專利名稱：冷卻發(fā)熱設(shè)備的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種微處理器和集成電路，更具體地是涉及冷卻集成
電路(IC)芯片。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)看出朝向大功率微處理器芯片的;OL這種;^又促進(jìn) 了對(duì)用于散除芯片熱量的高性能冷卻系統(tǒng)(例如，散熱器)的關(guān)注，這是 因?yàn)楦吖β实男酒谶\(yùn)行中將產(chǎn)生更多的熱量。如果這些熱量沒有完全 消散，芯片就很可能出現(xiàn)故障。
用于散除^L處理器芯片的熱量的兩種普通系統(tǒng)利用空氣或者流體作為 傳熱裝置，來除去芯片的熱量。雖然兩種系統(tǒng)都運(yùn)作良好，但是它們卻都 存在若千缺陷。例如，空冷系統(tǒng)體積較大并且噪聲大，并且具有大功率密 度的芯片(例如，超過100W/cm2)難以利用空冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。對(duì)于流 體冷卻系統(tǒng)，雖然其體積通常較小、較安靜并且比空冷系統(tǒng)效率更高，但 是卻更加復(fù)雜并且執(zhí)行和維護(hù)的成4*高。此外，泄漏的危險(xiǎn)限制了流體 冷卻系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。
空氣冷卻法是在最低端和中級(jí)計(jì)算機(jī)和服務(wù)系統(tǒng)中默認(rèn)的冷卻方法。 空氣冷卻通常受到制造者的喜愛，這是因?yàn)樗梢栽谒械沫h(huán)境下操作并 且允許服務(wù)器的靈活安裝和處理，而沒有復(fù)雜的管道裝置。但是，在采用 許多服務(wù)器的數(shù)據(jù)中心，該空氣冷卻系統(tǒng)將承受尤其大的熱負(fù)載。因此， 在數(shù)據(jù)中心環(huán)境下，選擇另外提供流體冷卻是有益的，它不僅僅是更加有 效的冷卻方法，而且在電力和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方面來說成本較低。
因此，需要一種可以選擇性地通過空氣和/或流體M熱設(shè)備中散熱的 冷卻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種空^l/流體冷卻系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，用于從發(fā)熱設(shè)
備消散熱量的裝置包括基座，其具有熱耦合到發(fā)熱設(shè)備的第一側(cè)；耦合 到基座的空氣冷卻路徑，其用于通過空氣散除至少部分的熱量；以及耦合 到基座的流體冷卻路徑，其用于通過流體散除至少部分的熱量?？諝饫鋮s 路徑和流體冷卻路徑可以同時(shí)或單獨(dú)操作，以散除發(fā)熱設(shè)備的熱量，并且 允許進(jìn)入冷卻系統(tǒng)以例如維護(hù)、維修和升級(jí)。


因此，參照附圖示出的實(shí)施例，將更加具體地描述上述簡(jiǎn)要說明的本 發(fā)明，并可以獲知和理解本發(fā)明上述實(shí)施例。但是，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅僅 示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，因此不認(rèn)為限制了發(fā)明的范圍，本發(fā)明可以 承認(rèn)其它等效實(shí)施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示出空氣/流體冷卻系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的橫截面
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示出空^l/流體冷卻系統(tǒng)的第二實(shí)施例的橫截面
圖3是示出在圖2的冷卻系統(tǒng)中使用的流體通道的一個(gè)實(shí)施例的透視
圖4是根據(jù)本發(fā)明的示出空氣/流體冷卻系統(tǒng)的第三實(shí)施例的橫截面
圖5是根據(jù)本發(fā)明的示出空^l/流體冷卻系統(tǒng)的第四實(shí)施例的橫截面
圖6是根據(jù)本發(fā)明的示出實(shí)現(xiàn)空^l/流體冷卻系統(tǒng)的刀片中心型冷卻系
統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖7是根據(jù)本發(fā)明的示出空~流體冷卻系統(tǒng)的第五實(shí)施例的橫截面
圖；以及
圖8是根據(jù)本發(fā)明的示出空氣/流體冷卻系統(tǒng)的第六實(shí)施例的橫截面圖。
為了《更于理解，在可能的情況下使用相同的參考標(biāo)記來表示附圖中共 用的相同元件。
具體實(shí)施例方式
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的空^l/流體冷卻系統(tǒng)用于對(duì)發(fā)熱設(shè)備(例如， 微處理器芯片)散熱。本發(fā)明的實(shí)施例可以稱為"水輔助"或"流體輔助" 冷卻。本發(fā)明的實(shí)施例利用空氣或流體來除去芯片的熱量，從而使得該冷 卻系統(tǒng)的冷卻效率最大。而且，在該冷卻系統(tǒng)的空氣或流體部分之一將要 失效的情況下，第二部分作為后備，允許該冷卻系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)^f亍。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示出 一種空^!/流體冷卻系統(tǒng)100的 一個(gè)實(shí)施例的 橫截面圖。如圖所示，可以布置該冷卻系統(tǒng)100，以從孩t處理器芯片102 或其它發(fā)熱設(shè)備中散熱。
該冷卻系統(tǒng)100包括基座104、多個(gè)散熱片106t-106n (以下統(tǒng)稱為 "散熱片106")，以及至少一個(gè)流體通道108!-108n (以下統(tǒng)稱為"流 體通道108")。
基座104被構(gòu)造成與芯片102直接熱接觸(例如，通過熱界面，未示 出)。為此，基座104至少包括第一較平坦表面104a，該表面適于與芯片 102接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，基座104包括由導(dǎo)熱材料制成的實(shí)心塊，該 導(dǎo)熱材料例如銅、鋁、金剛石、碳化硅、鉻、鎳、鐵或這些材料的組合物。 在另一實(shí)施例中，該基座包括熱管(未示出)或蒸氣室110，該蒸氣室110 由基座104的中空內(nèi)部部分組成，其部分地填充有水或其它普通兩相材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，散熱片106耦合到基座104的笫二較平坦的表面 104b (也就是，與第一較平坦表面104a相對(duì)地設(shè)置)，并且處于與基座 104基本垂直的方向。在另一實(shí)施例中，該散熱片106可以耦合到基座104 的笫一較平坦表面104a、或者耦合到基座104的側(cè)部。該散熱片106沿基 座104的長(zhǎng)度方向彼此隔開，使得在每對(duì)散熱片106之間產(chǎn)生間隔。
流體通道108鄰^&座104設(shè)置，并且在一個(gè)實(shí)施例中，流體通道108
位于兩個(gè)散熱片106之間。在一個(gè)實(shí)施例中，流體通道108固定到基座104， 例如通過焊料或聚合物粘結(jié)劑。流體通道108基本上為管狀，并且適于在 其中流通流體。為此，每個(gè)流體通道108都包括入口 108a和出口 108b。 流體通過流體通道108從入口 108a流通到出口 108b，以使得當(dāng)流體流出 流體通道108時(shí)，傳送給流通流體的熱量被傳送出冷卻系統(tǒng)100。在一個(gè) 實(shí)施例中，流體通道108由金屬構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中，通過流體通道108 流通的流體包括水基冷卻劑、高壓空氣、壓縮空氣、蒸氣、碳氟化合物、 碳?xì)浠衔?、氦、氫、氧、氮、二氧化碳或致冷劑?br> 在運(yùn)行中，熱量通過熱界面從芯片102傳送到基座104。然后，基座 104將熱量散布到散熱片106以及流體通道108。傳送到散熱片106的熱量 隨后通過空氣從冷卻系統(tǒng)100中消散(也就是，在一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇(未示 出)的協(xié)助下)，同時(shí)傳送到流體通道108的熱量通過位于其中的流體消 散。在一個(gè)實(shí)施例中，空氣冷卻路徑和流體冷卻5^圣同時(shí)工作，以從芯片 102散熱。在另一實(shí)施例中，空氣冷卻路徑和流體冷卻路徑中的僅僅一個(gè) 在給定的時(shí)間工作。在該實(shí)施例中，冷卻系統(tǒng)100可以從使用一個(gè)冷卻路 徑轉(zhuǎn)變到使用另一個(gè)，同時(shí)對(duì)設(shè)備的冷卻一直進(jìn)行(也就是，不會(huì)中斷運(yùn) 行)。
因此，冷卻系統(tǒng)100給微處理器芯片和其它發(fā)熱設(shè)備提供了高性能的 冷卻。通過提供空氣冷卻和流體冷卻，相比于現(xiàn)有的散熱器技術(shù)，就可以 更快速和更有效地實(shí)現(xiàn)發(fā)熱設(shè)備的散熱。而且，提供兩種冷卻路徑(也就 是， 一種是空氣冷卻路徑， 一種是流體冷卻路徑)允許撤換或孤立其中一 個(gè)冷卻路徑，而同時(shí)另一個(gè)處于運(yùn)行中。例如，為了維護(hù)和維^^的目的、 或者對(duì)元件熱交換、或者其中一個(gè)冷卻路徑失效時(shí)，這是有益的。此外， 對(duì)于流體通道使用金屬減少了流體泄漏到芯片102中的可能性.尤其是， 在除了連通(其在一個(gè)實(shí)施例中完全位于冷卻系統(tǒng)100的外側(cè))的位置， 從冷卻系統(tǒng)100泄漏流體的可能性大大降低，從而減小了由于泄漏而使得 芯片故障的危險(xiǎn)程度。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的示出空^/流體冷卻系統(tǒng)200的第二實(shí)施例的橫截
面圖。同冷卻系統(tǒng)100—樣，可以布置冷卻系統(tǒng)200，以消散來自微處理 器芯片202或其它發(fā)熱i殳備的熱量，
還是與冷卻系統(tǒng)100相似，冷卻系統(tǒng)200包括基座204、多個(gè)散熱片 206i-206n (以下統(tǒng)稱為"散熱片206")，以及至少一個(gè)流體通道208i -208n (以下統(tǒng)稱為"流體通道208")。
基座204被構(gòu)造成與芯片202直接熱接觸(例如，通過熱界面，未示 出)。為此，基座204至少包括笫一較平坦表面204a，該表面適于與芯片 202接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，基座204包括由導(dǎo)熱材料制成的實(shí)心塊，該 導(dǎo)熱材料例如銅、鋁、金剛石、碳化硅、鉻、鎳、鐵或這些材料的組合物。 在另一實(shí)施例中，該基座包括熱管(未示出)或蒸氣室210,該蒸氣室210 由基座204的中空內(nèi)部部分組成，其部分地填充有水或其它普通兩相材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，散熱片206耦合到基座204的第二較平坦的表面 204b (也就是，與第一較平坦表面204a相對(duì)地設(shè)置)，并且處于與基座 204基本垂直的方向。在另一實(shí)施例中，該散熱片206可以耦合到基座204 的第一較平坦表面204a、或者耦合到基座204的側(cè)部。該散熱片206沿基 座204的長(zhǎng)度方向彼此隔開，使得在每對(duì)散熱片206之間產(chǎn)生間隔。
流體通道208鄰ii^座204設(shè)置，并且在一個(gè)實(shí)施例中，流體通道208 位于兩個(gè)散熱片206之間。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)流體通道208都基本為 U型，并且包括入口 208a和出口 208b。例如，圖3是示出了在圖2的冷 卻系統(tǒng)200中使用的流體通道208的一個(gè)實(shí)施例的透視圖。因此，在一個(gè) 實(shí)施例中，流體通道208的位置使得入口 208a和出口 208b之一鄰U座 204設(shè)置，同時(shí)入口 208a和出口 208b靠著散熱片206基本上位于同一平 面。散熱片206和流體通道208之間的緊密耦合在它們之間提供了更好的 熱耦合。在一個(gè)實(shí)施例中，流體通道208由金屬構(gòu)成。在一個(gè)實(shí)施例中， 通過流體通道208流通的流體包括水基冷卻劑、高壓空氣、壓縮空氣、蒸 氣、碳氟化合物、碳?xì)浠衔?、氦、氫、氧、氮、二氧化碳或致冷劑?br> 流體通道208的形狀和位置使得流體通道208被選擇性地插入或拆除。 因此，不同于圖1所示出的冷卻系統(tǒng)100，冷卻系統(tǒng)200可以升級(jí)并可以
變化、后期部署，以包括更多或更少的流體通道208。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的示出空^流體冷卻系統(tǒng)400的第三實(shí)施例的橫截 面圖。同冷卻系統(tǒng)100和200相同，可以布置冷卻系統(tǒng)400以消散來自微: 處理器芯片402或其它發(fā)熱i殳備的熱量。
還是與冷卻系統(tǒng)100和200相似，冷卻系統(tǒng)400包括基座404、多個(gè) 散熱片406i-406n (以下統(tǒng)稱為"散熱片406")，以及至少一個(gè)流體通 道408i-408n (以下統(tǒng)稱為"流體通道408")。
基座404被構(gòu)造成與芯片402直接熱接觸(例如，通過熱界面，未示 出)。為此，基座404至少包括第一較平坦表面404a,該表面適于與芯片 402接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，基座404包括由導(dǎo)熱材料制成的實(shí)心塊，該 導(dǎo)熱材料例如銅、鋁、金剛石、碳化硅、鉻、鎳、鐵或這些材料的組合物。 在另一實(shí)施例中，該基座包括熱管(未示出)或蒸氣室410，該蒸氣室410 由基座404的中空內(nèi)部部分組成，其部分地填充有水或其它普通兩相材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，散熱片406耦合到基座404的第二較平坦的表面 404b(也就是，與第一較平坦表面404a相對(duì)設(shè)置)，并且處于與基座404 基本垂直的方向。在另一實(shí)施例中，該散熱片406可以耦合到基座404的 第一較平坦表面404a、或者耦合到基座404的側(cè)部。該散熱片406沿基座 404的長(zhǎng)度方向以彼此隔開，使得在每對(duì)散熱片406之間產(chǎn)生間隔。
流體通道408鄰ii^座404設(shè)置，并且在一個(gè)實(shí)施例中，流體通道408 耦合到基座404的笫一較平坦的表面404a (也就是，在基座的耦合有芯片 402 —側(cè))。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)流體通道408基本上為管狀，并且包 括入口 408a和出口 408b。在一個(gè)實(shí)施例中，流體通道408利用銅焊料、 導(dǎo)熱聚合物或其它合適的粘合方法中的至少一種固定到基座404。用于將 流體通道408固定到基座404的方法提供了機(jī)械支撐并且在流體通道408 和基座404之間提供有效的熱接觸。
在另一個(gè)實(shí)施例中，基座404的笫一較平坦表面404a包括流體通道 408的第一壁412"同時(shí)流體通道408的第二壁4122、第三壁4123和第四 壁4124中的至少一個(gè)壁由柔性材料組成。這將使得基座404 (在一些實(shí)施
例中包括蒸氣室410)位于鄰近用于保持處理器和其它部件(未示出)的 插板的位置。也就是，流體通道408的第二壁4122、笫三壁4123和第四壁 4124可以相對(duì)于插板上突出的部件彎曲，同時(shí)仍然可以使流體緊密接觸基 座404地流過其中。在一個(gè)實(shí)施例中，流體通道408由金屬構(gòu)成。在一個(gè) 實(shí)施例中，通過流體通道408流通的流體包括水基冷卻劑、高壓空氣、壓 縮空氣、蒸氣、碳氟化合物、碳?xì)浠衔?、氦、氫、氧、氮、二氧化碳?致冷劑。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的示出空氣/流體冷卻系統(tǒng)500的第四實(shí)施例的橫截 面圖。如圖所示，可以布置冷卻系統(tǒng)500以消散來自微處理器芯片502或 其它發(fā)熱設(shè)備的熱量。
冷卻系統(tǒng)500包括基座504、多個(gè)散熱片506i - 506n (以下統(tǒng)稱為"散 熱片506")，以及至少一個(gè)流體通道508。
基座504被構(gòu)造成與芯片502直接熱接觸(例如，通過熱界面，未示 出).為此，基座504至少包括笫一較平坦表面504a,該表面適于與芯片 502接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，基座504包括由導(dǎo)熱材料制成的實(shí)心塊，該 導(dǎo)熱材料例如銅、鋁、金剛石、碳化硅、鉻、鎳、鐵或這些材料的組合物。 在另一實(shí)施例中，該基座包括熱管(未示出)或蒸氣室510，該蒸氣室510 由基座504的中空內(nèi)部部分組成，其部分地填充有水或其它普通兩相材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，散熱片506耦合到基座504的第二較平坦的表面 504b (也就是，與笫一較平坦表面504a相對(duì)地設(shè)置)，并且處于與基座 504基本垂直的方向。在另一實(shí)施例中，該散熱片506可以耦合到基座504 的第一較平坦表面504a、或者耦合到基座504的側(cè)部。該散熱片506沿基 座504的長(zhǎng)度方向彼此隔開，使得在每對(duì)散熱片506之間產(chǎn)生間隔。
在一個(gè)實(shí)施例中，流體冷卻劑508鄰近芯片502地耦合到基座504的 第一較平坦表面504a。在一個(gè)實(shí)施例中，流體冷卻劑508是常規(guī)流體冷卻 系統(tǒng)，其包括它自身的流體散熱片512!-512n(以下統(tǒng)稱為"散熱片512")、 流體入口 514和流體出口 516，從而提高冷卻系統(tǒng)500的性能。在一個(gè)實(shí) 施例中，通過流體通道508流通的流體包括7JC基冷卻劑、高壓空氣、壓縮
空氣、蒸氣、碳氟化合物、碳?xì)浠衔?、氦、氫、氧、氮、二氧化碳或?冷劑。
圖6是示出空^/流體冷卻系統(tǒng)600的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，該冷卻系 統(tǒng)600例如用來冷卻刀片中心計(jì)算系統(tǒng)。
冷卻系統(tǒng)600包括刀片中心602和耦合到刀片中心602的流體總管 604。刀片中心602包括底盤606,該底盤606包括多個(gè)底板，每個(gè)底板的 尺寸都適合容納刀片月良務(wù)器。在圖6的示例中，刀片中心602對(duì)于最大為 八個(gè)刀片的服務(wù)器具有八個(gè)底板；兩個(gè)刀片服務(wù)器608i和608n (由網(wǎng)狀線 示出，這里統(tǒng)稱為"刀片服務(wù)器608")插入到底板中，并且六個(gè)底板是 空的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，刀片中心602可以用于任意數(shù)量的刀 片服務(wù)器608,并且不受所示示例的限制。
每個(gè)刀片服務(wù)器608都作為 一個(gè)獨(dú)立的計(jì)算單元，其包括自身的處理 器、存儲(chǔ)裝置、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)控制器、操作系統(tǒng)、應(yīng)用以及冷卻系統(tǒng)(未 示出)。在一個(gè)實(shí)施例中，用來冷卻每個(gè)刀片服務(wù)器608的冷卻系統(tǒng)是空 氣/流體冷卻系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，用來冷卻刀片服務(wù)器608的空~流體 冷卻系統(tǒng)包括參考之前的附圖描述的空^l/流體冷卻系統(tǒng)100、 200、 400或 500中的任意一個(gè)。如上所述，刀片服務(wù)器608可從底盤606中移除，以 使得可以選擇性地增加或減少刀片中心602的刀片服務(wù)器608。
總管604包括流體入口 610、空氣入口 612、流體出口 614、出口 616 以及多個(gè)軟管618i-618n (以下統(tǒng)稱為"軟管618").軟管618將總管 604耦合到刀片服務(wù)器608的空^流體冷卻系統(tǒng)，從而允許流體通過空~ 流體冷卻系統(tǒng)流通。
因此，通過簡(jiǎn)單的將總管604連接到刀片服務(wù)器608的空~流體冷卻 系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)600允許在刀片中心計(jì)算系統(tǒng)中進(jìn)行流體冷卻，同時(shí)刀片 中心計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行，此外，空氣入口 612和出口 616允許流體從空~流體 冷卻系統(tǒng)以及軟管618中排出(例如，通過空氣清除)，從而與冷卻系統(tǒng) 600斷開，而且同時(shí)刀片中心計(jì)算系統(tǒng)運(yùn)行。在上述兩種情況下(也就是, 流體冷卻能力的連接和斷開)，刀片中心計(jì)算系統(tǒng)繼續(xù)利用每個(gè)單獨(dú)刀片
服務(wù)器608中的空氣冷卻來運(yùn)行。當(dāng)?shù)镀行挠?jì)算系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，這種增加 或減小輔助冷卻性能的能力可以證實(shí)在緊JH吏命系統(tǒng)下是特別有利的，在 所述緊要使命系統(tǒng)中，必須能夠i^多單元系統(tǒng)中的單個(gè)單元(例如，為 了維護(hù)或維修的需要)。
此外，流體冷卻能力的增加可以允許風(fēng)扇調(diào)整速度，用來傳送通過單 個(gè)刀片服務(wù)器608中的空^/流體冷卻系統(tǒng)的空氣，這又減小了冷卻系統(tǒng) 600所產(chǎn)生的噪音量并且將熱量釋放給外界。這在用來冷卻數(shù)據(jù)中心或月良 務(wù)器場(chǎng)的十分大的冷卻系統(tǒng)的情況下是特別有利的，其中刀片服務(wù)器608 可以大到一英尺高、 一至二英尺寬。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的示出空氣/流體冷卻系統(tǒng)700的第五實(shí)施例的示意 圖。如圖所示，可以布置冷卻系統(tǒng)700以消散來自微處理器芯片702或其 它發(fā)熱設(shè)備的熱量。
冷卻系統(tǒng)700包括基座704、多個(gè)散熱片706廣706J以下統(tǒng)稱為"散 熱片706")，以及多個(gè)流體通道708廣708n(以下統(tǒng)稱為"流體通道708")。
基座704被構(gòu)造成與芯片702直接熱接觸(例如，通過熱界面，未示 出)。為此，基座704至少包括第一較平坦表面704a，該表面適于與芯片 702接觸。在該實(shí)施例中，基座704包括蒸氣室710，該蒸氣室710由基座 504的中空內(nèi)部部分組成，其部分地填充有水或其它普通兩相材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，散熱片706耦合到基座704的第二較平坦的表面 704b (也就是，與第一較平坦表面704a相對(duì)地設(shè)置)，并且處于與基座 704基本垂直的方向。在另一實(shí)施例中，該散熱片706可以耦合到基座704 的笫一較平坦表面704a、或者耦合到基座704的側(cè)部。該散熱片706沿基 座704的長(zhǎng)度方向彼此隔開，使得在每對(duì)散熱片706之間產(chǎn)生間隔。
在一個(gè)實(shí)施例中，流體通道708被嵌入或設(shè)置為穿過蒸氣室710。在 一個(gè)實(shí)施例中，通過流體通道708流通的流體包括水基冷卻劑、高壓空氣、 壓縮空氣、蒸氣、碳氟化合物、碳?xì)浠衔?、氦、氫、氧、氮、二氧化?或致冷劑。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的示出空^/流體冷卻系統(tǒng)800的第六實(shí)施例的示意
圖。如圖所示，可以布置該冷卻系統(tǒng)800以消散來自微處理器芯片802或 其它發(fā)熱設(shè)備的熱量。
冷卻系統(tǒng)800包括基座804、多個(gè)散熱片806廣806n(以下統(tǒng)稱為"散 熱片806"),以及多個(gè)流體通道808廣808n(以下統(tǒng)稱為"流體通道808")。
基座804被構(gòu)造成與芯片802直接熱接觸(例如，通過熱界面，未示 出)。為此，基座804至少包括第一較平坦表面804a，該表面適于與芯片 802接觸。在該實(shí)施例中，不同于圖7中示出的實(shí)施例，該基座804包括 導(dǎo)熱材料的實(shí)心塊，所述材料例如為銅、鋁、金剛石、碳化硅、鉻、鎳、 鐵或這些材料的組合物。
在一個(gè)實(shí)施例中，散熱片806耦合到基座804的第二較平坦的表面 804b (也就是,與笫一較平坦表面804a相對(duì)地設(shè)置)，并且處于與基座 804基本垂直的方向。在另一實(shí)施例中，該散熱片806可以耦合到基座804 的第一較平坦表面804a、或者耦合到基座804的側(cè)部。該散熱片806沿基 座804的長(zhǎng)度方向彼此隔開，使得在每對(duì)散熱片806之間產(chǎn)生間隔。
在一個(gè)實(shí)施例中，流體通道808被嵌入或設(shè)置為穿過基座804的實(shí)心 塊。在一個(gè)實(shí)施例中，通過流體通道808流通的流體包括水基冷卻劑、高 壓空氣、壓縮空氣、蒸氣、碳氟化合物、碳?xì)浠衔?、氦、氫、氧、氮?二氧化碳或致冷劑。
應(yīng)當(dāng)理解，在所有的實(shí)施例中，流體通道都與芯片-空氣熱交換器熱 接觸，從而允許流體通過流體通道流通時(shí)排出熱量。
盡管本發(fā)明主要描述的是計(jì)算機(jī)工業(yè)領(lǐng)域的內(nèi)容(例如，用于冷卻高 性能信息處理器)，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，例如這里所描 述的雙重空^/流體冷卻系統(tǒng)可以有利的應(yīng)用于其它多種領(lǐng)域，包括航天和 飛行器冷卻系統(tǒng)、維護(hù)面板等等。
因此，這里公開的冷卻系統(tǒng)更加有效地^UC熱設(shè)備中消散熱量，其中 發(fā)熱設(shè)備例如IC芯片。本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例利用空氣和流體從芯片中消 散熱量，從而使得冷卻系統(tǒng)的冷卻效率最大化。此外，在冷卻系統(tǒng)的空氣 或流體組成之一失效的情況下，第二組成作為后備，允許該冷卻系統(tǒng)繼續(xù) 運(yùn)行。
雖然上述內(nèi)容關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是可以在不脫離本發(fā)明的 基本范圍的情況下設(shè)計(jì)出本發(fā)明的其它和進(jìn)一步的實(shí)施例，并且其范圍由 緊隨其后的權(quán)利要求書所確定。
權(quán)利要求
1.一種用于散除來自發(fā)熱設(shè)備的熱量的裝置，其包括基座，該基座具有熱耦合到所述發(fā)熱設(shè)備的第一側(cè)；耦合到所述基座的基于空氣的冷卻路徑，以用于通過空氣散除至少部分熱量；以及耦合到所述基座的基于流體的冷卻路徑，用于通過流體散除至少部分熱量。
2. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基座包括實(shí)心塊，該實(shí)心塊由 銅、鋁、金剛石、碳化硅、鉻、鎳或鐵中的至少一種構(gòu)成。
3. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基座包括蒸氣室。
4. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基座包括熱管。
5. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基于空氣的冷卻路徑包括 耦合到所述基座的多個(gè)散熱片，該多個(gè)散熱片中的每一個(gè)被設(shè)置在與所述基座基本垂直的方向。
6. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述基于流體的冷卻路徑包括 位于兩個(gè)所述多個(gè)散熱片之間的至少一個(gè)流體通道，該至少一個(gè)流體通道適于從入口到出口流通流體。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述流體是以下至少一種7jc基冷 卻劑、高壓空氣、壓縮空氣、蒸氣、碳氟化合物、碳?xì)浠衔?、氦、氫?氧、氮、二氧化碳或致冷劑。
8. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述至少一個(gè)流體通道由金屬構(gòu)成。
9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述至少一個(gè)流體通道是大致管狀。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其中所述至少一個(gè)流體通道被固定到 所述基座。
11. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中所述至少一個(gè)流體通道是大致U 形形狀。
12. 如權(quán)利要求ll所述的裝置，其中所述至少一個(gè)流體通道可以選擇 性地從所述裝置中拆除。
13. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基于流體的冷卻路徑包括至 少一個(gè)耦合到所i^座的流體通道，該至少一個(gè)流體通道適于從入口到出 O流通流體。
14. 如權(quán)利要求13所述的裝置，其中所述至少一個(gè)流體通道包括 由所述基座的第 一側(cè)構(gòu)成的笫 一壁；耦合到所述第 一壁的第二壁；耦合到所述第一壁的第三壁；以及耦合到所述第二壁和所述第三壁的第四壁，其中所述第二壁、第三壁和笫四壁中的至少一個(gè)由柔性材料構(gòu)成。
15. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述基于流體的冷卻路徑耦合到 總管。
16. 如權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述發(fā)熱設(shè)備是一種集成電路芯片。
17. —種冷卻發(fā)熱設(shè)備的方法，其包括 提供一種基座，該基座具有熱耦合到所述發(fā)熱設(shè)備的第一側(cè)； 提供耦合到所ii^座的基于空氣的冷卻路徑，以用于通過空氣散除至少部分熱量；以及提供耦合到所述基座的基于流體的冷卻路徑，用于通過流體散除至少 部分熱量。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括在給定時(shí)間運(yùn)行所述基于空氣的冷卻路徑和所述基于流體的冷卻路徑 中的至少一個(gè)，以散除來自所述發(fā)熱設(shè)備的熱量。
19. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括 利用所述基于空氣的冷卻路徑冷卻所述發(fā)熱設(shè)備；以及 在所述基于空氣的冷卻路徑運(yùn)4亍時(shí)，隔離所逸基于流體的冷卻,。
20. 如權(quán)利要求17所述的方法，還包括 利用所述基于流體的冷卻路徑冷卻所述發(fā)熱設(shè)備；以及 在所述基于流體的冷卻路徑運(yùn)行時(shí)，^所逸基于空氣的冷卻路徑。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空氣/流體冷卻系統(tǒng)。在一個(gè)實(shí)施例中，用于從發(fā)熱設(shè)備消散熱量的裝置包括基座、耦合到基座的基于空氣的冷卻路徑，以及耦合到基座的基于流體的冷卻路徑，其中該基座具有熱耦合到發(fā)熱設(shè)備的第一側(cè)，該基于空氣的冷卻路徑用于通過空氣散除至少部分熱量，以及該基于流體的冷卻路徑用于通過流體散除至少部分熱量?；诳諝獾睦鋮s路徑和基于流體的冷卻路徑可以同時(shí)或單獨(dú)操作，以散除發(fā)熱設(shè)備的熱量，并且允許進(jìn)入冷卻系統(tǒng)以用于例如維護(hù)、維修和升級(jí)。
文檔編號(hào)H05K7/20GK101179920SQ200710180379
公開日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月10日
發(fā)明者T·G·范凱塞爾, Y·C·馬丁 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司