CN107507811B - 一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置。该装置包括芯片、半导体制冷片、平板式热管簇、散热翅片和散热风扇；所述半导体制冷片包括半导体制冷片冷端和半导体制冷片热端；所述平板式热管簇包括平板式热管簇下部、卧C形槽、平板式热管簇中部、纵向槽、平板式热管簇上部、管子和内纵槽；所述平板式热管簇下部包括垂直内边和倒凹型中段。本发明装置在平板式热管簇散热及半导体制冷片制冷降温的复合作用，最大限度地减少芯片工作时升温幅度，提高芯片工作效率。本发明和其他芯片散热降温装置相比具有结构简单，安装方便，使用寿命长等优点。

Description

一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置
技术领域
本发明涉及冷却散热技术，具体来说是一种半导体制冷与平板热管簇散热耦合的芯片散热冷却装置。
背景技术
芯片是各种电子设备的核心部件，其性能的好坏直接影响电子设备的性能。目前高速运算的芯片，其功能越来越强大，但其工作时会放出的热量也随之增加，如果不将这些热量带走，芯片的温度就会急剧上升，不仅影响芯片的工作性能，最终将导致芯片停止工作甚至烧毁，进而导致电子设备的损坏。
目前芯片的散热通常采用散热块和风扇的结合或热管和风扇的结合装置，这些技术尽管可以将芯片工作时产生的大部分热量带走，但芯片的温度还是会有所上升，对芯片的工作性能有所影响，尤其是当芯片的运算速度越来越快，功能越来越强大时，如何保证既把芯片工作时产生的热量带走，同时又尽量减少芯片的温度上升，甚至保持不变或低于室温，从而提高芯片的工作效率是急需解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、安装方便，可有效减少芯片升温幅度甚至降低至室温以下的半导体制冷与平板热管簇散热耦合的芯片散热冷却装置。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置，包括芯片、半导体制冷片、平板式热管簇、散热翅片和散热风扇；所述半导体制冷片包括半导体制冷片冷端和半导体制冷片热端；所述平板式热管簇包括平板式热管簇下部、卧C形槽、平板式热管簇中部、纵向槽、平板式热管簇上部、管子和内纵槽；所述平板式热管簇下部包括垂直内边和倒凹型中段；
所述芯片的上端设有第一导热胶层，半导体制冷片冷端通过第一导热胶层与芯片上端连接；半导体制冷片热端端面与平板式热管簇下部的倒凹型的中段端面覆盖有第二导热胶层，通过第二导热胶层将半导体制冷片热端和平板式热管簇固定；所述平板式热管簇平板式热管簇下部、平板式热管簇中部和平板式热管簇上部三部分组成；平板式热管簇下部为倒凹型的金属块结构，倒凹型的垂直内边与芯片及半导体制冷片紧密接触，可直接将芯片及半导体制冷片垂直方向侧面上的热量传递出去，倒凹型中段的水平部分和半导体制冷片热端通过第二导热胶层相连接，将半导体制冷片热端的热量传递到平板式热管簇；所述平板式热管簇中部是一个梯形状的容器，容器内充装和普通热管一致的液体；容器底部开有卧C形槽，由于C型槽的作用，可降低中部容器中液体的蒸发温度，有利于降低平板式热管簇的启动温度，提早将半导体制冷片热端的热量散发出去；所述容器的内侧开有纵向槽，有利于液体的回流；上部有若干开有内纵槽的管子，管子的外部连接有散热翅片，所述平板式热管簇上部侧面安装有散热风扇，通过散热风扇将平板式热管簇冷凝端的热量散发出去；所述管子内侧开设有内纵槽，有利于液体的回流。
进一步地，半导体制冷片冷端端面积等于芯片的横截面积，且两者在水平方向上形状完全一致。
进一步地，平板式热管簇中部容器的四侧面与垂直轴的偏移角为0~15°；
进一步地，所述的半导体制冷片热端的端面积应等于平板热管簇下部倒凹型中部水平方向的面积。
进一步地，所述平板式热管簇下部倒凹型的垂直两侧的高度等于芯片的高度、第一导热胶层高度、半导体制冷片的高度以及第二导热胶层的高度之和，所述平板式热管簇下部倒凹型其垂直两侧的垂直两侧的长度分别等于对应芯片两侧的长度。
进一步地，所述散热翅片一体成形。
进一步地，所述半导体制冷片呈长方体形状。
进一步地，所述平板热管簇需提前加工成一整体。
进一步地，所述平板热管簇倒凹型结构只是在两个平行侧面上与芯片及半导体制冷片的对应侧面紧密连接，芯片及半导体制冷片的另两个平行侧面则无任何遮挡，以便引出导线。
优选的，平板式热管簇中的卧型C槽及各种纵槽采用目前通用的C型槽管和纵槽管加工技术，并通过焊接技术将平板式热管簇上部冷凝端的纵槽管焊接好，最后将平板式热管簇加工成一个整体；
优选的平板式热管簇上部冷凝端纵槽管外部的散热翅片整体成型；
优选的，所述半导体制冷片的水平横截面和芯片的水平横截面大小一致，并通过第一导热胶层完全对应连接。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
1、本发明一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置，包括芯片、半导体制冷片、平板式热管簇、散热翅片和散热风扇。所述芯片的上端设有第一导热胶层，半导体制冷片的冷端通过第一导热胶层和芯片上端固定，半导体制冷片的热端端面与平板式热管簇的下端的倒凹型的中段端面覆盖有第二导热胶层，平板式热管簇有上、中、下三部分组成，下部为倒凹型的金属块结构，倒凹型的垂直两边刚好和芯片及半导体制冷片的垂直边紧密接触，可直接将芯片及半导体制冷片垂直方向侧面上的热量传递出去，倒凹型的中间水平部分和半导体制冷片的热端通过第二导热胶相连接，将半导体制冷片热端的热量传递到平板式热管簇；中部是一个梯形状的容器，容器底部开有卧C形的槽，有利于液体蒸发，容器的四侧开有纵向的槽，有利于液体的回流；上部有若干开有内纵槽的管子，管子的外部有若干散热翅片连接，上部侧面安装有散热风扇，通过扇热风扇将平板式热管簇冷凝端的热量散发出去。本发明平板式热管簇是散热及半导体制冷片的制冷降温的复合作用，最大限度地减少芯片工作时升温幅度，提高芯片工作效率。
2、本发明一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置，将平板热管簇的上、中、下三个部分做成一个整体，同时该整体又将散热翅片和散热风扇组装成一体，整个平板热管簇的下部倒凹型结构整个倒扣与芯片和半导体制冷片上方，使得本发明一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置具有结构简单，安装方便，使用寿命长等优点，同时各个部件紧密连接，整体结构紧凑，整体传热热阻小，可快速将芯片产生的热量散发到大气环境中。
附图说明
图1是本发明一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置的剖面结构示意图；
图2 是平板热管簇下部结构示意图；
图3 是平板热管簇中部结构示意图；
图4是平板热管簇上部结构示意图；
图5本发明一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置的东北方向轴测示意图。
图中各个部件如下：芯片1、第一导热胶层2、半导体制冷片3、第二导热胶层4、平板式热管簇5、散热翅片6、散热风扇7、半导体制冷片冷端301、半导体制冷片热端302、平板式热管簇下部501、卧C形槽502、平板式热管簇中部503、纵向槽504、平板式热管簇上部505、管子506、内纵槽507、垂直内边5011、倒凹型中段5012。
具体实施方式
为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
如图1~图5所示，一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置，其特征在于：包括芯片1、半导体制冷片3、平板式热管簇5、散热翅片6和散热风扇7；所述半导体制冷片3包括半导体制冷片冷端301和半导体制冷片热端302；所述平板式热管簇5包括平板式热管簇下部501、卧C形槽502、平板式热管簇中部503、纵向槽504、平板式热管簇上部505、管子506和内纵槽507；所述平板式热管簇下部501包括垂直内边5011和倒凹型中段5012；所述芯片1的上端设有第一导热胶层2，半导体制冷片冷端301通过第一导热胶层2与芯片1上端连接；半导体制冷片热端302端面与平板式热管簇下部501的倒凹型的中段端面覆盖有第二导热胶层4，通过第二导热胶层4将半导体制冷片热端302和平板式热管簇5固定；所述平板式热管簇5平板式热管簇下部501、平板式热管簇中部503和平板式热管簇上部505三部分组成；平板式热管簇下部501为倒凹型的金属块结构，倒凹型的垂直内边5011与芯片1及半导体制冷片3紧密接触，可直接将芯片1及半导体制冷片3垂直方向侧面上的热量传递出去，倒凹型中段5012的水平部分和半导体制冷片热端302通过第二导热胶层4相连接，将半导体制冷片热端302的热量传递到平板式热管簇5；所述平板式热管簇中部503是一个梯形状的容器，容器内充装和普通热管一致的液体；容器底部开有卧C形槽502，有利于液体蒸发，所述容器的内侧开有纵向槽504，有利于液体的回流；上部有若干开有内纵槽的管子506，管子506的外部连接有散热翅片6，所述平板式热管簇上部505侧面安装有散热风扇7，通过散热风扇7将平板式热管簇冷凝端的热量散发出去；所述管子506内侧开设有内纵槽507。半导体制冷片冷端301端面积等于芯片1的横截面积，且两者在水平方向上形状完全一致。所述的半导体制冷片热端302的端面积应等于平板热管簇下部倒凹型中部水平方向的面积；所述平板式热管簇下部501倒凹型的垂直两侧的高度等于芯片的高度、第一导热胶层高度、半导体制冷片的高度以及第二导热胶层的高度之和，所述平板式热管簇下部501倒凹型其垂直两侧的垂直两侧的长度分别等于对应芯片两侧的长度。所述散热翅片一体成形。所述半导体制冷片3呈长方体形状。所述平板热管簇需提前加工成一整体。所述平板热管簇倒凹型结构只是在两个平行侧面上与芯片及半导体制冷片的对应侧面紧密连接，芯片及半导体制冷片的另两个平行侧面则无任何遮挡，以便引出导线。
本发明在平板式热管簇散热及半导体制冷片的制冷降温的复合作用下，最大限度地减少芯片工作时升温幅度，提高芯片工作效率。本发明和其他芯片散热降温装置相比具有结构简单，安装方便，使用寿命长等优点。
具体的，平板式热管簇5应选用相应的充装介质，从而保证将半导体制冷片3的热端302产生的热量和平板式热管簇下部501直接从芯片1的两侧吸收的热量通过平板式热管簇5中的充装介质传递至散热翅片6，进而通过散热风扇7，将全部热量散发至环境之中。而为了提高平板式热管簇5的工作效率，平板式热管簇5中充值介质的质量m要合适，可按下式选取：
m =(1.05-1.1)×Q/(Kλ) ；
其中，上式的Q 为单位时间内半导体制冷片热端产生的热量和平板式热管簇5下部501直接从芯片1的两侧吸收的热量之和，K为单位时间平板式热管簇5中充装介质循环次数，m为充装介质质量，λ为充装介质的气-液相变潜热。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置，其特征在于：包括芯片（1）、半导体制冷片（3）、平板式热管簇（5）、散热翅片（6）和散热风扇（7）；所述半导体制冷片（3）包括半导体制冷片冷端（301）和半导体制冷片热端（302）；所述平板式热管簇（5）包括平板式热管簇下部（501）、卧C形槽（502）、平板式热管簇中部（503）、纵向槽（504）、平板式热管簇上部（505）、管子（506）和内纵槽（507）；所述平板式热管簇下部（501）包括垂直内边（5011）和倒凹型中段（5012）；
所述芯片（1）的上端设有第一导热胶层（2），半导体制冷片冷端（301）通过第一导热胶层（2）与芯片（1）上端连接；半导体制冷片热端（302）端面与平板式热管簇下部（501）的倒凹型的中段端面覆盖有第二导热胶层（4），通过第二导热胶层（4）将半导体制冷片热端（302）和平板式热管簇（5）固定；所述平板式热管簇（5）由平板式热管簇下部（501）、平板式热管簇中部（503）和平板式热管簇上部（505）三部分组成；平板式热管簇下部（501）为倒凹型的金属块结构，倒凹型的垂直内边（5011）与芯片（1）及半导体制冷片（3）紧密接触，倒凹型中段（5012）的水平部分和半导体制冷片热端（302）通过第二导热胶层（4）相连接；所述平板式热管簇中部（503）是一个梯形状的容器，容器内充装和普通热管一致的液体；容器底部开有卧C形槽（502），所述容器的内侧开有纵向槽（504）；上部有若干开有内纵槽的管子（506），管子（506）的外部连接有散热翅片（6），所述平板式热管簇上部（505）侧面安装有散热风扇（7），通过散热风扇（7）将平板式热管簇冷凝端的热量散发出去；所述管子（506）内侧开设有内纵槽（507）；半导体制冷片冷端（301）端面积等于芯片（1）的横截面积，且两者在水平方向上形状完全一致；所述的半导体制冷片热端（302）的端面积应等于平板式热管簇下部倒凹型中部水平方向的面积。
2.根据权利要求1所述的一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置，其特征在于：所述平板式热管簇下部（501）倒凹型的垂直两侧的高度等于芯片的高度、第一导热胶层高度、半导体制冷片的高度以及第二导热胶层的高度之和，所述平板式热管簇下部（501）倒凹型垂直两侧的长度分别等于对应芯片两侧的长度。
3.根据权利要求1所述的一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置，其特征在于：所述半导体制冷片（3）呈长方体形状。
4.根据权利要求1所述的一种平板热管簇与半导体制冷耦合的芯片散热冷却装置，其特征在于：所述平板式热管簇倒凹型结构只是在两个平行侧面上与芯片及半导体制冷片的对应侧面紧密连接，芯片及半导体制冷片的另两个平行侧面则无任何遮挡，以便引出导线。
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