一种用于光模块测试的水冷系统的制作方法

1.本发明涉及数字通信技术领域，特别是涉及一种用于光模块测试的水冷系统。


背景技术：

2.随着信息时代的发展，数据流日益庞大，为了应付庞大的数据流，半导体器件处理能力也越来越强，与之相应的半导体器件的功率也越来越大。
3.在半导体器件的实际使用过程中，半导体器件的过热会让半导体器件的性能受到极大的影响。在风扇强制对流的散热模式下，单纯依靠大功率风扇和更大规格的散热片提供更大的散热能力，会受到噪声以及散热片尺寸的限制。而如果半导体器件的温度需要控制在零度以下，此种方式也不可行。
4.在半导体芯片的老化测试过程中，为了平衡半导体芯片的功耗，将测试温度控制在合理的范围，越来越多的厂商开始使用冷却水给半导体芯片的测试系统进行降温，以带走余热。现有的技术中，部分工厂和车间有相应的厂务水管路，可以利用厂务水给系统散热。但是厂务水的水温普遍在10℃以上。在一些使用tec制冷片控温的系统中，为了高效的控制温度，尤其是控制在低温条件下，如低于-20℃的温度条件，10℃的水温已经无法满足系统高效控低温的需求。此外，由于厂务水的压力较大，系统的冷却水路设计将面临巨大的风险和挑战。或者是使用独立的水冷机给系统散热。水冷机虽然可以满足低温冷却液的制备，但是水冷机的压缩机工作时候的震动和噪声，无法满足一些特殊的使用环境，如：安静、平稳的实验/生产条件。且因为压缩机和蒸发器的尺寸，导致了市面上水冷机的尺寸通常都比较庞大，在实验室或者车间使用，都较为占用空间。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是要提供一种用于光模块测试的水冷系统，解决现有技术中水冷设备尺寸较大且声音较大的技术问题。
6.本发明的另一个目的是要满足零下条件的冷却需求。
7.根据本发明的目的，本发明还提供了一种用于光模块测试的水冷系统，包括：
8.箱体，具有进水口和出水口；
9.第一水冷回路，设置在所述箱体内，且与所述进水口和所述出水口连接，所述水冷回路包括依次连接的至少一个第一换热板和第一驱动部件，所述第一驱动部件用于驱动冷却液在所述第一水冷回路内流动；
10.至少一组半导体制冷片，具有与所述至少一个第一换热板接触的制冷面，以与所述至少第一换热板内的冷却液进行换热。
11.可选地，还包括：
12.第二水冷回路，设置在所述箱体内，所述第二水冷回路包括依次连接的至少一个第二换热板和第二驱动部件，所述至少一组半导体制冷片的制热面与所述至少一个第二换热板接触，所述第二驱动部件用于驱动冷却液在所述第二水冷回路内流动。
13.可选地，所述至少一个第二换热板与所述至少一个第一换热板层叠且交错布置，以形成水冷模块，所述水冷模块的顶部和底部均为所述第二换热板。
14.可选地，每个所述第一换热板与上一层的所述第二换热板之间以及与下一层的所述第二换热板之间分别设有一组所述半导体制冷片。
15.可选地，每组所述半导体制冷片的制冷面覆盖与其接触的所述第一换热板的一侧，每组所述半导体制冷片的制热面覆盖与其接触的所述第二换热板的一侧。
16.可选地，所述第二水冷回路还包括与所述至少一个第二换热板和所述第二驱动部件连接的散热风排，所述水冷系统还包括：
17.至少一个散热风扇，与所述散热风排相邻布置，以对进入所述散热风排的冷却液进行散热。
18.可选地，所述第一换热板和/或所述第二换热板具有冷却液入口和冷却液出口，所述第一换热板和/或所述第二换热板的内部形成有连通所述冷却液入口和所述冷却液出口的至少一个通道，所述至少一个通道呈弯曲状布置。
19.可选地，所述至少一个通道的数量为两个，两个所述通道并联布置。
20.可选地，所述至少一个通道呈直管状或呈波浪状。
21.可选地，还包括：
22.保温部件，包裹在所述第一水冷回路的管道的外侧以及所述第一驱动部件的外侧。
23.本发明中水冷系统的箱体具有进水口和出水口，第一水冷回路设置在箱体内，且与进水口和出水口连接，水冷回路包括依次连接的至少一个第一换热板和第一驱动部件，第一驱动部件用于冷却液在第一水冷回路内流动。至少一组半导体制冷片具有与至少一个第一换热板接触的制冷面，以与至少第一换热板内的冷却液进行换热。上述技术方案采用半导体制冷片对第一水冷回路内的冷却液进行制冷，与水冷机相比，可以减少噪声和震动，提供了更舒适的作业环境，并且与水冷机相比，具有更小的尺寸，使得水冷系统具有极大的灵活便利性。
24.进一步地，本发明中第二水冷回路包括依次连接的至少一个第二换热板和第二驱动部件，至少一组半导体制冷片的制热面与至少一个第二换热板接触，第二驱动部件用于驱动冷却液在第二水冷回路内流动。该实施例通过设置第二换热板对半导体制冷片的制热面进行散热，可以减小半导体制冷片冷热面的温差，让半导体制冷片的制冷面快速处于零下摄氏度，从而满足零下条件的冷却需求。
25.根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
26.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
27.图1是根据本发明一个实施例的用于光模块测试的水冷系统的示意性结构图；
28.图2是图1所示水冷系统中第一冷却回路和第二冷却回路的示意性结构图；
29.图3是图2所示水冷系统中水冷模块一个角度的示意性结构图；
30.图4是图2所示水冷系统中水冷模块另一个角度的示意性结构图；
31.图5是图2所示水冷系统中水冷模块的示意性剖视图；
32.图6是图2所示水冷模块中第一换热板的示意性剖视图；
33.图7是图2所示水冷模块中第二换热板的示意性剖视图。
34.附图标记：
35.100-水冷系统，11-箱体，12-进水口，13-出水口，20-第一水冷回路，30-水冷模块，40-第二水冷回路，50-电源装置，60-散热风扇，21-第一驱动部件，31-第一换热板，32-第二换热板，33-上盖板，34-下盖板，35-第一管道，36-半导体制冷片，311-第一出口，312-第一进口，313-第一通道，321-第二出口，323-第二进口，322-第三进口，324-第三出口，325-第二通道。
具体实施方式
36.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
37.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
38.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征，也即包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。当某个特征“包括或者包含”某个或某些其涵盖的特征时，除非另外特别地描述，这指示不排除其它特征和可以进一步包括其它特征。
39.除非另有明确的规定和限定，术语“连接”等术语应做广义理解，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，除非另有明确的限定。本领域的普通技术人员，应该可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
40.除非另有限定，本实施例的描述中所使用的全部术语(包含技术术语与科学术语)具有与本技术所属的技术领域的普通技术人员所通常理解的相同含义。
41.图1是根据本发明一个实施例的用于光模块测试的水冷系统100的示意性结构图，图2是图1所示水冷系统100中第一冷却回路和第二冷却回路的示意性结构图，图3是图2所示水冷系统100中水冷模块30一个角度的示意性结构图，图4是图2所示水冷系统100中水冷模块30另一个角度的示意性结构图。如图1至图4所示，在该实施例中，用于光模块测试的水冷系统100包括箱体11、第一水冷回路20和至少一组半导体制冷片36。其中，箱体11具有进水口12和出水口13。第一水冷回路20设置在箱体11内，且与进水口12和出水口13连接，水冷
回路包括依次连接的至少一个第一换热板31和第一驱动部件21，第一驱动部件21用于驱动冷却液在第一水冷回路20内流动。至少一组半导体制冷片36具有与至少一个第一换热板31接触的制冷面，以与至少第一换热板31内的冷却液进行换热。这里，箱体11的进水口12和出水口13与光模块的测试装置连接，从而为光模块的测试装置输送冷却液，以对光模块的测试装置进行降温。第一驱动部件21为水泵。
42.该实施例采用半导体制冷片36对第一水冷回路20内的冷却液进行制冷，与水冷机相比，可以减少噪声和震动，提供了更舒适的作业环境，并且与水冷机相比，具有更小的尺寸，使得水冷系统100具有极大的灵活便利性。
43.在该实施例中，水冷系统100还包括第二水冷回路40，其设置在箱体11内，第二水冷回路40包括依次连接的至少一个第二换热板32和第二驱动部件，至少一组半导体制冷片36的制热面与至少一个第二换热板32接触，第二驱动部件用于驱动冷却液在第二水冷回路40内流动。这里，第二水冷回路40相当于是用于对半导体制冷片36进行散热的，从而带走半导体制冷片36的热量。
44.该实施例通过设置第二换热板32对半导体制冷片36的制热面进行散热，可以减小半导体制冷片36冷热面的温差，让半导体制冷片36的制冷面快速处于零下摄氏度，从而满足零下条件的冷却需求。并且该实施例中第一水冷回路20和第二水冷回路40中的冷却液与环境空气隔离，可以避免热交换与冷凝。
45.图5是图2所示水冷系统100中水冷模块30的示意性剖视图。如图5所示，并参见图3和图4，在一个优选的实施例中，至少一个第二换热板32与至少一个第一换热板31层叠且交错布置，以形成水冷模块30，水冷模块30的顶部和底部均为第二换热板32。这里，层叠且交错布置可以理解为至少一个第二换热板32与至少一个第一换热板31由上至下依次布置，并且第一换热板31和第二换热板32一个间隔一个布置，这样布置可以节省布置空间。
46.在该实施例中，水冷模块30还包括上盖板33和下盖板34，上盖板33设置在水冷模块30的顶部，下盖板34设置在水冷模块30的底部。上盖板33和下盖板34通过多个螺栓进行连接。
47.在该实施例中，至少一个第二换热板32的数量为两个，至少一个第一换热板31的数量为一个，两个第二换热板32分别布置在第一换热板31的上下两侧，且相互连接。在其他实施例中，第二换热板32和第一换热板31的数量还可以根据具体的设计需求进行设定，例如，第二换热板32的数量可以设置成三个，三个第二换热板32相互连接，第一换热板31的数量可以设置成两个，两个第一换热板31相互连接。
48.在该实施例中，每个第一换热板31与上一层的第二换热板32之间以及与下一层的第二换热板32之间分别设有一组半导体制冷片36。可以理解为，若第二换热板32的数量为两个，第一换热板31的数量为一个，则半导体制冷片36的组数为两组，两组半导体制冷片36分别设置在第一换热板31的上侧和下侧。若第二换热板32的数量为三个，第一换热板31的数量为两个，则半导体制冷片36的组数为四组。也就是说，半导体制冷片36的组数根据第一换热板31的数量来决定，每个第一换热板31配置有两组半导体制冷片36。这里，半导体制冷片36的制冷面均是与第一换热板31接触的，半导体制冷片36的制热面均是与第二换热板32接触的，从而使得半导体制冷片36的制冷面对第一换热板31内的冷却液进行降温，并使得第二换热板32内的冷却液对半导体制冷片36的制热面进行降温。参见图5，位于第一换热板
31上侧的半导体制冷片36的顶部为制热面，底部为制冷面。位于第一换热板31下侧的半导体制冷片36的顶部为制冷面，底部为制热面。
49.在该实施例中，第一换热板31和第二换热板32的外形尺寸一致，以使得第一换热板31和第二换热板32能够完全重叠布置。在该实施例中，每组半导体制冷片36的数量为三个，其中一组的三个半导体制冷片36依次排布在第一换热板31的上侧，另外一组的三个半导体制冷片36依次排布在第一换热板31到的下侧，该实施例至少能够提供300w的制冷量。
50.在该实施例中，每组半导体制冷片36的制冷面覆盖与其接触的第一换热板31的一侧，每组半导体制冷片36的制热面覆盖与其接触的第二换热板32的一侧。可以理解为，每组半导体制冷片36的外形尺寸与第一换热板31的外形尺寸一致，以能够半导体制冷片36与第一换热板31和第二换热板32充分接触，以对第一换热板31内的冷却液和第二换热板32内的冷却液进行换热，提高了换热效果。在其他实施例中，每组半导体制冷片36的数量还可以根据具体设计需求进行设定。例如，可以根据第一换热板31和第二换热板32的外形尺寸进行设定。第一换热板31和第二换热板32的外形尺寸越大，则每组半导体制冷片36的数量越多，第一换热板31和第二换热板32的外形尺寸越小，则每组半导体制冷片36的数量越少。
51.在该实施例中，第一换热板31具有第一进口312和第一出口311，其中，第一进口312与箱体11的进水口12连接，第一出口311与第一驱动部件21连接，第一驱动部件21还与箱体11的出水口13连接，从而形成第一冷却回路，以使得从光模块的测试装置流出的冷却液通过进水口12和第一进口312进入到第一换热板31中，换热完成后再从第一出口311、水泵和出水口13重新回到光模块的测试装置中，以对光模块的测试装置进行降温。这里，第一换热板31的第一进口312和第一出口311位于第一换热板31的同一侧，第二换热板32的第二进口323、第二出口321、第三进口322和第四出口位于第二换热板32的同一侧。在其他实施例中，第一换热板31的第一进口312和第一出口311的布置位置还可以根据具体的设计需求进行设定。
52.在该实施例中，第二水冷回路40还包括与至少一个第二换热板32和第二驱动部件连接的散热风排，水冷系统100还包括至少一个散热风扇60，至少一个散热风扇60与散热风排相邻布置，以对进入散热风排的冷却液进行散热。该实施例通过利用散热风扇60对第二水冷回路40中的冷却液进行散热，从而可以加快散热速度，能够尽快带走半导体制冷片36的制热面的热量，减小半导体制冷片36的制冷面和制热面之间的温差。在该实施例中，散热风扇60的数量为三个，三个散热风扇60沿散热风排的延伸长度进行布置。这里，散热风扇60可以根据具体的散热需求进行设定，例如，可以根据散热风排的延伸长度进行设定。散热风排的延伸长度越长，则散热风扇60的数量越多，散热风排的延伸长度越短，则散热风扇60的数量越少。
53.在该实施例中，位于第一换热板31上方的第二换热板32具有第三进口322和第三出口324，位于第一换热板31下方的第二换热板32具有第二进口323和第二出口321，其中，第三出口324与第二进口323通过第一管道35连接，第三进口322与第二驱动部件通过管道连接，第二出口321与散热风排通过管道连接，并且，第二驱动部件还与散热风排通过管道连接，从而形成第二冷却回路。这里，第二驱动部件为水泵。
54.图6是图2所示水冷模块30中第一换热板31的示意性剖视图，图7是图2所示水冷模块30中第二换热板32的示意性剖视图。如图6和图7所示，在该实施例中，第一换热板31和/
或第二换热板32具有冷却液入口和冷却液出口，第一换热板31和/或第二换热板32的内部形成有连通冷却液入口和冷却液出口的至少一个通道，至少一个通道呈弯曲状布置。该实施例通过将至少一个通道设置成弯曲状布置，从而扩大了第一换热板31和/或第二换热板32与冷却液的接触面积，从而提高了热交换效率。
55.在该实施例中，至少一个通道的数量为两个，两个通道并联布置。在其他实施例中，通道的数量还可以根据具体的设计需求进行设定，例如，可以设置成三个或四个等。每个通道的端部均与进口连接，每个通道的尾部均与出口连接。
56.在该实施例中，至少一个通道呈直管状或呈波浪状。若将通道设置成波浪状，还可以进一步扩大冷却液与第一换热板31和/或第二换热板32与冷却液的接触面积，进一步提高热交换效率。这里，位于第一换热板31内的通道为第一通道313，位于第二换热板32内的通道为第二通道325。第一换热板31内第一通道313的弯曲次数根据第一换热板31的尺寸进行设置，第二换热板32内第二通道325的弯曲次数根据第二换热板32的尺寸进行设置。
57.传统的水冷换热板设计深孔加工+堵头的方式，此加工虽然成本上有一定优势，但是水冷板与冷却液的换热面积受加工工艺的限制，换热效率不高。该实施例采用鳍片式的换热板设计，让换热板与冷却液进行更大面积的热交换，提高了换热效率。
58.在一个优选的实施例中，水冷系统100还包括保温部件，其包裹在第一水冷回路20的管道的外侧以及第一驱动部件21的外侧。该实施例具有优良的低温防护性能，防止冷却液在水箱内部的冷凝。该实施例通过保温部件，将冷却液流动的管道和水泵完全包裹，避免与环境空间接触，既防止冷却液与环境的热交换，又保证了环境空气当中的水汽凝结在冷却液的管道和水泵表面。
59.在该实施例中，水冷系统100还包括电源装置50，电源装置50布置在箱体11内，用于对第一驱动部件21、第二驱动部件和散热风扇60供电。
60.该实施例中箱体11的外形尺寸根据标准的通信机柜的最小宽度和深度尺寸进行设计，宽度小于450mm，深度小于500mm，高度小于4u/178mm。尤其是在一些基于标准通信机柜搭建的应用场景中，该尺寸具有极大灵活便利性。
61.该实施例与单纯通过风冷的循环水换热单元相比，可以快速提供温度更低，也就是零下的冷却液，带走光模块的测试装置上更多的热量，减小半导体制冷片36冷热面的温差，让半导体制冷片36的制冷面快速处于零下摄氏度，使得光模块的测试装置更快地达到设定温度，并稳定地保持在设定温度。
62.该实施例中第一水冷回路20和第二水冷回路40互相独立，第一水冷回路20与外部单元连通成回路，使得外部单元中的热量转移到水冷系统100的箱体11内部，利用半导体制冷片36对冷却液进行降温，使得低温冷却液对外部单元进行降温，并将温度维持在一定范围内。第二水冷回路40通过散热风扇60对散热风排进行强制风冷，从而源源不断的将半导体制冷片36的制热面的热量带走。
63.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

技术特征：
1.一种用于光模块测试的水冷系统，其特征在于，包括：箱体，具有进水口和出水口；第一水冷回路，设置在所述箱体内，且与所述进水口和所述出水口连接，所述水冷回路包括依次连接的至少一个第一换热板和第一驱动部件，所述第一驱动部件用于驱动冷却液在所述第一水冷回路内流动；至少一组半导体制冷片，具有与所述至少一个第一换热板接触的制冷面，以与所述至少第一换热板内的冷却液进行换热。2.根据权利要求1所述的水冷系统，其特征在于，还包括：第二水冷回路，设置在所述箱体内，所述第二水冷回路包括依次连接的至少一个第二换热板和第二驱动部件，所述至少一组半导体制冷片的制热面与所述至少一个第二换热板接触，所述第二驱动部件用于驱动冷却液在所述第二水冷回路内流动。3.根据权利要求2所述的水冷系统，其特征在于，所述至少一个第二换热板与所述至少一个第一换热板层叠且交错布置，以形成水冷模块，所述水冷模块的顶部和底部均为所述第二换热板。4.根据权利要求3所述的水冷系统，其特征在于，每个所述第一换热板与上一层的所述第二换热板之间以及与下一层的所述第二换热板之间分别设有一组所述半导体制冷片。5.根据权利要求4所述的水冷系统，其特征在于，每组所述半导体制冷片的制冷面覆盖与其接触的所述第一换热板的一侧，每组所述半导体制冷片的制热面覆盖与其接触的所述第二换热板的一侧。6.根据权利要求2-5中任一项所述的水冷系统，其特征在于，所述第二水冷回路还包括与所述至少一个第二换热板和所述第二驱动部件连接的散热风排，所述水冷系统还包括：至少一个散热风扇，与所述散热风排相邻布置，以对进入所述散热风排的冷却液进行散热。7.根据权利要求2-5中任一项所述的水冷系统，其特征在于，所述第一换热板和/或所述第二换热板具有冷却液入口和冷却液出口，所述第一换热板和/或所述第二换热板的内部形成有连通所述冷却液入口和所述冷却液出口的至少一个通道，所述至少一个通道呈弯曲状布置。8.根据权利要求7所述的水冷系统，其特征在于，所述至少一个通道的数量为两个，两个所述通道并联布置。9.根据权利要求7所述的水冷系统，其特征在于，所述至少一个通道呈直管状或呈波浪状。10.根据权利要求2-5中任一项所述的水冷系统，其特征在于，还包括：保温部件，包裹在所述第一水冷回路的管道的外侧以及所述第一驱动部件的外侧。

技术总结
本发明提供了一种用于光模块测试的水冷系统，涉及数字通信技术领域。本发明中水冷系统的箱体具有进水口和出水口，第一水冷回路设置在箱体内，且与进水口和出水口连接，水冷回路包括依次连接的至少一个第一换热板和第一驱动部件，第一驱动部件用于冷却液在第一水冷回路内流动。至少一组半导体制冷片具有与至少一个第一换热板接触的制冷面，以与至少第一换热板内的冷却液进行换热。上述技术方案采用半导体制冷片对第一水冷回路内的冷却液进行制冷，与水冷机相比，可以减少噪声和震动，提供了更舒适的作业环境，并且与水冷机相比，具有更小的尺寸，使得水冷系统具有极大的灵活便利性。性。性。


技术研发人员：廉哲 邓仁辉 黄建军 忻向军
受保护的技术使用者：苏州联讯仪器股份有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/8/31