CN107678524A - 一种芯片冷却系统 - Google Patents

一种芯片冷却系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107678524A
CN107678524A CN201710943376.XA CN201710943376A CN107678524A CN 107678524 A CN107678524 A CN 107678524A CN 201710943376 A CN201710943376 A CN 201710943376A CN 107678524 A CN107678524 A CN 107678524A
Authority
CN
China
Prior art keywords
chip
heat
cooling system
semiconductor cooler
radiator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710943376.XA
Other languages
English (en)
Inventor
陈磊
王坤
王善友
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CN201710943376.XA priority Critical patent/CN107678524A/zh
Publication of CN107678524A publication Critical patent/CN107678524A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/20—Cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B21/00—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects
    • F25B21/02—Machines, plants or systems, using electric or magnetic effects using Peltier effect; using Nernst-Ettinghausen effect
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2200/00—Indexing scheme relating to G06F1/04 - G06F1/32
    • G06F2200/20—Indexing scheme relating to G06F1/20
    • G06F2200/201—Cooling arrangements using cooling fluid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及一种芯片冷却系统，包括用于主动运输式换热的半导体制冷器和用于对流换热的芯片散热器；半导体制冷器连接电源；半导体制冷器的一面为热端，另一面为冷端，其中热端能够与待冷却的芯片贴合，冷端与芯片散热器贴合；芯片散热器内设置微细通道，微细通道连接带有动力装置的循环管道，形成循环回路，循环回路内填充冷却液。本发明结合半导体制冷器和芯片散热器，形成两级换热系统，其中半导体制冷器通过主动运输热量提供较大的散热热流密度，能够及时吸收芯片上热量，芯片散热器将热量通过循环管道散发到外界环境中，散热效率高，且成本低，无噪声，冷量可控，制冷效果好。

Description

一种芯片冷却系统
技术领域
本发明属于芯片冷却领域，具体涉及一种芯片冷却系统。
背景技术
随着电子计算机制造技术和工艺水平的不断提高，计算机微处理器(CPU)朝着集成化、微型化和高频化方向发展，同时导致设备产热的急剧增加，散热问题日益严峻。芯片的散热问题关系到设备运行的稳定性，散热不良会导致电脑性能的严重下降，并影响产品运行的可靠性，严重的还会影响电脑其他部件的使用和寿命。
传统设计方案采用风冷散热，其效率极低，且运行噪音很大，并受到空间限制；热管冷却的散热能力有限；水冷却系统虽然散热能力强并且十分安静，但是需要水泵提供动力，成本较高，体积庞大，便携性差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种芯片冷却系统，散热效果好。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
包括用于主动运输式换热的半导体制冷器和用于对流换热的芯片散热器；半导体制冷器连接电源；半导体制冷器的一面为热端，另一面为冷端，其中热端能够与待冷却的芯片贴合，冷端与芯片散热器贴合；芯片散热器内设置微细通道，微细通道连接带有动力装置的循环管道，形成循环回路，循环回路内填充冷却液。
进一步地，待冷却的芯片表面设置温度传感器，温度传感器连接用于控制电源的控制电路。
进一步地，半导体制冷器的热端与待冷却的芯片之间设置芯片均热器。
进一步地，芯片、芯片均热器、半导体制冷器和芯片散热器之间均设置导热硅脂。
进一步地，芯片散热器的材质为金属。
进一步地，动力装置为电渗泵。
进一步地，微细通道为之字形微细通道。
进一步地，微细通道的直径和循环管道的内径均为1～5mm。
进一步地，循环管道为外翅片管。
进一步地，冷却液为悬浮有铜纳米颗粒的水基液纳米流体
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明通过设置半导体制冷器，将芯片产生的废热主动运输到芯片散热器，散热效率高，无噪声，易于进行冷量调节；通过在芯片散热器内设置微细通道，并与循环管道相连形成循环回路，循环回路内填充冷却液，微细通道能提供较大的散热热流密度，能够及时吸收芯片上热量，降低芯片温度，工作时，热量从芯片经过半导体制冷器主动运输至芯片散热器，并通过冷却液流经循环回路散发至环境，散热功率高，效果好；半导体制冷器的热惯性小，冷端空载情况下会导致两端温差较大，即在无散热器的情况下为半导体致冷器长时间通电，会造成半导体致冷器内部过热而烧毁，本发明结合半导体制冷器和芯片散热器，形成两级换热系统，其中半导体制冷器通过主动运输热量提供较大的散热热流密度，能够及时吸收芯片上热量，芯片散热器将热量通过循环管道散发到外界环境中，散热效率高，且成本低；热量从芯片经过半导体制冷器、芯片散热器和循环回路，从而散发至环境，散热功率高，无噪声，冷量可控，制冷效果好。
进一步，本发明通过在芯片表面设置温度传感器，将芯片表面温度作为半导体制冷器的控制信号传输至控制电路中，控制半导体制冷器电源供电，对半导体制冷器的冷量进行控制，防止芯片表面结露，利于芯片的工作稳定性。
进一步，本发明通过在各部件接触面间添加导热硅脂，降低接触面附近热阻，导热效果好，能够迅速进行热量的传递，利于提高散热效率。
进一步，本发明中芯片散热器的材质为金属，散热快，利于增大温差。
进一步，本发明中通过采用不同于平常液冷装置循环的电渗泵，能在低功耗的前提下提供可观的流量，减小系统的尺寸。
进一步，本发明的微细通道直径和循环管道的内径均为1～5mm，以提供较大的散热热流密度，及时降低芯片温度；且循环管道与微细通道的内径一致，加工方便且利于减小流动阻力。
进一步，本发明通过采用外翅片管，拓展对流换热面积，有效增加散热效率。
进一步，本发明的冷却液为悬浮有铜纳米颗粒的水基液纳米流体，该纳米流体工质较传统工质导热性能更好，和微细通道配合能够更好地提高散热功率。
附图说明
图1是本发明的主视图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明的芯片散热器处的局部结构示意图。
图4是本发明的芯片散热器的结构示意图。
图5(a)是本发明的外翅片管的主视图，图5(b)是外翅片管的侧视图，图5(c)是外翅片管的俯视图。
图6是本发明的电渗泵的工作原理简图。
图7是本发明的半导体制冷器的工作原理图。
其中：1-芯片、2-导热硅脂、3-芯片均热器、4-半导体制冷器、5-芯片散热器、6-温度传感器、7-控制电路、8-半导体制冷器电源、9-循环管道、10-电渗泵、11-电源负极、12-管道入口、13-电源正极、14-管道出口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1至图2所示：本发明包括用于主动输送式换热的半导体制冷器4和用于被动式对流换热的芯片散热器5，芯片散热器5采用金属材料，散热效果好，利于增大温差。芯片散热器5内并排设置有之字形微细通道，微细通道同时连接一根循环管道9，形成循环回路，循环回路内充满液体Ⅰ，液体Ⅰ为悬浮铜纳米颗粒的水基液纳米流体，相较于传统的纯水具有更高的导热系数；在循环管道9上设置有电渗泵10，电渗泵10连接电源进行供电工作，能在低功耗的前提下提供可观的流量。
参见图3，芯片散热器5下侧的底面紧密贴合半导体制冷器4，半导体制冷器4的一面为热端，另一面为冷端，其中热端与芯片均热器3紧密贴合，冷端与芯片散热器5紧密贴合。芯片均热器3与待冷却的芯片1贴合。
芯片1表面设置有温度传感器6，其通过电线与控制电路7相连。半导体制冷器4通过电线与电源8相连，控制电路7连接电源8，通过控制电路7和电源8对半导体制冷器4进行控制。电渗泵10的电源和半导体制冷器4的电源8各自独立。
芯片1、芯片均热板3、半导体制冷器4、芯片散热器5和温度传感器6之间均设置导热硅脂2，利于增加传热速率，提高发电效率。
参见图4，芯片散热器5上之字形微细通道的直径为1～5mm，以提供较大的散热热流密度，及时降低芯片1温度。循环管道9的内径与之字形微细通道的直径一致，利于减小流动阻力；管内纳米流体采用电渗泵10驱动。
参见图5(a)至图5(c)，循环管道9为外翅片管。
参见图6，电渗泵10包括与电源负极连接的电极11、与电源正极连接的电极13和纳米流体流入电渗泵10的管道入口12和纳米流体流出电渗泵10的管道出口14。
参见图1至图7，本发明的主要工作原理及过程如下：
首先将芯片均热器3、半导体制冷器4、芯片散热器5、温度传感器6与芯片1平行放置并通过导热硅脂2紧密贴合，纳米流体工质在电渗泵10的驱动作用下沿循环管道9和之字形的微细管道顺时针循环流动，芯片1产生的热量通过芯片均热器3传递至半导体制冷器4的热端，半导体制冷器4的冷端通过导热硅脂2与芯片散热片5紧密贴合，在电源8外加电流作用下，将芯片1产生的废热主动运输至芯片散热器5内的之字形微细管道上，经对流换热传递至循环回路中流动的纳米流体工质中，纳米流体工质流动至循环管道9后将热量传递通过翅片迅速散发给环境，从而形成一个完整的散热过程。当芯片1表面温度接近设置的下阈值时，温度传感器6输出的控制信号输送至控制电路7中，控制电路7切断半导体制冷器4的电源8，半导体制冷器4停止工作，待温度回升到设置的上阈值后，电源8恢复供电，半导体制冷器4重新工作。
本发明是基于半导体制冷器4与芯片散热器5循环通道内纳米流体工质的两级换热的芯片冷却系统，在满足散热功率并有效地降低散热器成本的条件下，结合半导体制冷器4与循环管道9从而形成两级换热系统，是一种利用高导热性纳米流体作为流动冷却工质、采用半导体制冷器4进行主动式热量输送的芯片冷却系统，从而能提供足够散热功率；不同于平常液冷装置循环的电渗泵10能在低功耗的前提下提供可观的流量；循环管道9的外翅片将热量散发到周围空间内。本发明为一个二级换热系统，主要是用于冷却芯片，热量经过半导体制冷运输与循环系统从而由芯片散发至环境，可以有效的冷却芯片，有高效散热、无机械噪音、冷量可控、结构简单等优点。
本发明适用范围广，仅需将芯片、芯片均热器、半导体制冷器和芯片散热器通过导热硅脂紧密贴合即可，安装方便。

Claims (10)

1.一种芯片冷却系统，其特征在于：包括用于主动运输式换热的半导体制冷器(4)和用于对流换热的芯片散热器(5)；半导体制冷器(4)连接电源(8)；半导体制冷器(4)的一面为热端，另一面为冷端，其中热端能够与待冷却的芯片(1)贴合，冷端与芯片散热器(5)贴合；芯片散热器(5)内设置微细通道，微细通道连接带有动力装置的循环管道(9)，形成循环回路，循环回路内填充冷却液。
2.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于：待冷却的芯片(1)表面设置温度传感器(6)，温度传感器(6)连接用于控制电源(8)的控制电路(7)。
3.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于：半导体制冷器(4)的热端与待冷却的芯片(1)之间设置芯片均热器(3)。
4.根据权利要求3所述的一种芯片冷却系统，其特征在于：芯片(1)、芯片均热器(3)、半导体制冷器(4)和芯片散热器(5)之间均设置导热硅脂(2)。
5.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于：芯片散热器(5)的材质为金属。
6.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于：动力装置为电渗泵(10)。
7.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于：微细通道为之字形微细通道。
8.根据权利要求1或7所述的一种芯片冷却系统，其特征在于：微细通道的直径和循环管道(9)的内径均为1～5mm。
9.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于：循环管道(9)为外翅片管。
10.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于：冷却液为悬浮有铜纳米颗粒的水基液纳米流体。
CN201710943376.XA 2017-10-11 2017-10-11 一种芯片冷却系统 Pending CN107678524A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710943376.XA CN107678524A (zh) 2017-10-11 2017-10-11 一种芯片冷却系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710943376.XA CN107678524A (zh) 2017-10-11 2017-10-11 一种芯片冷却系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107678524A true CN107678524A (zh) 2018-02-09

Family

ID=61140609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710943376.XA Pending CN107678524A (zh) 2017-10-11 2017-10-11 一种芯片冷却系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107678524A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108417703A (zh) * 2018-03-27 2018-08-17 广东工业大学 基于热电制冷及微通道传热的大功率led散热结构
CN108986600A (zh) * 2018-07-17 2018-12-11 杭州电子科技大学 一种太阳望远镜的复合热光阑冷却装置
CN111703307A (zh) * 2020-07-17 2020-09-25 浙江工业大学 一种基于edlc模块化电动车高功率储能与热管理系统
CN112230718A (zh) * 2020-10-14 2021-01-15 武汉威思顿科技发展股份有限公司 一种基于液晶显示器综合管理装置
CN112367806A (zh) * 2020-10-28 2021-02-12 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) 一种减阻式微细通道液冷散热器
US10964625B2 (en) 2019-02-26 2021-03-30 Google Llc Device and method for direct liquid cooling via metal channels

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201532052U (zh) * 2009-10-12 2010-07-21 张文波 半导体制冷系统
CN203203290U (zh) * 2013-02-27 2013-09-18 宝鸡兴业空调设备（集团）有限公司 半导体制冷模块
CN104851857A (zh) * 2015-04-28 2015-08-19 西安交通大学 一种芯片冷却系统
CN205608642U (zh) * 2016-05-06 2016-09-28 潘艳禄 带半导体制冷系统的计算机主机箱
CN106889678A (zh) * 2017-05-03 2017-06-27 东莞市华越电机科技有限公司 一种智能恒温口罩

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201532052U (zh) * 2009-10-12 2010-07-21 张文波 半导体制冷系统
CN203203290U (zh) * 2013-02-27 2013-09-18 宝鸡兴业空调设备（集团）有限公司 半导体制冷模块
CN104851857A (zh) * 2015-04-28 2015-08-19 西安交通大学 一种芯片冷却系统
CN205608642U (zh) * 2016-05-06 2016-09-28 潘艳禄 带半导体制冷系统的计算机主机箱
CN106889678A (zh) * 2017-05-03 2017-06-27 东莞市华越电机科技有限公司 一种智能恒温口罩

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
田昭武: "《田昭武院士论著选集 拓宽视野的电化学》", 31 October 2007 *

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108417703A (zh) * 2018-03-27 2018-08-17 广东工业大学 基于热电制冷及微通道传热的大功率led散热结构
WO2019184794A1 (zh) * 2018-03-27 2019-10-03 广东工业大学 基于热电制冷及微通道传热的大功率led散热结构
CN108986600A (zh) * 2018-07-17 2018-12-11 杭州电子科技大学 一种太阳望远镜的复合热光阑冷却装置
US10964625B2 (en) 2019-02-26 2021-03-30 Google Llc Device and method for direct liquid cooling via metal channels
CN111703307A (zh) * 2020-07-17 2020-09-25 浙江工业大学 一种基于edlc模块化电动车高功率储能与热管理系统
CN111703307B (zh) * 2020-07-17 2024-05-24 浙江工业大学 一种基于edlc模块化电动车高功率储能与热管理系统
CN112230718A (zh) * 2020-10-14 2021-01-15 武汉威思顿科技发展股份有限公司 一种基于液晶显示器综合管理装置
CN112230718B (zh) * 2020-10-14 2022-04-22 武汉威思顿科技发展股份有限公司 一种基于液晶显示器综合管理装置
CN112367806A (zh) * 2020-10-28 2021-02-12 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) 一种减阻式微细通道液冷散热器
CN112367806B (zh) * 2020-10-28 2022-03-29 武汉第二船舶设计研究所(中国船舶重工集团公司第七一九研究所) 一种减阻式微细通道液冷散热器

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107678524A (zh) 一种芯片冷却系统
CN104851857B (zh) 一种芯片冷却系统
CN108807313B (zh) 一种微电子器件散热装置
CN205783408U (zh) 基于热超导散热板的电控器及空调室外机
US6945315B1 (en) Heatsink with active liquid base
CN210052735U (zh) 一种新型衰减芯片散热装置
CN106051956A (zh) 基于热超导散热板的电控器及空调室外机
CN105759923A (zh) 一种密闭式工业计算机的分离式散热装置及散热方法
CN210015419U (zh) 半导体器件散热装置及数据中心机房
CN205883830U (zh) 基于均热板的液冷vpx机箱高效散热装置
CN202032930U (zh) 一种双面槽道板式脉动热管
CN113594344A (zh) 一种制冷芯片散热装置及使用方法
CN108489303A (zh) 一种带隔热层的散热器装置
CN206496573U (zh) 一种高效制冷的冷却回流仪
CN201069768Y (zh) 水冷/油冷式电脑cpu散热系统装置
CN205648307U (zh) 一种用于冷却电子设备的水冷设备
CN210605614U (zh) 一种计算机机箱用散热装置
CN207820432U (zh) 水冷式线路板散热装置
CN207303640U (zh) 一种基于半导体散热片的激光器水冷系统
CN206018858U (zh) 基于热超导散热板的电控器及空调室外机
CN106642407A (zh) 基于热超导散热板的电控器及空调室外机
CN111511161A (zh) 磁共振设备的冷却系统及磁共振设备
CN114760813A (zh) 一种电子集成模块的散热方法
CN211909533U (zh) 一种均温风冷散热器
CN108417703A (zh) 基于热电制冷及微通道传热的大功率led散热结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180209

RJ01 Rejection of invention patent application after publication