CN116997134A - 一种柔性液冷散热单元 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种柔性液冷散热单元，所述柔性液冷散热单元用于对发热器件进行散热，所述柔性液冷散热单元上设有进液口和出液口，所述液冷散热单元内设有用于容纳冷却液并供冷却液从所述进液口流动至所述出液口的换热腔室；所述液冷散热单元包括柔性片材，所述柔性片材由多层功能膜层复合而成，所述多层功能膜层中包括至少一层防渗透层，所述防渗透层的渗透率小于1g/m2/24hr。本申请提供的柔性液冷散热单元具有较佳的阻隔性能，能够防止内部的冷却液渗出至外部，避免对液冷散热装置内部的其他元器件造成损坏，保证散热装置能够长时间稳定运行，延长散热装置的使用寿命。

Description

一种柔性液冷散热单元
技术领域
本申请涉及散热技术领域，特别涉及一种柔性液冷散热单元以及包括该柔性液冷散热单元的液冷散热装置。
背景技术
为了处理快速增加的信息量，服务器必须不断提升其计算性能，需要数量更多、运算速度更快的元器件，这使得系统的发热量迅速增加，而与此同时，由于服务器的体积有限，元器件布局比较紧凑，因此系统的热耗密度便急剧增加。目前，系统散热成了制约服务器性能提升的主要瓶颈，而传统的风冷方式处理该问题已到了捉襟见肘的地步，液冷以其优异的散热性能获得众多企业的青睐，将成为服务器的主要散热方式。
内存作为服务器的关键器件，贡献着50％以上的发热量，内存的工作温度与性能成反比关系，对内存实现有效散热显得至关重要。市场常见的内存液冷实现方式是将液冷模块的散热器和内存颗粒形成热接触，通过散热器内流动的冷却液将热量带走耗散到环境中。
相关技术中公开了一种液冷散热方式，其利用柔性水囊作为散热器与内存颗粒相接触，从而能够实现与内存颗粒的充分接触以强化散热。对于上述散热结构，柔性水囊由柔性材料制成，柔性材料具有液体渗透的问题，长时间使用的过程中，柔性水囊内的冷却液在加压工作状态下会穿透柔性材料达到水囊与内存颗粒的界面处，甚至进一步浸入到芯片的封装体内，或者聚集在皱褶处形成微小的水珠，由此带来了长期可靠性风险。
发明内容
本申请提供了一种具有较佳阻隔性能的柔性液冷散热单元，能够防止内部的冷却液渗出至外部，避免对液冷散热装置内部的其他元器件造成损坏，保证散热装置能够长时间稳定运行，延长散热装置的使用寿命。
第一方面，本申请提供了一种柔性液冷散热单元，所述柔性液冷散热单元用于对发热器件进行散热，所述柔性液冷散热单元上设有进液口和出液口，所述液冷散热单元内设有用于容纳冷却液并供冷却液从所述进液口流动至所述出液口的换热腔室；所述液冷散热单元包括柔性片材，所述柔性片材由多层功能膜层复合而成，所述多层功能膜层中包括至少一层防渗透层，所述防渗透层的渗透率小于1g/m2/24hr。
本申请实施例提供的柔性散热单元的柔性片材需要同时满足高强度、高导热性、低水汽渗透率等要求，采用单层薄膜很难实现，因此柔性片材采用了由多种薄膜材料制成的复合膜材。相对于由单层膜层构成的柔性片材，本申请能够降低柔性片材的设计和选材的难度，有利于确保柔性片材同时具有合适的强度、挺括度和柔韧性、较佳的导热性能以及较佳的阻隔性。本申请可以任意搭配多层(例如3～5层)相同或者不同的功能膜层复合形成柔性片材，以满足上述各个方面的设计要求。
该多层功能膜层中包括至少一层防渗透层，防渗透层特别选取较低渗透率(小于1g/m2/24hr)的材料构成，结合复合后多层膜层共同的阻隔效应，使得本申请实施例提供的散热单元具有较佳的阻隔性能，在整个生命周期内(例如十年)能够有效的防止内部的冷却液(例如水)渗出至外部，提高了散热单元的使用可靠性，避免对应用有散热单元的散热装置内部的其他元器件造成损坏，保证散热装置能够长时间稳定运行，有利于延长散热装置的使用寿命。
本申请实施例提供的散热单元能够与液冷管路形成封闭的循环系统，通过液体循环不断带走发热器件工作时颗粒产生的热量，相对于传统的金属散热器，散热单元能够与发热器件进行紧密接触(减小接触热阻)，且接触面积更大，因此具有更高的散热效率。
相对于将传统的金属散热器直接固定于发热器件上，对发热器件进行维护时必须拆除金属散热器，操作不方便，而且存在冷却液泄漏风险。另外由于金属散热器尺寸较大，也不利于在电路板上将发热器件设置的更加紧密。而本申请实施例提供的散热单元在不带压的非工作状态下能够实现体积收缩，此时散热单元可以自动实现与发热器件的分离，从而能够方便对发热器件进行插拔维护等操作，避免了冷却液泄漏的问题，并且使得发热器件可以设置的更加紧密，发热器件的安装间距可以进一步被缩小，比如可达到7.6mm甚至更小的间距。整体结构更容易安装和维护，性价比更高。
可选地，柔性片材可以具有一层或者多层防渗透层。当防渗透层具有多层时(例如2或3层)，多层防渗透层可以依次层叠设置，相邻的两层防渗透层可以直接相互贴合，也可以中间具有至少一层其他功能膜层。
在一种可能的设计中，所述多层功能膜层还包括保护层和热封层，所述防渗透层位于所述保护层和所述热封层之间，并且所述保护层构成所述柔性液冷散热单元的外表面。
上述三层膜层之间可以通过热粘结胶或者压敏胶等进行粘接复合，保护层可以作为柔性基材，保证柔性片材具有足够的强度，通过将保护层设于外层能够避免柔性片材被外部尖锐部件刺破而发生漏液的问题。而在渗透层的内部设置热封层，能够方便两片柔性片材通过热封的方式实现密封对接，以构造成囊袋状结构的散热单元，确保散热单元具有足够的密封性能而不会发生漏液的问题。
在一种可能的设计中，所述多层功能膜层还包括结构增强层，所述结构增强层位于所述保护层和所述热封层之间。
在一种可能的设计中，所述防渗透层包括以下膜层中的至少一种：乙烯醇共聚物膜层、聚偏二氯乙烯膜层、邻苯基苯酚膜层、镀铝流延聚丙烯膜层、聚乙烯膜层、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层、流延聚丙烯膜层、线性低密度聚乙烯膜层、丙酸纤维素膜层、聚酰胺膜层或者金属膜层。
可选地，防渗透层可以为金属层。金属层不仅具有较佳的防渗透性能，而且还具有良好的均温、导热性能，使得柔性片材能够同时满足高强度、高导热性、低水汽渗透率等要求，提高了散热单元的散热效率和使用可靠性。
在一种可能的设计中，防渗透层可以为金属箔层或者金属气相沉积层。例如，金属箔层可以为铜箔或者铝箔。金属气相沉积层可以通过真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀膜等方式在保护层的内表面或者热封层的外表面上形成铝或者铜等金属膜层。
可选地，在选择上述材料的基础上，防渗透层的厚度可以为8～15um(微米)。例如为9、10、11、12、14um等。
可选地，防渗透层的渗透率可以为0.5～1g/m2/24hr，例如可以为0.6、0.7、0.8、0.9g/m2/24hr。
在一种可能的设计中，所述热封层包括以下膜层中的至少一种：低密度聚乙烯膜层、线性低密度聚乙烯膜层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层、高密度聚乙烯膜层或者聚丙烯膜层。
在一种可能的设计中，所述保护层包括以下膜层中的至少一种：聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层、线性低密度聚乙烯膜层、聚乙烯层、聚酰胺膜层、流延聚丙烯薄膜膜层或者热塑性聚氨酯弹性体膜层。
在一种可能的设计中，所述液冷散热单元由两片所述柔性片材密封对接而形成中空袋装结构。
可选地，两片柔性片材可以通过高频热压焊接、超声波热压(焊接)工艺等实现四周边缘的密封连接。
在一种可能的设计中，所述柔性液冷散热单元还包括设于所述柔性片材上的挂耳，所述挂耳的内部设有贯穿孔。
挂耳采用中空结构，内部具有贯穿孔，实际应用中，可以通过支撑梁(杆)等部件穿入该贯穿孔内，对散热单元进行“悬吊”，进而实现对挂耳的安装和定位。整个液冷循环中可能具有多个散热单元，此时可以通过一根支撑梁同时穿过并联设置的多个散热单元的挂耳的贯穿孔，由此有利于简化安装结构。
可选地，根据散热单元的大小和形状等情况，散热单元可以具有1个或者多个挂耳。例如可以设有2个、3个或者4个等。多个挂耳可以间隔设于散热单元的不同位置处，例如设于散热单元相对的两端，至少一个邻近进液口设置，至少一个邻近出液口设置。
可选地，挂耳可以采用粘接等方式设置于柔性片材上。或者，挂耳与柔性片材可以由同一块片材切割形成一体结构，并且挂耳凸出于柔性片材的边缘。
在一种可能的设计中，所述柔性液冷散热单元还包括设于所述进液口和所述出液口上的导流软管。
通过设置导流软管能够方便散热单元与外部管路进行密封对接，方便对散热单元进行安装设置。同时也能够避免外部管路直接与进液口或者出液口进行插接而出现漏液的问题。
在一种可能的设计中，所述发热器件为内存条，所述柔性液冷散热单元用于被设置于两个所述内存条之间。
此时，柔性液冷散热单元的两个侧面可以直接或者间接的和两侧的两个内存条的表面相接触，内存条的热量可以传导至柔性液冷散热单元内的冷却液，通过冷却液将热量带走，进而达到对内存条进行散热冷却的目的。
第二方面，提供了一种液冷散热装置，包括：发热器件；以及前述第一方面中任一种可能设计所提供的柔性液冷散热单元，所述液冷散热单元用于与所述发热器件相接触，并通过所述换热腔室内流动的冷却液为所述发热器件进行散热。
在一种可能的设计中，所述液冷散热装置还包括：电路板，所述电路板上设置有多个所述发热器件；循环管路，用于将多个所述液冷散热单元以并联和/或串联的方式相互连接，多个所述液冷散热单元对多个所述发热器件进行散热；管路接口，用于与外部管路对接，以将冷却液传输至所述循环管路，并且将换热后的冷却液从所述循环管路内排出。
在一种可能的设计中，所述发热器件为内存条，所述柔性液冷散热单元被设置于两个所述内存条之间。
由于散热装置采用了前述第一方面中任一种可能设计中所提供的柔性液冷散热单元，因此使散热装置也具有与散热单元相应的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
图1是本申请实施例提供的柔性液冷散热单元的一例的整体结构示意图。
图2是图1所示的柔性液冷散热单元的应用示意图。
图3是图1中AA视角的剖面图。
图4是柔性片材的另一例的剖面图。
图5是本申请实施例提供的柔性液冷散热单元的另一例的整体结构示意图。
图6是本申请实施例提供的柔性液冷散热单元的再一例的整体结构示意图。
图7是本申请实施例提供的柔性液冷散热单元的再一例的整体结构示意图。
图8是本申请实施例提供的液冷散热装置的一例的整体结构示意图。
图9是图8中BB视角的剖面图。
图10是本申请实施例提供的液冷散热装置的另一例的整体结构示意图。
图11是图10所示的液冷散热装置进行试验时的测试点分布图。
图12是图11所示的各个测试点的温度分布图。
图13是本申请实施例提供的机柜式服务器的结构分解图。
图14是图13中液冷散热装置的一例的整体结构示意图。
图15是图13中液冷散热装置的另一例的整体结构示意图。
图16是图13中液体循环系统的整体结构示意图。
图17是液体循环系统的安装示意图。
附图标记：
10、柔性液冷散热单元；11、进液口；12、出液口；13、换热腔室；14、柔性片材；141、保护层；142、防渗透层；143、热封层；144、结构增强层；15、挂耳；16、导流软管；17、避让空间；
20、发热器件；21、基板；22、内存颗粒；23、电源芯片；24、金手指；
30、电路板；31、插座；32、主芯片；
40、循环管路；
50、管路接口；
60、限位结构；61、限位板；62、横梁；
70、分液器；
80、集液器；
90、分液器；
100、液冷散热装置；101、机柜进水管；102、分液管；103、节点进液管；104、节点出液管；105、集液管；106、机柜出水管；110、液冷板；
200、机柜；
300、液体循环系统；310、换热器；320、外循环水管；330、液冷泵；340、电磁阀；
400、电池框；
601-603/605-611、内存颗粒；604、电源芯片。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“侧”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于安装的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。
还需说明的是，本申请实施例中以同一附图标记表示同一组成部分或同一零部件，对于本申请实施例中相同的零部件，图中可能仅以其中一个零件或部件为例标注了附图标记，应理解的是，对于其他相同的零件或部件，附图标记同样适用。
为了方便对本申请实施例的理解，本文首先对实施例中出现的相关技术术语做出如下解释。
节点：在通信网络中，一个节点可能是公开或私有的电话交换局、远程集线器或计算机，提供了一些智能网络服务。本文中特指的是一个柜式计算设备的插框式的计算机模块。
内存：也称内存储器和主存储器，用于暂时存放中央处理器(central processingunit，CPU)中的运算数据，与硬盘等外部存储器交换的数据。内存的物理形态通常以可插拔的内存条方式出现，内存条上除了组装有内存颗粒外，还设置有和主板对接的金手指接口。单个内存条的容量通常配置为4G、8G、16G等系列。
CPU和内存作为计算机设备中的两大关键器件，所产生的热耗占到计算机总功耗的80％以上，是需要散热的重点对象。其中，CPU一般沿主板平铺布局，且功耗相对集中；而内存一般垂直于主板阵列式布局，插卡数量众多，且功耗相对分散。
内存颗粒：是指内存条上的芯片，是内存条最核心的部件，也是内存条上的热源、需要散热的器件。一个内存条上通常设置有多个内存颗粒。
液冷：是指通过液体来替代空气，在泵的带动下强制循环把CPU、内存条、芯片组、扩展卡等器件在运行时所产生的热量带走。液冷所使用的冷媒通常包括水、矿物油、电子氟化液等。液冷包括冷板式液冷(间接式冷却)和浸没式液冷(直接式冷却)两种典型模式。本申请主要涉及冷板式液冷。液冷散热装置的散热性能与其中冷却液(水或其他液体)的流速成正比。液冷散热装置与风冷散热装置相比，具有安静、降温稳定、对环境依赖小等优点。
渗透率：气体或者水蒸气通过薄膜包装材料从高浓度区域移动到低浓度区域的现象，渗透率对于评估包装材料的性能是重要参数之一，渗透率通常用恒定温度和单位压力差下，每天透过单位面积薄膜的气体或水蒸气的重量，单位为g/m2/24hr(克/平方米/24小时)。
本申请实施例提供了一种柔性液冷散热单元，以及具有该柔性液冷散热单元的液冷散热装置，该柔性液冷散热单元具有较佳的阻隔性能，能够防止内部的冷却液渗出至外部，避免对液冷散热装置内部的其他元器件造成损坏，保证散热装置能够长时间稳定运行，延长散热装置的使用寿命。
图1是本申请实施例提供的柔性液冷散热单元10的一例的整体结构示意图。图2是图1所示的柔性液冷散热单元10的应用示意图。如图1、图2所示，本申请实施例提供的柔性液冷散热单元10(下文简称散热单元10)用于对发热器件20进行散热。散热单元10上设有进液口11和出液口12，并且进液口11和出液口12位于散热单元10相对的两侧。散热单元10内设有用于容纳冷却液并供冷却液从进液口11流动至出液口12的换热腔室13。
散热单元10由柔性材料构成，能够发生一定程度的变形。散热单元10可以是密闭液冷循环系统的一部分，在密闭液冷循环系统工作时，冷却液从进液口11进入至散热单元10内部的换热腔室13内，在内部正压力的作用下，散热单元10被撑开，发生变形鼓起。如图2中的(a)部分所示，散热单元10因内部存储有冷却液而发生膨胀，使得散热单元10的外壁能够与发热器件20实现紧密贴合(接触)，散热单元10与发热器件20发生热传导连接，内部的换热介质吸收发热器件20散发的热量后，从出液口12流出至外部，将发热器件20散发的热量带走并散发至外部环境中，从而达到为发热器件20散热的目的。
如图2中的(b)部分所示，当发热器件20无需进行散热时，密闭液冷循环系统可以停止工作，此时散热单元10处于不带压的非工作状态时，散热单元10体积收缩减小，散热单元10与发热器件20相互分离，二者之间产生间隙。例如，发热器件20可以是内存条(内存颗粒)、电源芯片、CPU等任意工作时能够产热的元器件，但不限于此。
图3是图1中AA视角的剖面图。如图1-图3所示，散热单元10包括柔性片材14，柔性片材14由多层功能膜层复合压制而成，多层功能膜层中包括至少一层防渗透层142，防渗透层142的渗透率小于1g/m2/24hr(克/平方米/24小时)。
本申请实施例提供的柔性散热单元10的柔性片材14需要同时满足高强度、高导热性、低水汽渗透率等要求，采用单层薄膜很难实现，因此柔性片材14采用了由多种薄膜材料制成的复合膜材。相对于由单层膜层构成的柔性片材14，本申请能够降低柔性片材14的设计和选材的难度，有利于确保柔性片材14同时具有合适的强度、挺括度和柔韧性、较佳的导热性能以及较佳的阻隔性。本申请可以任意搭配多层(例如3～5层)相同或者不同的功能膜层复合形成柔性片材14，以满足上述各个方面的设计要求。
该多层功能膜层中包括至少一层防渗透层142，防渗透层142特别选取较低渗透率(小于1g/m2/24hr)的材料构成，结合复合后多层膜层共同的阻隔效应，使得本申请实施例提供的散热单元10具有较佳的阻隔性能，在整个生命周期内(例如十年)能够有效防止内部的冷却液(例如水)渗出至外部，提高了散热单元10的使用可靠性，避免对应用有散热单元10的散热装置内部的其他元器件造成损坏，保证散热装置能够长时间稳定运行，有利于延长散热装置的使用寿命。
本申请实施例提供的散热单元10能够与液冷管路形成封闭的循环系统，通过液体循环不断带走发热器件20工作时颗粒产生的热量，相对于传统的金属散热器，散热单元10能够与发热器件20进行紧密接触(减小接触热阻)，且接触面积更大，因此具有更高的散热效率。
相对于将传统的金属散热器直接固定于发热器件20上，对发热器件20进行维护时必须拆除金属散热器，操作不方便，而且存在冷却液泄漏风险。另外由于金属散热器尺寸较大，也不利于在电路板上将发热器件20设置的更加紧密。而本申请实施例提供的散热单元10在不带压的非工作状态下能够实现体积收缩，此时散热单元10可以自动实现与发热器件20的分离，从而能够方便对发热器件20进行插拔维护等操作，避免了冷却液泄漏的问题，并且使得发热器件20可以设置的更加紧密，发热器件20的安装间距可以进一步被缩小，比如可达到7.6mm甚至更小的间距。整体结构更容易安装和维护，性价比更高。
可选地，柔性片材14可以具有一层或者多层防渗透层142。当防渗透层142具有多层时(例如2或3层)，多层防渗透层142可以依次层叠设置，相邻的两层防渗透层142可以直接相互贴合，也可以中间具有至少一层其他功能膜层。
防渗透层142除了具备足够的防渗透性能以外，还应当兼顾合适的柔韧性和导热性，保证散热单元10能够具有足够的形变量以及较强的导热能力。本申请的发明人通过大量的创造性劳动，确定防渗透层142可以包括以下膜层中的至少一种：
乙烯醇共聚物(ethylene vinyl alcohol copolymer，EVOH)膜层、聚偏二氯乙烯(poly(vinylidene chloride)，PVDC)膜层、邻苯基苯酚(O-phenylphenol，OPP)膜层、镀铝流延聚丙烯(ALVM-cast polypropylene，ALVM-CPP)膜层、聚乙烯((polyethylene，PE)膜层、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate，PET)膜层、流延聚丙烯(cast polypropylene，CPP)膜层、线性低密度聚乙烯(linear low densitypolyethylene，LLDPE)膜层、丙酸纤维素(cellulose propionate，CP)膜层、聚酰胺(Nylon，ONY)膜层(即尼龙膜)或者金属膜层等。
作为一种可能的实现方式，防渗透层142可以为金属层。金属层不仅具有较佳的防渗透性能，而且还具有良好的均温、导热性能，使得柔性片材14能够同时满足高强度、高导热性、低水汽渗透率等要求，提高了散热单元10的散热效率和使用可靠性。
可选地，防渗透层142可以为金属箔层或者金属气相沉积层。例如，金属箔层可以为铜箔或者铝箔。金属气相沉积层可以通过真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀膜等方式在保护层141的内表面或者热封层143的外表面上形成铝或者铜等金属膜层。
可选地，在选择上述材料的基础上，防渗透层142的厚度可以为8～15um(微米)。例如为9、10、11、12、14um等。
可选地，防渗透层142的渗透率可以为0.5～1g/m2/24hr，例如可以为0.6、0.7、0.8、0.9g/m2/24hr。
如图3所示，构成柔性片材14的多层功能膜层还包括保护层141和热封层143，防渗透层142位于保护层141和热封层143之间，并且保护层141构成柔性液冷散热单元10的外表面，上述三层膜层之间可以通过热粘结胶或者压敏胶等进行粘接复合。保护层141可以作为柔性基材，保证柔性片材14具有足够的强度，通过将保护层141设于外层能够避免柔性片材14被外部尖锐部件刺破而发生漏液的问题。而在渗透层142的内部设置热封层143，能够方便两片柔性片材14通过热封的方式实现密封对接，以构造成囊袋状结构的散热单元10，确保散热单元10具有足够的密封性能而不会发生漏液的问题。
可选地，保护层141包括以下膜层中的至少一种：PET膜层、LLDPE膜层、PE层、ONY膜层、CPP膜层、聚丙烯(polypropylene，PP)膜层或者热塑性聚氨酯弹性体(Thermoplasticpolyurethanes，TPU)膜层。
例如，保护层141可以包括双轴拉伸PET、双轴拉伸PP或者双轴拉伸ONY。
可选地，保护层141的厚度可以为8～15um。例如为9、10、11、12、14um等。
热封层143具有良好的热封性，其熔点低于保护层141的熔点，保证在进行热封处理的过程中保护层141不会发生融化。热封层143包括以下膜层中的至少一种：低密度聚乙烯(low density polyethylene，LDPE)膜层、LLDPE膜层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinyl acetate copolymer，EVA)膜层、高密度聚乙烯(high densitypolyethylene，HDPE)膜层或者PP膜层。
可选地，保护层141的厚度可以为50～80um。例如可以为55um、60um、65um、70um、75um等。
图4是柔性片材140的另一例的剖面图。相对于图3的实施例，图4所提供的柔性片材140还包括结构增强层144，结构增强层144位于保护层141和热封层143之间。
通过增设结构增强层144能够增加柔性片材140的强度，以及改善柔性片材140的密封性、柔韧性和挺括度等性能。结构增强层144可以设于防渗透层142与热封层143之间，也可以设置于防渗透层142与保护层141之间。
可选地，结构增强层144可以为PET膜层、LLDPE膜层、PE层、ONY膜层、CPP膜层或者TPU膜层。
可选地，结构增强层144的厚度可以为10～20um，例如12um、15um、18um等。
如图4所示，通过上述四个功能膜层的合理搭配，可确保柔性片材14的整体厚度在100um左右，例如可以为90um、95um、100um、105um、110um或者112um等。而柔性片材14的传热热阻约为0.2℃/W(摄氏度/瓦)，例如0.15℃/W、0.22℃/W等。
如图1、图2所示，散热单元10由两片柔性片材14密封对接而形成中空袋装结构。此时，可以将被塑形后的两片柔性片材14通过前述的热封层143进行热封连接，对接后的两片柔性片材14形成中空袋装结构，该中空袋装结构预留有前述的进液口11和出液口12。而中空袋装结构的内腔构成前述的用于存储冷却液的换热腔室13。
进一步地，如图1所示，散热单元10还包括设于进液口11和出液口12上的导流软管16。导流软管16的一端插入进液口11或者出液口12内，并且保持密封连接，导流软管16的另一端用于与外部的循环系统对接，以接入或者导出冷却液。通过设置导流软管16能够方便散热单元10与外部管路进行密封对接，方便对散热单元10进行安装设置。同时也能够避免外部管路直接与进液口11或者出液口12进行插接而出现漏液的问题。
可选地，在其他实现方式中，两片柔性片材14也可以通过高频热压焊接、超声波热压(焊接)工艺等实现四周边缘的密封连接。导流软管16可以采用超声波热压工艺密封设置于散热单元10两侧的进液口11或者出液口12内。
如图1所示，散热单元10还包括设于柔性片材14上的挂耳15，挂耳15的内部设有贯穿孔。挂耳15用于安装和定位散热单元10，约束散热单元10的位置和形变范围，确保散热单元10和发热器件20保持相对正确的工作位置，二者始终能够保持紧密接触，确保高效传热。
挂耳采用中空结构，内部具有贯穿孔，实际应用中，可以通过支撑梁(杆)等部件穿入该贯穿孔内，对散热单元10进行“悬吊”，进而实现对挂耳15的安装和定位。整个液冷循环中可能具有多个散热单元10，此时可以通过一根支撑梁同时穿过并联设置的多个散热单元10的贯穿孔，由此有利于简化安装结构。
可选地，根据散热单元10的大小和形状等情况，散热单元10可以具有1个或者多个挂耳15。例如可以设有2个、3个或者4个等。多个挂耳15可以间隔设于散热单元10的不同位置处，例如设于散热单元10相对的两端，至少一个邻近进液口11设置，至少一个邻近出液口12设置。
可选地，挂耳15可以采用粘接等方式设置于柔性片材14上。或者，挂耳15与柔性片材14可以由同一块片材切割形成一体结构，并且挂耳15凸出于柔性片材14的边缘。
图5是本申请提供的散热单元10的另一例的结构示意图。结合图1和图5可知，可以将散热单元10构造成不同的形状和大小，以方便散热单元10能够同时与多个不同位置处的发热器件20进行可靠接触。如图1所示，两片柔性片材14可以均被配置成中部相对边缘向外凸出(外鼓)的形状，此时散热单元10形成“双侧袋状结构”。当散热单元10内被注入冷却液时，相对两侧的柔性片材14同时向外膨胀，并且膨胀的程度近似相同。
如图5所示，其中一片柔性片材14可以被配置成中部相对边缘向外凸出的形状，而另一片散热单元10可以被配置成相对平整的片状结构，此时散热单元10形成“单侧袋状结构”。当散热单元10内被注入冷却液时，图5中下侧的柔性片材14向外膨胀，而上侧的柔性片材14向外膨胀的程度十分有限。
图6是本申请提供的散热单元10的再一例的整体结构示意图。如图6所示，散热单元10的形状和结构根据发热器件20的布局情况进行了适应性的调整，散热单元10可以进行异型、挖孔、内凹等特殊避让结构来避开电路板上连接器、插针、走线等外形尖锐的部件，或者不适合设计散热单元10的位置，并确保散热单元10能够与发热器件20进行充分接触。
可以通过改变柔性片材14的形状来塑造散热单元10的整体外形。如图6所示，散热单元10可以被配置成“双侧袋状结构”，当散热单元10内被注满冷却液时，散热单元10的中部相对两侧向内凹进，即散热单元10的中部相对两侧具有更窄的宽度。此时由于散热单元10的中部内凹，并形成内凹空间17，该内凹空间17能够被用来容纳电路板上连接器、插针等外形尖锐的部件，使得散热单元10能够避开上述尖锐部件，而散热单元10的两个侧部能够分别与一个发热器件20相接触进行热传导连接。
对比图1和图6，图6所示的散热单元10是具有多个分支的、内部中空的一个整体结构，比如一个散热单元10包含了2个或多个分支的较小的部分，相邻的两个分支之间通过前述的内凹空间17相互分隔，每个分支可以看作是一个较小的散热单元10，例如图6所示的散热单元10可以看作是由图1所示的两个散热单元10相互组合对接而形成。
图7是本申请提供的散热单元10的再一例的整体结构示意图。如图7所示，散热单元10可以被配置成“单侧袋状结构”，图7所示的散热单元10可以看作是由图5所示的两个散热单元10相互组合对接而形成。此时，多个挂耳15(例如4个)可以被设置于相对平整的柔性片材14上。
本申请实施例还提供了一种液冷散热装置100，图8是本申请提供的液冷散热装置100的一例的结构示意图。图9是图8中BB视角的剖面图。如图8、图9所示，本申请实施例提供的液冷散热装置100包括发热器件20以及前述任一实施例所提供的散热单元10。其中，散热单元10用于与发热器件20相接触，发热器件20工作时散发的热量通过柔性片材14传导至换热腔室13内部的冷却液，冷却液在换热腔室13内流动将发热器件20散发的热量带着，进而完成对发热器件20的散热。
可选地，液冷散热装置100可以是任何需要进行液冷散热的设备，例如可以是服务器、交换机、基站等各类网络设备或者计算机设备。例如，液冷散热装置100可以是柜式服务器，也可以是柜式服务器中的一个节点。
可选地，发热器件20可以是工作时能够发热并且需要进行液冷散热处理的任意元件。例如，发热器件20可以是CPU、电源芯片、处理器芯片、控制芯片、各类功能芯片、电路、内存条(内存颗粒)或者显卡等任意电学元件。
可选地，散热单元10可以是液冷循环系统的一部分，密闭液冷循环系统中流动的冷却液可以为水(去离子水)、矿物油、硅油、合成酯油、氟油、氟化液等，但不限于此。
如图8、图9所示，本申请实施例提供的液冷散热装置100还包括电路板30、循环管路40以及管路接口50。电路板30上设置有多个发热器件20，在本实施例中，发热器件20为内存条，电路板30为主板，为方便表述和理解，下文将发热器件20表述为内存条20，将电路板30表述为主板30。
循环管路40构成液冷循环系统的一部分，主要用于传输冷却液。多个散热单元10可以采用并联和/或串联的方式设置于循环管路40上，即循环管路40用于将多个散热单元10以并联和/或串联的方式相互连接到一起。管路接口50与循环管路40的两个端部相连，并且具有两个接口。两个接口分别与外部的冷却液输入管路以及冷却液输出管路相连。管路接口50能够将冷却液输入管路输送的冷却液传输至循环管路40，并且在循环管路40以及散热单元10内流动，多个散热单元10对多个内存条20进行散热，换热后的冷却液从循环管路40通过管路接口50输出至冷却液输出管路中。
通过设置管路接口50能够实现整个液冷循环系统的“插拔式设计”，可以通过循环管路40将多个散热单元10连接好以后，首先将散热单元10安装于合适的位置，之后通过管路接口50来接入外部的冷却液输入管和冷却液输出管，由此方便了对循环系统的安装。
如图8、图9所示，主板30上设有N个(例如图中的3个)内存条20，每个内存条20的正反面两侧都安装有一个散热单元10，共有N+1个(例如图中串联设置的4个)散热单元10和内存条20形成紧密的热接触，散热单元10在液冷循环系统工作时会形成多个鼓起的工作表面，多个工作表面分别和内存条20上的内存颗粒、电源芯片、控制芯片的表面形成一定面积的热接触。
主板30上共有N+1个散热单元10和内存条20形成紧密的热接触。散热单元10和内存条20保持相对正确的工作位置，散热单元10和内存条20上的热源形成高效的表面接触形成传热途径。散热单元10是一种袋状结构，在非工作状态下保持一个相对收缩的形状，确保方便地将散热单元10安装到相邻的两个内存条20之间的位置。在液冷循环系统工作时，散热单元10在液体压力的作用下会形成多个鼓起的工作表面，多个工作表面分别和内存条20的内存颗粒、电源芯片和控制芯片的表面形成一定面积的热接触。
可以通过挂耳15和限位结构60来约束散热单元10的位置和形变范围，确保与内存条20始终保持紧密接触。限位结构60可以设置于内存条20的阵列的边缘位置，通过限位结构60来使得边缘的散热单元10能够可靠的贴合于内存条20的外表面之上。
限位结构60用于对散热单元10进行安装限位，并且被配置成：当散热单元10处于带压的工作状态下时，散热单元10与内存条20相接触以形成热传导，当散热单元10处于不带压的非工作状态下时，散热单元10体积收缩，并且与内存条20相分离。
如图8、图9所示，内存条20包括基板21，基板21的两个侧面设置有内存颗粒22和电源芯片23，基板21的底部设置有金手指24，金手指24用于与主板30上的插座插拔配合，以实现内存条20的安装或者拆卸。
如图8所示，基板21侧面上的内存颗粒22和电源芯片23的高度(厚度)可以不同，可以相对应的对散热单元10的形状进行设计，使得鼓起后不同位置处散热单元10的厚度也不同，确保散热单元10能够与不同高度的热源(芯片)均能够保持具有足够贴合面积的热接触。
散热单元10与液冷散热装置100内的主板30上的内存条20形成高效的导热连接，散热单元10和循环管路40等连接形成封闭的循环系统，通过冷却液的循环不断带走内存条20工作时产生的热量，保持较高的散热效率的同时还能够保持较小的内存条20的设计间距，并符合可靠性要求，保证液冷散热装置100能够长时间稳定运行，有利于延长装置的使用寿命。
图10是本申请提供的液冷散热装置100的另一例的结构示意图。如图10所示，在本实施例中，液冷散热装置100可以是柜式服务器的一个节点，液冷散热装置100包括主板30，主板30上包括2个主芯片(未图示)，16个内存条20，多个内存条20采用2列8行的布局，内存条20的行间距7.6mm，内存颗粒为DDR5样片，工作温度要求低于95℃，单根内存条20最大功耗15W。内存条20和散热单元10相互间隔设置，共9个散热单元10，每个散热单元10通过设置在柔性片材14上的4个挂耳15(参见附图7)挂在4根横梁62上，横梁62安装在设置于多列内存条20最外侧的两个限位板61上，限位板61设置在主板30上，限位板61距离最外侧的内存条20的距离略小于7.6mm，其功能是将9个散热单元10和8个内存条20限定在一定的空间内。9个散热单元10的液体回路并联设置，多个散热单元10的入液管安装在分液器70上，冷却液体流动方向如图10中黑色箭头所示，多个散热单元10的出液管安装在集液器80上。
9个散热单元10的并联液路和主板30上的2个主芯片(未图示)上设置的液冷板的液路采用并联方式连接，也可以采用串联方式连接。例如，主芯片上设置的液冷板也可以采用本申请提供的散热单元10来实现。
结合图7所示，本实施例中的散热单元10的设计壁厚为100um，换算热阻为0.2℃/W，极限工作压力耐压≤0.25MPa，散热单元10的分支的长度约130mm，高度约33mm，散热单元10整体长度约390mm。
图11是图10所示的液冷散热装置进行试验时的测试点分布图。如图10、图11所示，主板30上包括8行2列共16个内存条，共间隔设置9个散热单元10。每个内存条20上设置有2行5列共10个内存颗粒，其中每列内存条20共布置10根测量温度的热偶线，包括冷却液入口处的内存颗粒602、603，607、608的芯片表面，冷却液出口处的内存颗粒605、606、610、611的芯片表面，还包括内存条20的电源芯片604，以及中间位置内存颗粒609表面。
其中每个内存条20的功率设定为15W，冷却液体入口处的水温为25度，测试流量设置范围为0.2～1L/min，流量按0.1L/min的梯度增加，记录10根测量温度的热偶线的读数，测试停止条件为：1)任一内存颗粒表面温度超过95度；2)散热单元10发生破裂。记录的部分试验数据披露如下：
表1：部分实验数据
图12是图11所示的各个测试点的温度分布图。结合表1和图12可以获得以下结论：
1)内存颗粒表面温度随着液冷流量的增加而下降，但是流量在400-900ml/min时温度下降随着流量增加的效果并不明显，流程在300ml/min时，内存颗粒表面温度明显偏高，流量达到1000ml/min时，内存颗粒表面温度冷却温度也有显著差异(较低)；
2)测试点604温度明显偏高，该测试位置是电源芯片，不是内存颗粒，仅作为参照；
3)全部测试流量系列的所有内存颗粒表面的测温点均低于65℃，散热单元10的散热性能良好，液冷散热装置100的散热问题得到有效解决；
4)冷却液入口处的内存颗粒芯片表面温度略低于出口处的相同位置的内存颗粒芯片表面温度，但差异并不明显，与散热单元10的结构，冷却液的流动路径相关。
本申请实施例还提供了一种机柜式服务器1000。图13是本申请实施例提供的机柜式服务器1000的结构分解图。
如图13所示，机柜式服务器1000包括机柜200、液体循环系统300以及前述任一实施例所提供的液冷散热装置100。液冷散热装置100包括有多个，多个液冷散热装置100构成机柜式服务器1000的多个节点被收纳于机柜200内。液冷散热装置100作为一个插框单元，被可活动(抽拉)的设置于机柜200内，当需要液冷散热装置100进行维护时，可以将液冷散热装置100从机柜200内抽出。
液体循环系统300被收纳于机柜200内，用于为液冷散热装置100提供冷却液，并且将换热后的冷却液引出。具体地，机柜进水管101将液体循环系统300提供的冷水接入分液管102内，经过分液管102的分配后，经过节点进液管103进入机柜200内的各个液冷散热装置100内，吸收液冷散热装置100工作产生的热量后，再经过节点出液管104，流经集液管105返回至液体循环系统300。冷水在机柜200中不断地循环将热量从机柜200内带走。
如图13所示，机柜200的底部还设置有电池框400，电池框400用于为整个机柜200内的用电部件提供电能，以保证服务器能够正常运行。
图14是图13中液冷散热装置100的结构示意图。如图14所示，针对每个液冷散热装置100，其至少包括至少一块主板30，主板30上示例性的设置有两个主芯片32，两个主芯片32上各设置有一个液冷板110。主板30上还示例性的设置有8个内存条20，8个内存条20之间设置有9个本申请提供的散热单元10，每个散热单元10的液体出入口首尾串联，采用循环管路40将两个液冷板110和9个散热单元10串联连接形成一个液冷循环管路。节点进液管103通过管路接口50将外部的冷却液输入循环管路40内，循环流动的冷却液携带主芯片32和内存条20工作时产生的热量，经过管路接口50的另一个接口流出至节点出液管104，之后换热后的冷却液流经集液管105返回至液体循环系统300，最终形成封闭的循环回路。
在其他实现方式中，液冷散热装置100内的多个液冷板110、散热单元10之间也可以采用并联、串并联等多种方式形成封闭的液体循环管路。图15是图13中液冷散热装置100的另一例的整体结构示意图。如图15所示，对两个主芯片32进行散热的两个液冷板110采用串联液路连接，8个内存条20之间设置9个散热单元10，采用并联液路连接，多个并联液路的入口和分液器70连接，并联液路的多个出口和集液器80连接。主芯片32的液冷回路和内存条20的液路回路通过分液器90和集液器80并联在一起，通过管路接口50的两个接口和液体循环系统300连接。
图16是图13中液体循环系统300的整体结构示意图。如图16所示，液体循环系统300可以是冷冻水分配单元(chilled water distribution unit，CDU)，CDU是实现两个不同水路热量交换，并为机柜内循环水提供驱动的装置。CDU一般包括换热器、水泵。换热器实现内、外循环水的热量交换给机房的循环冷却水系统，液冷泵为机柜内的液冷工质循环提供驱动力。节点工作产生的热量通过换热器交换给机房的循环冷却水系统。
如图16所示，液体循环系统300包括换热器310，外循环水管320将机房的循环冷却水引导至换热器310，循环管路40将循环回路内的冷却液引导至换热器310，机房的循环冷却水与冷却液在换热器310完成热量交换，即机房的循环冷却水将冷却液的热量带走，降温后的冷却液再次被循环至液冷散热装置100内进行热量交换。循环管路40上还设置有多个液冷泵330提供循环动力，多个液冷泵330并联设置，每个并联的支路上设置有至少一个电磁阀340，从而能够对每个支路进行单独控制。
图17是液体循环系统300的安装示意图。如图17所示，本申请实施例提供的液体循环系统300可以是标准的19英寸机架式结构，可以装入标准19英寸的机柜200内，从而有利于充分利用机柜200的内部空间。
以上所述，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所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述柔性液冷散热单元(10)用于对发热器件(20)进行散热，所述柔性液冷散热单元(10)上设有进液口(11)和出液口(12)，所述液冷散热单元(10)内设有用于容纳冷却液并供冷却液从所述进液口(11)流动至所述出液口(12)的换热腔室(13)；
所述液冷散热单元(10)包括柔性片材(14)，所述柔性片材(14)由多层功能膜层复合而成，所述多层功能膜层中包括至少一层防渗透层(142)，所述防渗透层(142)的渗透率小于1g/m2/24hr。
2.根据权利要求1所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述多层功能膜层还包括保护层(141)和热封层(143)，所述防渗透层(142)位于所述保护层(141)和所述热封层(143)之间，并且所述保护层(141)构成所述柔性液冷散热单元(10)的外表面。
3.根据权利要求2所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述多层功能膜层还包括结构增强层(144)，所述结构增强层(144)位于所述保护层(141)和所述热封层(143)之间。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述防渗透层(142)包括以下膜层中的至少一种：
乙烯醇共聚物膜层、聚偏二氯乙烯膜层、邻苯基苯酚膜层、镀铝流延聚丙烯膜层、聚乙烯膜层、聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层、流延聚丙烯膜层、线性低密度聚乙烯膜层、丙酸纤维素膜层、聚酰胺膜层或者金属膜层。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述防渗透层(12)包括金属箔层或者金属气相沉积层。
6.根据权利要求2或3所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述热封层(143)包括以下膜层中的至少一种：
低密度聚乙烯膜层、线性低密度聚乙烯膜层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层、高密度聚乙烯膜层或者聚丙烯膜层。
7.根据权利要求2、3或6所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述保护层(141)包括以下膜层中的至少一种：
聚对苯二甲酸乙二醇酯膜层、线性低密度聚乙烯膜层、聚乙烯层、聚酰胺膜层、流延聚丙烯薄膜膜层或者热塑性聚氨酯弹性体膜层。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述液冷散热单元(10)由两片所述柔性片材(14)密封对接而形成中空袋装结构。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述柔性液冷散热单元(10)还包括设于所述柔性片材(11)上的挂耳(15)，所述挂耳(15)的内部设有贯穿孔。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述柔性液冷散热单元(10)还包括设于所述进液口(11)和所述出液口(12)上的导流软管(16)。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的柔性液冷散热单元(10)，其特征在于，所述发热器件(20)为内存条，所述柔性液冷散热单元(10)用于被设置于两个所述内存条之间。
12.一种液冷散热装置(100)，其特征在于，包括：
发热器件(20)；
如权利要求1-11中任一项所述的柔性液冷散热单元(10)，所述柔性液冷散热单元(10)用于与所述发热器件(20)相接触，并通过所述换热腔室(13)内流动的冷却液为所述发热器件(20)进行散热。
13.根据权利要求12所述的液冷散热装置(100)，其特征在于，所述液冷散热装置(100)还包括：
电路板(30)，所述电路板(30)上设置有多个所述发热器件(20)；
循环管路(40)，用于将多个所述柔性液冷散热单元(10)以并联和/或串联的方式相互连接，多个所述柔性液冷散热单元(10)对多个所述发热器件(20)进行散热；
管路接口(50)，用于与外部管路对接，以将冷却液传输至所述循环管路(40)，并且将换热后的冷却液从所述循环管路(40)内排出。
14.根据权利要求12或13所述的液冷散热装置(100)，其特征在于，所述发热器件(20)为内存条，所述柔性液冷散热单元(10)被设置于两个所述内存条之间。
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