[發明專利]基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置及其制造方法

在審

• 申請號: 202110246929.2
• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN112968008A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 李震;陳亮;李學智;曹瀚文;習浩楠;陳曉軒;曹建國
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H01L23/427
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 戴冬瑾

本發明公開了一種基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置及其制造方法，該裝置包括：冷凝器；脈動熱管彎折組成的蒸發端、絕熱段和冷凝端；絕熱段設置在蒸發端和冷凝端之間；冷凝器設置在芯片上方，用于將芯片產生的熱量傳導至蒸發端，冷凝器由上下兩塊蓋板組成，蒸發端的脈動熱管封裝在冷凝器的上下蓋板之間；冷凝器和脈動熱管的蒸發端之間的間隙填充有高導熱性能材料。由此，實現數據中心大功率芯片的高效冷卻，達到其最佳運行溫度，保證數據中心穩定可靠運行，使得數據中心更加節能，更加綠色，進一步促進大數據和互聯網的發展。

技術領域

本發明涉及芯片冷卻技術領域，特別涉及一種基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置及其制造方法。

背景技術

隨著計算機和互聯網技術的迅猛發展，數據中心的建設不斷發展，集成化和功率化對全球數據中心的低能耗高效冷卻達到穩定運行提出新的挑戰。傳統數據中心冷卻采用精密空調對機房進行冷卻，即通過風冷對機房內的設備和芯片進行冷卻。隨著數據中心熱流密度的不斷增大，液冷技術被采用，有采用浸沒式液冷，即將冷卻液直接與高熱流密度芯片接觸，也有采用間接液冷，通過在芯片端進行微通道設置采用液冷帶走熱量。熱管由于其高導熱性，也被應用于數據中心散熱，分離式熱管居多，同時也有少數針對芯片級的熱管末端冷卻。

采用精密空調的傳統冷卻方式通過機械蒸汽壓縮式風冷，存在能耗巨大、空氣換熱系數低、冷源距離熱源遠、散熱不均等多方面問題?？諝鈸Q熱系數不足，冷源距離熱源距離不夠，散熱不均導致進一步的空調功率增大，增大電量消耗，數據中心能源利用率(PUE)值過高，形成惡性循環。純空調式風冷技術最成熟最簡單，但是最不節能，溫度控制性最差，機房穩定運行能力也最差。液冷效率高，導熱性能得到提升，特別是發生氣液兩相傳熱時，導熱能力提升2-3個數量級。但是，針對電子設備，特別是數據中心芯片，液冷存在液體泄露問題，一旦液體工質泄露將導致數據中心無法運行，需要考慮密封防泄露問題，增加了設備管道的復雜性，提高了成本。同時，由于液冷的循環，需要動力驅動，也會導致PUE值的增大，不夠綠色節能。熱管系統能夠在不需要外部能量的情況下實現高效導熱，具有良好的能源效率和冷卻能力，對室內環境無干擾。目前，在數據中心中應用的熱管以分離式熱管為主，有少部分是傳統的管式熱管。一方面，現有熱管未能深入到芯片熱源端直接散熱，芯片和熱管還可以更加近距離的接觸，芯片冷卻性能有待進一步提升，另一方面，傳統熱管的效率不如脈動熱管，同時傳統熱管的結構尺寸和與芯片熱源端的配合等方面都還有進一步的優化空間。相關技術中提出采用脈動熱管對芯片進行冷卻，但是其循環纏繞和風扇搭配的方式只適用于與個人電腦內部的芯片冷卻，不能夠滿足數據中心大功率芯片的散熱和使用需求。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。

為此，本發明的一個目的在于提出一種基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置，該裝置用于數據中心芯片級熱管理，可以保證大功率芯片在正常溫度范圍內高效穩定運行，降低數據中心能耗，保障數據中心穩定可靠運行。

本發明的另一個目的在于提出一種基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置的制造方法。

為達到上述目的，本發明一方面實施例提出了一種基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置，包括：冷凝器；脈動熱管彎折組成的蒸發端、絕熱段和冷凝端；

所述絕熱段設置在所述蒸發端和所述冷凝端之間；

所述冷凝器設置在芯片上方，用于將芯片產生的熱量傳導至所述蒸發端，所述冷凝器由上下兩塊蓋板組成，所述蒸發端的脈動熱管封裝在所述冷凝器的上下蓋板之間；

所述冷凝器和脈動熱管的蒸發端之間的間隙填充有高導熱性能材料。

另外，根據本發明上述實施例的基于脈動熱管的數據中心芯片級冷卻裝置還可以具有以下附加的技術特征：

進一步地，所述絕熱段彎曲形成上下高低差異的階梯狀結構。