[發明專利]壓縮機式芯片降溫系統

有效

• 申請號: 201210138565.7
• 申請日: 2012-05-04
• 公開（公告）號: CN102655130A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 孫正軍
• 申請（專利權）人: 孫正軍
• 主分類號: H01L23/473
• 分類號: H01L23/473
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及芯片降溫技術領域，是一種壓縮機式芯片降溫系統。

背景技術

隨著科技的進步，芯片的復雜度越來越高，運算速度越來也快，功耗和發熱量越來越大，而芯片而積卻希望越來越小。小面積上的高發熱量無法及時排除時，比如導致芯片溫度的升高。芯片在高溫下的工作效率和使用壽命和穩定性將會大大折扣。因而芯片的散熱問題將成為芯片發展道路上的瓶頸。

傳統的芯片散熱方法是通過風扇的風冷方式帶走熱量，通過風扇促進空氣的循環流動，達到降溫的目的。但空氣的導熱性能有限，隨著芯片發熱量的不斷增大，已達200W，而風冷散熱方法1W/cm2已經無法滿足高性能芯片散熱的需求。繼而出現了熱管散熱器技術，熱管散熱器本身的散熱效率大過任何

一種金屬材料的導熱性，因而熱管散熱器散熱的方法較風扇散熱優越很多，因而很多風扇散熱滿足要求的地方已被熱管散熱所替代。比如在一些性能較高、發熱量較大的電腦CPU上，熱管散熱法就替代了原有的風扇冷卻法。但是熱管散熱器散熱量只有10W/cm2，同時受環境溫度的影響較大，啟動時間需要5-10分鐘，并且在啟動過程中溫度會不斷上升，隨著芯片發熱量的進一步增大，熱管散熱也無法滿足要求。隨后出現了液冷散熱法，通過液體在冷頭內循環，液冷頭直接與芯片接觸，其散熱性能100W/cm2可以滿足目前的需求。比如電腦CPU降溫就有水冷降溫法，主要由與發熱芯片直接接觸的冷頭、水泵、水箱，水排等組成冷水循環系統。水泵將水箱中的冷水送至冷頭內，在冷頭內與直接接觸的發熱芯片進行熱交換，從而帶走芯片的熱量，并通過水排進行散熱。該方法在一定程度上能滿足芯片降溫的需求，但其存在兩個較大的缺點：1，芯片及其電路系統均忌水，一旦水管或冷頭泄露，將造成電路系統的奔潰，因而該產品的使用存在一定的風險；2，循環水的溫度受環境的影響，不可能過低，而且水的熱傳導性較差，因而冷頭端的熱交換溫差有限，這將限制液冷降溫的熱交換量。受這方面的限制，水冷系統無法在應用層面得到近一步的推廣。從計算機芯片的發展來看，大功率芯片的應用是一種趨勢，散熱量會在200W-500W之間。盡管目前傳統的技術仍占據主流市場，但這些散熱產品都屬于被動式散熱，無法實現熱交換能力的提升，不可能滿足大功率芯片散熱的需求。所以只有主動式降溫產品有可能滿足大功率芯片的換熱需求。

目前主動式降溫的方法有幾種，半導體冷片、冷凍水降溫、壓縮機制冷，液氮等。前期半導體冷片制冷受到追捧，但由于其過低的能效比、產品可靠性、冷凝水等致命弱點，最終以失敗而告終。冷凍水降溫需要一個復雜的冷水機系統或冰儲冷系統，水的傳導系數不高，同時水對電子元器是非常危險，也導致市場無法展開實質的應用。液氮僅用于游戲玩家作超頻之用，無法展開產品市場化。壓縮機制冷是一種比較可靠且穩定的技術，且冷媒的蒸發制冷傳導較佳，但傳統壓縮機由于其體積重量比較大，無法為芯片實行微環境降溫，同時銅管焊接無法實施點對點安裝，單位面積的大制冷量傳導需要獨特的微通道蒸發冷頭，更為重要的是，芯片的溫差反應非常快，傳統壓縮機制冷根本不可能實現與芯片同步工作?；谶@些傳統壓縮機固有的特點，市而上尚無成功使用壓縮機為芯片降溫的冷卻系統。

發明內容

本發明提供了一種微型制冷壓縮機式芯片降溫系統，克服了上述現有技術之不足，其能解決現有大功率芯片小面積高發熱量無法有效降溫的問題。

本發明的技術方案是這樣來實現的：一種微型制冷壓縮機式芯片降溫系統，包括微型制冷壓縮機、冷凝器和微通道蒸發冷頭；在冷凝器上固定安裝有冷凝器風扇，在微通道蒸發冷頭內有密封的用于填充保溫材料的安裝腔，在安裝腔內按實際需要填充保溫材料，在安裝腔旁邊有微通道蒸發冷頭進口和微通道蒸發冷頭出口，在安裝腔的背而有分別與微通道蒸發冷頭進口和微通道蒸發冷頭出口相通的微通道蒸發冷頭內部流道，在微型制冷壓縮機上固定安裝有冷媒充注管，在微型制冷壓縮機的出口端與冷凝器的進口端之間通洛克環固定安裝有軟管，在微通道蒸發冷頭進口與冷凝器的出口端之間依序固定安裝有節流短管、洛克環和軟管，在微通道蒸發冷頭出口與微型制冷壓縮機的進口端之間固定安裝有銅管、洛克環和軟管。

以上節流短管和微通道蒸發冷頭進口通過焊接固定在一起，銅管與微通道蒸發冷頭出口通過焊接固定在一起。

以上還包括溫控裝置，溫控裝置包括溫度傳感器和主控板；在微通道蒸發冷頭靠近微通道蒸發冷頭出口的一側有溫度傳感器安裝孔，在溫度傳感器安裝孔內固定安裝有溫度傳感器，溫度傳感器的信號輸出端與主控板的信號輸入端電連接在一起，主控板的信號輸出端與微型制冷壓縮機的信號輸入端電連接在一起。