專利名稱：計(jì)算機(jī)特殊器件的液體冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是利用計(jì)算機(jī)各特殊器件的熱傳導(dǎo)進(jìn)行液體冷卻的裝置，所述的這些器件裝在計(jì)算機(jī)的殼體中，以便降低這些器件的工作溫度。
當(dāng)計(jì)算機(jī)的某些器件，例如微處理器或硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的功率越大，結(jié)構(gòu)越復(fù)雜時(shí)，為了保持具有緊湊的結(jié)構(gòu)，所以就需要有更有效的熱控制，以保持所需的工作溫度。眾所周知，根據(jù)Arrhennius方程，故障率隨工作溫度的增加成指數(shù)地增加。例如假定激活能為1.0eV，則工作溫度每增加10℃，故障率就增加一倍。所以，為了防止工作溫度出現(xiàn)不理想的升高，增加例如奔騰類的計(jì)算機(jī)芯片的功率就要求有更有效的熱控制。
已知的有將風(fēng)冷風(fēng)扇組件直接用到各電子器件上，以便利用翅片式熱交換器的熱傳導(dǎo)和與該熱交換器的對(duì)流傳熱進(jìn)行散熱，所述的熱交換器由空氣流冷卻。例如用合適的翅片式熱交換器冷卻英特爾486計(jì)算機(jī)，而用表面延伸超出奔騰機(jī)實(shí)際接觸面積(有時(shí)認(rèn)為是延伸面的熱交換器)的翅片式熱交換器冷卻英特爾奔騰機(jī)的芯片。某些器件(例如新版英特爾奔騰機(jī)芯片)的運(yùn)行功率已經(jīng)達(dá)到了需要大量強(qiáng)迫冷風(fēng)進(jìn)行散熱的程度，但是，冷卻翅片組件的強(qiáng)迫冷風(fēng)的局限性在于因?yàn)樵肼暬蚱渌枰黾庸β实囊蛩厥估鋮s空氣流量的上限受到了限制。
在現(xiàn)有技術(shù)中，除了翅片表面熱交換器之外，通常用的是冷卻系統(tǒng)。例如已知的珀?duì)柼鋮s器和熱管。但是，由于本身效率不高，珀?duì)柼鋮s器的勢(shì)能高度以及額外冷卻負(fù)載的需要就可能減少了向高熱負(fù)載器件的連續(xù)冷卻。另外，熱管的傳熱能力受到限制的原因主要在于熱的和冷的熱力容器在連接過(guò)程中造成的損失，而且還由于內(nèi)部設(shè)計(jì)的局限性造成的有限傳熱。
人們還知道用冷卻板使液體冷卻劑進(jìn)行循環(huán)，該冷卻板與各功率組件接觸，功率組件例如是三極管，二極管以及整流器。例如EG&G ComponentsDivision ofWakefild Engineering of Wakefild，Massachusetts將制造出的薄板彎曲，也就是說(shuō)繞著冷卻管和水冷實(shí)心銅板使薄板起皺，冷卻管和水冷實(shí)心銅板用于冷壓安裝的整流器，并且每個(gè)設(shè)備的SCR的散熱高達(dá)2kw。Wakefild冷卻板的缺點(diǎn)在于銅管和鋁板之間的所有界面上存在很大的熱阻，另一缺點(diǎn)是用這種方法使管子起皺后導(dǎo)致高達(dá)百分之五十的冷卻變化。
目前許多專利致力于利用液體冷卻劑來(lái)冷卻電子器件，特別是用來(lái)冷卻特大型計(jì)算機(jī)中的電子器件。美國(guó)專利US 5159529使用的內(nèi)冷式塑料芯件上裝有一塊或多塊冷卻銅板，銅板上安裝各種電子器件。但是，由于各材料并不相配，將銅板固定到塑料芯件上時(shí)會(huì)引起泄漏問(wèn)題。美國(guó)專利US 5144532所用的兩塊液體冷卻板設(shè)置在相反兩側(cè)，這些板與多層印刷線路板相反兩側(cè)上的印刷線路接觸。美國(guó)專利US 4748495公開(kāi)了一種用于若干組裝在一起的高度不齊的芯片的液體冷卻組件，其中冷卻流體或是流過(guò)一組熱鏈，或是間接地流過(guò)各個(gè)熱鏈。另外，美國(guó)專利US 4758926公開(kāi)的是使用具有微型通道的熱鏈，冷卻流體流過(guò)這些通道冷卻芯片。
雖然現(xiàn)有技術(shù)通常是用冷卻流體或冷卻劑來(lái)冷卻電子器件的，但仍需要開(kāi)發(fā)大容量的冷卻系統(tǒng)，這種冷卻系統(tǒng)裝在臺(tái)式計(jì)算機(jī)的殼體內(nèi)和服務(wù)規(guī)模計(jì)算機(jī)的殼體內(nèi)，在該殼體內(nèi)，冷卻系統(tǒng)直接與功率最大和發(fā)熱量最大的電子器件接觸，例如最近的更大功率版本的奔騰處理器以及硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。因此本發(fā)明的目的在于提供一種專用于這些器件的冷卻系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例，所提供的裝置用于把上述例如大功率計(jì)算機(jī)芯片和硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器類的發(fā)熱量高的電子器件產(chǎn)生的熱散發(fā)出去。在一個(gè)實(shí)施例中，這種裝置包括一個(gè)大體為矩形的底盤(pán)，該底盤(pán)有若干包括母板在內(nèi)的器件，以及安裝在母板上的其中一個(gè)處理器槽口中的處理器芯片。熱交換器組件包括一個(gè)安裝在底盤(pán)一角上的電源，靠近電源有一個(gè)風(fēng)扇。熱交換器組件用來(lái)將芯片產(chǎn)生的熱量散發(fā)到一個(gè)空氣-液體熱交換器中，該空氣-液體熱交器設(shè)置在底盤(pán)上的風(fēng)扇旁邊，將一個(gè)泵安裝在底盤(pán)的合適位置處，一塊傳熱板的形狀基本與發(fā)熱量高的芯片的底面相同。通過(guò)一個(gè)合適的管線將傳熱板與空氣側(cè)熱交換器相連，以便使液體冷卻劑可以傳送到傳熱板上，從發(fā)熱量高的芯片上除去熱量，同時(shí)加熱后的冷卻劑在空氣側(cè)熱交換器中得到冷卻，再由泵連續(xù)返送到傳熱板上。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，所提供的裝置用來(lái)冷卻正在運(yùn)行的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，該裝置包括一個(gè)可彈性地安裝在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器容器一側(cè)上的大體為U型的熱交換夾。U型夾包括固定在該夾外側(cè)的外部液體冷卻劑流路，以便為硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器散熱。在另一個(gè)用于冷卻單個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)施例中，該裝置包括一個(gè)大體為矩形的傳熱板，該板的尺寸基本與硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器容器的表面尺寸相同，用于為該盒散熱。
所提供的另一個(gè)裝置用來(lái)為垂直設(shè)置的一排或一組硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器元件散熱。這種裝置包括一個(gè)或多個(gè)設(shè)置在垂直相鄰的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器元件之間的嵌板，以便同時(shí)除去相鄰驅(qū)動(dòng)器元件上的熱。
本發(fā)明的摘要用于從總體上描述本發(fā)明，而在下面要比較詳細(xì)地描述本發(fā)明，同時(shí)，權(quán)利要求書(shū)用于敘述需要保護(hù)的發(fā)明主題。


圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明第一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的計(jì)算機(jī)的示意圖，該實(shí)施例用來(lái)向發(fā)熱量高的處理器提供液體冷卻介質(zhì)；圖2是安裝在發(fā)熱量高的處理器上的熱交換板的示意圖；圖3是側(cè)視圖，表示冷卻從圖2熱交換板流出的液體的空氣-液體熱交換器；圖4是熱交換器上的將熱交換液體冷卻劑提供給硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的夾的透視圖；圖5是裝在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器熱交換器上的夾的后側(cè)透視圖；圖6是裝在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器表面上的傳熱板的透視圖；和圖7是使用熱交換嵌板的透視圖，將這些嵌板插在垂直相鄰的疊置式硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器之間。
現(xiàn)在參考附圖，主要參見(jiàn)圖1至3，用A表示的裝置用于連續(xù)冷卻發(fā)熱量高的器件P，例如由英特爾公司生產(chǎn)的奔騰機(jī)，這種機(jī)器因?yàn)槠涔β市枰詴?huì)產(chǎn)生很大的熱量。當(dāng)英特爾起初開(kāi)發(fā)奔騰芯片時(shí)，英特爾就提出用散熱片和氣流相結(jié)合的方法來(lái)冷卻奔騰芯片，熱鏈的尺寸和氣流量是相關(guān)的。早先公開(kāi)的奔騰芯片版本的規(guī)格包括最大功率為16W的66MHZ插件式PGA奔騰處理器，處理器尺寸為2.16″×2.16″，盒體的最高溫度為70℃。對(duì)于這種奔騰處理器，英特爾在規(guī)定中還提出了設(shè)備的最高結(jié)溫為90℃。
在通常的計(jì)算機(jī)殼體中，已知環(huán)境溫度為40℃到45℃之間，定義環(huán)境空氣溫度為奔騰插件周圍的未擴(kuò)散的環(huán)境空氣溫度。經(jīng)試驗(yàn)，對(duì)于英特爾機(jī)來(lái)講，通常在插件上游12英寸處測(cè)量環(huán)境溫度，而在系統(tǒng)周圍，定義環(huán)境溫度為插件上游和其附近處的空氣的溫度。
隨著奔騰處理器和其它工作溫度高或發(fā)熱量高的芯片的不斷更新，所以只用散熱片或翅片式氣流熱交換器的組合方式來(lái)將運(yùn)行處理器保持在所要求的工作溫度范圍內(nèi)的難度變得更大，上述工作溫度高的芯片例如是專用集成電路(ASICS)，后面將該電路稱作″發(fā)熱量高的處理器″或″工作溫度高的芯片″。本發(fā)明的裝置A是用液體作為冷卻劑的冷卻系統(tǒng)，該冷卻系統(tǒng)專用于將工作溫度高的處理器或芯片的溫度保持在廠家規(guī)定的范圍內(nèi)。此外還知道芯片廠家一般將超過(guò)規(guī)定工作溫度的芯片扔掉或降價(jià)出售。用本發(fā)明的裝置A可以利用以前能以低價(jià)買到的拋棄掉的芯片。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖1，標(biāo)號(hào)10表示計(jì)算機(jī)殼體。殼體10為現(xiàn)有技術(shù)公知的矩形箱體。作為例子的殼體10包括一個(gè)底11，第一組相對(duì)的兩側(cè)部12a和12b以及第二組相對(duì)的兩側(cè)部14a和14b，所有這些側(cè)部都與底11相互連接或組合在一起。用公知方法將標(biāo)號(hào)13表示的底盤(pán)裝在殼體10內(nèi)。底盤(pán)13一般為矩形，這樣底盤(pán)就有相對(duì)的各側(cè)部(未示出，但各側(cè)部均與計(jì)算機(jī)殼體的各側(cè)部平行，其尺寸略小于計(jì)算機(jī)殼體)，使底盤(pán)能與計(jì)算機(jī)殼體的底11和各側(cè)部12a-b和14a-b配合，底盤(pán)還有母板15。
如現(xiàn)有技術(shù)所知的那樣，將母板15設(shè)置在殼體10的底11的附近，以便安裝現(xiàn)有技術(shù)所用的各計(jì)算機(jī)器件。此處不介紹使計(jì)算機(jī)進(jìn)行正常運(yùn)行所需的所有器件，但計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的技術(shù)人員對(duì)此十分了解。這里專門(mén)介紹的器件是與本發(fā)明最相關(guān)的器件。
母板15包括一系列安裝槽(未示出，但本領(lǐng)域技術(shù)人員知道)，在這些安裝槽上裝有一系列″子″板，子板包括例如實(shí)際安裝奔騰機(jī)或其他發(fā)熱量高的處理器的微處理器板16。將發(fā)熱量高的主要處理器P安裝到活動(dòng)板16上的好處在于可以把板16換成具有新改進(jìn)的發(fā)熱量高的芯片的板。另外還安裝了其他子板，例如有周邊器件接口板或視頻接口板，這些板用標(biāo)號(hào)17和18表示。公知的還有將處理器芯片裝到(ZIF)或(LIF)插塊中。如公知技術(shù)那樣，殼體門(mén)或開(kāi)口19安裝一個(gè)或多個(gè)用于放置軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器或高密度盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的機(jī)架。用標(biāo)號(hào)20表示的矩形結(jié)構(gòu)是一個(gè)或多個(gè)這種周邊器件單元的安裝區(qū)域。
將電源21設(shè)置在殼體的側(cè)部14a和12b構(gòu)成的角上，這樣，在任何運(yùn)行情況下，冷卻劑都不會(huì)因氣流的重力或氣流的傳送而泄漏到電源的主側(cè)。將計(jì)算機(jī)冷卻風(fēng)扇22安裝在電源21的附近。在一側(cè)或一面14b上開(kāi)有一系列槽口23，以便讓循環(huán)空氣流入或流出殼體。
本發(fā)明裝置A連續(xù)向高溫運(yùn)行的芯片P提供液體冷卻劑，該裝置包括一個(gè)泵30，一個(gè)空氣側(cè)熱交換器32和一個(gè)傳熱板34?？梢匝b在底盤(pán)13區(qū)域內(nèi)的任何合適位置處的泵30有一個(gè)閉式液體冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于泵送空氣側(cè)熱交換器32和板式熱交換器34之間的冷卻劑?？諝鈧?cè)熱交換器32在圖3中詳細(xì)描述?？諝鈧?cè)熱交換器32可以是市場(chǎng)上供應(yīng)的大量合適熱交換器中的任何一種熱交換器。在本優(yōu)選實(shí)施例中，圖3的熱交換器32可以類似于720系列熱交換器，該熱交換器為EG&G Division of Wakefild Engineering of WakefildMassachusetts出售的傳熱量為18kw的熱交換器。720系列熱交換器32使用的銅管32a從入口32c延伸，銅管做成盤(pán)管形，并從出口32b引出。安裝盤(pán)管形銅管32a的框架33為矩形，框架由鋁制成。將空氣側(cè)翅片32d裝在鋁框架33內(nèi)，并以公知方法固定到盤(pán)管形銅管上。該單元成為有效的RotronMuffin標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)扇(型號(hào)為No.MX2A3的tm XL風(fēng)扇)或可以用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的風(fēng)扇單元?？傊?，要求將空氣側(cè)熱交換器32緊靠著風(fēng)扇單元，以便使傳熱效率最大，降低流過(guò)其的液體冷卻劑的溫度。所用泵30的直徑不大于2。5英寸，長(zhǎng)度不大于5英寸。泵30的可燃規(guī)格為tm UL9494V-2和UL超載電機(jī)以及同步轉(zhuǎn)子的規(guī)格為UL1950。作為說(shuō)明，泵30有低壓進(jìn)口30a和高壓出口30b。
圖2對(duì)冷卻板34進(jìn)行示意性說(shuō)明。冷卻板34為矩形實(shí)心銅塊，在其出口34b裝有黃銅管線35，在其入口34c裝有黃銅管線36。因?yàn)楸每梢园惭b在底盤(pán)13區(qū)域中的所有合適位置，所以黃銅管線35和36在圖1中用虛線表示。所示的銅塊34鉆有U型孔34a，該孔穿透塊，也可用其他方法制成該孔。但也可用其他形狀的流路來(lái)有效地增加傳熱，這種流路包括具有沿塊的長(zhǎng)度方向伸長(zhǎng)的多個(gè)孔的流路。銅塊的長(zhǎng)和寬的所有尺寸均與奔騰芯片的合金材料底或陶瓷下表面的長(zhǎng)度和寬度配合，或與工作溫度高的芯片的其他底面相配合?？梢詫?duì)與發(fā)熱量高的芯片底面相接觸的銅塊表面的形狀進(jìn)行機(jī)加工，使該芯片的底面與熱油脂的間隙貼合面或與本領(lǐng)域技術(shù)人員知道的等同物的間隙貼合面配合，以避免氣穴。除了用實(shí)心銅塊外，用中空塊也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，這種中空塊有底，頂和四個(gè)邊，該中空塊由銅或黃銅制成，它有一個(gè)或多個(gè)沿殼體長(zhǎng)度的縱長(zhǎng)部分延伸的隔板，該隔板將翹體分割成多個(gè)腔室，使進(jìn)口管道36和出口管道35進(jìn)行流體連通。管子應(yīng)當(dāng)是黃銅或耐火塑料，規(guī)定管子滿足所需的工作溫度，其可燃規(guī)格應(yīng)當(dāng)為UL62VW-1。
液體冷卻劑可以是水，也可以是具有公知防腐性能的50％乙二醇和水的混合物。液體系統(tǒng)要用本領(lǐng)域公知的連接器獲得密閉冷卻劑系統(tǒng)，該系統(tǒng)在任何時(shí)侯都是密封的，但并不適于在所有場(chǎng)合使用。
已知安裝在底盤(pán)上的各電子器件在計(jì)算機(jī)殼體10中的環(huán)境溫度通常會(huì)升高10℃左右。另外還知道象奔騰類的發(fā)熱量高的芯片的工作溫度大約在60-70℃的范圍內(nèi)。本發(fā)明的用于將芯片P冷卻到55℃以下工作溫度的裝置是為了能使用當(dāng)前不符合某些芯片廠家規(guī)定的芯片。這可以通過(guò)設(shè)計(jì)熱交換器32的尺寸和泵30的流量，同時(shí)考慮到冷卻板的有效傳熱得到實(shí)現(xiàn)，這樣就會(huì)從工作的芯片P中傳出足夠的熱量，哪怕在最壞的工作條件下，也可將工作溫度降到55℃左右，即可降到比集成塊底部的工作溫度范圍低5℃。55℃工作溫度假定的環(huán)境溫度為40℃。所需要的流量根據(jù)具體處理器改變，即根據(jù)冷卻的ASIC和/或硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器改變，但相信流量會(huì)小于現(xiàn)有技術(shù)所用的液體冷卻劑的流量。
現(xiàn)參見(jiàn)圖4-6。裝置B-1和B-2提供用于降低硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器工作溫度的液體冷卻劑。圖4中的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-1和圖6中的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-2的安裝方式和外殼均和市場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)器件相符。將驅(qū)動(dòng)器D-1和D-2單獨(dú)或以密集層疊排列(這將在圖7中進(jìn)行討論)的方法安裝在計(jì)算機(jī)殼體內(nèi)。因?yàn)槭钳B裝式，所以硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器通常由氣流冷卻而不用散熱片冷卻。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-1和D-2分兩種基本尺寸，即″半高度″和″全高度″。它們之間的唯一區(qū)別在于半高度硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的高度約為1英寸，全高度硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的高度約為1.63英寸。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)基本由鋼材容器構(gòu)成，并有一個(gè)圖4和6中用標(biāo)號(hào)50表示的單塊印刷線路板(PWB)，印刷線路板直接擰到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器殼體51的底部51a上。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器殼體51的其他面包括頂51b，前后側(cè)51c和51d以及相反的兩側(cè)51e和51f。如現(xiàn)有技術(shù)公知的那樣，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器容器51有一組安裝在一個(gè)心軸上的硬件驅(qū)動(dòng)盤(pán)，心軸的轉(zhuǎn)速為每分鐘幾千轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)作用的結(jié)果是使內(nèi)部硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器容器的環(huán)境溫度達(dá)到均勻溫度，或?qū)⑵浞Q作″充分?jǐn)噭?dòng)容器″。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-1和D-2包括一些測(cè)溫設(shè)備，測(cè)溫設(shè)備包括但不限于電機(jī)軸承。
已知的技術(shù)是通過(guò)安裝軌道的熱傳導(dǎo)部分地冷卻硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，這種技術(shù)由于軌道上的界面熱傳導(dǎo)損失和軌道整個(gè)長(zhǎng)度上的熱傳導(dǎo)損失而使效率受到限制。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4，裝置B-1是一種用夾子夾上去的熱交換器，這種熱交器彈性地安裝在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-1單元?dú)んw51相對(duì)的兩面。夾著熱交換器60的夾是U型彈簧夾60，彈簧夾由銅鈹合金，磷青銅或其他合適金屬構(gòu)成。U型彈簧夾60包括第一和第二夾臂60a和60b，這兩個(gè)夾臂通過(guò)兩個(gè)整體構(gòu)成的可彎曲的圓形或弧形件60d和60e與夾座或夾背60c結(jié)合在一起。所以U型熱交換器夾60包括便于彈性地膨脹的側(cè)邊60a和60b，這兩個(gè)側(cè)邊插到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器殼體51的側(cè)邊51e和51f上，由于夾的彈簧作用所具有的彈性壓力，該夾就固定在適當(dāng)?shù)奈恢蒙稀?br> 現(xiàn)在參見(jiàn)圖4和5，U型彈簧夾包括處于弧形件上的開(kāi)口60f和60g。管的入口62和管的出口63安裝在熱交換夾的背部60c和側(cè)部60a及60b上，以便冷卻熱交換夾本身，由此利用熱導(dǎo)吸收硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器殼體51發(fā)出的熱量。入口管線62通過(guò)具有Y形連接件(未示出)的接頭64，以便把入口管線分成第一和第二入口管線部分62a和62b。用Y形連接件將出口管線63分成出口管線部分63a和63b。入口管線部分62a和62b分別延伸通過(guò)熱交換夾的開(kāi)口60f和60g，并沿著各側(cè)60b和60a的外表面的長(zhǎng)度縱向延伸。通過(guò)焊點(diǎn)65將管線部分固定到側(cè)部60a和60b上。入口管線部分62a在部位62c處做成U型，與返回冷卻劑管線63a相連，該冷卻劑管線向后延伸到冷卻劑出口管線63。熱交換夾的冷卻劑入口管線62延伸到圖1所示的泵30的泵出口處，熱交換夾的冷卻劑出口管線63延伸到空氣側(cè)熱交換器32的入口處，這樣泵30中的熱交換器32就成為圖4-5的整個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器冷卻劑系統(tǒng)的一部分，以便連續(xù)除去運(yùn)行硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器上的熱量。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖6，介紹硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-2。驅(qū)動(dòng)器D-1的殼體和驅(qū)動(dòng)器D-2的殼體基本一樣，所不同的只是將驅(qū)動(dòng)器D-2固定到一側(cè)或多側(cè)(例如51e)的固定件上，固定件在計(jì)算機(jī)殼體內(nèi)，所以必須提供裝置B-2來(lái)冷卻硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器。裝置B-2包括一塊銅板70，銅板為矩形，其長(zhǎng)和寬與硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-2的頂面51b配合。冷卻劑入口管線部分71a從泵30(圖1)的出口管線(而不是合適的泵)延伸，并通過(guò)圖6所示的各焊點(diǎn)65固定到冷卻板70的頂上，該入口管線部分在冷卻板70的周邊按照矩形模式進(jìn)行延伸，其終點(diǎn)在出口部分71b處，出口部分與入口部分形成一體，該出口部分71b延伸到空氣側(cè)熱交換器32或其他合適的空氣側(cè)熱交換器的入口處，所以圖1的泵30和空氣側(cè)熱交換器構(gòu)成了圖6熱交換系統(tǒng)B-2的一部分。將一個(gè)或多個(gè)定位夾72安裝到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-2的一側(cè)或多側(cè)51c，51e和/或51f上以便使冷板或冷卻板70固定到硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器51的頂面51b上。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖7，裝置B-3用于冷卻垂直的一排硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-3，D-4，D-5和D-6，這些驅(qū)動(dòng)器沿垂直方向一個(gè)層疊在另一個(gè)上面，用螺孔80將這些驅(qū)動(dòng)器固定到計(jì)算機(jī)合適的固定件上，例如公知的軌道式固定件(未示出)。垂直排列的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-3至D-6會(huì)產(chǎn)生大量的熱，使用常規(guī)的散熱片和空氣冷卻方式不能將其冷卻到所需的工作溫度。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-3至D-6均為箱式矩形殼體或容器，它們包括一個(gè)頂面，一個(gè)底面和相對(duì)的側(cè)面，所以驅(qū)動(dòng)器單元D-3至D-6的各容器可使用相同形狀的殼體。由于需要冷卻大量的空氣，所以空氣冷卻并不是理想的技術(shù)，冷卻大量空氣有可能導(dǎo)致穩(wěn)定性差的危險(xiǎn)，因?yàn)檫@有可能損壞風(fēng)扇，而且還會(huì)產(chǎn)生噪聲。將冷卻系統(tǒng)B-3安插或夾在相鄰的兩個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(例如D-3和D-4)之間，以便從相鄰硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器向一系列柔性熱交換機(jī)構(gòu)或板件81傳熱。
各個(gè)柔性熱交換構(gòu)件81均由很薄的片狀中空矩形板構(gòu)成，并且里面充滿了冷卻劑液體，例如充的是50％水和50％乙二醇的混合物。柔性熱交換構(gòu)件81有周邊密封件81a，密封件繞著矩形周邊延伸，這樣里面就構(gòu)成了一個(gè)腔或室。柔性熱交換構(gòu)件內(nèi)包括五層柔性體，這五層從上到下包括聚酰胺薄膜材料的頂層，中間層和底層以及FEP碳氟化合物薄膜材料的兩個(gè)插入層，聚酰胺薄膜材料主要是由Dupont公司生產(chǎn)的名叫KAPTON的材料，插入層主要是由Dupont公司生產(chǎn)的名叫TEFLON的材料。間隔地配置環(huán)形互連件81b后在兩片碳氟化合物薄膜材料之間的中心區(qū)域形成一些通道，這樣就有一個(gè)U型流路82通過(guò)柔性熱交換板或構(gòu)件81。薄膜81b的各固定點(diǎn)也用來(lái)固定外片，以防止出現(xiàn)不應(yīng)有的膨脹或隆起，這種膨脹或隆起會(huì)產(chǎn)生不應(yīng)有的作用到驅(qū)動(dòng)器印刷線路板50上的力。取而代之的是，可以控制這種力，以便只提供有利于傳熱的壓力，增加與硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器表面的傳熱接觸。環(huán)形互連件的位置可以改變，以提供不同的流路，但在所示的實(shí)施例中，互連件81b沿著三條線設(shè)置，并在一條線的四點(diǎn)上，這三條線沿盤(pán)81的縱向延伸。
為了進(jìn)一步描述這種柔性熱交換板的制造方法，本申請(qǐng)人結(jié)合申請(qǐng)?zhí)枮?8/674081的美國(guó)專利申請(qǐng)(發(fā)明人為Messr.Daniel N.Donahoe和MichaelT.Gill，申請(qǐng)日為1996年7月17日，授讓人為本申請(qǐng)的同一授讓人Compaq計(jì)算機(jī)公司)進(jìn)行說(shuō)明。在作完整說(shuō)明的同時(shí)參考說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)和附圖，以便能夠使描述和請(qǐng)求保護(hù)的內(nèi)容更清楚，本申請(qǐng)人特別注意對(duì)圖3-7的描述和第9-12頁(yè)對(duì)于流路橫截面的描述，但主要參考的還是圖3和4。當(dāng)然也可用更簡(jiǎn)單的板形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的兩層鄰接的合適柔軟塑性材料的周邊被密封起來(lái)，并有一些焊點(diǎn)，在這些焊點(diǎn)處板材和密封邊緣從內(nèi)部焊接在一起。
各個(gè)柔性熱交換板件81均有一個(gè)冷卻劑進(jìn)口或入口81c及一個(gè)冷卻劑出口81d。由于板件81位于或夾在相鄰層疊硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器(例如D-3和D-4)之間，所以各板81的流動(dòng)冷卻劑出口81d通過(guò)連接件85a，85b和85c與總回流管85相連。類似的入口總管87將各安插或夾住的柔性冷卻板81連接在一起。然后將入口總管87固定到圖1所示泵30的出口處。出口總管85與空氣側(cè)熱交換器，例如與圖1和3所示的空氣側(cè)熱交換器32的入口相連。
在運(yùn)行期間，由流體壓力引起的板件膨脹具有另外的有利特點(diǎn)在運(yùn)行期間，各驅(qū)動(dòng)器更緊地靠在一起；當(dāng)給板件放氣時(shí)，比較容易拆下驅(qū)動(dòng)器。
本發(fā)明上面的描述是作為實(shí)例的說(shuō)明，在不超出本發(fā)明范圍的前提下，可以對(duì)上述裝置和結(jié)構(gòu)以及運(yùn)行方法的細(xì)節(jié)作各種改變。例如，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以把本發(fā)明的各種傳熱實(shí)施例組合起來(lái)用在單個(gè)計(jì)算機(jī)中。圖1-3的裝置在合適地采用了泵30，風(fēng)扇22和空氣側(cè)熱交換器32的尺寸以后就可以冷卻多個(gè)芯片，同時(shí)向多塊傳熱板34提供合適的冷液冷卻劑。此外，可以合適地采用泵30，風(fēng)扇22和空氣側(cè)熱交換器32的尺寸來(lái)冷卻硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器殼體51，該殼體采用圖4-5的裝置B-1的U型夾60或采用圖6的裝置B-2的傳熱板70，同時(shí)與圖1-3的系統(tǒng)結(jié)合在一起。或者可以將冷卻圖7的垂直排列硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器D-3到D-6的系統(tǒng)B-3與圖1-3的冷卻系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。此外，硬盤(pán)冷卻裝置B-1和B-2可以與圖1-2的空氣側(cè)熱交換器32及泵30一起使用。裝置A，B-1，B-2和/或B-3之一的任何其他組合都可以與單個(gè)泵，空氣側(cè)熱交換系統(tǒng)一起使用。
權(quán)利要求
1.電子裝置包括一個(gè)大體為矩形的底盤(pán)，該底盤(pán)具有第一和第二組相對(duì)的側(cè)部；若干電子器件，這些電子器件安裝在包括一個(gè)母板在內(nèi)的所述底盤(pán)上；所述母板有若干膨脹槽口，一個(gè)處理器板安裝在所述的一個(gè)處理器槽口中，該處理器板上還裝有一個(gè)發(fā)熱量高的芯片；一個(gè)電源，該電源安裝在所述底盤(pán)的第一組側(cè)部的任一側(cè)部和第二組側(cè)部的任一側(cè)部的接頭處，靠近所述電源還安裝了一個(gè)風(fēng)扇；一個(gè)熱交換系統(tǒng)，該熱交換系統(tǒng)用于將所述的發(fā)熱量高的芯片發(fā)出的熱散發(fā)掉，所述的熱交換系統(tǒng)包括一個(gè)設(shè)置在所述底盤(pán)上的風(fēng)扇旁邊的空氣-液體熱交換器，所述空氣-液體熱交換器有一個(gè)入口和一個(gè)出口，入口和出口與若干隔開(kāi)的液體冷卻劑通路流體相通，以接收風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣流，從而降低流過(guò)所述通路的冷卻劑的溫度，冷卻劑從所述入口流到所述出口；一個(gè)安裝在所述底盤(pán)上的泵，該泵有一個(gè)低壓進(jìn)口和一個(gè)高壓出口；一塊傳熱板，該傳熱板的形狀基本與發(fā)熱量高的芯片的底面相同，傳熱板在運(yùn)行時(shí)固定到芯片的底面上，所述傳熱板有一個(gè)液體冷卻劑入口和一個(gè)液體冷卻劑出口，并在內(nèi)部有一個(gè)通路，從而使冷卻劑從所述入口流到所述出口；和在所述傳熱板的出口和所述空氣液體熱交換器的入口之間延伸的管件以及在所述傳熱板的入口和所述泵的出口之間延伸的管件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，包括所述泵、傳熱板、管件和空氣側(cè)熱交換器構(gòu)成使液體冷卻劑循環(huán)的閉合系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子裝置，包括所述的冷卻劑是約50％水和約50％乙二醇的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，包括所述風(fēng)扇為矩形，所述空氣側(cè)熱交換器也有大體類似的形狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子裝置，包括所述電子底盤(pán)裝在計(jì)算機(jī)殼體內(nèi)時(shí)使環(huán)境空氣溫度升高10℃，所述的發(fā)熱量高的芯片的設(shè)計(jì)工作溫度為60-70℃，所述空氣-液體熱交換器為所述入口到所述出口提供足夠的溫度變化，以便使所述發(fā)熱量高的芯片的工作溫度保持在55℃左右。
6.一種計(jì)算機(jī)包括一個(gè)箱式矩形殼體，該殼體有一個(gè)矩形底盤(pán)，底盤(pán)包括第一和第二組相對(duì)的側(cè)部，矩形底盤(pán)安裝在所述的殼體中；若干電子器件，這些電子器件安裝在包括一個(gè)母板在內(nèi)的所述底盤(pán)上；所述母板有若干膨脹槽口；一個(gè)安裝在所述的一個(gè)處理器槽口中的處理器板，該處理器板上還裝有一個(gè)發(fā)熱量高的芯片；一個(gè)電源，該電源安裝在所述底盤(pán)的第一組側(cè)部的任一側(cè)部和第二組側(cè)部的任一側(cè)部的接頭處，靠近所述電源還安裝了一個(gè)風(fēng)扇；一個(gè)熱交換系統(tǒng)，該熱交換系統(tǒng)用于將所述的發(fā)熱量高的芯片發(fā)出的熱散發(fā)掉，所述的熱交換系統(tǒng)包括一個(gè)設(shè)置在所述底盤(pán)上的風(fēng)扇旁邊的空氣-液體熱交換器，所述空氣-液體熱交換器有一個(gè)入口和一個(gè)出口，入口和出口與若干隔開(kāi)的液體冷卻劑通路流體相通，以接收風(fēng)扇產(chǎn)生的空氣流，從而降低流過(guò)所述通路的冷卻劑的溫度，冷卻劑從所述入口流到所述出口；一個(gè)安裝在所述底盤(pán)上的泵，該泵有一個(gè)低壓進(jìn)口和一個(gè)高壓出口；一塊傳熱板，該傳熱板的形狀基本與發(fā)熱量高的芯片的底面相同，傳熱板在運(yùn)行時(shí)固定到芯片的底面上，所述傳熱板有一個(gè)液體冷卻劑入口和一個(gè)液體冷卻劑出口，并在內(nèi)部有一個(gè)通路，從而使冷卻劑從所述入口流到所述出口；和在所述傳熱板的出口和所述空氣液體熱交換器的入口之間延伸的管件以及在所述傳熱板的入口和所述泵的出口之間延伸的管件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)，包括所述泵，傳熱板，管件和空氣側(cè)熱交換器構(gòu)成使液體冷卻劑循環(huán)的閉合系統(tǒng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)，包括所述的冷卻劑是約50％水和約50％乙二醇的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)，包括所述風(fēng)扇為矩形，所述空氣側(cè)熱交換器也有大體類似的形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)，包括所述計(jì)算機(jī)外殼的環(huán)境空氣溫度升高10℃，所述的發(fā)熱量高的芯片的設(shè)計(jì)工作溫度為60-70℃，所述空氣-液體熱交換器為所述入口到所述出口提供足夠的溫度變化，以便使所述發(fā)熱量高的芯片的工作溫度保持在55℃左右。
11.電子裝置包括一個(gè)大體為矩形的底盤(pán)，該底盤(pán)具有第一和第二組相對(duì)的側(cè)部；若干電子器件，這些電子器件安裝在包括一個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的所述底盤(pán)上，所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器有一個(gè)大體為箱式的容器；所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)熱交換系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一個(gè)大體為U型的熱交換夾，該夾包括第一和第二夾臂，夾臂與一個(gè)底構(gòu)成一體；用所述的U型熱交換夾安裝的冷卻劑回路，所述冷卻劑回路包括固定到熱交換夾的第一夾臂上的第一回路段和固定到熱交換夾的第二夾臂上的第二回路段，以使液體冷卻劑進(jìn)行循環(huán)，從而吸收所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器容器傳送到所述熱交換夾的第一和第二夾臂上的熱量；所述U型夾的夾臂與所述底彈性構(gòu)成一體，夾臂與所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器彼此彈性嚙合地插到該硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器容器上；和一個(gè)閉合循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使液體冷卻劑循環(huán)到所述回路中，該回路安裝在所述U型夾上，并在使所述的冷卻劑循環(huán)到所述冷卻回路以前，降低從所述冷卻劑回路流出的冷卻劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子裝置，包括所述冷卻劑回路的第一和第二回路段由引導(dǎo)液體冷卻劑流的管道組成，所述冷卻劑回路包括分別固定到所述底和所述U型夾的第一和第二夾臂上的第一和第二入口管段以及固定到所述底和所述U型夾的第一和第二夾臂上的第一和第二出口管段，所述入口和出口段利用所述任一夾臂進(jìn)行互連，以便使液體冷卻劑從所述第一和第二入口段流到所述第一和第二出口段，從而吸收所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的容器發(fā)出的熱量。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子裝置，包括所述U型夾的第一和第二夾臂均有一個(gè)開(kāi)口，所述第一回路段和所述第二回路段延伸通過(guò)所述第一夾臂和所述夾臂上的開(kāi)口，以便固定到各夾臂的外表面上。
14.電子裝置包括一個(gè)大體為矩形的底盤(pán)，該底盤(pán)具有第一和第二組相對(duì)的側(cè)部；若干電子器件，這些電子器件安裝在包括所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的所述底盤(pán)上，所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器有一個(gè)大體為箱式的容器，容器有一個(gè)頂面，一個(gè)底面和兩組相對(duì)的側(cè)面；和一個(gè)用于控制所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器工作溫度的熱交換裝置，該裝置包括一塊矩形傳熱板，該板的尺寸和所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的箱式矩形容器表面的尺寸基本相同，所述傳熱板裝在所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的箱式矩形容器的其中一個(gè)表面上；一個(gè)冷卻管段，該管段裝在所述傳熱板上并延伸通過(guò)大體為矩形的傳熱板，該管段有一個(gè)出口段和一個(gè)入口段；和循環(huán)設(shè)備，該設(shè)備在運(yùn)行時(shí)與安裝在所述傳熱板上的冷卻管段相連，以便降低所述冷卻管段出口段流出的冷卻劑的溫度，并使所述降溫的冷卻劑循環(huán)到安裝在所述傳熱板上的所述冷卻管段的入口段。
15.電子裝置包括一個(gè)大體為矩形的底盤(pán)，該底盤(pán)用于安裝電子器件；若干垂直排列的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器單元，所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器單元均有大體為箱式的殼體，殼體有一個(gè)矩形頂面和一個(gè)矩形底面；一個(gè)用于所述垂直排列的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器單元的散熱系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一塊安裝在所述一個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器殼體底面和另一個(gè)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器殼體頂表面之間的傳熱板，所述板有一個(gè)使液體冷卻劑循環(huán)的液體冷卻劑循環(huán)路徑，以便吸收所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器單元在運(yùn)行時(shí)發(fā)出的熱量；和一個(gè)冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)連續(xù)從已經(jīng)被所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器單元加熱過(guò)的板的冷卻劑中除去熱量，降低所述冷卻劑的溫度，并使所述冷卻劑返回到所述板上，以便將所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器單元發(fā)出的熱量散發(fā)掉。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子裝置，其中所述傳熱板是柔性的。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子裝置，包括所述傳熱板是中空的，它由至少兩片彼此平行相對(duì)的柔性材料構(gòu)成。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電子裝置，其中所述中空傳熱板有一個(gè)入口孔和一個(gè)出口孔；和所述冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)有一個(gè)與所述入口孔連通的泵以及一個(gè)與所述出口孔連通的空氣側(cè)熱交換器。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子裝置，其中所述冷卻劑是水和乙二醇的混合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電子裝置，其中所述液體是約50％體積的水和約50％體積的乙二醇的混合物。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電子裝置，包括所述熱交換板由相對(duì)的柔性片材構(gòu)成；和所述熱交換板為密閉的周邊，這樣板內(nèi)形成接收所述冷卻劑的中空腔室。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電子裝置，包括在所述中空腔室中的若干互連點(diǎn)，其中所述各相對(duì)柔性板連接在一起。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電子裝置，其中所述散熱系統(tǒng)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上的所述傳熱板；一個(gè)入口氣流總管與所述兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳熱板的入口孔進(jìn)行流體相連，一個(gè)出口氣流總管與所述兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳熱板的任一出口孔進(jìn)行流體相連；和所述的入口氣流總管和出口氣流總管與所述冷卻劑循環(huán)系統(tǒng)流體連通。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子裝置，包括所述傳熱板在液體冷卻劑流過(guò)時(shí)得到膨脹，該傳熱板收縮時(shí)很容易將所述硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器單元除去。
全文摘要
本裝置是直接固定到發(fā)熱量高的芯片上的傳熱系統(tǒng),該裝置包括一個(gè)泵,與一個(gè)風(fēng)扇相鄰的空氣側(cè)熱交換器和一個(gè)固定到發(fā)熱量高的器件上,以便在運(yùn)行條件下除去該器件發(fā)出的熱量的傳熱板。在另一個(gè)實(shí)施例中,裝置用于散發(fā)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的熱量,該硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器包括一個(gè)U型熱交換夾,該夾彈性地裝在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的相對(duì)的兩個(gè)面上。在又一個(gè)實(shí)施例中,硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的散熱裝置包括一個(gè)大體為矩形的板件,該板件裝在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的頂上或底部。在再一個(gè)實(shí)施例中,裝置為垂直排列的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器傳熱,該裝置包括一個(gè)或多個(gè)安插在垂直相鄰設(shè)置的硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器之間的板件。
文檔編號(hào)G11B33/14GK1193762SQ9710726
公開(kāi)日1998年9月23日 申請(qǐng)日期1997年12月31日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月31日
發(fā)明者D·N·多納霍, M·T·吉爾 申請(qǐng)人:康帕克電腦公司