一种芯片控温装置及主板的制作方法

1.本实用新型涉及芯片散热技术领域，尤其涉及一种芯片控温装置及主板。


背景技术：

2.随着集成电路制程工艺的创新和发展，芯片集成晶体管数量也越来越多。在芯片的性能得到大幅提升的同时，对芯片散热的要求也越来越高。
3.目前，芯片降温通常采用空气对流的自然散热方式、散热片传热的物理散热方式、散热风扇的风冷散热方式以及液体循环冷却系统的水冷散热方式等，但在采用这些散热技术时，无法在短时间内实现对芯片的精准降温，存在降温速度慢和降温效果差等技术问题，会影响芯片的性能、可靠性以及使用寿命，无法完全满足对芯片散热的要求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种芯片控温装置及主板，以解决现有技术中，芯片的降温速度慢且降温效果差，无法完全满足对芯片散热的要求的问题。
5.为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种芯片控温装置，用于调节芯片的温度，包括温控器、温度传感器、半导体控温组件以及与温度传感器和半导体控温组件电连接的温控器。温度传感器靠近芯片设置，用于获取芯片的温度，并将温度发送给温控器。半导体控温组件靠近芯片设置，用于通过改变自身的温度，来调节芯片的温度。
6.与现有技术相比，本实用新型提供的芯片控温装置中，温度传感器靠近芯片设置，且与温控器电连接，温度传感器可以获取芯片的温度，并将该温度传送至温控器。半导体控温组件靠近芯片设置，且与温控器电连接。基于此，温控器可以根据温度传感器获取的温度，从而调节半导体控温组件的电流大小以及电流方向，使得半导体控温组件在电流的作用下吸收热量或者释放热量，以实现对芯片的降温或者升温。当温度传感器获取的芯片温度高于芯片工作的最佳温度时，温控器控制半导体控温组件的电流正向流动，半导体控温组件吸收热量，芯片的热量被传递至半导体控温组件，从而降低芯片的温度。且温控器通过控制电流的大小，可以调节半导体控温组件吸收热量的速度，从而调节芯片的温度降低的速度，以在短时间内实现对芯片的精准降温。此外，当温度传感器获取的芯片温度低于芯片工作的最佳温度时，温控器控制半导体控温组件的电流反向流动，半导体控温组件释放热量，释放的热量被传递至芯片，从而升高芯片的温度。温控器通过控制电流的大小，可以调节半导体控温组件释放热量的速度，从而调节芯片的温度升高的速度，以在短时间内实现对芯片的精准升温。由此可见，本实用新型提供的芯片控温装置，在需要对芯片进行升温或者降温时，能够实现短时间内的精准升温或者降温，使得芯片能够一直工作在最佳温度，从而避免对芯片的性能、可靠性以及使用寿命产生影响，完全满足对芯片控温的要求。
7.本实用新型还提供一种主板，包括芯片，以及上述技术方案所述的芯片控温装置，芯片控温装置靠近芯片设置。
8.与现有技术相比，本实用新型提供的主板的有益效果与上述技术方案所述芯片控
温装置的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
9.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
10.图1为本实用新型实施例中提供的芯片控温装置的结构示意图；
11.图2为本实用新型实施例中提供的半导体控温组件的结构示意图。
12.附图标记：
13.1-芯片，
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21-温控器，
14.22-半导体控温组件，
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23-温度传感器，
15.24-热交换保护层，
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25-导热硅胶层，
16.221-电偶层，
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222-第一电极引线，
17.223-第二电极引线，
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224-第一绝缘层，
18.225-第二绝缘层，
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226-第三绝缘层，
19.227-干燥层。
具体实施方式
20.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
21.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
22.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.随着集成电路制程工艺的创新和发展，芯片集成晶体管数量也越来越多。在芯片
的性能得到大幅提升的同时，对芯片的散热要求也越来越高。
26.目前，芯片降温通常采用空气对流的自然散热方式、散热片传热的物理散热方式、散热风扇的风冷散热方式以及液体循环冷却系统的水冷散热方式等，但在采用这些散热技术时，存在降温速度慢和降温效果差等技术问题，会影响芯片的性能、可靠性以及使用寿命，无法完全满足对芯片散热的要求。
27.为了解决上述问题，本实用新型实施例提供一种主板，包括芯片以及芯片控温装置，芯片控温装置靠近芯片设置。
28.具体实施时，芯片插装在主板本体上，芯片控温装置可以插装在主板本体上，由主板本体向芯片以及芯片控温装置供电。或者，芯片控温装置也可以仅与芯片靠近，但需要格外增加独立的直流电源，以向芯片控温装置供电。对此，本实用新型实施例不做具体限定。
29.上述芯片可以是服务器芯片、服务器cpu以及显卡gpu等散热要求更高的芯片，也可以是其他普通的芯片，本实用新型实施例对此不作限定。
30.下面将结合附图，具体说明芯片控温装置的结构。
31.请参阅图1以及图2，本实用新型实施例提供的芯片控温装置包括：温控器 21、温度传感器23、半导体控温组件22以及与温度传感器23和半导体控温组件22电连接的温控器21。温度传感器23靠近芯片1设置，用于获取芯片1的温度，并将温度发送给温控器21。半导体控温组件22靠近芯片1设置，用于通过改变自身的温度，来调节芯片1的温度。
32.具体实施时：将芯片控温装置安装在芯片1上之后，温度传感器23靠近芯片1，将获取的芯片1温度传送至温控器21，温控器21根据获取的芯片1温度，控制半导体温控组件上的电流大小以及电流方向，以控制半导体控温组件22在电流的作用下吸收热量或者释放热量，从而对芯片1进行降温或者升温。当温度传感器23获取的芯片1温度高于芯片1工作的最佳温度时，温控器21控制半导体控温组件22的电流正向流动，半导体控温组件22在正向电流的作用下吸收热量，电流越大，吸收的热量也越多。且由于热量会从温度高的物体传递至温度低的物体，此时芯片1为温度更高的物体，热量会被传递至半导体控温组件22，从而降低芯片1的温度。此外，当温度传感器23获取的芯片1温度低于芯片1工作的最佳温度时，温控器21控制半导体控温组件22的电流反向流动，半导体控温组件22在反向电流的作用下释放热量，电流越大，释放的热量也越多。此时半导体控温组件22为热量更高的物体，热量会被传递至芯片1，从而升高芯片1的温度。
33.通过上述芯片控温装置的结构和具体实施过程可知，温度传感器23靠近芯片1设置，且与温控器21电连接，温度传感器23可以获取芯片1的温度，并将该温度传送至温控器21。半导体控温组件22靠近芯片1设置，且与温控器 21电连接。基于此，温控器21可以根据温度传感器23获取的温度，从而调节半导体控温组件22的电流大小以及电流方向，使得半导体控温组件22在电流的作用下吸收热量或者释放热量，以实现对芯片1的降温或者升温。当温度传感器23获取的芯片1温度高于芯片1工作的最佳温度时，温控器21控制半导体控温组件22的电流正向流动，半导体控温组件22吸收热量，芯片1的热量被传递至半导体控温组件22，从而降低芯片1的温度。且温控器21通过控制电流的大小，可以调节半导体控温组件22吸收热量的速度，从而调节芯片1的温度降低的速度，以在短时间内实现对芯片1的精准降温。此外，当温度传感器 23获取的芯片1温度低于芯片1工作的最佳温度时，温控器21控制半导体控温组件22的电流反向流动，半导体控温组件22释放热量，释放的热量被传递至
芯片1，从而升高芯片1的温度。温控器21通过控制电流的大小，可以调节半导体控温组件22释放热量的速度，从而调节芯片1的温度升高的速度，以在短时间内实现对芯片1的精准升温。由此可见，本实用新型实施例提供的芯片控温装置，在需要对芯片1进行升温或者降温时，能够实现短时间内的精准升温或者降温，使得芯片1能够一直工作在最佳温度，从而避免对芯片1的性能、可靠性以及使用寿命产生影响，完全满足对芯片1控温的要求。
34.上述实施例中的温控器21包括驱动电路和控制电路，驱动电路用于导通或这关断主板本体或者独立电源向半导体控温组件22的供电电路。控制电路用于调节半导体控温组件22的电流大小和方向。当温度传感器23获取的芯片1温度高于或者低于芯片1工作的最佳温度时，驱动电路驱动供电电路导通，控制电路控制半导体控温组件22的电流正向流动或者反向流动。当温度传感器23 获取的芯片1温度与芯片1工作的最佳温度相符时，驱动电路驱动供电电路关断，半导体控温组件22没有电源供应，既不会吸收热量也不会释放热量，芯片 1的温度可以维持在最佳温度继续工作。
35.上述实施例中的温度传感器23是现有技术中的用于芯片测温的温度传感器，可以是mcp9805-be/st，也可以是adt7470arqz-reel7，本实用新型实施例对此不做具体限定。
36.在一种可能的实现方式中，如图1及图2所示，芯片控温装置还包括热交换保护层24，热交换保护层24位于半导体控温组件22朝向芯片1的一侧，且与半导体控温组件22粘合。
37.可以理解的是，由于芯片控温装置能够在短时间内时间对芯片1的精准降温以及精准升温，在实际应用中，还需要设置热交换保护层24，以避免芯片1 在骤热或者骤冷冲击下受到破坏。热交换保护层24可以选择铝片或者铜片等热传递效果更优的材料，为了更进一步实现瞬时间的热传递效果，可以设置铝片或者铜片的厚度为2mm-3mm。
38.在具体实施时，热交换保护层24位于半导体控温组件22与芯片1之间，且热交换保护层24朝向半导体控温组件22的一侧表面均匀涂覆有硅胶，使得热交换保护层24能够与半导体控温组件22紧密贴合。
39.进一步的，如图1所示，芯片控温装置还包括导热硅胶层25，导热硅胶层 25设置在芯片1与热交换保护层24之间，用于将热交换保护层24粘接于芯片 1上。
40.在实际中，导热硅胶层25可以是高热导硅胶片，或者是纳米银浆等高导热硅胶材料。
41.在上述实施例中，可以将温度传感器23设置在热交换保护层24与导热硅胶层25之间，温度传感器23被导热硅胶层25粘接在热交换保护层24上，并通过导热硅胶层25获取芯片1的温度。
42.作为一种可能的实现方式，半导体控温组件22包括至少一层半导体控温片。当半导体控温组件22包括多层半导体控温片时，多层半导体控温片依次层叠设置。
43.应注意，虽然图1中仅示出了半导体控温组件22包括一层半导体控温片的结构示意图，但当包括多层半导体控温片时，多层半导体控温片可以依次层叠设置。多层半导体控温片可以是2层，也可以是3层，具体的层数设置可以根据芯片1的制冷量或者制热量的需求具体设置，需求越高，需要设置的层数就越多。
44.在一种可选方式中，如图2所示，每个半导体控温片均包括导电层。导电层包括电偶层221、第一电极引线222以及第二电极引线223，其中：电偶层221 分别通过第一电极引
线222以及第二电极引线223与温控器21电连接。
45.第一电极引线222可以是正电极引线，第二电极引线223可以是负电极引线，温控器21分别与正电极引线以及负电极引线连接。当需要控制半导体控温片吸收热量时，温控器21可以控制电流从正电极引线流入，从负电极引线流出。当需要控制半导体控温片释放热量时，温控器21可以控制电流从负电极引线流入，从正电极引线流出。
46.在上述实施例中，电偶层221的材质包括碲化铋半导体材料。在实际应用中，电偶层221中的半导体材料以碲化铋半导体材料为基体，可以混合其他高效率的热电材料，例如锑或硒合金等。
47.进一步的，如图2所示，每个半导体控温片还包括设置在电偶层221上的第一绝缘层224，设置在电偶层221背离第一绝缘层224一侧的第二绝缘层225 以及包裹在电偶层221侧边的第三绝缘层226，其中：第三绝缘层226上开设有通过第一电极引线222以及第二电极引线223的通孔。第一绝缘层224的材料和第二绝缘层225的材料均为陶瓷材料，第三绝缘层226的材料为橡胶材料。
48.在具体实施时，第一绝缘层224以及第二绝缘层225均为陶瓷材料层，分别位于图示中电偶层221的顶部以及底部，第三绝缘层226为橡胶层，橡胶层包裹在电偶层221侧边，且橡胶层上开设有能够使得第一电极引线222以及第二电极引线223通过的通孔。基于此，第一绝缘层224、第二绝缘层225以及第三绝缘层226共同将电偶层221包裹在内，使得电偶层221仅能通过第一电极引线222以及第二电极引线223与温控器21电连接，而与其他电器元件之间处于绝缘状态，从而避免影响半导体控温片的性能，甚至损毁半导体控温片。
49.示例性的，如图2所示，半导体控温片还包括干燥层227，干燥层227设置在第一绝缘层224与电偶层221之间。基于此，在第一绝缘层224以及电偶层 221之间设置干燥层227，可以降低半导体控温片的环境相对湿度，从而延长芯片控温装置的使用寿命，以提高芯片控温装置的可靠性。在具体实施时，可以选择硅胶干燥剂作为干燥层227的主要材料，干燥层227的厚度可以设置为 1mm-2mm，本实用新型实施例对此不做具体限定。
50.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
51.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。