CN107567248B - 液冷散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液冷散热装置，包括一个或一组均温板以及悬空的一个或一组冷板，其特征在于：均温板包括均温板外围四壁、均温板上盖板、和均温板下盖板；悬空的冷板外部通过均温板外围四壁或均温板上下壳体之间的支撑结构固定；均温板包括吸热区用于吸收热源所产生的热量，换热路径为由热源经过均温板下盖板传递给冷却液，汽化扩散到蒸汽腔内，蒸汽与冷板的外表面进行换热冷凝，将热量传给冷板，冷板经由壁面传热给冷却液，冷板表面的冷凝液体沿着冷板壁面及冷板与均温板之间的支撑结构回流到热源位置，进行下一次循环。本发明的液冷散热装置由均温板及液冷冷板一体成型，降低焊接成本及难度，缩短传热路径，增加散热面积，并且提高散热效率。

Description

液冷散热装置

技术领域

本发明涉及一种散热器技术领域，尤其涉及一种由均温板及液冷冷板一体成型的高效散热装置。

背景技术

随着电子元件和电子装置的微型化而运算能力不断提高，所产生的热量越来越大。如果这些热量不能及时扩散，则可能会对电子元件的运行性能产生严重的影响。散热器是一种用来将电子产品中的热源所产生的热量快速扩散的装置。目前，散热器包括一组散热鳍片组、热管、风扇、液态冷却等方式，其中利用液冷技术解决器件散热的方法与产品越来越普及，液冷冷板的研究方向一直是致力于解决高功耗、高能效、高可靠、小型化、低成本等问题。

对于液冷散热，通常分为以下三种：

1)纯液冷冷板。一般表现形式是铝板或铜板作为基板，内嵌铜铝或不锈钢等材质管路。利用基板吸热，管路与基板导热，管路与流体散热。

2)槽道液冷板。一般表现形式是铝板或铜板挖切槽道密封水道。利用基板吸热，利用基板内部的流道进行基板与流体散热。

3)均温板外加液冷冷板。一般表现形式是热量先经均温板热扩散，降低热密度，然后均温板表面再与液冷基板散热。

这些现有技术的缺点在于：

1)管路嵌入基板，需要焊接或胶粘。焊接增加成本及泄露风险，胶粘用的胶导热性能远低于金属，引入一层隔热层，散热路径长，且基板均温性差，大功率小尺寸器件接触散热面积不足，流体与冷板散热能力不足。

2)基板为实心铜材或铝材，基板均温性差，大功率小尺寸器件接触散热面积不足，热扩展性不足。面对高密热点响应慢。

3)均温板外表面与液冷冷板结合需要焊接或胶接，增加了一层热隔层增加了传热路径，又增加了焊接成本降低了可靠性。整体厚度由冷板的水路接头+均温板厚度决定，整体厚度大。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种液冷散热装置，包括一个或一组均温板以及悬空在所述一个或一组均温板内部的一个或一组冷板，其特征在于：所述均温板包括均温板外围四壁、均温板上盖板、和均温板下盖板，所述均温板外围四壁、均温板上盖板、和均温板下盖板之间密封连接并共同构成至少一个密封的蒸汽腔，冷却液置于所述蒸汽腔内；所述悬空的冷板外部通过所述均温板外围四壁或所述均温板上下壳体之间的支撑结构固定；所述均温板包括吸热区用于吸收热源所产生的热量，换热路径为由所述热源经过所述均温板下盖板传递给所述冷却液，汽化扩散到所述蒸汽腔内，蒸汽与所述冷板的外表面进行换热冷凝，将热量传给所述冷板，所述冷板经由壁面传热给冷却液，所述冷板表面的冷凝液体沿着冷板壁面及冷板与均温板之间的支撑结构回流到热源位置，进行下一次循环。

优选地，所述均温板上盖板和所述均温板下盖板的内表面、所述均温板外围四壁的内表面、以及所述冷板的外表面构成汽液相变的第一汽液循环回路；以及所述冷板的内部通过槽道形式形成与外界连通的与所述第一汽液循环回路隔离的第二流体循环回路。

优选地，所述均温板上盖板和所述均温板下盖板的内表面、所述均温板外围四壁的内表面、以及所述冷板的外表面有毛细结构及导流柱，且毛细结构相互连通，用于实现所述均温板内部的汽液循环回流。

优选地，所述毛细结构由附着在表面的金属粉末、金属丝网或刻蚀的微结构槽道构成。

优选地，所述液冷散热装置还包括规则排列的一组鳍状散热片，所述一组鳍状散热片以垂直的方式设置在所述均温板上盖板的外表面。

优选地，所述液冷散热装置还包括一个或多个散热板，所述散热板安装在每两个相邻的鳍状散热片之间。

优选地，所述冷板包括冷板槽道，所述冷板内部的槽道部分利用入水管和出水管流动冷却液，所述冷板的非槽道部分挖通形成冷板通孔使所述均温板内部保持连通。

优选地，所述冷板槽道由挖切、刻蚀、或三维打印加工工艺成型，实现与所述均温板一体成型。

优选地，所述冷板槽道由一根或多根加工的孔、半圆弧或槽拼接成完整封闭的流道形式。

优选地，所述冷板槽道包括一路或多路流体循环回路，同时流动冷流体或热流体或冷热交互流体，并通过所述均温板内的汽液相变来实现多路流体循环回路之间及多路流体循环回路与均温板壳面之间的散热。

有利地，本发明的液冷散热装置由均温板及液冷冷板一体成型，降低焊接成本及难度，缩短传热路径，增加散热面积，并且提高散热效率。

附图说明

以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点，其中相似的符号代表相似的组件。

图1是根据本发明实施例的液冷散热装置的立体示意图。

图2和图3是根据本发明实施例的液冷散热装置的剖面示意图。

图4是根据本发明实施例的液冷散热装置的结构示意图。

图5是根据本发明实施例的液冷散热装置中的液冷冷板的结构示意图。

图6是根据本发明实施例的液冷冷板的上壳体的结构示意图。

图7是根据本发明实施例的液冷冷板的下壳体的结构示意图。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖所附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、手续、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1是根据本发明实施例的液冷散热装置100的立体示意图。图2和图3是根据本发明实施例的液冷散热装置100的剖面示意图。图4是根据本发明实施例的液冷散热装置100的结构示意图。

如图1-图4所示，液冷散热装置100可以包括入水管102、出水管104、一个或一组均温板、以及悬空在所述一个或一组均温板内部的一个或一组冷板(例如，冷板上壳体302和冷板下壳体304)。例如，所述均温板可包括均温板外围四壁106、均温板上盖板108和均温板下盖板110。所述均温板外围四壁106、均温板上盖板108、和均温板下盖板110之间密封连接并共同构成至少一个密封的蒸汽腔，冷却液置于所述蒸汽腔内。悬空的冷板外部通过均温板外围四壁106或均温板上下壳体(均温板上盖板108和均温板下盖板110)之间的支撑结构固定。

所述均温板(例如，均温板下盖板110)可包括一个吸热区(未标示)用于与一电子装置中的热源306(参见图3)接触以吸收所述热源306所产生的热量。所述吸热区形成在均温板下盖板110上，其可以是均温板下盖板110的任意区域，也可以是设置在均温板下盖板110上并采用铝、铜、铝合金或者石墨等高导热材料制作而成的特定区域。

优选地，均温板可以由一个或许多个均温小板构成，均温板外表面用于作为接触器件的表面(例如，吸热区)。均温板下壳外表面接触部件热源，上壳外表面可以增加翅片进一步强化散热。例如，翅片可以是采用高导热材料制作而成并且规则排列的一组鳍状散热片，以大致垂直的方式设置在所述均温板上盖板108的外表面，用于将均温板上盖板108上的热量快速地散发到外围空气中。所述鳍状散热片还可包括一个多个散热板，安装在每两个相邻的鳍状散热片之间。所述散热板可以是波浪状，但不限于该形状，还可以根据不同的需求而设置成平板状、三角形或其它增加散热面积的结构。

所述冷板(例如，冷板上壳体302和冷板下壳体304)放置在所述均温板的内部，利用均温板四壁厚度成型冷板。利用入水管102和出水管104，冷板内部的槽道部分(例如，冷板槽道506)流动冷却液，非槽道部分挖通形成冷板通孔508使均温板内部保持连通。均温板内部相变汽化液直接与冷板外表面散热，缩短了散热路径。

优选地，均温板上盖板108和均温板下盖板110的内表面、均温板外围四壁106的内表面、以及冷板上壳体302和冷板下壳体304的外表面都有毛细结构及导流柱，且毛细结构相互连通，构成汽液相变的第一汽液循环回路，用于实现均温板内部的汽液循环回流。毛细结构一般由附着在表面的金属粉末(例如，铜粉)、金属丝网或刻蚀的微结构槽道构成，实现毛细虹吸作用，但不限于这些实现方式。

图5是根据本发明实施例的液冷散热装置100中的液冷冷板302和304的结构示意图。图6是根据本发明实施例的液冷冷板的上壳体302的结构示意图。图7是根据本发明实施例的液冷冷板的下壳体304的结构示意图。

如图5-图7所示，悬空的液冷冷板302和304的内部通过槽道形式(例如，冷板槽道506)形成与外界连通的与第一汽液循环封闭回路隔离的第二流体(例如，冷却液流体)循环回路。悬空的冷板外部通过均温板外围四壁106或均温板上下壳面(例如，均温板上盖板108和均温板下盖板110)之间的支撑结构固定。悬空的冷板局部通透，使均温板内部相变蒸汽可上下盖板间联通实现均温，并可使相变蒸汽最大面积的与冷板接触实现散热。

液冷冷板302和304的液冷槽道(例如，冷板槽道506)可以由一根或多根加工的孔、半圆弧或槽等拼接成完整封闭流道形式(如图6和图7所示)。如图5所示，在多个冷板槽道506之间还具有多个冷板通孔508。

一般地，换热路径由热源(例如，热源306)经过均温板下壳体110传递给内部液体(例如，均温板内置的冷却液)，汽化扩散到整个蒸汽腔内，蒸汽与内部冷板(例如，冷板的上壳体302和下壳体304)外表面进行直接换热冷凝，将热量传给冷板，冷板经由壁面传热给冷却液。冷板表面冷凝液体沿着冷板壁面(例如，经由冷板入液汇流槽502和冷板出液汇流槽504)及冷板与均温板之间的支撑结构回流到热源位置，进行下一次循环。冷却液流体循环回路中，均温板内部的液冷冷板的流道(例如，冷板槽道506)是由挖切、刻蚀、或三维(3D)打印等加工工艺成型，实现与均温板壳壁(四周壁面或上下壳体或两个个半壳合体)一体成型。

优选地，均温板腔体可以由一个壳面和一个凹型冷板构成，或由两个凹型结构构成内冷板槽道与外均温板腔体结构。

优选地，内部悬空的冷板内部的槽道可以为整体液路也可分成一路或多路流体循环回路，同时流动冷流体或热流体或冷热交互流体，并通过均温板内汽液相变来实现多路管之间及多路管与均温板壳面之间的散热。

有利地，根据本发明实施例的液冷散热装置包括以下优点：

(1)流道加工成型，相交用管路方式可以制作更复杂的流道结构，一体化结构去掉了流道焊接层或胶粘层的热阻，均温板内部汽液相变直接与冷板流道壁面散热，使热量更短路径传递，性能更优。

(2)增加散热面积，内部散热且由平面散热改为6面立体散热。在冷板表面用相变蒸汽散热提高了散热效率可降低接触面积，降低散热体积需求。

(3)相较于冷板与均温板焊接成型方式，采用槽道一体成型，省去单独采用冷板与均温板的高温炉焊接结合工序，减少一个焊接泄露失效点，并降低了后续焊接成本及难度。

(4)一体成型，利用均温板的四壁厚度空间加工成冷板，利用冷板外部结构及增加上下盖板形成均温板，实现冷板均温板内部结合一体化，或者是利用上盖或下盖成型冷板，再套个凹壳形成均温板。

(5)降低厚度或增大了进出接头利于更大水流进入，当侧边出液冷接头时，冷板的侧壁即为均温板的侧壁，更好利用了均温板的厚度，降低了厚度设计或原厚度下可以选用更大流体接头，便于更大水流进入，进一步提升性能。

以下的具体描述中的某些部分是以流程、逻辑块、处理过程和其它对计算机存储器中数据位的操作的象征性表示来呈现的。这些描述和表示法是数据处理领域内的技术人员最有效地向该领域内的其它技术人员传达他们工作实质的方法。在本申请中，流程、逻辑块、处理过程、或相似的事物，被构思成有条理的步骤或指令的序列以实现想要的结果。所述的步骤是需要对物理量进行物理操作的步骤。通常，但不是必然的，这些物理量的形式可为电或磁信号，可在计算机系统中被存储、传输、合并和比较等等。主要出于普遍使用的缘故，有时便于将上述信号视为事物处理、位元、数值、元件、符号、字符、取样、像素、或其它。

上文根据本发明的示例实施例参照系统、方法、器件、和/或计算机程序产品的框图和流程图描述了本发明。本领域技术人员将理解，框图和流程图中的一个或多个框以及框图和流程图中的框的组合，分别可以由计算机可执行程序指令实现。同样地，根据本发明的一些实施例，框图和流程图中的一些框可以不必要以呈现的顺序进行，或可以不必要进行。

上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离后附权利要求书所界定的本发明精神和保护范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前的描述。

Claims (7)

1.一种液冷散热装置，包括一个或一组均温板以及悬空在所述一个或一组均温板内部的一个或一组冷板，其特征在于：

所述均温板包括均温板外围四壁、均温板上盖板、和均温板下盖板，所述均温板外围四壁、均温板上盖板、和均温板下盖板之间密封连接并共同构成至少一个密封的蒸汽腔，冷却液置于所述蒸汽腔内；

所述悬空的冷板外部通过所述均温板外围四壁或所述均温板上下壳体之间的支撑结构固定；

所述均温板包括吸热区用于吸收热源所产生的热量，换热路径为由所述热源经过所述均温板下盖板传递给所述冷却液，汽化扩散到所述蒸汽腔内，蒸汽与所述冷板的外表面进行换热冷凝，将热量传给所述冷板，所述冷板经由壁面传热给所述冷却液，所述冷板表面的冷凝液体沿着冷板壁面及冷板与均温板之间的支撑结构回流到热源位置，进行下一次循环，

所述冷板包括冷板槽道，所述冷板槽道由多根加工的孔、半圆弧或槽拼接成完整封闭的流道形式，所述冷板内部的槽道部分利用一个入水管和一个出水管流动第二流体，所述冷板的非槽道部分挖通形成冷板通孔使所述均温板内部保持连通，所述冷板槽道包括多路流体循环回路，同时流动冷流体或热流体或冷热交互流体，并通过所述均温板内的汽液相变来实现多路流体循环回路之间及多路流体循环回路与均温板壳面之间的散热。

2.根据权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于：

所述均温板上盖板和所述均温板下盖板的内表面、所述均温板外围四壁的内表面、以及所述冷板的外表面构成汽液相变的第一汽液循环回路；以及

所述冷板的内部通过槽道形式形成与外界连通的与所述第一汽液循环回路隔离的第二流体循环回路。

3.根据权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，所述均温板上盖板和所述均温板下盖板的内表面、所述均温板外围四壁的内表面、以及所述冷板的外表面有毛细结构及导流柱，且毛细结构相互连通，用于实现所述均温板内部的汽液循环回流。

4.根据权利要求3所述的液冷散热装置，其特征在于，所述毛细结构由附着在表面的金属粉末、金属丝网或刻蚀的微结构槽道构成。

5.根据权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，所述液冷散热装置还包括规则排列的一组鳍状散热片，所述一组鳍状散热片以垂直的方式设置在所述均温板上盖板的外表面。

6.根据权利要求5所述的液冷散热装置，其特征在于，所述液冷散热装置还包括一个或多个散热板，所述散热板安装在每两个相邻的鳍状散热片之间。

7.根据权利要求1所述的液冷散热装置，其特征在于，所述冷板槽道由挖切、刻蚀、或三维打印加工工艺成型，实现与所述均温板一体成型。

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