[发明专利]一种芯片冷却系统及其控制方法

说明书

本发明提出一种芯片冷却系统及其控制方法，包括：制冷外壳，制冷外壳内部形成有供磁纳米流体流通的冷却液管道；翅片结构、密封结构，磁场发生器阵列以及导流支架，通过磁纳米流体内温差产生的流体密度差为其流动的驱动力，使磁纳米流体循环流动，以对芯片实现冷却。创新磁纳米流体基液温差自驱动结构设计，克服芯片自然热对流和温差自驱动影响下的安装角度限制，提高芯片的环境适应性。

技术领域

本发明属于微电子芯片散热领域，具体涉及一种芯片冷却系统及其控制方法。

背景技术

随着计算要求和能力的大幅度提高，芯片功率也相应变大，使其工作过程中产生大量的热量，这些热量如不能及时散去对芯片的寿命及使用性能具有较大的影响。在低、中功率芯片冷却中，应用最广泛的有两类方法，风冷和液冷。

风冷即利用风扇产生的循环气流对芯片冷却，该方法仅适用于集成度和运算速度低的普通芯片散热。芯片发热功率的迅速增长，使风扇散热器也随之改进，常规的方法是提高风扇的转速和增大翅片的尺寸。

液冷通用的方法是采用泵驱动冷却液(水)流过芯片背部的通道，水在通道内与芯片进行热交换，带走芯片上的热量。常用的方式为：槽道冷却、微槽道冷却、液体喷射冷却等。但液冷方案没有得到广泛应用的原因主要是冷却液密封的问题，还有其设计通常更为复杂，需要采用泵、阀等流控元件的寿命不长，可靠性受到一定的限制。

对于低、中功率芯片制冷中现有技术的缺点主要有：

(1)常采用的空气冷却、液冷等强迫对流换热方式，需要借助外部动力源，如风扇、水泵等机械装置，实现空气或液体的强迫对流换热，以实现对芯片表面的降温。但是这些机械装置的引入会增加额外的电能消耗、增大制冷单元体积、提高了冷却成本。同时，风扇、泵类在运转的过程中，也会产生不可避免的噪声。更会增加冷却系统的复杂程度，不便于更换和维修。

(2)采用液体冷却时，常采用导热系数较低的水及醇类防冻液作为制冷工质，这些工质输运的热量有限，会造成制冷系统中需要的冷却液较多，使系统较为臃肿。

(3)芯片冷却过程中往往只重视芯片中的最高温度点(热点)，以控制最高温度为优化目标。常忽略芯片在温度不均匀分布时的热应力问题，且较少关注芯片在不同工况运行时芯片的动态温度变化。这就使芯片的结构强度在高频热应力变化时受到较大的影响，且不能根据芯片的不同工况实时、高效、精确地控制变化着的热点区域处温度，直接影响了芯片的使用寿命和性能。

本背景技术所公开的上述信息仅仅用于增加对本发明背景技术的理解，因此，其可能包括不构成本领域普通技术人员已知的现有技术。

发明内容

本发明针对低、中功率芯片冷却应用场景，提供一种芯片冷却系统及其控制方法，尤其涉及磁纳米流体基微通道内局部热点温控系统及控制方法。其结构简易、拆卸维修方便，实现芯片冷却过程中的节能降耗。同时基于磁纳米流体的高导热性，提高芯片冷却过程中的热输运效率；利用磁纳米流体的温差自驱动特性，本发明的冷却系统无外部动力源驱动；利用磁场对磁纳米流体导热性能的影响及磁场的可控性，改善芯片表面温度的不均匀性分布、局部热点温度以及动态热变化问题。创新磁纳米流体基液温差自驱动结构设计，克服芯片自然热对流和温差自驱动影响下的安装角度限制，提高芯片的环境适应性。

为了达到上述目的，本发明提供一种芯片冷却系统，包括：

制冷外壳，制冷外壳内部形成有供磁纳米流体流通的冷却液管道；

翅片结构，形成于所述制冷外壳表面，以实现将芯片产生的热量通过自然对流散热；

密封结构，其位于制冷外壳的壳体上，形成密封结构，防止磁纳米流体的泄露；

磁场发生器阵列,包括多个磁场发生器单元，每个磁场发生器单元均包括电磁线圈和铁芯，用于产生单向或者交变磁场，将磁场施加于制冷外壳内部通道内的磁纳米流体，使磁纳米颗粒在磁场的作用下形成磁链，形成热通道；