CN1937215A - 大功率集成电路芯片冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率集成电路芯片冷却装置，具体地说是适用于多芯片组装结构的功率芯片及大功率电源模块等单器件热流密度在20W/cm²以内的各种器件冷却。其主要采用进口管依次与球阀、直角弯头、快速接头等部件相连后再与冷板部件的冷却进口管道相连接；直角弯头与冷板部件的冷却出口管道相连，并依次与直头、直角弯头、快速接头、球阀等部件相连后再与总出口管连接。本发明能将冷却水(液)经主管路及各分支管路送至各冷却单元，通过各类印制电路板上的冷板部件带走各器件产生的热量，冷却各发热单元；从而给主机系统各功能部件提供一个稳定、可靠的温度环境，保证主机可靠、高效运行；可对多组芯片、功耗高的芯片进行冷却。

Description

大功率集成电路芯片冷却装置

技术领域

本发明涉及一种大功率集成电路芯片冷却装置，具体地说是适用于多芯片组装结构的功率芯片及大功率电源模块等单器件热流密度在20W/cm²以内的各种器件冷却。

背景技术

大功率芯片和芯片组发热的冷却方法通常采用风冷方式，但随着微电子技术的不断发展，单芯片的IC功能更复杂、时钟频率快速提高、封装变薄、封装的引脚间距减小、封装的引脚数降低等因素导致单芯片不断地向大功率和小型化方向发展，采用传统的风冷方式已经满足不了单芯片和芯片组的散热问题。一般芯片封装可接触的表面积都在48*32mm²左右，当芯片的工作频率达到800MHZ以上时，最大功率可达100W，外壳与散热装置平均热流密度可达7.1W/cm²以上，当系统使用大量大功率芯片时，芯片原装的散热器和风扇可控制的最高结温仅在100℃左右，而芯片封装外壳温度不能超过65℃(设计要求)，如采用强制风冷解决芯片的散热，会引起电子产品工作不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种采用冷却水(液)经冷水机组冷却，将冷却水(液)经主管路及各分支管路送至各冷却单元，通过各类印制电路板上的冷板带走各器件产生的热量，冷却各发热单元；温度升高的冷却水(液)回到冷水机组，经机组冷却后又送到主机系统，如此反复循环，从而给主机系统各功能部件提供一个稳定、可靠的温度环境，保证主机可靠、高效运行。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

本发明主要采用进口管依次与球阀、直角弯头、快速接头、直角弯头、直头、直角弯头相连接后再与冷板部件的冷却进口管道相连接；直角弯头与冷板部件的冷却出口管道相连接，直角弯头依次与直头、直角弯头、快速接头、直角弯头、球阀相连接后再与总出口管连接。

本发明冷板部件包括底冷板、上冷板、冷却管道，在底冷板上设有冷却管道，在其上面再复合上冷板，在冷却管道内有冷却水或冷却液循环流通。

本发明冷却管道由主管路及分支路连通构成。冷却管道采用铝合金或铜材料制成。

本发明与已有技术相比具有以下优点：

本发明结构简单、紧凑，合理；由于采用冷却水(液)经冷水机组冷却，由水泵产生压力，将冷却水(液)经主管路及各分支管路送至各冷却单元，通过各类印制电路板上的冷板带走各器件产生的热量，冷却各发热单元；温度升高的冷却水(液)回到冷水机组，经机组冷却后又送到主机系统，如此反复循环，从而给主机系统各功能部件提供一个稳定、可靠的温度环境，保证主机可靠、高效运行；可支持多组芯片的冷却，能冷却功耗高的芯片，并能够缓解冷却水(液)在长期运行中对系统内的铝、铜及不绣钢等材质的腐蚀，从而可延长使用寿命。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明冷却水(液)管道结构示意图。

图3为本发明使用状态示意图。

具体实施方式

下面本发明将结合附图中的实施例作进一步描述：

本发明主要由进口管1、球阀2、直角弯头3、快速接头4、直角弯头5、直头6、直角弯头7、冷板部件8、直角弯头9、直头10、直角弯头11、快速接头12、直角弯头13、球阀14、总出口管15、上冷板16、冷却水(液)管道17及底冷板21、冷板部件冷却水(液)进口23、冷板部件冷却水(液)出口22等组成。

图1、图2所示：采用进口管1依次与球阀2、直角弯头3、快速接头4、直角弯头5、直头6、直角弯头7相连接后再与冷板部件8的冷却水(液)进口23管道相连接；直角弯头9与冷板部件8的冷却水(液)出口22管道相连接，直角弯头9依次与直头10、直角弯头11、快速接头12、直角弯头13、球阀14相连接后再与总出水(液)口管15连接。

图3所示：冷板部件8包括底冷板21、上冷板16、冷却水(液)管道17，在底冷板21上设有冷却管道17，在其上面再复合一块上冷板16，并在冷却水(液)管道17内有冷却水或冷却液循环流通。

冷却水(液)管道17由主管路及分支路连通组成。冷却水(液)管道17采用铝合金或铜材料制成，并经机械加工后形成。

本发明的工作原理及工作过程：

工作原理：

本发明使用时采用导热性能好、材质轻、易于加工的铝、铜材料板作为芯片的导热载体，依靠芯片19和冷板之间有粘接功能的柔性金属垫片18，使芯片和冷板紧密地连接在一起，解决印制电路板20上发热芯片19的传热问题；采用可减缓冷却系统中水(液)管通17腐蚀速度的冷却液和水(液)通道氧化工艺，延长冷却系统中水(液)管道17部分的使用寿命；通过冷却系统中水(液)管通17解决印制电路板20上发热芯片19的散热。

工作过程：

图3所示：印制电路板20上的发热芯片19将其本身的热量通过软金属垫19传递到冷板部件8上，冷板部件8内的冷却水(液)管道17中流动的是冷却水(液)。

冷却水(液)经进口管1，依次通过球阀2、直角弯头3、快速接头4、直角弯头5、直头6、直角弯头7流至冷板部件8的冷却水(液)管道17，完成冷却水(液)往冷却板水管道的输送；完成冷却的水经直角弯头9、直头10、直角弯头11、快速接头12、直角弯头13、球阀14后与总出口管15连通，排出已经完成冷却任务的水(液)。依上述工作原理多次循环，完成对铝、铜合金材料构成的金属冷板部件冷却，从而使冷却的金属冷板部件与发热单元实现了热交换。

本发明已经用于某大型计算机系统，冷板的冷却水流速度≥1m/s；所有冷板的冷却水温升≤6℃；主机所有功率芯片最高结温均小于60℃；冷板进水温度为13℃时，不产生结露；冷板在5年时间内，产生的微小腐蚀不影响水流速度。

Claims (4)

1、一种大功率集成电路芯片冷却装置，其特征是采用进口管(1)依次与球阀(2)、直角弯头(3)、快速接头(4)、直角弯头(5)、直头(6)、直角弯头(7)相连接后再与冷板部件(8)的进口管道相连接；直角弯头(9)与冷板部件(8)的出口管道相连接，直角弯头(9)依次与直头(10)、直角弯头(11)、快速接头(12)、直角弯头(13)、球阀(14)相连接后再与总出口管(15)连接。

2、根据权利要求1所述的大功率集成电路芯片冷却装置，其特征在于所述的冷板部件(8)包括底冷板(21)、上冷板(16)、冷却管道(17)，在底冷板(21)上设有冷却管道(17)，在其上面再复合上冷板(16)，在冷却管道(17)内有冷却水或冷却液循环流通。

3、根据权利要求2所述的大功率集成电路芯片冷却装置，其特征在于所述的冷却管道(17)由主管路及分支路连通构成。

4、根据权利要求2或3所述的大功率集成电路芯片冷却装置，其特征在于所述的冷却管道(17)采用铝合金或铜材料制成。

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