一种冷板模组及其散热模块的制作方法

1.本技术涉及液冷设备技术领域，特别涉及一种散热模块。本技术还涉及一种具有该散热模块的冷板模组。


背景技术：

2.随着云计算、大数据等新基建的发展，对数据计算速度要求越来越高，处理器的运算速度与运算量也越来越大，导致cpu(中央处理器：central processing unit，简称cpu，作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元)等元器件的功耗不断飙升，cpu的功耗每年都在80％增幅大幅度提升，尤其是服务器、交换机等电子设备中一些高功率高热流密度的器件，如ai服务器中的gpu(图形处理器：graphics processing unit，简称gpu)芯片，单芯片功耗达400w，芯片热流密度达到了70w/cm2，每个服务器中一般有8颗或是16颗这样的芯片；在交换机产品中，热流密度也达到了150w/cm2，电子器件的散热问题逐渐成为设计瓶颈。
3.同时，目前对系统散热风扇功耗的要求也越来越高，机房pue(power usage effectiveness的简写，是评价数据中心能源效率的指标，是数据中心消耗的所有能源与it负载消耗的能源的比值)不断要求降低，节能是目前的一个主流趋势。
4.在上述基础上，如何能有效的解决各个电子元器件的温度过高问题，不应至少是简单的增加风量，并且受目前风扇技术的局限，系统风量基本已到极限，能做的就是合理的利用目前现有的风量，达成利用率最大化，更加充分的利用有限的风量满足各个器件的散热需求。
5.因此，要实现这一切的优化，当前最有效的方式就是进行冷板方案的进一步优化，为此，本领域技术人员有必要适时提供一种能够满足大功率芯片(比如cpu)的散热需求、且能够进一步降低pue的散热模块。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供一种散热模块，能够满足大功率芯片的散热需求，并能够进一步降低机房pue，从而达到降低功耗、节能环保的目的。本技术的另一目的是提供一种包括上述散热模块的冷板模组。
7.为实现上述目的，本技术提供一种散热模块，包括第一散热单元和第二散热单元，所述第一散热单元与所述第二散热单元连接形成螺旋散热回路，以使冷却介质自所述散热模块的中心向外周扩散实现散热。
8.在一些实施例中，所述第一散热单元为散热片单元，所述散热片单元包括散热鳍片，任意两个相邻所述散热鳍片之间形成有流道；所述第二散热单元为散热针单元，所述散热针单元包括阵列分布的散热针。
9.在一些实施例中，所述散热模块还包括位于中心的中心散热区，所述中心散热区设有一组所述散热片单元和一组所述散热针单元；冷却介质由一组所述散热片单元中的其
中一个所述散热片单元流至一组所述散热针单元后，经一组所述散热片单元中的另一个所述散热片单元流出所述中心散热区。
10.在一些实施例中，所述散热模块还包括位于所述中心散热区外周的外周散热区，所述外周散热区设有所述散热片单元和所述散热针单元，且沿所述螺旋散热回路上任意两个相邻所述散热针单元之间设有所述散热片单元。
11.在一些实施例中，所述散热模块还包括设于所述螺旋散热回路末端的回液槽口，所述回液槽口用于容置经所述螺旋散热回路流过的冷却介质，且所述回液槽口用于连通出液管道。
12.在一些实施例中，所述螺旋散热回路为方形螺旋散热回路。
13.在一些实施例中，所述散热模块为一体成型结构的冷板结构。
14.本技术还提供一种冷板模组，包括上述任一项所述的散热模块，还包括液冷模块，所述液冷模块与所述散热模块相连，所述液冷模块用于向所述散热模块输送冷却介质，以使所述散热模块冷却发热器件。
15.在一些实施例中，所述液冷模块包括进液管道，所述进液管道的进水口朝向所述散热模块的中心，以使冷却介质集中冷却发热器件的发热核心区。
16.在一些实施例中，所述液冷模块还包括出液管道，所述散热模块设有回液槽口，所述出液管道的出水口与所述回液槽口连通。
17.相对于上述背景技术，本技术实施例所提供的散热模块，包括第一散热单元和第二散热单元，第一散热单元与第二散热单元二者连接形成螺旋散热回路，以使冷却介质(也称冷却液)沿该螺旋散热回路的路径自散热模块的中心向外周扩散，从而实现散热。可以理解的是，该螺旋散热回路可以为方形螺旋回路或者圆形螺旋回路。这样一来，经散热模块的中心位置注入的冷却介质，即可沿螺旋散热回路的路径、以绕圈的方式逐步向散热模块的外周扩散，直至流到散热模块的边缘。
18.相较于传统采用从散热模块的一侧向另一侧流动的方式实现散热的方式，本技术实施例提供的散热模块，一方面，冷却介质由散热模块的中心注入，将低温度的冷却介质直接对准芯片核心区域(即散热模块的中心位置)进行注射，这样可以使芯片核心区域及其周围区域温度明显降低，解决传统散热方式下芯片核心温度偏高的问题，使芯片温度明显降低；另一方面，冷却介质以绕圈流动的方式实现散热，散热面积(冷却介质与散热模块的接触面积)大大增加，冷却介质在散热模块上的滞留时间大大增加，这样可以增加换热时间，同时，由于同样分流量的前提下，该种绕圈流动的方式比原有方式的节流面积更小，因此，流速增加。
19.这样一来，本技术实施例提供的散热模块可以应用于服务器的高效大功率芯片(比如cpu、gpu、tpu)的冷板散热方案中，在现有的冷板架构上进行散热面积的有效扩增以及高效利用，对芯片的热源位置进行精准冷却，将低温入水口对准芯片中心位置的冷板部分进行冲刷冷却，整个冷却液体由芯片中心逐渐向外周扩散，可以有效降低芯片中心位置的温度，降低核心位置与冷板周边的温差，同时，上述设置方式可以提升散热模块内冷却液的利用率，大大提升换热效率，从而降低散热功耗，降低机房pue值，更加节能且环保。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
21.图1为现有技术中原始冷板冷却回路示意图；
22.图2为图1中原始冷板的连接示意图；
23.图3为图2所示原始冷板中散热片的结构示意图；
24.图4为本技术实施例中冷板模组的结构示意图；
25.图5为图4所示冷板模组中散热模块的结构示意图；
26.图6为图5所示散热模块内部流场俯视图；
27.图7为图6所示散热模块内部中心散热区流场局部放大图；
28.图8为本技术实施例中冷板模组的温度场俯视图；
29.图9为图8所示冷板模组中散热模块内部温度场俯视图；
30.图10为采用现有冷板方案的芯片表面温度场俯视图；
31.图11为采用改进后冷板方案的芯片表面温度场俯视图。
32.其中：
33.1-原始冷板、2-进液管路、3-出液管路、4-散热片；
34.10-冷板模组；
35.100-散热模块、200-进液管道、300-出液管道；
36.101-第一散热单元、102-第二散热单元、103-螺旋散热回路、104-中心散热区、105-外周散热区、106-回液槽口；
37.1011-散热鳍片、1021-散热针。
具体实施方式
38.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.本技术的核心是提供一种散热模块，能够满足大功率芯片的散热需求，并能够进一步降低机房pue，从而达到降低功耗、节能环保的目的。本技术的另一核心是提供一种包括上述散热模块的冷板模组。
40.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本技术作进一步的详细说明。
41.需要说明的是，下文所述的“上端、下端、左侧、右侧”等方位词都是基于说明书附图所定义的。
42.请参考图1至图11，图1为现有技术中原始冷板冷却回路示意图；图2为图1中原始冷板的连接示意图；图3为图2所示原始冷板中散热片的结构示意图；图4为本技术实施例中冷板模组的结构示意图；
43.图5为图4所示冷板模组中散热模块的结构示意图；图6为图5所示散热模块内部流场俯视图；图7为图6所示散热模块内部中心散热区流场局部放大图；图8为本技术实施例中冷板模组的温度场俯视图；
44.图9为图8所示冷板模组中散热模块内部温度场俯视图；图10为采用现有冷板方案的芯片表面温度场俯视图；图11为采用改进后冷板方案的芯片表面温度场俯视图。
45.请参阅图1至图3，图1为现有技术中原始冷板冷却回路示意图，在图1中，进液管路2和出液管路3分别设于原始冷板1的左右两侧，也即，进液管路2向原始冷板1的一侧输入冷却液，换热后的冷却液由出液管路3从原始冷板1的另一侧输出；图2为图1中原始冷板的连接示意图，在图2中，原始冷板1内设置散热片4，散热片4的左右两侧分别设置进液槽和出液槽，其中，进液管路2的进液口连通进液槽，出液管路3连通出液槽，这样一来，进液管路2将冷却液输送至进液槽内，进液槽内的冷却液经散热片4上的流道流向出液槽，最后由出液管路3流出该原始冷板1，由于芯片设于散热片4的下方，在冷却液经过散热片4时，冷却液对散热片4下方的芯片进行降温冷却；图3为原始冷板中散热片的结构示意图，该散热片4结构包括并排设置的鳍片，冷却液能够从鳍片之间的流道流过，从而实现对于散热片4下方的芯片进行降温冷却。
46.上述设置方式的特点是进水端的芯片温度低，出水端的芯片部分温度高，导致整个芯片的核心温度偏高。
47.为了解决上述问题，本技术实施例提供的散热模块100，通过对冷板上的散热结构进行调整优化以在散热模块100上形成螺旋散热回路103，以使冷却介质(也称冷却液)沿该螺旋散热回路103的路径自散热模块100的中心向外周扩散，从而以绕圈流动的方式实现向外扩散散热，散热面积(冷却介质与散热模块100的接触面积)大大增加，冷却介质在散热模块100上的滞留时间大大增加，这样可以增加换热时间，进而提升散热效率。
48.请一并参阅图4至图6，本技术实施例提供的散热模块100设于冷板模组10的内部，进液管道200的进水口朝向散热模块100的中心(或者中心散热区104)，以使冷却液集中冷却发热器件的发热核心区；出液管道300的出水口与回液槽口106连通，这样一来，冷却液由进液管道200注入中心散热区104，然后按照方形螺旋散热回路103的散热路径流动，直至冷却液流至螺旋散热回路103末端的回液槽口106中，由于回液槽口106连通出液管道300，从而可以将冷却液由出液管道300排出该散热模块100。
49.本技术实施例所提供的散热模块100，通过对冷板上的散热结构进行调整以优化散热布局。具体地，散热模块100包括第一散热单元101和第二散热单元102，第一散热单元101和第二散热单元102的数量均设置多个，第一散热单元101与第二散热单元102二者连接形成螺旋散热回路103，以使冷却介质(也称冷却液)沿该螺旋散热回路103的路径自散热模块100的中心向外周扩散，从而实现散热。
50.这样一来，经散热模块100的中心位置注入的冷却介质，即可沿螺旋散热回路103的路径、以绕圈的方式逐步向散热模块100的外周扩散，直至流到散热模块100的边缘。
51.可以理解的是，螺旋散热回路103为散热模块100所在平面(水平面)内的螺旋散热回路103，该螺旋散热回路103可以为该平面内的方形螺旋散热回路103或者该平面内的圆形螺旋散热回路103。其中，方形螺旋散热回路103由各段直线路径构成，圆形螺旋散热回路103类似常规的蚊香结构。
52.作为优选的，本技术实施例采用方形螺旋散热回路103作为散热模块100上的散热回路，也即，冷却介质从方形螺旋散热回路103的中心进入回路中，并以绕圈流动的方式实现向外扩散散热，散热面积大大增加，冷却介质在散热模块100上的滞留时间大大增加，这样可以增加换热时间。
53.相较于传统采用从散热模块100的一侧向另一侧流动的方式实现散热的方式，本技术实施例提供的散热模块100，一方面，冷却介质由散热模块100的中心注入，将低温度的冷却介质直接对准芯片核心区域(即散热模块100的中心位置)进行注射，这样可以使芯片核心区域及其周围区域温度明显降低，解决传统散热方式下芯片核心温度偏高的问题，使芯片温度明显降低；另一方面，冷却介质以绕圈流动的方式实现散热，散热面积(冷却介质与散热模块100的接触面积)大大增加，冷却介质在散热模块100上的滞留时间大大增加，这样可以增加换热时间，同时，由于同样分流量的前提下，该种绕圈流动的方式比原有方式的节流面积更小，因此，流速增加。
54.这样一来，本技术实施例提供的散热模块100可以应用于服务器的高效大功率芯片(比如cpu、gpu、tpu)的冷板散热方案中，在现有的冷板架构上进行散热面积的有效扩增以及高效利用，对芯片的热源位置进行精准冷却，将低温入水口对准芯片中心位置的冷板部分进行冲刷冷却，整个冷却液体由芯片中心逐渐向外周扩散，可以有效降低芯片中心位置的温度，降低核心位置与冷板周边的温差，同时，上述设置方式可以提升散热模块100内冷却液的利用率，大大提升换热效率，从而降低散热功耗，降低机房pue值，更加节能且环保。
55.下面以方形螺旋散热回路103为例具体说明。
56.需要说明的是，散热模块100为一体成型结构的冷板结构。散热模块100的材质可以优选具有散热功能的材料制成，比如金属材料，或者散热模块100经一体注塑成型。本文对此并不做具体限制。
57.在一些实施例中，请一并参阅图7，第一散热单元101为散热片单元，散热片单元包括第一底板及设于底板上的多个按照预设方向间隔排列的散热鳍片1011，任意两个相邻散热鳍片1011之间形成有用于供冷却液流动的流道。
58.可以理解的是，散热片单元的散热鳍片1011结构可以参照传统散热鳍片1011结构，散热片单元的散热鳍片1011结构沿冷却液的流动方向设置，冷却液从两个相邻散热鳍片1011之间形成的流道中流过，也就是说，该散热片单元用于使冷却液定向流动，以使冷却液从散热片单元的一侧流向散热片单元的另一侧。
59.在一些实施例中，请一并参阅图7，第二散热单元102为散热针单元，散热针单元包括第二底板及设于所述第二底板上、且呈阵列分布的散热针1021或散热柱。也就是说，散热针单元上散布着呈阵列分布的多个散热针1021或散热柱。当然，根据实际需要，散热针单元上的散热针1021或散热柱可以呈规律分布，比如，在尺寸允许的前提下，以预设间距设置n排，任意一排中散热针1021或散热柱的数量相同，且以相同的间距分布。
60.作为优选的，散热针单元可以为方形结构，方形结构的散热针单元上分布着呈方形阵列排布的散热针1021或散热柱。
61.在一些实施例中，散热模块100还包括位于中心的中心散热区104，中心散热区104设有一组散热片单元和一组散热针单元；冷却介质由一组散热片单元中的其中一个散热片
单元流至一组散热针1021单元后，经一组散热片单元中的另一个散热片单元流出中心散热区104。
62.具体地说，中心散热区104设有两个散热片单元和两个散热针单元，两个散热片单元呈左右并排设置，且二者紧邻设置，两个散热针单元沿呈左右并排设置，且二者紧邻设置，两个散热针单元一一对应设置于两个散热片单元的正上方。
63.这样一来，首先，冷却介质向下注入左侧的散热片单元中，之后，冷却介质由左侧的散热片单元流至左侧的散热针单元后，经右侧的散热针单元流至右侧的散热片单元中，最后由右侧的散热片单元流出中心散热区104。
64.在一些实施例中，散热模块100还包括外周散热区105，外周散热区105位于中心散热区104的外周，外周散热区105设有散热片单元和散热针单元，且沿螺旋散热回路103(或者冷却液的流动路径)上任意两个相邻散热针单元之间设有散热片单元。
65.可以理解的是，冷却液沿着散热片单元上预设的流道定向流动，在需要改变流动方向的位置处设置散热针单元，也即冷却液经散热针单元改变流向后再次流入下一个散热片单元。
66.这样一来，冷却液由中心散热区104流出后，先经散热针单元改变流动方向后流入下一个散热片单元，经该散热片单元定向导流后再经散热针单元改变方向，继续流入下一个散热片单元，以此循环，从而以绕圈的方式向散热模块100的外围流动。
67.可以理解的是，冷却介质以绕圈流动的方式实现散热，散热面积(冷却介质与散热模块100的接触面积)大大增加，冷却介质在散热模块100上的滞留时间大大增加，这样可以增加换热时间，同时，由于同样分流量的前提下，该种绕圈流动的方式比原有方式的节流面积更小，因此，流速增加。
68.当上述散热模块100应用于服务器的高效大功率芯片(比如cpu、gpu、tpu)的冷板散热方案中，通过在现有的冷板架构上进行散热面积的有效扩增以及高效利用，对芯片的热源位置进行精准冷却，将低温入水口对准芯片中心位置的冷板部分进行冲刷冷却，整个冷却液体由芯片中心逐渐向外周扩散，可以有效降低芯片中心位置的温度，降低核心位置与冷板周边的温差，同时，上述设置方式可以提升散热模块100内冷却液的利用率，大大提升换热效率，从而降低散热功耗，降低机房pue值，更加节能且环保。
69.在一些实施例中，散热模块100还包括设于螺旋散热回路103末端的回液槽口106，回液槽口106用于容置经螺旋散热回路103流过的冷却介质，且回液槽口106用于连通出液管道300。
70.这样一来，首先，冷却液由进液管道200注入中心散热区104，然后，冷却液按照方形螺旋散热回路103的散热路径流动，直至冷却液流至螺旋散热回路103末端的回液槽口106中，由于回液槽口106连通出液管道300，从而可以将冷却液由出液管道300排出该散热模块100。
71.上述设置方式通过对散热片重新布局调整，通过方形螺旋散热回路103的设计，可进一步提升冷却液的利用率，增加对芯片核心区域的低温冲刷，逐渐增加扩展的方形螺旋散热回路103可增强换热效率，提升冷却液的利用率，降低芯片区域的温差，使核心温度明显降低，大大降低芯片的温度、散热功耗和pue值，更加节能环保。
72.更加具体地说，请参阅图8至图11，可以很明显的看出散热模块100核心区域的温
度场明显低于周围温度场温度，大大降低了核心区域的温度。图10给出原有方案的cpu温度表面温度，可以看出其核心区域围绕芯片的热源部分会有明显的局部高热区，而且温度高达56摄氏度。如图11给出了优化后的方案温度图，围绕着中间方框代表内部的核心发热区与周围温度场差异较小，中间方框区域的温度为53摄氏度左右，较原有方案低3摄氏度，降温效果明显。需要注意的是，优化后的回路方案是将低温度的入水口直接对准芯片核心区域进行注射，该方案的最大特点是核心区域温度是最低的，或者核心区域温度与周围区域温度接近，明显避免了现有方案中芯片核心区域温度偏高的不利现象，使得cpu温度明显降低，该种布局方案也大大提升了散热片的面积，提升了液体的利用率，该种螺旋循环回路提升了液体在冷板模块上的滞留时间，增加了换热时间，也增加了局部流速，从整体方案来看，明显增加了换热效率，cpu温度明显降低。
73.综上，上述设置方式降温效果明显，可以明显降低cpu温度，达到降低功耗，节能降噪的目的。
74.本技术所提供的一种冷板模组10，包括上述具体实施例所描述的散热模块100，还包括液冷模块，液冷模块与散热模块100相连，液冷模块用于向散热模块100输送冷却液，以使散热模块100冷却发热器件(芯片等)。
75.在一些实施例中，液冷模块包括冷源及与冷源连接的管道组件，管道组件包括进液管道200，进液管道200的进水口朝向散热模块100的中心(或者中心散热区104)，以使冷却液集中冷却发热器件的发热核心区。
76.在一些实施例中，管道组件还包括出液管道300，散热模块100设有回液槽口106，出液管道300的出水口与回液槽口106连通。
77.这样一来，冷却液由进液管道200注入中心散热区104，然后按照方形螺旋散热回路103的散热路径流动，直至冷却液流至螺旋散热回路103末端的回液槽口106中，由于回液槽口106连通出液管道300，从而可以将冷却液由出液管道300排出该散热模块100。
78.综上所述，本技术所提供的冷板模组10及其散热模块100，能够有效的降低cpu的温度。该回路方案从冷板核心区域做入水口，明显降低cpu的核心温度，内部冷却液围从核心区域向外围以绕圈的方式逐步扩展，提升冷却液利用率，降低芯片区域的温差，使芯片核心温度明显降低，大大降低芯片的温度，降低散热功耗，降低pue值，更加节能环保。
79.需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
80.以上对本技术所提供的冷板模组及其散热模块进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。