CN220341216U - 一种相变液冷耦合散热结构及电子芯片散热装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种相变液冷耦合散热结构及电子芯片散热装置，其中相变液冷耦合散热结构包括：烧结毛细相变板、中间传热板以及液冷导热板，所述烧结毛细相变板、所述中间传热板与所述液冷导热板依次叠层设置，所述烧结毛细相变板上朝向所述中间传热板的侧面设置有烧结毛细结构，所述液冷导热板上朝向所述中间传热板的侧面设置有冷媒流道，电子芯片与所述烧结毛细相变板贴合设置。通过相变散热以及液冷导热结合，并且使烧结毛细相变板与液冷导热板共用同一中间传热板作为封闭盖板，减小了结构体积，缩短了传热路径，为热源热流密度高的运行工况提供了更优的散热效果。
Description
技术领域
本申请涉及电子芯片散热技术领域，具体而言，涉及一种相变液冷耦合散热结构及电子芯片散热装置。
背景技术
高性能大功率电子芯片的发展对散热系统提出了越来越高的要求。对于这种高热流密度的情况，可以采用液冷结构进行散热。
液冷结构由于其固有的特点出口工质温度高于进口工质温度，导致整体结构温度不均匀。
实用新型内容
本申请的目的是提供一种相变液冷耦合散热结构及电子芯片散热装置，通过将烧结毛细相变板以及液冷导热板耦合的形式，能够解决液冷结构温度不均的问题，有效提高电子芯片的散热效率。
为了实现上述目的，第一方面，本实用新型提供了一种相变液冷耦合散热结构，包括：烧结毛细相变板、中间传热板以及液冷导热板，所述烧结毛细相变板、所述中间传热板与所述液冷导热板依次叠层设置，所述烧结毛细相变板上朝向所述中间传热板的侧面设置有烧结毛细结构，所述液冷导热板上朝向所述中间传热板的侧面设置有冷媒流道，电子芯片与所述烧结毛细相变板贴合设置。
在可选的实施方式中，所述烧结毛细相变板、所述中间传热板及所述液冷导热板通过真空扩散焊连接为一体结构。
在可选的实施方式中，位于所述中间传热板两侧的壁面均为传热平面，所述烧结毛细相变板及所述液冷导热板分别包括里侧板面及外侧板面，所述传热平面分别与所述烧结毛细相变板及所述液冷导热板的里侧板面贴合设置。
在可选的实施方式中，所述烧结毛细结构包括金属海绵毛细芯，所述烧结毛细相变板的里侧板面设置有沉槽，所述金属海绵毛细芯均布在所述沉槽中，且所述金属海绵毛细芯的端部通过所述传热平面贴合封闭。
在可选的实施方式中，所述金属海绵毛细芯中填充有石蜡类相变材料。
在可选的实施方式中，所述冷媒流道包括凹槽流道，所述凹槽流道开设在所述液冷导热板的里侧板面上，且通过所述传热平面贴合封闭。
在可选的实施方式中，所述凹槽流道包括首尾端贯通的整条流道，且在所述液冷导热板的里侧板面上蜿蜒布设。
在可选的实施方式中，所述液冷导热板的同侧设置有冷媒进口及冷媒出口，所述冷媒进口与所述凹槽流道的首端相通，所述冷媒出口与所述凹槽流动的尾端相通。
在可选的实施方式中，所述冷媒流道中充注有冷媒工质，所述冷媒工质在所述冷媒进口与所述冷媒出口之间单向流通。
第二方面，本实用新型提供一种电子芯片散热装置，包括前述实施方式中任一项所述的相变液冷耦合散热结构。
通过相变散热以及液冷导热结合，并且使烧结毛细相变板与液冷导热板共用同一中间传热板作为封闭盖板，减小了结构体积，缩短了传热路径，为热源热流密度高的运行工况提供了更优的散热效果。
本申请的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
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为本申请中相变液冷耦合散热结构的外部整体结构示意图；
图2为本申请中相变液冷耦合散热结构的内部整体结构示意图。
图标：
1-烧结毛细相变板；11-金属海绵毛细芯；12-沉槽；
2-中间传热板；21-传热平面；
3-液冷导热板；31-冷媒流道；32-冷媒进口；33-冷媒出口；
4-电子芯片。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请中的相变液冷耦合散热结构，主要用于高性能大功率电子芯片的散热，通过将相变散热及液冷导热相结合的形式，改善对热源芯片的散热工况，提高散热效率。
参见图1-图2，本实用新型提供了一种相变液冷耦合散热结构，主体结构包括烧结毛细相变板1、中间传热板2以及液冷导热板3，烧结毛细相变板1、所述中间传热板2与所述液冷导热板3依次叠层设置。
烧结毛细相变板1上设置有用于充注相变材料的烧结毛细结构，液冷导热板3上设置有用于供冷媒工质流动的冷媒流道31，且烧结毛细结构以及冷媒流道31均设置在烧结毛细相变板1以及液冷导热板3朝向中间传热板2的侧面上，电子芯片4与烧结毛细相变板1贴合设置。
本实用新型中通过将烧结毛细相变板1以及液冷导热板3耦合连接在中间传热板2上，能够分别实现烧结毛细相变板1内相变材料的散热，中间传热板2对相变材料散热的传导以及液冷导热板3中冷媒工质对中间传热板2上热量的最终导出。
烧结毛细相变板1上设置的烧结毛细结构以及液冷导热板3上设置的冷媒流道31，分别用于相变材料的充注以及冷媒工质的流通，通过将烧结毛细结构及冷媒流道31分别设置在烧结毛细相变板1及液冷导热板3朝向中间传热板2的侧面上，能够使中间传热板2对烧结毛细结构及冷媒流道31进行密封，从而能够使热量通过中间传热板2进行直接传导，极大缩短传热路径。
通过将电子芯片4贴合设置在烧结毛细相变板1上，能够将热源所产生的热量首先传递至烧结毛细相变板1，进而使烧结毛细相变板1内的相变材料通过循环相变的形式将热量传递至中间传热板2，进而通过冷媒流道31中的冷媒工质将中间传热板2上的热量最终导出。
通过本实用新型中的相变液冷耦合散热结构，能够实现相变散热以及液冷传热的耦合，通过中间传热板2起到的衔接，利于热量的传导以及传热路径的缩短，极大提高了传热效率。
进一步地，烧结毛细相变板1、中间传热板2及液冷导热板3通过真空扩散焊连接为一体结构，结合中间传热板2对烧结毛细结构及冷媒流道31进行密封，使烧结毛细相变板1上的烧结毛细结构以及液冷导热板3上的冷媒流道31共用中间传热板2所形成的同一个盖板，缩短了传热路径，利于热量的直接传导，同时减少了结构体积，方便安装。
具体地，位于中间传热板2两侧的壁面均为传热平面21，烧结毛细相变板1及液冷导热板3分别包括里侧板面及外侧板面，其中，里侧板面包括靠近中间传热板2的平整壁面，另一侧的背对中间传热板2的平整壁面为外侧板面。
基于上文已述的中间传热板2热量传导衔接的功能，为了能够使热量直接地进行传导，中间传热板2两侧的传热平面21分别与烧结毛细相变板1及液冷导热板3的里侧板面贴合设置，能够使相变材料的热量传递至中间传热板2后，再通过冷媒工质对中间传热板2进行冷却，以使热量最终赋予在冷媒工质中从散热结构中导出。
在其中一个具体的实施例中，烧结毛细结构具体为金属海绵毛细芯11，烧结毛细相变板1的里侧板面设置有沉槽12，金属海绵毛细芯11均布在沉槽12中。具体地，沉槽12的深度与金属海绵毛细芯11的高度相同，进一步地，金属海绵毛细芯11包括均布在沉槽12中的且形状相同的多段，每段金属海绵毛细芯11的内侧壁上均设置有经过烧结的海绵状分布的金属粉末颗粒，具有较大的比表面积，能够使液态下的相变材料在其上进行较快的浸润，并且能够将比表面积转化为散热面积，进而利于热量在烧结毛细相变板1上的快速扩散，以及液体相变材料在受热后得到极速蒸发。
优选地，每段金属海绵毛细芯11的一端焊接在沉槽12的槽面上进行封闭，另一端通过传热平面21即通过中间传热板2贴合封闭，相变材料充注在封闭的金属海绵毛细芯11中，能够使其在金属海绵毛细芯11中通过相变的循环转化进行散热。
进一步地，冷媒流道31包括凹槽流道，凹槽流道开设在液冷导热板3的里侧板面上，且通过传热平面21贴合封闭，冷媒工质在凹槽流道中流动。
通过上述设置形式，结合中间传热板2两侧的传热平面21分别与烧结毛细相变板1及液冷导热板3的里侧板面贴合设置，能够使相变材料及冷媒工质分别与中间传热板2相接触，使热量更加充分直接地通过中间传热板2进行传导。
本实施例中的凹槽流道包括首尾端贯通的整条流道，冷媒工质在整条流道中流动，为了增大冷媒工质在液冷导热板3上的覆盖面，整条凹槽流道在液冷导热板3的里侧板面上蜿蜒布设，能够有效地增大换热面积，将中间传热板2上的热量充分彻底地通过冷媒工质导出。
在液冷导热板3的侧部设置有冷媒进口32及冷媒出口33，为了方便外部冷媒管线与液冷导热板3的连接，冷媒进口32及冷媒出口33设置在液冷导热板3的同侧，方便安装，同时在一定程度上能够使温度分布地更加均匀。
为了便于冷媒工质在液冷导热板3上的进出，冷媒进口32与凹槽流道的首端相通，冷媒出口33与凹槽流动的尾端相通，能够使冷媒工质在进入液冷导热板3后直接进入凹槽流道，流经整条凹槽流道后直接从冷媒出口33排出。
冷媒工质在冷媒流道31中充注流动，具体以流动的状态对中间传热板2进行冷却，具体地，对中间传热板2进行冷却后的冷媒工质通过冷媒管线导出散热结构，然后再在外部进行冷却后通过冷媒管线重新导入散热结构。
为了保证冷媒工质流动的通畅性，减少热量在液冷导热板3上的滞留，冷媒工质在冷媒进口32与冷媒出口33之间单向流通，能够及时地通过外流将热量导出，以保证对中间传热板2的冷却效果。
本实用新型中的相变液冷耦合散热结构，中间采用真空扩散焊的方式将烧结毛细相变板1和液冷导热板3焊接在一起，解决了单独液冷结构温度不均的问题，大大增加了整体换热效率。
相变液冷耦合散热结构主要由烧结毛细相变板1、中间传热板2以及液冷导热板3组成，烧结毛细相变板1采用烧结的工艺制造内部的烧结毛细结构，具体地，在金属海绵毛细芯11的烧结毛细结构内部填充石蜡类相变材料等低沸点液体。当热源接触面即烧结毛细相变板1与电子芯片4的接触部位受热时，其内部填充的石蜡类相变材料就会汽化成气相流体，气相流体通过内部的海绵状分布的金属粉末颗粒，迅速把热量传递至烧结毛细相变板1的其他部位。同时向下传递，通过作为衔接传导的中间传热板2传递至液冷导热板3，液冷导热板3中的冷媒工质，优选工业纯水将中间传热板2以及液冷导热板3上的热量迅速带走。
当气相流体遇冷凝结成液体，释放汽化潜热，此时液相流体由内部的金属海绵毛细芯11回流至受热端，如此，通过石蜡类相变材料的不断冷凝蒸发循环和液冷导热板3的高效散热，实现了快速传热散热的功能。
本申请中的相变液冷耦合散热结构大大提高了换热效率，能够解决热源热流密度高的问题，相变-液冷耦合的一体结构能够弥补液冷结构均温性较差的缺点，通过采用金属粉末烧结成非常致密的金属海绵结构，加快了相变材料的浸润速度，相比于其他结构形式，传热效率更加优越。
在使用过程中，由于电子芯片4等热源面积较小，热流密度较高，因此通过烧结毛细结构将热源的热量进行扩散传递，减小热流密度，再通过液冷的方式将热量导出，能够有效降低热源的温度。
本实用新型还提供了一种电子芯片散热装置，包括上文所述的相变液冷耦合散热结构，通过将电子芯片4贴合设置在相变板上，能够保证电子芯片4的散热效果，避免其出现瞬时过热，使其维持在相对稳定可靠的运行工况。
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)
1.一种相变液冷耦合散热结构，其特征在于，包括：烧结毛细相变板、中间传热板以及液冷导热板，所述烧结毛细相变板、所述中间传热板与所述液冷导热板依次叠层设置，所述烧结毛细相变板上朝向所述中间传热板的侧面设置有烧结毛细结构，所述液冷导热板上朝向所述中间传热板的侧面设置有冷媒流道，电子芯片与所述烧结毛细相变板贴合设置。
2.根据权利要求1所述的相变液冷耦合散热结构，其特征在于，所述烧结毛细相变板、所述中间传热板及所述液冷导热板通过真空扩散焊连接为一体结构。
3.根据权利要求1所述的相变液冷耦合散热结构，其特征在于，位于所述中间传热板两侧的壁面均为传热平面，所述烧结毛细相变板及所述液冷导热板分别包括里侧板面及外侧板面，所述传热平面分别与所述烧结毛细相变板及所述液冷导热板的里侧板面贴合设置。
4.根据权利要求3所述的相变液冷耦合散热结构，其特征在于，所述烧结毛细结构包括金属海绵毛细芯，所述烧结毛细相变板的里侧板面设置有沉槽，所述金属海绵毛细芯均布在所述沉槽中，且所述金属海绵毛细芯的端部通过所述传热平面贴合封闭。
5.根据权利要求4所述的相变液冷耦合散热结构，其特征在于，所述金属海绵毛细芯中填充有石蜡类相变材料。
6.根据权利要求3所述的相变液冷耦合散热结构，其特征在于，所述冷媒流道包括凹槽流道，所述凹槽流道开设在所述液冷导热板的里侧板面上，且通过所述传热平面贴合封闭。
7.根据权利要求6所述的相变液冷耦合散热结构，其特征在于，所述凹槽流道包括首尾端贯通的整条流道，且在所述液冷导热板的里侧板面上蜿蜒布设。
8.根据权利要求6所述的相变液冷耦合散热结构，其特征在于，所述液冷导热板的同侧设置有冷媒进口及冷媒出口，所述冷媒进口与所述凹槽流道的首端相通，所述冷媒出口与所述凹槽流动的尾端相通。
9.根据权利要求8所述的相变液冷耦合散热结构，其特征在于，所述冷媒流道中充注有冷媒工质，所述冷媒工质在所述冷媒进口与所述冷媒出口之间单向流通。
10.一种电子芯片散热装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的相变液冷耦合散热结构。
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| CN202321654929.7U CN220341216U (zh) | 2023-06-27 | 2023-06-27 | 一种相变液冷耦合散热结构及电子芯片散热装置 |
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Cited By (1)
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| CN118017348A (zh) * | 2024-04-10 | 2024-05-10 | 北京融为科技有限公司 | 散热机构、激光通信载荷和卫星 |
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2023
- 2023-06-27 CN CN202321654929.7U patent/CN220341216U/zh active Active
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |