CN201138905Y - 小空间多热源条件下的集成散热装置 - Google Patents
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Abstract
一种小空间多热源条件下的集成散热装置，它包括带有进口和出口的水套，其特征是所述水套由相互之间水密封的基板和盖板组成，所述基板一面为散热面，对应的一面为吸热面，在所述基板的散热面上设置有多个相互独立的散热模块以及将各个散热模块连通在一起的管路，所述散热模块与进口和出口连通。
Description
技术领域
本实用新型是针对小空间、多热源开发的高效、集成散热装置，属于微小空间传热领域。
背景技术
随着大规模集成电路集成密度的不断提高，电子器件逐步朝着小型化、微型化、大功率、多热源集中分布的方向发展，随之而来的系统发热问题越来越突出，而这个问题解决的好坏直接影响到整个电子系统的寿命及可靠性。而小型多热源发热系统提供的散热空间有限，各个热源分布不规则，同时其发热量也各不相同，要在有限的空间内解决多个发热元件的散热问题，需要一套体积小、结构紧凑而且可以高效散热的冷却系统来完成。
目前，在如图1所示的小空间、多热源系统中，常用的散热方法主要有两种：风冷、液冷。风冷，是一种廉价的冷却方式，一般由发热体和风扇组成，有的时候发热体表面还会安装一些用来增大换热面积以强化换热的翅片，发热体的热量直接由风扇驱动风带走，这种冷却方式广泛应用于低发热系统中，但是其散热效率相对较低，现在已经越来越不能满足当今发热系统的需求了。对于液冷而言，是一种常用的冷却方式，针对多热源同时采用一套液冷系统的冷却方式，现行方案有两种，一种是接触式，一种是非接触式。接触式即发热原件直接同冷却液相接触，这种技术方案对整个发热系统的绝缘性要求非常高，同时系统的密封问题也是一个技术难点，应用还处于研发阶段；非接触式是通常采取的一种方案，这个方案中，一般是在发热原件分布的基板上覆盖一个金属水套，使之足以覆盖所有热源。这一系统中，针对高低不平的不同发热件，都是通过在水套和发热件之间填充导热棉的方法来使两者充分接触，对于一个小型系统而言，多发热模块采用一个整体结构散热从尺度上来说是一种合理的思路，但是由于水套内空腔是连成一体的，这样导致了各个发热原件间的相互影响，其散热效果很达到一个理想的水平。
通过以上分析可以看出，在小型多热源高发热系统中，采用液冷是可行也是必须的。在液冷系统中，其关键就是散热模块的结构形式，其二次散热系统没有什么大的区别，都是由外置的二次散热装置及循环动力装置构成。我们知道，大尺度下，在多热源发热系统中采用多个散热模块的液冷模式，模块间往往以管路相连，这在大尺度系统中是一种常见的液冷系统布局方式，但在微小空间内，发热模块往往很小，这决定了散热模块也不可能过大，同时由于发热模块间的距离也很小，导致连接管路与模块间的对接和密封都存在难以克服的技术问题。因此在小空间多热源系统采用上述模式是不可行的。
发明内容
本实用新型针对现有技术中的不足提出了一种新的集成散热装置，用以解决小空间、多热源的冷却问题。
本方案是通过如下技术措施来实现的：它包括带有进口和出口的水套，其特征是所述水套由相互之间水密封的基板和盖板组成，所述基板与盖板相配合的一面为散热面，对应的另一面为吸热面，在所述基板的散热面上设置有多个相互独立的散热模块以及将各个散热模块连通在一起的管路，所述散热模块与进口和出口连通。
本方案的具体特点还有，所述各散热模块间连通的管路是直接加工在基板散热面上的通道。所述通道是刻蚀在基板散热面上的槽。
所述散热模块是直接加工在基板散热面上的一组翅片。所述模块根据具体的负载状况加工成所需的内部结构，内部结构包括不同的翅片形状和组合方式。在所述基板的吸热面设置有与发热部件对应的凹槽，以使发热模块与整个基板结合紧密，针对多发热源各个发热部件的高度和形状的不同，我们可以直接对基板的吸热面进行对应的加工即可，而无需处理管路的连接问题。所述进口和出口设置于基板边缘，实现与外部工质循环设备的连接。
所述基板采用紫铜或者铝合金。本散集成模块在其材料选择上主要考虑的是高导热系数和低密度的金属，金属的导热系数主要取决于材料的种类和温度，可根据需要选择不同的金属，一般散热模块的核心选择有色金属材料中导热系数较高的紫铜，尤其是吸热面，其导热系数高达388W/K.m，而考虑到整个模块的重量不宜过大，也可以选择导热系数高的铝合金作为散热模块的基板。
本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，它是一种能够满足微小空间内、多热源高热流下高效散热的散热装置，这种散热装置与普通的多热源散热装置相比具有体积小、结构紧凑、传热效率高等特性，这些特性主要依靠多个微型散热模块的集成设计来实现，把多个散热模块和模块间的连接通道集成在一块基板上，有如下优点：(1)由于模块是和通道直接加工在一块基板3上，这样使得多个散热模块成为了一个整体，降低了加工和封装难度，同时使得整个基板更安全可靠；(2)各个散热模块加工在同一个基板上，更加有利于各个模块的温度的均匀性；(3)合理的模块分布及通道设计，可以使得整个散热系统的综合性能得到很好的改善，同时由于管路直接刻蚀在基板上，这样管路的流通水力直径可以得到最大限度的放大，而无需考虑接口的尺寸问题，因此该结构形式可以最大限度的减少液体工质的流动阻力。因此本实用新型与现有技术相比，实现了技术目的。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步详细地描述。
图1多热源发热模块分布示意图；
图2集成散热装置结构示意图；
图3集成散热装置封装示意图；
图4集成散热装置与发热件装配图；
图中，1：发热模块基板；2：发热模块；3：基板；4：进口；5：翅片；6：通道；7：出口；8：散热模块；9：密封垫；10：盖板；11：连接螺栓；12：螺纹孔。
具体实施方式
图1所示是多热源发热模块分布。如图2所示，本实用新型的散热装置为一集成结构，图2中各个散热模块8直接加工在一块基板3上，散热模块8间由刻蚀在基板3上的通道6连接，整块基板3带有一个液体工质的进口4和出口7。各个散热模块8的分布位置是与相应的发热模块2的位置相对应的基板3的散热面上，整个集成的散热装置可以直接加装在图1所示的多热源的发热模块2上，当各发热模块2高低不同时可以通过在基板3所属与发热模块2的接触面上加工相应的凹槽来解决，这个接触面就是基板吸热面。散热模块工作情况如下：由于发热模块2与基板3相接触，与散热模块8相对应，当其发热时，其热量由发热模块2传递给散热基板3及模块8；这时液体工质由入口4进入散热模块8，流经预先设计并加工好的通道6，进入各个散热模块8，在散热模块8内部与加工在散热模块8内的翅片5进行换热，热量由工质带走，最终由出口7流出。在设计过程中，散热模块8内的翅片5以及散热模块8间的通道6设计可以综合考虑各发热模块的发热状况进行设计。
如图3～4所示，散热装置是散热系统中与发热体直接进行换热的部分，是整个散热系统的核心，但是要使其能够完成工作除了要对散热模块进行加工设计以外，还需要借助一些附加设备，这些附加设备包括液体工质循环的动力系统以及二次换热设备。整个集成散热模块首先必须根据散热对象的具体发热状况对散热模块8内的翅片5形状以及各个散热模块8间的通道6进行设计，然后根据设计情况进行刻蚀加工，这样就完成了散热模块8的加工。然后在散热装置的基板3上覆盖金属薄板作为盖板10，盖板10与基板3直接水密封，如图3所示。散热装置封装完毕以后，就可以覆盖在发热模块2上，发热模块2与基板3间结合紧密；如果发热模块2的高度各不相同，可以在散热装置的基板上加工凹槽，以使整个散热装置与发热模块2结合紧密平整。散热装置冷却液的供应由外围设备通过加工在散热装置基板3上的进出口实现循环。
本实用新型所设计的散模块，各个散热模块既自成一体，又整体关联，我们可以根据某个发热件的发热情况，在其相应的散热模块上加工满足其散热要求的翅片形状和不同翅片的组合方式。经过测试，当液体工质流过散热各个散热模块后，在取得与类似散热装置同等散热效果的情况下所需选循环动力可以降低30％，同时该结构可以提供更好的温度均匀性和散热结构的稳定性、可靠性。因此本实用新型中散热模块优势是显而易见的。
Claims (7)
1、一种小空间多热源条件下的集成散热装置，它包括带有进口和出口的水套，其特征是所述水套由相互之间水密封的基板和盖板组成，所述基板与盖板相配合的一面为散热面，对应的另一面为吸热面，在所述基板的散热面上设置有多个相互独立的散热模块以及将各个散热模块连通在一起的管路，所述散热模块与进口和出口连通。
2、根据权利要求1所述的小空间多热源条件下的集成散热装置，其特征是所述各散热模块间连通的管路是直接加工在基板散热面上的通道。
3、根据权利要求2所述的小空间多热源条件下的集成散热装置，其特征是所述通道是刻蚀在基板散热面上的槽。
4、根据权利要求1或2或3所述的小空间多热源条件下的集成散热装置，其特征是所述散热模块是直接加工在基板散热面上的一组翅片。
5、根据权利要求4所述的小空间多热源条件下的集成散热装置，其特征是所述基板采用紫铜或者铝合金。
6、根据权利要求1或2或3所述的小空间多热源条件下的集成散热装置，其特征是所述进口和出口设置于基板边缘。
7、根据权利要求1或2或3所述的小空间多热源条件下的集成散热装置，其特征是在所述基板的吸热面设置有与发热部件对应的凹槽。
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