CN111384011B - 散热装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种散热装置及方法，其中，该方法包括：在电子设备的传统设置的第一散热器上设置独立的第二散热器，该第二散热器直接与芯片等发热量大的器件连接，该第二散热器的蒸发腔与发热器件接触，发热器件将热量传导至蒸发腔中的液态工质，液态工质转换为气态工质并将热量带入管路中散热，散热后气态工质转换为液体工质又回落至蒸发腔，采用上述方案，解决了相关技术中电子设备的发热器件不能高效散热的问题，对电子设备中的发热器件进行高效散热，另一方面避免了由于芯片散热问题导致的第一散热器的体积过大。

Description

散热装置及方法

技术领域

本申请涉及但不限于电子设备领域，具体而言，涉及一种散热装置及方法。

背景技术

在相关技术中，电子产品中芯片温度过高会影响其性能和寿命，是限制电子技术水平进步的瓶颈之一；在通讯基站产品中，为了确保芯片散热通畅，芯片通过贴壳将热量传导至整机金属外壳，外壳作为散热器，再通过自然散热方式将热量传导至环境。

第五代移动通信系统5G通讯多天线、高集成、大容量、高速率的发展趋势，使得通讯基站形态从原来远端射频模块(Remote Radio Unit，简称为RRU)向大尺寸的有源天线处理单元(Active Antenna Unit，简称为AAU)产品方向发展。自然散热5G AAU产品，高度尺寸从原来的300～400mm增加到800～1000mm后，上下气流的热级联问题非常严重，大大削弱了自然散热效率。为了有效解决热级联问题，散热齿通常采用特定的V形布局。

5G AAU产品中，现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称为FPGA)、调制与编码策略(Modulation and Coding Scheme，简称为MCS)等高热耗、高功率密度的芯片，是整机的散热瓶颈，往往由于散热不畅，容易在印制电路板(Printed CircuitBoard，简称为PCB)板和散热器上形成局部热点，提高分布在其周围的芯片工作温度，降低整机的散热能力。目前，解决这种局部热点问题的常用方式：引入均温材料将局部热点的热量传导至低温区，均温措施，收益有限且成本较高；通过提高散热器体积，增加散热面积，这种方式会造成产品笨重，生产难度和成本显著提升。

使用独立散热器对高热耗芯片散热，是一种收益显著且节约成本的方案。目前，常见芯片散热器的设计思路，大多基于强制对流原理；散热器由底座、散热齿、风扇组成，芯片产生的热量通过导热传导至底座和散热齿，再由风扇引起的空气强制对流带走散失到环境；为了提升散热能力，散热器底座往往还会嵌入热管。这类散热器，存在结构形式与AAU散热器的布局兼容性差，引入运动部件降低系统可靠性等问题，难以在AAU系统中广泛应用。

针对相关技术中电子设备的发热器件不能高效散热的问题，目前还没有有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种散热装置及方法，以至少解决相关技术中电子设备的发热器件不能高效散热的问题。

根据本申请的另一个实施例，还提供了一种散热装置，包括：第一散热器，连接至待散热设备，用于传导所述待散热设备产生的热量，其中，所述待散热设备中包括一个或多个发热器件；第二散热器，固定于所述第一散热器上，其中，所述第二散热器包括：蒸发腔，设置于与所述发热器件接触的一端，所述蒸发腔中存储有工质；管路，与所述蒸发腔连通，用于传导被加热的所述工质，和被冷凝的所述工质。

根据本申请的另一个实施例，还提供了一种散热方法，包括：热量被发热器件产生，并传导至第二散热器的蒸发腔，所述热量被所述蒸发腔内存储的工质吸收，所述工质由液态转换为气态，并上升进入与所述蒸发腔连通的管路；所述热量在所述气态工质上升过程中被传导至所述管路，通过所述管路壁面和所述管路上的高密齿散失到外部环境。

通过本申请，在电子设备的传统设置的第一散热器上设置独立的第二散热器，该第二散热器直接与芯片等发热量大的器件连接，该第二散热器的蒸发腔与发热器件接触，发热器件将热量传导至蒸发腔中的液态工质，液态工质转换为气态工质并将热量带入管路中散热，散热后气态工质转换为液体工质又回落至蒸发腔，采用上述方案，解决了相关技术中电子设备的发热器件不能高效散热的问题，对电子设备中的发热器件进行高效散热，另一方面避免了由于芯片散热问题导致的第一散热器的体积过大。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1a是根据本申请实施例的散热装置的结构示意图；

图1b是根据本申请另一个实施例的散热装置的结构示意图；

图2是根据本申请另一个实施例的散热装置的结构图；

图3是根据本申请实施例的散热方法流程图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

本申请文件的方案可以应用于相关技术中的电子设备，例如5G AAU产品中，或者其他芯片等发热量大的电子设备，但是不局限于此。

实施例一

根据本申请的一个实施例，提供了一种散热装置，图1a是根据本申请实施例的散热装置的结构示意图，如图1a所示，该散热装置包括：

第一散热器11，连接至待散热设备12，用于传导所述待散热设备12产生的热量，其中，所述待散热设备12中包括一个或多个发热器件13；

第一散热器11可以是相关技术中为电子设备设置的散热器，可能由于芯片的发热量过大而使得第一散热器11的体积过大。

第二散热器14，固定于所述第一散热器11上，其中，所述第二散热器14包括：

蒸发腔141，设置于与所述发热器件13接触的一端，所述蒸发腔141中存储有工质；

管路142，与所述蒸发腔141连通，用于传导被加热的所述工质，和被冷凝的所述工质。

管路142可以与地面垂直或者呈一定角度，不与地面平行，使得工质吸热后转换为气态工质进行上升，气态工质散热后转换液态工质回落至蒸发腔141中，液态工质可以顺着管路142的内壁流下。

可选地，第一散热器11体积比第二散热器14大，第二散热器14仅为一个金属散热通道，而第一散热器11可以是一块金属，固定方式可以包括焊接等方式。

发热器件13可以是芯片等发热量大的电子器件，可以将多个发热器件13通过一个第二散热器14进行散热，也可以为每个发热器件13设置一个第二散热器14。

通过本申请，在电子设备的传统设置的第一散热器11上设置独立的第二散热器14，该第二散热器14直接与芯片等发热量大的器件连接，该第二散热器14的蒸发腔141与发热器件13接触，发热器件13将热量传导至蒸发腔141中的液态工质，液态工质转换为气态工质并将热量带入管路142中散热，散热后气态工质转换为液体工质又回落至蒸发腔141，采用上述方案，解决了相关技术中电子设备的发热器件13不能高效散热的问题，对电子设备中的发热器件13进行高效散热，另一方面避免了由于芯片散热问题导致的第一散热器11的体积过大。

可选地，所述第一散热器11的外部设置有高密散热齿。通过设置高密散热齿来增大散热器的表面积，加大散热面积。

可选地，所述管路142内部光滑，外部设置有高密散热齿，设置方式与所述第一散热器11外部的高密散热齿的布局相同。即管路142外部的散热齿不影响第一散热器11形成的散热布局，而是尽可能的融入第一散热器11的散热格式。

可选地，所述蒸发腔141与所述管路142的连通处设置有通孔，其中，所述通孔的内径与所述管路142的内径相同，从而对工质的流动不形成任何阻挡。

可选地，所述蒸发腔141设置于所述第二散热器14的冷端，并与所述待散热设备12的芯片接触。

可选地，所述蒸发腔141通过凸台与所述芯片接触，其中，所述凸台与所述芯片的接触面积不小于所述芯片的表面积。为了减小接触热阻，在芯片1表面附着一层导热界面材料，所述芯片与所述凸台之间填充有导热材料。

可选地，所述蒸发腔141为长方体或者半球体，或者是其他形状空腔体，所述蒸发腔141内部存储有所述工质。工质可以丙酮、去离子水等。

下面结合本申请另一个实施例进行说明。

本申请另一个实施例中涉及一种用于电子设备散热的装置，尤其涉及通讯领域的第5代移动通信系统5G有源天线处理单元(Active AntennaUnit，简称为AAU)等大尺寸自然散热产品中大热耗、高功率密度器件的散热。

为确保基站在室外恶劣气候条件下稳定可靠工作，一般都选择无运动部件、自然散热冷却方式。AAU产品中，芯片通过贴壳将热量传导至整机散热器，散热器再通过自然散热方式将热量传导至环境。

5G通讯高集成、大容量的发展趋势，使得通讯基站形态从RRU向大尺寸的AAU产品方向发展。AAU系统中，存在多颗大热耗、高功率密度的芯片，这些芯片通常是散热瓶颈器件，容易在PCB板和散热器上形成局部热点，提高分布在其周围的芯片工作温度；对于竖立安装的设备，还会导致严重的热级联效应；降低整机的散热能力。

本申请作为一种独立于整机散热器的散热装置，将高热耗的瓶颈器件的热量导出设备，避免瓶颈器件造成局部热点；本装置的结构形式与系统具有较好的融合性，不与设备散热器的散热通路产生干涉；该装置由于整体结构形式简单，生产成本较低；使用该装置，能够有效消除散热瓶颈，显著提升了5G AAU大尺寸设备体积功率密度。

本申请另一个实施例解决的技术问题：

1)解决大热耗、高功率密度芯片的散热问题；

2)消除系统中的局部热点；

本申请另一个实施例采用的核心技术手段：

1)对大热耗、高功率密度芯片独立散热；

2)利用热管原理将热量导出设备，消除局部热点；

3)热管上嵌套高密齿，强化散热；

4)高密齿型可根据AAU散热器齿型调整，不对设备的散热器流道产生干涉；

5)冷凝工质依靠重力驱动回流，冷、热工质在同一管路中流动形成循环，整体结构形式简单。

图1b是根据本申请另一个实施例的散热装置的结构示意图，如图1b所示，独立散热器A，固定到散热齿按“V”型布局的散热器B上，固定方式包括图1b示意的两种，图1b中处于中间位置的图示意的是将独立散热器A设置在散热器B的外部，图1b最右侧图示意的是将独立散热器A设置在散热器B的内部，固定方式可以通过包括但不限于螺钉紧固、粘贴、焊接的工艺，实现独立散热器A与散热器B的连接；

独立的散热器A冷端有充满工质的蒸发腔，与散热器结合后，蒸发腔通过壁面与发热器件外壳充分接触，热量通过壁面传递给蒸发腔内的液态工质，工质吸热汽化，在压力的驱动下携带热量进入与蒸发腔联通的竖直管路，热量被导出设备外部；

汽化工质在竖直管路内自底部向顶部流动，逐渐释放热量凝结；

嵌套在管路上的高密散热齿，确保散热器与环境有足够的接触面积，热量通过自然对流充分散失到环境中；

竖直管路的长度、管径，与发热器件的热耗匹配，确保汽化工质流动顺畅放热充分；竖直管路轴线沿竖直方向，冷凝后的工质能够依靠重力沿管壁回流；

高密散热齿能够加大散热器的换热面积，数量、形状与散热器B的齿型匹配，与“V”型通道融合，不干涉散热通道，确保散热器B气流通畅；

同一设备上，可以多个发热器件共用一个独立散热器A，也可以根据发热器件数量使用多个独立散热器A；

本申请另一个实施例的方案记载了以下技术方案：

1)利用独立散热器将大热耗器件热量导出整机外部；

2)独立散热器工质流通管路内没有毛细结构，内表面充分光滑，通过竖直安装，利用重力驱动冷凝工质回流，气液两相在同一管路中流动形成循环；

3)工质流通管路的管径、长度与器件发热量相匹配，确保工质流动顺畅，热交换充分；

4)工质流通管路上嵌接有高密齿，增大散热面积，强化散热；

5)高密齿的齿型与整机散热器齿型相匹配，不干涉散热流道；

需要补充的是，因应用场景不同，工质流通管路轴线可以与竖直方向有一定夹角；该装置的应用场景不限于散热齿“V’型布局散热器，也可以在直齿、斜齿或其他形式的散热器上应用；高密散热齿的数量、形状应该与应用场景相匹配，具体形式不做具体限制；独立散热器可以没有散热齿，工质流通管路镶嵌在整机散热器的散热齿上，与整机散热器融为一体；

图2是根据本申请另一个实施例的散热装置的结构图，如图2所示，标号1为芯片，标号2为蒸发腔，标号3为管路，标号4为散热齿，标号5为凸台。

本散热装置由蒸发腔、管路、散热齿、凸台组成。蒸发腔2是一个长方体空腔，作为蒸发段；蒸发腔一侧面通过凸台5与芯片1表面接触，且该接触面的面积略大于芯片1的表面积，确保接触充分；工质通过蒸发腔2壁面吸收芯片1产生的热量而汽。蒸发腔2上端面开有一个直径与管路3内径相等的通孔，通过焊接的方式与管路3联通；蒸汽沿蒸发腔2上端的通孔进入管路3；管路3给汽化工质一个足够长的上升通道。在管路3上串有散热齿4，散热齿4有加大散热面积的作用；管路3与散热齿4共同组成冷凝段，汽化的工质在冷凝段自底向上流动过程中充分放热冷凝。管路3是内没有毛细结构，是内表面充分光滑的管，凝结工质在重力驱动下流回蒸发段；冷热工质在同一管路中实现循环。

芯片1通过蒸发腔2一侧凸台5与蒸发腔2接触。凸台5的四角各有一个螺纹孔，使用螺钉与螺纹孔配合将芯片1固定在凸台5表面，确保充分接触，热量能够顺畅导给蒸发腔2。为了减小接触热阻，在芯片1表面附着一层导热界面材料。

散热齿4的形状、尺寸不限于图示形式，可根据实际应用需求确定；管路3的截面形状不限于圆形，也可是矩形或其它可用的形状；蒸发腔2的外形不限于长方体，也可是半球体等形式；芯片1与蒸发腔2间的固定方式不限于螺钉固定，也可是粘贴等其它能够确保芯片表面与蒸发腔表面良好接触的形式。

采用上述方案，与相关技术相比，

1)自然散热的设备，通过加大散热器体积解决大热耗的颈器件散热，散热器散热效率降低；本申请可有效解决大热耗器件的散热，提升5G AAU大尺寸产品单位体积功率密度；

2)对大热耗器件独立散热，消除了设备中的局部热点，避免大量均温材料的引入，降低整机散热器的生产难度和成本。

即本申请的方案，有效解决了大热耗器件的散热，提升了大尺寸设备自然散热效率。有效消除大热耗器件在设备中造成的局部热点，避免引入均温材料；有效提升5G AAU类大尺寸自然散热设备散热效率，节省了产品体积，提高了产品竞争力；能够支持更大功率的自然散热设备实现。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

实施例二

根据本申请的实施例还提供了一种散热方法，图3是根据本申请实施例的散热方法流程图，如图3所示，包括以下步骤：

步骤S302，热量被发热器件产生，并传导至第二散热器的蒸发腔，所述热量被所述蒸发腔内存储的工质吸收，所述工质由液态转换为气态，并上升进入与所述蒸发腔连通的管路；

该第二散热器可以固定于第一散热器上，第一散热器可以是相关技术中发热设备的散热器。

步骤S304，所述热量在所述气态工质上升过程中被传导至所述管路，通过所述管路壁面和所述管路上的高密齿散失到外部环境。

环境即是发热器件的外部空间。

在电子设备的传统设置的第一散热器上设置独立的第二散热器，该第二散热器直接与芯片等发热量大的器件连接，该第二散热器的蒸发腔与发热器件接触，发热器件将热量传导至蒸发腔中的液态工质，液态工质转换为气态工质并将热量带入管路中散热，散热后气态工质转换为液体工质又回落至蒸发腔，采用上述方案，解决了相关技术中电子设备的发热器件不能高效散热的问题，对电子设备中的发热器件进行高效散热，另一方面避免了由于芯片散热问题导致的第一散热器的体积过大。

可选地，所述气态工质冷凝为液态工质，并沿所述管路回流至所述蒸发腔。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述模块均位于同一处理器中；或者，上述各个模块以任意组合的形式分别位于不同的处理器中。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本申请的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本申请不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种散热装置，其特征在于，包括：

第一散热器，连接至待散热设备，用于传导所述待散热设备产生的热量，其中，所述待散热设备中包括多个发热器件；

第二散热器，固定于所述第一散热器上，所述第二散热器用于对发热量大的发热器件进行散热；

其中，所述第二散热器包括：

蒸发腔，设置于与所述发热器件接触的一端，所述蒸发腔中存储有工质；

管路，与所述蒸发腔连通，用于传导被加热的所述工质，和被冷凝的所述工质；

其中，所述第一散热器的外部设置有高密散热齿；

其中，所述管路内部光滑，外部设置有高密散热齿，设置方式与所述第一散热器外部的高密散热齿的布局相同；

其中，所述蒸发腔通过凸台与所述待散热设备的芯片接触，所述芯片与所述凸台之间填充有导热材料。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸发腔与所述管路的连通处设置有通孔，其中，所述通孔的内径与所述管路的内径相同。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸发腔设置于所述第二散热器的冷端。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述蒸发腔为长方体或者半球体，所述蒸发腔内部存储有所述工质。

5.一种散热方法，其特征在于，应用于权利要求1-4任一项所述的散热装置，包括：

热量被发热器件产生，并传导至第二散热器的蒸发腔，所述热量被所述蒸发腔内存储的工质吸收，所述工质由液态转换为气态，并上升进入与所述蒸发腔连通的管路；

所述热量在所述气态工质上升过程中被传导至所述管路，通过所述管路壁面和所述管路上的高密散热齿散失到外部环境；

其中，所述管路内部光滑，外部设置有高密散热齿，设置方式与第一散热器外部设置的高密散热齿的布局相同；

其中，所述蒸发腔通过凸台与待散热设备的芯片接触，所述芯片与所述凸台之间填充有导热材料；

其中，所述发热器件包括多个，所述第二散热器用于对发热量大的发热器件进行散热。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，

所述气态工质冷凝为液态工质，并沿所述管路回流至所述蒸发腔。