本發(fā)明涉及一種用于冷卻電子裝置的設備和系統(tǒng)。

背景技術：

1、用于數(shù)據(jù)處理的計算機、服務器和其他裝置(稱為信息技術或it)通常包括印刷電路板(pcb)。在這些pcb上的是被稱為集成電路(ic)的小型裝置，這些小型裝置可以包括中央處理單元(cpu)、專用集成電路(asic)、圖形處理單元(gpu)、隨機存取存儲器(ram)等。所有這些電子部件或裝置在使用時都會生成熱量。為了使it的性能最大化，應當將熱量傳遞出去，以使內(nèi)容物保持在最佳溫度。這些考慮還適用于其他類型的電子裝置或系統(tǒng)。

2、it通常容納在箱體、封圍件或殼體內(nèi)。例如，在服務器中，此封圍件有時被稱為服務器機箱。服務器機箱通常遵循指定每個機箱的高度的許多行業(yè)標準，其被稱為1ru(一個機架單元)或1ou(一個開放式單元)，這些也縮寫為1u或1ou。兩個主要標準中較小的一者是1ru/1u，其高度為44.45mm或1.75英寸。例如，在形狀和樣式的意義上說，這樣的單元有時被稱為“刀片”服務器，盡管這樣的服務器機箱可能沒有必要裝入或插入背板中。

3、不同的服務器產(chǎn)品可以針對機箱一次利用多于一個的ru/ou，例如，2u機箱使用2個機架單元。每個服務器機箱的尺寸通常保持在最小值，以使每個服務器機架(服務器機架是添加服務器機箱的主殼體)的計算能力最大化。然而，盡管通常期望減少空間要求，但是通常使用3u、4u和5u系統(tǒng)。

4、通常，在it上或it中使用的電子部件或裝置使用空氣來冷卻。這通常包括某種散熱器，其具有被放置成與芯片表面直接接觸的翅片或類似物，或者在兩個部件之間具有tim(熱界面材料)。除了散熱器之外，每個封圍件還使用一系列風扇將空氣吹過封圍件，從而從散熱器移除熱量并將熱量從機箱中排出。這種類型的散熱器與處于服務器設施側(cè)的冷卻器例如空調(diào)結合使用。該冷卻方法不是特別有效，運行成本高，并且使用大量的空間來管理用于冷卻的空氣。

5、這種對it進行冷卻的方法已經(jīng)幾乎只用于大規(guī)模生產(chǎn)的it和服務器設備。然而，最近，由于用空氣對裝置進行冷卻的限制，發(fā)熱芯片的峰值性能已經(jīng)被壓制。隨著技術每隔幾年在相同性能下將尺寸減半(如摩爾定律所示)，由芯片產(chǎn)生的熱量隨著部件占地空間的減小而增加。這使得設計成用于空氣冷卻的散熱器的尺寸和復雜性增加。因此，所需的服務器機箱尺寸通常會增加，因此降低了單個機架內(nèi)的計算能力。

6、作為空氣冷卻的替選方案，可以使用液體冷卻。在一些情況下，液體冷卻可以從電子部件或裝置提供更有效的熱傳遞，并且因此提供更大的冷卻能力。這些液體包括介電流體、礦物油和水等。已知許多使用液體冷卻的現(xiàn)有方法。例如，與本公開內(nèi)容共同轉(zhuǎn)讓并通過引用并入本文的國際專利公開第2018/096362號描述了一種浸沒式液體冷卻方法，在該液體冷卻方法中，通常為介電液體的初級液體冷卻劑被泵入密封的機箱內(nèi)，使得初級液體冷卻劑留在內(nèi)部。熱交換器也在機箱內(nèi)并且將熱量從初級液體冷卻劑傳遞至次級液體冷卻劑，次級液體冷卻劑在機箱外流動(并且可以在多個機箱之間共享)并且通常是水的或水基的(由于具有高比熱容而是有利的)。

7、基于此，同樣與本公開內(nèi)容共同轉(zhuǎn)讓并通過引用并入本文的國際專利公開第2019/048864號描述了多種類型的散熱器，這些散熱器可以安裝在電子裝置上、電子裝置周圍或電子裝置附近，或者電子裝置可以安裝在散熱器上或散熱器周圍。散熱器限定用于積聚和保持鄰近于電子裝置(或多個裝置)的初級液體冷卻劑的內(nèi)部容積。當初級液體冷卻劑在機箱內(nèi)流動(通過泵送和/或通過對流)時，初級液體冷卻劑被引導至散熱器的內(nèi)部容積，從而改善電子裝置(例如，在操作中變得特別熱的ic或供電單元)的冷卻。初級液體冷卻劑然后(例如，通過溢流和/或通過流動通過容積中的孔)從散熱器內(nèi)部容積流出并且與剩余的初級液體冷卻劑一起收集在機箱中以冷卻其他電子裝置(例如，pcb上的或以其他方式安裝在機箱中的其他部件或ic)。初級液體冷卻劑再次被機箱中的熱交換器冷卻，并且熱量被傳遞至次級液體冷卻劑。在該方法中，機箱中的初級液體冷卻劑的液位可以保持較低并且肯定低于散熱器內(nèi)部容積中的初級液體冷卻劑的液位。這在多個液位(高度)處形成液體冷卻，從而減少了所需的液體冷卻劑的量并且使得能夠進行電子裝置的有效單相(即，僅液相)冷卻。由于初級液體冷卻劑可能是昂貴的、難以容納并且易于污染，因此該方法可以在降低成本和復雜性方面提供顯著的益處。

8、也通常與本公開內(nèi)容一起轉(zhuǎn)讓并通過引用并入本文的國際專利公開第2021/099768號描述了一種具有外部容器的冷板。外部容器限定可以接收(例如，通過管口)并積聚和/或保持初級液體冷卻劑的容積，以便在位于冷板外部的初級液體冷卻劑與流動通過冷板(例如，以常規(guī)方式)的次級液體冷卻劑之間提供熱傳遞。初級液體冷卻劑和次級液體冷卻劑是有區(qū)別的、分開的并且彼此物理隔離(盡管是熱耦合的)。已知采用浸沒式冷卻和冷板混合的系統(tǒng)。

9、雖然這些已知的液體冷卻系統(tǒng)提供了良好的性能，但是期望提供具有高性能和效率的改進的基于液體冷卻劑的系統(tǒng)。此外，隨著電路板變得更加密集封裝，將各種不同的散熱器和/或冷板放置在正確的位置變得具有挑戰(zhàn)性。

技術實現(xiàn)思路

1、在此背景下，提供了一種根據(jù)權利要求1的用于對設置在電路板上的多個電子裝置進行冷卻的設備。還提供了一種根據(jù)權利要求24的用于對設置在電路板上的多個電子裝置進行冷卻的系統(tǒng)。

2、本公開內(nèi)容涉及一種用于對設置在電路板上的多個電子裝置進行冷卻的設備。電子裝置可以是芯片或單個電子部件，并且各種芯片或部件可以密集地封裝在電路板上。該設備包括多個冷板(例如，諸如通過引用并入本文的國際專利公開第2021/099768號中描述的冷板中的任何冷板)。每個冷板具有用于(例如，在與冷板接觸的情況下)對熱耦合至其的電子裝置進行冷卻的熱界面表面。提供了多個冷板中的每個冷板附接至其的支撐框架。支撐框架被構造成附接至(例如，通過螺釘連接至或通過剛性物理耦接至)電路板，以保持多個冷板的熱界面表面與多個電子裝置熱接觸(例如，以使得能夠進行熱傳遞)。支撐框架被布置成將多個冷板中的每個冷板的熱界面表面保持在相對于支撐框架的不同位置處。冷板相對于支撐框架的相應位置可以是以下中的任何一個或更多個：例如，相對于支撐框架的角度、距離支撐框架的距離(例如，在冷板與其附接至支撐框架的點之間直接測量)以及/或者沿著支撐框架的橫向位置(例如，所有冷板可以位于距離支撐框架基本相同的距離處，但是被間隔開)。

3、通過將多個冷板附接至單個支撐框架，可以將多個冷板保持在不同的位置，來以空間高效的方式向多個電子裝置提供冷卻。提供用于將多個冷板保持在適當位置的單個支撐框架使得密集布置的電子裝置能夠有效地被冷卻，因為共享的支撐框架可以比針對每個冷板的單獨附接機構(例如，每個冷板一個插座)在電路板上占用更少的空間。現(xiàn)有解決方案通常針對每個冷板使用一個相對大的安裝結構。因此，在常規(guī)布置中，需要在每個電子裝置周圍提供相對大的間隙以向相關聯(lián)的安裝結構提供空間。相比之下，本公開內(nèi)容提供單個支撐框架，使得多個冷板可以相對于電路板固定，而每個冷板不需要專用的安裝結構。

4、冷板的位置是不同的位置，并且每個冷板的定位可以是距離支撐框架的一定距離和/或相對于支撐框架的一定角度。等效地，對于完全平面的電路板，可以替代地相對于電路板測量距離和角度。然而，由于制造公差，電路板可能不是完全平整的，因此在本公開內(nèi)容中通常相對于支撐框架限定角度和距離。多個冷板的第一子集(即，一個或多個)可以位于距離支撐件第一距離處，并且多個冷板的第二子集(即，一個或多個)可以位于距離支撐框架第二距離處，以允許對具有不同高度(或者由于電路板中的缺陷而處于略微不同的高度)的電子裝置進行冷卻。在本公開內(nèi)容的上下文中，多個冷板的子集可以僅包括單個冷板，或者子集可以包括多個冷板。

5、不同的電子裝置具有不同的厚度，并且因此本文中公開的設備可以使得能夠容納具有不同高度的芯片。類似地，還可以容納具有與電路板不完全平行(即，與電路板成不同角度)的上表面的芯片。例如，電子裝置可能無法完全平放在電路板上(例如，由于其安裝方式)，并且因此允許將冷板保持在略微不同的位置(例如，高度和/或角度)的支撐框架可以有利地使得這樣的設備能夠被冷卻。此外，雖然可能看起來可以用橫跨兩個電子裝置的單個冷板對兩個相鄰的電子裝置進行冷卻，但是實際上，兩個相鄰的電子裝置不太可能安裝成其上表面完全平行。這意指由于電子裝置的角度的微小差異，單個冷板不太可能能夠有效地對兩個電子裝置同時進行冷卻。因此，使得多個冷板能夠使用冷板來對相鄰的電子裝置同時進行冷卻并使冷板自由地定位在不同位置處(例如，高度和/或角度)的單個支撐結構可以提供空間高效的解決方案，該解決方案針對多個裝置提供良好的冷卻。概括地說，至少一個冷板并且可選地多個冷板(或者甚至所有冷板)可以可旋轉(zhuǎn)地附接至支撐框架，這可以改善與相應電子裝置的接合。

6、此外，各種電子裝置具有不同的表面處理并且可能不是同樣平整的(例如，由于制造限制)。通常，tim(例如，金屬銦、導熱膏、導熱油脂、間隙填料、導熱墊、導熱帶等)被放置在電子裝置與散熱器或冷板之間。制造和/或安裝缺陷(例如，在高度、角度、平整度、表面光潔度等上的偏差)可能會妨礙tim的充分壓縮，這可能對冷卻具有嚴重影響。tim通常被壓縮至0.02mm的厚度，意味著高度/角度/平整度的微米差異可能引起對熱傳遞的重大影響。因此，這些效應缺陷也意味著很難用單個冷板可靠地對電子裝置進行冷卻。因此，本文中描述的支撐框架可以通過允許在單個支撐框架上以略微不同的角度使用多個不同的冷板來允許對各種不同的電子裝置進行冷卻。tim可以設置在本文中描述的電子裝置與本文中描述的冷板之間。tim可以設置在電子裝置和/或冷板上。

7、貫穿本公開內(nèi)容，描述了多個冷板的第一子集和第二子集。然而，可以在距離支撐框架的相應距離處設置多個冷板的一個或更多個其他子集(例如，第三子集、第四子集、第五子集、第六子集等)。設置被布置成將多個冷板的不同子集保持在相對于支撐框架的不同位置處的支撐框架使得能夠保持冷板抵靠具有不同尺寸和/或不同位置(例如，不同高度和/或角度)的電子裝置。通過使得多個冷板能夠同時與多個不同的電子裝置保持接觸，可以實現(xiàn)各種布置中對潛在大量電子裝置的有效冷卻。

8、注意，本發(fā)明的設備不包括電路板或任何電子裝置。本發(fā)明的設備是獨立的部件，其可以安裝至現(xiàn)有電路板以對上表面處于不同位置(例如，垂直位置、角度等)的電子裝置進行冷卻。本發(fā)明是適合于附接至電路板并適合于在需要冷卻的電子裝置附近保持冷板的裝置。例如，該設備可以被改裝。

9、在本公開內(nèi)容中，有時描述冷板和/或電子裝置或電路板之間的距離。有時參考電路板和/或電子裝置來描述這些距離以輔助可視化，因為電路板(并且特別地，平面電路板)提供了用于描述具有不同高度的電子裝置的自然參考點。將理解，在優(yōu)選實施方式中，從支撐框架的頂部到支撐框架的底部的總距離將大約等于以下之和：從支撐框架的頂表面到熱界面表面的距離；從該熱界面表面到相應的電子裝置的距離；該電子裝置的厚度；以及電路板的厚度。因此，對于任何給定的設備，冷板與電路板之間的距離可以被轉(zhuǎn)換成冷板與支撐框架的頂部之間的距離。如先前描述的，在其最一般的層面上，本發(fā)明可以被認為是包括多個冷板和支撐框架的設備，該支撐框架被構造成將冷板的熱界面表面保持在距離支撐框架不同的距離處(即，支撐框架而不是電路板可以用作用于任何距離測量的參考點)。

10、因此，概括地說，本公開內(nèi)容的方面可以被描述為用于對設置在電路板上的多個電子裝置進行冷卻的設備。該設備包括：多個冷板，每個冷板具有熱界面表面；以及支撐框架，多個冷板中的每個冷板附接至該支撐框架。支撐框架被布置成將至少第一冷板的熱界面表面保持在相對于電路板的第一位置處，并且將至少第二冷板的熱界面表面保持在相對于電路板的第二位置處。第一距離和第二距離可以不同。在本公開內(nèi)容的上下文中，術語電路板旨在包括可以在其上設置電子裝置例如電子部件和芯片的任何基板或表面。電路板可以是pcb、面包板、條形板或可以在其上安裝電子裝置的任何其他類型的表面。

11、在本文中描述冷板的多個子集的情況下，第一子集可以位于第一位置(例如，距離支撐框架的距離和/或相對于支撐框架的角度)處，第二子集可以位于第二位置處，第三子集可以位于第三位置處，以此類推。因此，多個冷板的子集可以各自包括位于相對于支撐框架的不同位置處的一個或更多個冷板。然而，可能存在位于同一高度(或角度)的一些子集。例如，第一子集可以位于第一距離處，第二子集可以位于第二距離處，并且第三子集可以位于第一距離處。冷板與支撐框架之間的精確距離將取決于(并且可以調(diào)整以適應)電子裝置的特定布置。

12、在本公開內(nèi)容中可以采用液體冷卻，其中，多個冷板有利地組合成一個組件，其中，每個冷板向一個或多個熱源(例如，電子裝置)提供液體冷卻。取決于管道布線，冷卻劑可以并行或串行地饋送至冷板的任何特定子集。因此，本公開內(nèi)容中描述的冷板可以限定內(nèi)部容積，該內(nèi)部容積被布置成將液體冷卻劑容納在內(nèi)部容積中，以將熱量從電子裝置傳遞至內(nèi)部容積。內(nèi)部容積可以具有封閉式頂部，例如以防止冷卻劑從冷板中泄漏出來。一個或更多個冷板可以具有開放式頂部，例如以使得冷卻劑能夠從冷板溢出(如國際專利公開第2019/048864號中所描述的)，使得冷卻劑與設置在電路板上較低水平的其他部件接觸并對其進行冷卻。本公開內(nèi)容中的冷板中的一些冷板可以被認為是散熱器(其提供用于冷卻電子裝置的熱界面表面)和上部的復合物，該上部保留液體冷卻劑并將液體冷卻劑保持在冷板的下散熱器部分上。上部可以是封閉式結構，或者可以是具有保持垂直壁但沒有頂表面的開放式結構。至少一個冷板可以包括基部和保持壁，基部和保持壁一起限定用于容納液體冷卻劑的容積，該容積可以被布置成使得液體冷卻劑在保持壁上方溢出。

13、液體冷卻劑的路徑可以通過將管道或軟管連接至各個冷板的布置來確定。例如，冷卻劑可以用于首先對溫度最接近于其最大操作溫度的部件進行冷卻，然后將使用過的冷卻劑饋送至其他冷板以對不太接近其最大操作溫度的部件進行冷卻。因此，可以基于各個熱源的溫度限制來優(yōu)化流動路徑。例如，可以首先對具有相對較低溫度限制的電子裝置(例如，芯片)進行冷卻，隨后對剩余芯片進行冷卻。在本公開內(nèi)容的一些實施方式中，多個外部芯片(例如，光學模塊)圍繞一個或更多個內(nèi)部芯片布置。在這樣的實施方式中，首先并行冷卻外部芯片(即，與外部芯片熱接觸的冷板彼此并行地接收液體冷卻劑)，并且然后在冷卻劑離開冷板之前，這些外部冷板的排出流被傳遞到內(nèi)部芯片(其可以是例如asic芯片)上方的中央冷板中。

14、可能難以使用單個冷板對具有在不同位置處(例如，高度或角度)的多個電子裝置(例如，芯片)的電路板(例如，印刷電路板或pcb)進行冷卻。對于表面(例如，面包板或條形板)上的電子裝置的各種其他布置也是如此，其中，多個電子裝置位于不同位置。冷板的制造公差和芯片散熱器界面處的誤差堆疊可能使得難以以足夠的準確度來定位冷板，以使冷板與不同位置處的各種部件接觸。因此，本公開內(nèi)容的一些實施方式旨在解決這些挑戰(zhàn)，并且提供了結合了可以彼此獨立地移動的多個冷板的設備。能夠獨立地控制冷板的位置有助于克服這些困難，并且使得能夠改善熱源與散熱器(例如，冷板)之間的接觸。該獨立性可以用于實現(xiàn)改進的熱界面材料(tim)壓縮，從而得到更好的冷卻性能。

15、在一些實施方式中，為了獲得改進的tim壓縮，可以使用(可以由鋼形成)并且在本公開內(nèi)容中被稱為下壓縮板和上壓縮板的兩個單獨的板將其上具有電子裝置的電路板與多個冷板推動到一起。壓縮板推動電子裝置抵靠冷板的熱界面表面。通常的散熱器在壓縮之前需要基板和插座以用于對準，但是這在某些芯片布局上可能難以實現(xiàn)。因此，冷板可以附接至上壓縮板以形成冷板組件。因此，上壓縮板的目的是首先將冷板定位在其正確的位置，并且然后在電子裝置上施加壓縮力。壓縮限制可以通過在兩個壓縮板之間提供支座(或其他間隔件/突出部)來實現(xiàn)。上壓縮板和下壓縮板可以被認為是支撐框架的第一部分和第二部分，并且不要求板是平整的(盡管在一些實施方式中板是平整的)。支座也可以被認為是本公開內(nèi)容中描述的設備的支撐框架的一部分。

16、如先前討論的，本公開內(nèi)容的一些實施方式使得能夠適應制造和/或安裝缺陷。有利于提供這樣的靈活性的一個特征是在冷板與上壓縮板之間提供彈性構件，例如彈簧。彈性構件可以被壓縮指定的位移以獲得期望的tim激活壓力。可以選擇壓力以通過使冷板與電子裝置鄰接來實現(xiàn)良好的熱耦合。針對不同電子裝置的不同冷卻要求可能意味著一個部件可能期望比其他部件更高的壓縮，但是傳統(tǒng)的安裝方法(例如，單個冷板的每個角落的彈簧)不容易使得密集區(qū)域中的多個冷板能夠被冷板有效冷卻。在本公開內(nèi)容的實施方式中，彈性構件(例如，彈簧)可以使得冷板能夠具有旋轉(zhuǎn)的自由以與不完美安裝或不完美表面處理的電子裝置完全對準。此外，在一些實施方式中，所提供的壓力可以使用位于上壓縮板內(nèi)的螺紋盤插入件來進行微調(diào)。例如，通過向下(即，朝向冷板下方的電子裝置)擰入插入件，彈性構件被壓縮的量增加，因此實現(xiàn)更大的壓縮力。該可調(diào)節(jié)性可以用于解決導致芯片位于不同位置(例如，高度和角度)的制造誤差以及/或者可以用于確保芯片不會經(jīng)受過大的力。

17、如先前提及的，本公開內(nèi)容的一些實施方式采用液體冷卻(盡管本文中描述的冷板不一定需要液體冷卻)?？梢酝ㄟ^閉環(huán)冷卻布置來提供液體冷卻，其中，冷卻劑被限制成通過每個冷板。在一些實施方式中，可以提供混合布置。在混合布置中，一些電子部件浸沒或至少部分地浸入機箱中的冷卻劑中(例如，已經(jīng)使得冷卻劑能夠從一些冷板中溢出或涌出)，而其他部件與有液體冷卻劑流過的冷板保持接觸(盡管冷板不必有液體流過)。在任何情況下，使用液體冷卻的每個冷板可以具有單獨的入口和出口以用于接收冷卻劑并使得冷卻劑能夠離開冷板。

18、可以在冷板內(nèi)提供一個或更多個突起件例如翅片或刮削件以改善從電子裝置到冷卻劑的熱傳遞。在優(yōu)選實施方式中，墊片被定位在下銅制刮削散熱器與冷板的上部之間的每個冷板內(nèi)，冷板通常由鋼制成(盡管也可以使用其他材料)。盡管采用了刮削件，但是可以使用其他突起件(例如，銷、桿、翅片、擋板、通道等)。墊片防止冷卻劑繞過由冷板限定的內(nèi)部容積中的突出部。因此，墊片使散熱器的潤濕面積最大化，這增強了冷卻性能?？梢蕴峁|片的表面上的凸臺以允許墊片被正確地定位并且防止墊片被冷卻劑干擾(例如，沖走)。

19、本公開內(nèi)容中描述的冷板可以作為獨立部件提供。特別地，本公開內(nèi)容提供了一種用于對電子裝置進行冷卻的冷板，該冷板限定內(nèi)部容積，該內(nèi)部容積被布置成將液體冷卻劑容納在內(nèi)部容積中以用于將熱量從電子裝置傳遞至內(nèi)部容積，其中，該冷板包括：用于對熱耦合至其的電子裝置進行冷卻的熱界面表面；內(nèi)部容積的內(nèi)表面上的一個或更多個突起件；以及墊片，其被布置成限制液體冷卻劑圍繞一個或更多個突起件流動。冷板的內(nèi)表面和/或墊片的表面可以包括一個或更多個凸臺，所述一個或更多個凸臺被布置成與墊片的互補表面或冷板的內(nèi)表面接合以將墊片在冷板內(nèi)對準。這樣的冷板可以用于對電子裝置進行有效地冷卻。

20、在一些實施方式中，本公開內(nèi)容提供了一種用于對設置在電路板上的多個電子裝置進行冷卻的設備，該設備包括：多個冷板，每個冷板具有用于對熱耦合至其的電子裝置進行冷卻的熱界面表面；以及支撐框架，多個冷板中的每個冷板附接至該支撐框架，該支撐框架被構造成附接至電路板以保持多個冷板的熱界面表面與多個電子裝置熱接觸；并且其中，支撐框架包括第一板和相對的第二板，所述第二板相對于第一板移位，其中，第一板是可移動的，使得第一板與第二板之間的位移可以變化，并且多個冷板中的至少一個冷板可旋轉(zhuǎn)地附接至第一板。

21、關于本公開內(nèi)容中公開的每個方面，在描述設備的結構特征的情況下，可以另外提供用于制造和/或操作這些特征的方法。這些方面的組合也是可能的。此外，還公開了設備的特定特征的組合，其中，這樣的組合是兼容的。這樣的組合的具體示例純粹通過示例的方式來進行描述。