CN116847643B - 一种可扩展的电子设备散热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可扩展的电子设备散热结构，包括散热承载结构以及依次交叉垂直叠放在散热承载结构内的电子模块层和中间层冷板，最上层的电子模块层上还设置有顶层冷板，电子模块层包括多块沿水平方向扩展延伸的电子模块，散热承载结构内具有沿其内壁周向延伸的液冷流道，液冷流道的两侧具有相对设置的进液口和出液口，散热承载结构底部还具有多条顺次排列的散热通道，散热通道与液冷流道连通。本发明中的每一层电子模块层均具有与其对应的散热件对其两侧进行充分散热，在不显著增加电子设备厚度的情况下，大幅提升其散热能力，且使得电子设备仍然同时具备水平面内和垂直方向的可扩展性，利于电子设备的发展。

Description

一种可扩展的电子设备散热结构

技术领域

本发明属于电子设备散热技术领域，尤其涉及一种可扩展的电子设备散热结构。

背景技术

轻薄化和模块化是电子设备发展的方向。为了实现这一目标，通常把电子设备按不同功能分割成多个模块，并且沿模块厚度方向堆叠排布。但因受到尺寸空间的限制，常规液冷、风冷散热方式散热能力有限，电子设备的功率难以提升，主要体现在：

（1）由于电子设备中模块垂直堆叠布局，模块与模块之间的电气互联和机械互联接口占用了大量面积，留给散热用的空间有限；

（2）常规的液冷连接器和液冷管路因占用较多的高度空间被限制使用，使得供液网络的空间布局不够灵活；

（3）热源呈现水平面内阵列排布，高度方向多层堆叠的特点，冷却液难以有效输送至所有热源的就近位置，使得堆叠在上层的模块散热问题尤为突出；

如中国发明专利CN201610305652.5，公开了一种可扩展高集成有源相控阵天线，通过内嵌微流道的热控结构实现对高功率模块的散热，其热量需要通过壳体沿垂直方向传导至微流道表面，传热路径长，传热截面积小，会导致散热能力受限，同时其不能在垂直方向上扩展，位于上层的模块散热较为困难，即散热问题限制了电子设备的轻薄化和模块化发展。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种可扩展的电子设备散热结构，每一层电子模块层均具有与其对应的散热件对其两侧进行充分散热，在不显著增加电子设备厚度的情况下，大幅提升其散热能力，且使得电子设备仍然同时具备水平面内和垂直方向的可扩展性，利于电子设备的发展。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种可扩展的电子设备散热结构，包括散热承载结构以及依次交叉垂直叠放在所述散热承载结构内的电子模块层和中间层冷板，最上层的所述电子模块层上还设置有顶层冷板，所述电子模块层包括多块沿水平方向扩展延伸的电子模块。

在一个实施方式中，所述散热承载结构内具有沿其内壁周向延伸的液冷流道，所述液冷流道的两侧具有相对设置的进液口和出液口，所述散热承载结构底部还具有多条顺次排列的散热通道，所述散热通道与所述液冷流道连通，通过本实施方式，利用散热承载结构作为形成电子模块层以及中间层冷板的容纳空间的同时，在散热承载结构内设置的液冷流道形成电子设备液冷通道，几乎不增加额外空间，实现了电子设备的轻薄化，其底部设置的散热通道为与其紧邻的电子模块层进行散热。

在一个实施方式中，所述液冷流道还具有与中间层冷板的进液口连通的分流流道，所述液冷流道上开设有与所述中间层冷板连通的分流进液口，以形成分流流道。

在一个实施方式中，所述液冷流道的外侧设置有与其连通的汇流流道，所述汇流流道通过汇流出液口分别与每一层中间层冷板的出液口连通，所述汇流流道与液冷流道的出液口连通。

在一个实施方式中，所述顶层冷板上还安装有后盖板，所述后盖板的边缘与所述散热承载结构的围框密封连接，通过本实施方式，用于保护内部电子模块。

在一个实施方式中，所述中间层冷板以及顶层冷板内均设置有第二散热流道，第二散热流道的进液口均与液冷流道的出液口连接，第二散热流道的出液口均与所述汇流流道连通。

在一个实施方式中，所述中间层冷板以及所述顶层冷板上分别设置有第一凸起结构与第二凸起结构，所述第一凸起结构以及所述第二凸起结构均与第二散热流道连通，相邻两层中间层冷板之间的第一凸起结构相互连通，顶层冷板上的第二凸起结构与中间层冷板的第一凸起结构连通。

在一个实施方式中，所述第一凸起结构包括凸出所述中间层冷板的第一下台阶孔以及上台阶孔，所述上台阶孔与所述第一下台阶孔之间形成与中间层冷板的第二散热流道连通的第一通液孔。

在一个实施方式中，所述第二凸起结构包括凸出所述顶层冷板的第二下台阶孔，所述第二下台阶孔具有与所述顶层冷板的第二散热流道连通的第二通液孔。

在一个实施方式中，所述第一下台阶孔以及所述第二下台阶孔内均安装有液冷连接器。

本发明的有益效果在于：

（1）、通过创新液冷流道的设计，可以方便地把冷却液按需送达至主要热源的就近位置，大幅缩短传热链路，使得电子装备的散热能力从1kW级提升至10kW级。

（2）、散热流道内嵌于承载结构中，实现了散热功能与结构体的一体化设计制造，省去了液冷管道，几乎没有增加额外空间，实现了电子设备的轻薄化。

（3）、可以方便地实现水平和垂直两个方向的扩展，最大限度地复用标准电子模块和标准冷板，可以根据应用需求快速组合，缩短研制周期，降低成本，即水平扩展时，只需增加电子模块数量，同时相应增加散热承载结构上的散热流道、分流进液口和汇流出液口数量即可，散热承载结构上的液冷流道拓扑结构保持不变，而在垂直方向上，只需增加电子模块层和中间层冷板层数即可。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了本发明的一个实施例的结构示意图；

图2显示了本发明的散热承载结构流道的结构示意图；

图3显示了本发明的中间层冷板的结构示意图；

图4显示了本发明的顶层冷板的结构示意图；

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。

附图标记：

1-散热承载结构，2-后盖板，3-第一电子模块层，4-中间层冷板，5-第二电子模块层，6-顶层冷板，7-第一液冷连接器，8-第二液冷连接器；

11-液冷流道，13-第一散热流道，31-第一下散热面，32-第一上散热面，41-第一凸起结构，42-第二散热流道，51-第二下散热面，52-第二上散热面，61-第二凸起结构，62-第三散热流道；

111-进液口，112-第一分流流道，113-第二分流流道，114-第一分流进液口，115-第二分流进液口，121-出液口，122-第一汇流流道，123-第二汇流流道，124-第一汇流出液口，125-第二汇流出液口，411-第一下台阶孔，412-第一通液孔，413-第一上台阶孔，611-第二下台阶孔，612-第二通液孔。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种可扩展的电子设备散热结构，包括散热承载结构1以及依次交叉垂直叠放在散热承载结构1内的电子模块层和中间层冷板4，最上层的电子模块层上还设置有顶层冷板6，电子模块层包括多块沿水平方向扩展延伸的电子模块，散热承载结构1底部具有沿其内壁周向延伸的液冷流道11，液冷流道11的两侧具有相对设置的进液口111和出液口121，散热承载结构1底部还具有多条顺次排列的第一散热流道13，第一散热流道13与液冷流道11连通，液冷流道11还具有与中间层冷板4的进液口连通的分流流道，液冷流道11上开设有与中间层冷板4连通的分流进液口，以形成分流流道，液冷流道11的外侧设置有与其连通的汇流流道，汇流流道通过汇流出液口分别与每一层中间层冷板4的出液口连通，汇流流道与液冷流道11的出液口连通；

需要说明的是，当电子模块层为p层时，则中间冷板层为p-1层，电子模块层与中间冷板层交替布置，最下方的电子模块层安装在散热承载结构1上，最上方的电子模块层上安装一层顶层冷板6，即保证每一层电子模块层的上下散热面均可与散热承载结构1、中间层冷板4或顶层冷板6其中之一紧贴，而每层电子模块层则按2*n个电子模块排列，沿n的方向电子模块数量可水平扩展，中间层冷板4以及顶层冷板6沿垂直方向均与电子模块一一对应即可，层数可垂直扩展，即在不显著增加电子设备厚度的情况下，大幅提升其散热能力，且使得电子设备仍然同时具备水平面内和垂直方向的可扩展性，利于电子设备的发展；

在一个实施例中，如图1至图4所示，散热承载结构1为盒式构型，散热承载结构1的内部设置有液冷流道11，液冷流道11包括进液口111、第一分流流道112、第二分流流道113、第一汇流流道122、第二汇流流道123、第一散热流道13以及出液口121，第一散热流道13共16个支路，给第一电子模块层3中的大功率芯片散热；

具体地，第一分流流道112和第一汇流流道122位于散热承载结构1的左侧，分别通过4个第一分流进液口114和4个第一汇流出液口124与4个左侧排布的中间层冷板4的进液口和出液口相连，而第二分流流道113和第二汇流流道123位于散热承载结构1的右侧，分别通过4个第二分流进液口115和4个第二汇流出液口125与4个右侧排布的中间层冷板4的进液口和出液口相连；

具体地，如图1和图3所示，中间层冷板4内部设置有第二散热流道42，用于对第一电子模块层3的第一上散热面32以及第二电子模块层5的第二下散热面51散热，中间层冷板4上设置有2个第一凸起结构41，在第一凸起结构41上分别设置进液口和出液口，进液口和出液口均由第一下台阶孔411、第一通液孔412和第一上台阶孔413组成，第一通液孔412的直径为3mm，与第二散热流道42从侧面联通，用于冷却液流入中间层冷板4，第一液冷连接器7安装于第一下台阶孔411内，用O型圈径向密封，第一液冷连接器7用于实现散热承载结构1与中间层冷板4的流体连通；

如图4所示，顶层冷板6与中间层冷板4的主体结构一致，其内设置第三散热流道62，顶层冷板6上的第二凸起结构61设置有进液口和出液口，进液口和出液口均由第二下台阶孔611和第二通液孔612组成，第二通液孔612与顶层冷板6上的第三散热流道62从侧面联通，用于冷却液流入顶层冷板6，第二液冷连接器8安装于第二下台阶孔611内，用O型圈径向密封，第二液冷连接器8用于实现顶层冷板6与中间层冷板4之间的流体连通；

需要说明的是，如图2所示，外部供给的冷却液从进液口111流入后，分成2路分别流入左侧的第一分流流道112和右侧的第二分流流道113，第一分流流道112的冷却液大部分流入q条第一散热流道13给第一电子模块层3的第一下散热面31散热，再从右侧的第二汇流流道123流出，另一部分经过左侧的4个第一分流进液口114流入左侧的中间层冷板4和顶层冷板6，给左侧各层的电子模块层进行散热，而位于进液口111右侧的第二分流流道113的冷却液全部经过右侧的4个第二分流进液口115流入右侧的中间层冷板4和顶层冷板6中，给右侧各层的电子模块层进行散热，流经所有中间层冷板4和顶层冷板6的冷却液吸收热量后分别从左侧的第一汇流出液口124流进左侧的第一汇流流道122，以及从右侧的第二汇流出液口125流进左侧的第一汇流流道122，最后从出液口121流出，带走热量；

即本实施例中，冷板充分与电子模块层进行贴合接触，整个液冷流道11一部分设置在散热承载结构1内，一部分位于中间层冷板4以及顶层冷板6内，且中间层冷板4之间，以及中间层冷板4与顶层冷板6之间，散热承载结构1与中间层冷板4之间利用垂直空间进行冷却液的循环流通，充分利用了电子设备的内部空间，几乎不占用额外的空间，而且该液冷流道11的设计还可以十分方便地把冷却液按需送达至主要热源的就近位置，大幅缩短传热链路，使得电子装备的散热能力从常规结构的1kW级大幅提升至10kW级，使电子设备的发展不受散热能力的影响而遭到限制；

进一步地，利用散热承载结构1作为形成第一电子模块层3、第二电子模块层5以及中间层冷板4的容纳空间的同时，在散热承载结构1内设置的液冷流道11形成电子设备液冷通道，实现了散热功能与结构体的一体化设计制造，省去了液冷管道，几乎不增加额外空间，实现了电子设备的轻薄化，其底部设置的第一散热流道13为第一电子模块层3进行散热；

在一个实施例中，电子设备的主要发热器件设置在第一电子模块层3内，且通过第一电子模块层3的下散热面紧贴散热承载结构1的内表面散热，提高散热效率，而散热承载结构1内的散热流道采用微通道形式，发热器件位于散热流道的正上方，相邻的2条散热流道之间的边距要大于焊接安全距离，保证焊接可靠；

进一步地，如图1所示，每路第一散热流道13的总宽度为9mm，翅片厚1mm，单根微通道宽1mm；第一分流流道112和第二汇流流道123宽度为30mm，保证流过更大的流量；第二分流流道113和第一汇流流道122宽度为10mm，所需流量满足第一电子模块层3的上散热面和第二电子模块层5的散热要求即可；中间层冷板4和顶层冷板6的流道内翅片厚1mm，单根微通道宽2.5mm，用以适配散热承载结构1上流道的流阻，保证流量的合理分配，实现了第一散热流道13中16个支路的流量各1.3至1.5L/min，8个中间层冷板4的流量各0.3至0.35L/min，8个顶层冷板6的流量各0.15至0.2L/min，所有电子模块的总热耗为15.86kW，其中，通过散热承载结构1散走的热量为15.36kW；通过其余冷板散走的热量总和为0.5kW，在同样空间大小下，常规的液冷散热结构，由于模块的垂直堆叠布局、模块与模块之间的电气互联和机械互联接口占用了大量面积导致散热用的空间有限以及液冷连接器和液冷管路因占用较多的高度空间被限制使用，热源呈现水平面内阵列排布导致冷却液难以有效输送至所有热源的就近位置等因素，使得常规的液冷散热结构对于电子设备而言，只能散走1kW-2kW的热量，即本实施例提供的散热结构，在不显著增加电子设备厚度的情况下，能够大幅提高散热能力，同时还能够十分方便地实现水平和垂直两个方向的扩展，提高电子设备的设计发展空间。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.一种可扩展的电子设备散热结构，其特征在于，包括散热承载结构以及依次交叉垂直叠放在所述散热承载结构内的电子模块层和中间层冷板，最上层的所述电子模块层上还设置有顶层冷板，所述电子模块层包括多块沿水平方向扩展延伸的电子模块；

电子模块层与中间冷板层交替布置，最下方的电子模块层安装在散热承载结构上，最上方的电子模块层上安装一层顶层冷板；散热承载结构为盒式构型，散热承载结构内具有沿其内壁周向延伸的液冷流道，液冷流道的两侧具有相对设置的进液口和出液口，散热承载结构底部具有多条顺次排列的散热流道，散热流道与液冷流道连通，液冷流道具有与中间层冷板的进液口连通的分流流道，液冷流道上开设有与中间层冷板连通的分流进液口，以形成分流流道，液冷流道的外侧设置有与汇流出液口连通的汇流流道，汇流流道通过汇流出液口分别与每一层中间层冷板的出液口连通，汇流流道与液冷流道的出液口连通。

2.根据权利要求1所述的一种可扩展的电子设备散热结构，其特征在于，所述顶层冷板上还安装有后盖板，所述后盖板的边缘与所述散热承载结构的围框密封连接。

3.根据权利要求1所述的一种可扩展的电子设备散热结构，其特征在于，所述中间层冷板以及顶层冷板内均设置有散热流道，散热流道的进液口均与液冷流道的出液口连接，散热流道的出液口均与所述汇流流道连通。

4.根据权利要求3所述的一种可扩展的电子设备散热结构，其特征在于，所述中间层冷板以及所述顶层冷板上分别设置有第一凸起结构与第二凸起结构，所述第一凸起结构以及所述第二凸起结构均与散热流道连通，相邻两层中间层冷板之间的第一凸起结构相互连通，顶层冷板上的第二凸起结构与中间层冷板的第一凸起结构连通。

5.根据权利要求4所述的一种可扩展的电子设备散热结构，其特征在于，所述第一凸起结构包括凸出所述中间层冷板的第一下台阶孔以及上台阶孔，所述上台阶孔与所述第一下台阶孔之间形成与中间层冷板的散热流道连通的第一通液孔。

6.根据权利要求5所述的一种可扩展的电子设备散热结构，其特征在于，所述第二凸起结构包括凸出所述顶层冷板的第二下台阶孔，所述第二下台阶孔具有与所述顶层冷板的散热流道连通的第二通液孔。

7.根据权利要求6所述的一种可扩展的电子设备散热结构，其特征在于，所述第一下台阶孔以及所述第二下台阶孔内均安装有液冷连接器。