一种芯片冷却系统及其控制方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116031219A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202211719774.0H01L23/467(2006.01)(22)申请日2022.12.30H01L23/34(2006.01)(71)申请人青岛理工大学地址266520山东省青岛市经济技术开发区嘉陵江路777号(72)发明人张西龙柳江刘碧龙李敏安峰岩(74)专利代理机构郑州意创知识产权代理事务所(特殊普通合伙)41138专利代理师张江森(51)Int.Cl.H01L23/367(2006.01)H01L23/473(2006.01)H01L23/42(2006.01)H01L23/433(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图3页(54)发明名称一种芯片冷却系统及其控制方法(57)摘要本发明提出一种芯片冷却系统及其控制方法，包括：制冷外壳，制冷外壳内部形成有供磁纳米流体流通的冷却液管道；翅片结构、密封结构，磁场发生器阵列以及导流支架，通过磁纳米流体内温差产生的流体密度差为其流动的驱动力，使磁纳米流体循环流动，以对芯片实现冷却。创新磁纳米流体基液温差自驱动结构设计，克服芯片自然热对流和温差自驱动影响下的安装角度限制，提高芯片的环境适应性。CN116031219ACN116031219A权利要求书1/2页1.一种芯片冷却系统，其特征在于，包括：制冷外壳，制冷外壳内部形成有供磁纳米流体流通的冷却液管道；翅片结构，形成于所述制冷外壳的两端面，以实现将芯片产生的热量通过自然对流散热；密封结构，其用于将制冷外壳密封，防止磁纳米流体的泄露；磁场发生器阵列,包括多个磁场发生器单元，每个磁场发生器单元均包括电磁线圈和铁芯，用于产生单向或者交变磁场，将磁场施加于制冷外壳内部通道内的磁纳米流体，使磁纳米颗粒在磁场的作用下形成磁链，形成热通道；导流支架，其位于制冷外壳内的冷却液管道内，其左右两侧为具有弧度的光滑曲面，中间为U形框架，通过导流支架将制冷外壳的内部流道分成了两部分：导流支架的下曲面与制冷外壳内部流道构成的第一部分；导流支架的上曲面与制冷外壳内部流道构成的第二部分；通过磁纳米流体内温差产生的流体密度差为其流动的驱动力，使磁纳米流体循环流动，以对芯片实现冷却。2.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于，所述密封结构包括密封垫和密封板，所述密封垫位于制冷外壳和密封板的中间，所述密封板紧贴密封垫的外部。3.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于，所述磁场发生器阵列由多个磁场发生器单元组成，每个单元同时通电流，通过电磁感应产生相同的磁场强度；或在控制器的作用下分别通电，产生不同的磁场强度。4.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于，所述芯片冷却系统还包括多个贴片式热电偶温度传感器：所述多个贴片式热电偶温度传感器紧密贴合在芯片的表面，用于采集不同位置处的温度，并将温度信号传递给控制器，磁场强度由电流大小决定，电流大小由控制器控制，控制器通过温度传感器采集不同热点位置处的温度，优化出左右的控制电流，实现不同的磁场强度。5.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于，所述翅片结构包括内翅片和外翅片，分别位于制冷外壳的外端面和内端面，用于提高芯片向环境中的自然对流换热性能。6.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于，所述铁芯四周加工有沟槽，电磁线圈和铁芯紧密连接在一起，两者共同组成光滑的圆柱表面，紧密的安装在制冷外壳的圆柱形槽内。7.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于，所述制冷外壳与芯片表面间设置有导热硅脂，以消除接触热阻。8.根据权利要求1所述的一种芯片冷却系统，其特征在于，保持芯片的转动轴线为水平线，芯片沿任意水平线倾斜安装，倾覆角度为0°‑360°，优选地，制冷外壳的内部左右流道呈横置“8字形”，左右流道均有一个最高点和最低点，左右流道内的磁流体流动方向相反。9.根据权利要求1‑8任一项所述的芯片冷却系统的控制方法，其特征在于，芯片在其表面产生一定的温度时，热量传递给制冷外壳的下表面，冷却液管道内充满了磁性纳米流体，并在靠近芯片的附近处首次吸收热量，逐渐将该位置处的磁性纳米流体加热，加热后的流体密度逐渐降低，并产生上浮的动力；上浮的磁性纳米流体在导流支架左、右部分下曲面的导流作用下，将上部密度较大的磁性纳米流体继续往上推动；同时在导流支架左、右部分上2CN116031219A权利要求书2/2页曲面的导流作用下，产生与下曲面相同方向的流体流动路径；流道左侧产生逆时针的流动；流道右侧产生顺时针的流动，从而形成两个磁性纳米流体的循环方式；芯片不停地产生热量，使磁性纳米流体不断地产生上浮力，提供左、右两个循环的动力；磁性纳米流体在流体流动的过程中，不