CN104866046A - 强化注水式芯片散热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强化注水式芯片散热器，散热器由上盖和底托构成，上盖的背面设有左右两个半圆形凹陷的贮水池，在两个半圆形凹陷的贮水池中间设有围挡。每个贮水池的下方是一个圆形的贮水通道，在上盖的侧面设有两个与左、右贮水池相通的疏水通道，贮水通道与疏水通道呈90°。两个疏水通道中的一个作为进水通路；另一个作为出水通路。底托为正方形，底托设有一个下凹的正方形针柱矩阵，针柱的高度与底托上表面持平，每根针柱均是各自独立的结构。该液冷方式与传统水冷散热器相比可明显提高换热效率，不仅体积可相对减小，适用于计算机服务器窄小的空间，而且使得CPU芯片的均温效果更好，可以更有效地降低工作温度。

Description

强化注水式芯片散热器

技术领域

本发明属于热能工程领域，具体涉及一种用于冷却计算机CPU芯片的散热器装置。

背景技术

计算机的CPU芯片可作为高热流密度发热器件的典型代表，一台大型服务器通常具有几十枚甚至数百枚多核式CPU芯片，在强劲性能的背后，伴随着更高的发热量和热流密度，可以说CPU芯片的高效冷却问题已成为计算机性能进一步发展的桎俈。目前施用于高热流密度器件冷却的散热技术主要还是以风冷为主，即在被冷却器件的表面加装一个散热器，热量通过散热器上的翅片被强迫流动的冷风带走。众所周知，采用液冷却方式具有较高的传热效率，但是液冷式散热具有两大难点，一个是冷却液的渗漏；另外一个是因散热腔内液的流动阻力过大导致散热效率降低。前者属于加工的精度以及安装的问题，而后者将涉及到传热和流动的理论与技术。目前常用的液冷式散热器，大都在液腔内加工(刻画状)出一个针柱群，其主要作用是增大液腔内的换热面积以提高冷却效果。但是该类型散热器的缺陷是，针柱实际的高度非常矮小，或者每个针柱并不是各自独立的。除此之外散热器的上盖仅仅起到封盖住针柱群的作用，无法形成理想的流场。该类散热器结构冷却效果不理想的关键是，传热和流动理论方面的欠缺。因此如何能够提高液冷式散热器的效率及性能，就成为国内外研究高热流密度器件冷却问题的难点。

发明内容

本发明的目的是，提出一种用于冷却计算机CPU芯片的强化注水式散热器装置，在减小冷却流体流动阻力的基础上，可有效提高CPU芯片的散热性能。

为实现此发明目的而采取的技术方案是：散热器由上盖和底托构成，上盖的背面设有左、右两个半圆形凹陷的贮水池，两个半圆形凹陷的贮水池中间设有围挡。在左、右贮水池的下方均设有一个圆形的贮水通道，在上盖的侧面设有两个与左、右贮水池相通的疏水通道，贮水通道与疏水通道呈90°。两个疏水通道中的一个作为进水通路；另一个作为出水通路。底托为正方形，底托设有一个下凹的正方形的针柱矩阵，针柱的高度与底托上表面持平，每根针柱均是各自独立的结构。

除了散热器的结构，冷却液的流动方式与已有技术的对比：利用散热器的上盖作为注液腔。冷却水从上盖侧面的进水口转直角弯进入疏水通道，然后通过贮水池散开对底托上的针柱矩阵进行冷却。两个半圆形贮水池中间的围挡作用是，使进入针柱矩阵的冷却水折弯进入另一侧的贮水池，最后冷却水从对侧的疏水通道以及出水通道折弯排出。这种冷却液的流动方式可使(与散热器底面接触的)CPU芯片得到充分的冷却。全部翅片浸没在贮水池内，贮水池的作用是放缓水流的速度，流体能够形成非常均匀的流场，使其散热器的传热得到强化。

根据CPU的热负荷(热流密度)来调整冷却液的温度和流量，通过计算使其达到良好的参数匹配。实验证明，该上盖水流通结构所造成的压降很小，根据传热学的原理可知，针柱的导热的方向是由底托以及(针柱的)根部向上进行，而冷却水是由上向下、然后在横向掠过流出，形成逆流换热，所以该结构能够具有较好的散热效果。贮水池内针柱的主要作用并非是直接散热，而是将底托的热量以高导热的方式传出，最后通过冷却液将此热量散掉。

本发明的特点以及产生的有益效果是，底托针柱群以及上盖水流通道的设计，具有强化散热器传热的作用。将针柱加工为一根根各自独立的结构，每一根针柱的温度梯度与来流液体的温度梯度相反，因而具有较强的换热效果，与传统水冷散热器相比可明显提高换热效率。该种散热器不仅可以散热器的体积大为减小，适用于计算机服务器窄小的空间，而且使得CPU芯片的均温效果更好，可以更有效地降低工作温度。

附图说明

图1是本发明中上盖的立体结构图。

图2是本发明中上盖内部原理结构图。

图3是本发明中底托及针柱结构平面图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体实施例对本发明的原理与结构作进一步的说明。需要说明的是本实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此实施例限定本发明的保护范围。

强化注水式芯片散热器由上盖和底托构成，其具体结构是：上盖1的背面设有左、右两个半圆形凹陷的贮水池1-1、1-2，两个半圆形凹陷的贮水池中间设有围挡1-3。在左、右贮水池的下方均设有一个圆形的贮水通道1-4、1-5，在上盖的侧面设有两个与左、右贮水池相通的疏水通道1-6、1-7，贮水通道与疏水通道呈90°。两个疏水通道中的一个作为进水通路；另一个作为出水通路。进水通路或出水通路位置可以互换，进、出水通路的端口设有内螺纹。底托2为正方形，底托设有一个下凹的正方形的针柱矩阵2-1，针柱的高度与底托上表面持平，每根针柱均是各自独立的结构。

上盖两个半圆形凹陷的贮水池以及贮水池中间的围挡构成一个方形区域(四角为圆弧，以便于放置密封圈)，底托上正方形的针柱矩阵位于该方形区域内。上盖的方形区设有密封槽1-8，O形密封圈置于密封槽内，上盖和底托的四角设有通孔，采用不锈钢螺钉紧固密封。

上盖采用透明的塑料材质制作，或者是采用不透明的塑料材质制作。底托采用紫铜材料制作。

作为实施例，由两个半圆形贮水池以及围挡构成的方形区域直径为45mm；底托的面积为50×50mm；针柱矩阵为35×50mm；针柱的高度为1.2mm；针柱的间距为0.3mm；上盖的厚度为20mm；底托本体厚度为3mm；贮水池中间围挡宽度6mm；贮水通道直径14mm；疏水通道直径10mm。

使用时散热底托与被散热器件紧密接触固定，底托与被散热器件之间设有高导热率的热结合层材料。作为实施例，上盖采用透明的塑料材质进行实验检测与观察，证明液体的流动不存在“死区”。

Claims (6)

1.强化注水式芯片散热器，散热器由上盖和底托构成，其特征是：上盖(1)的背面设有左、右两个半圆形凹陷的贮水池(1-1、1-2)，两个半圆形凹陷的贮水池中间设有围挡(1-3)，在左、右贮水池的下方均设有一个圆形的贮水通道(1-4、1-5)，在上盖的侧面设有两个与左、右贮水池相通的疏水通道(1-6、1-7)，贮水通道与疏水通道呈90°，两个疏水通道中的一个作为进水通路；另一个作为出水通路，底托(2)为正方形，底托设有一个下凹的正方形的针柱矩阵(2-1)，针柱的高度与底托上表面持平，每根针柱均是各自独立的结构。

2.按照权利要求1所述的强化注水式芯片散热器，其特征是：所述上盖两个半圆形凹陷的贮水池以及贮水池中间的围挡构成一个方形区域，所述底托上正方形的针柱矩阵位于该方形区域内。

3.按照权利要求1所述的强化注水式芯片散热器，其特征是：所述进水通路或出水通路位置可以互换，进、出水通路的端口设有内螺纹。

4.按照权利要求1或2所述的强化注水式芯片散热器，其特征是：所述上盖的方形区设有密封槽(1-8)，O形密封圈置于密封槽内，上盖和底托的四角设有通孔，采用不锈钢螺钉紧固密封。

5.按照权利要求1所述的强化注水式芯片散热器，其特征是：所述上盖采用透明的塑料材质制作，或者是采用不透明的塑料材质制作。

6.按照权利要求1所述的强化注水式芯片散热器，其特征是：所述底托采用紫铜材料制作。