类似的能有效扩大散热表面积的结构，还可以加装风扇对散热器的肋片进行风冷。

本实施例中使用的冷却液采用不同导热系数的导热油，该导热油冷却液体的主要成分是烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃或链状结构的聚有机硅氧烷等化合物，其中聚有机硅氧烷化合物包括甲基、乙基、苯基、氯苯基、三氟丙基或者硅氧烷等类型。其制备包括以下步骤：

步骤1、初缩聚环体，即环体经裂解、精馏制得低环体；

步骤2、将环体、封头剂、催化剂一起加料，调整反应配比，得到各种不同聚合度的混合物；

步骤3、减压精馏除去低沸物。

导热油的相对密度优选为0.8-2.0g/cm3，热导率优选为0.5-5w/mk，凝固点优选小于-45℃。

将导热油冷却液注入冷却散热系统，当冷却散热系统工作时，导热油冷却液被冷却液泵推动在液管中流动，循环经过具有高导热率的界面集热器(冷头)，在经过界面集热器(冷头)时冷却液吸收芯片产生的热量，随后又流入液冷散热器(散热排和集肋片)，通过散热器释放掉吸收的热量。界面集热器(冷头)针对不同的芯片散热需求，分为CPU冷头、主板冷头、内存冷头、显卡冷头等。

本实施例中使用功耗为360W的台式计算机，安装导热油冷却液冷却系统，在室温为30℃时，主要界面集热器为CPU冷头、主板冷头、内存冷头、显卡冷头，以CPU温度作为芯片冷却效果的指标。

1、使用一种烷烃导热油冷却液，相对密度0.8g/cm³，热导率0.5w/mk，凝固点<-75℃，烷烃导热油冷却液注入冷却系统后，测得CPU温度为53℃。

2、使用一种环烷族饱和烃导热油冷却液，相对密度0.85g/cm³，热导率0.56w/mk，凝固点<-65℃，环烷族饱和烃导热油冷却液注入冷却系统后，测得CPU温度为50℃。

3、使用一种芳香族不饱和烃导热油冷却液，相对密度0.86g/cm³，热导率0.58w/mk，凝固点<-63℃，芳香族不饱和烃导热油冷却液注入冷却系统后，测得CPU温度为48℃。

4、使用一种甲基聚有机硅氧烷导热油冷却液，相对密度0.98g/cm³，热导率1.42w/mk，凝固点<-61℃，甲基聚有机硅氧烷导热油冷却液注入冷却系统后，测得CPU温度为46℃。

5、使用一种乙基聚有机硅氧烷导热油冷却液，相对密度1.08g/cm³，热导率1.64w/mk，凝固点<-58℃，乙基聚有机硅氧烷导热油冷却液注入冷却系统后，测得CPU温度为45℃。

6、使用一种苯基聚有机硅氧烷导热油冷却液，相对密度1.28g/cm³，热导率1.79w/mk，凝固点<-56℃，苯基聚有机硅氧烷导热油冷却液注入冷却系统后，测得CPU温度为45℃。

7、使用一种氯苯基聚有机硅氧烷导热油冷却液，相对密度1.47g/cm³，热导率1.86w/mk，凝固点<-56℃，氯苯基聚有机硅氧烷导热油冷却液注入冷却系统后，测得CPU温度为44℃。

8、使用一种三氟丙基聚有机硅氧烷导热油冷却液，相对密度1.83g/cm³，热导率1.96w/mk，凝固点<-56℃，三氟丙基聚有机硅氧烷导热油冷却液注入冷却系统后，测得CPU温度为43℃。

当导热油具有绝缘性能时，还可以选择将需要冷却的对象直接浸入导热油冷却液中。此时需要冷却的对象与界面集热器的位置关系由接触式转变为浸入式，界面集热器相当于一个槽体，可设置具有开放的入口，需要冷却的对象可进入槽内直接与导热油冷却液接触。以主板冷却为例，可将主板整块浸入并固定在上述槽体内，为防止导热油溢出，还可以设置盖板，盖板上为主板上的接线或板卡预设孔槽。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种计算机芯片液态冷却散热系统，其特征在于，包括冷却液泵、界面集热器、液冷散热器、冷却液箱、液管，所述冷却液泵、所述界面集热器、所述液冷散热器和所述冷却液箱通过所述液管依次连通，形成环路；所述界面集热器的形状或/和固定方式按需要冷却的对象进行设置；所述冷却液泵室双腔并联压电泵或静电驱动静音泵；

使用导热油作为冷却液，所述导热油的成分包括链状结构的聚有机硅氧烷，所述导热油的密度为0.8-2.0g/cm³，热导率为0.5-5w/mk，凝固点小于-45℃；

当所述导热油具有绝缘性能时，所述界面集热器设置开口，所述需要冷却的对象可通过所述开口进入所述界面集热器，从而与所述界面集热器中的所述导热油直接接触。