[發(fā)明專利]一種大功率芯片封閉式液態(tài)金屬二回路冷卻系統(tǒng)

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• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110299336A
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉慧;宋雯煜;康劉勝;李麒麟;史金星
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: H01L23/473
• 分類號: H01L23/473;H01L23/373
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

一種大功率芯片封閉式液態(tài)金屬二回路冷卻系統(tǒng)，屬于電子器件散熱技術(shù)領(lǐng)域，包括一次回路管、一次冷卻液、二次冷卻管、二次冷卻液、適應(yīng)型感應(yīng)式電磁泵、直流電機(jī)、攪拌棒組、補(bǔ)液蓋。本發(fā)明利用高導(dǎo)熱系數(shù)、高動力粘度的液態(tài)金屬將芯片熱量輸送出來，又利用二次冷卻液的高比熱及高導(dǎo)熱給一次冷卻液降溫，同時二次冷卻管中的攪拌能及時將冷卻液的熱量輸送出去，完成封閉式二次高效冷卻。作為一種新型高效可靠的冷卻系統(tǒng)，可廣泛適用于家電、逆變器等芯片的冷卻系統(tǒng)，體積小，噪聲小，可主動調(diào)節(jié)冷卻量。此系統(tǒng)冷卻效果優(yōu)于目前芯片散熱所采用的水冷系統(tǒng)，也完全滿足大功率電子器件散熱要求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子器件散熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大功率芯片封閉式液態(tài)金屬二回路冷卻系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著當(dāng)代科技創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)程日益加快，目前能達(dá)到的冷卻技術(shù)與相應(yīng)的散熱系統(tǒng)已經(jīng)愈發(fā)不能滿足高容量、大功率、小體積的電子器件發(fā)展需求，電子器件在高熱流密度以及過熱工況下無法有良好的冷卻，這種熱障問題甚至已經(jīng)限制了大功率微電子領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。目前針對大功率電子器件冷卻的方式主要為水作為冷卻液的普通對流換熱及射流換熱。但水冷換熱需要面臨相變沸騰，過熱干燒、換熱能力有限、需要通過復(fù)雜的通道結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提高表面換熱系數(shù)，同時還有阻力增大，回流導(dǎo)致?lián)Q熱能力減弱等問題。而單純使用一次冷卻液作為冷卻液也會面臨價格高昂，高熱導(dǎo)率、高黏度系數(shù)無法與其他冷卻系統(tǒng)配合的問題。

因此針對大功率電子芯片冷卻技術(shù)，團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)一種能滿足高熱流密度冷卻且經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠、產(chǎn)業(yè)化過程簡單的一次冷卻液冷卻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于目前冷卻系統(tǒng)的上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種大功率芯片封閉式液態(tài)金屬二回路冷卻系統(tǒng)，以緩解目前針對大功率芯片在高熱流密度工況下的冷卻能力的不足。利用一次冷卻液的高熱導(dǎo)性，將熱量傳遞給溫度更低的二次冷卻液，同時通過對二次回路的攪拌作用提升其與外界環(huán)境的換熱強(qiáng)度，在負(fù)載功率發(fā)生變化時，可通過改變電磁泵及電機(jī)電壓的方式調(diào)整一次冷卻液流速及輻射式攪拌棒組的轉(zhuǎn)速，改變流態(tài)，達(dá)到可調(diào)節(jié)的封閉式冷卻，換熱能力增強(qiáng)，無污染的目的。為保持其工作穩(wěn)定性，可定期補(bǔ)二次冷卻液，價格低廉，穩(wěn)定性好。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種大功率芯片封閉式液態(tài)金屬二回路冷卻系統(tǒng)，包括一次回路管、一次冷卻液、二次冷卻管、二次冷卻液、適應(yīng)型感應(yīng)式電磁泵、直流電機(jī)、攪拌棒組、補(bǔ)液蓋，所述一次回路管內(nèi)填充有一次冷卻液，一次回路管外壁通過固定套套裝有適應(yīng)型感應(yīng)式電磁泵，一次回路管與二次冷卻管密封連接，二次冷卻管內(nèi)填充有二次冷卻液，二次冷卻管內(nèi)腔尾端轉(zhuǎn)動安裝有攪拌棒組，二次冷卻管尾部外端安裝有直流電機(jī)，且直流電機(jī)輸出軸與攪拌棒組固定安裝，所述二次冷卻管的凸口與補(bǔ)液蓋相連。

所述攪拌棒組由包括基板和攪拌棒，所述基板通過若干連接臂與圓環(huán)內(nèi)壁固定安裝，圓環(huán)截面呈矩形，相鄰連接臂、圓環(huán)及基板圍成的孔為扇形孔，在連接臂與圓環(huán)的連接處設(shè)置有攪拌棒，且相鄰攪拌棒相對于連接臂對稱設(shè)置，所述基板的中心處設(shè)置有半圓形凸起，所述半圓形凸起上開設(shè)有盲孔。

所述適應(yīng)型感應(yīng)式電磁泵由若干磁極鐵芯和若干三相繞組線圈組成，所述若干磁極鐵芯沿著周向均勻布置成內(nèi)孔為橢圓形的結(jié)構(gòu)，沿若干磁極鐵芯的軸向按三相順序循環(huán)布置若干三相繞組線圈。

所述一次冷卻液為低熔點(diǎn)金屬液或低熔點(diǎn)合金溶液，且熔點(diǎn)位于或低于室溫。

所述凸口外圓面設(shè)置有外螺紋，凸口通過螺紋連接補(bǔ)液蓋。

所述適應(yīng)型感應(yīng)式電磁泵為三相感應(yīng)式電磁泵。

所述補(bǔ)液蓋采用抗氧化、耐腐蝕的材料制成。

所述固定套由上套體和下套體組成，上套體和下套體通過卡口相連，上套體與下套體結(jié)構(gòu)相同，上套體和下套體的內(nèi)腔中部設(shè)置有三角板，上套體和下套體的兩端均對稱設(shè)置有水平板，固定套采用磁性材料制成。