基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置及其制造方法，该装置包括：冷凝器；脉动热管弯折组成的蒸发端、绝热段和冷凝端；绝热段设置在蒸发端和冷凝端之间；冷凝器设置在芯片上方，用于将芯片产生的热量传导至蒸发端，冷凝器由上下两块盖板组成，蒸发端的脉动热管封装在冷凝器的上下盖板之间；冷凝器和脉动热管的蒸发端之间的间隙填充有高导热性能材料。由此，实现数据中心大功率芯片的高效冷却，达到其最佳运行温度，保证数据中心稳定可靠运行，使得数据中心更加节能，更加绿色，进一步促进大数据和互联网的发展。

【技术实现步骤摘要】
基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置及其制造方法
本专利技术涉及芯片冷却
，特别涉及一种基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置及其制造方法。
技术介绍
随着计算机和互联网技术的迅猛发展，数据中心的建设不断发展，集成化和功率化对全球数据中心的低能耗高效冷却达到稳定运行提出新的挑战。传统数据中心冷却采用精密空调对机房进行冷却，即通过风冷对机房内的设备和芯片进行冷却。随着数据中心热流密度的不断增大，液冷技术被采用，有采用浸没式液冷，即将冷却液直接与高热流密度芯片接触，也有采用间接液冷，通过在芯片端进行微通道设置采用液冷带走热量。热管由于其高导热性，也被应用于数据中心散热，分离式热管居多，同时也有少数针对芯片级的热管末端冷却。采用精密空调的传统冷却方式通过机械蒸汽压缩式风冷，存在能耗巨大、空气换热系数低、冷源距离热源远、散热不均等多方面问题。空气换热系数不足，冷源距离热源距离不够，散热不均导致进一步的空调功率增大，增大电量消耗，数据中心能源利用率(PUE)值过高，形成恶性循环。纯空调式风冷技术最成熟最简单，但是最不节能，温度控制性最差，机房稳定运行能力也最差。液冷效率高，导热性能得到提升，特别是发生气液两相传热时，导热能力提升2-3个数量级。但是，针对电子设备，特别是数据中心芯片，液冷存在液体泄露问题，一旦液体工质泄露将导致数据中心无法运行，需要考虑密封防泄露问题，增加了设备管道的复杂性，提高了成本。同时，由于液冷的循环，需要动力驱动，也会导致PUE值的增大，不够绿色节能。热管系统能够在不需要外部能量的情况下实现高效导热，具有良好的能源效率和冷却能力，对室内环境无干扰。目前，在数据中心中应用的热管以分离式热管为主，有少部分是传统的管式热管。一方面，现有热管未能深入到芯片热源端直接散热，芯片和热管还可以更加近距离的接触，芯片冷却性能有待进一步提升，另一方面，传统热管的效率不如脉动热管，同时传统热管的结构尺寸和与芯片热源端的配合等方面都还有进一步的优化空间。相关技术中提出采用脉动热管对芯片进行冷却，但是其循环缠绕和风扇搭配的方式只适用于与个人电脑内部的芯片冷却，不能够满足数据中心大功率芯片的散热和使用需求。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置，该装置用于数据中心芯片级热管理，可以保证大功率芯片在正常温度范围内高效稳定运行，降低数据中心能耗，保障数据中心稳定可靠运行。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置的制造方法。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置，包括：冷凝器；脉动热管弯折组成的蒸发端、绝热段和冷凝端；所述绝热段设置在所述蒸发端和所述冷凝端之间；所述冷凝器设置在芯片上方，用于将芯片产生的热量传导至所述蒸发端，所述冷凝器由上下两块盖板组成，所述蒸发端的脉动热管封装在所述冷凝器的上下盖板之间；所述冷凝器和脉动热管的蒸发端之间的间隙填充有高导热性能材料。另外，根据本专利技术上述实施例的基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，所述绝热段弯曲形成上下高低差异的阶梯状结构。进一步地，所述冷凝器的上下盖板均带有与脉动热管蒸发端尺寸一致的沟槽。进一步地，所述绝热段的脉动热管设置有充液口。进一步地，脉动热管由毛细管弯折而成，脉动热管的蒸发端和冷凝端为压扁后的毛细管，毛细管是内壁为光滑的金属管，材质包括金属或金属合金。进一步地，脉动热管的工质根据大功率芯片工作温度范围选取，包括水、乙醇的单一溶液或纳米颗粒流体混合液。进一步地，脉动热管的几何尺寸根据芯片的封装尺寸、热流密度和工作温度需求确定。进一步地，所述高导热性能材料包括导热硅脂或液态金属。进一步地，所述冷凝端与数据中心机架外连接的二级散热装置连接。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置的制造方法，包括：选取所需管径、总长和材质的毛细管，清洗除污并干燥后将毛细管两端套上保护套；采用压弯机对毛细管进行弯折，将蒸发端和冷凝端的毛细管进行压扁操作，在绝热段最外围预留充液口；选取与芯片尺寸对应的金属块两块，利用微细铣削的方法在金属块表面刻槽，刻槽尺寸和蒸发端毛细管尺寸相同，刻槽完成后进行除油清洗，得到冷凝器的上下盖板；在蒸发端涂抹高导热性能材料后，与冷凝器上下盖板配合压紧，采用焊接方法进行冷凝器和脉动热管的固定连接；通过四通阀，对脉动热管先抽真空后充液，充液完成后对充液口锡焊密封，完成整个散热装置的制造。本专利技术实施例的基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置及其制造方法，具有以下优点：(1)极高的传热效率。脉动热管的最高传热效率可达90％，而传统热管的传热效率通常为60％～70％，远远超过风冷空调和单相液冷方式，保证芯片高效散热；(2)较高的抗烧干能力。传统热管一旦发生过载干烧，整根热管就无法正常工作，而脉动热管具有多个循环段，如果出现干烧，也是先在单个或几个蒸发管段出现烧干现象，然后再逐渐扩散到整个蒸发端，因此具有延缓烧干的作用；(3)脉动热管的均温性优良。通过一根毛细管弯折形成的脉动热管，内部形成良好的脉动循环传热，通过显热和潜热的传递，蒸发端能够达到较好的均温性，从而实现发热源的均匀冷却；(4)良好的适应性和安全性。脉动热管的工作模式会根据芯片热流的改变发生变化，在一定的范围内，热流越大，循环流动性能越好，传热效率越高，与液冷相比无泄漏风险，安全可靠；(5)结构简单、可变，紧凑。脉动热管为长毛细管状，可按工作需求进行弯曲、压扁等操作灵活改变其结构，由于脉动热管的管径较小，能够达到结构紧凑高度集成的散热效果；(6)制造成本低，经济性好。脉动热管为光滑管，本装置在制造工程中采用铣削、抽真空和焊接等常规手段即可完成，易于批量化生产，在使用过程中无需外加能源去驱动，数据中心PUE更低，更绿色。本专利技术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，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置结构示意图；图2为根据本专利技术一个实施例的蒸发端、绝热段和冷凝端示意图；图3为根据本申请另一个实施例的基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置结构示意图；图4为根据本申请另一个实施例的蒸发端、绝热段和冷凝端示意图；图5为根据本专利技术一个实施例的基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置的制造方法流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置，其特征在于，包括：冷凝器；脉动热管弯折组成的蒸发端、绝热段和冷凝端；/n所述绝热段设置在所述蒸发端和所述冷凝端之间；/n所述冷凝器设置在芯片上方，用于将芯片产生的热量传导至所述蒸发端，所述冷凝器由上下两块盖板组成，所述蒸发端的脉动热管封装在所述冷凝器的上下盖板之间；/n所述冷凝器和脉动热管的蒸发端之间的间隙填充有高导热性能材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于脉动热管的数据中心芯片级冷却装置，其特征在于，包括：冷凝器；脉动热管弯折组成的蒸发端、绝热段和冷凝端；
所述绝热段设置在所述蒸发端和所述冷凝端之间；
所述冷凝器设置在芯片上方，用于将芯片产生的热量传导至所述蒸发端，所述冷凝器由上下两块盖板组成，所述蒸发端的脉动热管封装在所述冷凝器的上下盖板之间；
所述冷凝器和脉动热管的蒸发端之间的间隙填充有高导热性能材料。


2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绝热段弯曲形成上下高低差异的阶梯状结构。


3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷凝器的上下盖板均带有与脉动热管蒸发端尺寸一致的沟槽。


4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述绝热段的脉动热管设置有充液口。


5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，脉动热管由毛细管弯折而成，脉动热管的蒸发端和冷凝端为压扁后的毛细管，毛细管是内壁为光滑的金属管，材质包括金属或金属合金。


6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，脉动热管的工质根据大功率芯片工作温度范围选取，包括水、乙醇的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李震，陈亮，李学智，曹瀚文，习浩楠，陈晓轩，曹建国，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11