CN102510709A

CN102510709A - 浸没式冷却的电子设备

Info

Publication number: CN102510709A
Application number: CN2011103739971A
Authority: CN
Inventors: 黄茂胜; 黄书亮
Original assignee: Juxin Technology Co Ltd
Current assignee: Juxin Technology Co Ltd
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2011-11-21
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-11-21
Also published as: CN102510709B; WO2013075620A1

Abstract

本发明实施例提供一种电子设备，其包括壳体和设置于壳体中的电路板。电路板包括第一工作区和第二工作区，第一工作区和第二工作区之间设置有隔离槽，且电路板上需要进行冷却处理的第一电子元件设置于第一工作区上。壳体包括多个隔离壁，隔离壁与隔离槽紧密接合以在壳体中形成一密闭的内部空间，第一工作区密封于内部空间中，内部空间中具有冷却工质，且第一电子元件浸没于冷却工质中。本发明实施例通过隔离槽和隔离壁的紧密接合在壳体中形成密闭的内部空间，内部空间中设置有冷却工质，将发热电子元件浸没在冷却工质中进行冷却处理，不需进行冷却处理的电子元件，尤其是连接器，隔离设置于内部空间外部，具有密封结构简单且可靠性高的优点。

Description

浸没式冷却的电子设备

技术领域

本发明涉及一种电子设备的冷却技术，尤其涉及一种采用浸没式冷却方式的电子设备。

背景技术

现有技术的电子设备，例如各种通信设备在工作时产生的热量如果没有进行良好的散热处理，将加速设备性能的衰减老化，导致通信设备的可靠性差，增加维护的成本。

现有通信设备主要是采用风冷技术进行散热，比如采用风扇进行抽风散热。但随着设备功耗的增加、热密度提高，热点和噪音等问题日益突出。

为改善风冷技术的不足，其他冷却技术开始得到应用，例如，采用将发热的元件浸没在冷却工质中进行散热的浸没式冷却方式。采用浸没式冷却方式时，可有效改善风冷技术中的噪音问题。但本申请发明人在长期研发中发现，采用浸没式冷却方式需考虑采用可靠的设备壳体密封方案，防止冷却工质通过设备壳体上的空洞外泄。然而，现有的密封方案存在冷却系统结构过于复杂或是可靠性有待提高的问题。例如，现有一种常用的密封结构是采用密封胶条形成密闭冷却工质的密封空间，但由于胶条易于老化变形，或是在外力作用下变形，从而使得密封空间产生缝隙，易于导致冷却工质从缝隙处外泄。

概而言之，在浸没式冷却方式中，密封方案的可靠性及冷却系统的复杂性成为其实现普遍应用的主要障碍。

发明内容

本发明实施例提供了采用浸没式冷却的电子设备，用于解决现有技术密封可靠性不良及冷却系统的复杂度高的问题，本发明实施例密封结构简单，且密封的可靠性高。

其中，本发明实施例提供了一种浸没式冷却的电子设备，包括：

壳体和设置于所述壳体中的电路板；

所述电路板包括电路板上层、电路板下层以及位于所述电路板上层和所述电路板下层之间的走线层，所述电路板上层以及所述电路板下层分别设置有隔离槽；

所述壳体包括隔离壁，所述隔离壁沿着朝向所述电路板方向在所述壳体内延伸，并插设到所述隔离槽中，从而通过所述隔离壁、所述电路板以及所述壳体形成一个密封空间，所述密封空间中具有冷却工质，用于对密封于所述密封空间中的这一部分所述电路板上的元件进行冷却；

所述电路板位于所述密封空间外部的另一部分上设置有连接器，所述连接器用于将所述走线层的信号与其他电子设备进行连接。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括：

壳体和设置于所述壳体中的电路板；

所述电路板包括第一工作区和第二工作区，所述第一工作区和第二工作区之间设置有隔离槽，且所述电路板上需要进行冷却处理的第一电子元件设置于所述第一工作区上，所述电路板上的连接器设置于所述第二工作区中，所述连接器用于将所述电路板中的走线层的信号与其他电子设备进行连接；

所述壳体包括多个隔离壁，所述隔离壁与所述隔离槽接合以在所述壳体中形成一密闭的内部空间，所述第一工作区密封于所述内部空间中，所述内部空间中具有冷却工质，且所述第一电子元件浸没于所述冷却工质中。

本发明上述方面的浸没式冷却的电子设备中，电路板上具有隔离槽，壳体的隔离壁与电路板上的隔离槽对应紧密接合后可在壳体中形成密闭的内部空间。通过在内部空间中灌注冷却工质，将一些发热电子元件浸没在冷却工质中进行冷却处理；另一方面，本发明实施例将连接器隔离设置于密闭的内部空间外部，从而使得连接器可以方便地与其他设备进行相连，相比于连接器也浸没的方式，并不需要引入额外的密封装置及设置密封方法，降低了设计成本以及制造成本。由于本实施例密封结构简单，且未采用易于出现老化的密封胶或密封条形，提高了密封的可靠性。由此可见，本发明上述方面的密封结构简单可行，不影响电路板走线层，且可有效防止冷却工质通过设备空洞外泄，具有密封结构简单且可靠性高、成本低、易加工生产的优点。

附图说明

图1是本发明一种浸没式冷却的电子设备的第一实施方式的结构分解示意图；

图2是图1所示的电子设备组合后的结构示意图；

图3是图2中虚线部分的放大示意图；

图4是本发明一种浸没式冷却的电子设备的第二实施方式的结构示意图；

图5是图4中虚线部分的放大示意图；

图6是本发明一种浸没式冷却的电子设备的第三实施方式的结构示意图；

图7是本发明一种浸没式冷却的电子设备的第四实施方式的结构示意图；

图8是本发明一种浸没式冷却的电子设备的第五实施方式的结构示意图；以及

图9是本发明一种浸没式冷却的电子设备的第六实施方式的结构示意图。

具体实施方式

请参见图1和图2，图1是本发明一种浸没式冷却的电子设备的第一实施方式100的结构分解示意图，图2是图1所示的电子设备100组合后的结构示意图。

本发明的一种浸没式冷却的电子设备实施方式100包括壳体10和设置于所述壳体中的电路板20。

壳体10包括相对设置的上壳体12和下壳体14。其中，上壳体12具有第一平板121、第一侧壁123以及第一隔离壁125。第一侧壁123位于第一平板121的两端，并自第一平板121的两端朝向电路板20的方向延伸。第一隔离壁125位于两个第一侧壁123之间，自第一平板121的内表面朝向电路板20的方向延伸。类似的，下壳体14具有第二平板141、第二侧壁143以及第二隔离壁145。第二侧壁143位于第二平板141的两端，并自第二平板141的两端朝向电路板20的方向延伸。第二隔离壁145位于两个第二侧壁143之间，自第二平板141的内表面朝向电路板20的方向延伸。本发明实施方式中，壳体10的材质可以选用金属材料，如铝型材或钣金材料等，也可选用厚度及强度较高的亚克力材料。

电路板20包括电路板上层21、电路板下层23以及位于电路板上层21和所述电路板下层23之间的走线层25。

电路板上层21具有第一隔离槽22，电路板下层23具有第二隔离槽24，第一隔离槽22和第二隔离槽24设置的深度不影响走线层25，即：第一隔离槽22、第二隔离槽24的底部没有到达走线层25的表面，不会对走线层25造成影响。第一隔离槽22和第二隔离槽24的具体形状和设置的宽度适于分别与第一隔离壁125、第二隔离壁145紧密接合。应理解，基于为了更清楚说明本发明实施方式结构的需要，在图1中对第一隔离槽22和第二隔离槽24设置的宽度进行放大，值得注意的是，图1中所示的宽度不代表第一隔离槽22和第二隔离槽24实际设置的宽度。

进一步的，以第一隔离槽22、第二隔离槽24为界，电路板20划分为两个工作区：第一工作区20a以及位于第一工作区20a两侧的第二工作区20b。

电路板20的第一工作区20a上设置有第一元件211，第二工作区20b上设置有第二元件213。

第一元件211为电子热有源元件，在工作时第一元件211发热，需要进行冷却处理以维持稳定的工作状态。第一元件211例如为处理器、存储器、电源等电子元件。

第二元件213是指在工作时不需要进行特别的冷却处理的电子元件，例如为连接器。在本实施例中仅以第二元件213为连接器为例进行说明，需要特别指出的是，除连接器外，第二元件213也可为其他具体的电子元件。值得注意的是，本发明实施方式附图中所示的第一电子元件211、第二电子元件213的个数也仅为示例，不作为对本发明实施方式的具体限制。

请配合参阅图2和图3，图3为图2中虚线部分的放大示意图，以更清楚显示壳体10与电路板20接合方式。

壳体10与电路板20接合时，上壳体12的第一隔离壁125与电路板20的第一隔离槽22紧密接合、下壳体14的第二隔离壁145与电路板20的第二隔离槽24紧密接合。第一隔离壁125、第二隔离壁145与第一隔离槽22、第二隔离槽24对应紧密接合后可以进一步采用胶粘、压接或焊接等方式进行紧固，进一步强化整体的密封效果。应理解，本发明实施例中，第一隔离壁125、第二隔离壁145不限于以如图3所示的垂直于电路板20表面的方式与第一隔离槽22、第二隔离槽24紧密接合，其亦可以一定的角度倾斜地与具有对应倾斜度的隔离槽紧密接合。第一隔离壁125、第二隔离壁145分别与第一隔离槽22、第二隔离槽24紧密接合后在上壳体12和下壳体14之间形成了一个密闭的内部空间30，内部空间30为一密闭腔体，且电路板20的第一工作区20a密封于内部空间30中。内部空间30包括第一区域30A和第二区域30B，第一区域30A和第二区域30B以电路板20的第一工作区20a为区隔，分别形成于第一工作区20a的上下两侧。

具体而言，密闭的内部空间30可以有多种实现方式，包括但不限于下文所举例的三种方式：

1.在电路板20的第一隔离槽22为两个条形槽，上壳体12的第一平板121、电路板上层21、上壳体12的两个相对侧壁(图未示)以及两个第一隔离壁125分别作为密闭腔体的顶面、底面、四个侧壁共同形成内部空间30的第一区域30A；

类似的，在电路板20的第二隔离槽22为两个条形槽，下壳体14的第二平板141、电路板下层23、下壳体14的两个相对侧壁(图未示)以及两个第二隔离壁145共同形成内部空间30的第二区域30B。

2.在电路板20的第一隔离槽22为三个槽围合而成的三角形闭合槽道，上壳体12的第一平板121、电路板上层21以及三个第一隔离壁125分别作为密闭腔体的顶面、底面、侧壁共同形成内部空间30的第一区域30A；

类似的，在电路板20的第二隔离槽22为三个槽围合而成的三角形闭合槽道，下壳体14的第二平板141、电路板下层23以及三个第二隔离壁145共同形成内部空间30的第二区域30B。

3.在电路板20的第一隔离槽22为一圆环形的闭合槽道，上壳体12的第一平板121、电路板上层21以及环形的第一隔离壁125分别作为密闭腔体的顶面、底面、侧壁共同形成内部空间30的第一区域30A；

类似的，在电路板20的第二隔离槽22为一圆环形的闭合槽道，下壳体14的第二平板141、电路板下层23以及环形的第二隔离壁145共同形成内部空间30的第二区域30B。

如前所述，本发明实施方式中，第一隔离槽22和第二隔离槽24的数量和形状可以根据实际需要进行设定，第一隔离槽22可以为条形槽、一个闭合的环形槽或是由多个槽道围合而成的多边形闭合槽道等；并且，第一隔离槽22和第二隔离槽24的形状亦不要求相同，只要可以和第一隔离壁125、第二隔离壁145相应紧密接合即可。

通过前述方式形成内部空间30后，电路板20的第一工作区20a被密封在内部空间30中，且内部空间30的第一区域30A和第二区域30B中具有冷却工质40，且所述电路板20上的第一电子元件211浸没于所述冷却工质40中。

冷却工质40与第一元件211直接接触，因此冷却工质40应为具有电绝缘性、热稳定性且对电路板20及其上的电子元件没有腐蚀性。冷区工质40具有电绝缘性，不会导致电路短路；冷却工质40具有热稳定性，长期工作在高温下不分解不变质。符合前述要求的冷却工质40例如为：

3M^TM公司的Novec^TM型的冷却液、矿物油、硅油、天然酯油或合成酯油。

内部空间30中应填充足够的冷却工质40，以浸没需要进行冷却处理的第一电子元件211。具体而言，在本实施方式中，冷却工质40填满了内部空间30，电路板20的第一工作区20a上的第一电子元件211浸没于冷却工质40中。

请再参阅图2所示，壳体10与电路板20接合后，在壳体10中除了形成内部空间30，还形成位于密闭的内部空间30外侧的两个外侧空间50。

每个外侧空间50由第一表面121、第一侧壁123、第一隔离壁125以及第二表面141、第二侧壁143和第二隔离壁145形成，电路板20的第二工作区20b位于外侧空间50中。由于电路板20的第二工作区20b上设置的第二元件213在工作过程中不需要进行特别的冷却处理也可维持较长时间的稳定性，因此，外侧空间50中不需要相应设置冷却工质。

本发明实施方式中，当电子设备100工作时，电路板20的第一工作区20a上的第一元件211产生的热量，由于第一元件211是浸没于冷却工质40中，冷却工质40直接与第一元件211充分接触，因此第一元件211产生的热量被冷却工质40吸收，达成对发热元件的冷却处理，以维持电子设备100的工作温度在正常的阈值范围。更详细而言，以密封于第一区域30A中的冷区工质40为例进行说明，位于第一元件211周围处的冷却工质40因与第一元件211直接接触，吸收热量较快，吸收热量后温度升高；与之相比，位于靠近第一平板121或第一隔离壁125附近处的冷却工质40由于距发热的第一元件211相对较远，吸收热量较慢，温度上升较慢，因此与靠近第一元件211周围处的冷却工质40相比，位于靠近第一平板121或第一隔离壁125附近处的冷却工质40的温度相对较低，因此冷却工质40之间根据距离第一元件211远近之不同存在温差，温度高的冷却工质40会从靠近第一元件211的位置朝向第一平板121或第一隔离壁125的方向流动，温度较低的冷却工质40则相反，从靠近第一平板121或第一隔离壁125的位置朝着靠近第一元件211的位置流动，由此冷却工质40在第一区域30A中形成了一个自然的对流，实现对第一元件211的冷却处理。进一步的，当温度较高的冷却工质40流通到靠近第一平板121或第一隔离壁125的位置时，由于远离了第一元件211，其吸收的热量变少，且可通过第一平板121或第一隔离壁125进一步向外部散热，因此冷却工质40的温度会随之下降；另一方面，当温度较低的冷却工质40流通到第一元件211附近时，由于和第一元件211直接接触，可在第一时间吸收第一元件211散发的热量，温度随之上升，因此第一区域30A中存在温差的冷却工质40之间又将开始新的一轮对流循环。

类似的，在内部空间30的第二区域30B中也可设置有发热的第一元件(图未示)，在第二区域30B中的冷却工质40的工作方式与前述的在第一区域30A中的冷却工质40的冷却方式相同，在此不再赘述。

请参阅图4至图5，为本发明第二实施方式的电子设备200的结构示意图，其中，图5是图4中所示的虚线部分的局部放大图。

本实施方式的电子设备200与第一实施方式的电子设备100相比，不同之处在于进一步设置加固凸台。详细而言，请参阅图5所示，电路板上层21和电路板下层23的表面上分别具有第一加固凸台212、第二加固凸台232。其中，第一加固凸台212位于第一隔离槽22的上方且具有与第一隔离槽22连通的第一开口(未标示)，第一隔离壁125穿过第一开口与第一隔离槽22紧密接合。第二加固凸台232位于第二隔离槽24的上方且具有与第二隔离槽24连通的第二开口(未标示)，且第二隔离壁145穿过第二开口与第二隔离槽24紧密接合。类似的，在接合后，第一隔离壁125与第一加固凸台212、第二隔离壁145与第二加固凸台232可进一步采用胶粘、压接或焊接等方式进行紧固，进一步强化整体的密封效果。

与图3所示的接合方式比较，加固凸台212，213的设置可减小在电路板上层21和电路板下层23的表面上开设的隔离槽的深度，降低对电路板表面的伤害。更一步的，优选为，电路板表面上不开设隔离槽，仅将隔离槽22，24开设于加固凸台212，213中，由此可彻底避免由于开设隔离槽对电路板表面造成的伤害。

请参阅图6，为本发明第三实施方式的电子设备300的结构示意图。

本实施方式的电子设备300与第一实施方式的电子设备100相比，不同之处在于进一步设置散热结构，以进一步增强散热效果。具体而言，在上壳体12的第一平板121对应于内部空间30的外表面设置散热肋片127；在下壳体14的第二平板141对应于内部空间30的外表面设置散热肋片147。其中，散热肋片127、散热肋片147可经机加工、磨片、铸造或其他方式成型。散热肋片127、散热肋片147可以扩大第一平板121、第二平板141的散热面积，通过尽可能大的热交换导热表面暴露在较低外部环境温度中的被动式空气冷却方式进一步增强对电子设备200的散热效果。

应理解，本发明中，也可以视需要仅在上壳体12或仅在下壳体14上设置散热肋片来扩大散热面积；并且，也可以采用热管式散热器代替散热肋片来进一步增强整体的散热效果。

请参阅图7，为本发明第四实施方式的电子设备400的结构示意图。

本实施方式的电子设备400与第一实施方式的电子设备100相比，不同之处在于外侧空间50的结构不同，在本实施方式中，外侧空间50是一个具有开口的开放式收容空间，电路板20的第二工作区20b及其第二元件213、第一隔离壁125、第二隔离壁145是暴露于空气中，利用空气的流通，通过较低的外部环境温度的被动式空气冷却方式可进一步增强对电子设备400的整体散热效果。

请参阅图8，为本发明第五实施方式的电子设备500的结构示意图。

本实施方式的电子设备500与第一实施方式的电子设备100相比，不同之处在于仅包括一个外侧空间50。第一平板121、第一侧壁123、第一隔离壁125以及第二平板141、第二侧壁143和第二隔离壁145形成了密闭的内部空间30。与第一实施方式的电子设备100相比，利用壳体的与第一侧壁123、第二侧壁143作为内部空间30的一个侧壁，可减少在电路板上开设的隔离槽的数量，进一步简化了密封结构、降低成本。

请参阅图9，为本发明第六实施方式的电子设备600的结构示意图。

本实施方式的电子设备600与第一实施方式的电子设备100相比，不同之处在于电路板20上设置有贯通孔26，使得冷却工质40可在内部空间30的第一区域30A和第二区域30B之间流通。

具体而言，贯通孔26设置在电路板20的第一工作区20a，且贯穿第一工作区20a的上、下表面。贯穿孔26可以使得冷却工质40在内部空间30的第一区域30A和第二区域30B之间自由流通，加快热温度较高和温度较低的冷却工质40之间的对流，进一步提高散热效率。

值得注意的是，前述的电子设备200、300、400、500、600这五种实施方式主要是以第一种实施方式的电子设备100为参照，对本发明实施方式构思的多个方面进行说明，应理解，本发明还有其他实施方式，例如：

在其他实施方式中，冷却工质40在内部空间30的流动可以是利用泵等激励部件来产生的强制对流进行换热；

在其他实施方式中，前述的多种实施方式之间可以相互结合，例如：在电子设备100中同时设置如图6所示的散热结构以及将侧部空间40设置为如图7所示的一侧开口的开放式空间；或者，在电子设备200中设置如图9所示贯通孔26以及设置如图6所示的散热结构；各实施方式之间的组合可视实际的需要进行设计，在此不再一一列举；

在其他实施方式中，电路板的第一工作区20a中，除了第一元件211，还可以设置第二元件213。即：在保证需要进行冷却处理的第一元件211设置于第一工作区20a的前提下，一部分的第二元件213设置在第一工作区20a中，另一部分第二元件213设置于第二工作区20b中。其中，优选为：第二元件213为连接器、电缆、网线接头，信号连接器等常用外接部件时，这些外接部件设置在第二工作区20b中，而其他类型的第二元件213可以选择设置于第一工作区20a或第二工作区20b中。

如前所述，应理解，本发明实施方式中描述的电子设备包括但不限于为高性能计算机、小型机、通用服务器、路由器、光传送设备等设备。

此外，需要特别指出的是，本发明实施方式中是以刀片/单板为例说明本发明的浸没式冷却方案，应理解，本发明也适用于采用浸没式冷却方式的其他电子装置。

综上所述，本发明实施方式的浸没式冷却的电子设备中，电路板上层和下层上具有隔离槽，壳体的隔离壁与电路板上的隔离槽对应紧密接合后可在壳体中形成密闭的内部空间。通过在内部空间中灌注冷却工质，将电源、处理器、存储器等发热电子元件浸没在冷却工质中进行冷却处理；另一方面，不需进行冷却处理的电子元件，尤其是连接器，隔离设置于密闭的内部空间外部。本发明实施例中，由于密封结构简单，且未采用易于出现老化的密封胶或密封条形，提高了密封的可靠性。并且，由于连接器设置在浸没区外边，不需要对连接器进行密封处理，从而密封方案的实现更加简单，同时，也因为不需要密封处理而不需要引入额外的用于密封处理的器件，从而降低了成本。其次，由于隔离槽的开设并未破坏电路板的走线层，因而整个电路板未分成几个部分相互连接，从而在一个电路板上即可完成信号走线设计，无需设计多块电路板，进而也避免设计多块电路板之间相互间的连接以及设计连接器的密封，既降低了设计成本，也节省了因引入连接器、连接线缆而导致的硬件成本。由此可见，本发明实施例的密封结构简单可行，不影响电路板走线层，且可有效防止冷却工质通过设备空洞外泄，具有密封结构简单且可靠性高、成本低、易加工生产的优点。

进一步的，在壳体与电路板接合后，通过焊接、胶粘、压接等方式进一步紧固；通过在电路上的两侧对应隔离槽设置具有开口的加固凸台，壳体的隔离壁穿过加固凸台中的开口与隔离槽接合，可进一步加强整体的密闭效果。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种浸没式冷却的电子设备，其特征在于，包括：

壳体和设置于所述壳体中的电路板；

2.根据权利要求1所述的电子装置，其特征在于，所述电路板上层和所述电路板下层的表面具有加固凸台，所述加固凸台位于所述隔离槽的上方且具有与所述隔离槽连通的开口，所述隔离壁穿过所述开口与所述隔离槽接合。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的电子装置，其特征在于，所述隔离壁与所述隔离槽接合后采用胶粘、压接或焊接紧固。

4.一种浸没式冷却的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：

壳体和设置于所述壳体中的电路板；

5.根据权利要求4所述的电子装置，其特征在于，所述电路板上具有加固凸台，所述隔离槽开设于所述加固凸台中。

6.根据权利要求4所述的电子装置，其特征在于，所述电路板包括电路板的上层，电路板的下层以及位于这两层之间的所述走线层，所述隔离槽开设于所述电路板的上层和所述电路板的下层中。

7.根据权利要求4所述的电子装置，其特征在于，所述电路板包括电路板的上层，电路板的下层以及位于这两层之间的所述走线层，所述隔离槽开设于所述电路板的上层和所述电路板的下层中，所述电路板上层和所述电路板下层的表面具有加固凸台，所述加固凸台位于所述隔离槽的上方且具有与所述隔离槽连通的开口，所述隔离壁穿过所述开口与所述隔离槽接合。

8.根据权利要求4所述的电子装置，其特征在于，所述壳体进一步包括第一平板和第二平板，所述第一平板、所述第一工作区的上表面和所述隔离壁形成所述内部空间的第一区域；所述第二平板、所述第一工作区的下表面和所述隔离壁形成所述内部空间的第二区域。

9.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，所述第一工作区设置有贯通孔，使得所述冷却工质可在所述内部空间的所述第一区域和所述第二区域之间流通。

10.根据权利要求4所述的电子装置，其特征在于，所述壳体进一步包括第一平板、第二平板以及第一侧壁和第二侧壁，所述第一平板、所述第一工作区的上表面、所述隔离壁和所述第一侧壁形成所述内部空间的第一区域；所述第二平板、所述第一工作区的下表面、所述隔离壁和所述第二侧壁形成所述内部空间的第二区域。