[发明专利]一种复合液态金属和热管的芯片散热器

说明书

一种复合液态金属和热管的芯片散热器，包括壳体，所述壳体含有上下两部分腔体，上腔体内部设置双极强磁铁，所述双极强磁铁连接驱动轴，所述驱动轴连接所述壳体顶部的电机，所述壳体的底面设置石墨烯热沉，所述石墨烯热沉贴合芯片，所述壳体与所述石墨烯热沉的接触面以及所述石墨烯热沉与所述芯片的接触面之间均匀填充导热硅脂，下腔体内壁面设置泡沫金属层，所述壳体的下腔体内填充液态金属，还包括热管，所述热管贯穿所述下腔体，所述热管内部填充水，用于对所述液态金属进行散热，所述热管为L型，热管一端外围设置翅片，用于对水进行散热。本发明能够快速均衡芯片的表面温度，高效吸收芯片工作时产生的热量，将热量传递到外界环境中。

技术领域

本发明涉及芯片散热技术领域，尤其涉及一种复合液态金属和热管的芯片散热器。

背景技术

随着电子工业和半导体行业的迅猛发展，各类电子芯片不断趋向小型化，集成度越来越高，热障问题日益凸显。同时，由于芯片内部晶体管功能各异，在实际工作中容易产生不均匀的热流，导致芯片局部热点的出现。在芯片实际工作中，局部产生的热流密度可达10～l000W·cm^-2，甚至更高。庞大的热流密度易导致芯片性能衰退，大幅提升芯片的损坏几率，甚至引发安全事故。目前应用的芯片散热器主要集中为风冷和热管散热器，然而风冷和热管技术的散热能力普遍在100W·cm^-2以下，散热效率较低，并且体积和质量较大，已难以满足现下高热流密度和小型化的发展趋势，且难以解决局部热点的问题。热障问题已经成为阻碍电子芯片向更高性能发展的主要挑战之一，发展高性能芯片冷却技术迫在眉睫。

相变散热技术是满足小型化发展的技术之一，具有体积小、吸热量大的特点，该技术是随温度的变化而发生相变过程，实现对芯片所散发热量的吸收和释放，以达到芯片温度调控的目的。现阶段应用较广的相变材料为石蜡等烷烃类，熔点为5～70℃，熔化潜热为220～260kJ·kg^-1，导热系数为0.15W·m^-1·K^-1。石蜡等烷烃类相变材料具有优异的相变潜热，但其导热系数较低，有机物在多次重复的固化和熔化过程后稳定性降低，在相变过程中易析出，并且熔点与沸点的温度跨度小，极大程度上限制了其应用。

为进一步提高芯片相变散热技术的工作效率，以兼具毒性低、熔沸点跨度大、稳定性好、单位体积相变潜热大、热导率高的液态金属替代传统石蜡等烷烃类相变材料成为近年来异军突起的新兴冷却技术。液态金属的典型类型有镓基、铋基液态金属，熔沸点跨度通常＞1000℃，单位体积相变潜热一般在200～600kJ/L左右，热导率比传统的石蜡高出2个数量级，为15～30W·m^-1·K^-1，打破了传统冷却技术能力的极限。液态金属相变过程中不仅吸热快、吸热量多，而且液态金属吸热相变为液态后进行流动换热有利于缓解局部热点问题，适用于局部热流密度高、体积紧凑的芯片热管理场合，因此研究将液态金属应用于芯片的散热器意义重大。然而，现阶段液态金属相变散热技术仍存在以下问题：在液态金属相变前期阶段，液态金属为固态，不利于均衡芯片的表面温度；液态金属相变过程中向外界环境释放热量的速度较慢，存在单次循环使用时间较长的问题，不利于应用在频繁工作的场合。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种复合液态金属和热管的芯片散热器，解决了现有的芯片散热效率较低的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种复合液态金属和热管的芯片散热器，包括壳体、热管，所述热管的中部穿设在所述壳体的下腔体内，其特征在于：还包括石墨烯热沉，所述石墨烯热沉采用15μm石墨烯和35μm铜箔复合组成的SMT-035石墨烯散热铜箔，石墨烯热沉的一面贴合在壳体的底面，芯片贴合在石墨烯热沉的另一面上，所述下腔体内填充有液态金属，所述液态金属为铋基合金、镓基合金或铟基合金，所述热管为L型热管，热管的水平段到下腔体底部的距离为下腔体高度的五分之二处，热管的竖直段外侧设置有翅片，热管内填充有水。