CN105633037A - 一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置 - Google Patents

一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置 Download PDF

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唐瑞
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Abstract

一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置，包括芯片模块及安装在其上部的芯片冷却基座，芯片冷却基座与闭式螺旋型脉动热管配合压紧，使闭式螺旋型脉动热管的蒸发段与芯片模块充分接触，闭式螺旋型脉动热管的蒸发段嵌入芯片冷却基座内，芯片冷却基座侧面固定有冷却风扇支架，冷却风扇支架上固定有冷却风扇，冷却风扇位于闭式螺旋型脉动热管的冷凝段上部，本发明利用闭式螺旋型脉动热管中工作介质的相变过程，实现对大功率芯片运行所产生热量的快速导出，并将热量利用冷却风扇快速地散放到周围的环境中，从而保证大功率芯片在正常的温度范围内高速稳定地运行，具有结构简单，运行稳定，能耗小，散热热流密度大，散热效率高等优点。

Description

一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置
技术领域
本发明涉及大功率芯片高效冷却技术领域，具体涉及一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置。
背景技术
随着目前芯片技术集成化、小型化和高频高速化的发展，芯片单位面积上的发热功率越来越大，温度越来越高，但是大功率芯片也因温度的影响而使其故障率显著提高，故芯片冷却技术在芯片发展中扮演着相当重要的角色。
芯片的冷却模组设计主要应考虑其占用空间、冷却效率与制作成本，保证在使用过程中芯片的温度能够维持在其正常的工作温度范围内。在现有的芯片冷却技术中，最主要的散热方式分为风冷散热技术、水冷散热技术和传统热管散热技术。其中，风冷散热技术由于其导热介质的导热率较小，故当芯片发热严重时，冷却装置的冷却效率很容易达到其工作极限，不能有效地将芯片热量导出，导致芯片温度迅速上升，芯片工作环境恶化。水冷散热技术由于其必须配备附属动力装置，导致其占用空间较大。另外，由于传统热管散热技术的内部吸液芯制作过程复杂，导致其制作成本较高。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置，能够有效提高冷却效率与冷却速率，同时减小占用空间与制作成本。
为实现上述目的，本发明采用的具体技术方案为：
一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置，包括芯片模块1及安装在其上部的芯片冷却基座2，芯片冷却基座2与闭式螺旋型脉动热管3配合压紧，闭式螺旋型脉动热管3的蒸发段8嵌入芯片冷却基座2内，使闭式螺旋型脉动热管3的蒸发段8的底面7与芯片模块1充分接触，芯片冷却基座2侧面固定有冷却风扇支架4，冷却风扇支架4上固定有冷却风扇5，冷却风扇5位于闭式螺旋型脉动热管3的冷凝段9的上部。
所述芯片模块1与芯片冷却基座2之间填充有导热硅胶材料6。
所述芯片冷却基座2底部加工有螺旋型槽道与闭式螺旋型脉动热管3的蒸发段8紧密接触，同时芯片冷却基座2上部加工有散热翘片。
所述闭式螺旋型脉动热管3的底面7与芯片模块1接触部分加工为平面。
所述闭式螺旋型脉动热管3采用内径2mm，外径3mm的紫铜管弯折焊接而成，根据芯片模块1的不同，设置不同数量的螺旋通道数，在紫铜管外侧部分焊接注液口，闭式螺旋型脉动热管3加工成以后，首先进行抽真空，保证闭式螺旋型脉动热管3内部的真空度，然后在低温环境下注入工作介质，注液率为80％～90％，工作介质为一氟三氯甲烷，利用共混法加入氧化铜纳米颗粒。
本发明与现有技术相比的有益效果：
本发明利用闭式螺旋型脉动热管3中工作介质的相变过程，实现对大功率芯片运行所产生热量的快速导出，并将热量利用冷却风扇5快速地散放到周围的环境中，从而保证大功率芯片在正常的温度范围内高速稳定地运行，具有结构简单，运行稳定，能耗小，散热热流密度大，散热效率高等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的***图。
图3为本发明闭式螺旋型脉动热管3的右视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
如图1、图2和图3所示，一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置，包括芯片模块1及安装在其上部的芯片冷却基座2，芯片冷却基座2与闭式螺旋型脉动热管3配合压紧，闭式螺旋型脉动热管3的蒸发段8嵌入芯片冷却基座2内，使闭式螺旋型脉动热管3的蒸发段8的底面7与芯片模块1充分接触，芯片冷却基座2侧面固定有冷却风扇支架4，冷却风扇支架4上固定有冷却风扇5，冷却风扇5位于闭式螺旋型脉动热管3的冷凝段9的上部。
所述芯片模块1与芯片冷却基座2之间填充有导热硅胶材料6，消除接触间隙，保证热量的高效传递。
所述芯片冷却基座2底部加工有螺旋型槽道与闭式螺旋型脉动热管3的蒸发段8紧密接触，同时芯片冷却基座2上部加工有散热翘片，增强其散热能力。
所述闭式螺旋型脉动热管3的底面7与芯片模块1接触部分加工为平面，保证闭式螺旋型脉动热管3底面与芯片模块1能够充分接触。
所述闭式螺旋型脉动热管3采用内径2mm，外径3mm的紫铜管弯折焊接而成，根据芯片模块1的不同，设置不同数量的螺旋通道数，在紫铜管外侧部分焊接注液口，闭式螺旋型脉动热管3加工成以后，首先进行抽真空，保证闭式螺旋型脉动热管3内部的真空度，然后在低温环境下注入工作介质，注液率为80％～90％，工作介质为一氟三氯甲烷，利用共混法加入氧化铜纳米颗粒。
本发明的工作原理为：
芯片模块1产生的热量传递到芯片冷却基座2与闭式螺旋型脉动热管3中，使闭式螺旋型脉动热管3内部工作介质的汽化，将芯片冷却基座2上的热量快速的带出，然后到达闭式螺旋型脉动热管3的冷凝段9，由于空气与冷却风扇5的冷却作用，工作介质冷凝液化放出热量，起到热量的快速导出作用。
工作介质在闭式螺旋型脉动热管3的蒸发段8、冷凝段9内形成随机分布的气、液塞。在蒸发段8，工作介质蒸发形成气泡，随之迅速膨胀和升压，推动工作介质流向低温冷凝段9；在冷凝段9，气泡冷凝并收缩破裂，压力下降，由于两端存在压差，从而提供工作介质流动的驱动力；蒸发段8相邻通道的工作介质蒸发过程具有非同步性，会在相邻通道之间形成压力差，该压力差会推动工作介质从一个流道流向另一个流道，从而形成脉动热管的回复力，在驱动力和回复力的相互作用下，形成了工作介质在蒸发段8和冷凝段9之间的局部震荡流动和脉动热管整体的循环流动，从而实现热量的传递。

Claims (5)

1.一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置，包括芯片模块(1)及安装在其上部的芯片冷却基座(2)，其特征在于：芯片冷却基座(2)与闭式螺旋型脉动热管(3)配合压紧，闭式螺旋型脉动热管(3)的蒸发段(8)嵌入芯片冷却基座(2)内，使闭式螺旋型脉动热管(3)的蒸发段(8)的底面(7)与芯片模块(1)充分接触，芯片冷却基座(2)侧面固定有冷却风扇支架(4)，冷却风扇支架(4)上固定有冷却风扇(5)，冷却风扇(5)位于闭式螺旋型脉动热管(3)的冷凝段(9)的上部。
2.根据权利要求1所述的一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置，其特征在于：所述芯片模块(1)与芯片冷却基座(2)之间填充有导热硅胶材料(6)。
3.根据权利要求1所述的一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置，其特征在于：所述芯片冷却基座(2)底部加工有螺旋型槽道与闭式螺旋型脉动热管(3)的蒸发段(8)紧密接触，同时芯片冷却基座(2)上部加工有散热翘片。
4.根据权利要求1所述的一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置，其特征在于：所述闭式螺旋型脉动热管(3)的底面(7)与芯片模块(1)接触部分加工为平面。
5.根据权利要求1所述的一种用于芯片冷却的脉动热管散热装置，其特征在于：所述闭式螺旋型脉动热管(3)采用内径2mm，外径3mm的紫铜管弯折焊接而成，根据芯片模块(1)的不同，设置不同数量的螺旋通道数，在紫铜管外侧部分焊接注液口，闭式螺旋型脉动热管(3)加工成以后，首先进行抽真空，保证闭式螺旋型脉动热管(3)内部的真空度，然后在低温环境下注入工作介质，注液率为80％～90％，工作介质为一氟三氯甲烷，利用共混法加入氧化铜纳米颗粒。
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