CN213662271U - 散热模组 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种散热模组，包括：底板，底板的第一侧设有容纳槽，容纳槽内填充有冷媒；吸液芯，吸液芯设于容纳槽，吸液芯内设有供冷媒循环流通的通道；盖板，盖板设于底板的第一侧并封闭容纳槽，盖板的第一侧用于与待散热件连接，盖板的第二侧与吸液芯连接，吸液芯吸收盖板的热量，并与所述底板进行热交换；散热柱，散热柱设于底板的第二侧。根据本实用新型实施例的散热模组，通过在底板的容纳槽内设置吸液芯，同时在底板的底部设置散热柱进行换热，有效提高散热模组的传热能力，增强散热模组的散热效率。

Description

散热模组

技术领域

本申请涉及物体散热技术领域，更具体地，涉及一种散热模组。

背景技术

目前，现有技术中大多采用液冷的方式进行降温。但是随着器件向高频、高集成度的方向发展，热流密度越来越大。

在采用液冷的散热方式中，如果只通过改变流体流动的湍流强度来增强换热能力，已逐渐满足不了现有器件的散热需求，散热效率较低。因为当工质流量达到一定程度时，继续增大流量不仅对温度的降低基本没有作用，还会增大流动阻力，消耗泵功。

实用新型内容

本申请的一个目的是提供一种散热模组的新技术方案，能够解决现有技术中的散热方式散热效率不高的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种散热模组，包括：底板，所述底板的第一侧设有容纳槽，所述容纳槽内填充有冷媒；吸液芯，所述吸液芯设于所述容纳槽，所述吸液芯内设有供冷媒循环流通的通道；盖板，所述盖板设于所述底板的第一侧并封闭所述容纳槽，所述盖板的第一侧用于与待散热件连接，所述盖板的第二侧与所述吸液芯连接，所述吸液芯吸收所述盖板的热量，并与所述底板进行热交换；散热柱，所述散热柱设于所述底板的第二侧。

进一步地，所述吸液芯的外轮廓的形状与所述容纳槽的开口的形状相对应，且所述吸液芯在所述底板上的正投影面积不超过所述容纳槽的开口面积。

进一步地，所述吸液芯为多孔材料件，所述吸液芯内设有多个所述通道。

进一步地，所述吸液芯包括：第一芯体，所述第一芯体设于所述容纳槽的底壁，所述第一芯体的第一侧与所述容纳槽的底壁连接；支撑柱，所述支撑柱的第一端与所述第一芯体的第二侧连接；第二芯体，所述第二芯体与所述第一芯体平行且间隔开设置，所述支撑柱的第二端与所述第二芯体的第一侧连接，所述第二芯体的第二侧与所述盖板连接，所述第一芯体、所述支撑柱和所述第二芯体的孔道配合形成所述通道。

进一步地，所述支撑柱为多个，多个所述支撑柱在所述第一芯体与所述第二芯体之间间隔开布置。

进一步地，所述散热柱为多个，多个所述散热柱在所述底板上间隔开分布。

进一步地，所述散热柱的径向尺寸在远离所述底板的方向上递减。

进一步地，所述散热柱与所述底板一体成型。

进一步地，散热模组还包括：散热池，所述散热池内填充有冷却液，所述散热柱设于所述冷却液。

进一步地，所述容纳槽的个数为多个，多个所述容纳槽沿所述底板的长度方向间隔开布置，每个所述容纳槽内分别设有所述吸液芯。

根据本公开的一个实施例，通过在底板的容纳槽内设置吸液芯，同时在底板的底部设置散热柱进行换热，有效提高散模组的传热能力，增强散热模组的散热效率。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1是根据本实用新型实施例的散热模组的分解示意图；

图2是根据本实用新型实施例的散热模组的剖面分解图；

图3是根据本实用新型实施例的散热模组的局部结构示意图。

附图标记：

散热模组100；

底板10；容纳槽11；

吸液芯20；第一芯体21；第二芯体22；支撑柱23；

盖板30；

散热柱40；

第一焊料层51；第二焊料层52；

待散热件60；

覆铜板70；上铜层71；陶瓷层72；下铜层73。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

下面结合附图具体描述根据本实用新型实施例的散热模组100。

如图1至图3所示，根据本实用新型实施例的散热模组100包括底板10、吸液芯20、盖板30和散热柱40。

具体地，底板10的第一侧设有容纳槽11，容纳槽11内填充有冷媒。吸液芯20设于容纳槽11，吸液芯20内设有供冷媒循环流通的通道。盖板30设于底板10的第一侧并封闭容纳槽11，盖板30的第一侧用于与待散热件60连接，盖板30的第二侧与吸液芯20连接，吸液芯20吸收盖板30的热量，并与底板10进行热交换。

换言之，根据本实用新型实施例的散热模组100可以应用在IGBT领域(InsulatedGate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)，对IGBT器件进行散热。当然，本申请的散热模组100还可以用于对其他需要散热的器件进行散热，在申请中不再详细赘述。参见图1至图3，散热模组100主要由底板10、吸液芯20、盖板30和散热柱40组成。其中，底板10的第一侧(底板10上部的一侧)可以设置有容纳槽11。容纳槽11内可以填充有冷媒，该冷媒可以为相变工质。冷媒可以在蒸发端受热汽化，吸收大量热量并在冷端冷凝，释放大量热量。在本申请中，可以采用水或醚类有机物作为冷媒。吸液芯20可以设置在容纳槽11，吸液芯20内具有供冷媒循环流通的通道。吸液芯20吸收盖板30的热量，并与底板10进行热交换。吸液芯20中的一部分冷媒受热后相变为气态，气态冷媒经通道传输至容纳槽11底壁，并和容纳槽11中的冷媒热交换后冷凝成液态，释放大量热量，实现吸液芯20和底板10的热交换。

盖板30设于底板10的第一侧并封闭容纳槽11，盖板30的第一侧用于与待散热件60连接，盖板30的第二侧与吸液芯20连接，吸液芯20吸收盖板30的热量，以使冷媒在通道和容纳槽11之间循环流通。盖板30可以设置在底板10的上部，并且盖板30可以封闭容纳槽11。盖板30的第一侧可以用于与待散热件60连接，待散热件60工作产生的热量可以传递给盖板30。盖板30的第二侧可以与吸液芯20连接，盖板30将待散热件60产生的热量传导给吸液芯20。吸液芯20吸收盖板30的热量，吸液芯20中的一部分冷媒受热后相变为气态，气态冷媒经通道传输至容纳槽11底壁并冷凝成液态，释放大量热量，同时冷凝后的液态冷媒又可以通过通道循环至吸液芯20的蒸发端，完成一个循环。散热柱40可以设置在底板10的第二侧(底板10的底部)，散热柱40可以沉浸在冷却液(例如：冷却水)中，与冷却液之间进行对流换热，由冷却液将热量带走。当然，在本申请中，对于相变与液冷传热方式的原理，本领域技术人员是可以理解并且能够实现的，在本申请中不再详细赘述。

其中需要说明的是，待散热件60可以是在工作过程中会产生热量的芯片或者其他电子元器件。在本申请的下述实施例中，可以以待散热件60为IGBT器件中的芯片进行举例说明，芯片工作中产生大量的热量，导致IGBT器件温度过高，影响器件性能和寿命。本申请的散热模组100通过在底板10的容纳槽11中设置吸液芯20并充入冷媒，当芯片产生的热量经盖板30传递给吸液芯20后，吸液芯20中的冷媒(例如：水、醚类有机物等相变工质)受热后汽化，经通道传输至容纳槽11底壁并冷凝成液态，以相变的形式进行热量的传递。

常用的高导热铜金属底板传热系数在400W/m²·K左右，而一般相变换热系数可以超过2500W/m²·K，因此，本申请的散热模组100一方面通过相变的换热方式很大程度上提高了散热模组100的换热能力，可以有效替代现有技术中的导热传递方式，降低热阻。并且在底板10的容纳槽11中，冷媒相变为气态，流动产生的压降小，气态工作，液态的温差很小，所以同时具有良好的均温性，以减小IGBT器件中的线路板因温差过大而引起的热变形过大，造成的器件损坏。

另一方面，本申请的散热模组100还在底板10的底部设置散热柱40，通过采用液冷的散热方式，将散热柱40可以沉浸在冷却液中，与冷却液之间进行对流换热，由冷却液将热量带走。相较传统的翅片风冷的散热方式，可减少空间，降低由风扇带来的噪音影响。该散热模组100形成相变和液冷一体式散热装置，相较于额外安装均温板可避免现有技术中均温板与底部热沉之间接触产生热阻，同时该散热模组100的整体结构更加紧凑。

由此，根据本实用新型实施例的散热模组100，通过在底板10的容纳槽11内设置吸液芯20，同时在底板10的底部设置散热柱40进行换热，有效提高散热模组100的传热能力，增强散热模组100的散热效率。

根据本实用新型的一个实施例，吸液芯20的外轮廓的形状与容纳槽11的开口的形状相对应，且吸液芯20在底板10上的正投影面积不超过容纳槽11的开口面积。

也就是说，如图1和图3所示，吸液芯20的外轮廓的形状大致与容纳槽11的开口的形状相对应，吸液芯20在底板10上的正投影面积不超过容纳槽11的开口面积。吸液芯20可以为多孔材料，吸液芯20内具有多个用于冷媒循环的通道。优选地，吸液芯20可以采用丝网、金属物颗粒等材料烧结而成，吸液芯20可以与容纳槽11的槽道壁面烧结为一体。吸液芯20具有供冷媒循环的通道，同时吸液芯20可以为冷媒循环提供毛细驱动力。吸液芯20的一侧表面可以与底板10的第一侧平齐，盖板30的第二侧(盖板30朝向底板10的一侧)与底板10的第一侧(底板10朝向盖板30的一侧)和吸液芯20贴合。待散热件60工作时产生的热量传递给盖板30，通过盖板30加热吸液芯20中的冷媒，吸液芯20中的一部分冷媒受热后相变为气态，气态冷媒经通道传输至容纳槽11底壁并冷凝成液态，释放大量热量。热量通过散热柱40与冷却液之间进行对流换热，最终由冷却液将热量带走。当然散热模组100的热量还可能有其他传热路径，例如：待散热件60产生的一部分热量导热至底板10等壳体结构，再由自然对流带走部分热量。

在本实用新型的一些具体实施方式中，吸液芯20包括第一芯体21、第二芯体22和支撑柱23。

具体而言，第一芯体21设于容纳槽11的底壁，第一芯体21的第一侧与容纳槽11的底壁连接。支撑柱23的第一端与第一芯体21的第二侧连接。第二芯体22与第一芯体21平行且间隔开设置，支撑柱23的第二端与第二芯体22的第一侧连接，第二芯体22的第二侧与盖板30连接，第一芯体21、支撑柱23和第二芯体22的孔道配合形成通道。

换句话说，如图2和图3所示，吸液芯20主要由第一芯体21、第二芯体22和支撑柱23组成。第一芯体21可以烧结在容纳槽11的底壁上。支撑柱23的第一端可以与第一芯体21烧结在一起。第二芯体22可以与第一芯体21平行，并且第二芯体22和第一芯体21可以间隔开限定出用于冷媒流通的腔体。支撑柱23的第二端可以与第二芯体22烧结在一起。支撑柱23的第一端和第二端为支撑柱23的轴向上两端。第二芯体22可以与盖板30连接，第一芯体21、支撑柱23和第二芯体22的孔道可以配合形成用于冷媒流通的通道。

可选地，支撑柱23可以采用多个，多个支撑柱23可以在第一芯体21和第二芯体22之间间隔开布置。支撑柱23可以为多孔材料件，优选地，支撑柱23可以由金属粉末烧结而成。支撑柱23一方面的作用是支撑与盖板30相连接的吸液芯20，另一方面是为了给冷媒循环提供通道。通过在容纳槽11内设置支撑柱23，可以在一定程度上缩短冷媒的回流路径，使冷媒回流所需的毛细驱动力减小，提高冷媒的循环效率，进一步提高散热模组100的散热效率。

在本实用新型的一些具体实施方式中，散热柱40为多个，多个散热柱40在底板10上间隔开分布。散热柱40的径向尺寸在远离底板10的方向上递减，散热柱40与底板10一体成型。散热模组100还包括：散热池，散热池内填充有冷却液，散热柱40设于冷却液。

换句话说，参见图1至图3，散热柱40可以加工成多个，多个散热柱40可以间隔开分布在底板10的底部，并且散热柱40与底板10一体成型。通过设置散热柱40可以增强对流换热的强度。散热模组100还可以包括散热池，散热池内填充有冷却液，散热柱40可以浸没在冷却液中。优选地，散热柱40可以加工成径向尺寸在远离底板10的方向上递减的针柱状，并且多个散热柱40可以采用交错排布的布置方式，将散热柱40浸没在冷却液中，增加冷却液的湍流强度，并增大与冷却液的接触面积，提高对流换热系数，增强换热能力，使冷端蒸汽冷凝速度加快。同时相比传统风冷散热模式，可以减少使用空间，提高传热效率，且无风扇设备，降低噪声。

也就是说，在本实用新型的一些具体实施方式中，容纳槽11的个数为多个，多个容纳槽11沿底板10的长度方向间隔开布置，每个容纳槽11内分别设有吸液芯20，且每个容纳槽11分别与一个待散热件60相对应，散热模组100还包括：多个覆铜板70，每个覆铜板70的第一侧分别与一个待散热件60连接，每个覆铜板70的第二侧与盖板30连接，以将待散热件60产生的热量传递至盖板30。

换句话说，参见图1和图3，底板10上可以开设有多个容纳槽11，多个容纳槽11可以沿底板10的长度方向间隔开布置，每个容纳槽11内可以分别设置有一个吸液芯20，并且每个容纳槽11可以分别与一个待散热件60相对应，传导相对应的待散热件60的热量。在本申请中，散热模组100可以用于对IGBT器件散热，IGBT器件中的芯片可以作为本申请的待散热件60。在本申请中，以底板10上开设三个容纳槽11为例，每个容纳槽11上分别对应一组待散热件60，每个容纳槽11内可以分别设置有吸液芯20、冷媒、支撑柱23，盖板30可以与底板10焊接连接，通过盖板30可以封闭底板10上的三个容纳槽11。

其中可以理解的是，当待散热件60为常规的电子元件时，可以直接安装在盖板30上。当待散热件60为芯片时，通常不能直接设置在盖板30上，而需要通过覆铜板70安装在盖板30上。具体地，如图1所示，覆铜板70的个数可以与对应一组待散热件60的个数相对应，每个覆铜板70的第一侧可以分别与一组待散热件60连接，每个覆铜板70的第二侧可以与盖板30连接，每个覆铜板70的第一侧和第二侧为覆铜板70的厚度方向上的相对两侧。覆铜板70可以通过上铜层71、陶瓷层72和下铜层73依次烧结形成，由上铜层71、陶瓷层72和下铜层73依次烧结形成的覆铜板70称为DBC(DBC：Direct Bond Copper，直接覆铜)，其中，覆铜板70中上铜层71和下铜层73分别铜基板，具有良好的散热、导电等性能。中间的陶瓷层72具有良好的绝缘、导热等作用。当然，DBC的具体结构和工作原理对于本领域技术人员来说是可以理解并且能够实现的。在本申请中不再详细赘述。

在本申请中，芯片可以通过第一焊料层51焊接在覆铜板70上，覆铜板70可以通过第二焊料层52焊接在盖板30上。当然，芯片与覆铜板70还可以采用粘接或贴设等方式进行连接。芯片工作产生的热量通过第一焊料层51、覆铜板70和第二焊料层52传递至盖板30。通过盖板30加热吸液芯20中的一部分冷媒，冷媒受热后相变为气态，气态冷媒经通道传输至容纳槽11底壁并冷凝成液态，释放大量热量，同时冷凝后的液态冷媒又可以通过通道循环至吸液芯20的蒸发端，完成一个循环。散热柱40可以设置在底板10的底部，散热柱40可以沉浸在冷却液中，与冷却液之间进行对流换热，最终由冷却液将热量带走。

需要说明的是，底板10的容纳槽11中充入一定量的冷媒，在充入冷媒前需要除去容纳槽11的不凝性气体，并且使容纳槽11内形成一定的负压。不凝性气体的存在会削弱相变换热能力，吸液芯20中的冷媒经盖板30的加热蒸发形成气态，气态冷媒在容纳槽11的底部冷凝成液态冷媒。冷凝后的冷媒又经吸液芯20和支撑柱23循环至盖板30，保证冷媒完成整个循环过程，相变换热后的热量又可以通过散热柱40传导至冷却液中，达到将热量由高温带向低温，降低IGBT器件温度的目的。

总而言之，根据本实用新型实施例的散热模组100，通过在底板10的容纳槽11内设置吸液芯20，同时在底板10的底部设置散热柱40，与冷却液对流换热。该散热模组100将相变与液冷散热方式集成为一体，有效提高散热模组100的传热能力，增强散热模组100的散热效率。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种散热模组，其特征在于，包括：

底板，所述底板的第一侧设有容纳槽，所述容纳槽内填充有冷媒；

吸液芯，所述吸液芯设于所述容纳槽，所述吸液芯内设有供冷媒循环流通的通道；

盖板，所述盖板设于所述底板的第一侧并封闭所述容纳槽，所述盖板的第一侧用于与待散热件连接，所述盖板的第二侧与所述吸液芯连接，所述吸液芯吸收所述盖板的热量，并与所述底板进行热交换；

散热柱，所述散热柱设于所述底板的第二侧。

2.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述吸液芯的外轮廓的形状与所述容纳槽的开口的形状相对应，且所述吸液芯在所述底板上的正投影面积不超过所述容纳槽的开口面积。

3.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述吸液芯为多孔材料件，所述吸液芯内设有多个所述通道。

4.根据权利要求3所述的散热模组，其特征在于，所述吸液芯包括：

第一芯体，所述第一芯体设于所述容纳槽的底壁，所述第一芯体的第一侧与所述容纳槽的底壁连接；

支撑柱，所述支撑柱的第一端与所述第一芯体的第二侧连接；

第二芯体，所述第二芯体与所述第一芯体平行且间隔开设置，所述支撑柱的第二端与所述第二芯体的第一侧连接，所述第二芯体的第二侧与所述盖板连接，所述第一芯体、所述支撑柱和所述第二芯体的孔道配合形成所述通道。

5.根据权利要求4所述的散热模组，其特征在于，所述支撑柱为多个，多个所述支撑柱在所述第一芯体与所述第二芯体之间间隔开布置。

6.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述散热柱为多个，多个所述散热柱在所述底板上间隔开分布。

7.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述散热柱的径向尺寸在远离所述底板的方向上递减。

8.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述散热柱与所述底板一体成型。

9.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，还包括：散热池，所述散热池内填充有冷却液，所述散热柱设于所述冷却液。

10.根据权利要求1所述的散热模组，其特征在于，所述容纳槽的个数为多个，多个所述容纳槽沿所述底板的长度方向间隔开布置，每个所述容纳槽内分别设有所述吸液芯。

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