一种芯片冷却系统及控制方法与流程

本发明涉及芯片冷却，具体涉及一种芯片冷却系统及控制方法。

背景技术：

1、热设计对芯片的性能和可靠性至关重要，随着温度的上升，电子元器件及设备的失效率呈指数增长，高性能电子系统中的突破性进展越来越取决于安全地散发多余热量的能力。现有的芯片散热主要通过导热和对流等方式实现，根据冷却工质及其流动状态，这些散热技术分为空气自然对流冷却、空气强制对流冷却和单相液体冷却，对应的散热能力分别为0.1～1w/cm2、1～10w/cm2和10～1000w/cm2。随着现阶段部分功率芯片内部等效热流密度已经超过100w/cm2，风冷的方式已经难以满足芯片的热设计要求。

2、围绕液体工质和微尺度特征开展的微流体冷却技术，成为了芯片热设计的关注对象，现有的微通道冷却技术的换热能力受限、无法控制热点温度。由于现有的微通道冷却通道内流体流动大多处于层流流态，壁面边界附近流体速度低，热量只能依靠热传导的方式传导，对流换热能力受到限制。当芯片在高速运转过程中，由于冷却通道内的对流换热能力不足，容易在芯片及周围出现换热失效引起“热点温度”，影响芯片性能、严重者导致功能失效。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的芯片在运行中，由于冷却通道内的对流换热能力不足，容易在芯片及周围出现换热失效引起“热点温度”，影响芯片性能、严重者导致功能失效的缺陷，从而提供一种芯片冷却系统及控制方法。

2、为了解决上述问题，本发明提供了一种芯片冷却系统，包括：

3、封装冷却模组，所述封装冷却模组包括换热腔体，所述换热腔体的上方布设有至少一块发热芯片，所述换热腔体内设有换热工质和尖角，所述尖角与芯片对应设置；

4、振动控制组件，所述振动控制组件包括至少一个振动激发器，所述振动激发器设于换热腔体的下方。

5、可选地，所述芯片冷却模组还包括芯片基底，所述芯片基底设于发热芯片和换热腔体之间，所述芯片基底的上方布设有发热芯片。

6、可选地，所述发热芯片的数量为三块，所述芯片基底上布设有第一发热芯片、第二发热芯片和第三发热芯片，所述尖角的数量为三个，所述尖角设于换热腔体的底面上，所述第一发热芯片对应第一尖角，所述第二发热芯片对应第二尖角，所述第三发热芯片对应第三尖角。

7、可选地，所述发热芯片与芯片基底间设有绝缘导热基板。

8、可选地，所述振动控制组件还包括第一振动激发器、第二振动激发器、第三振动激发器、第四振动激发器、第五振动激发器和第六振动激发器，所述第一尖角的两侧分别设有第一振动激发器和第二振动激发器，所述第二尖角的两侧分别设有第三振动激发器和第四振动激发器，所述第三尖角的两侧分别设有第五振动激发器和第六振动激发器。

9、可选地，还包括支路组件、储液组件和工质冷却组件。

10、可选地，所述支路组件包括第一出口流道和第二出口流道，所述工质冷却组件包括工质冷却器，所述第一出口流道和第二出口流道分别设于换热腔体对应设置的两侧，所述第一出口流道的一端与换热腔体连通，所述第一出口流道的另一端与工质冷却器连通，所述第二出口流道的一端与换热腔体连通，所述第二出口流道的另一端与工质冷却器连通。

11、可选地，所述储液组件包括储液腔，所述储液腔与工质冷却器管路连接。

12、可选地，所述支路组件还包括主流路控制阀、备用泵、备用流路控制阀，所述备用泵和备用流路控制阀串联连通，所述主流路控制阀形成的流路与备用泵和备用流路控制阀形成的流路并联设置。

13、可选地，所述主流路控制阀形成的流路一端与储液腔连通、另一端与工质回流通道连通，所述备用泵和备用流路控制阀形成的流路一端与储液腔连通、另一端与工质回流通道连通。

14、可选地，所述工质回流通道通过分流为第一回流支路、第二回流支路、第三回流支路、第四回流支路、第五回流支路和第六回流支路以与换热腔体连通，所述第一回流支路和第二回流支路设于第一尖角两侧，所述第三回流支路和第四回流支路设于第二尖角两侧，所述第五回流支路和第六回流支路设于第三尖角两侧。

15、可选地，所述振动控制组件还包括信号处理器、信号放大器和控制器，所述信号放大器分别与第一振动激发器、第二振动激发器、第三振动激发器、第四振动激发器、第五振动激发器、第六振动激发器和信号处理器线路连接，所述控制器分别与主流路控制阀、备用泵、备用流路控制阀和信号处理器线路连接。

16、可选地，所述储液腔管路连接有单向阀。

17、一种芯片冷却系统的控制方法，振动激发器以带动尖角和尖角附近的换热工质产生声流效应，以在发热芯片的高温负荷位置进行强化换热。

18、可选地，当处于正常运行状态时，控制器发出指令，开启主流路控制阀，关闭备用流路控制阀和备用泵，第一振动激发器、第二振动激发器、第三振动激发器、第四振动激发器、第五振动激发器和第六振动激发器均在设计频率下进行工作；

19、当处于多点超负荷状态时，即，控制器发出指令，主流路控制阀关闭，备用流路控制阀和备用泵启动，依赖于备用泵提供的动力完成换热工质的循环，信号处理器接收到第一发热芯片、第二发热芯片和第三发热芯片的超负荷运行状态信号后，向信号放大器发出信号，向第一振动激发器、第二振动激发器、第三振动激发器、第四振动激发器、第五振动激发器和第六振动激发器发出指令以产生不同的激发频率，以满足不同发热芯片的热点温度的独立控制。

20、本发明技术方案，具有如下优点：

21、1.本发明提供的芯片冷却系统，封装冷却模组，封装冷却模组包括换热腔体，换热腔体的上方布设有至少一块发热芯片，换热腔体内设有换热工质和尖角，尖角与芯片对应设置；振动控制组件，振动控制组件包括至少一个振动激发器，振动激发器设于换热腔体的下方。振动激发器以带动尖角和尖角附近的换热工质产生声流效应，以在发热芯片的高温负荷位置进行强化换热。通过尖角的设计，通过振动激发器诱导产生声流效应，通过局部传热强化实现对发热芯片的“热点温度”的有效控制。声流效应的射流冲击引起发热芯片换热面的流动边界层减小，能够通过尖角的位置，对发热芯片的高温负荷位置进行强化换热，有效防止发热芯片中心“热点温度”带来的发热芯片烧结；

22、2.本发明提供的芯片冷却系统，芯片冷却模组还包括芯片基底，芯片基底设于发热芯片和换热腔体之间，芯片基底的上方布设有发热芯片，以在芯片基底上布设发热芯片。

23、3.本发明提供的芯片冷却系统，发热芯片的数量为三块，芯片基底上布设有第一发热芯片、第二发热芯片和第三发热芯片，尖角的数量为三个，尖角设于换热腔体的底面上，第一发热芯片对应第一尖角，第二发热芯片对应第二尖角，第三发热芯片对应第三尖角，实现发热芯片与尖角的一一对应，以有效控制发热芯片的“热点温度”。

24、4.本发明提供的芯片冷却系统，发热芯片与芯片基底间设有绝缘导热基板，以快速传导热量。

25、5.本发明提供的芯片冷却系统，振动控制组件还包括第一振动激发器、第二振动激发器、第三振动激发器、第四振动激发器、第五振动激发器和第六振动激发器，第一尖角的两侧分别设有第一振动激发器和第二振动激发器，第二尖角的两侧分别设有第三振动激发器和第四振动激发器，第三尖角的两侧分别设有第五振动激发器和第六振动激发器，以在不同尖角处布设振动激发器，实现对不同发热芯片附近换热工质的流动控制。

26、6.本发明提供的芯片冷却系统，支路组件包括第一出口流道和第二出口流道，工质冷却组件包括工质冷却器，第一出口流道和第二出口流道分别设于换热腔体对应设置的两侧，第一出口流道的一端与换热腔体连通，第一出口流道的另一端与工质冷却器连通，第二出口流道的一端与换热腔体连通，第二出口流道的另一端与工质冷却器连通，以使工质冷却器通过第一出口流道和第二出口流道实现与换热腔体的连通。

27、7.本发明提供的芯片冷却系统，储液组件包括储液腔，储液腔与工质冷却器管路连接，储液腔以存储换热工质。

28、8.本发明提供的芯片冷却系统，支路组件还包括主流路控制阀、备用泵、备用流路控制阀，备用泵和备用流路控制阀串联连通，主流路控制阀形成的流路与备用泵和备用流路控制阀形成的流路并联设置。主流路控制阀形成的流路一端与储液腔连通、另一端与工质回流通道连通，备用泵和备用流路控制阀形成的流路一端与储液腔连通、另一端与工质回流通道连通，以形成不同的工作状态。

29、9.本发明提供的芯片冷却系统，工质回流通道通过分流为第一回流支路、第二回流支路、第三回流支路、第四回流支路、第五回流支路和第六回流支路以与换热腔体连通，第一回流支路和第二回流支路设于第一尖角两侧，第三回流支路和第四回流支路设于第二尖角两侧，第五回流支路和第六回流支路设于第三尖角两侧，以根据不同发热芯片的发热情况进行精确控制。

30、10.本发明提供的芯片冷却系统，振动控制组件还包括信号处理器、信号放大器和控制器，信号放大器分别与第一振动激发器、第二振动激发器、第三振动激发器、第四振动激发器、第五振动激发器、第六振动激发器和信号处理器线路连接，控制器分别与主流路控制阀、备用泵、备用流路控制阀和信号处理器线路连接，以进行实时控制。

31、11.本发明提供的芯片冷却系统，储液腔管路连接有单向阀，以避免储液腔的换热工质外溢，当出现系统内部换热工质压力高于芯片冷却系统的极限承载压力时，单向阀实现过压保护，防止换热工质过热引起系统过压失效。