一种用于主板性能调测的液冷装置

1.本发明涉及测试设备，具体涉及一种用于主板性能调测的液冷装置，主要为某些高性能、大功率芯片调测时提供平台及液冷环境。


背景技术：

2.在计算机系统中，每款主板及主板上的各种芯片在大规模应用前必须对其进行调测，以验证其可靠性。而随着计算机更新换代的速度不断加快，主板和芯片的调测任务及难度也不断加大，尤其是在芯片功耗不断增大的情况下，对测试环境的要求也越来越严苛。直接置于机箱或机柜中的测试方式不利于测试主板或芯片的细节，很难快速了解整体的电路情况，为了能够更加快速和准确的定位芯片或主板电路所存在的问题，现有的方式主要是将待测试主板置于开放式测试框中，并采用风冷对主板上的器件进行散热。随着芯片功耗的提高，导致依靠风冷的测试平台很难满足芯片满负荷工作时的测试需求，常常因为芯片过热影响测试。比较常规的解决方案是采用液冷来保证芯片满负荷工作时的温度，即采用一台液冷源为测试框提供冷却液，用于芯片散热。但这种方案的管路连接比较复杂，而且系统体积庞大，测试台位置移动困难，给芯片及主板的测试带来不便。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种用于主板性能调测的液冷装置，本发明将制冷设备集成在测试台上，通过制冷手段将散热后的液体冷却，采用液冷机构液冷的方式，给被测主板提供液冷散热再流入液冷机构，并通过液冷机构一侧的风冷散热组件和半导体制冷组件对冷却液进行散热，采用了自然风冷和半导体制冷相结合的方式，可为某些高性能、大功率芯片调测时提供平台及液冷环境。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
5.一种用于主板性能调测的液冷装置，包括机框和控制单元，所述机框上设有用于安装被测主板的安装位以及用于给被测主板提供液冷散热的液冷机构，所述液冷机构的导热隔板上设有风冷散热组件和半导体制冷组件，所述风冷散热组件和半导体制冷组件的控制端分别与控制单元相连。
6.可选地，所述液冷机构包括循环泵和与导热隔板集成为一体的换热水箱，所述换热水箱上设有出水接头和回水接头，所述循环泵串接在换热水箱和出水接头或回水接头之间，且所述循环泵的控制端与控制单元相连。
7.可选地，所述换热水箱中设有冷却液，所述出水接头和回水接头均带有控制阀，所述控制阀的控制端与控制单元相连，所述换热水箱上安装有用于观察液位的透明观察窗。
8.可选地，所述风冷散热组件包括第一散热翅片和安装在第一散热翅片上的第一风机，所述第一散热翅片设于液冷机构的导热隔板的表面上，所述第一风机的控制端与控制单元相连。
9.可选地，所述半导体制冷组件包括第二散热翅片、散热基板和半导体制冷片和安
装在第二散热翅片上的第二风机，所述半导体制冷片布置在液冷机构的导热隔板的表面上、且与散热基板接触，所述第二散热翅片设于散热基板的表面上，所述第二风机的控制端与控制单元相连。
10.可选地，所述半导体制冷片与散热基板的接触面之间设有导热耦合剂。
11.可选地，所述第一散热翅片上设有多个用于安装第一风机的第一风机定位柱，所述第二散热翅片上设有多个用于安装第二风机的第二风机定位柱。
12.可选地，所述半导体制冷组件的半导体制冷片的数量为多片，且多片半导体制冷片呈阵列状分布均匀布置在液冷机构的导热隔板的表面上。
13.可选地，所述安装位为导轨，所述导轨与机框的顶部和底部之间均设有预留间隙，且所述风冷散热组件和机框之间预留有用于给被测主板制冷的风道。
14.此外，本发明还提供一种前述用于主板性能调测的液冷装置的应用方法，包括：
15.1)在安装位上安装被测主板，将被测主板的液冷管路与液冷机构连通；
16.2)在测试过程中，启动液冷机构的循环泵和风冷散热组件，检测回流到液冷机构的回流冷却液温度，如果回流冷却液温度超过预设阈值则启动半导体制冷组件，否则关闭半导体制冷组件；在测试完毕后，跳转执行下一步；
17.3)关闭风冷散热组件和半导体制冷组件。
18.和现有技术相比，本发明具有下述优点：本发明用于主板性能调测的液冷装置包括机框和控制单元，机框上设有用于安装被测主板的安装位以及用于给被测主板提供液冷散热的液冷机构，液冷机构的导热隔板上设有风冷散热组件和半导体制冷组件，风冷散热组件和半导体制冷组件的控制端分别与控制单元相连，本发明将制冷设备集成在测试台上，通过制冷手段将散热后的液体冷却，采用液冷机构液冷的方式，给被测主板提供液冷散热再流入液冷机构，并通过液冷机构一侧的风冷散热组件和半导体制冷组件对冷却液进行散热，采用了自然风冷和半导体制冷相结合的方式，可为某些高性能、大功率芯片调测时提供平台及液冷环境。本发明用于主板性能调测的液冷装置利用液冷代替传统测试台的风冷，大大提高了散热效率，同时可以减小主板上散热器的面积，防止主板局部位置被散热器遮盖而影响测试，从而使测试更为方便。此外，本发明用于主板性能调测的液冷装置用半导体制冷的方式结构简单，震动小，噪音低，集成方便。
19.本发明用于主板性能调测的液冷装置的应用方法在测试过程中，启动液冷机构的循环泵和风冷散热组件，检测回流到液冷机构的回流冷却液温度，如果回流冷却液温度超过预设阈值则启动半导体制冷组件，否则关闭半导体制冷组件，因此可实现：对于芯片热负荷较小的情况，仅需开启风机对冷却液进行散热，而当芯片热负荷较大时，同时开启风机和半导体制冷片，强化对冷却液散热，从而可实现按需散热，实现降低能耗的效果。
附图说明
20.图1为本发明实施例装置的立体结构示意图。
21.图2为本发明实施例中换热水箱和导热隔板的结构示意图。
22.图3为本发明实施例中半导体制冷组件(不含半导体制冷片部分)的结构示意图。
23.图例说明：1、机框；11、安装位；2、液冷机构；20、导热隔板；21、换热水箱；22、出水接头；23、回水接头；3、风冷散热组件；31、第一散热翅片；311、第一风机定位柱；4、半导体制
冷组件；41、第二散热翅片；411、第二风机定位柱；42、散热基板；43、半导体制冷片。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不能因此限定以下实施例。
25.如图1、图2和图3所示，本实施例的用于主板性能调测的液冷装置包括机框1和控制单元，机框1上设有用于安装被测主板(如图1中标号a所示)的安装位11以及用于给被测主板提供液冷散热的液冷机构2，液冷机构2的导热隔板20上设有风冷散热组件3和半导体制冷组件4，风冷散热组件3和半导体制冷组件4的控制端分别与控制单元相连，风冷散热组件3和半导体制冷组件4主要用来直接冷却从回水接头流回的高温水，且和半导体制冷组件4为可选启动部件。
26.本实施例中，液冷机构2包括循环泵和与导热隔板20集成为一体的换热水箱21，换热水箱21上设有出水接头22和回水接头23，循环泵串接在换热水箱21和出水接头22或回水接头23之间，且循环泵的控制端与控制单元相连。换热水箱21与导热隔板20集成为一体可根据需要采用直接接触或设计成一个整体，以便于强化传热。换热水箱21内的冷却液通过导热隔板20将热量传给风冷散热组件3，导热隔板20上可根据需要增加一些沟道或者翅片，用于强化传热。换热水箱21上设有出水接头22和回水接头23，通过出水接头22和回水接头23可与被测主板的冷却管路形成完整的冷却回路。
27.本实施例中，换热水箱21中设有冷却液，出水接头22和回水接头23均带有控制阀，控制阀的控制端与控制单元相连，换热水箱21上安装有用于观察液位的透明观察窗。
28.作为一种可选的实施方式，本实施例中的冷却液采用离子水。但是，本发明的冷却液不限于去离子水，也可以采用其他冷却液，但不同冷却液的冷却效果会有所差异。
29.参见图1，本实施例中风冷散热组件3与机框1通过水电箱(图中液冷机构2标号所指部件)连接，控制单元和液冷机构2均安装在水电箱内，控制单元包括控制器和温度传感器，其作用为给测试平台提供一个水循环系统，监控水箱内温度，调节供液量等。同时设有显示控制屏，可以实时显示平台参数变化，并根据实际需求调节测试装置的运行参数。在机框1上，设有多个出水接头22和回水接头23，根据实际情况确定使用量，同时出水接头22和回水接头23也可以作为补液口，补充换热水箱21内的冷却液。
30.如图2所示，本实施例中风冷散热组件3包括第一散热翅片31和安装在第一散热翅片31上的第一风机，第一散热翅片31设于液冷机构2的导热隔板20的表面上，第一风机的控制端与控制单元相连。
31.第一散热翅片31用来增大系统的散热面积，作为一种可选的实施方式，本实施例中的第一散热翅片31为矩形翅片，但是本发明的第一散热翅片31不限于矩形翅片，不同类型翅片或强化散热方式效果略有不同。作为一种可选的实施方式，本实施例中的第一风机数量为8台，且第一风机最大风速可达12m/s。
32.需要说明的是，本实施例中第一散热翅片31、第一风机定位柱311、半导体制冷片43都可以根据需要进行变化其形状，例如第一散热翅片31的形状、尺寸和数目均不限于图2种给出的形式，第一风机定位柱311的形式也不限于图2中给定的方式，半导体制冷片43的排布形式也不限于图中的阵列排布方式，可以构造各种平面或立体的造型。
33.如图3所示，本实施例中半导体制冷组件4包括第二散热翅片41、散热基板42和半导体制冷片43和安装在第二散热翅片41上的第二风机，半导体制冷片43布置在液冷机构2的导热隔板20的表面上、且与散热基板42接触，第二散热翅片41设于散热基板42的表面上，第二风机的控制端与控制单元相连。第二散热翅片41用来增大散热面积，散热基板42半导体制冷片43紧贴，本实施例中半导体制冷片43与散热基板42的接触面之间设有导热耦合剂(例如硅脂)。
34.本实施例中，第一散热翅片31上设有多个用于安装第一风机的第一风机定位柱311，第二散热翅片41上设有多个用于安装第二风机的第二风机定位柱411，此外也可以其他定位结构来安装固定第一风机和第二风机。
35.半导体制冷片43用来进一步冷却回流的冷却液。本实施例中，半导体制冷组件4的半导体制冷片43的数量为多片，且多片半导体制冷片43呈阵列状分布均匀布置在液冷机构2的导热隔板20的表面上。
36.作为一种可选的实施方式，本实施例中的半导体制冷组件4的半导体制冷片43的数量为25片，单片制冷片最大制冷量可达30w，在主板芯片功耗为400w的情况下，该装置可以保持出口水温在25℃左右。在此基础上，通过合理设计芯片的冷板结构，相较于风冷而言，可以大大提升散热效果，改善主板测试环境。
37.本实施例中，安装位11为导轨，导轨与机框1的顶部和底部之间均设有预留间隙，且风冷散热组件3和机框1之间预留有用于给被测主板制冷的风道。常规的，被测主板(如图1中标号a所示)通过外界电源或者配套的背板取电。此外，如被测主板(如图1中标号a所示)上有些电子元器件必须用风冷时，通过在风冷散热组件3和机框1之间的风道，即满足了主板的散热需求，同时也可以将水电箱内的热量带走，防止水电箱内的控制单元过热。
38.参照图1、图2及图3。首先设计并加工如图1中所示的机框1，安装好风冷散热组件3及半导体制冷组件4。将水电箱内的循环泵、换热水箱、接头和管道连成回路。再将循环泵控制线、系统内部传感器(温度传感器、流量传感器、液位传感器等)的输出信号线连接至水电箱内的电控箱，电控箱再将信号输出至显示控制屏。整套测试装置在应用过程中主要包含以下步骤：1.主板调试准备。将被测主板安装好，接通电源，安装好水冷板。并将水冷板上进出接头与测试装置上的出水接头22和回水接头23相连，同时启动控制单元中的控制器，打开循环泵和第一风机。2.控制参数设置。调节设置循环泵和风机转速。根据回水接头的冷却液温度，确定是否开启半导体制冷片43，即当出口冷却液温度过高时，开启半导体制冷片的制冷功能，当温度较低时(满足测试要求)关闭半导体制冷片的制冷功能。3.停机操作。待测试完毕后，采用一键关闭系统的方式，简化操作。该操作包含，关闭系统的循环泵、关闭系统的风机以及半导体制冷。最后，断开出水接头22和回水接头23。4.补液操作。当换热水箱21内冷却液不够时，将出水接头22和回水接头23连接，管道另一端与冷却液源容器连接，水电箱内的循环泵，运行一段时间，待换热水箱21内的冷却液补充满后，移除补液装置。补液实施流程主要包括：首先检查换热水箱21内的冷却液是否充足，常规地，可以在换热水箱内安装液位计或在换热水箱21上安装可视窗，通过液位计视数或观测液位来确定补充冷却液量，实施补液操作。补液完成后，进行准备工作，即将水冷板上进出接头与测试装置上的出水接头22和回水接头23相连，同时启动测试装置的控制器，打开循环泵和第一风机。之后设置装置的运行参数，并开启系统，根据实际情况，确定是否开启半导体制冷片43。待测试完
毕后，通过显示控制屏一键关闭系统。
39.本实施例还提供一种前述用于主板性能调测的液冷装置的应用方法，包括：
40.1)在安装位11上安装被测主板，将被测主板的液冷管路与液冷机构2连通；
41.2)在测试过程中，启动液冷机构2的循环泵和风冷散热组件3，检测回流到液冷机构2的回流冷却液温度，如果回流冷却液温度超过预设阈值则启动半导体制冷组件4，否则关闭半导体制冷组件4；在测试完毕后，跳转执行下一步；
42.3)关闭风冷散热组件3和半导体制冷组件4。
43.作为一种可选的实施方式，本实施例中步骤2)中启动半导体制冷组件4后，还包括动态控制循环泵的流量以提高散热性能的步骤：首先根据回流冷却液温度、预设阈值之间的差值查询预设的温差曲线来获得流量指令，温差曲线为通过预先标定建立了回流冷却液温度和预设阈值之间的差值、流量指令之间的关系；然后，根据得到的流量指令控制液冷机构2的循环泵调整流量，从而使得液冷机构2的循环泵在回流冷却液温度和预设阈值之间的差值越大的情况下、输出更多的流量，从而提升散热性能，确保主板测试效果。
44.本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的改变或变动。这里无需也无法对所有实施方式予以穷举。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。

技术特征：
1.一种用于主板性能调测的液冷装置，其特征在于，包括机框(1)和控制单元，所述机框(1)上设有用于安装被测主板的安装位(11)以及用于给被测主板提供液冷散热的液冷机构(2)，所述液冷机构(2)的导热隔板(20)上设有风冷散热组件(3)和半导体制冷组件(4)，所述风冷散热组件(3)和半导体制冷组件(4)的控制端分别与控制单元相连。2.根据权利要求1所述的用于主板性能调测的液冷装置，其特征在于，所述液冷机构(2)包括循环泵和与导热隔板(20)集成为一体的换热水箱(21)，所述换热水箱(21)上设有出水接头(22)和回水接头(23)，所述循环泵串接在换热水箱(21)和出水接头(22)或回水接头(23)之间，且所述循环泵的控制端与控制单元相连。3.根据权利要求2所述的用于主板性能调测的液冷装置，其特征在于，所述换热水箱(21)中设有冷却液，所述出水接头(22)和回水接头(23)均带有控制阀，所述控制阀的控制端与控制单元相连，所述换热水箱(21)上安装有用于观察液位的透明观察窗。4.根据权利要求1所述的用于主板性能调测的液冷装置，其特征在于，所述风冷散热组件(3)包括第一散热翅片(31)和安装在第一散热翅片(31)上的第一风机，所述第一散热翅片(31)设于液冷机构(2)的导热隔板(20)的表面上，所述第一风机的控制端与控制单元相连。5.根据权利要求4所述的用于主板性能调测的液冷装置，其特征在于，所述半导体制冷组件(4)包括第二散热翅片(41)、散热基板(42)和半导体制冷片(43)和安装在第二散热翅片(41)上的第二风机，所述半导体制冷片(43)布置在液冷机构(2)的导热隔板(20)的表面上、且与散热基板(42)接触，所述第二散热翅片(41)设于散热基板(42)的表面上，所述第二风机的控制端与控制单元相连。6.根据权利要求5所述的用于主板性能调测的液冷装置，其特征在于，所述半导体制冷片(43)与散热基板(42)的接触面之间设有导热耦合剂。7.根据权利要求6所述的用于主板性能调测的液冷装置，其特征在于，所述第一散热翅片(31)上设有多个用于安装第一风机的第一风机定位柱(311)，所述第二散热翅片(41)上设有多个用于安装第二风机的第二风机定位柱(411)。8.根据权利要求5所述的用于主板性能调测的液冷装置，其特征在于，所述半导体制冷组件(4)的半导体制冷片(43)的数量为多片，且多片半导体制冷片(43)呈阵列状分布均匀布置在液冷机构(2)的导热隔板(20)的表面上。9.根据权利要求1所述的用于主板性能调测的液冷装置，其特征在于，所述安装位(11)为导轨，所述导轨与机框(1)的顶部和底部之间均设有预留间隙，且所述风冷散热组件(3)和机框(1)之间预留有用于给被测主板制冷的风道。10.根据权利要求1～9中任意一项所述用于主板性能调测的液冷装置的应用方法，其特征在于，包括：1)在安装位(11)上安装被测主板，将被测主板的液冷管路与液冷机构(2)连通；2)在测试过程中，启动液冷机构(2)的循环泵和风冷散热组件(3)，检测回流到液冷机构(2)的回流冷却液温度，如果回流冷却液温度超过预设阈值则启动半导体制冷组件(4)，否则关闭半导体制冷组件(4)；在测试完毕后，跳转执行下一步；3)关闭风冷散热组件(3)和半导体制冷组件(4)。

技术总结
本发明公开了一种用于主板性能调测的液冷装置，本发明包括机框和控制单元，所述机框上设有用于安装被测主板的安装位以及用于给被测主板提供液冷散热的液冷机构，所述液冷机构的导热隔板上设有风冷散热组件和半导体制冷组件，所述风冷散热组件和半导体制冷组件的控制端分别与控制单元相连。本发明将制冷设备集成在测试台上，通过制冷手段将散热后的液体冷却，采用液冷机构液冷的方式，给被测主板提供液冷散热再流入液冷机构，并通过液冷机构一侧的风冷散热组件和半导体制冷组件对冷却液进行散热，采用了自然风冷和半导体制冷相结合的方式，可为某些高性能、大功率芯片调测时提供平台及液冷环境。供平台及液冷环境。供平台及液冷环境。


技术研发人员：邓增 李宝峰 孙言强 张顺路 贾春波 马柯帆 罗煜峰 陈旭 姚信安 宋飞 曹跃胜 黎铁军
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2021.11.26
技术公布日：2022/3/8