本发明专利技术涉及高热流密度的芯片散热领域，具体涉及一种散热用复合材料及基于热磁材料的相变冷却芯片装置，所述复合材料由热敏磁性材料和相变材料复合而成，所述复合材料通过磁力的作用产生流动，与需要进行控温的目标器件动态接触、对其进行强化散热冷却，本发明专利技术所述的散热用复合材料及基于热磁材料的相变冷却芯片装置具有结构简单、自发式循环控制和冷却效果稳定可靠的优点，能够实现高集成度芯片更为简单、高效的冷却。高效的冷却。高效的冷却。
【技术实现步骤摘要】
一种散热用复合材料及基于热磁材料的相变冷却芯片装置
[0001]本专利技术涉及芯片散热领域，尤其是高热流密度的芯片散热，具体涉及一种散热用复合材料及基于热磁材料的相变冷却芯片装置。
技术介绍
[0002]近年来，随着微纳电子技术的飞速发展，芯片晶体管集成度迅速提高，当前，单位面积上集成的晶体管数目逐年增加，而芯片尺寸却逐渐减小，这导致芯片热流密度极大提高，且芯片中不同功能模块的晶体管的活动会造成高度不均匀的热量产生，进而导致芯片中出现随时间和空间而变化的热点区域。热点处的热流密度可高达500～1000W/cm2，热点区域的出现会在芯片中产生局部高温和热应力，而芯片温度和温度梯度的增加将以指数倍的速度加速缩短产品的平均无故障时间，同时缩短电子设备的生命周期。相关研究表明：芯片温度每升高10℃，MOS电流驱动能力将下降约4％，互连延迟将会增加约5％，芯片在80℃时的失效率是40℃时的7.5～32倍，超过55％的电子器件失效问题与芯片热管理相关。因此，芯片的热管理系统不仅要应对背景热量，同时还要能够快速地带走热点区域的热量，在维持芯片整体温度的同时降低其热点区域的温度。当前，随着芯片功率与功率密度急剧增加，芯片耗能和散热问题快速凸显，由此带来的“热障”问题日益严峻，市场对高性能芯片冷却技术的需求提到了前所未有的层面，因此，研制新型芯片散热方法及装置对于解决芯片散热问题具有重大意义。
[0003]针对上述问题，现今最广泛应用的是风扇+散热片的芯片散热方式，当前此方式已经较为成熟、但散热能力也十分有限，无法满足快速增长的高热流密度的芯片散热需求。目前还有液冷散热、微通道热沉、热电致冷、热电离子致冷等芯片冷却技术，但这些技术大多仍在研究试用阶段，并未完全成熟。同时我们发现固液相变材料在冷却芯片时，由于在固体相变材料液化后液态材料无法及时移走的问题，芯片与固态相变材料接触不够完全，散热效率较低，因此，人们尝试加入像变形金属一样受温控的材料来提高其传热效率。如现有的有关外加磁场的芯片散热冷却装置，例如公开(公告)号为CN114928982A的专利公开了一种微重力环境下磁场调控相变冷却体系耦合微通道冷却系统，其包括磁场发生器、壳体、微通道管网和磁性相变材料；所述壳体用于与热控的目标电子器件贴合，所述微通道管网设为蜂窝状结构，所述磁性相变材料填充于蜂窝状结构形成的容置空腔内；所述微通道管网的入口和出口用于与磁性纳米流体连接，形成磁性纳米流体循环散热回路；所述磁场发生器控制磁性相变材料的熔化速度而控制相变材料的导热速度，从而磁场发生器控制相变材料熔化后磁性纳米流体的流动速度而控制将相变材料的热量带出外界的速度。这种冷却系统通过结构优化，虽然一定程度上实现了可调节散热效率和稳定可靠的目的，但其需通过控制磁场发生器改变磁场以调节冷却速度，操作方式较为繁杂，且需要人为操控；此外，公开(公告)号为CN115360156A的专利公开了一种基于磁流体力学效应的芯片散热方法及其装置，其利用液态金属高导热能力的同时，通过优化流动边界层的流型结构，显著提升了壁面对流换热效率，使其能够用于高性能计算机、激光泵浦源等高热流密度的电子散热领域，但
这种基于磁流体力学效应的芯片散热方法及其装置存在结构复杂，材料使用条件苛刻的缺陷。此外，更为重要的是，上述专利所公开的技术均属于被动的芯片散热方式，无法自发式地调控冷却效果使得芯片稳定地处于正常工作温度。
[0004]综上，现有相变冷却芯片技术不但缺少简便可靠的调节冷却芯片温度的方式，还缺少自发式地强化材料接触传热能力，不能适应在各类情况下快速冷却芯片的需求，限制了相变冷却芯片方式的应用场景和冷却效果。
技术实现思路
[0005]本专利技术设计出一种散热用复合材料及基于热磁材料的相变冷却芯片装置，以克服当前相变冷却芯片技术存在的芯片无法与相变材料充分接触、无法自发式地调控冷却效果、以及相变冷却芯片系统结构复杂、难以实现和控制的技术问题。
[0006]为解决上述问题，本专利技术公开了一种散热用复合材料，所述复合材料由热敏磁性材料和相变材料复合而成，所述复合材料通过磁力的作用产生流动，与需要进行控温的目标器件动态接触、对其进行强化散热冷却。
[0007]进一步的，所述热敏磁性材料的居里点温度比需要进行控温的目标器件正常工作过程中的最高温度低5～15℃。
[0008]进一步的，所述热敏磁性材料的居里点温度小于等于所述相变材料的相变温度。
[0009]进一步的，所述相变材料为固液相变材料。
[0010]进一步的，通过调节各原料组分的体积占比，使所述复合材料在需要进行控温的目标器件启动初始所受磁力大于等所述复合材料总重力的两倍、小于等于所述复合材料总重力的五倍。
[0011]进一步的，所述复合材料的制备过程如下：
[0012]先将固态相变材料加热至完全融化为液态，然后在搅拌下将热敏磁性材料粉末加入液态相变材料中，并搅拌至混合物呈现出均一的颜色，停止加热，继续搅拌，待其冷却至开始凝固时，停止搅拌，最后自然冷却，得到复合材料。
[0013]一种基于热磁材料的相变冷却芯片装置，包括：
[0014]上述的复合材料；
[0015]容器，其用来盛装所述复合材料；
[0016]磁力产生单元，其用于为所述复合材料提供一个恒定的磁场；
[0017]所述复合材料填充在所述容器中，所述容器与需要进行控温的目标器件接触连接。
[0018]进一步的，当所述复合材料通过磁力的吸引力作用产生流动时，将所述复合材料和磁力产生单元相对设置在需要进行控温的目标器件两侧。
[0019]进一步的，所述复合材料通过磁力的吸引力作用产生流动，所述容器设置在需要进行控温的目标器件的上侧，所述容器的底面接触需要进行控温的目标器件，所述磁力产生单元设置在需要进行控温的目标器件下侧。
[0020]进一步的，所述容器采用非磁性金属导热材料制备。
[0021]进一步的，所述相变冷却芯片装置还包括：
[0022]导热硅脂层，其设置在所述容器和需要进行控温的目标器件之间，用于填充所述
容器和需要进行控温的目标器件之间的间隙。
[0023]进一步的，所述磁力产生单元为厚度充磁的片状磁铁。
[0024]本申请所述的散热用复合材料及基于热磁材料的相变冷却芯片装置具有如下优点：
[0025]第一、本申请通过利用热敏磁性材料随温度上升磁性降低直至消失的特性，通过磁力作用，促进相变材料与发热芯片的动态充分接触，实现了自发式的强化相变冷却芯片过程；
[0026]第二、本申请所述的基于热磁材料的相变冷却芯片装置可以独立地靠固液相变流动实现循环传热，具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性；
[0027]第三、本申请所述的基于热磁材料的相变冷却芯片装置避免了内部的复杂回路，具有结构设计简单、易于实现的优点。
[0028]总之，本申请所述的散热用复合材料及基于热磁材料的相变冷却芯片装置不仅满足了不开放系统循环利用的需本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种散热用复合材料，其特征在于，所述复合材料由热敏磁性材料和相变材料复合而成，所述复合材料通过磁力的作用产生流动，与需要进行控温的目标器件动态接触、对其进行强化散热冷却。2.根据权利要求1所述的散热用复合材料，其特征在于，所述热敏磁性材料的居里点温度比需要进行控温的目标器件正常工作过程中的最高温度低5～15℃。3.根据权利要求1或2所述的散热用复合材料，其特征在于，所述热敏磁性材料的居里点温度小于等于所述相变材料的相变温度。4.根据权利要求1所述的散热用复合材料，其特征在于，所述相变材料为固液相变材料。5.根据权利要求1所述的散热用复合材料，其特征在于，通过调节各原料组分的体积占比，使所述复合材料在需要进行控温的目标器件启动初始所受磁力大于等所述复合材料总重力的两倍、小于等于所述复合材料总重力的五倍。6.一种基于热磁材料的相变冷却芯片装置，其特征在于，包括：上述权利要求1～5任一项所述的复合材料(2)；容器(1)，其用来盛装所述复合材料(2)；磁力产生单元，其用于为所述复合材料(2)提供一个恒定的磁场；所述复...
【专利技术属性】
技术研发人员：廖志荣，朱毅，于愉，薛东鑫，高子瑜，徐超，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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