冷板散热器

技术领域

本公开的实施例总体上涉及电子设备冷却技术领域，并且更具体地，涉及一种冷板散热器。

背景技术

数据中心的能耗与日俱增，传统的风冷散热方案散热效率低且需要消耗大量能源，因而在冷却能力和经济可行性上越来越无法满足数据中心的需求。液冷散热方案由于高散热效率而成为数据中心建设的一个重要技术方向。

一种较为成熟的液冷散热方案是冷板液冷。目前冷板液冷领域广泛采用铜来制造冷板。铜具有良好的热传导性能且较易成型，而且钝化之后的铜具有良好的抗腐蚀、抗冲刷性能，可靠性高。目前冷板材质最成熟的是铜C1100或C1020。

然而，铜质冷板的材料成本高。在冷板液冷服务器大量部署的情况下，冷板的成本是一个需要考虑的重要因素，如何优化成本成为关注的目标。因此，存在对于改进的冷板液冷方案的需要。

发明内容

本公开的目的是提供一种冷板散热器，以至少部分地解决上述问题以及其他潜在的问题。

在本公开的一个方面，提供了一种冷板散热器，包括：外部框架，包含铝并且设置有用于容纳冷却液的内部空间，所述外部框架的第一外表面用于接触待冷却的电子设备；换热翅片，包含铝并且设置在所述内部空间中；牺牲阳极材料层，与所述外部框架的不同于所述第一外表面的至少一个外表面接触，所述牺牲阳极材料层包含金属活性高于铝的金属材料；以及氧化物限制部，包围所述牺牲阳极材料层以阻止由所述金属材料形成的氧化物从所述冷板散热器脱离。

在一些实施例中，所述氧化物限制部包括透气包覆层，所述透气包覆层覆盖所述牺牲阳极材料层，所述透气包覆层允许空气透过并且阻止由所述金属材料形成的氧化物从所述透气包覆层脱离。

在一些实施例中，所述透气包覆层通过喷涂工艺形成在所述牺牲阳极材料层上。

在一些实施例中，所述牺牲阳极材料层包含镁合金。

在一些实施例中，所述氧化物限制部包括空腔，所述空腔包围所述牺牲阳极材料层。

在一些实施例中，所述空腔是封闭的。

在一些实施例中，所述牺牲阳极材料层包含镁或镁合金。

在一些实施例中，所述空腔的壁上形成有至少一个透气孔，所述至少一个透气孔允许空气透过并且阻止由所述金属材料形成的氧化物从所述空腔脱离。

在一些实施例中，所述牺牲阳极材料层包含镁合金。

在根据本公开的实施例中，通过采用含铝材料来制造冷板的外部框架和换热翅片，能够显著降低冷板服务器的成本。在采用铝质外部框架和换热翅片的情况下，通过增加牺牲阳极材料层来保护外部框架和换热翅片，能够减缓冲刷腐蚀。此外，通过氧化物限制部能够防止牺牲阳极材料层所形成的氧化物粉末掉落在电子设备上，从而避免污染且防止短路。

应当理解，该内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键特征或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述而变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的一个实施例的冷板散热器的结构示意图；以及

图2示出了根据本公开的另一实施例的冷板散热器的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本文中使用的术语“包括”及其变形表示开放性包括，即“包括但不限于”。除非特别申明，术语“或”表示“和/或”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个示例实施例”和“一个实施例”表示“至少一个示例实施例”。术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。

如在上文中所述，铜质冷板的材料成本高；在冷板液冷服务器大量部署的情况下，冷板的成本是一个需要考虑的重要因素，如何优化成本成为关注的目标。成本较低的铝是冷板材料的一个较为可行的方向。然而，铝质冷板的劣势也非常明显，例如包括以下三点。

首先，铝的导热性能低于铜。然而，通过优化设计这个差别造成的影响对于数据中心而言是可以接受的。

此外，铝具有两种反应性，既可以与酸反应，也可以与碱反应。因此，在采用铝制造冷板时，对散热器中的冷却液的质量要求更加严格。例如，冷却液的PH值范围要求非常狭窄，在化学清洗过程中，酸洗或者任何化学药剂清洗都需要严格控制，需考虑采用铝合金专用清洗剂。然而，如果对冷却液进行严格、专业的水质管控，对在整个液冷环路上的材质进行严格控制，这个风险造成的影响也可以得到控制。

此外，铝由于材质较软，在冷板液冷系统中容易受到冲刷腐蚀。冲刷腐蚀又称为磨损腐蚀。冲刷腐蚀是金属表面与流体之间由于高速相对运动而引起的金属损坏现象，是管道受冲刷和腐蚀交互作用的结果，是一种危害性较大的局部腐蚀。铝钝化之后会在表面形成致密的氧化铝覆盖层，当达到微米级厚度时，致密氧化层将阻碍铝进一步腐蚀氧化。但是，由于铝材质较软，在水系统中受到水体冲刷时，表面的致密层容易被冲掉。由于铝化学活性较强，非常容易再次形成致密氧化层。在水体冲刷时，致密氧化层容易再次被冲掉，这样周而复始，铝材质很容易在长期使用过程中被冲蚀消耗掉，从而导致薄弱处变形、甚至出现泄露。因此，在长期运行之后，容易出现铝翅片残缺、焊接位置渗漏等风险，存在可靠性隐患。

降低冲刷腐蚀所带来的风险的一种可能的方向是考虑铝翅片的厚度和类型，尽量将铝冷板内部结构做得比较厚实，避免冲刷腐蚀造成的损害。这种设计在热流密度不高时，风险较低，但是随着芯片热流密度增加，冷板内部结构以及冷板翅片将越来越薄。这样就很难简单地依靠铝材质厚度来抵抗冲刷腐蚀。因此，抗冲刷腐蚀的解决方案成为铝冷板设计的一个重要考虑方面。

为了缓解冲刷腐蚀对铝冷板造成的影响，本公开的实施例提供了一种冷板散热器，其中采用牺牲阳极材料层来对铝冷板进行保护。下面将结合图1和图2来描述根据本公开的实施例的原理。

图1示出了根据本公开的一个实施例的冷板散热器10的结构示意图。如图1所示，在此描述的冷板散热器10总体上包括外部框架11、换热翅片12、牺牲阳极材料层13和氧化物限制部14。

外部框架11包含铝并且设置有用于容纳冷却液的内部空间110。冷却液例如可以是去离子水、醇类冷却液或其他类型，本公开的实施例对此不做限制。换热翅片12包含铝并且设置在内部空间110中。换热翅片12可以间隔设置在内部空间110中，以用于在冷却液与外部框架11之间传递热量。外部框架11和换热翅片12例如可以由铝合金或其他含铝材料制成。外部框架11的第一外表面111用于接触待冷却的电子设备20。

在一个实施例中，如图1所示，电子设备20包括主板21和设置在主板21上的中央处理单元(CPU)22。外部框架11的第一外表面111与CPU 22接触。当电子设备20运行时，由CPU22产生的热量可以被内部空间110中的冷却液带走。在其他实施例中，电子设备20可以为其他类型，本公开的实施例对此不做限制。

如图1所示，牺牲阳极材料层13与外部框架11的不同于第一外表面111的至少一个外表面接触。牺牲阳极材料层13包含金属活性高于铝的金属材料。在一个实施例中，如图1所示，外部框架11的与第一外表面111相背的第二外表面112以及位于第一外表面111与第二外表面112之间的侧表面113上设置有牺牲阳极材料层13。

两种金属活性不同的金属接触时，电子会从带负电的金属(阳极)流向带正电的金属(阴极)。当这样的两种金属接触时，向外界释放离子的速度比单种金属快得多，而且仅限于阳极材料(金属活性强的金属)的腐蚀，阴极材料(金属活性差的金属)则受到保护。因此，通过在外部框架11的外表面上设置牺牲阳极材料层13，能够利用牺牲阳极材料层13来保护包含铝的外部框架11和换热翅片12，减缓冷却液对外部框架11的内表面以及换热翅片12的冲刷腐蚀。

在一个实施例中，牺牲阳极材料层13包含镁合金，其中镁的金属活性高于铝。由于镁和铝之间存在电势差，因此铝在受到冲刷腐蚀时，铝作为阴极材料，其电化学腐蚀的速度得到有效减缓，而镁在铝冷板的长期使用过程中，作为牺牲阳极则被空气中的氧气替代氧化形成氧化镁。以此方式，能够在保持冷板散热器10内的换热翅片12厚度较薄的情况下，采用作为牺牲阳极材料的镁来保护外部框架11和换热翅片12。

金属活性高于铝的金属材料在替代氧化时将会形成氧化物粉末。如果所形成的氧化物粉末掉落在主板21上，则会对电子设备20造成污染并且可能会引起短路。为此，如图1所示，氧化物限制部14包围牺牲阳极材料层13设置，以阻止由金属材料形成的氧化物从冷板散热器10脱离，从而防止氧化物粉末对电子设备20造成污染且防止短路情况的发生。

在一些实施例中，如图1所示，氧化物限制部14包括透气包覆层141，透气包覆层141覆盖牺牲阳极材料层13。透气包覆层141允许空气透过并且阻止由金属材料形成的氧化物从透气包覆层141脱离。利用这样的布置，透过透气包覆层141的氧气可以对牺牲阳极材料层13进行替代氧化，从而实现对包含铝的外部框架11和换热翅片12的保护。此外，由于透气包覆层141能够阻止由金属材料形成的氧化物从透气包覆层141脱离，因而能够避免氧化物粉末对电子设备20造成污染且能够防止短路情况的发生。

如图1所示，在牺牲阳极材料层13覆盖外部框架11的第二外表面112和侧表面113的情况下，透气包覆层141也在外部框架11的第二外表面112和侧表面113处覆盖牺牲阳极材料层13，从而防止氧化物粉末掉落。

在一些实施例中，可以仅在外部框架11的单个外表面或单个外表面的一部分上设置牺牲阳极材料层13。例如，可以仅在外部框架11的第二外表面112或其一部分上设置牺牲阳极材料层13，或者仅在外部框架的侧表面113或其一部分上设置牺牲阳极材料层13。相应地，透气包覆层141可以在相应外表面上覆盖牺牲阳极材料层13。

在一些实施例中，透气包覆层141可以通过喷涂工艺形成在牺牲阳极材料层13上。在另一些实施例中，透气包覆层141可以通过粘接方式形成在牺牲阳极材料层13上。在其他实施例中，透气包覆层141可以通过其他方式形成在牺牲阳极材料层13上，本公开的实施例对此不做限制。

图2示出了根据本公开的另一实施例的冷板散热器10的结构示意图。图2所示的冷板散热器10的结构与图1所示的冷板散热器10的结构类似，不同之处主要在于采用了不同结构的氧化物限制部14来防止氧化物粉末掉落。在下文中将仅详细描述二者之间的区别，而对于相同的部分将不再赘述。

如图2所示，牺牲阳极材料层13设置在外部框架11的第二外表面112上。为了防止牺牲阳极材料层13中的金属材料形成的氧化物粉末掉落，氧化物限制部14包括形成在外部框架11的顶部的空腔142，空腔142包围牺牲阳极材料层13。空腔142是封闭的，并且空腔142中预留有空气，用于提供牺牲阳极材料层13发生替代氧化时所需的氧气。同时，空腔142为牺牲阳极材料层13发生替代氧化时膨胀和容纳氧化物粉末提供了空间。

在一个实施例中，牺牲阳极材料层13包含镁或镁合金。由于镁和铝之间存在电势差，因此铝在受到冲刷腐蚀时，铝作为阴极材料，其电化学腐蚀的速度得到有效减缓，而镁在铝冷板的长期使用过程中，作为牺牲阳极则被空腔142中的氧气氧化形成氧化镁。以此方式，能够在保持冷板散热器10内的换热翅片12厚度较薄的情况下，采用作为牺牲阳极材料的镁来保护外部框架11和换热翅片12。

在一个实施例中，空腔142的壁上可以形成有至少一个透气孔(未示出)。至少一个透气孔可以允许空气透过并且阻止由金属材料形成的氧化物从空腔142脱离。利用这样的布置，同样能够实现牺牲阳极材料层13对外部框架11和换热翅片12的保护，以及防止氧化物粉末的掉落。在这样的实施例中，牺牲阳极材料层13可以包含镁合金。

应当理解的是，在上文中结合图1和图2描述了氧化物限制部14的示例性结构，在其他实施例中，氧化物限制部14可以具有其他结构。

虽然在上文中采用镁和镁合金作为牺牲阳极材料层13中所包含的金属活性高于铝的金属材料的示例来描述本公开的原理，但是应该理解的是，牺牲阳极材料层13可以包含金属活性高于铝的其他金属材料，同样能够实现对外部框架11和换热翅片12的保护。

根据本公开的实施例利用牺牲阳极保护效应对铝冷板散热器的内部结构进行抗腐蚀保护，能够在不牺牲铝冷板散热性能的情况下，仅通过物理结构的改变来提升铝冷板的整体可靠性。此外，根据本公开的实施例的冷板散热器具有更高的成本优势，能够大幅降低冷板的成本，约30％左右。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。