CN109548363A - 一种多孔介质液冷冷装置，制作方法及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多孔介质液冷冷装置，制作方法及使用方法，基板上设有散热介质导流槽，散热介质导流槽设有散热介质入口接头和散热介质出口接头；多孔介质模块填充至散热介质导流槽内部，使散热介质在散热介质导流槽内部流动式，产生扰动；盖板盖设在基板上，并与基板密封连接，使散热介质导流槽形成散热介质导流腔，散热介质在散热介质导流腔内部流动。有效降低热量传导的热阻；流体流经多孔介质内部，与多孔介质的骨架结构间产生对流换热，多孔介质比表面积较大，对流换热面积大，同时，骨架结构错综排列使得骨架表面的流体边界层被减薄或破坏，从而减小对流换热热阻。多孔介质液冷冷板可降低热量传递过程中的热阻，增强散热能力。

Description

一种多孔介质液冷冷装置，制作方法及使用方法

技术领域

本发明涉及电子器件散热领域，尤其涉及一种多孔介质液冷冷装置，制作方法及使用方法。

背景技术

目前，加固电子设备现状为：①电子器件的封装密度不断提高，其热流密度不断增大；②电子产品向微型化方向不断发展，功率更大而外形尺寸日益缩小。

电子元器件及其组装后的电子设备的体积越来越小，相应的集成密度大大增加，高热流密度电子设备已经形成，并将会以更快的发展势头达到一个极高的程度。随之而来的便是电子设备热流密度的剧增，这将为电子设备的热设计提出了新的挑战。

电子产品的发展趋势使得电子设备散热的问题越来越突出。元器件过热是电子产品失效的主要原因之一，严重地限制了电子产品性能及可靠性的提高，也降低了设备的工作寿命。特别是对高热流密度的元器件(尺寸小，功耗高)，散热面临严峻挑战，研究表明：半导体元件的温度升高10，℃可靠性降低50％，因此，电子设备的温升必须予以控制。

风冷虽是最为简单、成本最低、技术最成熟的散热手段，然而由于气体热容小，单靠热传导和对流的风冷散热器，当设备功率达到0.08W/cm2或以上时，采用风冷就难以达到散热的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供一种多孔介质液冷冷装置，包括：基板，多孔介质模块以及盖板；

基板上设有散热介质导流槽，散热介质导流槽的一端槽壁设有散热介质入口接头，散热介质导流槽的另一端槽壁设有散热介质出口接头；

多孔介质模块填充至散热介质导流槽内部，使散热介质在散热介质导流槽内部流动式，产生扰动；

盖板盖设在基板上，并与基板密封连接，使散热介质导流槽形成散热介质导流腔，散热介质在散热介质导流腔内部流动。

优选地，散热介质导流槽采用蛇形状设置在基板上；

或散热介质导流槽采用回字形状设置在基板上。

优选地，多孔介质模块采用泡沫铜、或泡沫铝、或泡沫镍制作。

优选地，散热介质入口接头处和散热介质出口接头处分别设有螺纹。

优选地，基板和盖板分别采用金属铝，或金属铜制作。

一种多孔介质液冷冷装置的制作方法，方法包括：

在铝板或铜板上加工出散热介质导流槽，并在散热介质导流槽的一端槽壁加工散热介质入口接头，在散热介质导流槽的另一端槽壁加工散热介质出口接头，形成基板；

将泡沫铜、或泡沫铝、或泡沫镍通过激光切割或线切割的方式，加工成预设的多孔介质模块形状；

采用扩散焊，或真空钎焊，或电子束焊的方式，将多孔介质模块与基板焊接成一体，作为散热介质流通的通道；

通过机加工的方式加工盖板；

将盖板与基板间采用搅拌摩擦焊，或扩散焊，或真空钎焊，或电子束焊的方式焊接为一个整体，使盖板与基板之间密封连接，形成密封的散热介质流通通道。

优选地，方法还包括：

在散热介质入口接头处通常铣加工方式形成入口连接螺纹；

在散热介质出口接头处通常铣加工方式形成入口连接螺纹；

将散热介质输出接头与散热介质入口接头通过螺纹连接；

将散热介质回收接头与散热介质入口接头通过螺纹连接。

一种多孔介质液冷冷装置使用方法，方法包括：

将多孔介质液冷冷装置置于待散热的电子器件上，并采用螺钉或弹片固定的方式，将多孔介质液冷冷装置紧固在待散热的电子器件上，并在多孔介质液冷冷装置与待散热的电子器件间产生预紧力，保证电子器件与冷板的紧密贴合；

采用水，或65号冷却液，或乙醇作为散热介质，将换热器内的散热介质通过驱动泵将散热介质驱动至散热介质入口接头，并进入散热介质导流槽内部，沿散热介质导流槽的走向流动；

电子器件产生的热量通过基板传导至多孔介质模块，并沿多孔介质模块的骨架结构向各方向传导，散热介质流经多孔介质模块的骨架时，与骨架间发生对流换热，散热介质温度升高后，从散热介质出口接头流出，将热量带离基板，随后散热介质在换热器内换热，再形成冷却的散热介质，回流至散热介质导流槽内，形成循环散热。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

电子器件产生的热量通过基板传导至多孔介质，多孔介质内部的金属骨架结构，可使得热量沿骨架向个方向传导，有效降低热量传导的热阻；流体流经多孔介质内部，与多孔介质的骨架结构间产生对流换热，多孔介质比表面积较大，对流换热面积大，同时，骨架结构错综排列使得骨架表面的流体边界层被减薄或破坏，从而减小对流换热热阻。多孔介质液冷冷板可降低热量传递过程中的热阻，增强散热能力。

本发明中散热介质导流槽可以依据使用需要设置不同的形状来提升散热效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为多孔介质液冷冷装置示意图；

图2为多孔介质液冷冷装置主视图；

图3为多孔介质液冷冷装置侧视图。

具体实施方式

本发明提供一种多孔介质液冷冷装置，如图1至3所示，包括：基板1，多孔介质模块2以及盖板3。

基板1上设有散热介质导流槽，散热介质导流槽的一端槽壁设有散热介质入口接头4，散热介质导流槽的另一端槽壁设有散热介质出口接头5；多孔介质模块2填充至散热介质导流槽内部，使散热介质在散热介质导流槽内部流动式，产生扰动；盖板3盖设在基板1上，并与基板1密封连接，使散热介质导流槽形成散热介质导流腔，散热介质在散热介质导流腔内部流动。

这里可能会使用便于描述的空间相对性术语，例如“在…下”、“下方”、“下部”、“以上”、“上方”等来描述如图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。应当理解，空间相对性术语意在包括图中所示取向之外的使用或工作中的器件不同取向。例如，如果将图中的器件翻转过来，被描述为在其他元件或特征“下”或“下方”的元件将会朝向其他元件或特征的“上方”。于是，示范性术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。可以使器件采取其他取向(旋转90度或其他取向)，这里所用的空间相对术语作相应解释。

在本发明中，散热介质导流槽采用蛇形状设置在基板1上；或散热介质导流槽采用回字形状设置在基板1上。

在本发明中，多孔介质模块2采用泡沫铜、或泡沫铝、或泡沫镍制作。散热介质入口接头4处和散热介质出口接头5处分别设有螺纹。基板1和盖板3分别采用金属铝，或金属铜制作。

液体的导热系数及定压比热容均比空气大(如水的导热系数为0.6W/m﹒K，空气则为0.026W/m﹒K；比热容水4183J/Kg﹒K，空气1500J/Kg﹒K)，利用液体冷却可降低换热环节的热阻，提高冷却效率，液冷技术比空气冷却效率要高出100—2000倍。对于高功耗的电子设备，相比风扇散热，液冷散热方式的优势非常明显。

多孔介质，也称泡沫金属，是由金属相、气孔相组成的新型复合材料。从结构上可分为闭孔和开孔两种形式。通孔的泡沫金属具有三维贯通的结构，三维贯通结构既增加了金属与流体(液态或气体)的接触面积，可有效对流体流动产生扰动。

从散热层面来看，三维通孔结构使得多孔介质具有较大的比表面积(单位体积的表面积)，这样增加了对流换热面积。同时，通孔结构对流体流动的扰动，可有效破坏或减薄流体边界层的形成，从而提升对流换热强度。

多孔介质用于液冷系统中，可增强传沟槽式液冷冷板的散热能力，因此，多孔介质液冷冷板，可有效应对电子产品功耗日益增加对散热的挑战。

本发明还提供一种多孔介质液冷冷装置的制作方法，方法包括：

在铝板或铜板上加工出散热介质导流槽，并在散热介质导流槽的一端槽壁加工散热介质入口接头，在散热介质导流槽的另一端槽壁加工散热介质出口接头，形成基板；

将泡沫铜、或泡沫铝、或泡沫镍通过激光切割或线切割的方式，加工成预设的多孔介质模块形状；采用扩散焊，或真空钎焊，或电子束焊的方式，将多孔介质模块与基板焊接成一体，作为散热介质流通的通道；通过机加工的方式加工盖板；将盖板与基板间采用搅拌摩擦焊，或扩散焊，或真空钎焊，或电子束焊的方式焊接为一个整体，使盖板与基板之间密封连接，形成密封的散热介质流通通道。

本发明提供的方法中，在散热介质入口接头处通常铣加工方式形成入口连接螺纹；在散热介质出口接头处通常铣加工方式形成入口连接螺纹；将散热介质输出接头与散热介质入口接头通过螺纹连接；将散热介质回收接头与散热介质入口接头通过螺纹连接。

散热介质导流槽起到整体导流的作用；多孔介质一方面可使热量在金属骨架上快速传递，另一方面其比表面积大的特点，又可在有限空间内，增强流体与多孔介质的接触面积；同时，多孔介质三维通孔结构，对流体流动的扰动作用增强，从而可以强化换热，提升散热性能。

本发明还提供一种多孔介质液冷冷装置使用方法，方法包括：

将多孔介质液冷冷装置置于待散热的电子器件上，并采用螺钉或弹片固定的方式，将多孔介质液冷冷装置紧固在待散热的电子器件上，并在多孔介质液冷冷装置与待散热的电子器件间产生预紧力，保证电子器件与冷板的紧密贴合；采用水，或65号冷却液，或乙醇作为散热介质，将换热器内的散热介质通过驱动泵将散热介质驱动至散热介质入口接头，并进入散热介质导流槽内部，沿散热介质导流槽的走向流动；

电子器件产生的热量通过基板传导至多孔介质模块，并沿多孔介质模块的骨架结构向各方向传导，散热介质流经多孔介质模块的骨架时，与骨架间发生对流换热，散热介质温度升高后，从散热介质出口接头流出，将热量带离基板，随后散热介质在换热器内换热，再形成冷却的散热介质，回流至散热介质导流槽内，形成循环散热。

电子器件产生的热量通过基板传导至多孔介质，多孔介质内部的金属骨架结构，可使得热量沿骨架向个方向传导，有效降低热量传导的热阻；流体流经多孔介质内部，与多孔介质的骨架结构间产生对流换热，多孔介质比表面积较大(1000-4000m2/m3)，对流换热面积大，同时，骨架结构错综排列使得骨架表面的流体边界层被减薄或破坏，从而减小对流换热热阻。多孔介质液冷冷板可降低热量传递过程中的热阻，增强散热能力。

本发明中散热介质导流槽可以依据使用需要设置不同的形状来提升散热效果。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种多孔介质液冷冷装置，其特征在于，包括：基板(1)，多孔介质模块(2)以及盖板(3)；

基板(1)上设有散热介质导流槽，散热介质导流槽的一端槽壁设有散热介质入口接头(4)，散热介质导流槽的另一端槽壁设有散热介质出口接头(5)；

多孔介质模块(2)填充至散热介质导流槽内部，使散热介质在散热介质导流槽内部流动式，产生扰动；

盖板(3)盖设在基板(1)上，并与基板(1)密封连接，使散热介质导流槽形成散热介质导流腔，散热介质在散热介质导流腔内部流动。

2.根据权利要求1所述的多孔介质液冷冷装置，其特征在于，

散热介质导流槽采用蛇形状设置在基板(1)上；

或散热介质导流槽采用回字形状设置在基板(1)上。

3.根据权利要求1或2所述的多孔介质液冷冷装置，其特征在于，

多孔介质模块(2)采用泡沫铜、或泡沫铝、或泡沫镍制作。

4.根据权利要求1或2所述的多孔介质液冷冷装置，其特征在于，

散热介质入口接头(4)处和散热介质出口接头(5)处分别设有螺纹。

5.根据权利要求1或2所述的多孔介质液冷冷装置，其特征在于，

基板(1)和盖板(3)分别采用金属铝，或金属铜制作。

6.一种多孔介质液冷冷装置的制作方法，其特征在于，方法包括：

在铝板或铜板上加工出散热介质导流槽，并在散热介质导流槽的一端槽壁加工散热介质入口接头，在散热介质导流槽的另一端槽壁加工散热介质出口接头，形成基板；

将泡沫铜、或泡沫铝、或泡沫镍通过激光切割或线切割的方式，加工成预设的多孔介质模块形状；

采用扩散焊，或真空钎焊，或电子束焊的方式，将多孔介质模块与基板焊接成一体，作为散热介质流通的通道；

通过机加工的方式加工盖板；

将盖板与基板间采用搅拌摩擦焊，或扩散焊，或真空钎焊，或电子束焊的方式焊接为一个整体，使盖板与基板之间密封连接，形成密封的散热介质流通通道。

7.根据权利要求6所述的多孔介质液冷冷装置的制作方法，其特征在于，方法还包括：

在散热介质入口接头处通常铣加工方式形成入口连接螺纹；

在散热介质出口接头处通常铣加工方式形成入口连接螺纹；

将散热介质输出接头与散热介质入口接头通过螺纹连接；

将散热介质回收接头与散热介质入口接头通过螺纹连接。

8.一种多孔介质液冷冷装置使用方法，其特征在于，方法包括：

将多孔介质液冷冷装置置于待散热的电子器件上，并采用螺钉或弹片固定的方式，将多孔介质液冷冷装置紧固在待散热的电子器件上，并在多孔介质液冷冷装置与待散热的电子器件间产生预紧力，保证电子器件与冷板的紧密贴合；

采用水，或65号冷却液，或乙醇作为散热介质，将换热器内的散热介质通过驱动泵将散热介质驱动至散热介质入口接头，并进入散热介质导流槽内部，沿散热介质导流槽的走向流动；

电子器件产生的热量通过基板传导至多孔介质模块，并沿多孔介质模块的骨架结构向各方向传导，散热介质流经多孔介质模块的骨架时，与骨架间发生对流换热，散热介质温度升高后，从散热介质出口接头流出，将热量带离基板，随后散热介质在换热器内换热，再形成冷却的散热介质，回流至散热介质导流槽内，形成循环散热。