壓縮機式晶片降溫系統的製作方法

2023-12-07 09:32:41 1

專利名稱：壓縮機式晶片降溫系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及晶片降溫技術領域，是一種壓縮機式晶片降溫系統。
背景技術：
隨著科技的進步，晶片的複雜度越來越高，運算速度越來也快，功耗和發熱量越來越大，而晶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，比如導致晶片溫度的升高。晶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。因而晶片的散熱問題將成為晶片發展道路上的瓶頸。傳統的晶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，隨著晶片發熱量的不斷增大，已達200W，而風冷散熱方法lW/cm2已經無法滿足高性能晶片散熱的需求。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IOW/cm2,同時受環境溫度的影響較大，啟動時間需要5-10分鐘，並且在啟動過程中溫度會不斷上升，隨著晶片發熱量的進一步增大，熱管散熱也無法滿足要求。隨後出現了液冷散熱法，通過液體在冷頭內循環，液冷頭直接與晶片接觸，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，主要由與發熱晶片直接接觸的冷頭、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晶片進行熱交換，從而帶走晶片的熱量，並通過水排進行散熱。該方法在一定程度上能滿足晶片降溫的需求，但其存在兩個較大的缺點1，晶片及其電路系統均忌水，一旦水管或冷頭洩露，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。從計算機晶片的發展來看，大功率晶片的應用是一種趨勢，散熱量會在200W-500W之間。儘管目前傳統的技術仍佔據主流市場，但這些散熱產品都屬於被動式散熱，無法實現熱交換能力的提升，不可能滿足大功率晶片散熱的需求。所以只有主動式降溫產品有可能滿足大功率晶片的換熱需求。目前主動式降溫的方法有幾種，半導體冷片、冷凍水降溫、壓縮機製冷，液氮等。前期半導體冷片製冷受到追捧，但由於其過低的能效比、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複雜的冷水機系統或冰儲冷系統，水的傳導係數不高，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。液氮僅用於遊戲玩家作超頻之用，無法展開產品市場化。壓縮機製冷是一種比較可靠且穩定的技術，且冷媒的蒸發製冷傳導較佳，但傳統壓縮機由於其體積重量比較大，無法為晶片實行微環境降溫，同時銅管焊接無法實施點對點安裝，單位面積的大製冷量傳導需要獨特的微通道蒸發冷頭，更為重要的是，晶片的溫差反應非常快，傳統壓縮機製冷根本不可能實現與晶片同步工作。基於這些傳統壓縮機固有的特點，市而上尚無成功使用壓縮機為晶片降溫的冷卻系統。

發明內容
本發明提供了一種微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，克服了上述現有技術之不足，其能解決現有大功率晶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製冷壓縮機式晶片降溫系統，包括微型製冷壓縮機、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於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，在微型製冷壓 縮機上固定安裝有冷媒充注管，在微型製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製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製冷壓縮機的信號輸入端電連接在一起。以上微通道蒸發冷頭出口與微型製冷壓縮機的進口端之間的銅管和軟管上固定安裝有保溫發泡棉。以上微通道蒸發冷頭外側固定安裝有微通道蒸發冷頭安裝座，在微通道蒸發冷頭安裝座的四周分布有微通道蒸發冷頭安裝孔。以上微通道蒸發冷頭安裝座與微通道蒸發冷頭之間固定安裝有保溫層。以上微型製冷壓縮機為微型直流變頻壓縮機。以上微通道蒸發冷頭內部流道為單流道式微通道蒸發冷頭內部流道或雙流道式微通道蒸發冷頭內部流道。以上軟管採用尼龍軟管。本發明通過微型製冷壓縮機、冷凝器、冷凝器風扇、節流短管、微通道蒸發冷頭、溫度傳感器、主控板和軟管的配合使用，主控板感應微通道蒸發冷頭的溫度，調整壓縮機轉速，輸出與晶片發熱量相當的冷量，能很好的帶走晶片的熱量，因此極大地提高了製冷效率。


圖I為本發明的立體結構圖。圖2為本發明中微通道蒸發冷頭、節流短管、銅管和軟管的裝配結構示意圖。圖3為本發明中微通道蒸發冷頭、節流短管和銅管的主視結構示意圖。
圖4為圖3的後視結構示意圖。圖5為微通道蒸發冷頭內部流道為雙流道時的主視結構示意圖。圖6為微通道蒸發冷頭內部流道為單流道時的主視結構示意圖。圖中的編碼分別為I為微型製冷壓縮機，2為冷凝器，3為微通道蒸發冷頭，4為冷凝器風扇，5為微通道蒸發冷頭進口，6為微通道蒸發冷頭內部流道，7為微通道蒸發冷頭出口，8為軟管，9為洛克環，10為節流短管，11為溫度傳感器安裝孔，12為微通道蒸發冷頭安裝座，13為微通道 蒸發冷頭安裝孔，14為銅管，15為冷媒充注口，16為溫度傳感器，17為主控板，18為安裝腔。
具體實施例方式如圖I、圖2、圖3、圖4、圖5及圖6所示，本發明所述的微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，包括微型製冷壓縮機I、冷凝器2和微通道蒸發冷頭3 ;在冷凝器2上固定安裝有冷凝器風扇4，在微通道蒸發冷頭3內有密封的用於填充保溫材料的安裝腔18，在安裝腔18內按實際需要填充保溫材料，在安裝腔18旁邊有微通道蒸發冷頭進口 5和微通道蒸發冷頭出口 7，在安裝腔18的背面有分別與微通道蒸發冷頭進口 5和微通道蒸發冷頭出口 7相通的微通道蒸發冷頭內部流道6，在微型製冷壓縮機I上固定安裝有冷媒充注管15，在微型製冷壓縮機I的出口端與冷凝器2的進口端之間通過洛克環9固定安裝有軟管8，在微通道蒸發冷頭進口 5與冷凝器2的出口端之間依序固定安裝有節流短管10、洛克環9和軟管8，在微通道蒸發冷頭出口 7與微型製冷壓縮機I的進口端之間固定安裝有銅管14、洛克環9和軟管8。如圖I至圖6所示，節流短管10和微通道蒸發冷頭進口 5通過焊接固定在一起，銅管14與微通道蒸發冷頭出口 7通過焊接固定在一起；通過節流短管10與微通道蒸發冷頭3焊接一體化，有效的解決了冷媒在微通道蒸發冷頭3中的蒸發效果，通過洛克環9連接銅管14和軟管8，使得微通道蒸發冷頭3可隨意安裝，不受場所的限制；根據需要，在微型製冷壓縮機I的出口端與冷凝器2的進口端之間也可通過軟管8與洛克環9組裝的方式進行連接；還包括溫控裝置，溫控裝置包括溫度傳感器16和主控板17 ;在微通道蒸發冷頭3靠近微通道蒸發冷頭出口 7的一側有溫度傳感器安裝孔11，在溫度傳感器安裝孔11內固定安裝有溫度傳感器16,溫度傳感器16的信號輸出端與主控板17的信號輸入端電連接在一起，主控板17的信號輸出端與微型製冷壓縮機I的信號輸入端電連接在一起。安裝時，將微通道蒸發冷頭3與發熱晶片貼合安裝，使用時，將製冷系統將由冷媒充注口 15充入一定量的R134a環保型冷媒，通過微型製冷壓縮機I將冷媒壓縮，形成高溫高壓液體，在冷凝器2端將熱量排出；然後流向節流短管10，通過節流短管10的卸壓作用，冷媒進入微通道蒸發冷頭3後迅速蒸發，從而吸收並帶走來自發熱晶片的熱量。溫度傳感器16安裝在溫度傳感器安裝孔11內感應微通道蒸發冷頭3的溫度，並傳送給主控板17，主控板17按接收的信號控制微型製冷壓縮機I的轉速(2000RPM-6000RPM)，使得壓縮機製冷系統提供相匹配的冷量，將晶片的工作溫度恆定在合適的範圍。根據需要，在微通道蒸發冷頭出口 7與微型製冷壓縮機I的進口端之間的銅管14和軟管8上固定安裝有保溫發泡棉。這樣可防止冷凝水的產生；為了便於安裝和拆卸，在微通道蒸發冷頭3外側固定安裝有微通道蒸發冷頭安裝座12，在微通道蒸發冷頭安裝座12的四周分布有微通道蒸發冷頭安裝孔13，根據需要，微通道蒸發冷頭安裝座12與微通道蒸發冷頭3之間固定安裝有保溫層，根據需要，微型製冷壓縮機I為微型直流變頻壓縮機，這樣，可分為直流12V/24V/48V三種不同供電方式，同時可通過控制微型製冷壓縮機I的轉速實現不同製冷量的需求。根據需要，微通道蒸發冷頭內部流道6為單流道 式微通道蒸發冷頭內部流道或雙流道式微通道蒸發冷頭內部流道。根據需要，軟管8可採用尼龍軟管。
權利要求
1.一種微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，其特徵在於包括微型製冷壓縮機(I)、冷凝器(2)和微通道蒸發冷頭(3);在冷凝器(2)上固定安裝有冷凝器風扇(4)，在微通道蒸發冷頭(3)內有密封的用於填充保溫材料的安裝腔(18)，在安裝腔(18)內按實際需要填充保溫材料，在安裝腔(18)旁邊有微通道蒸發冷頭進口(5)和微通道蒸發冷頭出口(7)，在安裝腔(18)的背面有分別與微通道蒸發冷頭進口(5)和微通道蒸發冷頭出口(7)相通的微通道蒸發冷頭內部流道￠)，在微型製冷壓縮機(I)上固定安裝有冷媒充注管(15)，在微型製冷壓縮機(I)的出口端與冷凝器(2)的進口端之間通過洛克環(9)固定安裝有軟管(8)，在微通道蒸發冷頭進口(5)與冷凝器(2)的出口端之間依序固定安裝有節流短管(10)、洛克環(9)和軟管(8)，在微通道蒸發冷頭出口(7)與微型製冷壓縮機(I)的進口端之間固定安裝有銅管(14)、洛克環(9)和軟管(S)0
2.根據權利要求I所述的微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，其特徵在於節流短管(10)和微通道蒸發冷頭進口(5)通過焊接固定在一起，銅管(14)與微通道蒸發冷頭出口(7)通過焊接固定在一起。
3.根據權利要求2所述的微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，其特徵在於所述還包括溫控裝置，溫控裝置包括溫度傳感器(16)和主控板(17);在微通道蒸發冷頭(3)靠近微通道蒸發冷頭出口(7)的一側有溫度傳感器安裝孔(11)，在溫度傳感器安裝孔(11)內固定安裝有溫度傳感器(16),溫度傳感器(16)的信號輸出端與主控板(17)的信號輸入端電連接在一起，主控板(17)的信號輸出端與微型製冷壓縮機(I)的信號輸入端電連接在一起。
4.根據權利要求I或2或3所述的微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，其特徵在於所述微通道蒸發冷頭出口(7)與微型製冷壓縮機(I)的進口端之間的銅管(14)和軟管(8)上固定安裝有保溫發泡棉。
5.根據權利要求4所述的微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，其特徵在於所述微通道蒸發冷頭(3)外側固定安裝有微通道蒸發冷頭安裝座(12)，在微通道蒸發冷頭安裝座(12)的四周分布有微通道蒸發冷頭安裝孔(13)。
6.根據權利要求5所述的微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，其特徵在於所述微通道蒸發冷頭安裝座(12)與微通道蒸發冷頭(3)之間固定安裝有保溫層。
7.根據權利要求6所述的微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，其特徵在於所述微型製冷壓縮機(I)為微型直流變頻壓縮機。
8.根據權利要求7所述的微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，其特徵在於所述微通道蒸發冷頭內部流道(6)為單流道式微通道蒸發冷頭內部流道或雙流道式微通道蒸發冷頭內部流道。
9.根據權利要求8所述的微型製冷壓縮機式晶片降溫系統，其特徵在於所述軟管(8)採用尼龍軟管。
全文摘要
本發明涉及晶片降溫技術領域，是一種壓縮機式晶片降溫系統，其包括微型製冷壓縮機、冷凝器和微通道蒸發冷頭；在冷凝器上固定安裝有冷凝風扇，在微通道蒸發冷頭內有密封的用於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，在安裝腔的背面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。本發明通過微型製冷壓縮機、冷凝器、冷凝器風扇、節流短管、微通道蒸發冷頭、溫度傳感器、主控板和軟管的配合使用，主控板感應微通道蒸發冷頭的溫度，調整壓縮機轉速，輸出與晶片發熱量相當的冷量，能很好的帶走晶片的熱量，因此極大地提高了製冷效率。
文檔編號H01L23/473GK102655130SQ20121013856
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月4日 優先權日2012年5月4日
發明者孫正軍 申請人:孫正軍