一种液冷散热器及通信设备的制作方法

本申请涉及到散热技术领域，尤其涉及到一种液冷散热器及通信设备。

背景技术：

当前半导体器件的功率密度越来越大，发热晶圆不仅多，而且集中在邻近区域，这就要求液冷散热器散热效率高，且能针对不同位置、不同发热量的热源进行散热，各个热源之间的温差还需要维持在一定的合理范围内。

现有液冷散热器在给大功率半导体器件散热时，流道并未针对晶圆分布的位置和热损耗的区别而有优化。这会导致器件内部高热流密度晶圆温度与低热流密度晶元之间温差较大，亦有可能导致内部高热流密度晶圆温度过高，使得器件有超温风险。

目前针对半导体的液冷散热器，主要形式有以下两种：一种是疏密齿液冷散热器，针对不同热量的热源，在其对应流道内设置不同密度的齿型，达到均衡散热的目的；还有一种是独立流道设计，通过不同热源下方流道的独立设计，达到分区域散热的目的。但是这两种设计方式设计的液冷散热器，在热源为多个时，流道的设计方式比较复杂。

技术实现要素：

本申请提供了一种液冷散热器及通信设备，用于简化流道设计，提高对电器件的散热效果。

第一方面，提供了一种液冷散热器，该液冷散热器应用于通信设备中，并用于给通信设备中的电器件进行散热。液冷散热器包括壳体，壳体上设置有沿流体流动方向排列的至少两个散热区。每个散热区内设置的热源的散热要求不同，这就造成对流道内的流体流量提出不同的要求。为此，在壳体内设置与每个散热区对应的流体通道，并且每个流体通道的设置与该散热区内的热源的散热要求对应。为了方便流体的流动，以及针对不同的散热区内对流量不同的要求，本申请提供的液冷散热器在至少两个相邻的流体通道之间设置有再分配模块。位于再分配模块上游的流体通道的流体通过所述再分配模块汇流，并通过所述再分配模块将汇流的流体分流到位于下游的流体通道。通过上述描述可以看出，通过再分配模块将上游流体通道内的流体进行汇流，并将汇流后的整股的流体再次分配到下游的散热区中，使得下游的散热区中不同散热要求的区域可以提供对应的流量。

在一个具体的可实施方案中，所述再分配模块具有不同流阻的区域，并通过所述不同流阻的区域将所述汇流的流体按照设定的流量分配到所述位于下游的流体通道中的不同区域。通过再分配模块设置不同的流阻实现将流体的再分配效果。

在一个具体的可实施方案中，所述再分配模块包括汇流腔以及分流模块；其中，所述汇流腔与所述上流的流体通道连通，并用于将所述上流的流体通道的流体汇流；所述分流模块上设置有分流通道，所述分流通道分别与所述汇流腔及所述下游的流体通道连通。通过汇流腔实现对上游的流体通道内的流体进行汇流，并通过分流模块对汇流的流体再次分流。

在一个具体的可实施方案中，所述分流模块包括多个分流板，所述分流板围成所述汇流腔，所述多个分流板之间间隔有间隙，所述间隙为所述分流通道。通过分流板实现不同的流阻，分流板之间设置的间隙组成分流通道，用于控制分配到下游不同区域的流体流量。

在一个具体的可实施方案中，分流板为弧形分流板，且分流板围成半圆柱形的汇流腔，该汇流腔的开口方向朝向上游的流体通道。方便汇流。

在一个具体的可实施方案中，所述分流模块包括挡块125，所述挡块125上设置有多个通孔，所述多个通孔为所述分流通道。通过挡块实现不同的流阻，并通过通孔进行分流。

在一个具体的可实施方案中，不同阻流区的通孔的孔径不同。从而实现不同区域对应不同的流阻。

在一个具体的可实施方案中，通孔可以为圆形孔或者矩形孔。

在一个具体的可实施方案中，所述挡块为矩形挡块，所述挡块的长度方向垂直于所述流体的流动方向。

在一个具体的可实施方案中，所述挡块还可选择不同的形状，如v形形状，或者弧形形状，但无论选择哪种形状，挡块的内凹方向朝向上游的流体通道。

在一个具体的可实施方案中，所述位于下游的散热区内设置有不同散热要求的至少两个子散热区；所述分流模块还包括档板，所述档板沿所述流体流动方向延伸并用于间隔任意相邻的两个子散热区。通过挡板对下游的散热区进行再次划分，并且通过挡板实现对流体流量的分隔。

在一个具体的可实施方案中，在所述分流模块包括挡块时，所述挡块与所述档板为一体结构。方便制作。

在一个具体的可实施方案中，每个流体通道内设置有多个散热翅片。提高散热效果。

在一个具体的可实施方案中，所述壳体包括底板及盖合在所述底板的上盖；所述再分配模块及每个散热区的流体通道位于所述上盖与所述底板围成的腔体内。

在一个具体的可实施方案中，所述再分配模块设置在所述底板。

第二方面，提供了一种通信设备，通信设备包括上述任一项所述的液冷散热器，以及设置在每个散热区的电器件。通过上述描述可以看出，通过再分配模块将上游流体通道内的流体进行汇流，并将汇流后的整股的流体再次分配到下游的散热区中，使得下游的散热区中不同散热要求的区域可以提供对应的流量。

附图说明

图1为本申请实施例的提供的液冷散热器的应用场景示意图；

图2为本申请实施例的提供的液冷散热器对应的散热区的示意图；

图3为本申请实施例的提供的液冷散热器的分解示意图；

图4为本申请实施例的提供的液冷散热器的流道示意图；

图5为本申请实施例的提供的液冷散热器的分流模块的结构示意图；

图6为本申请实施例的提供的液冷散热器的分流模块的另一结构示意图；

图7为本申请实施例的提供的液冷散热器对应的多个散热区时的示意图；

图8为本申请实施例的提供的液冷散热器对应的多个散热区时挡板的示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。

首先说明一下散热装置的应用场景，本申请实施例提供的散热装置用于给大功率半导体器件进行散热，随着当前电子设备的发展，电子设备中的大功率器件越来越多，对散热装置的要求也越来越高。此外，随着当前电子设备向着小型化、集成化发展，留给散热组件的空间也越来越小，因此大功率半导体器件在高功率密度下的散热能力亟待提高。为此本申请实施例提供了一种散热装置，用于改善电子设备内的大功率器件的散热效果。

如图1中所示，图1示例出了本申请实施例提供的液冷散热器的应用场景，本申请实施例提供的液冷散热器10用于给大功率半导体器件40进行散热。如图1中所示，液冷散热器10与外部散热系统连接，以形成散热回路。示例性的，图1中的外部散热系统包括泵30以及冷凝器20，泵30及冷凝器20通过管道与液冷散热器10连通，并形成散热回路。散热回路内填充有流体，在泵30的作用下，流体可以在散热回路中流动，如图1中所示的箭头所示的方向为流体的流动方向，为方便描述，将流体的流动方向定义为第一方向。液冷散热器10上导热连接有大功率半导体器件40。在进行散热时，大功率半导体器件40产生的热量传递到液冷散热器10，并通过液冷散热器10传递到液冷散热器10内的流体中，流体温度升高，高温的流体在泵30的作用下进入到冷凝器20中冷凝降温形成低温流体，低温流体再次流入到液冷散热器10中，从而可以不断的将大功率半导体器件40产生的热量带走。

上述中的流体可以为煤油、水或者其他常见的流体介质。

上述的大功率半导体器件40可以为不同的器件，如芯片、igbt或者其他常见的大功率半导体器件。为方便描述，将大功率半导体器件简称为器件。

如图2所示，图2示出了液冷散热器对应的散热区的示意图。为方便描述，引入了方向a，方向a为流体在液冷散热器100内的流动方向。液冷散热器100上设置有至少两个散热区，至少两个散热区沿液冷散热器100内流体流动的方向排布。在图2中仅示例出了两个散热区：第一散热区20和第二散热区30，第一散热区20及第二散热区30沿方向a排列。

第一散热区20和第二散热区30中，每个散热区均包含沿方向b排列的至少两个子散热区。每个子散热区承载的器件的功率不同，即每个子散热区承载的器件的产热量不同，因此对应的散热要求也不相同。以第一散热区20及第二散热区30为例，第一散热区20包括沿方向b排列的第一子散热区21和第二子散热区22，第一子散热区21和第二子散热区22承载的器件的散热要求不同：第一子散热区21中承载的器件功率比较小，对散热要求比较低；第二子散热区22承载的器件的功率比较大，对散热要求比较高。因此，第一子散热区21对应的流体流量小于第二子散热区22对应的流体的流量。第二散热区30包括沿方向b排列的第三子散热区31和第四子散热区32，第三子散热区31和第四子散热区32承载的器件的散热要求不同：第三子散热区31中承载的器件功率比较小，对散热要求比较低；第四子散热区32承载的器件的功率比较大，对散热要求比较高。因此，第三子散热区31对应的流体流量小于第四子散热区32对应的流体的流量。

在一个可选的实施方案中，本申请实施例提供的散热区的子散热区还可以包含三个、四个等不同个数的子散热区。示例性的，如两个相邻的散热区可以均包含相同个数的子散热区，如图2中所示的结构；或者，两个相邻的散热区包含的子散热区个数不同，如一个散热区包含三个子散热区，另一个散热区包含四个子散热区或者两个子散热区。

以图2所示的两个散热区为例来说明本申请实施例的液冷散热器100的流体流动情况。为方便描述，将第一子散热区21对应的流体为第一流体，第二子散热区22对应的流体为第二流体，第三子散热区31对应的流体对应为第三流体，第四子散热区32对应的流体为第四流体。如图2中所示，第一流体及第三流体沿方向a排列，第二流体与第四流体沿方向a排列。为保证第一子散热区21、第二子散热区22及第三子散热区31、第四子散热区32的器件能够得到良好的散热，需要第一流体在流动到第三流体时，流量会增大；第二流体在流动到第四流体时，流量会减小，以保证第三子散热区31和第四子散热区32的器件的散热效果。由于流经第一散热区20和第二散热区30的流体的总量不会改变，因此在从第一散热区20流经到第二散热区30时需要对流体进行再分配，在本申请中通过位于第一散热区20和第二散热区30的再分配模块10对流体进行再分配。如图2中所示的箭头的个数代表的流量的大小，再分配模块10设置在第一散热区20和第二散热区30之间，流体在流经第一散热区20后，通过再分配模块10对流体进行重新分配，以使得流体可以适配第二散热区30中各个子散热区对流体流量的要求。下面结合图3详细说明本申请实施例提供的再分配模块10的结构及工作情况。

如图3中所示的本申请实施例提供的液冷散热器的分解示意图。本申请实施例提供的液冷散热器100包括壳体40，壳体40用于承载器件，上述的散热区均设置在壳体40的表面，壳体40内设置有用于流动流体的通道。另外，壳体40上设置有与流体通道连通的进液口43及出液口44，进液口43及出液口44可通过管道与外部散热系统连通组成散热回路。

参考方向a，方向a由进液口43指向出液口44，流体沿方向a在通道中从进液口43流动到出液口44。通道可沿方向a流体通道划分为多个流体通道，且多个流体通道与每个散热区一一对应。流体流经每个流体通道时，可对该流体通道对应的散热区中设置的器件进行散热。在散热区为两个时，流体通道的个数也为两个，以图3所示的流体通道为例，流体通道沿方向a划分为第一流体通道50和第二流体通道60，再分配模块10设置在第一流体通道50和第二流体通道60之间。再分配模块10的长度方向沿方向b设置，将第一流体通道50和第二流体通道60分隔开。其中，第一流体通道50为位于再分配模块10上游的流体通道，对应的散热区为第一散热区；第二流体通道60为位于再分配模块10下游的流体通道，对应的散热区为第二散热区。

在一个可选的方案中，壳体40可采用分体结构，如图3中所示的壳体40包括底板42及盖合在底板42的上盖41，其中上盖41与底板42之间可通过粘接、焊接或者螺纹连接件(螺栓或螺钉)固定连接，且在两者连接时，上盖41与底板42之间密封，如通过密封胶进行密封。进液口43和出液口44设置在上盖41，散热区设置在底板42背离上盖41的表面。再分配模块10及每个散热区的流体通道位于上盖41与底板42围成的腔体内。示例性的，再分配模块10设置在底板42。在上盖41与底板42盖合时，再分配模块10可将第一流体通道50和第二流体通道60隔离。

在一个可选的方案中，壳体40可采用一体成型方式，图3中所示的上盖41、底板42以及再分配模块10可通过注塑、3d打印等方式一体制备成型。

在应用时，上游的流体通道(第一流体通道50)的流体通过再分配模块10汇流，并通过再分配模块10将汇流的流体分流到位于下游的流体通道(第二流体通道60)。如图3中所示的第一流体通道50内的流体可通过再分配模块10汇流，汇流后的流体可通过再分配模块10将流体根据第二流体通道60内不同区域的需要，对流体进行分配。

在具体实现时，再分配模块具有不同流阻的区域，并通过不同流阻的区域将汇流的流体按照设定的流量分配到位于下游的流体通道中的不同区域。如图4中所示，以第一流体通道50和第二流体通道60为例进行说明，图4中第一流体通道50和第二流体通道60对应的第一散热区和第二散热区的排布方式及包含的子散热区的方式可参考图2中的相关描述。第一流体通道50包含沿方向b排列的第一子通道51和第二子通道52，第一子通道51与第一子散热区对应，第二子通道52与第二子散热区对应；第二流体通道60包含沿方向b排列的第三子通道61和第四子通道62，第三子通道61和第三子散热区对应，第四子通道62与第四子散热区对应；与第一子散热区对应的第一流体在第一子通道51中流动，与第二子散热区对应的第二流体在第二子通道52中流动，与第三子散热区对应的第三流体在第三子通道61中流动，与第四子散热区对应的第四流体在第四子通道62中流动。再分配模块包含第一阻流区121和第二阻流区122，第一阻流区121位于第一子通道51和第三子通道61之间，第二阻流区122位于第二子通道52和第四子通道62之间。其中，第一阻流区121和第二阻流区122的流体阻力不同，上述流体阻力指代的是第一阻流区121和第二阻流区122给流体施加的流动阻力，流体阻力越大，流体的流量越小。

参考图2中的子散热区中的器件的排布方式，为保证流体可以对第二散热区中的器件进行良好的散热，第一阻流区121的流体阻力小于第二阻流区122的流体阻力。以流体总量为q1为例，第一流体在第一子通道51的流量为q2，第二流体在第二子通道52的流量为q3；流体在第一流体通道50中的总流量为q1＝q2+q3；其中，q2＜q3。当流经第一流体通道50内的流体通过再分配模块汇流后，流体的流动方向被第一阻流区121和第二阻流区122阻挡，并通过再分配模块汇总，在经过再分配模块分配后，通过第一阻流区121进入到第三子通道61中的第三流体的流量为q4，通过第二阻流区122进入到第四子通道62的第四流体的流量为q5；第二流体通道60中流体的总流量为q1＝q4+q5；其中，q3＞q5。由上述描述可看出，流体沿方向a流动时，通过再分配模块可控制流体在流体通道中不同子通道的流量分配，从而可以根据实际的器件排布方式，合理的调整分配到对应的流体流量，进而改善对器件的散热效果。

在一个可选的方案中，再分配模块包括汇流腔11以及分流模块12；其中，汇流腔11与上流的流体通道连通，并用于将上流的流体通道的流体汇流。汇流腔11指代的是第一流体通道50与分流模块12之间的区域，该区域可通过在液冷散热器100的底板上设置与分流模块12连接的壁结构，也可通过液冷散热器100的壳体形成。流经第一子通道51的流体(流量q2)和第二子通道52的流体(流量q3)在汇流腔11汇流。分流模块12用于形成第一阻流区121和第二阻流区122，具体通过分流模块12上设置的分流通道实现，第一阻流区121和第二阻流区122设置不同的分流通道，以实现不同的流体阻力。如第一阻流区121设置的分流通道中流体可通过的通道的横流面积为a，第二阻流区122设置的分流通道中流体可通过的通道的横流面积为b。如a＞b，则第一阻流区121的流体阻力小于第二阻流区122的流体阻力。上述的分流模块12及流体通道可通过不同的方式实现。下面结合附图分别进行说明。

如图5所示的一种具体的分流模块的具体结构。在图5中，再分配模块可设置在进液口43与第一流体通道50之间，其原理与再分配模块设置在第一流体通道50和第二流体通道的原理相同。分流模块包括挡块125，示例性的，挡块125为矩形挡块，挡块125的长度方向垂直于流体的流动方向，从而将进液口43和第一流体通道50分隔。挡块125上设置有多个通孔，多个通孔为分流通道。对多个通孔进行了划分，分为第一通孔123和第二通孔124，其中，第一通孔123设置在第一阻流区121，第二通孔124设置在第二阻流区122，且不同阻流区的通孔的孔径不同。示例性的，第一阻流区121中设置有阵列排列的两排第一通孔123，第二阻流区122中设置有阵列排列的两排第二通孔124；第一通孔123及第二通孔124均采用矩形通孔，且第一通孔123的开口面积小于第二通孔124的开口面积。第一阻流区121中的所有的第一通孔123的总的开口面积为c，第二阻流区122中第二通孔124的总的开口面积为d，其中，c＜d。流体在流经分流模块时，使得流入到第一子通道51中的流量和流入到第二子通道52的流量满足：q2＜q3。

在一个可选的实施方案中，本申请实施例中提供的通孔的排列可以为单排、三排等不同的排数，对此本申请不做具体限定。

在一个可选的实施方案中，通孔可以为圆形孔、菱形孔、椭圆形孔等不同形状的孔，均可应用在本申请实施例中。

在一个可选的实施方案中，第一通孔123和第二通孔124的开口面积可相同，可通过第一阻流区121和第二阻流区122设置不同个数的第一通孔123和第二通孔124，实现第一阻流区121和第二阻流区122不同的流体阻力。

在一个可选的实施方案中，挡块125还可选择不同的形状，如v形形状，或者弧形形状，但无论选择哪种形状，挡块125的内凹方向朝向上游的流体通道或者进液口43。通过挡块125的内凹面围成的区域可作为汇流腔。

在一个可选的方案中，分流模块还包括挡板70，挡板70沿流体流动方向延伸并用于间隔任意相邻的两个子散热区，从而可以分隔相邻的两个子散热区。上述分隔相邻的子散热区指代的是通过挡板70位于流体通道内，并隔离两个子散热区对应的两个子通道。如图5中所示，第一流体通道50包含第一子通道51和第二子通道52，通过挡板70将第一子通道51和第二子通道52隔离，避免第一子通道51内的流体与第二子通道52内的流体串扰，提高了流体对器件的散热效果。

在一个可选的方案中，挡块125可与挡板70为一体结构。在具体制备时，挡块125、挡板70及底板可以一体成型，如通过注塑或者3d打印的方式制备成一体结构。当然也可采用分体结构。此时，挡块125可通过粘接、焊接或者铆接等不同方式与底板连接，挡板70可通过同样的方式与底板固定连接。应当理解的是，在挡块125、挡板70及底板采用分体结构时，可通过密封胶进行密封，以保证挡块125及挡板70可以隔离流体。

在一个可选的方案中，每个流体通道内设置有多个散热翅片(图中未示出)，多个散热翅片沿流体的流动方向阵列排列，散热翅片之间留有流体流动的通道。在流体流经散热翅片时，流体可吸收器件传递到散热翅片的热量，从而提高对器件的散热效果。

如图6所示，图6示例出了另外的一种分流模块的结构示意图。在图6中，再分配模块可设置在进液口43与第一流体通道50之间，其原理与再分配模块设置在第一流体通道50和第二流体通道的原理相同。分流模块包括多个分流板128，多个分流板128环绕进液口43设置，并且多个分流板128围成汇流腔，此外，多个分流板128之间间隔有间隙，该间隙即为分流通道。为方便描述，对多个间隙进行了划分，分为第一间隙126和第二间隙127。其中，第一间隙126设置在第一阻流区121，第二间隙127设置在第二阻流区122，且不同阻流区的间隙的大小不同。示例性的，第一间隙126的开口面积小于第二间隙127的开口面积。第一区域中的所有的第一间隙126的总的开口面积为e，第二阻流区122中第二间隙127的总的开口面积为f，其中，e＜f。流体在流经分流模块时，使得流入到第一子通道中的流量和流入到第二子通道的流量满足：q2＜q3。

在一个可选的实施方案中，第一间隙126和第二间隙127的开口面积可相同，可通过第一阻流区121和第二阻流区122设置不同个数的第一间隙126和第二间隙127，实现第一阻流区121和第二阻流区122不同的流体阻力。

在一个可选的方案中，分流板128为弧形分流板，且分流板128围成半圆柱形的汇流腔，该汇流腔的开口方向朝向上游的流体通道。流经进液口43的流体通过汇流腔汇流后，再通过分流板128进行再次分配。

在一个可选的方案中，分流板128分为两层，如图6中所示的沿远离进液口43的方向，分流板128排列成两层，当然还可排列成多层，如一层、三层等不同的情况。

在一个可选的方案中，分流模块还包括挡板70，挡板70沿流体流动方向延伸并用于间隔任意相邻的两个子散热区，从而可以分隔相邻的两个子散热区。上述分隔相邻的子散热区指代的是通过挡板70位于流体通道内，并隔离两个子散热区对应的两个子通道。如图5中所示，第一流体通道50包含第一子通道51和第二子通道52，通过挡板70将第一子通道51和第二子通道52隔离，避免第一子通道51内的流体与第二子通道52内的流体串扰，提高了流体对器件的散热效果。

在一个可选的方案中，分流板128与挡板70为分体结构。在具体制备时，分流板128与底板、挡板70与底板可以一体成型，如通过注塑或者3d打印的方式制备成一体结构。当然也可采用分体结构。此时，分流板128可通过粘接、焊接或者铆接等不同方式与底板连接，挡板70可通过同样的方式与底板固定连接。应当理解的是，在分流板128、挡板70及底板采用分体结构时，可通过密封胶进行密封，以保证分流板128及挡板70可以隔离流体。

在一个可选的方案中，每个流体通道内设置有多个散热翅片(图中未示出)，多个散热翅片沿流体的流动方向阵列排列，散热翅片之间留有流体流动的通道。在流体流经散热翅片时，流体可吸收器件传递到散热翅片的热量，从而提高对器件的散热效果。具体制备时，散热翅片可通过一体制备的方式制备在底板，也可通过粘接、焊接、铆接的方式固定在底板。

通过上述描述可看出，本申请实施例提供的液冷散热器100可以适应不同散热要求器件排布的散热要求。在每个散热区内设置的热源的散热要求不同时，通过再分配模块将上游流体通道内的流体进行汇流，并将汇流后的整股的流体再次分配到下游的散热区中，整个流体通过分流-汇流-分流的循环设置，使得下游的散热区中不同散热要求的区域可以提供对应的流量。同时简化了流体通道的设置，使得位于上游和下游的流体通道之间可以实现不同流量的分配，改善了散热效果。

作为一个扩展方案，如图7所示，本申请实施例提供的液冷散热器的散热区101可包含多个，如三个或四个等不同的个数。多个散热区101也沿方向a呈单排排列的方式排布。在设置再分配模块102时，可在任意相邻的散热区101之间设置再分配模块102，也可仅在部分相邻的散热区101之间设置再分配模块102。或者在进液口与相邻的散热区101之间设置再分配模块102，均可改善液冷散热器100的散热效果。

如图8所示，在采用多个散热区101时，也可在任一个流体通道中设置挡板103，也可在其中部分的流体通道中设置挡板103。

在采用多个散热区101时，可以在每个流体通道中设置散热翅片，也可仅在部分流体通道中设置散热翅片。

本申请实施例提供了一种通信设备，该通信设备可为机柜、基站等不同的通信设备。该通信设备包括上述任一项的液冷散热器，以及设置在每个散热区的电器件。通过再分配模块将上游流体通道内的流体进行汇流，并将汇流后的整股的流体再次分配到下游的散热区中，使得下游的散热区中不同散热要求的区域可以提供对应的流量。

以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。