一种电子器件液冷散热装置及其散热方法与流程

1.本技术涉及印制线路板制造技术领域，特别是涉及一种电子器件液冷散热装置及其散热方法。

背景技术：

2.随着电子元器件性能的不断提升，芯片及电子元器件的热流密度急剧增加，高热流密度随之带来的散热问题已经是限制芯片性能最关键的因素之一。如果要维持芯片的温度在正常的工作范围以内，就需要采取有效的散热方法使得芯片迅速降温。当下针对电子设备的散热手段主要是风冷强制对流进行散热，然而从芯片的发展趋势和功耗规模来看，风冷散热已经愈发吃力。新兴的水冷散热，为此打开了一条新通道，如何运用水冷散热获得安静、高效、稳定、长寿的散热装置，成为行业散热的重要课题。
3.目前常见的水冷芯片散热装置多为主动式冷板散热，然而此方式受限于当前制造技术的影响，冷板内部结构相对简单，多为长直型结构，此结构均流性较差；而有明显均流散热效果的冷板结构，多囿于当前蚀刻技术的限制难以实现理论上散热效果好但结构复杂的冷板的大规模实施应用；并且常规冷板装置有效散热面积也受限于芯片自身大小，使得装置散热能力依赖更高的泵功才可达到高功耗芯片的散热需求，随之能耗负担更重。而被动式散热区别于主动式冷板，被动式散热由于其自发性，能耗低，结构简单且系统稳定，在电子散热方面也有很好的应用前景。其中常利用毛细芯自吸效应实现被动散热技术，而此类技术也有其局限性，散热效率低，无法快速将电子器件热量带出到环境中。因此，设计发明一种能兼顾散热性优、压损能耗小并可量产的散热装置显得尤为重要。

技术实现要素：

4.本技术提供一种电子器件液冷散热装置及其散热方法，能够同时利用两相被动式散热与主动散热的优点，有效地将温度维持在电子器件发热限值之下,允许更高的电子器件性能利用率的效果。
5.根据一些实施例，本技术提供了一种电子器件液冷散热装置，包括：散热本体，用于给计算机芯片散热；所述散热本体包括贴合于计算机芯片设置的毛细均温板、远离计算机芯片设置的冷却板以及由所述冷却板和所述毛细均温板围设构成封闭的真空腔；所述真空腔的底部设置有毛细芯，且所述真空腔内充注并封装有受热后发生相变的液体工质；所述冷却板通过外部冷却介质循环带走液体工质受热相变为蒸汽所产生的热量，并将蒸汽冷凝为液体。
6.可选的是，所述散热本体设置为梯形棱台，所述冷却板的横截面积大于所述毛细均温板底部的横截面积，所述毛细均温板的底部贴合于计算机芯片。
7.可选的是，所述毛细均温板的上端敞口设置且与所述冷却板的下表面相贴合并密封设置。
8.可选的是，所述冷却板包括微通道冷板，所述微通道冷板的一侧连接供有冷却介
质流入的流入口、另一侧连接有供冷却介质流出的流出口。
9.可选的是，所述散热装置还包括冷却装置和泵，所述冷却装置的出口通过传输管路与所述微通道冷板的流入口连接，所述泵设置在所述冷却装置的入口和所述微通道冷板的流出口之间，所述泵分别通过传输管路与所述冷却装置的入口、微通道冷板的流出口连接。
10.可选的是，所述散热本体的毛细均温板通过导热硅胶粘接在计算机芯片上。
11.可选的是，所述毛细芯通过金属粉末烧结制备且烧结在所述真空腔的底部上。
12.根据一些实施例，本技术还提供了一种根据电子器件液冷散热装置的散热方法，该方法包括以下步骤：向所述真空腔中注入液体工质，当液体工质充满所述毛细芯后，将所述真空腔密封；将所述散热本体的毛细均温板贴合于计算机芯片上；计算机芯片产生热量后，热量从计算机芯片表面通过所述毛细均温板的底面进入到所述真空腔中，使所述真空腔中的液体工质温度升高，当液体工质的温度上升到沸点后，液体工质沸腾相变为蒸汽，蒸汽上升至接触所述微通道冷板；蒸汽在所述微通道冷板的作用下冷凝为液体，该液体通过所述真空腔壁面返回所述毛细芯；毛细芯结构使液体通过毛细力自驱返回至所述真空腔的底部，持续为计算机芯片提供低温工质。
13.可选的是，还包括：将所述真空腔抽成负压。
14.可选的是，所述液体工质采用水、丙酮、乙醇、氨水中的任意一种。
15.本公开的实施例至少具有以下优点：
16.(1)、本技术将由计算机芯片工作过程中产生的热量传导至毛细均温板的底部，该热量会持续对真空腔内的液体工质进行加热，至液体工质沸点时，液体工质沸腾相变变为蒸汽，蒸汽在真空腔内上升遇顶部的冷却板冷凝，冷凝后的液体工质通过真空腔的壁面返回毛细芯，毛细芯结构使液体通过毛细力自驱返回至真空腔的底部，由此持续为计算机芯片提供低温工质，完成毛细均温板散热作用循环，因此可以通过使液体工质沸腾与冷凝使传热效率成倍增加，有效地将温度维持在电子器件发热限值之下,允许更高的电子器件性能利用率；
17.(2)、将散热本体设置为梯形棱台可以在空间容许的最大程度上增大散热面积，提高散热效果的同时不过度占用印制电路板的空间，可允许更灵活的硬件设计方案与密度；
18.(3)、本技术可灵活配置液体工质，且相对用量少，可进一步节约成本。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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的附图。
20.图1是本技术实施例中电子器件液冷散热装置的结构示意图；
21.图2是本技术实施例中电子器件液冷散热装置的内部示意图；
22.图3是现有技术中散热装置的结构示意图；
23.图4是本技术实施例中毛细均温板的原理示意图；
24.图5是本技术实施例中微通道冷板的冷却示意图；
25.图6是本技术实施例中电子器件液冷散热方法的流程示意图。
26.附图说明：1、散热本体；11、毛细均温板；111、毛细芯；12、微通道冷板；121、流入口；122、流出口；13、真空腔；2、计算机芯片；3、泵；4、冷却装置。
具体实施方式
27.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本技术各实施例中，为了使读者更好地理解本技术而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本技术所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本技术的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合，相互引用。
28.为解决因在散热面积受制约的情况下，常规冷板散热仅通过常规主动式散热方式散热，而毛细均温板仅依赖自身被动式散热方式，各自散热效率都较低的问题，本技术实施例提供一种电子器件液冷散热装置及散热方法，其中散热装置包括：散热本体，用于给计算机芯片散热；
29.所述散热本体包括贴合于计算机芯片设置的毛细均温板、远离计算机芯片设置的冷却板以及由毛细均温板和冷却板围设构成封闭的真空腔；
30.所述真空腔的底部设置有毛细芯，且所述真空腔内充注并封装有受热后发生相变的液体工质；
31.所述冷却板通过外部冷却介质循环带走液体工质受热相变为蒸汽所产生的热量，并将蒸汽冷凝为液体。
32.本公开实施例应用涉及两相被动式冷却效率为常规被动式散热效率的十倍以上，通过使液体工质受热沸腾以及遇冷冷却可以使传热效率成倍增加，有效地将温度维持在电子器件发热限值之下,允许更高的电子器件性能利用率，并且解决了传统液冷冷板主动式散热与被动式散热效率低下与能耗高的问题。
33.下面对本公开实施例的一种电子器件液冷散热装置进行详细说明，参照图1、图2所示，包括：散热本体1，散热本体1主要是用于给计算机芯片2散热；散热本体1包括毛细均温板11、冷却板以及由毛细均温板11和冷却板围设构成封闭的真空腔13，毛细均温板11的底部贴合于计算机芯片2设置，冷却板远离计算机芯片2设置；其中毛细均温板11包括设置在真空腔13底部上的毛细芯111，真空腔13内充注并封装有受热后发生相变的液体工质；冷却板通过外部冷却介质循环带走液体工质受热相变为蒸汽所产生的热量，并将蒸汽冷凝为液体。
34.由于计算机芯片2在工作过程中持续散热，该热量传导至毛细均温板11的下部，持续对真空腔13中的液体工质进行加热，至液体工质沸点时，液体工质沸腾相变为蒸汽，蒸汽在真空腔13的内部上升至到达冷却板的下底面，在外部冷却介质的冷却作用下会遇冷冷凝为液体，冷凝后的液体通过真空腔13内的壁面返回毛细芯111，毛细芯结构使液体通过毛细力自驱返回至真空腔13的底部，持续为计算机芯片2提供低温，从而有效地将温度维持在电子器件发热限值之下,允许更高的电子器件性能利用率。本技术实施例将冷却板技术和毛细均温板11相结合，同时利用两相被动式散热与主动式散热的优点对计算机芯片2散热。
35.请继续参照图1所示，在本实施例中，需要说明的是，散热本体1设置为倒梯形棱台，也即散热本体1的下底面的面积小于上底面的面积，由于散热本体1的下底面用于与计算机芯片2接触，可以减少其与计算机芯片2接触的面积，同时又不会影响热量的传导，同时上底面保持较宽的散热面积。由此将散热本体1设置为倒梯形棱台可以在空间容许的最大程度上增大散热面积，提高散热效果的同时不过度占用印制电路板空间，可允许更灵活的硬件设计方案与密度。
36.而常规的散热本体1(如图3所示)为平板设置，相对于本公开实施例倒梯形棱台设置的散热本体1底部占据的面积更大，且会过度的占用印制电路板空间。
37.其中在本公开的实施例中，冷却板的横截面积要大于毛细均温板11底部的横截面积设置，也即底部横截面积较小的毛细均温板11用于与计算机芯片2相接触，横截面积较大的冷却板用于散热，通过此种方式设置可以在空间容许的最大程度上增大散热面积，灵活的满足各种计算机芯片2的散热需求。
38.同时本实施例中将散热本体1设置为倒梯形棱台，也有利于冷凝后的液体工质回流，进一步提高散热效率，由于散热本体1的侧壁为斜面，冷凝后的液体工质可以顺着该斜面往较低的一端进行流动，从而能够起到导流的效果。
39.请参照图2所示，在本实施例中，还需要说明的是，毛细均温板11的上端可以做成直接敞口设置，在组装时使毛细均温板11的上端直接贴合于冷却板的下表面并密封处理，同时对其内部进行抽真空处理，形成真空腔13，采用此种设置方式在真空腔13内上升的蒸汽可以直接与冷却板的下表面接触，可以最大化的提高蒸汽的冷凝效果。
40.其中毛细均温板11的作用原理如图4所示，主要是外界的热源作用于内部的液体工质，液体工质受热沸腾蒸发，形成蒸汽流，蒸汽流上升再经过顶部的冷端遇冷冷凝为液体，液体经过毛细芯吸液后再返回到底部，由此实现一个循环。
41.需要说明的是，上述实施例中，散热本体也可以设置为其他形状，具体的形式本公开实施例不做具体的限制，除了实施例中所描述的结构之外，也可以采用其他结构和安装方式实现。本技术不做一一列举，只要在本技术实施例上述精神原则之内的，均属于本技术的保护范围。
42.请参照图2所示，在本实施例中，还需要说明的是，冷却板包括微通道冷板12，也即微通道换热器，通道当量直径在10-1000um的换热器，该种换热器的扁平管内有数十条细微流道，在扁平管的两端与圆形集管相并联，集管内设置隔板，将换热器流道分隔成数个流程，采用微通道冷板可以进一步提高换热效率。
43.在微通道冷板12的一侧连接有供冷却介质流入的流入口121、另一侧连接有供冷却介质流出的流出口122，通过动力设备驱动外部的冷却介质持续从流入口121流入至微通道冷板12内，再从流出口122流出实现循环，从而可以将毛细均温板11散出的热量进行吸收，使蒸汽遇冷变为液体。
44.请参照图5所示，在一个例子中，在外部设置冷却装置4和泵3，外部的冷却装置4对冷却介质冷却后将其低温的冷却介质经过传输管路从流入口121输送至微通道冷板12内，冷却介质在微通道冷板12内吸收蒸汽的热量后变为高温的冷却介质，并从流出口122流出经过泵3再次进入到冷却装置4内，实现冷却介质的循环。其中外部的冷却装置4可以采用水冷换热器等等。
45.需要说明的是，上述实施例中，冷却装置也可以设置为其他冷却形式，具体的形式本公开实施例不做具体的限制，除了实施例中所描述的结构之外，也可以采用其他结构和安装方式实现。本技术不做一一列举，只要在本技术实施例上述精神原则之内的，均属于本技术的保护范围。
46.请参照图1、图2所示，在本实施例中，还需要说明的是，散热本体1的毛细均温板11通过导热硅胶粘接在计算机芯片2上，采用导热硅胶可以进一步实现计算机芯片2的热量可以更好的传递到毛细均温板11的内部。
47.在本实施例中，还需要说明的是，为保证良好的热能传递工作性能，毛细均温板11可采用导热性能较好的金属材料，尤其是为降低散热本体1重量，可采用密度较低、导热系数较高的铝合金材料加工。
48.在本实施例中，还需要说明的是，毛细芯111通过金属粉末烧结制备且烧结在真空腔13的底部上，毛细芯111主要用于吸收运输液体工质。优选的，本实施例中的毛细芯111的孔径为0.2—0.8μm；在本实施例中采用毛细芯111能够实现与液体工质自身的重力共同作用，增强液体工质由微通道冷板12往真空腔13的底部回流的回流速度。
49.在本实施例中，还需要说明的是，真空腔13内充注的液体工质采用水、丙酮、乙醇、氨水中的任意一种，液体工质的沸点需低于计算机芯片2的适合最佳工作温度上限，并且在一个例子中，液体工质体积占真空腔13有效容积的40％～60％。
50.本实施例原理：根据计算机芯片2在工作过程中持续散热，热量传导至毛细均温板11的下部，持续对毛细芯111中的液体工质加热，至液体工质沸点时，液体工质沸腾相变，蒸汽在真空腔13内上升遇到微通道冷板12的下表面，蒸汽在微通道冷板12内流动的冷却介质的作用下会被冷凝为液体，冷凝后的液体工质可通过真空腔13的内壁面返回毛细芯111，毛细芯结构使液体通过毛细力自驱返回至真空腔13的底部，持续为计算机芯片2提供低温工质，完成散热作用循环；本公开的实施例将毛细均温板11与微通道冷板12相结合的散热装置，兼具经济性与高散热能力，且能够解决传统液冷冷板主动式散热与被动式散热效率低下与能耗高的问题。
51.本技术实施例还提供了一种根据电子器件液冷散热装置的散热方法，参照图2、图6所示，该方法包括以下步骤：
52.s101、向真空腔13中注入液体工质，当液体工质充满毛细芯111后，将真空腔13密封；
53.在本实施例中，需要说明的是，向真空腔13中注入适量的液体工质，当液体工质充满毛细芯111后，将真空腔13密封，此时，真空腔13内和毛细芯111中都能够含有液体工质。
54.s102、将真空腔13抽成负压；
55.在本实施例中，需要说明的是，将毛细均温板11和微通道冷板12之间的内部抽成10-1
～10-3
pa的负压。通过将真空腔13抽成真空，一方面是给内部提供一个干净的环境；由于循环使用的液体工质蒸发和液化都需要一个良好的环境，如果在空气中灌装液体工质，空气中的杂质会对工作过程造成不良影响，影响装置性能。另一方面是降低内部充注液体沸点，使得其在常温状态正常工作(蒸发-冷凝)。
56.s103、将散热本体1的毛细均温板11贴合于计算机芯片2上；
57.在本实施例中，需要说明的是，将散热本体1的下部也即毛细均温板11的底部通过
导热硅胶粘接在计算机芯片2上，采用导热硅胶可以进一步实现计算机芯片2的热量可以更好的传递到毛细均温板11的内部。
58.s104、计算机芯片2产生热量后，热量从计算机芯片2表面通过毛细均温板11的底面进入到真空腔13中，使真空腔13中的液体工质温度升高，当液体工质的温度上升到沸点后，液体工质沸腾相变为蒸汽，蒸汽上升至接触微通道冷板12；
59.在本实施例中，需要说明的是，由于计算机芯片2在使用的过程中会持续产生热量，如果要维持计算机芯片2的温度在正常的工作范围以内，就需要采取有效的散热方法使得计算机芯片2迅速降温，因此通过将计算机芯片2产生的热量通过毛细均温板11的底面传递至真空腔13中，由于热量的作用会使真空腔13中的液体工质温度升高，当液体工质的温度上升到沸点后，液体工质沸腾相变为蒸汽，蒸汽在真空腔13内上升至接触微通道冷板12的下表面。
60.s105、蒸汽在微通道冷板12的作用下冷凝为液体，该液体通过真空腔13的壁面返回毛细芯111，毛细芯结构使液体通过毛细力自驱返回至真空腔13的底部，持续为计算机芯片2提供低温工质。
61.在本实施例中，需要说明的是，当真空腔13内的蒸汽上升至接触微通道冷板12的下表面时，通过泵3将冷却装置4中低温的冷却介质经过传输管路从流入口121进入到微通道冷板12内，高温的冷却介质再从流出口122流出返回到冷却装置4中进行冷却，如此循环往复，在这个循环的过程中低温的冷却介质便会将蒸汽携带的热量进行吸收，从而使蒸汽遇冷冷凝为液体(该液体即为液体工质)，液体通过真空腔13的壁面返回毛细芯111，毛细芯结构使液体通过毛细力自驱返回至真空腔13的底部，持续为计算机芯片2提供低温工质。
62.进一步的，液体工质为低沸点液体。优选的，在本实施例中，可选的是，液体工质采用水、丙酮、乙醇、氨水中的任意一种。
63.应当理解的是，本技术的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本技术的原理，而不构成对本技术的限制。因此，在不偏离本技术的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。此外，本技术所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

技术特征：

1.一种电子器件液冷散热装置，其特征在于，包括：散热本体(1)，用于给计算机芯片(2)散热；所述散热本体(1)包括贴合于计算机芯片(2)设置的毛细均温板(11)、远离计算机芯片(2)设置的冷却板以及由所述冷却板和所述毛细均温板(11)围设构成封闭的真空腔(13)；所述真空腔(13)的底部设置有毛细芯(111)，且所述真空腔(13)内充注并封装有受热后发生相变的液体工质；所述冷却板通过外部冷却介质循环带走液体工质受热相变为蒸汽所产生的热量，并将蒸汽冷凝为液体。2.根据权利要求1所述的电子器件液冷散热装置，其特征在于，所述散热本体(1)设置为梯形棱台，所述冷却板的横截面积大于所述毛细均温板(11)底部的横截面积，所述毛细均温板(11)的底部贴合于计算机芯片(2)。3.根据权利要求2所述的电子器件液冷散热装置，其特征在于，所述毛细均温板(11)的上端敞口设置且与所述冷却板的下表面相贴合并密封设置。4.根据权利要求1所述的电子器件液冷散热装置，其特征在于，所述冷却板包括微通道冷板(12)，所述微通道冷板(12)的一侧连接有供冷却介质流入的流入口(121)、另一侧连接有供冷却介质流出的流出口(122)。5.根据权利要求4所述的电子器件液冷散热装置，其特征在于，所述散热装置还包括冷却装置(4)和泵(3)，所述冷却装置(4)的出口通过传输管路与所述微通道冷板(12)的流入口(121)连接，所述泵(3)设置在所述冷却装置(4)的入口和所述微通道冷板(12)的流出口(122)之间，所述泵(3)分别通过传输管路与所述冷却装置(4)的入口、微通道冷板(12)的流出口(122)连接。6.根据权利要求1所述的电子器件液冷散热装置，其特征在于，所述散热本体(1)的毛细均温板(11)通过导热硅胶粘接在计算机芯片(2)上。7.根据权利要求1所述的电子器件液冷散热装置，其特征在于，所述毛细芯(111)通过金属粉末烧结制备且烧结在所述真空腔(13)的底部上。8.根据权利要求1-7中任意一项所述的电子器件液冷散热装置的散热方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：向所述真空腔(3)中注入液体工质，当液体工质充满所述毛细芯(111)后，将所述真空腔(13)密封；将所述散热本体(1)的毛细均温板(11)贴合于计算机芯片(2)上；计算机芯片(2)产生热量后，热量从计算机芯片(2)表面通过所述毛细均温板(11)的底面进入到所述真空腔(13)中，使所述真空腔(13)中的液体工质温度升高，当液体工质的温度上升到沸点后，液体工质沸腾相变为蒸汽，蒸汽上升至接触所述微通道冷板(12)；蒸汽在所述微通道冷板(12)的作用下冷凝为液体，该液体通过所述真空腔(13)壁面返回所述毛细芯(111)；毛细芯结构使液体通过毛细力自驱返回至所述真空腔(13)的底部，持续为计算机芯片(2)提供低温工质。9.根据权利要求8所述的散热方法，其特征在于：还包括：将所述真空腔(13)抽成负压。10.根据权利要求8所述的散热方法，其特征在于：所述液体工质采用水、丙酮、乙醇、氨水中的任意一种。

技术总结

本申请公开了一种电子器件液冷散热装置及其散热方法，包括：散热本体；散热本体包括贴合于计算机芯片设置的毛细均温板、远离计算机芯片设置的冷却板以及由冷却板和毛细均温板围设构成封闭的真空腔；毛细均温板包括蒸发腔体以及设置在蒸发腔体内壁上的毛细芯，蒸发腔体内充注并封装有受热后发生相变的液体工质；冷却板通过外部冷却介质循环带走液体工质受热相变为蒸汽所产生的热量，并将蒸汽冷凝为液体。能够可以解决传统液冷冷板主动式散热与被动式散热效率低下与能耗高的问题，本申请应用涉及两相被动式冷却，通过使液体工质沸腾和冷凝令传热效率成倍增加，有效地将温度维持在电子器件发热限值之下,允许更高的电子器件性能利用率。利用率。利用率。