CN219303654U - 一种液冷装置、pcb结构及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种液冷装置、PCB结构及电子设备，液冷装置包括：基板；芯片，设于基板上；液冷罩体，罩设于芯片上，且与基板封闭连接，液冷罩体上设有液冷通道；在基板与液冷罩体连接形成的封闭区域内填充有冷却液，芯片与冷却液接触。本申请中，冷却液直接与芯片表面直接接触，为芯片进行降温。相比于传统的冷板式液冷，以冷却液直接与芯片接触的散热效果更显著。此外，本申请中只需往基板与液冷罩体连接形成的封闭区域内通入少量的冷却液就可以实现芯片的液冷散热，节省冷却液，降低冷却液使用成本，减少冷却液对其他部件的影响。

Description

一种液冷装置、PCB结构及电子设备

技术领域

本申请涉及液冷技术领域，具体而言，涉及一种液冷装置、PCB结构及电子设备。

背景技术

芯片随功耗的增加，导致热量无法及时散出。目前，对芯片进行液冷冷却的方式有两种，(1)冷板式液冷，属于间接液冷，请参照图1和图2；(2)浸没式液冷，属于直接液冷，请参照图3。

请参照图1和图2，冷板式液冷的工作原理是：冷板20一般是铝、铜等金属构成的腔体，有进液端201和出液端202，冷板20与封装芯片40通过导热界面材料30贴合，封装芯片40设置在印制电路板50上。工作液体在泵的驱动下通过进液端201进入冷板20，带走封装芯片40通过冷板20底部传递的热量，吸收了热量的工作流体通过冷板20的出液端201流出冷板20，在外部进行冷却。封装芯片40和冷却液是通过导热界面材料30、冷板20底板间接接触的。冷板式液冷存在的问题是封装芯片40和冷却液之间存在导热界面材料30，导热界面材料30会使封装芯片40到冷却液的传热路径上存在无法消除的导热热阻。

请参照图3，浸没式液冷的工作原理是：把印刷电路板50直接浸入充满绝缘冷却液的容器中，封装芯片40产生的热量直接传导至冷却液，封装芯片40和冷却液是直接接触的。浸没式液冷相比冷板式液冷的散热效率要高，但同样存在问题：(1)所需冷却液较多，导致液体成本高。(2)除了要散热的封装芯片，印刷电路板50其他地方也需要在绝缘液体中，为了防止印刷电路板50整体的电性能或可靠性等因素受冷却液的影响，需要做额外的电气设计和可靠性等方面的设计。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种液冷装置、PCB结构及电子设备，本申请中的冷却液直接与芯片表面接触，为芯片进行降温，将芯片散发的热量通过出液口带走。相比于传统的冷板式液冷，以冷却液直接与芯片接触的散热效果更显著。

本申请的实施例是这样实现的：

第一方面，本申请提供一种液冷装置，包括：基板；芯片，设于所述基板上；液冷罩体罩设于所述芯片上，且与所述基板封闭连接，所述液冷罩体上设有液冷通道；在所述基板与所述液冷罩体连接形成的封闭区域内填充有冷却液，所述芯片与所述冷却液接触。

在上述技术方案中，液冷罩体罩设在芯片上，并且与基板封闭连接，在基板与液冷罩体连接形成的封闭区域内填充冷却液，从而使芯片表面与冷却液直接接触，为芯片进行降温。

于一实施例中，所述液冷通道包括：至少一个进液口和至少一个出液口；所述进液口和所述出液口设于所述液冷罩体的同一侧。

在上述技术方案中，冷却液由液冷罩体一侧的进液口进入，对芯片进行散热后，冷却液由液冷罩体一侧的出液口带出，加快了冷却液的流动速度，提高散热效率。

于一实施例中，所述液冷通道包括：至少一个进液口和至少一个出液口；所述进液口设于所述液冷罩体的一侧面上；所述出液口设于所述液冷罩体的另一侧面上；所述液冷罩体的一侧面与所述液冷罩体的另一侧面相对。

在上述技术方案中，通过在液冷罩体的一侧面上设置一个以上的进液口，在液冷罩体的另一侧面上也设置一个以上的出液口，增加冷却液进入和排出的速率，可提高芯片的散热效率。

于一实施例中，所述进液口和所述出液口位于同一水平面或相互错位设置。

在上述技术方案中，可以根据液冷装置的实际使用需求，设置进液口和出液口的位置关系，以适应不同的使用场景和使用环境。

于一实施例中，所述液冷罩体与所述基板的连接方式为胶粘或焊接中的一种。

在上述技术方案中，通过将液冷罩体与基板进行胶粘或焊接连接，可使基板与液冷罩体之间形成密封，避免基板与液冷罩体连接形成的封闭区域内填充的冷却液发生泄漏。

于一实施例中，所述液冷罩体与所述基板一体成型设置。

在上述技术方案中，在加工液冷装置时，液冷罩体直接与基板一体注塑成型，同样可以避免基板与液冷罩体连接形成的封闭区域内填充的冷却液发生泄漏。

于一实施例中，所述液冷罩体的材料为金属或非金属中的一种。

在上述技术方案中，由于液冷罩体会与冷却液直接接触，因而要求液冷罩体具备一定的强度，对芯片起到强有力的保护作用。

于一实施例中，所述金属材料为铜、铝、镍中的一种或组合。

在上述技术方案中，由于液冷罩体会与冷却液直接接触，因而液冷罩体的材料优选导热性能良好的金属材料或非金属材料。

于一实施例中，所述芯片为计算芯片、存储芯片中的一种。

在上述技术方案中，本申请的液冷装置可以应用在不同的芯片上，具有较好的普适性。

第二方面，本申请提供一种PCB结构，包括本申请第一方面实施例任一项所述的液冷装置。

在上述技术方案中，本申请中的液冷装置可以应用在PCB结构中，通过在PCB结构中设置液冷装置，能够显著提高PCB结构的散热效果。

第三方面，本申请提供一种电子设备，包括本申请第二方面实施例所述的PCB结构。

在上述技术方案中，本申请的PCB结构可以广泛应用在包含笔记本电脑、平板电脑、移动手机、打印机、传真机、投影仪以及数码相机、摄像机、录音设置等的电子设备中，进而提高电子设备的散热效率。

本申请与现有技术相比的有益效果是：本申请中，液冷罩体罩设在芯片上，并且与基板封闭连接，在基板与液冷罩体连接形成的封闭区域内填充冷却液，从而使芯片表面与冷却液直接接触，为芯片进行降温。相比于传统的冷板式液冷，以冷却液直接与芯片接触的散热效果更显著。

此外，本申请中，只需要往基板与液冷罩体连接形成的封闭区域内通入少量的冷却液就可以实现芯片的液冷散热，相比传统的单板或设备整体浸没式液冷更节省冷却液。

由于仅是芯片直接浸没在冷却液中，对于印制电路板上的其他模块或器件可不用浸没在冷却液中，因而不用考虑冷却液对印制电路板上的其他模块或部件的影响。综上，采用本申请的液冷装置可以显著提高芯片散热效果，降低冷却液使用成本，减少冷却液对其他部件的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为现有技术中冷板式液冷结构剖视图；

图2为现有技术中冷板式液冷结构示意图；

图3为现有技术中浸没式液冷结构示意图；

图4为本申请一实施例提供的液冷装置的结构示意图；

图5为本申请第一实施例提供的液冷装置的剖面示意图；

图6为本申请第二实施例提供的液冷装置的剖面示意图；

图7为本申请第三实施例提供的液冷装置的剖面示意图；

图8为本申请第四实施例提供的液冷装置的剖面示意图；

图9为本申请第五实施例提供的液冷装置的侧视图；

图10为本申请第六实施例提供的液冷装置的剖面示意图；

图11为本申请一实施例提供的液冷装置的内部结构示意图。

图标：

1-液冷装置；11-基板；12-芯片；13-液冷罩体；14-液冷通道；141-进液口；142-出液口；15-冷却液；20-冷板；201-进液端；202-出液端；30-导热界面材料；40-封装芯片；50-印制电路板。

具体实施方式

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“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；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。

下面将结合附图对本申请的技术方案进行描述。

请参照图4-图10，其为本申请一实施例提供的液冷装置1的结构示意图。一种液冷装置1，包括：基板11、芯片12、液冷罩体13、液冷通道14和冷却液15；其中，芯片12设于基板11上，液冷罩体13罩设于芯片12上，且与基板11封闭连接，液冷通道14设于液冷罩体13上，在基板11与液冷罩体13连接形成的封闭区域内填充冷却液15，芯片12与冷却液15直接接触。

于一实施例中，基板11的原材料主要有铜箔或类似于PCB的覆铜板，具体分为硬质基板、柔性薄膜基板和陶瓷封装基板。硬质基板主要有三种材料，分别是BT材料(Bismaleimide Triazine，BT树脂基板)、ABF材料(高度耐用刚性薄膜)和MIS材料(金属绝缘半导体材料)；柔性封装基板材料主要包括PI(聚酰亚胺)和PE(聚酯)树脂；陶瓷封装基板材料主要为氧化铝、氮化铝、碳化硅等陶瓷材料。

基板11的形状可以为长方形、正方形、矩形、圆形或多边形中的一种，可以根据实际使用需求进行设计。

于一实施例中，请参照图11，芯片12与基板11可通过胶粘或焊接的方式进行固定。于一其他实施例中，芯片12与基板11通过模铸、电镀或微电镀的焊接方式，为便于大量生产，优选模铸方法将芯片12与基板11连接。

于一实施例中，液冷罩体13与基板11的连接方式为胶粘或焊接中的一种。液冷罩体13与基板11通过胶粘或焊接进行密封连接，焊接方式包括扩散焊、钎焊、氩弧焊或者电子束焊的焊接方式密封固定液冷罩体13与基板11。采用上述方式，可使基板11与液冷罩体13之间形成密封，避免基板11与液冷罩体13连接形成的封闭区域内填充的冷却液15发生泄漏，有效减少了接触热阻。

于一其他实施例中，液冷罩体13与基板11一体成型设置。在加工液冷装置1时，液冷罩体13直接与基板11一体注塑成型，同样可以避免基板11与液冷罩体13连接形成的封闭区域内填充的冷却液15发生泄漏。

请参照图5，液冷通道14包括：至少一个进液口141、至少一个出液口142，其中进液口141位于液冷罩体13的一侧面上，出液口142位于液冷罩体13的另一侧面上，液冷罩体13的一侧面与液冷罩体13的另一侧面相对。

示例性地，进液口141和出液口142均可设为一个，且相对设置在液冷罩体13的两侧面上。并且，进液口141与出液口142位于同一水平面。

或者，请参照图6，进液口141和出液口142均可设为一个，且进液口141和出液口142相互错位设置，而并不在同一平面。当然，为了提高冷却速率，可以在液冷罩体13的一侧面上设置一个以上的进液口141，在液冷罩体13的另一侧面上也设置一个以上的出液口142，增加冷却液15进入和排出的速率，提高芯片12的散热效率。出液口142可与管路连接，使用过的冷却液15由管路排出，进行相应的回收处理或降温处理后，再循环利用。

于一其他实施例中，请参照图7，进液口141和出液口142均可设为一个，且进液口141和出液口142均设置在液冷罩体13的同一侧。冷却液15由液冷罩体13一侧的进液口141进入，对芯片12进行散热后，冷却液15由液冷罩体13一侧的出液口142带出，由管路排出，进行相应的回收处理或降温处理后，再循环利用。

图5-图7中，进液口141和出液口142均设置为一个。当然，进液口141与出液口142可以设置为一个以上。例如，进液口141设为两个、三个甚至更多个，出液口142设为两个、三个甚至更多个。进液口141的个数可以和出液口142的个数相同，也可以不相同。

示例性地，请参照图8，进液口141和出液口142均设为两个，且相对设置在液冷罩体13的两侧面上，每一对进液口141与出液口142均位于同一水平面。

示例性地，请参照图9，进液口141和出液口142均设为两个，且进液口141和出液口142均设置在液冷罩体13的同一侧。

示例性地，请参照图10，进液口141与出液口142的个数不相同，进液口141个数大于出液口142个数。例如，进液口141设为两个，出液口142设为一个，且进液口141与出液口142相对设置在液冷罩体13的两侧面上。

除上述实施例外，进液口141的个数也可以小于出液口142的个数，并且进液口141与出液口142相对设置在液冷罩体13的两侧面上，或者均设置在液冷罩体13的同一侧。综上所述，进液口141与出液口142的数量设置、位置关系均可以根据液冷装置1的实际使用需求进行设计。

于一实施例中，冷却液15为水、乙醇、纳米流体中的一种。冷却液15为非腐蚀性的绝缘冷却液15。其中，纳米流体是在普通冷却液(水、乙醇等)中添加纳米液滴，纳米液滴可以增强冷却液15的导热性。纳米流体具有比水高许多倍的导热性能，价格比液态金属低很多。水作为自然界中最容易获取的资源，获取非常便利，所需成本较低，因此，出于成本方面以及可行性方面考虑，本实施例中，优选水作为非腐蚀性的绝缘冷却液15。

本实施例中，通过向进液口141内持续注入冷却液15，冷却液15逐渐充满基板11与液冷罩体13连接形成的封闭区域内，冷却液15直接与芯片12表面接触，为芯片12进行降温，将芯片12散发的热量通过出液口142带走。冷却液15直接与芯片12的接触，可减少发热元件的热量传导到冷却液15中所经过的部件的数量，大大减少发热元件与冷却液15之间的热阻，提高液冷装置1的散热工作效率。

由于冷却液15的持续流动，可将芯片12产生的热量源源不断的输送走，从而保持芯片12始终处于过热状态，可提高芯片12的工作效率。相比于传统的冷板式液冷，以冷却液15直接与芯片12接触的散热效果更显著。

此外，本实施例中，只需要往基板11与液冷罩体13连接形成的封闭区域内通入少量的冷却液15就可以实现芯片12的液冷散热，相比传统的单板或设备整体浸没式液冷更节省冷却液15。

由于仅是芯片12直接浸没在冷却液15中，对于印制电路板上的其他模块或部件可不用浸没在冷却液15中，因而不用考虑冷却液15对印制电路板上的其他模块或部件的影响。

于一实施例中，液冷罩体13的材料为金属或非金属中的一种。当液冷罩体13的材料选为金属时，金属材料为铜、铝、镍中的一种或组合。当液冷罩体13的材料选为非金属时，非金属材料为陶瓷、碳材料、石墨材料中的一种或组合。本实施例中，液冷罩体13的材料选为单一的金属材料，并选为导热性能较好的铜材料。当然，也可以是其他铜相似的金属，例如铝。

于一实施例中，液冷罩体13的形状为长方体、正方体、圆柱体或多边形体中的一种。液冷罩体13的形状可与基板11保持一致。示例性地，基板11为矩形，则液冷罩体13的形状对应也设为矩形。因此，液冷罩体13的形状可根据实际设计要求设计成各种形状。从外观形态的考虑，液冷罩体13的颜色可选为任意颜色。

本申请的液冷装置1可以对CPU芯片(Central Processing Unit，中央处理器)、GPU芯片(Graphics Processing Uni，图像处理)为代表的计算芯片，也可以对以内存芯片ROM(只读存储器)、DRAM(动态随机存储器)为代表的存储芯片，或者PCB板上的芯片进行直接液冷。针对不同的芯片规格，可选择不同形状的液冷罩体13以及合适的冷却液15进行冷却。

本申请提供一种PCB结构，包括上述液冷装置1，该液冷装置1可设置在PCB结构中。

本申请还提供一种电子设备，包括上述PCB结构。PCB结构在电子设备中具有如下作用：一是提供集成电路等各种电子元器件固定、装配的机械支撑；二是实现集成电路等各种电子元器件之间的布线和电气连接(信号传输)或电绝缘，提供所要求的电气特性，如特性阻抗等。在电子设备使用过程中，若PCB结构过热都将导致电子元器件发生故障，因此，对于PCB结构的散热显得尤为重要。而通过在PCB结构中设置本申请所述的液冷装置1，就能够显著提高PCB结构的散热效果。示例性，电子设备可以包括笔记本电脑、平板电脑、移动手机、打印机、传真机、投影仪以及数码相机、摄像机、录音设置等。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例中的特征可以相互结合。

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 (10)

1.一种液冷装置，其特征在于，包括：

基板；

芯片，设于所述基板上；

液冷罩体，罩设在所述芯片上，且与所述基板封闭连接，所述液冷罩体上设有液冷通道；

在所述基板与所述液冷罩体连接形成的封闭区域内填充有冷却液，所述芯片与所述冷却液接触。

2.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述液冷通道包括：

至少一个进液口和至少一个出液口；

所述进液口和所述出液口设于所述液冷罩体的同一侧。

3.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述液冷通道包括：

至少一个进液口和至少一个出液口；

所述进液口设于所述液冷罩体的一侧面上；

所述出液口设于所述的液冷罩体的另一侧面上；

所述液冷罩体的一侧面与所述液冷罩体的另一侧面相对。

4.根据权利要求3所述的液冷装置，其特征在于，所述进液口和所述出液口位于同一水平面或相互错位设置。

5.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述液冷罩体与所述基板的连接方式为胶粘或焊接中的一种。

6.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述液冷罩体与所述基板一体成型设置。

7.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述液冷罩体的材料为金属或非金属中的一种。

8.根据权利要求1所述的液冷装置，其特征在于，所述芯片为计算芯片、存储芯片中的一种。

9.一种PCB结构，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的液冷装置。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求9所述的PCB结构。

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