CN115494927A - 一种用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于集成电路芯片散热技术领域，具体而言涉及一种用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备。本装置中，包括风冷装置、热管和水冷装置；所述风冷装置底部通过导热硅胶与计算机芯片粘接；所述热管的两端分别通过导热硅胶与风冷装置的底部和水冷装置的水冷器镶嵌链；所述热管为一个内壁附有吸液芯的真空腔体，热管内填充有液态工质。本散热设备利用热传导和气液相变传热机理吸收芯片产生的热量，通过风冷和水冷组合可实现极高换热系数和热流密度的换热过程，使得CPU芯片产生的热量不会堆积在发热源处，大幅提升散热装置的散热效率，有效避免热点现象的发生。

Description

一种用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备

技术领域

本发明属于集成电路芯片散热技术领域，具体而言涉及一种用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备。

背景技术

随着计算机技术和集成电路制造技术的快速发展，计算机中央处理器CPU的集成度、性能和时钟频率不断提高。由于CPU中的晶体管数量急剧增加，使CPU的工作电流也不断增大，导致CPU单位体积所散出的热量愈来愈高。如果CPU持续在高温下工作，会导致“电子迁移”现象缩短其寿命，甚至造成CPU核心内部电路短路或断路，最后彻底损坏CPU。且温度越高，彻底破坏CPU的速度就越快，CPU的寿命就越短。实验数据表明，如果CPU正常工作时表面温度超过50℃，内部温度超过80℃，会导致CPU内部电路直接烧毁而造成永久性损坏。

为避免热量堆积导致温度过高而损坏CPU，通常采用铝合金散热器和风扇组成的强迫风冷散热装置来降低CPU的工作温度，如图1所示，CPU产生的热量首先通过热传导传至铝合金散热器的翅片，然后利用冷却风扇的强制对流将铝合金散热器翅片表面的热量带至计算机外部环境中，以实现对CPU芯片的散热处理，确保CPU芯片的运行性能。但是受计算机内部空间的限制，铝合金散热器的尺寸不能过大，因此其散热能力有限，当接触面的热流密度过高时，无法及时将热量从CPU芯片转移至铝合金散热器的翅片表面，热量会在CPU局部聚集，产生热点(Hot Spot)现象。热点现象会导致较高的热应力和热应变，降低计算机芯片的稳定性和使用寿命，在长时间的积累下，热应力和热应变会造成CPU芯片永久性损坏。

为此，本申请人曾经提出了发明名称为一种用于计算机芯片的散热设备、专利申请号为202111246174.2的专利技术，利用热管将CPU芯片产生的热量传到第二个铝合金散热器，以解决原有铝合金散热器散热能力受限的问题，但还是存在散热效率低的缺点。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备，以解决已有技术中的相关问题。

本发明的一个实施例提出的用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备，包括风冷装置、热管，还包括水冷装置。其中，计算机芯片与风冷装置的底部粘接；热管的两端分别镶嵌进风冷装置中散热器的底部和所述水冷装置的水冷器中。

可选地，所述热管为一个内壁附有吸液芯的真空腔体，热管内填充有液态工质。

本发明实施例提出的用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备，其优点是：

本发明的风冷水冷组合散热设备，同时利用热传导和气液相变传热机理，吸收CPU芯片产生的热量，由于热管通过封闭真空***内的液体蒸发与凝结来传递热量，因此热阻很小，其热传导效率比相同重量的金属高几个数量级，通过风冷和水冷组合散热，可实现极高换热系数和热流密度的换热过程，使得CPU芯片产生的热量不会堆积在发热源处，因此能够大幅提升强迫风冷散热装置的散热效率，有效避免了CPU芯片上热点现象的发生。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是已有计算机CPU芯片强迫风冷散热装置结构示意图。

图2是根据本发明一个实施例示出的用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备结构示意图。

图1和图2中，1是计算机芯片，2是散热器，3是冷却风扇，4是热管，5是水管，6是水泵，7是换热器，8是水冷器。热管4中的箭头为液态工质流动方向，水管5中的箭头为循环水流动方向。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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。

本发明的一个实施例提出的用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备，其结构如图2所示，包括风冷装置、热管4和水冷装置；计算机芯片1通过导热硅胶与风冷装置的底部粘接，热管4的两端分别通过导热硅胶镶嵌进风冷装置中散热器2的底部和所述水冷装置的水冷器8中。

本发明的一个实施例中，热管4为一个内壁附有吸液芯的真空腔体，热管内填充有液态工质，液态工质可以为去离子水，也可以为其他液体。

本发明的一个实施例中，所述水冷装置的结构如图2中所示，由水管5、水泵6、换热器7和水冷器8组成。水管5、水泵6和换热器7组成水冷回路，水冷回路与所述热管4的另一端平行镶嵌在水冷器8中。

本发明的实施例中，所述风冷水冷组合散热设备的水冷回路中，水泵6的出水口与水冷器8的进水口通过水管连接，水冷器8的出水口与换热器7的进水口通过水管连接，换热器7的出水口与水泵6的进水口通过水管连接。水冷器通过螺钉固定在计算机机箱(图中未示出)上。

本发明的实施例中，所述风冷装置的结构如图2所示，由散热器2和冷却风扇3组成，散热器2的底部通过导热硅胶与计算机CPU芯片1粘接，所述冷却风扇3通过螺钉固定在散热器2的顶部。

本发明一个实施例示出的用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备中，在与CPU芯片链接的铝合金散热器底部镶嵌热管4，热管4以极低的热阻将CPU芯片产生的一部分热量迅速从热管4的蒸发端传递到冷凝端，热管4的冷凝端与水冷器8镶嵌链接，然后利用循环水将热量迅速带走，通过换热器7将液体中的热量释放到环境中。由于同时利用热传导和气液相变过程吸收CPU芯片产生的热量，因此可实现极高换热系数和热流密度的换热过程，使得CPU芯片产生的热量不会堆积在发热源处，大幅提升散热装置的散热效率，有效避免热点现象的发生。

上述与计算机CPU芯片1粘接的散热器2用来吸收CPU芯片1产生的热量，一部分热量通过热传导传递到散热器2的翅片，另一部分热量传递到热管4及其内部的液体工质。镶嵌在散热器2中的热管4蒸发端用来吸收散热器2中的热量，蒸发端内的液体工质受热蒸发，蒸气在压差作用下迅速流向热管4的另一端(冷凝端)，将大量的热量从热管4的蒸发端传递到热管4的冷凝端。热管4冷凝端的温度较低，气体工质放出热量后冷凝成液体。冷凝后的液体在热管4吸液芯毛细力的作用下，从热管4的冷凝端回流到热管4的蒸发端，形成循环。

风冷水冷组合散热设备的水冷散热装置，水泵6用来推动循环水在水冷装置中流动，助使循环水进行冷热交换。换热器7用来使循环水中的热量快速排放到周围环境中，失去热量的循环水通过水管5回流到水冷器8。水冷器8用来吸收热管4的热量，使热管4内的气体工质冷凝液化，并将热量通过热传导传递给循环水，吸收了热量的循环水在水泵6的作用下从水冷器8中流出，而新的低温循环水又继续流入水冷器8。水管5用于连接水泵6、换热器7和水冷器8，使循环水在一个密闭的通道中循环流动而不外漏。

本发明提出的用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备的一个实施例中，散热器2采用铝合金型材散热器；冷却风扇3采用直流12V轴流CPU风扇；热管4的管壳采用导热性好的铜材料制成，将铜粉颗粒直接堆叠在热管4管壳的内壁上，烧结形成与管壁一体、具有多孔毛细结构的吸液芯，热管4的内部被抽成真空状态，工质采用去离子水。水冷器8采用回流焊工艺进行焊接，由铜材料制成箱体；水泵6采用微型无刷直流磁驱离心泵；换热器7采用板式换热器；水管5使用工业级橡胶软管，内胶材料为三元乙丙橡胶；循环水为去离子水。

本发明的用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备的工作原理是：

当计算机CPU芯片1开始工作时，CPU芯片1的温度逐渐升高，CPU芯片1产生的一部分热量经热传导传递到散热器2的翅片，通过冷却风扇的强制对流使散热器2翅片上的热量迅速散发到环境空气中；CPU芯片1产生的另一部分热量经热传导由散热器2进入热管4，热管4内部的液体工质在真空环境下沸点很低，受热后迅速蒸发，热管4两端温差越大，工质的蒸发速度越快，在极端的情况下，蒸发速度可以接近音速。液体工质汽化成为饱和蒸汽后体积立即膨胀，在压差作用下流向热管4的另一端(冷凝端)。与热管4冷凝端连接的水冷器8吸收热管4冷凝端的热量，使热管4内的气体工质受冷迅速放热凝结成液体。热管4内壁上的吸液芯是一种孔隙率很高的多孔毛细结构，冷凝后的工质液体在吸液芯毛细力的作用下，从热管4的冷凝端沿多孔材料回流到热管4的蒸发端，再重新进入下一个循环过程。水冷器8将热量传导给循环水，循环水受水泵6的驱动，将热量带到换热器7进行散热。失去热量的循环水在水泵6的作用下，通过水管5回流到水冷器8。热管4内的工质蒸汽被水冷器8冷凝液化后，在热管4内壁吸液芯毛细管的作用下，通过热管4回流到热管4的蒸发端，完成工质的循环。

本发明的用于计算机芯片的风冷水冷组合散热装置，同时利用热传导和气液相变传热机理吸收CPU芯片产生的热量，由于热管通过封闭真空***内的液体蒸发与凝结来传递热量，因此热阻很小，其热传导效率比相同重量的金属高几个数量级，可迅速吸收CPU芯片产生的热量，通过风冷和水冷组合可实现极高换热系数和热流密度的换热过程，使得CPU芯片产生的热量不会堆积在发热源处，大幅提升散热装置的散热效率，有效避免热点现象的发生。

Claims (6)

1.一种用于计算机芯片的风冷水冷组合散热设备，包括风冷装置、热管，其特征在于还包括水冷装置；计算机芯片与风冷装置的底部粘接；所述热管的两端分别镶嵌进风冷装置中散热器的底部和所述水冷装置的水冷器中。

2.如权利要求1所述的风冷水冷组合散热设备，其特征在于，所述热管为一个内壁附有吸液芯的真空腔体，热管内填充有液态工质。

3.如权利要求2所述的风冷水冷组合散热设备，其特征在于，所述液态工质为去离子水。

4.如权利要求1所述的风冷水冷组合散热设备，其特征在于，所述水冷装置由水管、水泵、换热器和水冷器组成；所述水管、水泵和换热器组成水冷回路，水冷回路与所述热管的另一端平行镶嵌进在所述水冷器中。

5.如权利要求4所述的风冷水冷组合散热设备，其特征在于，所述水冷回路中设有水泵和换热器，所述水泵的出水口与水冷器的进水口通过水管连接，水冷器的出水口与换热器的进水口通过水管连接，换热器的出水口与水泵的进水口通过水管连接。

6.如权利要求4所述的风冷水冷组合散热设备，其特征在于，所述的水冷器通过螺钉固定在计算机机箱上。

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