CN113873842B - 一种散热装置及散热调控方法 - Google Patents

一种散热装置及散热调控方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种散热装置及散热调控方法，其中，所述散热装置包括：导热盖板、散热基板及控制电路。具体的，所述导热盖板覆盖在所述散热基板上，所述导热盖板与所述散热基板间设置有散热腔室，所述散热腔室设置有用于冷却液进入和排出的进液口和出液口；所述散热腔室内设置有多个微电针鳍。所述控制电路包括电路板；所述电路板上设置有多个电压控制单元，所述多个电压控制单元分别与所述多个微电针鳍电连接，且电连接的所述微电针鳍与所述电压控制单元间一一对应。其中，单个所述电压控制单元通过调整电压输出可调节与之对应的单个所述微电针鳍的电性。

Description

一种散热装置及散热调控方法
技术领域
本发明实施例涉及散热控制领域，具体涉及一种散热装置及散热调控方法。
背景技术
传统的散热器件，设计完成并制造后，除改变外部泵输入冷却液的功率(入口压强)，无其他方法对内部散热情况进行管理，对于其内出现的局部高热流密度，无法做到在内部空间进行冷却液的合理调配，以确保内部散热壁面润湿性。
对于先进一些的热设计，采用微型机械阀门或其他方式的机械结构对内部工质流动进行调控，但机械结构是动件，容易出现机械故障，其耐久性和可靠性难以得到保障。且进行调控的判断依据一般采用温度测试数据，误差较大。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种散热装置及散热调控方法，以解决现有技术中散热器中散热不均匀、散热器结构复杂、响应精度低的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
在本发明的实施方式的一个方面中，提供了一种散热装置，包括：
导热盖板；
散热基板，所述导热盖板覆盖在所述散热基板上，所述导热盖板与所述散热基板间设置有散热腔室，所述散热腔室设置有用于冷却液进入和排出的进液口和出液口；所述散热腔室内设置有多个微电针鳍；
控制电路，包括电路板；所述电路板上设置有多个电压控制单元，所述多个电压控制单元分别与所述多个微电针鳍电连接，且电连接的所述微电针鳍与所述电压控制单元间一一对应；
其中，单个所述电压控制单元通过调整电压输出可调节与之对应的单个所述微电针鳍的电性。
进一步地，所述控制电路还包括：
与所述多个电压控制单元电连接的控制模块，所述控制模块设置成控制所述多个电压控制单元的电压输出，进而控制所述多个微电针鳍的电性分布。
进一步地，所述控制模块包括：
阻抗测试模块和神经网络模块；
所述阻抗测试模块分别与所述多个电压控制单元和所述神经网络模块电连接；所述神经网络模块与所述多个电压控制单元电连接，控制所述多个电压控制单元的电压输出，进而控制所述多个微电针鳍的电性分布。
进一步地，所述多个微电针鳍分别贯穿所述散热基板本体，所述多个微电针鳍部分位于所述散热腔室内，部分位于所述散热腔室外；
所述多个微电针鳍组成微电针鳍阵列，所述多个电压控制单元组成电压控制单元阵列，所述电路板设置在所述散热基板背离所述散热腔室的一侧，所述微电针鳍阵列与所述电压控制单元阵列对应设置，使得所述多个电压控制单元分别与所述多个微电针鳍位于所述散热腔室外的部分电接触。
进一步地，所述阻抗测试模块与所述多个电压控制单元电连接，获取所述多个微电针鳍间的阻抗数据；所述阻抗测试模块与所述神经网络模块电连接，将所述阻抗数据反馈给所述神经网络模块；所述神经网络模块与所述多个电压控制单元电连接，根据获取到的所述阻抗数据控制所述多个电压控制单元的电压输出，进而控制所述微电针鳍阵列的电性分布。
进一步地，所述微电针鳍由金属铜制成；所述冷却液为水。
进一步地，所述导热盖板上设置有热源，所述热源位于所述导热盖板远离所述散热腔室的一侧。
在本发明的实施方式的另一个方面中，提供了一种散热调控方法，所述散热调控方法采用上文所述的散热装置进行散热，所述散热调控方法包括：
步骤1：获取所述多个微电针鳍间的初始阻抗数据；
步骤2：获取所述多个微电针鳍间的散热阻抗数据；
步骤3：筛选出所述散热阻抗数据值相比于所述初始阻抗数据的变化值超过预设阈值的异常数据；
步骤4：确认与所述异常数据对应的异常微电针鳍，判定所述异常微电针鳍在所述多个微电针鳍中的空间位置为受热严重位置；
步骤5：根据所述受热严重位置，调节所述电压控制单元的电压输出，进而调整所述微电针鳍间的电性分布。
进一步地，步骤5具体为：
步骤5-1：获取所述出液口的位置；
步骤5-2：根据所述受热严重位置与所述出液口位置，调整所述多个电压控制单元的输出电压进而调整所述多个微电针鳍间的电性分布。
进一步地，调整后的所述多个微电针鳍间的电性分布，使得所述散热腔室内所述受热严重位置处的气泡，从所述受热严重位置处向所述出液口处移动。
本发明的实施方式具有如下优点：
本发明实施例公开了一种散热装置及散热调控方法，提供了一种具有反馈能力散热系统，可以自动调节散热器内的流场，主动发现干涸区域并及时补充散热工质，使得干涸区迅速恢复润湿，避免局部区域过热导致发热器件的损坏，对于产热不均匀器件，具有极好的散热效果，同时节省外部冷却液泵的能耗。本发明的技术方案将传统散热与当代的神经网络算法相结合，将人工智能的方式引申到微流散热领域，同时使用微电针鳍间的阻抗作为判断依据，不同于常规设计，使得找出的过热区域从时间尺度上更迅速，从空间尺度上更精确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。
图1为本发明的实施例提供的散热装置的整体结构示意图；
图2为本发明的实施例提供的散热装置的展开结构示意图；
图3为本发明的实施例提供的微电针鳍阵列的结构示意图；
图4为本发明的实施例提供的气泡运动的原理示意图；
图5为本发明的实施例提供的散热调控方法的流程示意图。
图中：10-导热盖板、11-热源、20-散热基板、30-散热腔室、31-进液口、32-出液口、33-微电针鳍阵列、331-微电针鳍、34-冷却液泵、40-电路板、41-电压控制单元阵列、411-电压控制单元、42-阻抗测试模块、43-神经网络模块。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例
参考图1、2、3所示，本发明的实施例提供了一种应用于发热元件散热的散热装置，该装置包括：用于散热元件导热的导热盖板10、散热基板20和对散热过程进行控制的控制电路。
具体的，导热盖板10覆盖在散热基板20上，导热盖板10与散热基板20间设置有散热腔室30，散热腔室30设置有用于冷却液进入和排出的进液口31和出液口32，可选的，冷却液为水，其中，进液口31和出液口32分别与水源、冷却液管道、冷却液泵34、供电电源组成冷却水路。散热腔室30内设置有多个微电针鳍331。可选的，本发明实施例中微电针鳍331的材料为金属铜，单个微电针鳍331的形貌为正六棱柱。
控制电路包括电路板40，电路板40上设置有多个电压控制单元411，多个电压控制单元411分别与多个微电针鳍331电连接，且电连接的微电针鳍331与电压控制单元411间一一对应。
其中，单个电压控制单元411通过调整电压输出可调节与之对应的单个微电针鳍331的电性。导热盖板10上设置有热源11，热源11位于导热盖板10远离散热腔室30的一侧。
进一步地，控制电路还包括与多个电压控制单元411电连接的控制模块，控制模块设置成控制多个电压控制单元411的电压输出，进而控制多个微电针鳍331的电性分布。
如图1、2所示，本发明的实施例中，控制模块包括：阻抗测试模块42和神经网络模块43，阻抗测试模块42包括阻抗测试芯片，神经网络模块43包括神经网络芯片。其中，阻抗测试模块42分别与多个电压控制单元411和神经网络模块43电连接。神经网络模块43与多个电压控制单元411电连接，控制多个电压控制单元411的电压输出，进而控制多个微电针鳍331的电性分布。
如图1、2、3所示，多个微电针鳍331分别贯穿散热基板20本体，多个微电针鳍331部分位于散热腔室30内，部分位于散热腔室30外。
多个微电针鳍331组成微电针鳍阵列33，多个电压控制单元411组成电压控制单元阵列41，电路板40设置在散热基板20背离散热腔室30的一侧，微电针鳍阵列33与电压控制单元阵列41对应设置，使得多个电压控制单元411分别与多个微电针鳍331位于散热腔室30外的部分电接触。
具体的，在本发明的实施例中，导热盖板10与散热基板20组成散热结构，散热结构包含上下两层板，上层为导热盖板10，下层为散热基板20，材料为硅，均为正方形板，尺寸约为5cm×5cm。导热盖板10厚度约500um，上方分布有非均匀热源，热源11的热流会导入导热盖板10。散热基板20厚度约1000um，在其上侧刻蚀500um深度形成正方形散热腔室30，同时在散热腔室30两侧分别形成一个进液口31、一个出液口32。散热腔室30底部刻蚀出孔洞，贯穿散热基板20，便于加工放置微电针鳍331。
散热腔室30内包含N×N(一般来说N值不能太小，N＝12或16是比较合适的值)的微电针鳍阵列33。这些微电针鳍331贯穿散热基板20，分别连接到下部控制电路板(即PCB基板)上同样数量的N×N个电压控制单元411上。
可选的，微电针鳍331的排布的方式：正四边形排布，如图3所示。微电针鳍331的尺寸：其横截面的正六边形内接直径约1mm的圆内，微电针鳍331的高度具体随散热基板20的厚度而定。
微电针鳍阵列33间微电针鳍331的间距：x、y方向相同，相邻两微电针鳍331中心的距离约2.5mm。
进一步地，阻抗测试模块42与多个电压控制单元411电连接，获取多个微电针鳍331间的阻抗数据。阻抗测试模块42与神经网络模块43电连接，将阻抗数据反馈给神经网络模块43。神经网络模块43与多个电压控制单元411电连接，根据获取到的阻抗数据控制多个电压控制单元411的电压输出，进而控制微电针鳍阵列33的电性分布。
如图2所示，控制电路包括电路板40，该电路板40可以为PCB基板，其上放置和连接其它芯片和电路单元，同时有数据线路和供电电路。控制电路包含N×N个独立的电压控制单元411，分别用于控制上方的微电针鳍331。控制电路还包括一颗可编程阻抗测量芯片，可以测量不同位置电极间的阻抗数据，通过数据线与神经网络反馈电路进行通讯。
其中，关于本发明中所提到的阻抗具体为：微电针鳍331间的距离是确定的，其间有水，当局部发生干涸时，干涸区域为气态水，液态水的比例降低，故微电针鳍331间的阻抗增大。
控制电路还有一颗神经网络芯片，可选的，该芯片为专用的ASIC电路芯片，可以处理接收到的阻抗数据，对其进行分析和计算，进而判断散热腔室30内冷却液分布情况。并且输出电信号反馈给控制电路板上的电压控制单元411。
参考图1、2、3、4，本发明的散热装置的工作过程一般是：
1、开启供电电源，打开外部冷却液泵34，从进液口31向散热腔室30内通如入冷却水，并保持持续缓慢的水通入；
2、散热装置的导热盖板10之上的热功率器件传来热流，热流覆盖整个导热盖板10，并向散热腔室30中的冷却水传热；
3、可编程阻抗测试芯片按照预设路径不断扫描各微电针鳍331间的阻抗，将信息传输给神经网络芯片；
4、散热腔室30内某区域由于受热严重，出现干涸，这一区域液面降低，导致微电针鳍331间阻抗增大；
5、神经网路芯片发现阻抗数值变化超过阈值，并分析该数据来源微电针鳍的空间位置，判断该位置为受热严重位置；
6、神经网络芯片发送反馈信号给控制电路板，使得整体微电针鳍阵列33呈现特定的电性分布；
7、拥有该电性分布的微电针鳍331依靠电流体动力学驱动干涸区气泡，进而实现向干涸区补充冷却液，而气泡最终被输送至出液口32位置以至排除。
其中，如图4所示，本发明实施例中，散热腔室30内产生的气泡的移出原理具体为：依靠电流体动力学实现流体的调控。介电泳(Dielectrophoresis)是一种电介质粒子在非均匀电场下由于极化效应而产生的位移现象，通过电极产生的不均匀电场与可极化悬浮颗粒间的相互作用来控制颗粒或气泡运动。
微流控散热是一种通过少量流体工质带走散热器内热量的散热方式，根据散热工质(冷却液)是否在散热器内发生相变可分为单相流和两相流两种方式。本散热装置属于两相散热方式。
散热器内干涸区域的出现，根本上是因为水发生相变——水在形核点沸腾并产生气泡。利用交变电场中的极化特性来产生介电泳力移动气泡，从而达到有效控制气泡移动。如图4所示，通过在不同空间位置电极(本装置中也称微电针鳍331)施加不同相位的电场来产生介电泳力，被极化的气泡受介电泳力作用后，能够更快的脱离附着位置，并按照设定的方向移动，若不依靠电流体动力学对散热腔室30内的流体进行调控，干涸后产生的气泡则主要由流体的流动控制，很多区域的气泡难以脱离排除散热腔室30。
如图5所示，本发明实施例还提供了一种散热调控方法，散热调控方法采用上文所述的散热装置进行散热，散热调控方法包括：
步骤1：获取多个微电针鳍331间的初始阻抗数据；
步骤2：获取多个微电针鳍331间的散热阻抗数据；
步骤3：筛选出散热阻抗数据值相比于初始阻抗数据的变化值超过预设阈值的异常数据；
步骤4：确认与异常数据对应的异常微电针鳍，判定异常微电针鳍在多个微电针鳍331中的空间位置为受热严重位置；
步骤5：根据受热严重位置，调节电压控制单元411的电压输出，进而调整微电针鳍331间的电性分布。
需要说明的是，本发明中微电针鳍331既用来扫描获取测试阻抗数据，又用来加电压做调控，这二者不是同时进行，而是在时间纬度上分时复用的。分时复用是指采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，能达到多路传输的目的。
进一步地，步骤5具体为：
步骤5-1：获取出液口32的位置；
步骤5-2：根据受热严重位置与出液口32位置，调整多个电压控制单元411的输出电压进而调整多个微电针鳍331间的电性分布。
其中，调整后的多个微电针鳍331间的电性分布，使得散热腔室30内受热严重位置处的气泡，从受热严重位置处向出液口32处移动。同时，气泡移除后的阻抗数据又恢复到良好状态时的初始的阻抗数据，控制电路继续监测并重复以上调节过程。
本发明的技术方案提供了一种具有反馈能力散热系统，可以自动调节散热器内的流场，主动发现干涸区域并及时补充散热工质，使得干涸区迅速恢复润湿，避免局部区域过热导致发热器件的损坏，对于产热不均匀器件，具有极好的散热效果，同时节省外部冷却液泵34的能耗。本发明的技术方案将传统散热与当代的神经网络算法相结合，将人工智能的方式引申到微流散热领域，同时使用微电针鳍间的阻抗作为判断依据，不同于常规设计，使得找出的过热区域从时间尺度上更迅速，从空间尺度上更精确。
本发明的散热装置及散热调控方法可以更好的解决热分布不均匀的散热器件内部的热管理问题，提高散热器的热提取能力和稳定性。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明做了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种散热装置，其特征在于，包括：
导热盖板(10)；
散热基板(20)，所述导热盖板(10)覆盖在所述散热基板(20)上，所述导热盖板(10)与所述散热基板(20)间设置有散热腔室(30)，所述散热腔室(30)设置有用于冷却液进入和排出的进液口(31)和出液口(32)；所述散热腔室(30)内设置有多个微电针鳍(331)；
控制电路，包括电路板(40)；所述电路板(40)上设置有多个电压控制单元(411)，所述多个电压控制单元(411)分别与所述多个微电针鳍(331)电连接，且电连接的所述微电针鳍(331)与所述电压控制单元(411)间一一对应；
其中，单个所述电压控制单元(411)通过调整电压输出可调节与之对应的单个所述微电针鳍(331)的电性；
所述控制电路还包括：
与所述多个电压控制单元(411)电连接的控制模块，所述控制模块设置成控制所述多个电压控制单元(411)的电压输出，进而控制所述多个微电针鳍(331)的电性分布；
所述控制模块包括：
阻抗测试模块(42)和神经网络模块(43)；
所述阻抗测试模块(42)分别与所述多个电压控制单元(411)和所述神经网络模块(43)电连接；所述神经网络模块(43)与所述多个电压控制单元(411)电连接，控制所述多个电压控制单元(411)的电压输出，进而控制所述多个微电针鳍(331)的电性分布。
2.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，
所述多个微电针鳍(331)分别贯穿所述散热基板(20)本体，所述多个微电针鳍(331)部分位于所述散热腔室(30)内，部分位于所述散热腔室(30)外；
所述多个微电针鳍(331)组成微电针鳍阵列(33)，所述多个电压控制单元(411)组成电压控制单元阵列(41)，所述电路板(40)设置在所述散热基板(20)背离所述散热腔室(30)的一侧，所述微电针鳍阵列(33)与所述电压控制单元阵列(41)对应设置，使得所述多个电压控制单元(411)分别与所述多个微电针鳍(331)位于所述散热腔室(30)外的部分电接触。
3.根据权利要求2所述的散热装置，其特征在于，
所述阻抗测试模块(42)与所述多个电压控制单元(411)电连接，获取所述多个微电针鳍(331)间的阻抗数据；所述阻抗测试模块(42)与所述神经网络模块(43)电连接，将所述阻抗数据反馈给所述神经网络模块(43)；所述神经网络模块(43)与所述多个电压控制单元(411)电连接，根据获取到的所述阻抗数据控制所述多个电压控制单元(411)的电压输出，进而控制所述微电针鳍阵列(33)的电性分布。
4.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，
所述微电针鳍(331)由金属铜制成；所述冷却液为水。
5.根据权利要求1所述的散热装置，其特征在于，
所述导热盖板(10)上设置有热源(11)，所述热源(11)位于所述导热盖板(10)远离所述散热腔室(30)的一侧。
6.一种散热调控方法，其特征在于，所述散热调控方法采用权利要求1-5任一项所述的散热装置进行散热，所述散热调控方法包括：
步骤1：获取所述多个微电针鳍(331)间的初始阻抗数据；
步骤2：获取所述多个微电针鳍(331)间的散热阻抗数据；
步骤3：筛选出所述散热阻抗数据值相比于所述初始阻抗数据的变化值超过预设阈值的异常数据；
步骤4：确认与所述异常数据对应的异常微电针鳍，判定所述异常微电针鳍在所述多个微电针鳍(331)中的空间位置为受热严重位置；
步骤5：根据所述受热严重位置，调节所述电压控制单元(411)的电压输出，进而调整所述微电针鳍(331)间的电性分布。
7.根据权利要求6所述的散热调控方法，其特征在于，步骤5具体为：
步骤5-1：获取所述出液口(32)的位置；
步骤5-2：根据所述受热严重位置与所述出液口(32)位置，调整所述多个电压控制单元(411)的输出电压进而调整所述多个微电针鳍(331)间的电性分布。
8.根据权利要求7所述的散热调控方法，其特征在于，
调整后的所述多个微电针鳍(331)间的电性分布，使得所述散热腔室(30)内所述受热严重位置处的气泡，从所述受热严重位置处向所述出液口(32)处移动。
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