集成磁流体散热芯片装置
阅读说明：本技术 集成磁流体散热芯片装置 (Integrated magnetic fluid heat dissipation chip device ) 是由 李尧 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种集成磁流体散热芯片装置,其包括基板、安装于所述基板上的芯片、设于所述芯片上的密封的散热管,所述装置还包括填充在所述散热管内的磁流体、绕设于所述散热管上的电磁线圈,所述磁流体包括基液、悬于所述基液或沉淀于或浮于所述基液内的磁性微粒,以磁流体作为换热过程中的热量交换介质,磁流体在缠绕加磁电磁线圈的散热管中做上下往复运动,从贴近芯片的底端吸收热量变成高温磁流体,然后上下至顶端进行散热变成低温磁流体,散热后再下沉至底端吸收热量,如此循环往复,该芯片散热装置具有制造简单、体积小、集成度高、散热效率高、无噪音的特点。(The invention discloses an integrated magnetic fluid heat dissipation chip device, which comprises a substrate, a chip arranged on the substrate, and a sealed heat dissipation pipe arranged on the chip, the device also comprises a magnetic fluid filled in the radiating pipe and an electromagnetic coil wound on the radiating pipe, the magnetic fluid comprises a base fluid, magnetic particles suspended in the base fluid or precipitated or suspended in the base fluid, the magnetic fluid is used as a heat exchange medium in the heat exchange process, the magnetic fluid reciprocates up and down in a radiating pipe wound with a magnetizing electromagnetic coil and absorbs heat from the bottom end close to the chip to become high-temperature magnetic fluid, then radiating from top to bottom to become low-temperature magnetic fluid, sinking to bottom to absorb heat after radiating, repeating the steps, the chip heat dissipation device has the characteristics of simple manufacture, small volume, high integration level, high heat dissipation efficiency and no noise.)
技术领域
本技术属于芯片领域，特别涉及一种集成磁流体散热芯片装置。
背景技术
随着高可靠度半导体功率器件产品正向着小型化、高集成、高速度、高效能、高功率方向发展，这些半导体器件不可避免会产生比以往更多的热量，半导体器件的散热问题如果没有解决好，高温将直接导致半导体器件效能下降。为使半导体器件的效能稳定，半导体器件的散热设计变得极其重要，否则设备性能无法提高或无法正常工作，半导体器件的温度超过所允许的最高温度，从而导致器件损坏。
现有的散热器通常分为风冷散热系统、水冷散热系统和热管散热系统等，但是，采用风扇散热易产生灰尘、耗能并且有噪音；采用水冷散热，结构复杂，比较笨重；采用热管散热，制造工艺复杂并且成本较高；CN201710825338.4公开了一种用于芯片级系统散热的自循环流体装置，其利用装置的扩散/收缩管结构，产生的净流量差这一特性，使液体朝一个方向流动，虽然能够节省能耗，但其实际散热效率低下，装置内部结构复杂，可实施性差，造成成本极高，不适用于规模化生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造简单、体积小、散热效率高、无噪音的集成磁流体散热芯片装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种集成磁流体散热芯片装置，其包括基板、安装于所述基板上的芯片、设于所述芯片上的密封的散热管，所述装置还包括填充在所述散热管内的磁流体、绕设于所述散热管上的电磁线圈，所述磁流体包括基液、悬于所述基液或沉淀于或浮于所述基液内的磁性微粒，当所述磁性微粒悬于所述基液内时，所述散热管的上端部外周和下端部的外侧面上分别绕设有电磁线圈，当所述磁性微粒沉淀于所述基液内时，所述散热管的上端部的外侧面上绕设有电磁线圈，当所述磁性微粒浮于所述基液内时，所述散热管的下端部的外侧面上绕设有电磁线圈。
另一种优选方式，所述芯片和所述散热管的下端面之间通过热界面涂层连接。
另一种优选方式，所述散热管为圆柱体或长方体。
另一种优选方式，所述散热管由铜、铝合金或AlSiC制成。
另一种优选方式，所述磁性微粒为四氧化三铁、氮化铁或硼化铁中的一种或多种的混合物。
另一种优选方式，所述基液为二酯。
另一种优选方式，所述装置还包括设于所述芯片侧面上用于感应所述芯片温度的温度感应器。
另一种优选方式，所述散热管的上端部设有辅助散热的风通道或水流通道。
另一种优选方式，每个所述电磁线圈的匝数由散热管的中段向端部递增。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：以磁流体作为换热过程中的热量交换介质，磁流体在缠绕加磁电磁线圈的散热管中做上下往复运动，从贴近芯片的底端吸收热量变成高温磁流体，然后上下至顶端进行散热变成低温磁流体，散热后再下沉至底端吸收热量，如此循环往复，该芯片散热装置具有制造简单、体积小、集成度高、散热效率高、无噪音的特点。
附图说明
附图1为实施例一中集成磁流体散热芯片装置的结构示意图；
附图2为实施例一中集成磁流体散热芯片装置中磁性微粒下行沉底时的示意图；
附图3为实施例一中集成磁流体散热芯片装置中磁性微粒上行至顶时的示意图；
附图4为实施例二中集成磁流体散热芯片装置的结构示意图；
附图5为实施例二中集成磁流体散热芯片装置中磁性微粒上行至顶时的示意图；
附图6为实施例三中集成磁流体散热芯片装置的结构示意图；
附图7为实施例三中集成磁流体散热芯片装置中磁性微粒下行沉底时的示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一
如图1-3所示，集成磁流体4散热芯片2装置，其包括基板1、安装于基板1上的芯片2、设于芯片2上的密封的散热管3、填充在散热管3内的磁流体4、绕设于散热管3上的电磁线圈5、设于芯片2侧面上用于感应芯片2温度的温度感应器6、以及设于散热管3的上端部的辅助散热的风通道或水流通道7。
磁流体4包括基液42、磁性微粒41，磁性微粒41与基液42密度相当，其悬于基液42内，散热管3的上端部外周和下端部的外侧面上分别绕设有电磁线圈，每个所述电磁线圈的匝数由散热管的中段向端部递增。芯片2和散热管3的下端面之间通过热界面涂层8连接，使得连接处充分接触，避免由于空隙过大造成的导热性能下降。散热管3为圆柱体或长方体，在本实施例中，散热管3为封闭的长方体，平面底部与芯片2上表面充分接触，增加散热面积，提高散热效率。散热管3由铜、铝合金或AlSiC等导热性良好的材料制成，将磁流体4封装在散热管3里。磁性微粒41为四氧化三铁、氮化铁或硼化铁等热稳定性好、磁化强度高的纳米微粒中的一种或多种的混合物。基液42为与磁性微粒41相适应的散热性好的液体，如：二酯。使用温度传感器实时采集芯片表面温度。当芯片不工作时，温度低于预设温度，电磁线圈不通电，不通过磁流体散热，可节约能源。当芯片开始工作，实时温度处于不同的预设温度区间时，数字电源通过调控电磁线圈中的电流大小及两线圈通电时间变化快慢来调节磁流体运动的快慢。当芯片温度越高时，可加大电流使更多的磁性微粒集中在热源端或冷源端，或者也可同时加快两线圈电流变化快慢，加快磁流体在热端和冷端的流动，加速芯片散热。在散热管上端部分可加装通风通道或者水流通道，当带有大量热的磁流体吸附在散热管顶端时，加装的风流或者水流可加速散热，带走大量的热。
以磁流体作为换热过程中的热量交换介质，磁流体在上下两端缠绕电磁线圈的散热管中做上下往复运动，从底端吸收热量变成高温磁流体，然后在顶端进行散热变成低温磁流体。该芯片散热装置具有制造简单、体积小、集成度高、散热效率高、无噪音的特点。
实施例二
如图1-3所示，集成磁流体4散热芯片2装置，其包括基板1、安装于基板1上的芯片2、设于芯片2上的密封的散热管3、填充在散热管3内的磁流体4、绕设于散热管3上的电磁线圈5、设于芯片2侧面上用于感应芯片2温度的温度感应器6、以及设于散热管3的上端部的辅助散热的风通道或水流通道7。
磁流体4包括基液42、磁性微粒41，磁性微粒41的密度大于基液42的密度，其沉于基液42内，散热管3的上端部的外侧面上绕设有电磁线圈，电磁线圈的匝数由散热管的中段向端部递增，芯片2和散热管3的下端面之间通过热界面涂层8连接，使得连接处充分接触，避免由于空隙过大造成的导热性能下降。散热管3为圆柱体或长方体，在本实施例中，散热管3为封闭的长方体，平面底部与芯片2上表面充分接触，增加散热面积，提高散热效率。散热管3由铜、铝合金或AlSiC等导热性良好的材料制成，将磁流体4封装在散热管3里。磁性微粒41为四氧化三铁、氮化铁或硼化铁等热稳定性好、磁化强度高的纳米微粒中的一种或多种的混合物。基液42为与磁性微粒41相适应的散热性好的液体，如：二酯。使用温度传感器实时采集芯片表面温度。当芯片不工作时，温度低于预设温度，电磁线圈不通电，不通过磁流体散热，可节约能源。当芯片开始工作，实时温度处于不同的预设温度区间时，数字电源通过调控电磁线圈中的电流大小及两线圈通电时间变化快慢来调节磁流体运动的快慢。当芯片温度越高时，可加大电流使更多的磁性微粒集中在热源端或冷源端，或者也可同时加快两线圈电流变化快慢，加快磁流体在热端和冷端的流动，加速芯片散热。在散热管上端部分可加装通风通道或者水流通道，当带有大量热的磁流体吸附在散热管顶端时，加装的风流或者水流可加速散热，带走大量的热。
以磁流体作为换热过程中的热量交换介质，散热管上端部外周的电磁线圈通使电磁流体中磁性微粒上行，带动高温磁流体上行至顶部进行散热，随后切断电源，在重力作用下磁性微粒下行，带动低温磁流体下行至底部吸收芯片的热量，随后再次通电，如此循环。该芯片散热装置具有制造简单、体积小、集成度高、散热效率高、能耗低、无噪音的特点。
实施例三
如图1-3所示，集成磁流体4散热芯片2装置，其包括基板1、安装于基板1上的芯片2、设于芯片2上的密封的散热管3、填充在散热管3内的磁流体4、绕设于散热管3上的电磁线圈5、设于芯片2侧面上用于感应芯片2温度的温度感应器6、以及设于散热管3的上端部的辅助散热的风通道或水流通道7。
磁流体4包括基液42、磁性微粒41，磁性微粒41的密度小于基液42的密度，其浮于基液42内，散热管3的下端部的外侧面上绕设有电磁线圈，电磁线圈的匝数由散热管的中段向端部递增，芯片2和散热管3的下端面之间通过热界面涂层8连接，使得连接处充分接触，避免由于空隙过大造成的导热性能下降。散热管3为圆柱体或长方体，在本实施例中，散热管3为封闭的长方体，平面底部与芯片2上表面充分接触，增加散热面积，提高散热效率。散热管3由铜、铝合金或AlSiC等导热性良好的材料制成，将磁流体4封装在散热管3里。磁性微粒41为四氧化三铁、氮化铁或硼化铁等热稳定性好、磁化强度高的纳米微粒中的一种或多种的混合物。基液42为与磁性微粒41相适应的散热性好的液体，如：二酯。使用温度传感器实时采集芯片表面温度。当芯片不工作时，温度低于预设温度，电磁线圈不通电，不通过磁流体散热，可节约能源。当芯片开始工作，实时温度处于不同的预设温度区间时，数字电源通过调控电磁线圈中的电流大小及两线圈通电时间变化快慢来调节磁流体运动的快慢。当芯片温度越高时，可加大电流使更多的磁性微粒集中在热源端或冷源端，或者也可同时加快两线圈电流变化快慢，加快磁流体在热端和冷端的流动，加速芯片散热。在散热管上端部分可加装通风通道或者水流通道，当带有大量热的磁流体吸附在散热管顶端时，加装的风流或者水流可加速散热，带走大量的热。
以磁流体作为换热过程中的热量交换介质，散热管下端部外周的电磁线圈通使电磁流体中磁性微粒下行，带动低温磁流体下行至底部吸收芯片热量，随后切断电源，在浮力作用下磁性微粒上行，带动高温磁流体上行至顶部散热，随后再次通电，如此循环。该芯片散热装置具有制造简单、体积小、集成度高、散热效率高、能耗低、无噪音的特点。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种高导热的IC散热结构