CN202217657U - 半导体芯片制冷装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种半导体芯片制冷装置，其包括半导体芯片以及热端和冷端，半导体芯片具有致热面和致冷面。热端包括第一基座、第一连接管和第一散热装置，第一基座与致热面相贴，第一基座和第一散热装置内均设有腔体，第一连接管与第一基座的腔体和第一散热装置的腔体双向连接，从而在热端形成一密闭的循环通道。热端的循环通道内设有冷却介质。采用本实用新型的结构，半导体芯片与第一散热装置之间可相距一定距离，第一散热装置不会占用半导体芯片周围的空间，且其体积不受限制，再配以冷却介质的往复循环，散热效果可得以较大提高。
Description
技术领域
本实用新型属于散热领域，尤其涉及一种半导体芯片制冷装置。
背景技术
由于半导体芯片制冷具有体积小、超静音等优点，目前半导体制冷被广泛应用于一些发热量大的电子元件或设备箱的散热。但由于半导体芯片本身的散热效果不佳，导致其发热功率远远大于制冷功率，甚至由于其冷热温差大，芯片容易受热胀冷缩而减短使用寿命。
为解决芯片散热难的问题，目前绝大多数产品都是采用直接在半导体芯片上加装散热片，然后利用风机将芯片热量散发出去。这样虽然起到了一定的散热效果，但一方面直接加装在半导体芯片上的散热片会增大散热结构的体积，占用半导体芯片周围的较大空间，另一方面这种结构的散热效率仍然不高，半导体芯片只能达到其额定制冷量的60％左右。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种半导体芯片制冷装置，其占用半导体芯片周围的较小空间且散热效果好。
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种半导体芯片制冷装置，包括半导体芯片以及热端和冷端，半导体芯片具有致热面和致冷面。热端包括第一基座、第一连接管和第一散热装置，第一基座与半导体芯片的致热面相贴，第一基座和第一散热装置内均设有腔体，第一连接管与第一基座的腔体和第一散热装置的腔体双向连接，从而在热端形成一密闭的循环通道，热端的循环通道内设有冷却介质。
进一步地，所述第一散热装置在竖直方向上高于第一基座。
进一步地，所述第一连接管内设有单向阀，第一散热装置在竖直方向上高于或者低于第一基座，或者与第一基座等高。
进一步地，所述热端的循环通道上设置泵体。
进一步地，所述冷端包括第二散热装置，第二散热装置与半导体芯片的致冷面相帖。
进一步地，所述冷端包括第二基座、第二连接管和第二散热装置，第二基座与半导体芯片的致冷面相贴，第二基座和第二散热装置内均设有腔体，第二连接管与第二基座的腔体和第二散热装置的腔体双向连接，从而在冷端形成一密闭的循环通道，冷端的循环通道内设有冷却介质。
进一步地，所述第二散热装置在竖直方向上高于第二基座。
进一步地，所述第二连接管内设有单向阀，第二散热装置在竖直方向上高于或者低于第二基座，或者与第二基座等高。
进一步地，所述冷端的循环通道上设置泵体。
进一步地，所述热端的循环通道内的冷却介质和冷端的循环通道内的冷却介质为水、醇、油、制冷剂或纳米流体。
与现有技术相比较，上述半导体芯片的致热面与第一基座相贴，并利用第一连接管将第一基座内的腔体与第一散热装置连接而形成密闭的循环通道；循环通道内设置冷媒或冷却介质，通过冷却介质在循环通道内的往复循环，达到吸热、放热的目的。采用此种结构，半导体芯片与第一散热装置之间可相距一定距离，第一散热装置不会占用半导体芯片周围的空间，且第一散热装置的体积和形态可以不受限制，再配以冷却介质的往复循环，散热效果可得以较大提高。
附图说明
图1是本实用新型第一实施例的半导体芯片制冷装置的热端结构示意图。
图2是本实用新型第一实施例的半导体芯片制冷装置的冷端结构示意图。
图3是本实用新型第二实施例的半导体芯片制冷装置的冷端结构示意图。
图4是本实用新型第三实施例的半导体芯片制冷装置的热端结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参看图1和图2，本实用新型第一实施例的半导体芯片制冷装置包括半导体芯片110以及热端和冷端。半导体芯片110具有致热面112和致冷面115。请参看图1，制冷装置的热端包括第一基座120、第一连接管130和第一散热装置140。第一基座120与半导体芯片110的致热面112相贴。第一散热装置140在竖直方向上高于第一基座120。第一基座120和第一散热装置140内均设有腔体(图中未示出)。第一连接管130与第一基座120的腔体和第一散热装置140的腔体双向连接，从而形成一密闭的循环通道。循环通道内设有冷媒或冷却介质，如水、醇、油、制冷剂或纳米液体等具有气液转换特性的物质。如图2所示，半导体芯片制冷装置的冷端包括与半导体芯片110的致冷面115相贴的第二散热装置150。第二散热装置150包括底板155和从底板155延伸的散热片157。底板155与半导体芯片110的致冷面115相贴。
半导体芯片制冷装置工作时，与致热面112相贴的第一基座120受热，第一基座120腔体内的冷却介质受热蒸发而通过第一连接管130向上流入第一散热装置140的腔体中(如图1中箭头所示的方向)，并在第一散热装置140腔体内受冷而凝结，并由于重力的作用而通过第一连接管130流回第一基座120(如图1中箭头所示的方向)。同时，与致冷面115相贴的第二散热装置150得到有效冷却，温度降低，便于对其他发热元件进行散热。这样往复循环，使循环通道内的冷却介质利用气液两相转换时产生的压力差与重力作用进行循环，同时完成热端的吸热、放热的过程，从而提高半导体芯片的有效利用率，增强冷却装置的散热效果。
本实用新型的第二实施例中，半导体芯片制冷装置热端的结构和第一实施例中相同，而冷端的结构则采用与热端类似的循环系统。请参看图3，第二实施例中，半导体芯片制冷装置的冷端包括第二基座220、第二连接管230和第二散热装置250。第二基座220与半导体芯片110的致冷面115相贴。第二散热装置250在竖直方向上高于第二基座220。第二基座220和第二散热装置250内均设有腔体(图中未示出)。第二连接管230与第二基座220的腔体和第二散热装置250的腔体双向连接，从而在冷端形成一密闭的循环通道。冷端的循环通道内设有冷媒或冷却介质，如水、醇、油、制冷剂或纳米液体等具有气液转换特性的物质。
第二实施例的半导体芯片制冷装置工作时，热端的工作原理与第一实施例热端的工作原理相同。而冷端的第二基座220由于受到半导体芯片110致冷面115的制冷，其温度低于第二散热装置250的温度，从而在冷端的循环通道内形成压力差。第二基座220腔体内的冷却介质因受到压力差的影响，有部分冷却介质蒸发而进入第二散热装置250的腔体内(如图3中箭头所示的方向)，从而将冷量带到第二散热装置250，使第二散热装置250得到冷却，温度降低，便于对其他发热元件进行散热。而第二散热装置250内的冷却介质由于重力的作用而通过第二连接管230流回第二基座220(如图3中箭头所示的方向)。这样往复循环，使冷端的第二基座220腔体内的冷却介质利用压力差而产生汽化，并利用重力使第二散热装置250腔体内的冷却介质流回到第二基座220，从而完成冷端的吸热、放热的过程，有效冷却与致冷面115相贴的第二散热装置250。
本实用新型第三实施例中，半导体芯片制冷装置冷端的结构可以与第一实施例或第二实施例中冷端的结构相同，其热端的结构如图4所示。请参看图4，第三实施例中，半导体芯片制冷装置的热端包括第一基座320、第一连接管330、第一散热装置340和单向阀360。第一基座320与半导体芯片110的致热面112相贴。第一基座320和第一散热装置340内均设有腔体(图中未示出)。第一连接管330与第一基座320的腔体和第一散热装置340的腔体双向连接，从而形成一密闭的循环通道。循环通道内设有冷媒或冷却介质，如水、醇、油、制冷剂或纳米流体等具有气液转换特性的物质。具体地，将第一基座320连接到第一散热装置340上的第一连接管330中设有单向阀360，将第一散热装置340连接到第一基座320上的第一连接管330中也设设有单向阀360。
第三实施例的半导体芯片制冷装置工作时，热端的第一基座320腔体内的冷却介质因受热蒸发而通过第一连接管330进入第一散热装置340的腔体中(如图4中箭头所示的方向)，同时，由于单向阀360的作用，受热后的冷却介质只能是从第一基座320流向第一散热装置340而不会产生回流。受热后的冷却介质在第一散热装置30腔体内受冷而凝结，并由于重力的作用而通过第一连接管330流回第一基座320(如图4中箭头所示的方向)，同时，由于单向阀360的作用，冷却后的冷却介质只能是从第一散热装置340流向基座360而不会产生回流。这样往复循环，使循环通道内的冷却介质通过气液两相转换时产生的压力差以及重力作用进行循环，同时完成吸热、放热的过程，从而提高半导体芯片的有效利用率，增强冷却装置的散热效果。
由于第一连接管330内设有单向阀360，可以有效地保证冷却介质的正确流向，故第三实施例中，第一散热装置340在竖直方向上还可以与第一基座320等高或者低于第一基座320。
可以理解地，本实用新型的其它实施例中，热端或/和冷端的循环通道上可设置泵体，利用泵体作为冷却介质循环的动力，加速冷却介质在循环通道内的往复循环，以达到吸热、放热的目的。
综上所述，前述各实施例中，半导体芯片110的致热面112与第一基座相贴，并利用第一连接管将第一基座内的腔体与第一散热装置连接而形成密闭的循环通道；循环通道内设置冷媒或冷却介质，通过冷却介质在循环通道内的往复循环，达到吸热、放热的目的。采用此种结构，半导体芯片110与第一散热装置之间可相距一定距离，第一散热装置不会占用半导体芯片110周围的空间，且第一散热装置的体积和形态可以不受限制，再配以冷却介质的往复循环，散热效果可得以较大提高。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半导体芯片制冷装置，包括半导体芯片以及热端和冷端，所述半导体芯片具有致热面和致冷面，其特征在于，所述热端包括第一基座、第一连接管和第一散热装置，所述第一基座与所述半导体芯片的致热面相贴，所述第一基座和第一散热装置内均设有腔体，所述第一连接管与第一基座的腔体和第一散热装置的腔体双向连接，从而在所述热端形成一密闭的循环通道，所述热端的循环通道内设有冷却介质。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片制冷装置，其特征在于，所述第一散热装置在竖直方向上高于所述第一基座。
3.根据权利要求1所述的半导体芯片制冷装置，其特征在于，所述第一连接管内设有单向阀，所述第一散热装置在竖直方向上高于或者低于第一基座，或者与第一基座等高。
4.根据权利要求1所述的半导体芯片制冷装置，其特征在于，所述热端的循环通道上设置泵体。
5.根据权利要求1-4任一项所述的半导体芯片制冷装置，其特征在于，所述冷端包括第二散热装置，所述第二散热装置与半导体芯片的致冷面相贴。
6.根据权利要求1-4任一项所述的半导体芯片制冷装置，其特征在于，所述冷端包括第二基座、第二连接管和第二散热装置，所述第二基座与半导体芯片的致冷面相贴，所述第二基座和第二散热装置内均设有腔体，所述第二连接管与第二基座的腔体和第二散热装置的腔体双向连接，从而在冷端形成一密闭的循环通道，所述冷端的循环通道内设有冷却介质。
7.根据权利要求6所述的半导体芯片制冷装置，其特征在于，所述第二散热装置在竖直方向上高于第二基座。
8.根据权利要求6所述的半导体芯片制冷装置，其特征在于，所述第二连接管内设有单向阀，所述第二散热装置在竖直方向上高于或者低于第二基座，或者与第二基座等高。
9.根据权利要求6所述的半导体芯片制冷装置，其特征在于，所述冷端的循环通道上设置泵体。
10.根据权利要求6所述的半导体芯片制冷装置，其特征在于，所述热端和冷端的循环通道内的冷却介质为水、醇、油、制冷剂或纳米流体。
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