一种冷却板组件及芯片散热系统的制作方法

1.本发明涉及散热设备技术领域，尤其涉及一种冷却板组件及芯片散热系统。


背景技术：

2.芯片在电子学中是一种将电路小型化的方式，并时常制造在半导体晶圆表面上。常见的芯片多数使用在计算机上，作为计算机运行过程中最为关键的部件，芯片在运行过程中温度会不断升高，并且高温的芯片会将热量散播到系统环境中。温度的升高不但会使得系统运行不稳定，并且会缩短系统运行寿命，甚至会引发某些部件被烧毁的问题。
3.因此现有技术中，往往为芯片配置散热系统，利用散热系统的冷却板(即蒸发端)吸收芯片散发的热量，以解决芯片和系统温度升高的问题。在现有技术中，为了提高冷却效果，往往使冷却板与芯片直接接触，并通过螺栓等连接件将冷却板与芯片进行固定连接。
4.但是在实际应用中，不同型号、不同规格的芯片，其大小不同、安装孔的位置不同，因此对于不同的芯片需要生产出不同的冷却板，以实现冷却板与芯片良好的配合，由此提高了冷却板的生产难度并提高了生产成本。因此，亟需提出一种冷却板组件以解决上述问题。


技术实现要素：

5.本发明的第一目的在于提供一种冷却板组件，其冷却板能够适应多种型号、多种规格的芯片，同时还能够使冷却板与芯片直接接触散热。
6.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
7.一种冷却板组件，包括：
8.固定架，固定架设有安装缺口，固定架用于连接芯片；
9.冷却板，冷却板包括盖板、底板以及翅片，盖板与底板扣合连接，且盖板向外凸设有第一凹槽，第一凹槽与底板形成安装腔，翅片置于安装腔内，盖板凸起的部分置于安装缺口内，且底板能够贴合于芯片。
10.可选地，固定架设有第二凹槽，第二凹槽绕设于安装缺口，盖板的边缘置于第二凹槽内。
11.可选地，盖板的侧壁与第二凹槽的侧壁抵接。
12.可选地，底板置于第二凹槽内。
13.可选地，固定架与芯片通过弹簧螺栓连接。
14.可选地，弹簧螺栓的数量为多个，多个弹簧螺栓间隔均匀分布。
15.可选地，还包括第一冷媒管以及第二冷媒管，盖板还设有第一冷媒连通孔以及第二冷媒连通孔，第一冷媒管与第一冷媒连通孔相连通，第二冷媒管与第二冷媒连通孔相连通。
16.可选地，底板、盖板以及固定架均采用冲压工艺制成，第一冷媒管与第二冷媒管采用挤压成型工艺制成。
17.本发明的第二目的在于提供一种芯片散热系统，该系统中的冷却板能够适应多种型号、多种规格的芯片，同时还能够使冷却板与芯片直接接触散热，在降低芯片散热系统的生产成本的同时，还能够保证芯片散热系统的散热效果。
18.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
19.一种芯片散热系统，包括冷凝组件、冷媒循环管以及上述的冷却板组件，冷凝组件以及冷却板组件通过冷媒循环管相连通。
20.有益效果：
21.通过设置带有安装缺口的固定架，固定架与芯片连接，并且将冷却板置于安装缺口内，实现了冷却板与芯片通过固定架间相连的连接方式，对应不同型号、不同规格的芯片，只需更换不同的固定架以适应不同芯片即可，无需针对不同芯片而单独生产冷却板，有效降低了冷却板的生产难度和生产成本。另外，本发明提供的冷却板组件，冷却板的底板能够直接与芯片贴合，在实现芯片与冷却板通过固定架连接的基础上，保证了冷却板的散热效率。
附图说明
22.图1是本发明实施例一提供的冷却板组件中冷却板的结构爆炸图；
23.图2是本发明实施例一提供的冷却板组件中盖板的结构示意图；
24.图3是本发明实施例一提供的冷却板组件中冷却板、第一冷媒管以及第二冷媒管的组装结构示意图；
25.图4是本发明实施例一提供的冷却板组件中固定架的结构示意图一；
26.图5是本发明实施例一提供的冷却板组件中固定架的结构示意图二；
27.图6是本发明实施例一提供的冷却板组件的结构爆炸图；
28.图7是本发明实施例一提供的冷却板组件的组装结构示意图一；
29.图8是本发明实施例一提供的冷却板组件的组装结构示意图二；
30.图9是本发明实施例三提供的虹吸式冷却板组件的结构爆炸图。
31.图中：
32.100、固定架；110、安装缺口；120、第二凹槽；200、冷却板；210、盖板；211、第一凹槽；212、第一冷媒连通孔；213、第二冷媒连通孔；220、底板；230、翅片；300、第一冷媒管；400、第二冷媒管；500、封堵件；600、配合架；700、虹吸组件；710、虹吸管；720、连接管路。
具体实施方式
33.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
34.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。
35.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
36.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
37.实施例一
38.本实施例提供一种冷却板组件，其冷却板能够适应多种型号、多种规格的芯片，同时还能够使冷却板与芯片直接接触散热，保证冷却板的散热能力。
39.具体地，如图1和图2所示，本实施例提供的冷却板组件包括冷却板200，该冷却板200包括盖板210、底板220以及翅片230，盖板210与底板220扣合连接。盖板210向外凸设有第一凹槽211，第一凹槽211与底板220形成安装腔，上述翅片230置于安装腔内，由此形成一个冷却板200，且冷却板200的底板220能够贴合于芯片。
40.上述翅片230可以选用多种结构形式，例如：卡扣式翅片、折叠式翅片、交错式翅片、波纹式翅片等等，此处不再一一列举。
41.如图2所示，上述盖板210还设有第一冷媒连通孔212以及第二冷媒连通孔213，且第一冷媒连通孔212和第二冷媒连通孔213分别与上述翅片230的两个汇流端相连通。如图3所示，本实施例提供的冷却板组件还包括第一冷媒管300以及第二冷媒管400，且第一冷媒管300与第一冷媒连通孔212相连通，第二冷媒管400与第二冷媒连通孔213相连通，由此实现冷媒在冷却板200内的流通：冷媒从第一冷媒管300通过第一冷媒连通孔212进入冷却板200，在冷却板200内，从翅片230的一个汇流端通过翅片230流至另一个汇流端，而后在翅片230的另一个汇流端，通过第二冷媒连通孔213进入第二冷媒管400，实现冷媒排出冷却板200。可以理解的是，在其他实施方案中，冷媒也可以从第二冷媒管400通过第二冷媒连通孔213进入冷却板200，而后从第一冷媒连通孔212进入第一冷媒管300排出冷却板200。
42.优选地，上述第一冷媒管300与第二冷媒管400采用挤压成型工艺制成，与现有技术中数控加工的生产工艺相比，能够有效降低生产成本，同时能够缩短生产周期。可以理解的是，通过挤压成型工艺生产出来的第一冷媒管300和第二冷媒管400，其整体结构为两端开口的长方体结构，为了实现冷媒管的封堵，如图3所示，在第一冷媒管300和第二冷媒管400的末端均设置有封堵件500，以实现对第一冷媒管300和第二冷媒管400的封堵。在本实施例提供的技术方案中，第一冷媒管300与第二冷媒管400采用挤压成型工艺一体制成，在其他实施方案中，第一冷媒管300与第二冷媒管400可以分别采用挤压成型工艺制成后再进行组装。
43.本实施例提供的冷却板组件还包括固定架100，固定架100用于连接芯片，如图4和图5所示，该固定架100设有安装缺口110和第二凹槽120，第二凹槽120开设在固定架100的下端面上并绕设于安装缺口110。
44.如图6和图7所示，上述盖板210凸起的部分置于安装缺口110内，且盖板210的边缘置于第二凹槽120内。当对冷却板200和固定架100进行组装时，第二凹槽120能够对冷却板200起到纵向限位作用。同时，将固定架100与芯片进行连接后，冷却板200被固定在第二凹槽120和芯片之间，进而提高了冷却板200与固定架100连接的稳定性，以及冷却板200与芯片接触的稳定性。
45.可选地，如图6和图7所示，上述盖板210的侧壁与第二凹槽120的侧壁抵接，由此实现固定架100对冷却板200的横向限位，避免冷却板200和固定架100组装后，冷却板200出现横向窜动的问题，提高了冷却板200与固定架100连接的稳定性，以及冷却板200与芯片接触的稳定性。
46.可选地，如图7所示，上述盖板210的顶部端面与固定架100的顶部端面平齐，减小冷却板组件的纵向高度，使其整体结构紧凑，能够适应较为狭小的芯片安装空间。可以理解的是，盖板210的顶部端面与固定架100的顶部端面也可以是不平齐的，依据芯片的实际安装空间而定即可。
47.可选地，如图8所示，底板220置于第二凹槽120内，且底板220的底部端面与固定架100的底部端面平齐，进一步减小冷却板组件的纵向高度，使其整体结构更加紧凑。可以理解的是，底板220的底部端面与固定架100的底部端面也可以是不平齐的，依据芯片的实际安装空间而定即可。
48.优选地，上述固定架100与芯片通过弹簧螺栓连接，由于弹簧螺栓具有增大预紧力的效果，因此通过弹簧螺栓连接的固定架100和芯片之间的紧固力得到了有效提高，进而提高了固定架100和芯片连接的可靠性。
49.优选地，弹簧螺栓的数量为多个，且多个弹簧螺栓间隔均匀分布。当弹簧螺栓被拧紧时，其弹簧发生弹性变形，进而产生弹力，该弹力作用于固定架100和芯片；当多个间隔均匀分布的弹簧螺栓均产生弹力时，多个弹簧螺栓之间能够互相平衡作用于固定架100和芯片之间的作用力，因此使得固定架100与芯片连接的紧密程度更加均匀。由于盖板210的凸起部分置于固定架100的安装缺口110内，且冷却板200的底板220与芯片相贴合，因此，当固定架100与芯片连接的紧密程度更加均匀时，冷却板200底板220与芯片贴合的紧密程度也能够更加均匀，进而使得冷却板200能够均匀地吸收芯片不同位置处散发的热量，提高了冷却板200均匀散热的能力。
50.优选地，上述底板220、盖板210以及固定架100均采用冲压工艺制成，冲压工艺生产流程简单，且所需生产设备投入较低，相较于现有技术中采用的数控加工工艺而言，能够有效降低生产成本、简化生产流程、缩短生产周期。
51.另一方面，在现有技术中，冷却板200的底板220是数控加工后再焊接制成的，由于焊接工艺对于焊接件有一定的强度要求，因此在现有技术中，冷却板200的底板220较厚，通常为2mm左右。而本实施例提供的冷却板组件，其冷却板200的底板220采用冲压工艺制成，冲压工艺对于冲压件不做强度要求，因此其厚度较薄，冲压件的厚度通常为1.2mm
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1.5mm，较薄的底板220能够提高冷却板200的散热性能，使得冷却板200的散热效率得到有效提高。
52.可选地，如图8所示，本实施例提供的冷却板组件还包括配合架600，根据安装缺口110不同的大小和不同的形状，可以配合组装不同的配合架600，保持冷却板组件在水平面上整体呈长方形结构，以适应芯片的安装空间。
53.优选地，如图9所示，本实施例提供的冷却板组件还包括连接管路720，连接管路720设置于底板220上，且与翅片230的一端抵接。同时，第一冷媒连通孔212的内壁向下延伸出盖板210的下端面，且与翅片230的另一端抵接。当对冷却板200进行组装时，连接管路720以及第一冷媒连通孔212内壁的延伸部分能够对翅片230起到限位作用，防止翅片230在底板220上发生位移(上述“上、下”两个方向即为图9中的“上、下”两个方向)。
54.本实施例提供的冷却板组件，通过设置带有安装缺口110的固定架100，使固定架100与芯片连接，并且将冷却板200置于安装缺口110内，实现了冷却板200与芯片通过固定架100相连的连接方式，对应不同型号、不同规格的芯片时，只需要更换不同的固定架100以适应不同的芯片即可，无需针对不同芯片而单独生产冷却板200，有效降低了冷却板200的生产难度和生产成本。
55.另一方面，从部件结构的繁简程度上来看，固定架100为一个单独的部件，而冷却板200由外壳、换热件等多个部件构成，冷却板200的生产步骤、生产流程明显比固定架100的复杂许多，冷却板200的生产成本也比固定架100的生产成本高出许多。因此，当面对不同型号、不同规格的芯片时，更换固定架100所需的生产成本、生产周期都是远远低于更换冷却板200所需的生产成本、生产周期的，由此可见，本实施例提供的冷却板组件，具有降低生产成本、缩短生产周期的效果。
56.再一方面，本实施例提供的冷却板组件，其冷却板200的底板220能够直接与芯片贴合，在降低生产成本、缩短生产周期的基础上，还保证了冷却板200的散热效率。
57.本实施例提供的冷却板组件，底板220以及盖板210均采用冲压工艺制成，其二者冲压完成后，将翅片230设置底板220上，并将翅片230与底板220进行焊接，而后将底板220和盖板210扣合连接，并将底板220与盖板210进行焊接，由此形成冷却板200。本实施例提供的冷却板组件，固定架100也采用冲压工艺制成，将冷却板200与固定架100通过螺钉进行连接，由此完成冷却板200与固定架100的组装。本实施例提供的冷却板组件，第一冷媒管300与第二冷媒管400采用挤压成型工艺制成，将第一冷媒管300以及第二冷媒管400分别与冷却板200的盖板210焊接，并分别在第一冷媒管300以及第二冷媒管400的末端安装封堵件500，由此完成第一冷媒管300以及第二冷媒管400与冷却板200的组装。
58.可见，上述底板220、盖板210以及固定架100均采用冲压工艺制成，并且上述第一冷媒管300与第二冷媒管400采用挤压成型工艺制成，而冲压工艺和挤压成型工艺的生产操作和生产流程均较为简单，并且对于生产原料的强度、刚度等材料特性要求也不高，因此整个冷却板组件的生产操作和生产流程均是较为简单的，且其生产材料可以选用铝材、铜材等价格较为低廉的材料，进而本实施例提供的冷却板组件能够有效降低生产成本并缩短生产周期。
59.本实施例提供的冷却板组件，不同部件所用的生产材料为同种材料。在其他实施方案中，不同部件所用的生产材料可以为不同种材料。
60.在其他实施方案中，冷却板200与固定架100的连接、第一冷却管与盖板210的连接以及第二冷却管与盖板210的连接均可以选用其他连接方式，本实施例不做特别限定。
61.实施例二
62.本实施例提供一种芯片散热系统，该芯片散热系统包括冷凝组件、冷媒循环管以及上述实施例一中的冷却板组件，冷凝组件与冷却板组件通过冷媒循环管相连通。冷却板
组件为芯片散热系统的蒸发端，冷凝组件为芯片散热系统的冷凝端，冷媒循环管内流通冷媒，蒸发端与芯片连接并吸收芯片的热量，该部分热量由冷媒作为载体通过冷媒循环管传输至冷凝端，冷凝端将该部分热量传至芯片散热系统之外，由此实现芯片散热系统对芯片的散热效果。
63.本实施例提供的芯片散热系统为水冷系统，在其他实施方案中，芯片散热系统还可以是风冷系统，比如热虹吸风冷散热系统等。
64.实施例三
65.在冷却板的研制过程中，需要对冷却板的性能进行测试，这时需要将冷却板从散热系统中拆除，或者调试完的冷却板需要储存运输。对于水冷系统而言，在调试的时候冷却板中充满液体，如果不及时将冷却板中的液体排出，很有可能在拆除的过程中导致冷却板漏液，冷却板在运输过程中也容易泄露，泄露的液体一旦遇到电子产品，就会导致电子产品短路。因此，需要在冷却板拆除之前或运输之前将冷却板中的液体彻底排干，避免液体接触电子产品的芯片，而使电子产品短路。
66.现有的冷却板需要靠带流体连接器的排液装置进行排液，这就使得冷却板必须先从散热系统中拆卸安装到排液装置上才能进行排液，无法避免拆卸过程中产生的冷却板漏液的问题，而且这种装置的投入成本很大，且能耗高，噪声大，冷却板排液需要的设备和人工的成本也较高。
67.针对上述问题，本实施例提供一种虹吸式冷却板组件，虹吸是一种流体力学现象，物理上指由于液体分子间存在引力与位能差能，液体会由压力大的一边流向压力小的一边。虽然水两边的大气压力相等，但由于水位差，水压大的一边由于重力下流，水压小的一边由于大气压上流，直到两边的大气压力加水压相等。
68.具体地，如图9所示，该虹吸式冷却板组件包括虹吸组件700以及上述的冷却板组件，虹吸组件700包括虹吸管710以及连接管路720，连接管路720与第二冷媒连通孔213相连，虹吸管710的一端与第二冷媒管400相连，虹吸管710的另一端位置低于底板220的位置，这样虹吸管710的两端形成液位差，一旦虹吸形成，冷却板200中的液体就会顺着虹吸管710快速地从冷却板200中抽出、排干。另外，连接管路720要伸入到冷却板200的底部，这样才能保证将冷却板200中的液体彻底排除干净。
69.在本实施例中，虹吸管710可以为倒u型管，但虹吸管710的最高点距离冷却板200液面的高度不得高于大气压支持的水柱高度。
70.通过将虹吸组件700与冷却板200相连，并利用虹吸管710两端的液位差，使冷却板200中的液体通过虹吸组件700排出。将虹吸组件700中的连接管路720伸入冷却板200的底部，可以保证冷却板200中的液体排放彻底，这种利用虹吸原理的虹吸式冷却板组件可以实现自主排液，无需额外使用排液设备，降低成本，且结构简单，操作方便。
71.在虹吸式冷却板组件的测试阶段，为保证冷却板200内的液体一直处于循环状态，通过第一冷媒管300为冷却板200补充液体，虹吸组件700为冷却板200排出液体，由此形成冷媒液体在冷却板200内的循环。
72.上述虹吸式冷却板组件的工作过程为：
73.虹吸式冷却板组件测试完成后，此时冷却板200中充满液体，拆掉多余的管路，排出连接管路720、第二冷媒管400以及虹吸管710中的空气，由于虹吸管710的出液口比冷却
板200的底板220低，此时形成虹吸，开始排液，直到冷却板200中的液体完全排除，排液结束。
74.上述排液过程中的虹吸管710的最高点距离冷却板200液面的高度不得高于大气压支持的水柱高度。
75.上述将连接管路720、第二冷媒管400以及虹吸管710中的空气排出的步骤可以通过从虹吸管710的出液口处抽气实现，也可以从第一冷媒管300处充气，从而使液体充满连接管路720、第二冷媒管400以及虹吸管710，将连接管路720、第二冷媒管400以及虹吸管710中的空气排除，然后封堵第一冷媒管300。
76.本实施例提供的虹吸式冷却板组件，通过虹吸原理将冷却板200中的液体排干，该虹吸式冷却板组件结构简单，操作简便，无需借助其他排液设备，可以实现自主排液，节约了使用专门的排液装置而导致的设备和人工成本。
77.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。