CN219873510U - 一种散热装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种散热装置，包括：扩热结构和第一表面散热结构；其中，扩热结构至少包括相背设置的第一表面和第二表面，第一表面与待散热芯片的封装连接；第一表面散热结构为在第二表面上采用铜粉喷镀工艺形成的。在本公开中，通过铜粉喷镀工艺形成的第一表面散热结构，具有更高的附着强度，并且可以实现对第一表面散热结构的形态的调节，进而增加汽化核心数量、强化散热装置的沸腾换热效果。

Description

一种散热装置

技术领域

本公开涉及但不限于电子设备领域，尤其涉及一种散热装置。

背景技术

相变液冷是以相变冷却液作为传热介质，在热量传递过程中，冷却液吸收和放出热量，发生相态转变，通常伴随着少量过冷或过热的情况，但主要依靠物质的相变潜热传递热量。其中，浸没式相变液冷技术利用液体相变将发热器件的热量直接带走，减少了传热工程的热阻，相比冷板式液冷，具有更高的传热效率，是液冷中最节能、最高效的制冷模式。

目前，应用于浸没式相变液冷技术中的沸腾强化设计，在强化程度、加工难度、可控性能方面存在相对劣势，具体表现在：该技术仅用微肋结构增大与相变工质的接触面积，进而增加汽化核心数量，该技术需要制作非常精细的微型结构，增加了加工难度和生产成本，并且，受限于机械加工水平，因此在具体实施中的可控性能不高，无法满足不同系统压力下的汽化核心直径要求。

实用新型内容

本公开提供一种散热装置，能够增加汽化核心数量、强化沸腾换热效果。

第一方面，本公开提供一种散热装置，该装置包括：扩热结构和第一表面散热结构；其中，扩热结构至少包括相背设置的第一表面和第二表面，第一表面与待散热芯片的封装连接；第一表面散热结构为在第二表面上采用铜粉喷镀工艺形成的。

在一些可能的实施方式中，扩热结构还包括第三表面，所述散热装置还包括第二表面散热结构，第三表面与第一表面和第二表面相接；第二表面散热结构为在第三表面上采用铜粉喷镀工艺形成的。

在一些可能的实施方式中，铜粉喷镀工艺采用的喷镀厚度为0.05～0.15mm。

在一些可能的实施方式中，铜粉喷镀工艺采用的喷镀气压为0.2～1MPa。

在一些可能的实施方式中，所述扩热结构还包括至少一个扩热块体，至少一个扩热块体设置于待散热芯片的封装之上；至少一个扩热块体的底面组成第一表面，至少一个扩热块体的顶面组成第二表面。

在一些可能的实施方式中，第一表面与待散热芯片的封装连接。

在一些可能的实施方式中，扩热块体的形状为以下之一：长方体、正方体、棱台、圆柱体。

在一些可能的实施方式中，待散热芯片的封装与第一表面焊接。

在一些可能的实施方式中，待散热芯片的封装与第一表面之间填充有导热介质层。

在一些可能的实施方式中，第一表面散热结构形成于第二表面上。

在一些可能的实施方式中，第一表面散热结构的表面具有粗糙纹样。

在本公开中，通过铜粉喷镀工艺在扩热结构的第二表面形成第一表面散热结构，使得第一表面散热结构具有更高的附着强度，并且铜粉喷镀工艺可以通过调节铜粉粒径和喷镀气压实现对第一表面散热结构的形态的调节，通过增大第一表面散热结构的表面积来增加汽化核心数量、强化散热装置的沸腾换热效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

图1为本公开实施例中的散热装置的第一种结构的示意图；

图2为本公开实施例中的散热装置的第二种结构的示意图；

图3为本公开实施例中的散热装置的第三种结构的示意图；

图4为本公开实施例中的扩热结构的一种结构的示意图；

图5为本公开实施例中的扩热结构的另一种结构的示意图；

图6为本公开实施例中的散热装置的工艺流程图；

附图标记说明：

10-散热装置；11-扩热结构；11A-第一表面；11B-第二表面；11C-第三表面；111-扩热块体；12-第一表面散热结构；13-第二表面散热结构。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的实用新型后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。

为了说明本公开所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

浸没式液冷技术通过浸没发热器件，使得发热器件与液体直接接触，进行热交换。根据介质是否存在相态转变又可分为浸没式单相液冷和浸没式相变液冷。其中，在浸没式单相液冷中，介电冷却液保持液体状态。电子部件直接浸没在液体中，液体置于密封但易于触及的容器中，热量从电子部件传递到液体中。通常使用循环泵将经过加热的冷却液流到热交换器，在热交换器中冷却并循环回到容器中。冷却液在循环散热过程中始终维持液态，不发生相变。低温冷却液带走热量后，温度升高，升高的冷却液流动到其它区域后重新冷却完成循环。浸没式相变液冷是以相变冷却液作为传热介质，在热量传递过程中，冷却液吸收和放出热量，发生相态转变，通常伴随着少量过冷或过热的情况，但主要依靠物质的相变潜热传递热量。在浸没式液体相变冷却系统中，将服务器主板、中央处理器(centralprocessing unit，CPU)、内存等发热量大的元器件完全浸没在冷却液中；在工作状态下，各发热部件会产生热量，引起冷却液升温。当冷却液的温度升高到系统压力所对应的沸点时，冷却液发生相变，从液态变化为气态，通过汽化热吸收热量，实现热量的转移。浸没式相变液冷技术利用液体相变将热量直接带走，减少了传热工程的热阻，相比冷板式液冷，具有更高的传热效率，是液冷中最节能、最高效的制冷模式。

目前，应用于浸没式相变液冷技术中的沸腾强化设计，在强化程度、加工难度、可控性能方面存在相对劣势。专利CN112151481A公开了一种表面强化沸腾散热结构，该结构用微肋结构增大与相变工质的接触面积，进而增加汽化核心数量，该技术需要制作非常精细的微型结构，增加了加工难度和生产成本，并且，受限于机械加工水平，因此在具体实施中的可控性能不高，无法满足不同系统压力下的汽化核心直径要求。

为解决上述问题，本公开实施例提供一种散热装置，能够增加汽化核心数量、强化沸腾换热效果。

需要说明的是，本公开实施例中的散热装置通过浸没式相变液冷技术实现对待散热芯片的散热，下述实施例中的散热装置在使用过程可以浸没在相变工质中的。

图1为本公开实施例中的散热装置的第一种结构的示意图，参见图1所示，散热装置10包括：扩热结构11和第一表面散热结构12，其中，扩热结构11至少包括相背设置的第一表面11A和第二表面11B，第一表面11A与待散热芯片的封装连接；第一表面散热结构12贴合在第二表面11B上，第一表面散热结构12是通过采用铜粉喷镀工艺在第二表面11B上形成的。扩热结构11还包括第三表面11C，第三表面11C与第一表面11A和第二表面11B相接。

在一示例中，散热装置10用于与待散热芯片进行热交换，以实现散热。此时，散热装置10中的扩热结构11与待散热芯片的封装直接接触并固定连接在一起。

在一实施例中，参见图1所示，扩热结构11与待散热芯片直接接触的一面为第一表面11A，与第一表面11A平行设置的表面为扩热结构11的第二表面11B。待散热芯片在工作过程中产生的热量传递至扩热结构11的第一表面11A，再由第一表面11A进一步传递至第二表面11B，最后由第二表面11B上设置的第一表面散热结构12与相变工质进行热交换，引起相变工质的沸腾。

在一实施例中，为了加工出不同的表面形态，第一表面散热结构12可以通过对第二表面11B采用表面特殊工艺(即铜粉喷镀工艺)处理形成的。

在一些可能的实施方式中，图2为本公开实施例中的散热装置的第二种结构的示意图，参见图2所示，散热装置10还包括第二表面散热结构13，第二表面散热结构13为在第三表面11C上采用铜粉喷镀工艺形成的。

在一实施例中，散热装置10放置于相变工质中，扩热结构11设置为长方体(也可以为其他形态，本实施例以长方体为例，但不限于此)，那么，扩热结构11的底面(即第一表面11A)与待散热芯片的封装接触，扩热结构11的顶面为第二表面11B，除第一表面11A和第二表面11B之外的其余四个表面为扩热结构11的第三表面11C。第二表面11B和第三表面11C都采用了铜粉喷镀工艺处理，形成了第一表面散热结构12和第二表面散热结构13。第一表面散热结构12和第二表面散热结构13可以将待散热芯片产生的热量传递至相变工质，引起相变工质的沸腾。

在本公开实施例中，扩热结构11的第二表面11B和第三表面11C均为散热面，多个散热面的同时存在，可以有效的降低扩热结构11的壁面过热度，进而降低待散热芯片的温度。

在一些可能的实施方式中，上述第二表面11B和/或第三表面11C上所采用的铜粉喷镀工艺在实施时采用的喷镀气压为0.2～1MPa。

在一些可能的实施方式中，上述第二表面11B和/或第三表面11C上所采用的铜粉喷镀工艺在实施时采用的喷镀厚度为0.05～0.15mm。

在本公开实施例中，为了验证铜粉喷镀工艺采用的喷镀气压为0.2～1MPa以及喷镀厚度为0.05～0.15mm时，第二表面11B和/或第三表面11C的扩热效果，以表1的实验数据进行说明。

表1

如表1所示，上述数值为待散热芯片与相变工质的饱和温度之间的温差，温差越小表示散热效果越好。可见，在喷镀气压为1MPa，喷镀厚度为0.05mm时，散热装置的散热效果是最好的，为最优选择，但采用0.2～1MPa和0.05～0.15mm范围内的其它喷镀气压和喷镀厚度时，散热装置依然保持了较好的散热效果。

在本公开实施例中，为了验证采用铜粉喷镀工艺制成的第一表面散热结构12在第二表面11B上的附着强度，可以采用如划格法，来测试涂层附着力。其中，实验的对照组为采用铜网焊接制成的铜网焊接层和铜网烧结制成的铜网烧结层。划格法测试涂层附着力的操作方法如下：

(1)先在第一表面散热结构12、铜网焊接层和铜网烧结层上切合11道相互平行的、间距相等的切痕，然后再垂直切割与前者切割道数及间距相同的切痕。选用划格刀片间距2mm的道具。

(2)采用手工切割时，用力要均匀，速度要平稳无颤抖，以便使刀刃在切割中正好能穿透涂层而触及基底。

(3)切割后，在试板上将出现100个方格，用软毛刷沿方格的两对角线方向轻轻刷掉切屑，然后检查并评价涂层附着。

关于上述划格法测试涂层附着力的评定标准(GB/T9286-88)如表2所示。

表2

在上述实施例中，通过观察第一表面散热结构12、铜网焊接层和铜网烧结层在划格法后的表面形态，可以发现第一表面散热结构12的分级明显低于铜网焊接层和铜网烧结层的分级，即采用铜粉喷镀工艺对扩热结构11的第二表面11B和第三表面11C进行处理，相较于铜网焊接和铜网烧结这两种技术手段，铜粉喷镀工艺中的铜粉在扩热结构11上的附着强度更高。另外，铜粉喷镀工艺除了可以调整喷镀厚度和喷镀气压之外，还可以通过调节铜粉粒径形成具有不同粗糙度的表面形态，具有更好的可控性和可塑性。

在一些可能的实施方式中，图3为本公开实施例中的散热装置的第三种结构的示意图，其中，图3中的(a)为散热装置的立体图，图3中的(b)为散热装置的俯视图，参见图3中的(a)和(b)所示，第一表面散热结构12的表面具有粗糙纹样。

可以理解的，由于采用铜粉喷镀工艺加工，使得第一表面散热结构12具有粗糙的表面形态。如此，可以增强汽化核心进而强化散热装置10在相变工质中的沸腾换热效果。

在一些可能的实施方式中，图4为本公开实施例中的扩热结构的一种结构的示意图，参见图4所示，扩热结构11还可以包括至少一个扩热块体111，至少一个扩热块体111设置于待散热芯片的封装之上；至少一个扩热块体111的底面组成第一表面11A，至少一个扩热块体111的顶面组成第二表面11B，对上述至少一个扩热块体111的顶面进行铜粉喷镀工艺处理，可以得到第一表面散热结构12。

可以理解的，扩热结构11中可以有一个或多个扩热块体111，当扩热结构11仅包括一个扩热块体111时，扩热块体111的长宽通常设置为大于或者等于待散热芯片的长宽，如此，可以全部覆盖待散热芯片的发热面，实现高效热交换；当扩热结构11包括多个扩热块体111时，多个扩热块体111可以根据实际散热需求分别分布设置在待散热芯片的表面，其中，每个扩热块体111的长宽都小于待散热芯片的长宽，如此，可以将多个扩热块体111分别分布在待散热芯片的局部发热区域(如晶体管集中的区域)进行散热，在保证散热效率的同时节省材料的使用成本。需要说明的是，当扩热结构11仅包括一个扩热块体111时，扩热块体111与待散热芯片的封装直接接触的一面(即扩热块体111的底面)为第一表面11A，与第一表面11A相背设置的表面为第二表面；当扩热结构11包括多个扩热块体111时，多个扩热块体111与待散热芯片的封装直接接触的一面(即扩热块体111的底面)共同组成第一表面11A，多个扩热块体111的顶面共同组成第二表面11B。

在一些可能的实施方式中，扩热块体111的形状可以为以下之一：长方体、正方体、棱台、圆柱体。当然，扩热块体111还可以为其他形状，本公开实施例对此不做具体限定。

在本公开实施例中，扩热块体111可以采用具有较高导热系数的金属制作，例如铜或铝，具体金属材料可根据实际需要进行选择，本公开实施例对此不作具体限定。

在一些可能的实施方式中，图5为本公开实施例中的扩热结构的另一种结构的示意图，参见图5所示，扩热结构11的第二表面可以设置为波浪状。

可以理解的，扩热结构11的第二表面设置成波浪状，如此，可以增加扩热结构11的表面积，通过增大扩热面积进一步强化沸腾换热效果。同理，扩热结构11的第三表面11C也可以设置为波浪状。需要说明的是，扩热结构11的第二表面11B设置为波浪状时，第一表面散热结构12也相适应地被喷镀为波浪状，扩热结构11的第三表面11C设置为波浪状时，第二表面散热结构13也相适应地被喷镀为波浪状。扩热结构11的第二表面11B和/或第三表面11C设置为波浪状仅为其中一种示例，也可以设置为其它形状，只要能增大扩热结构的扩热面积即可，本公开实施例对此不作具体限定。

在一些可能的实施方式中，第一表面11A与待散热芯片的封装连接。

可以理解的，扩热结构11为金属材料，在锻造过程中会在表面形成一层氧化层，在后续的加工使用过程中，若没有及时去除氧化皮，金属材料的表面容易出现折叠、裂纹、凹坑等现象，使得该金属材料的寿命降低。所以，在本公开实施例中，扩热结构11与待散热芯片贴合之前，可以对扩热结构11的第一表面11A进行去氧化皮处理，经去氧化皮工艺处理后的第一表面11A与待散热芯片的封装连接。

在一些可能的实施方式中，待散热芯片的封装与第一表面11A焊接。

可以理解的，第一表面11A经去氧化皮工艺处理后，可以通过焊接的方式与待散热芯片的封装进行连接。

在一些可能的实施方式中，待散热芯片的封装与经去氧化皮工艺处理后的第一表面11A之间填充有导热介质层。

可以理解的，待散热芯片的封装与经去氧化皮工艺处理后的扩热结构11的第一表面11A之间可以填充导热介质，以增强扩热结构11和待散热芯片的封装之间的热交换效率，填充后再对扩热结构11的第一表面11A和待散热芯片的封装进行机械固定，如此，可以实现扩热结构11的第一表面11A与待散热芯片之间的热量传递以及固定连接。需要说明的是，机械固定的方式可以包括但不限于紧固件固定、铆接固定等。

在本公开实施例中，经去氧化皮工艺处理后的扩热结构11的第一表面11A与待散热芯片的封装之间的连接方式可以包括但不限于上述焊接方式和导热介质加机械固定的形式，还可以根据实际需要选择其它连接方式。

在一些可能的实施方式中第一表面散热结构12形成于经去氧化皮工艺处理后的第二表面上。

在一些可能的实施方式中，第二表面散热结构13形成于经去氧化皮工艺处理后的第三表面上。

下面，对散热装置10的制作过程进行说明，来进一步说明本公开实施例中的散热装置10。

示例性的，图6为本公开实施例中的散热装置的工艺流程图，参见图6所示，在制作散热装置10的过程中，首先根据待散热芯片的尺寸和热流密度设计扩热结构11，扩热结构11中仅设置一个扩热块体111，扩热块体111的长宽设置为等于待散热芯片的长宽，如，扩热块体111的尺寸为10mm(L)×8mm(W)×5mm(H)。拟定好扩热块体111的尺寸之后，利用导热性能良好的铜材(紫铜，密度为8.96g/cm³，导热系数为400W/m·K，比热容为390J/kg·K)加工扩热块体111，制作好的扩热块体111如图6中的(a)所示，然后对扩热块体111的所有表面进行去氧化皮处理，经去氧化皮处理处理后的扩热块体111如图6中的(b)所示。之后利用铜粉喷镀工艺对扩热块体111中除了与待散热芯片接触的一面之外的其余表面(即第二表面11B和第三表面11C)进行加工，铜粉粒径为50μm，喷镀气压为1MPa，铜粉喷镀后的扩热块体111如图6中的(c)所示。然后再对与待散热芯片的顶面接触的扩热块体111的表面(即第一表面11A)进行第二次去氧化皮处理，并将其与待散热芯片的顶面焊接在一起。

在本公开实施例中，通过铜粉喷镀工艺形成的第一表面散热结构，具有更高的附着强度，并且可以实现对第一表面散热结构的形态的调节，进而增加汽化核心数量、强化散热装置的沸腾换热效果。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本公开实施例的实施过程构成任何限定。

以上所述实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种散热装置，其特征在于，包括：扩热结构和第一表面散热结构；其中，

所述扩热结构至少包括相背设置的第一表面和第二表面，所述第一表面与待散热芯片的封装连接；

所述第一表面散热结构为在所述第二表面上采用铜粉喷镀工艺形成的。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扩热结构还包括第三表面，所述散热装置还包括第二表面散热结构，所述第三表面与所述第一表面和所述第二表面相接；

所述第二表面散热结构为在所述第三表面上采用铜粉喷镀工艺形成的。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述铜粉喷镀工艺采用的喷镀厚度为0.05～0.15mm。

4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述铜粉喷镀工艺采用的喷镀气压为0.2～1MPa。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述扩热结构还包括至少一个扩热块体，所述至少一个扩热块体设置于所述待散热芯片的封装之上；所述至少一个扩热块体的底面组成所述第一表面，所述至少一个扩热块体的顶面组成所述第二表面。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述扩热块体的形状为以下之一：长方体、正方体、棱台、圆柱体。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一表面与所述待散热芯片的封装连接。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述待散热芯片的封装与所述第一表面焊接。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述待散热芯片的封装与所述第一表面之间填充有导热介质层。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一表面散热结构形成于所述第二表面上。

11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一表面散热结构的表面具有粗糙纹样。