宜安科技-液态金属散热装置专利

技术领域

0001]本发明涉及散热装置技术领域，具体涉及一种液态金属散热装置。

背景技术0002]随着高集成计算机芯片的发展，对高性能芯片冷却的需求已上升到前所未有的层面。传统的液体冷却虽然效率较高，但在运行中由于工质蒸发或泄露等会导致器件老化、腐蚀，对液体及流动管道的要求较高，可靠性尚有待提高，同时液冷系统中液泵和风扇的高速转动增加了系统噪音。此外，喷雾冷却、热管、微通道冷却、液体射流冲击冷却等新方法在一定程度增强了芯片的散热效果，但也各有优缺点。比如，热管是一种被动散热，利用相变传热的冷却方式，可以达到较之单相流体更高的热流转移通量，但热管制作工艺如芯体材料的制备、工质封装、维护及可靠性等仍有待于提高，这使其应用受到一定限制；而液体射流冲击冷却、直接浸液冷却及喷雾冷却均会给电子元器件的防潮带来困难，同时系统比较复杂，体积和重量较大，设备费用高，维修较困难，传统的冷却方法将趋于其散热极限。

0003]液态金属是指一种不定型金属，液态金属可看作由正离子流体和自由电子气组成的混合物。液态金属具有远高于水、空气及许多非金属介质的热导率，同时具有流动性，这些特性将金属流体的导热和对流换热方式组合在一起可实现快速高效的热量输运。因此液态金属芯片散热器相对传统水冷可实现更加高效的热量输运及极限散热能力，液态金属不易蒸发，不易泄漏，安全无毒，物化性质稳定，极易回收，是一种非常安全的流动工质，可以保证散热系统的高效、长期、稳定运行在室温金属流体芯片散热技术中，流道内流动的工质是在室温附近即可熔化的低熔点金属如镓或更低熔点的合金等，这同传统液冷技术有着本质的区别。

0004]在现有技术中，作为室温金属流体芯片散热工质的液体金属，一般具有较低的蒸气压和高的沸点，那么在流动过程中，几乎不可能出现从液相到气相之间的转变，从而确保了冷却系统的稳定性和安全性。目前，人们一般采用受迫对流空气来冷却发热器件，即利用风扇将冷却空气压送至散热器件表面以将该处热量散走，但此种方式散热量有限，且会造成明显噪音；而且一旦微器件发热密度达到过高时，空气冷却将难以胜任。另一种常见的冷却方式为水冷，水冷虽然效率较高，但在运行中受热蒸发导致会器件老化和腐蚀，并且对水质及流动管道的要求较高，存在泄露风险，水在循环过程中一旦驱动水循环的设备发生故障导致水流停止，则失去冷却的芯片温度将迅速攀升，直至烧毁，因此，水冷方式的散热器件的安全性低。

发明内容[0005]本发明的目的在于提供一种液态金属散热装置，用于解决现有技术中传统散热方式无法适配高集成计算机芯片的发展造成高集成计算机芯片散热极易达到其散热极限，传统散热方式散热量有限、安全性低易导致无法及时将热量散出使得高集成计算机芯片烧毁的问题。

0006]本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

0007]一种液态金属散热装置，包括液流管道和电磁泵，所述液流管道与所述电磁泵连通形成密闭回路；所述液流管道包括用于与外部进行热交换的换热段和用于冷却芯片的冷却段，所述液流管道内充有液态金属；所述液流管道内壁形成有若干凸肋，用于扰乱沿所述液流管道内壁流动的液态金属的流动状态。

0008]作为本发明进一步的方案，所述凸肋为环状、块状、条状或锥状。

0009]作为本发明进一步的方案，所述液流管道内壁沿其轴向开设有螺旋槽。

0010]作为本发明进一步的方案，若干所述凸肋与所述螺旋槽间隔设置。

0011]作为本发明进一步的方案，还包括散热组件，所述散热组件包括壳体、散热风机组件和散热管，所述散热管安装于所述壳体底部，所述散热风机组件安装于所述壳体顶壁，所述壳体侧壁开设有通风口；所述液流管道的换热段盘绕于所述散热管内壁，所述散热管外壁轧制有若干散热翅。

0012]作为本发明进一步的方案，所述电磁泵内部包括沿液态金属流动方向依次相接的内径渐扩的第三导流管、内径均匀的第二导流管和内径渐缩的第一导流管；所述液流管道还包括用于接收液态金属流入的液流入口和用于向外输送液态金属的液流出口，所述液流入口与所述第一导流管通过高压喷头连接，所述液流出口与所述第三导流管连接。

0013]作为本发明进一步的方案，还包括导热层，所述散热组件与封装芯片的芯片外壳通过所述导热层连接；所述导热层为导热硅脂层。

0014]作为本发明进一步的方案，还包括冷体，所述冷体与封装芯片的芯片外壳贴合，且所述冷体内开设有道槽，所述液流管道冷却段安装于所述道槽内。

0015]作为本发明进一步的方案，所述液态金属为镓金属、镓铟合金、镓铟锡合金、镓铟锡锌合金、铋铟锡合金、铋铟锡锌合金中的至少一种。

0016]作为本发明进一步的方案，还包括加热组件，所述加热组件间隔设置于所述液流管道外壁，用于芯片启动阶段的预热。

0017]本发明的有益效果：

0018](1)本发明所公开的一种液态金属散热装置通过在液流管道内壁形成有若干凸肋，用于扰乱沿液流管道内壁流动的液态金属的流动状态，发生湍流传热，因流体的质点作不规则运动，流场中各种量随时间和空间坐标发生紊乱的变化，导致管中心处温度与管壁处的温度差较小，换热效率比层流传热得以提高从而增强液态金属与液流管道的管壁流动处的传热效果，提高换热效率。

[0019](2)本发明所公开的一种液态金属散热装置通过在液流管道内壁沿其轴向开设螺旋状的螺旋槽，使得液态金属沿液流管道内壁流动时产生周期性的扰动作用，加快由液流管道壁面向液态金属的热量传递，强化传热效果，螺旋槽凹陷的侧壁对流经的液态金属产生限制作用，使得管内的液态金属做整体螺旋运动从而产生局部二次流动，同时螺旋槽所导致的形体阻力产生逆向压力梯度，在边界层分离之前会产生逆压梯度，在粘性力和逆向压力的作用下，液态金属会在分离点速度降为零形成新的滞停点，进行充分换热，之后在扰动作用下离开壁面后在液态金属主流的流动下沿液流管道流动到散热组件进行散热，进一步提高换热效果。
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