CN120343886A - 一种用于半导体的液冷系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体设备领域，且公开了一种用于半导体的液冷系统，包括冷头组件，所述冷头组件安装在半导体片的热端，所述冷头组件的上端中部设置有排水管，所述冷头组件的一侧设置有进水管，所述进水管和排水管分别用于输送低温冷却液和高温冷却液，所述进水管和排水管的另一端设置有冷排，所述进水管和排水管与冷排上的接口相连，所述冷排用于降低冷却液的温度，所述进水管和排水管的中部设置有辅助组件，所述辅助组件用于平衡整个装置内的压力，本发明提供的一种用于半导体的液冷系统具有辅助组件，能平衡管道压力避免爆管，保证降温效果；还能辅助冷排散热，减轻冷排工作压力、降低风扇转速、提升适应的工作温度。

Description

一种用于半导体的液冷系统

技术领域

本发明涉及半导体设备技术领域，具体为一种用于半导体的液冷系统。

背景技术

在申请公告号为CN219832643U的专利申请中，其包括第一容纳腔、冷却液循环流道以及冷却液散热装置，所述第一容纳腔的一侧设置有开口，半导体制冷芯片的散热端紧贴密封所述开口，所述冷却液循环流道两端分别接通所述第一容纳腔以使冷却液循环接触所述半导体制冷芯片的散热端，所述冷却液散热装置用于对吸收了第一容纳腔中热量的冷却液循环流道的冷却液进行降温。优点为：通过第一容纳腔、第二容纳腔与冷却液循环流道配合形成的内循环系统，使冷却液与半导体制冷芯片的散热端直接接触交换热量，大大提高对半导体制冷芯片的降温效果，使半导体制冷芯片的工作效率提升，使用寿命延长。

在包括上述的专利的现有技术中，对半导体进行降温时，若半导体的温度过高时，则需要增加冷却液的流速以达到快速降温的目的，而冷却液流速增加时，不仅会增加泵机的工作负担，并且泵机长时间高速运行其自身也会影响工作的稳定性，也会降低冷排的和冷却效率，因为冷却液流速增加后，高温冷却液停留在冷排内的时间会减少，此时只能通过增加风扇转速来达到规定的温度，但增加风扇转速会产生较大的噪音，而且上述的专利的现有技术中，第一容纳腔内与半导体片的接触面积较少，并且市面上常见的技术手段虽然可以增加散热的面积，但会在一定程度上影响水流的走向，从而影响散热的效率。

发明内容

本发明要解决的问题是：散热效率不高，不便于在半导体高温的情况下进一步的加快冷却效率，并且不便于提升用户使用时的舒适性和降低使用成本。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种用于半导体的液冷系统，包括冷头组件，所述冷头组件安装在半导体片的热端，所述冷头组件的上端中部设置有排水管，所述冷头组件的一侧设置有进水管，所述进水管和排水管分别用于输送低温冷却液和高温冷却液，所述进水管和排水管的另一端设置有冷排，所述进水管和排水管与冷排上的接口相连，所述冷排用于降低冷却液的温度，所述进水管和排水管的中部设置有辅助组件，所述辅助组件用于平衡整个装置内的压力，辅助散热和储存备用的冷却液；

所述辅助组件主要包括叶轮和设置在安装座内部的密封环，所述密封环的圆心与三通管的圆心位于同一直线，所述密封环的下端中部固定设置有连杆，所述连杆的下端固定设置有底座，所述底座同时与安装座固定连接，所述底座的上端位于连杆的四周固定设置有弹簧，所述弹簧的上端固定设置有密封垫，所述密封垫的中部与连杆滑动连接，所述辅助组件中的密封机构共设置有两组，分别设置在上下两个安装座内部，并且其结构、安装位置与安装方式完全一致。

作为优选，所述冷头组件包括外壳，所述外壳用于安装冷头组件内的其他组件和连接排水管，所述外壳的上端四周固定设置有进水口，所述进水口共设置有四个，所述进水口的外侧设置有分水管，所述分水管与进水管相连。

作为优选，所述外壳的内部位于排水管的正下方固定设置有电磁线圈，所述电磁线圈的下端转动设置有螺旋桨叶，所述螺旋桨叶同时与外壳转动连接，所述螺旋桨叶的下方设置有鳍片，所述鳍片为螺纹状设置，所述鳍片的中部设置有空心管，所述鳍片的下端固定设置有铜板，所述铜板的下端与半导体接触。

作为优选，所述螺旋桨叶的桨叶倾斜方向与鳍片的扭转方向相反，所述鳍片中部的空心管的最下端与铜板不接触，所述螺旋桨叶的中间部分由铜制成。

作为优选，所述安装座分为上下两个，上下两个所述安装座的上下两端均固定设置有三通管，上方所述三通管的两端与排水管相连，下方的所述三通管的两端与进水管连接，所述安装座之间转动设置有叶轮，所述叶轮的下端位于下方的安装座的内部设置有线圈用于驱动叶轮，所述叶轮的内部设置有管壁，所述管壁的上下两端均与安装座固定连接，所述管壁的内部上端设置有滤网。

作为优选，所述管壁的内部下侧设置有安装管，所述安装管的下端与下方的安装座固定连接，所述安装管的上端安装架，所述安装架设置为十字形。

作为优选，所述滤网的下方设置有分水盘，所述分水盘与管壁固定连接，所述分水盘的上端中部设置有凸起的圆台，所述分水盘的下端固定设置有螺旋管，所述螺旋管同时与管壁固定连接。

作为优选，所述安装管的外表面滑动设置有配重块，所述配重块的下方设置有浮板，所述浮板同样与安装管滑动连接，所述浮板的中间上端固定设置有顶块，所述顶块的上方设置有按钮，所述按钮与安装架固定连接。

作为优选，所述配重块可以避免浮板因辅助组件内的冷却液流动而频繁的改变高度，所述浮板的中部还设置有空心的气囊，所述按钮相连的导线位于安装架和安装管内并最终连接至安装座一侧的插接口上。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

（1）通过辅助组件的设置，首先可以平衡管道内的压力，避免出现爆管，防止管道内出现空腔，从而可以防止降温效果下降和不稳定；其次利用螺旋管和叶轮可以减轻冷排的工作压力，避免因冷液流速过快而导致降温效果不理想，并且相较于普通的液冷系统，在同一温度下，冷排的工作压力低、冷排上的风扇转速低，可适应的工作温度更高。这样不仅可以延后冷排风扇开始高功率运行的时间点，也可以在一定程度上降低风扇产生噪音的频率，最后，通过滤网的设置，可以将冷却液内的杂质进行过滤，减少堵塞的频率，从而可以减少维护频率，进而可以延长冷却液和装置的使用寿命；

（2）通过冷头组件的设置，鳍片的特殊形状可以在有限的空间内，增加可利用的散热面积，并且不会过多地影响冷却液的流动效果，而在螺旋桨叶的作用下，可以将进水管内的低温冷却液抽入外壳内并加压，这样可以使冷却液快速地经过鳍片并从中部的空心管排向排水管，从而可以增强冷头组件的散热效率，并且在螺旋桨叶的作用下，可以直接利用装置内的液压高低决定辅助组件是否开启，无需额外的传感器或控制程序。

附图说明

图1为本发明整体立体结构示意图；

图2为本发明冷头组件整体结构示意图；

图3为本发明外壳及进水口结构示意图；

图4为本发明冷头组件内部结构示意图；

图5为本发明鳍片及螺旋桨叶结构示意图；

图6为本发明鳍片内部结构示意图；

图7为本发明辅助组件整体结构示意图；

图8为本发明安装座剖视结构示意图；

图9为本发明图8中A处放大结构示意图；

图10为本发明辅助组件剖视结构示意图；

图11为本发明辅助组件剖视（上端无安装座）结构示意图；

图12为本发明螺旋管及辅助组件内部其他组件结构示意图；

图13为本发明辅助组件下半部分结构示意图；

图14为本发明浮板及相关组件结构示意图；

图15为本发明浮板及相关组件（仰视）结构示意图。

图中：1、冷头组件；101、外壳；102、进水口；103、分水管；104、电磁线圈；105、螺旋桨叶；106、鳍片；107、铜板；2、辅助组件；201、安装座；202、三通管；203、叶轮；204、管壁；205、滤网；206、密封环；207、连杆；208、底座；209、弹簧；210、密封垫；211、分水盘；212、螺旋管；213、安装管；214、安装架；215、配重块；216、浮板；217、按钮；218、顶块；3、冷排；4、进水管；5、排水管。

具体实施方式

使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的 “包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如图1至图15所示，本发明提供的一种用于半导体的液冷系统，包括冷头组件1，冷头组件1安装在半导体片的热端，冷头组件1的上端中部设置有排水管5，冷头组件1的一侧设置有进水管4，进水管4和排水管5分别用于输送低温冷却液和高温冷却液，进水管4和排水管5的另一端设置有冷排3，进水管4和排水管5与冷排3上的接口相连，冷排3用于降低冷却液的温度，进水管4和排水管5的中部设置有辅助组件2，辅助组件2用于平衡整个装置内的压力，辅助散热和储存备用的冷却液；

辅助组件2主要包括叶轮203和设置在安装座201内部的密封环206，密封环206的圆心与三通管202的圆心位于同一直线，密封环206的下端中部固定设置有连杆207，连杆207的下端固定设置有底座208，底座208同时与安装座201固定连接，底座208的上端位于连杆207的四周固定设置有弹簧209，弹簧209的上端固定设置有密封垫210，密封垫210的中部与连杆207滑动连接，辅助组件2中的密封机构共设置有两组，分别设置在上下两个安装座201内部，并且其结构、安装位置与安装方式完全一致。

冷头组件1包括外壳101，外壳101用于安装冷头组件1内的其他组件和连接排水管5，外壳101的上端四周固定设置有进水口102，进水口102共设置有四个，进水口102的外侧设置有分水管103，分水管103与进水管4相连。

外壳101的内部位于排水管5的正下方固定设置有电磁线圈104，电磁线圈104的下端转动设置有螺旋桨叶105，螺旋桨叶105同时与外壳101转动连接，螺旋桨叶105的下方设置有鳍片106，鳍片106为螺纹状设置，鳍片106的中部设置有空心管，鳍片106的下端固定设置有铜板107，铜板107的下端与半导体接触。

螺旋桨叶105的桨叶倾斜方向与鳍片106的扭转方向相反，鳍片106中部的空心管的最下端与铜板107不接触，螺旋桨叶105的中间部分由铜制成。

安装座201分为上下两个，上下两个安装座201的上下两端均固定设置有三通管202，上方三通管202的两端与排水管5相连，下方的三通管202的两端与进水管4连接，安装座201之间转动设置有叶轮203，叶轮203的下端位于下方的安装座201的内部设置有线圈用于驱动叶轮203，叶轮203的内部设置有管壁204，管壁204的上下两端均与安装座201固定连接，管壁204的内部上端设置有滤网205。

管壁204的内部下侧设置有安装管213，安装管213的下端与下方的安装座201固定连接，安装管213的上端安装架214，安装架214设置为十字形。

滤网205的下方设置有分水盘211，分水盘211与管壁204固定连接，分水盘211的上端中部设置有凸起的圆台，分水盘211的下端固定设置有螺旋管212，螺旋管212同时与管壁204固定连接。

安装管213的外表面滑动设置有配重块215，配重块215的下方设置有浮板216，浮板216同样与安装管213滑动连接，浮板216的中间上端固定设置有顶块218，顶块218的上方设置有按钮217，按钮217与安装架214固定连接。

配重块215可以避免浮板216因辅助组件2内的冷却液流动而频繁的改变高度，浮板216的中部还设置有空心的气囊，按钮217相连的导线位于安装架214和安装管213内并最终连接至安装座201一侧的插接口上。

本发明的工作原理及使用流程：对半导体散热时，共有三种情况：

当半导体的温度处于正常的工作温度区间内时：辅助组件2和冷头组件1内的螺旋桨叶105不启动，仅靠冷排3即可满足散热需求；

当半导体的温度超过正常工作温度但未达到“高温”的标准时：冷头组件1内的电磁线圈104通电，此时螺旋桨叶105开始转动，当螺旋桨叶105启动后，可以辅助系统内原有的泵机，加快冷却液在冷头内的流速；

当半导体的温度达到“高温”的标准时：电磁线圈104的供电功率会增加，随之而来的就是冷却液的流速会进一步的加快，此时进水管4内会处于低压状态，排水管5内处于高压状态，这样即可利用管内的压力差将上下两个密封垫210打开；这时排水管5不仅可以向冷排3输送冷却液，也可以将冷排3无法接收的多余的冷却液排向管壁204内，当高温冷却液进入管壁204后，首先会经过滤网205，滤网205可以过滤掉冷却液内的杂质，随后冷却液经过分水盘211进入螺旋管212，最终进入管壁204的下方；而进水管4不仅可以将冷排3排出的低温冷却液输送至冷头组件1，也可以利用管内的低压将管壁204内存储的备用低温冷却液抽走以满足冷头组件1的工作需求，此时管壁204的液位会相应的降低，液位降低后浮板216随之下移，顶块218则无法顶住按钮217，按钮217松开后安装座201内线圈的启动并驱动管壁204外的叶轮203转动，叶轮203启动后可将外部的空气吹向管壁204，这样不仅可以对螺旋管212内的高温冷却液进行降温，也可以对管壁204下半部分的冷却液进行降温。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于半导体的液冷系统，包括冷头组件（1），其特征在于：所述冷头组件（1）安装在半导体片的热端，所述冷头组件（1）的上端中部设置有排水管（5），所述冷头组件（1）的一侧设置有进水管（4），所述进水管（4）和排水管（5）分别用于输送低温冷却液和高温冷却液，所述进水管（4）和排水管（5）的另一端设置有冷排（3），所述进水管（4）和排水管（5）与冷排（3）上的接口相连，所述冷排（3）用于降低冷却液的温度，所述进水管（4）和排水管（5）的中部设置有辅助组件（2），所述辅助组件（2）用于平衡整个装置内的压力，辅助散热和储存备用的冷却液；

所述辅助组件（2）主要包括叶轮（203）、分水盘（211）、螺旋管（212）和设置在安装座（201）内部的密封环（206），所述密封环（206）的圆心与三通管（202）的圆心位于同一直线，所述密封环（206）的下端中部固定设置有连杆（207），所述连杆（207）的下端固定设置有底座（208），所述底座（208）同时与安装座（201）固定连接，所述底座（208）的上端位于连杆（207）的四周固定设置有弹簧（209），所述弹簧（209）的上端固定设置有密封垫（210），所述密封垫（210）的中部与连杆（207）滑动连接，所述辅助组件（2）中的密封机构共设置有两组，分别设置在上下两个安装座（201）内部，并且其结构、安装位置与安装方式完全一致。

2.根据权利要求1所述的一种用于半导体的液冷系统，其特征在于：所述冷头组件（1）包括外壳（101），所述外壳（101）用于安装冷头组件（1）内的其他组件和连接排水管（5），所述外壳（101）的上端四周固定设置有进水口（102），所述进水口（102）共设置有四个，所述进水口（102）的外侧设置有分水管（103），所述分水管（103）与进水管（4）相连。

3.根据权利要求2所述的一种用于半导体的液冷系统，其特征在于：所述外壳（101）的内部位于排水管（5）的正下方固定设置有电磁线圈（104），所述电磁线圈（104）的下端转动设置有螺旋桨叶（105），所述螺旋桨叶（105）同时与外壳（101）转动连接，所述螺旋桨叶（105）的下方设置有鳍片（106），所述鳍片（106）为螺纹状设置，所述鳍片（106）的中部设置有空心管，所述鳍片（106）的下端固定设置有铜板（107），所述铜板（107）的下端与半导体接触。

4.根据权利要求3所述的一种用于半导体的液冷系统，其特征在于：所述螺旋桨叶（105）的桨叶倾斜方向与鳍片（106）的扭转方向相反，所述鳍片（106）中部的空心管的最下端与铜板（107）不接触，所述螺旋桨叶（105）的中间部分由铜制成。

5.根据权利要求1所述的一种用于半导体的液冷系统，其特征在于：所述安装座（201）分为上下两个，上下两个所述安装座（201）的上下两端均固定设置有三通管（202），上方所述三通管（202）的两端与排水管（5）相连，下方的所述三通管（202）的两端与进水管（4）连接，所述安装座（201）之间转动设置有叶轮（203），所述叶轮（203）的下端位于下方的安装座（201）的内部设置有线圈用于驱动叶轮（203），所述叶轮（203）的内部设置有管壁（204），所述管壁（204）的上下两端均与安装座（201）固定连接，所述管壁（204）的内部上端设置有滤网（205）。

6.根据权利要求5所述的一种用于半导体的液冷系统，其特征在于：所述管壁（204）的内部下侧设置有安装管（213），所述安装管（213）的下端与下方的安装座（201）固定连接，所述安装管（213）的上端安装架（214），所述安装架（214）设置为十字形。

7.根据权利要求5所述的一种用于半导体的液冷系统，其特征在于：所述滤网（205）的下方设置有分水盘（211），所述分水盘（211）与管壁（204）固定连接，所述分水盘（211）的上端中部设置有凸起的圆台，所述分水盘（211）的下端固定设置有螺旋管（212），所述螺旋管（212）同时与管壁（204）固定连接。

8.根据权利要求6所述的一种用于半导体的液冷系统，其特征在于：所述安装管（213）的外表面滑动设置有配重块（215），所述配重块（215）的下方设置有浮板（216），所述浮板（216）同样与安装管（213）滑动连接，所述浮板（216）的中间上端固定设置有顶块（218），所述顶块（218）的上方设置有按钮（217），所述按钮（217）与安装架（214）固定连接。

9.根据权利要求8所述的一种用于半导体的液冷系统，其特征在于：所述配重块（215）可以避免浮板（216）因辅助组件（2）内的冷却液流动而频繁的改变高度，所述浮板（216）的中部还设置有空心的气囊，所述按钮（217）相连的导线位于安装架（214）和安装管（213）内并最终连接至安装座（201）一侧的插接口上。