CN110970376A - 一种高性能芯片散热装置 - Google Patents

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陈新
陈新度
蔡念
董永超
姚洪辉
何超
薛增喜
吴国庆
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    • H02N11/002—Generators

Abstract

本申请实施例公开了一种高性能芯片散热装置，包括：散热组件和废热发电组件；散热组件内设置有第一微流体通道；废热发电组件内设置有第二微流体通道；第一微流体通道与第二微流体通道首尾相连构成一条循环管道；循环管道上设置有微型液压泵；循环管道内填充有冷却液；废热发电组件与蓄电池电连接。本发明针对高性能芯片散热难的问题，结合微流体通道液冷技术的高效散热性能与热电材料快速热电转化效应，实现高性能芯片的快速高效散热，同时可以将废热循环利用进行发电，并用于微电子元件的供电与储能，提高了设备的续航能力，是一种优质的高性能芯片散热装置。

Description

一种高性能芯片散热装置
技术领域
本申请涉及芯片散热技术领域，尤其涉及一种高性能芯片散热装置。
背景技术
近年来，随着5G时代的来临，芯片的运行速度和输出功率不断提升。由于高功耗芯片产生了更多的热量，同时电路密度急剧提高，终端器件的空间明显减小，热量在小空间越来越难以快速转移，因此芯片工作的可靠性受到了很大的威胁，需要对芯片进行有效的散热。
目前，现有的芯片散热装置体积大，散热效果差，难以满足高性能芯片对于内部小空间快速高散热的需求，并且不能对芯片产生的废热进行重复利用，为此，本发明提出一种高性能芯片散热装置。
发明内容
本申请实施例提供了一种高性能芯片散热装置，使得能够满足高性能芯片对于内部小空间快速高散热的需求，同时可以将废热循环利用进行发电，并用于微电子元件的供电与储能，提高了设备的续航能力。
有鉴于此，本申请提供了一种高性能芯片散热装置，包括：散热组件和废热发电组件；
所述散热组件内设置有第一微流体通道；
所述废热发电组件内设置有第二微流体通道；
所述第一微流体通道与所述第二微流体通道首尾相连构成一条循环管道；
所述循环管道上设置有微型液压泵；
所述循环管道内填充有冷却液；
所述废热发电组件与蓄电池电连接。
可选地，所述废热发电组件的上端设置有散热翅片；
所述散热翅片与所述第二微流体通道之间设置有温差发电组件；
所述温差发电组件与所述蓄电池电连接。
可选地，所述散热翅片与所述废热发电组件一体成型。
可选地，所述第一微流体通道与所述第二微流体通道通过第三微流体管道首尾相连。
可选地，所述第一微流体通道与所述散热组件一体成型；
所述第二微流体通道与所述废热发电组件一体成型。
可选地，所述微型液压泵设置在所述第三微流体管道上。
可选地，所述第一微流体通道和所述第二微流体通道均为蛇形微流体通道。
可选地，所述冷却液为水、酒精或液氨。
可选地，所述散热组件由柔性耐热材料制成。
可选地，所述散热组件安装在芯片上。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：设置有散热组件和废热发电组件，散热组件内设置有第一微流体通道，废热发电组件内设置有第二微流体通道，第一微流体通道与第二微流体通道首尾相连构成一条循环管道，循环管道上设置有微型液压泵，循环管道内填充有冷却液，废热发电组件与蓄电池电连接，通过利用冷却液把高性能芯片产生的热量从第一微流体通道快速地输送到废热发电组件中进行散热与废热发电，由于其热量被冷却液均匀带出，带出的热量可以在更宽广的空间进行散热和废热发电再次利用，因此，可根据实际电子产品空间的大小调节散热装置的面积，使得在极小空间内实现高速散热与热能再利用，加速散热进程，实现小空间热能闭环使用，同时，废热发电产生的电能可以存储起来，以供微电子元件供电与储能，提高了设备的续航能力。
附图说明
图1为本申请实施例中高性能芯片散热装置的结构示意图；
图2为本申请实施例中废热发电组件的结构示意图；
图3为本申请实施例中废热发电组件的俯视图；
图4为本申请实施例中温差发电组件热电效应的示意图；
其中，附图标记为：
1-散热组件，2-废热发电组件，3-蓄电池，4-第一微流体通道，5-微型液压泵，6-第三微流体管道，7-散热翅片，8-第二微流体通道。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
发明人发现：现在微流道液冷技术在大功率高热流散热领域得到广泛关注，其基本结构组成大多包含微通道热沉、微型液压泵5、微通道散热器、散热风扇、被冷却元件，以及冷却液的管路系统等几个部分。其冷却原理为：冷却液体在液压泵的带动下在散热系统内循环流动，将热源内的热量带出，再由散热器将冷却液中的热量传递到外界。但利用微流道液冷技术散热的器件只满足了散热的要求，而散出的热量将被浪费掉，同时散热过程最终要求设备与空气热量交换，散热速度也严重受限。而面向芯片的使用热电材料进行散热与发电的器件则大多只注重多层结构的散热并无有效利用手机等电子产品的剩余平面空间，废热基本没有重复利用。
本申请提供了一种高性能芯片散热装置的一个实施例，具体请参阅图1。
本实施例中的高性能芯片散热装置包括：散热组件1和废热发电组件2，散热组件1内设置有第一微流体通道4，废热发电组件2内设置有第二微流体通道8，第一微流体通道4与第二微流体通道8首尾相连构成一条循环管道，循环管道上设置有微型液压泵5，循环管道内填充有冷却液，废热发电组件2与蓄电池3电连接。
需要说明的是：设置有散热组件1和废热发电组件2，散热组件1内设置有第一微流体通道4，废热发电组件2内设置有第二微流体通道8，第一微流体通道4与第二微流体通道8首尾相连构成一条循环管道，循环管道上设置有微型液压泵5，循环管道内填充有冷却液，废热发电组件2与蓄电池3电连接，通过利用冷却液把高性能芯片产生的热量从第一微流体通道4快速地输送到废热发电组件2中进行散热与废热发电，由于其热量被冷却液均匀带出，带出的热量可以在更宽广的空间进行散热和废热发电再次利用，因此，可根据实际电子产品空间的大小调节散热装置的面积，使得在极小空间内实现高速散热与热能再利用，加速散热进程，实现小空间热能闭环使用，同时，废热发电产生的电能可以存储起来，以供微电子元件供电与储能，提高了设备的续航能力。
以上为本申请实施例提供的一种高性能芯片散热装置的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种高性能芯片散热装置的实施例二，具体请参阅图1至图4。
本实施例中的高性能芯片散热装置包括：散热组件1和废热发电组件2，散热组件1内设置有第一微流体通道4，废热发电组件2内设置有第二微流体通道8，第一微流体通道4与第二微流体通道8首尾相连构成一条循环管道，循环管道上设置有微型液压泵5，循环管道内填充有冷却液，废热发电组件2与蓄电池3电连接。
废热发电组件2的上端设置有散热翅片7，可以有效提高散热效果；散热翅片7与第二微流体通道8之间设置有温差发电组件，温差发电组件与蓄电池3电连接，工作时，散热组件1将芯片产生的热量由第一微流体通道4中的冷却液输送至第二微流体通道8，散热翅片7为低热端，第二微流体通道8为高热端，由此产生的温度差使温差发电组件发电并储存到蓄电池3中。
需要说明的是：温差发电组件是通过热电材料制作而成，热电材料具有塞贝克效应，当热电材料两侧有温差时，可在其两侧产生电位差，即可将热能转化为电能。塞贝克效应(Seebeck effect)又称作第一热电效应，是指由于两种不同电导体或半导体的温度差异而引起两种物质间的电压差的热电现象。一般规定热电势方向为：在热端电子由负流向正。在两种金属A和B组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流。相应的电动势称为热电势，其方向取决于温度梯度的方向。如图4所示的是根据热电效应组成的一种回路。
散热翅片7可以与废热发电组件2一体成型，即将废热发电组件2的上表面一体成型多个用于散热的突起结构。
具体地，第一微流体通道4与第二微流体通道8通过第三微流体管道6首尾相连，构成一条连通的循环管道。其中，第一微流体通道4可以与散热组件1一体成型，第二微流体通道8可以与废热发电组件2一体成型，可用激光、光刻、刻蚀等减材制造的工艺方式制作，也可用三维打印等增材制造的工艺制作，又或者是一体制造的工艺制作。
微型液压泵5设置在第三微流体管道6上，用于推动第一微流体通道4中的冷却液循环流动。
第一微流体通道4和第二微流体通道8均为蛇形微流体通道，增加散热面体，提高散热效果。
冷却液可以为水、酒精或液氨，同时也可以用其他具有相同功能的材质替代，在此不做限定。散热组件1由柔性耐热材料制成。散热组件1安装在芯片上，对芯片进行直接散热。
具体实施时，散热组件1中的冷却液将芯片产生的热量由第一微流体通道4输送到废热发电组件2中的第二微流体通道8，此时，由于第二微流体通道8中流动的液体为高温热源，因此温差发电组件的两端存在温度差，温差发电组件通过塞贝克效应而产生电位差，热能被转化为电能给蓄电池3充电，根据产生的电能多寡，其可用于给微型液压泵5供电或者用于其他微电子元件供电又或者作为手机应急电源，同时，由于热量由冷却液均匀带出，废热发电组件2的实际大小可以根据手机等电子产品实际中可放置的空间大小进行调节，无需严格考虑芯片大小制作，若可利用的空间足够，可实现更高效的散热与废热发电利用。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高性能芯片散热装置，其特征在于，包括：散热组件和废热发电组件；
所述散热组件内设置有第一微流体通道；
所述废热发电组件内设置有第二微流体通道；
所述第一微流体通道与所述第二微流体通道首尾相连构成一条循环管道；
所述循环管道上设置有微型液压泵；
所述循环管道内填充有冷却液；
所述废热发电组件与蓄电池电连接。
2.根据权利要求1所述的高性能芯片散热装置，其特征在于，所述废热发电组件的上端设置有散热翅片；
所述散热翅片与所述第二微流体通道之间设置有温差发电组件；
所述温差发电组件与所述蓄电池电连接。
3.根据权利要求2所述的高性能芯片散热装置，其特征在于，所述散热翅片与所述废热发电组件一体成型。
4.根据权利要求1所述的高性能芯片散热装置，其特征在于，所述第一微流体通道与所述第二微流体通道通过第三微流体管道首尾相连。
5.根据权利要求4所述的高性能芯片散热装置，其特征在于，所述第一微流体通道与所述散热组件一体成型；
所述第二微流体通道与所述废热发电组件一体成型。
6.根据权利要求4所述的高性能芯片散热装置，其特征在于，所述微型液压泵设置在所述第三微流体管道上。
7.根据权利要求1所述的高性能芯片散热装置，其特征在于，所述第一微流体通道和所述第二微流体通道均为蛇形微流体通道。
8.根据权利要求1所述的高性能芯片散热装置，其特征在于，所述冷却液为水、酒精或液氨。
9.根据权利要求1所述的高性能芯片散热装置，其特征在于，所述散热组件由柔性耐热材料制成。
10.根据权利要求1所述的高性能芯片散热装置，其特征在于，所述散热组件安装在芯片上。
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