发明内容
本申请提供了一种散热装置及通信设备,用以改善对大功率半导体器件的散热效果。
第一方面,提供了一种散热装置,用于给器件散热,该散热装置包括一个散热壳体,以及设置在所述散热壳体内的散热通道,散热通道内可填充有用于散热的流体;所述散热壳体设置有用于与器件导热连接的至少两个散热区,且所述至少两个散热区沿所述流体的流动方向排列,流体流经上述任意一个散热区。所述散热壳体内设置有沿所述流体的流动方向设置的分流板,分流板并将所述散热通道划分为主流道以及分流道;其中,所述分流板在所述至少两个散热区中任意相邻的两个散热区之间的位置设置有用于汇入主流道的通口。在上述技术方案中,通过主流道内的流体对散热区进行散热。并且通过分流道内的低温流体汇入到主流道内降低位于下游的散热区对应的主流道部分的流体的热量,改善了散热区对器件散热的效果。
在一个具体的可实施方案中,所述分流道位于所述主流道外,且所述分流道内的流体不经过所述至少两个散热区。以降低散热区的热量传递到分流区。
在一个具体的可实施方案中,所述多个散热区中,散热区对应的器件热量越大,位于该散热区上游的分流道宽度越大。针对不同散热区的器件产生的热量调整低温流体加入量,改善散热效果。
在一个具体的可实施方案中,分流道可以有多种不同的设置方式,如分流道的宽度相等;或者,沿所述流体流动的方向,所述分流道逐渐变窄。以实现针对不同的散热要求。
在一个具体的可实施方案中,所述分流道呈阶梯形变窄,且沿流体的流动方向,任一通口两侧的分流道的宽度不同。改善散热效果。
在一个具体的可实施方案中,所述通口处设置有用于将所述分流道内的流体导入到所述主流道内的导向结构。方便分流道的流体进入到主流道中。
在一个具体的可实施方案中,导向结构在第一平面的垂直投影位于其相邻的两个散热区在第一平面的垂直投影外,以避免导向结构影响到散热。
在一个具体的可实施方案中,所述散热壳体上设置有进液口以及出液口,其中,所述进液口与所述出液口沿所述流体的流动方向排列,所述至少两个散热区设置在所述进液口与所述出液口之间。提高散热效果。
在一个具体的可实施方案中,所述分流板靠近所述进液口的一端设置有导流折弯结构。方便分流。
在一个具体的可实施方案中,所述分流道的个数为两个,且所述两个分流道分列在所述主流道的两侧。提高散热效果。
在一个具体的可实施方案中,所述主流道内设置有与每个散热区对应的多个散热翅片。提高散热效果。
在一个具体的可实施方案中,所述多个散热区中,散热区对应的器件热量越大,该散热区对应的多个散热翅片的密度越大。提高散热效果。
在一个具体的可实施方案中,沿所述流体的流动方向,所述至少两个散热区对应的多个散热翅片的密度逐渐增大。提高散热效果。
在一个具体的可实施方案中,所述分流板为具有隔热功能的分流板。提高散热效果。
在一个具体的可实施方案中,所述分流板与所述散热壳体为一体结构,且所述分流板具有隔热层。方便分流板设置。
第二方面,提供了一种通信设备,该通信设备包括上述任一项所述的散热装置,以及设置在所述散热装置的每个散热区的器件。在上述技术方案中,通过主流道内的流体对散热区进行散热。并且通过分流道内的低温流体汇入到主流道内降低位于下游的散热区对应的主流道部分的流体的热量,改善了散热区对器件散热的效果。
具体实施方式
为方便理解本申请实施例提供的散热装置,首先说明一下散热装置的应用场景,本申请实施例提供的散热装置用于给大功率半导体器件进行散热,随着当前电子设备的发展,电子设备中的大功率器件越来越多,对散热装置的要求也越来越高。此外,随着当前电子设备向着小型化、集成化发展,留给散热组件的空间也越来越小,因此大功率半导体器件在高功率密度下的散热能力亟待提高。为此本申请实施例提供了一种散热装置,用于改善电子设备内的大功率器件的散热效果。
如图1中所示,图1示例出了本申请实施例提供的散热装置10的应用场景,本申请实施例提供的散热装置10用于给大功率半导体器件40进行散热。如图1中所示,散热装置10与外部散热系统连接,以形成散热回路。示例性的,图1中的外部散热系统包括泵30以及冷凝器20,泵30及冷凝器20通过管道与散热装置10连通,并形成散热回路。散热回路内填充有流体,在泵30的作用下,流体可以在散热回路中流动,如图1中所示的箭头所示的方向为流体的流动方向,为方便描述,将流体的流动方向定义为第一方向。散热装置10上导热连接有大功率半导体器件40。在进行散热时,大功率半导体器件40产生的热量传递到散热装置10,并通过散热装置10传递到散热装置10内的流体中,流体温度升高,高温的流体在泵30的作用下进入到冷凝器20中冷凝降温形成低温流体,低温流体再次流入到散热装置10中,从而可以不断的将大功率半导体器件40产生的热量带走。
上述的大功率半导体器件40可以为不同的器件,如芯片、IGBT或者其他常见的大功率半导体器件。为方便描述,将大功率半导体器件简称为器件40。
如图2所示,图2示出了本申请实施例提供的散热装置的结构示意图。在图2中所示的散热装置包括一个散热壳体13,在图2中示例了散热壳体13为矩形壳体,但是在本申请实施例中对散热壳体13的形状不做具体限定,散热壳体13可以采用矩形、圆柱形或者椭圆形等不同的形状,图2中的矩形散热壳体13仅仅为一个示例。本申请实施例中的散热壳体13用于传递热量,因此散热壳体13具有导热功能,如采用具有良好导热功能的铜、铝、铁等材质制备而成的散热壳体13。散热壳体13设置有与散热通道连通的进液口11以及出液口12,并在与外部散热系统连通时,进液口11以及出液口12作为散热装置与外部散热系统连接的结构。在本申请实施例提供的进液口11及出液口12采用管状接口,但是在本申请实施例提供的进液口11及出液口12不仅限于图2中所示的具体结构,能够与散热系统的管道可导通连接的接口均可应用到本申请实施例中的进液口11及出液口12。
继续参考图2,散热壳体13的第一表面为平面,为方便描述,定义为第一平面131,第一平面131设置有三个散热区:第一散热区14a、第二散热区14b及第三散热区14c,三个散热区设置在进液口11与出液口12之间,且三个散热区沿散热壳体13内流体的流动方向排列,以使得散热通道内的流体在流动时可流经三个散热区。在散热装置与芯片配合时,每个散热区内至少设置一个器件,示例性的,每个散热区设置有一个器件;或者其中的一个散热区设置有一个器件,另外的一个散热区设置有两个或者两个以上器件;或者还可以每个散热区内设置有两个或者两个以上的器件等不同的情况。但是无论采用上述哪种方式,每个器件与散热壳体13之间导热连接,如器件通过导热胶与散热壳体13连接,或者器件直接与散热壳体13接触等不同的方式,只需要器件的热量能够传递到散热壳体13上即可。
应当理解的是,本申请实施例提供的散热装置不限定散热区的个数,可以为两个、三个、四个等不同的个数,只需要散热区的个数至少为两个即可。
如图3所示,图3示出了散热装置的分解示意图。散热装置的散热壳体包括两部分:散热板133以及散热盖132。在本申请实施例中,散热板133与散热盖132可拆卸的密封连接,如散热盖132与散热板133之间通过螺栓或者螺钉固定连接,且在连接处通过密封垫或者密封胶密封连接。当然也可以采用其他的已知的密封方式进行连接,在本申请实施例中不做具体限定。继续参考图3,进液口11以及出液口12设置在散热盖132背离散热板133的一面,散热区设置在散热板133背离散热盖132的一面。在散热板133盖盖合到散热板133上时,散热板133与散热盖132之间围成一个腔室,该腔室即为本申请实施例提供的散热通道15。继续参考图3,散热板133朝向散热盖132的一面设置有用于调整散热通道15内的流体流动方向的导流结构16,下面结合具体的附图对导流结构16进行详细说明。
如图4所示,图4示出了散热装置的内部结构示意图。如图4中所示,本申请实施例提供的导流结构16包括分流板161,分流板161的长度方向沿第一方向(流体在散热通道15内的流动方向)设置,并将散热通道15划分为主流道152以及分流道151。在图4中示例出了两个分流板161,两个分流板161将散热通道15划分成一个主流道152(两个分流板161之间的部分)以及两个分流道151(每个分流板161与散热壳体的侧壁之间的部分),但是在本申请实施例中并不具体限定分流道151的个数,即可以采用如图4中所示的两个分流道151,也可以采用一个分流道151。在采用一个分流板161划分时,分流板161与散热壳体一侧的侧壁形成主流通道,分流板161与散热壳体的相对的另一侧的侧壁之间形成分流道151。但是无论采用一个分流板161或者两个分流板161时,分流板161的结构形式相近似,下面以图4所示的分流板161为例对本申请实施例提供的主流道152以及分流道151进行说明。
继续参考图4,为方便描述,定义了第二方向,第二方向垂直于第一方向。分流板162设置在散热板133上,其长度方向沿第一方向设置。继续参考图4,散热区位于两个分流板162之间,如图4中所示,两个分流板162之间的宽度D1,散热区在第二方向的宽度为D2,其中,D2≤D1,上述的D1可以包含分流板162在第二方向上的宽度,也可以不包含,在此不做限定。上述D1的宽度即为主流道152的宽度,由图4可以看出,主流道152依次流经散热区,而分流道151位于主流道152外,并且分流道151内的流体不经过上述的散热区外,即分流道151在第一平面的投影位于至少两个散热区中任一个散热区在第一平面的投影外。
继续参考图4,分流板162靠近进液口11的一端设置有导流折弯结构,以便于从进液口11流入的流体可以通过分流板162流入到分流道151中。此外,分流板162在至少两个散热区中任意相邻的两个散热区之间的位置设置有用于汇入主流道152的通口,如图4中所示,三个散热区之间对应设置了两个通口,为方便描述,将两个通口分别命名:第一通口162及第二通口163,其中,第一通口162介于第一散热区14a与第二散热区14b之间,第二通口163介于第二散热区14b与第三散热区14c之间。在流体对散热装置连接的器件进行散热时,流体通过分流板162分成两股:位于主流道152的第一流体以及位于分流道151的第二流体。第一流体依次流经第一散热区14a、第二散热区14b及第三散热区14c,并对三个散热区上设置的器件进行散热,随着第一流体流经散热区的个数不断增多,第一流体的温度不断上升。而分流道151内的流体由于位于散热区外,热量传递到分流道151内流体的热量比较少,使得分流道151内的第二流体的温度低于第一流体的温度。而低温的第二流体通过通口汇入到高温的第一流体中时,汇流后形成的流体的温度降低,汇流后的流体在流经散热区时,可以改善对该散热区中的器件的散热效果。
流体在进入到散热通道15内时,第一流体及第二流体的温度均为T0,第一流体在流经第一散热区14a时,通多第一流体进行散热,流经第一散热区14a后,第一流体的温度上升到T1(T1>T0);第二流体在流入到第一通口162之前未对第一散热区14a中的器件散热,其温度仍为T0。在对第二散热区14b对应的器件散热时,温度为T1的第一流体以及温度为T0的部分第二流体混合后的流体的温度为T3(T0<T3<T1),相比与单纯采用继续升温为T1的第一流体对第二散热区14b进行散热,温度为T3的混合流体可以吸收更多的热量。混合流体在对第二散热区14b的器件散热后,温度升高为T4(T4>T3),在流入第三散热区14c时,温度为T0的部分第二流体汇入到温度为T4的混合流体后组成新的混合流体,新的混合流体的温度为T5(T5<T4),新的混合流体对第三散热区14c中的器件进行散热。由上述描述可以看出,通过设置的分流道151中的流体不断汇入到主流道152中以降低主流道152内的流体的温度,可有效地改善流体对散热区中的器件的散热效果。
由上述描述可以看出,在对散热区进行散热时,分流道151内的流体不流经所有的散热区,可以跳过前面部分的散热区,使得部分导热流体没有经过加热就加入到后面的散热区对应的主流道内对后面的散热区进行散热,以改善后面的器件的散热效果,提高多个发热器件散热的均匀性。对应每个散热区汇入的流体的多少直接影响到该散热区中器件的散热效果,但是不同散热区中的散热器件产生的热量不同,因此在设置分流道151及通口时,需要控制分流道151内的流体汇入到主流道152中的量。如图5中所示,图5中示例了分流道151汇入到主流道152中的流量的控制方式。继续参考图5,为了方便描述,将上述图4中的分流道151与主流道152中流通划分为三个流路:第一流路351为直接从进液口11流入到出液口12的流路;第二流路352为分流道151中流体通过第一通口162汇入到主流道152的流路;第三流路353为分流道151的流体通过第二通口163汇入到主流道152的流路。其中,第一流路351总流体阻力P351=△P1+△P2+△P3,△P1为第一散热区14a对应区域的流体阻力,△P2为第二散热区14b对应区域的流体阻力,△P3为第三散热区14c对应区域的流体阻力。第二流路352的总流体阻力P352=△P2+△P3+△P4,其中,△P4为进液口11到第一通口162之间的分流道151的流体阻力;第三流路353353的总流体阻力P353=△P3+△P4+△P5,△P5为进液口11到第二通口163之间的分流道151的流体阻力。针对不同功率和布置位置的热源,通过对流道的设计使第一流路351、第二流路352、第三流路353对应不同的流体阻力,改善各个流路的流量分配,达到最佳的散热和均温效果。
在具体设置分流道151时,可以采用分流道151的宽度为等宽的设计方式,或者采用宽度变化的方式设置。如图4中所示,沿流体流动的方向,分流道151逐渐变窄,其中位于进液口11与第一通口162之间的分流道151的宽度较大、位于第一通口162及第二通口163之间的分流道151的宽度较窄。以实现针对不同的散热要求;其中分流道151变化可以采用渐变,也可以采用阶梯形变化,在图4中采用分流道151呈阶梯形变窄,且沿流体的流动方向,任一通口两侧的分流道151的宽度不同。继续参考图4,在实现阶梯形变化时,通过散热盖上侧壁的厚度改变来实现的,如图4中分流板162的宽度不便,但是与分流板162相对应的散热盖的侧壁的厚度采用阶梯形变化:沿流体的流动方向,侧壁的厚度不断增大,从而使得侧壁与分流板162之间的分流道151的宽度呈阶梯形变化。如图5中所示,分流道151采用等宽度的分流道151,位于进液口与第一通口162之间的分流道151的宽度与位于第一通口162及第二通口163之间的分流道151的宽度相同。由上述描述可以看出,在本申请实施例中的分流道151的宽度可以根据需要进行设置,只需要满足:散热区对应的器件热量越大,位于该散热区上游的分流道151宽度越大。其中,散热区的上游指的是背离第一方向的方向,示例性的,第二散热区14b的上游的分流道151指代的是进液口11与第一通口162之间的分流道151,第三散热区14c的上游的分流道151指代的是第一通口162与第二通口163之间的分流道151,以实现针对不同散热区的器件产生的热量调整低温流体加入量,改善散热效果。
继续参考图5,由图5可以看出,分流道的通口处设置有用于将分流道内的流体导入到主流道内的导向结构164。导向结构164插入到主流道中,且沿流体的流动方向倾斜,以便于分流道的流体可以更好的混入到主流道中。应当理解的是,图5中示出的导向结构164仅仅为了方便理解导向结构164的设置位置,并不代表导向结构164的实际尺寸,导向结构164插入的深度应该不影响主流道的流体对散热区对应的器件散热。示例性的,导向结构164在第一平面的垂直投影位于其相邻的两个散热区在第一平面的垂直投影外,以避免导向结构164影响到散热。即导向结构164在第二方向的最小宽度应该大于散热区的宽度,以避免设置的导向结构164影响到主流道中的流体对散热区对应的器件的散热效果。
继续参考图4及图5,分流板161设置在散热壳体13内时,可以与散热壳体13为一体结构,也可以采用分体结构。在采用分体结构时,分流板161可以通过粘接、铆接或者通过螺纹连接件(螺栓或螺钉)与散热板固定连接。其中分流板161可以采用树脂、塑料或者其他导热系数比较低的材料制备而成。在分流板161与散热壳体13为一体结构时,分流板161与散热板可以采用冲压、注塑的方式制备而成,并且分流板161上设置有一层隔热层,隔热层可以为隔热涂层或者隔热材料包裹在分流板161上,以降低主流道通过分流板161传递到分流道内的流体的热量。
继续参考图4,为改善散热效果,在主流道内设置有与每个散热区对应的多个散热翅片。如图4中所示的,第一散热区14a对应阵列排列的多个第一散热翅片17a、第二散热区14b对应阵列排列的多个第二散热翅片17b、第三散热区14c对应阵列排列的多个第三散热翅片17c。第一散热翅片17a、第二散热翅片17b及第三散热翅片17c与散热板采用一体结构制备而成。上述的散热翅片的形状可以为圆柱形、片状、梭子状等不同的形状,在本申请中不具体限定。继续参考图4,在图4中,本申请实施例提供的每个散热翅片阵列中的散热翅片的密度相同,即第一散热翅片17a的阵列中密度等于第二散热翅片17b的阵列的密度、第二散热翅片17b的阵列的密度等于第三散热翅片17c的阵列的密度。流体在主流道中流动时,依次流经第一散热翅片17a、第二散热翅片17b、第三散热翅片17c,散热区中的器件产生的热量通过散热板传递到散热翅片上,在流体流经散热翅片时,增大了与散热壳体13的接触面积,从而提高了热交换效果,进而可以有效的改善对器件的散热效果。
如图6所示,图6示例出了本申请实施例提供的另一种散热装置。在图6中所示的散热翅片阵列的散热翅片的密度不同,且沿流体的流动方向、散热翅片阵列的密度逐渐增大。如图6中所示的第一散热翅片17a的阵列中密度小于第二散热翅片17b的阵列的密度、第二散热翅片17b的阵列的密度小于第三散热翅片17c的阵列的密度,从而使得流体在流动过程中,逐渐增大流体与散热壳体13的接触面积。由流体对器件散热的描述可以看出,流体在流经越靠后的散热区时,流体的温度会升高,而通过增大与散热壳体13的散热面积可以有效的改善散热效果。在散热区采用至少两个时,沿流体的流动方向,至少两个散热区对应的多个散热翅片的密度逐渐增大,以增大换热效果。当然本申请实施例提供的散热翅片的设置方式不仅限于图6中所示例的散热翅片的阵列的密度逐渐增大的方式,还可以采用多个散热区中,散热区对应的器件热量越大,该散热区对应的多个散热翅片的密度越大,即每个散热翅片的阵列中的密度根据散热区对应的器件产生的热量而定,产生的热量越大,对应的散热翅片密度越大。示例性的,如第二散热区14b对应的器件产生的热量比较大,则第二散热区14b对应的第二散热翅片17b的密度就比较大。
由上述描述可以看出,本申请实施例提供的散热翅片的排布方式可以根据需要设置,既可以采用散热翅片的阵列等密度的设置方式,也可以采用非等密度的方式设置,图4及图6仅仅为一个具体的示例,在本申请实施例中提供的散热翅片的密度可以根据实际需要而定。
本申请实施例还提供了一种通信设备,该通信设备包括上述任一项的散热装置,以及设置在散热装置的每个散热区的器件。如图1中所示,图1示例出了通信设备的整个散热系统,其中,散热系统包括泵30以及冷凝器20,泵30及冷凝器20通过管道与散热装置10连通,并形成散热回路。散热回路内填充有流体,在泵30的作用下,流体可以在散热回路中流动,如图1中所示的箭头所示的方向为流体的流动方向,为方便描述,将流体的流动方向定义为第一方向。散热装置10上导热连接有大功率半导体器件40。在进行散热时,大功率半导体器件40产生的热量传递到散热装置10,并通过散热装置10传递到散热装置10内的流体中,流体温度升高,高温的流体在泵30的作用下进入到冷凝器20中冷凝降温形成低温流体,低温流体再次流入到散热装置10中,从而可以不断的将大功率半导体器件40产生的热量带走。其中,流体在散热装置10内的流动方式可以参考上述散热装置中的相关描述。通过主流道内的流体对散热区进行散热。并且通过分流道内的低温流体汇入到主流道内降低位于下游的散热区对应的主流道部分的流体的热量,改善了散热区对器件散热的效果。
以上,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。