内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统与方法。仅在吸热盒外部制造风冷或水冷环境已难以实现大功率芯片的散热要求。本发明专利技术的风扇顶部出风口与双涡状线形冷凝管贴合；吸热盒内部固定三层盘曲形液体通道，通道内嵌有若干仿小肠绒毛式微针环；三层盘曲形液体通道的入口与入口蠕动泵的出口通过软管连接，入口蠕动泵的入口经过软管和双涡状线形冷凝管连接出口蠕动泵的出口；出口蠕动泵的入口与三层盘曲形液体通道的出口通过软管连接；吸热盒侧面固定有热电偶，顶面固定有六边形蜂窝状微针阵列组。本发明专利技术的外部风冷系统和内部液冷系统结合，多处增大散热面积和延长冷却液热交换时间的结构促进热交换效率，满足大功率芯片散热需求。

【技术实现步骤摘要】
内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统与方法
本专利技术属于散热
，具体涉及一种内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统及其散热方法。
技术介绍
伴随科技的进步和时代的发展，电子装备产品也在不断地推陈出新。根据摩尔定律的规定，当电子产品的售价稳定时，安装在集成电路上的晶体管会很快实现数量上的翻倍，周期大约为18个月，其性能也会翻倍。更高度集成的电路意味着更高的热流密度，高热流密度必然导致更高的工作温度。在电子产品领域，随着微电子装备产业的迅速发展，电子芯片尺寸不断减小而功率密度不断提高，故运行过程中往往伴随较大的热流密度，使得芯片温度过高，导致其失效率迅速增长。著名的10℃法则指出：当电子器件的温度在70-80℃水平上每增加10℃，可靠性就会下降50％，温度的变化会对芯片的物理参数和性能均带来十分明显的影响。温度越高，大功率芯片失效发生可能性就越大。据统计，目前有55％的电子设备失效是由于关键芯片温度过高导致的。传统的芯片散热器根据散热方式可分为风冷、水冷和热管三种，主要通过在吸热盒外部制造风冷或水冷环境的方式进行芯片散热。随着计算机的更新换代，大功率芯片的尺寸不断减小，而功率密度不断提高，对芯片的散热要求也越来越苛刻。因此，仅在吸热盒外部制造风冷或水冷环境已难以实现大功率芯片的散热要求。
技术实现思路
本专利技术针对目前大功率芯片尺寸不断减小，功率密度不断提高，而传统的芯片散热器不能满足日益增长的芯片散热要求的问题，提供一种内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统及其散热方法，针对吸热盒将外部风冷与内部液冷结合。本专利技术内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统，包括风扇支架、风扇、吸热盒、三层盘曲形液体通道、双涡状线形冷凝管、入口蠕动泵和出口蠕动泵；所述的风扇支架包括支撑板和立柱；支撑板固定在四根立柱上，并置于吸热盒上方；支撑板的中心孔处固定有风扇，支撑板上设有控制板；风扇顶部的出风口与双涡状线形冷凝管贴合；所述吸热盒的内部固定有三层盘曲形液体通道，三层盘曲形液体通道内部嵌有等距设置的若干仿小肠绒毛式微针环；三层盘曲形液体通道的入口与入口蠕动泵的出口通过软管连接，入口蠕动泵的入口与双涡状线形冷凝管的出口通过软管连接，双涡状线形冷凝管的入口与出口蠕动泵的出口通过软管连接，出口蠕动泵的入口与三层盘曲形液体通道的出口通过软管连接；吸热盒侧面固定设有热电偶，顶面固定设有六边形蜂窝状微针阵列组；风扇、入口蠕动泵和出口蠕动泵均由控制板控制，热电偶的信号输出端与控制板电信连接；三层盘曲形液体通道、软管和双涡状线形冷凝管内均设有冷却液。优选地，所述的三层盘曲形液体通道由第一层通道、第二层通道和第三层通道组成；第一层通道两端的两个入口通过汇流管与连接入口蠕动泵入口的软管连通；第一层通道中部通过直通道与第二层通道连接，第二层通道两端与第三层通道两端分别通过一个半圆通道连接，第三层通道中部设有出口。更优选地，所述吸热盒的长、宽和高分别为100mm、60mm和30mm，材料为紫铜；第一层通道、第二层通道和第三层通道的内径均为5mm，第一层通道、第二层通道和第三层通道的总长为1682.8mm。优选地，所述的六边形蜂窝状微针阵列组由六边形蜂窝状微针阵列一和六边形蜂窝状微针阵列二组成；六边形蜂窝状微针阵列一由m行n列六边形蜂窝状微针单元组成，m≥3，n＝m+1；六边形蜂窝状微针阵列二由n行m列六边形蜂窝状微针单元组成；沿吸热盒长度方向，六边形蜂窝状微针阵列一的六边形蜂窝状微针单元和六边形蜂窝状微针阵列二的六边形蜂窝状微针单元交错布置；沿吸热盒宽度方向，六边形蜂窝状微针阵列一的六边形蜂窝状微针单元和六边形蜂窝状微针阵列二的六边形蜂窝状微针单元也交错布置；六边形蜂窝状微针单元由排布成正六边形的若干微针一组成。更优选地，任意六边形蜂窝状微针单元的间距均为10mm；所述微针一的长度为2mm，底部半径为0.2mm，任意相邻两根微针一的间距为0.8mm。优选地，所述仿小肠绒毛式微针环的材料为紫铜，包括环体和微针二；所述环体的外径为5mm，内径为3mm，外宽为1mm，内宽为0.5mm；环体上沿宽度方向固定有若干圈微针二，每圈由沿周向均布的三十根以上微针二组成；相邻两根微针二的底面中心距为10mm，所述微针二的底部半径为20μm，长度为200μm。优选地，所述入口蠕动泵和出口蠕动泵的流量范围均为0-10L/min；所述软管的内径为4mm，外径为5mm。优选地，所述风扇的峰值功率为3瓦，风量为42CFM，转速范围为1000-2200RPM。该内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统的散热方法，具体如下：将吸热盒底部与大功率芯片紧密贴合；控制板控制入口蠕动泵、出口蠕动泵和风扇启动；入口蠕动泵通过软管向三层盘曲形液体通道的入口输送冷却液，出口蠕动泵抽取三层盘曲形液体通道内的冷却液，保证冷却液快速通过三层盘曲形液体通道；在三层盘曲形液体通道中，冷却液从第一层通道两端的两个入口进入，流过第一层通道后，通过中部直通道流入第二层通道，流过第二层通道后，通过两端半圆管道流入第三层通道，流过第三层通道后，从第三层通道中部的出口流出；且冷却液在三层盘曲形液体通道内流动时，与三层盘曲形液体通道内的仿小肠绒毛式微针环接触进行热交换；其中，三层盘曲形液体通道的三层结构延长冷却液在三层盘曲形液体通道内的流动时间，提高冷却液与吸热盒间的热交换效率；同时，吸热盒内自下而上形成的温度梯度，有利于冷却液温度逐步上升；仿小肠绒毛式微针环进一步提高冷却液与吸热盒间的热交换效率；冷却液从三层盘曲形液体通道流出后，通过软管进入双涡状线形冷凝管进行冷却处理；双涡状线形冷凝管的结构延长冷却液在双涡状线形冷凝管内的流动时间，提高冷却液与双涡状线形冷凝管间的热交换效率，且风扇上部与双涡状线形冷凝管贴合，上方较冷的气流在风扇风力作用下向下输送通过双涡状线形冷凝管，进一步提升冷却液的冷却效果；另外，吸热盒顶面的六边形蜂窝状微针阵列组增大吸热盒的散热面积，且风扇风冷作用进一步提升六边形蜂窝状微针阵列组对吸热盒的散热效果；经双涡状线形冷凝管冷却后的冷却液进入入口蠕动泵。优选地，在控制板连接的交互屏上设定温度阈值，控制板接收热电偶传输的温度数据，进行入口蠕动泵和出口蠕动泵的流量大小调整以及风扇的转速大小调整，控制入口蠕动泵和出口蠕动泵的流量大小在0-10L/min内，风扇转速大小在1000-2200RPM内，从而将温度控制在0℃至温度阈值之间。本专利技术具有的有益效果在于：1、相比于传统芯片散热器，本专利技术具有复合散热模式，为外部风冷系统与内部液冷系统的结合，外部风冷系统能进一步对内部液冷系统输出的冷却液进行风冷散热。2、本专利技术设计的三层盘曲形液体通道，形状仿生小肠盘曲，在有限空间内增加液体通道长度；同时，吸热盒内存在温度梯度，冷却液从上层通道向下层通道流动，有利于冷却液温度缓步上升，以达到较佳的散热效果。仿小肠绒毛式微针环仿生小肠内壁环形皱襞结构，附有仿生小肠绒毛的微针，令三层盘曲形液体通道内表面积增大37％以上，进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统，包括风扇支架、风扇和吸热盒，其特征在于：还包括三层盘曲形液体通道、双涡状线形冷凝管、入口蠕动泵和出口蠕动泵；所述的风扇支架包括支撑板和立柱；支撑板固定在四根立柱上，并置于吸热盒上方；支撑板的中心孔处固定有风扇，支撑板上设有控制板；风扇顶部的出风口与双涡状线形冷凝管贴合；所述吸热盒的内部固定有三层盘曲形液体通道，三层盘曲形液体通道内部嵌有等距设置的若干仿小肠绒毛式微针环；三层盘曲形液体通道的入口与入口蠕动泵的出口通过软管连接，入口蠕动泵的入口与双涡状线形冷凝管的出口通过软管连接，双涡状线形冷凝管的入口与出口蠕动泵的出口通过软管连接，出口蠕动泵的入口与三层盘曲形液体通道的出口通过软管连接；吸热盒侧面固定设有热电偶，顶面固定设有六边形蜂窝状微针阵列组；风扇、入口蠕动泵和出口蠕动泵均由控制板控制，热电偶的信号输出端与控制板电信连接；三层盘曲形液体通道、软管和双涡状线形冷凝管内均设有冷却液。/n

【技术特征摘要】
1.内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统，包括风扇支架、风扇和吸热盒，其特征在于：还包括三层盘曲形液体通道、双涡状线形冷凝管、入口蠕动泵和出口蠕动泵；所述的风扇支架包括支撑板和立柱；支撑板固定在四根立柱上，并置于吸热盒上方；支撑板的中心孔处固定有风扇，支撑板上设有控制板；风扇顶部的出风口与双涡状线形冷凝管贴合；所述吸热盒的内部固定有三层盘曲形液体通道，三层盘曲形液体通道内部嵌有等距设置的若干仿小肠绒毛式微针环；三层盘曲形液体通道的入口与入口蠕动泵的出口通过软管连接，入口蠕动泵的入口与双涡状线形冷凝管的出口通过软管连接，双涡状线形冷凝管的入口与出口蠕动泵的出口通过软管连接，出口蠕动泵的入口与三层盘曲形液体通道的出口通过软管连接；吸热盒侧面固定设有热电偶，顶面固定设有六边形蜂窝状微针阵列组；风扇、入口蠕动泵和出口蠕动泵均由控制板控制，热电偶的信号输出端与控制板电信连接；三层盘曲形液体通道、软管和双涡状线形冷凝管内均设有冷却液。


2.根据权利要求1所述内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统，其特征在于：所述的三层盘曲形液体通道由第一层通道、第二层通道和第三层通道组成；第一层通道两端的两个入口通过汇流管与连接入口蠕动泵入口的软管连通；第一层通道中部通过直通道与第二层通道连接，第二层通道两端与第三层通道两端分别通过一个半圆通道连接，第三层通道中部设有出口。


3.根据权利要求1或2所述内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统，其特征在于：所述吸热盒的长、宽和高分别为100mm、60mm和30mm，材料为紫铜；第一层通道、第二层通道和第三层通道的内径均为5mm，第一层通道、第二层通道和第三层通道的总长为1682.8mm。


4.根据权利要求1或2所述内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统，其特征在于：所述的六边形蜂窝状微针阵列组由六边形蜂窝状微针阵列一和六边形蜂窝状微针阵列二组成；六边形蜂窝状微针阵列一由m行n列六边形蜂窝状微针单元组成，m≥3，n＝m+1；六边形蜂窝状微针阵列二由n行m列六边形蜂窝状微针单元组成；沿吸热盒长度方向，六边形蜂窝状微针阵列一的六边形蜂窝状微针单元和六边形蜂窝状微针阵列二的六边形蜂窝状微针单元交错布置；沿吸热盒宽度方向，六边形蜂窝状微针阵列一的六边形蜂窝状微针单元和六边形蜂窝状微针阵列二的六边形蜂窝状微针单元也交错布置；六边形蜂窝状微针单元由排布成正六边形的若干微针一组成。


5.根据权利要求4所述内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统，其特征在于：任意六边形蜂窝状微针单元的间距均为10mm；所述微针一的长度为2mm，底部半径为0.2mm，任意相邻两根微针一的间距为0.8mm。


6.根据权利要求1或2所述内置仿小肠绒毛式微针环的大功率芯片散热系统，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：何利华，潘嘉煜，罗冬妮，王昱晨，谢玉增，施锦磊，倪敬，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33