一種計算機芯片液態冷卻散熱系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種計算機芯片液態冷卻散熱系統，使用高導熱和低粘粘滯系數的導熱油作為冷卻液，還包括冷卻液泵、界面集熱器（冷頭）、液冷散熱器、冷卻液箱和液管等。本發明將高導熱和低粘粘滯系數導熱油作為冷卻液并設計采用新型冷卻系統，芯片散熱性能高于水冷效果，滿足目前已知高功率高集成度計算機芯片散熱技術要求，具有比已有的水基冷卻液技術和液態金屬散熱技術樣機更加實用和可靠的應用性能。
【專利說明】一種計算機芯片液態冷卻散熱系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及計算機芯片散熱【技術領域】，尤其涉及一種使液態冷卻散熱系統。
【背景技術】
[0002] 近年來，高度集成的計算機芯片熱障關鍵問題，已成為制約其持續發展的技術瓶 頸之一。目前，解決計算機芯片大功耗高密度散熱的主流技術發展方向是研發液態冷卻方 法，利用冷卻液強化芯片散熱的效果。水基冷卻液技術和液態金屬散熱技術已經有大量研 究報導，在芯片冷卻實驗研究和嘗試應用方面取得了一定的進展，但是距離滿足產品應用 需求還存在嚴重的瓶頸，例如：水基冷卻液主要是沸點較低，在熱交換界面會產生氣泡、蒸 發從而造成散失和阻熱，繼而導致腐蝕和器件過熱燒毀，另外，其不利于微型化，當氣溫處 于零度以下時會結冰膨脹；而液態金屬冷卻液可選擇的材料十分缺乏，價格昂貴和資源稀 缺的鎵是其主要冷卻液成分，當溫度低于鎵的熔點（29. 77°C)時即相變為固體而發生膨 脹，從而對流動管道的要求極高，其可靠性尚有待提高。
[0003] 因此，本領域的技術人員致力于開發一種實用可靠、運行穩定、冷卻效率高、成本 要求相對較低的液態冷卻散熱系統。
【發明內容】
[0004] 有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明提供了一種優越的液冷散熱系統，其可滿足 本領域相關應用產品需求，為發展大功率芯片散熱技術開辟一條全新的途徑，構建出大功 率高集成度計算機芯片的基冷卻液散熱技術系統，具有比已有的水基冷卻液技術和液態金 屬散熱技術樣機更加實用和可靠的應用性能。
[0005] 本發明的計算機芯片液態冷卻散熱系統，使用導熱油作為冷卻液。
[0006] 進一步地，導熱油的主要成分包括烷烴、環烷族飽和烴、芳香族不飽和烴或鏈狀結 構的聚有機娃氧燒中的一種。
[0007] 進一步地，聚有機硅氧烷的類型包括甲基、乙基、苯基、氯苯基、三氟丙基或硅氧 燒。
[0008] 進一步地，導熱油的制備包括以下步驟：
[0009] 步驟1、初縮聚環體，即環體經裂解、精餾制得低環體；
[0010] 步驟2、將環體、封頭劑、催化劑一起加料，調整反應配比，得到各種不同聚合度的 混合物；
[0011] 步驟3、減壓精餾除去低沸物。
[0012] 進一步地，導熱油的相對密度為0. 8-2. Og/cm3,熱導率為0. 5-5w/mk，凝固點小 于-45。。。
[0013] 進一步地，本發明的計算機芯片液態冷卻散熱系統還包括冷卻液泵、界面集熱器 (冷頭）、液冷散熱器（散熱排）、冷卻液箱、液管；冷卻液泵、界面集熱器、液冷散熱器和冷 卻液箱通過液管依次連通，從而實現了作為冷卻液的導熱油在以上各部件間的循環流通。
[0014] 進一步地，界面集熱器的形狀或/和固定方式按需要冷卻的對象進行設置。
[0015] 進一步地，需要冷卻的對象包括CPU、主板、內存、顯卡等，即根據以上對象設置相 應的CPU冷頭、主板冷頭、內存冷頭、顯卡冷頭等。
[0016] 進一步地，冷卻液泵是雙腔并聯壓電泵或靜電驅動靜音泵。
[0017] 進一步地，當導熱油具有絕緣性能時，界面集熱器還可以設置開口，需要冷卻的對 象可通過開口進入界面集熱器，從而與界面集熱器中的導熱油直接接觸，即需要冷卻的對 象直接被浸入導熱油冷卻液中。
[0018] 與現有計算機芯片散熱技術相比，本發明具有如下的有益效果：
[0019] 1、芯片散熱器體積可作得更小，而散熱能力則顯著優于現有水冷方法。
[0020] 2、集肋片散熱和對流冷卻散熱于一體，大大拓展了傳統散熱方式的散熱表面。多 個散熱器還可組合成更為豐富的結構，因而適用面更寬。
[0021] 3、噪音低，導熱油散熱器運行時，工質噪音極小。
[0022] 4、適用各種發熱電子元器件的散熱。
[0023] 5、導熱油散熱技術可發揮作用的空間大，可擴充出很多散熱器應用方案和領域。
[0024] 以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以 充分地了解本發明的目的、特征和效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明的一個較佳實施例的液態冷卻散熱系統架構圖。
【具體實施方式】
[0026] 如圖1所示，是一種基于本發明的液態冷卻散熱系統的架構圖。該系統包括冷卻 液泵、界面集熱器（冷頭）、液冷散熱器和冷卻液箱，圖中箭頭線表示將以上各部件連通的 液管。冷卻液箱用于存儲冷卻液，在冷卻泵的驅動下，冷卻液在系統內沿圖中箭頭方向循 環。冷卻泵優選地采用雙腔并聯壓電泵或靜電驅動靜音泵。界面集熱器與需要冷卻的對象 直接接觸，如CPU、主板、內存、顯卡等等。界面集熱器的形狀尺寸以及固定方式與需要冷卻 的對象相配合，如對于CPU來說，相應的CPU冷頭其形狀尺寸需配合CPU的芯片面積，固定 方式可以采用與傳統的CPU風扇相同的固定結構，如卡扣、鎖條等等。液冷散熱器優選采用 肋片結構或與其類似的能有效擴大散熱表面積的結構，還可以加裝風扇對散熱器的肋片進 行風冷。
[0027] 本實施例中使用的冷卻液采用不同導熱系數的導熱油，該導熱油冷卻液體的主要 成分是烷烴、環烷族飽和烴、芳香族不飽和烴或鏈狀結構的聚有機硅氧烷等化合物，其中聚 有機硅氧烷化合物包括甲基、乙基、苯基、氯苯基、三氟丙基或者硅氧烷等類型。其制備包括 以下步驟：
[0028] 步驟1、初縮聚環體，即環體經裂解、精餾制得低環體；
[0029] 步驟2、將環體、封頭劑、催化劑一起加料，調整反應配比，得到各種不同聚合度的 混合物；
[0030] 步驟3、減壓精餾除去低沸物。
[0031] 導熱油的相對密度優選為0. 8-2. 0g/cm3,熱導率優選為0. 5-5w/mk，凝固點優選 小于-45°C。
[0032] 將導熱油冷卻液注入冷卻散熱系統，當冷卻散熱系統工作時，導熱油冷卻液被冷 卻液泵推動在液管中流動，循環經過具有高導熱率的界面集熱器（冷頭），在經過界面集熱 器（冷頭）時冷卻液吸收芯片產生的熱量，隨后又流入液冷散熱器（散熱排和集肋片），通 過散熱器釋放掉吸收的熱量。界面集熱器（冷頭）針對不同的芯片散熱需求，分為CPU冷 頭、主板冷頭、內存冷頭、顯卡冷頭等。
[0033] 本實施例中使用功耗為360W的臺式計算機，安裝導熱油冷卻液冷卻系統，在室溫 為30°C時，主要界面集熱器為CPU冷頭、主板冷頭、內存冷頭、顯卡冷頭，以CPU溫度作為芯 片冷卻效果的指標。
[0034] 1、使用一種烷烴導熱油冷卻液，相對密度0. 8g/cm3,熱導率0. 5w/mk，凝固點 <-75°C，烷烴導熱油冷卻液注入冷卻系統后，測得CPU溫度為53°C。
[0035] 2、使用一種環烷族飽和烴導熱油冷卻液，相對密度0. 85g/cm3,熱導率0. 56w/mk， 凝固點<_65°C，環烷族飽和烴導熱油冷卻液注入冷卻系統后，測得CPU溫度為50°C。
[0036] 3、使用一種芳香族不飽和烴導熱油冷卻液，相對密度0. 86g/cm3,熱導率0. 58w/ mk，凝固點<-63°C，芳香族不飽和烴導熱油冷卻液注入冷卻系統后，測得CPU溫度為48°C。
[0037] 4、使用一種甲基聚有機硅氧烷導熱油冷卻液，相對密度0. 98g/cm3,熱導率1. 42w/ mk，凝固點<-61°C，甲基聚有機硅氧烷導熱油冷卻液注入冷卻系統后，測得CPU溫度為 46。。。
[0038] 5、使用一種乙基聚有機硅氧烷導熱油冷卻液，相對密度1. 08g/cm3,熱導率1. 64w/ mk，凝固點〈-58°C，乙基聚有機硅氧烷導熱油冷卻液注入冷卻系統后，測得CPU溫度為 45。。。
[0039] 6、使用一種苯基聚有機硅氧烷導熱油冷卻液，相對密度1. 28g/cm3,熱導率1. 79w/ mk，凝固點〈-56 °C，苯基聚有機硅氧烷導熱油冷卻液注入冷卻系統后，測得CPU溫度為 45。。。
[0040] 7、使用一種氯苯基聚有機硅氧烷導熱油冷卻液，相對密度1.47g/cm3,熱導率 1. 86w/mk，凝固點<-56°C，氯苯基聚有機硅氧烷導熱油冷卻液注入冷卻系統后，測得CPU溫 度為44°C。
[0041] 8、使用一種三氟丙基聚有機娃氧燒導熱油冷卻液，相對密度1. 83g/cm3,熱導率 1. 96w/mk，凝固點<-56°C，三氟丙基聚有機硅氧烷導熱油冷卻液注入冷卻系統后，測得CPU 溫度為43°C。
[0042] 當導熱油具有絕緣性能時，還可以選擇將需要冷卻的對象直接浸入導熱油冷卻液 中。此時需要冷卻的對象與界面集熱器的位置關系由接觸式轉變為浸入式，界面集熱器相 當于一個槽體，可設置具有開放的入口，需要冷卻的對象可進入槽內直接與導熱油冷卻液 接觸。以主板冷卻為例，可將主板整塊浸入并固定在上述槽體內，為防止導熱油溢出，還可 以設置蓋板，蓋板上為主板上的接線或板卡預設孔槽。
[0043] 以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無 需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本【技術領域】中技術 人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的 技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種計算機芯片液態冷卻散熱系統，其特征在于，使用導熱油作為冷卻液。
2. 如權利要求1所述的液態冷卻散熱系統，其特征在于，所述導熱油的成分包括烷烴、 環烷族飽和烴、芳香族不飽和烴或鏈狀結構的聚有機硅氧烷中的一種。
3. 如權利要求2所述的液態冷卻散熱系統，其特征在于，所述聚有機硅氧烷的類型包 括甲基、乙基、苯基、氣苯基、二氣丙基或娃氧燒。
4. 如權利要求2所述的液態冷卻散熱系統，其特征在于，所述導熱油的制備包括以下 步驟： 步驟1、初縮聚環體，即環體經裂解、精餾制得低環體； 步驟2、將環體、封頭劑、催化劑一起加料，調整反應配比，得到各種不同聚合度的混合 物； 步驟3、減壓精餾除去低沸物。
5. 如權利要求4所述的液態冷卻散熱系統，其特征在于，所述導熱油的相對密度為 0. 8-2. Og/cm3,熱導率為 0. 5-5w/mk，凝固點小于-45°C。
6. 如權利要求1-5任一所述的液態冷卻散熱系統，其特征在于，還包括冷卻液泵、界面 集熱器、液冷散熱器、冷卻液箱、液管，所述冷卻液泵、所述界面集熱器、所述液冷散熱器和 所述冷卻液箱通過所述液管依次連通，形成環路。
7. 如權利要求6所述的液態冷卻散熱系統，其特征在于，所述界面集熱器的形狀或/和 固定方式按需要冷卻的對象進行設置。
8. 如權利要求7所述的液態冷卻散熱系統，其特征在于，所述需要冷卻的對象包括 CPU、主板、內存、顯卡。
9. 如權利要求6所述的液態冷卻散熱系統，其特征在于，所述冷卻液泵是雙腔并聯壓 電泵或靜電驅動靜音泵。
10. 如權利要求7所述的液態冷卻散熱系統，其特征在于，當所述導熱油具有絕緣性能 時，所述界面集熱器還可以設置開口，所述需要冷卻的對象可通過所述開口進入所述界面 集熱器，從而與所述界面集熱器中的所述導熱油直接接觸。
【文檔編號】G06F1/20GK104216490SQ201410459389
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月10日 優先權日:2014年9月10日
【發明者】張亞非, 姜國華, 楊志, 趙波, 蘇目杰 申請人:上海交通大學