本发明专利技术涉及一种智能调控的相变冷却器及其冷却方法，该相变冷却器包括自上而下依次布置的储液腔室、回流腔室和冷却腔室，储液腔室和回流腔室分别设置有用于流入/流出冷却工质的总入口/总出口，储液腔室通过多个流量可控的连通管与冷却腔室内多个冷却单元对应连接，多个冷却单元对应于微电子芯片的不同位置，冷却腔室与回流腔室之间设置有盖板，盖板上开设有用于流出汽液混合工质的多个分出口，盖板上还开设有与连通管连接的分入口，总入口与给液泵连接，总出口与冷凝器连接，冷凝器通过液池连接至给液泵。与现有技术相比，本发明专利技术能够有效解决芯片发热不均匀情况下的散热问题，且能在保证散热效果的前提下降低给液泵功耗。
【技术实现步骤摘要】
一种智能调控的相变冷却器及其冷却方法
本专利技术涉及微电子芯片散热
，尤其是涉及一种智能调控的相变冷却器及其冷却方法。
技术介绍
随着微电子芯片集成度及功率密度的提升，其发热问题也越发严峻，芯片的工作温度对于其性能具有重要的影响，与此同时各种微电子芯片冷却器也应运而生。目前常见的微电子芯片冷却器有风冷式、相变冷却式等，尤其是相变冷却器，因其具有较强的冷却能力而受到了广泛的关注与使用。芯片在实际工作时的发热往往是不均匀的，一些发热量较大的局部区域被称作为芯片的热点，热点的存在使芯片容易产生局部失效，如果处理不及时则会严重影响芯片的正常运行。目前的相变冷却器均是从考虑芯片均匀发热角度而设计的，虽然采用了高导热率的散热底板来均衡不同位置的温差，但是当芯片的散热面积较大或者发热不均匀性较强时，现有相变冷却器的散热效果欠佳。此外，目前微电子芯片相变冷却器的泵功耗也存在普遍偏高的情况。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种智能调控的相变冷却器及其冷却方法，以解决微电子芯片发热不均匀情况下的散热问题，减少相变冷却器的泵功率消耗。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种智能调控的相变冷却器，包括自上而下依次布置的储液腔室、回流腔室和冷却腔室，所述储液腔室上设置有用于流入冷却工质的总入口，所述回流腔室上设置有用于流出汽液混合工质的总出口，所述储液腔室通过多个流量可控的连通管与冷却腔室内多个冷却单元对应连接，所述多个冷却单元呈矩阵排列结构布置在冷却腔室内，所述多个冷却单元对应于微电子芯片的不同位置，所述冷却腔室与回流腔室之间设置有盖板，所述盖板上开设有用于流出汽液混合工质的多个分出口，所述盖板上还开设有与连通管连接的分入口，所述总入口与给液泵连接，所述总出口与冷凝器连接，所述冷凝器通过液池连接至给液泵。进一步地，所述冷却腔室包括散热底板和包围在散热底板四周的冷却腔室挡板，所述散热底板被划分为多个冷却单元，所述冷却单元之间以及冷却单元与冷却腔室挡板之间形成回流通道，所述回流通道与分出口对应连通。进一步地，所述冷却单元的表面设置有微尺度结构，所述微尺度结构包括分叉排布肋柱结构和平行微通道结构。进一步地，所述分入口对应于冷却单元的中心位置。进一步地，所述回流腔室包括包围在盖板四周的回流腔室挡板，所述总出口开设在回流腔室挡板的侧壁。进一步地，所述总入口开设在储液腔室的顶部。进一步地，所述连通管上设置有电磁阀，所述冷却单元配置有温度传感器，所述电磁阀和温度传感器均连接至散热控制系统，所述温度传感器用于采集冷却单元的温度数据，并将温度数据传输给散热控制系统，所述散热控制系统用于控制电磁阀的开度，以调节连通管内冷却工质的流量。进一步地，所述散热控制系统包括控制芯片，所述控制芯片分别与电磁阀、给液泵以及温度传感器连接，所述控制芯片还连接有触控显示屏、存储器、压力传感器、流量计、蜂鸣器以及通信模块，所述触控显示屏用于显示相变冷却器的运行参数，以及接收用户输入的操作控制信息；所述存储器内存储有相变冷却器在不同控制目标温度及热流密度情况下对应的基准流量；所述压力传感器安装于总入口及总出口位置，用于采集相变冷却器的压力数据；所述流量计安装于总入口位置，用于采集进入相变冷却器的总的冷却工质流量；所述通信模块用于实现控制芯片与外部设备的数据信息传输；所述控制芯片用于控制给液泵的开启与关闭、用于控制电磁阀的开度、用于输出报警控制信息给蜂鸣器。一种应用上述相变冷却器的冷却方法，包括以下步骤：S1、根据微电子芯片的额定功率以及微电子芯片与相变冷却器的接触面积，控制芯片计算得到热流密度；S2、根据用户设置的目标温度以及计算得到的热流密度，控制芯片调用存储器内的数据，得到相变冷却器的初始基准流量，从而控制电磁阀的初始开度；S3、温度传感器将采集的各冷却单元的温度数据实时传输给控制芯片，控制芯片通过将各冷却单元的温度数据与目标温度进行比较，以分别控制各电磁阀的开度，从而实现对微电子芯片不同位置温度进行差异化散热调整的目的。进一步地，所述步骤S3中控制芯片控制各电磁阀开度的具体过程为：控制芯片分别将各冷却单元的温度数据与目标温度进行比较，若该冷却单元的温度数据大于目标温度，且两者之间差值的绝对值大于或等于预设值，则控制芯片控制增大该冷却单元连接的连通管上电磁阀的开度；若该冷却单元的温度数据小于目标温度，且两者之间差值的绝对值大于或等于预设值，则控制芯片控制减小该冷却单元连接的连通管上电磁阀的开度；若该冷却单元的温度数据与目标温度之间差值的绝对值小于预设值，则控制芯片控制维持当前该冷却单元连接的连通管上电磁阀的开度。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：一、本专利技术通过在相变冷却器内设置多个对应于微电子芯片不同位置的冷却单元，并将各冷却单元通过流量可控的连通管与储液腔室连接，使得不同流量的冷却工质能够分别进入冷却单元，从而对微电子芯片不同位置进行智能差异化的散热调整，以此有效解决微电子芯片发热不均匀情况下的散热问题。二、本专利技术通过在回流腔室与冷却腔室之间设置盖板，并在盖板上分别开设与各冷却单元连通的多个分入口以及与冷却腔室内回流通道连通的多个分出口，结合冷却单元的微尺度结构设计，使得冷却工质能够通过分入口充分迅速进入对应的冷却单元、并且通过汽液相变过程吸收大量的热量，冷却腔室内产生的汽液混合工质能够充分迅速从分出口流出，以此大大提高冷却效果及散热效率。三、本专利技术利用散热控制系统，结合冷却单元内设置的温度传感器，能够根据各冷却单元的实际温度数据与设定的目标温度，分别对各冷却单元连接的连通管上的电磁阀开度进行智能控制，以此调节各冷却单元对应的冷却工质流量，既能够实时可靠地保证散热效果，同时能够在冷却单元实际温度数据低于目标温度的情况下，通过减小电磁阀开度、减小流入冷却工质流量，从而实现降低给液泵功率消耗的目的，进一步产生节能效果。附图说明图1为本专利技术的外形结构示意图；图2为实施例一的相变冷却器结构分解示意图；图3a为实施例一中单个冷却单元的结构示意图；图3b为实施例一中冷却腔室内冷却单元的布置结构示意图；图4a为实施例二中单个冷却单元的结构示意图；图4b为实施例二中冷却腔室内冷却单元的布置结构示意图；图5为实施例一中冷却工质的流动循环示意图；图6为本专利技术中散热控制系统的连接结构示意图；图7为本专利技术中散热控制系统的散热控制流程图；图中标记说明：1、总入口，2、储液腔室，3、回流腔室，4、回流腔室挡板，5、连通管，6、电磁阀，7、盖板，8、分入口，9、冷却腔室挡板，10、冷却腔室，11、回流通道，12、散热底板，13、分叉排布肋柱结构，14、分出口，15、总出口，16、相变冷却器主体，17、液池，18、给液泵，19、冷凝器，20、汽泡，21、配流通道，22、平行微通本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种智能调控的相变冷却器，其特征在于，包括自上而下依次布置的储液腔室(2)、回流腔室(3)和冷却腔室(10)，所述储液腔室(2)上设置有用于流入冷却工质的总入口(1)，所述回流腔室(3)上设置有用于流出汽液混合工质的总出口(15)，所述储液腔室(2)通过多个流量可控的连通管(5)与冷却腔室(10)内多个冷却单元对应连接，所述多个冷却单元呈矩阵排列结构布置在冷却腔室(10)内，所述多个冷却单元对应于微电子芯片的不同位置，所述冷却腔室(10)与回流腔室(3)之间设置有盖板(7)，所述盖板(7)上开设有用于流出汽液混合工质的多个分出口(14)，所述盖板(7)上还开设有与连通管(5)连接的分入口(8)，所述总入口(1)与给液泵(18)连接，所述总出口(15)与冷凝器(19)连接，所述冷凝器(19)通过液池(17)连接至给液泵(18)。/n
【技术特征摘要】
1.一种智能调控的相变冷却器，其特征在于，包括自上而下依次布置的储液腔室(2)、回流腔室(3)和冷却腔室(10)，所述储液腔室(2)上设置有用于流入冷却工质的总入口(1)，所述回流腔室(3)上设置有用于流出汽液混合工质的总出口(15)，所述储液腔室(2)通过多个流量可控的连通管(5)与冷却腔室(10)内多个冷却单元对应连接，所述多个冷却单元呈矩阵排列结构布置在冷却腔室(10)内，所述多个冷却单元对应于微电子芯片的不同位置，所述冷却腔室(10)与回流腔室(3)之间设置有盖板(7)，所述盖板(7)上开设有用于流出汽液混合工质的多个分出口(14)，所述盖板(7)上还开设有与连通管(5)连接的分入口(8)，所述总入口(1)与给液泵(18)连接，所述总出口(15)与冷凝器(19)连接，所述冷凝器(19)通过液池(17)连接至给液泵(18)。
2.根据权利要求1所述的一种智能调控的相变冷却器，其特征在于，所述冷却腔室(10)包括散热底板(12)和包围在散热底板(12)四周的冷却腔室挡板(9)，所述散热底板(12)被划分为多个冷却单元，所述冷却单元之间以及冷却单元与冷却腔室挡板(9)之间形成回流通道(11)，所述回流通道(11)与分出口(14)对应连通。
3.根据权利要求1～2任一所述的一种智能调控的相变冷却器，其特征在于，所述冷却单元的表面设置有微尺度结构，所述微尺度结构包括分叉排布肋柱结构(13)和平行微通道结构(22)。
4.根据权利要求1所述的一种智能调控的相变冷却器，其特征在于，所述分入口(8)对应于冷却单元的中心位置。
5.根据权利要求1所述的一种智能调控的相变冷却器，其特征在于，所述回流腔室(3)包括包围在盖板(7)四周的回流腔室挡板(4)，所述总出口(15)开设在回流腔室挡板(4)的侧壁。
6.根据权利要求1所述的一种智能调控的相变冷却器，其特征在于，所述总入口(1)开设在储液腔室(2)的顶部。
7.根据权利要求1所述的一种智能调控的相变冷却器，其特征在于，所述连通管(5)上设置有电磁阀(6)，所述冷却单元配置有温度传感器(26)，所述电磁阀(6)和温度传感器(26)均连接至散热控制系统，所述温度传感器(26)用于采集冷却单元的温度数据，并将温度数据传输给散热控制系统，所述散热控制系统用于控制电磁阀(6)的开度，以调节连通...
【专利技术属性】
技术研发人员：潘振海，闫哲，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31
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