散發熱負荷的熱沉以及並行散發熱負荷的方法

2023-04-23 02:38:21

專利名稱：散發熱負荷的熱沉以及並行散發熱負荷的方法
技術領域：
本發明的領域是散失熱負荷的熱沉，熱負荷的並行散發以及熱負 荷的對流散發。
背景技術：
1948年開發的EDVAC計算機系統通常被認為是計算機時代的來 臨。自此以後，用戶依賴於計算機系統簡化信息管理過程。今天的計 算機系統遠比諸如EDVAC的早期系統複雜。這些現代的計算機系統 給出強大的計算資源，從而通過利用諸如資料庫管理系統、字處理軟 件、電子數據表、客戶/伺服器應用程式、網絡服務等計算機軟體， 提供寬範圍的信息管理能力。為了提供強大的計算資源，計算機設計師必須設計強大的計算機 處理器以及高速存儲模塊。當前的計算機處理器，例如，能每秒執行 數十億條電腦程式指令。這些計算機處理器和存儲模塊的運行需要 大量電力。處理器在運行過程中常常消耗100瓦以上的電力。消耗如 此大的電力將產生相當多的熱量。除非排走熱量，否則計算機處理器 或存儲模塊產生的熱量能夠降低或損壞器件的功能。為了防止電子器件退化或損壞，計算機設計師可以利用常規的熱 沉或液體金屬冷卻技術從電子器件中去除熱量。常規熱沉具有翅片， 用於將熱量散發到熱沉周圍的環境中。常規熱沉從電子器件吸收熱量， 並通過傳導將熱量傳遞到散熱翅片上。常規熱沉的缺點是，這些熱沉 沒有利用液體金屬冷卻技術提供的更先進的冷卻方案。液體金屬冷卻技術使液體金屬流到電子器件附近吸收熱量，然後 快速將液體金屬轉移幾釐米遠到達附近的熱交換器，例如常規的熱沉， 用於冷卻液體金屬。將液體金屬從電子器件快速傳遞走，可以從器件
本地去除熱量。接著，將冷卻的液體金屬返回到處理器或存儲模塊， 重新開始循環。液體金屬冷卻技術的缺點是，這種技術需要將液體金 屬從熱源傳遞到熱交換器的泵，而泵常常失效。當泵失效時，電子器 件常常在關閉計算機系統或更換泵之前損壞。發明內容本發明提供散發熱負荷的熱沉，包括熱沉基底，熱沉基底在熱沉基底內具有熱沉基底槽，熱沉基底能從熱源接收熱負荷；裝在熱沉基 底上的散熱翅片，每個散熱翅片在散熱翅片內具有熱翅片槽；以及在 熱基底槽和熱翅片槽內的熱傳遞物質，熱傳遞物質能將熱負荷從熱沉 基底傳遞到散熱翅片。本發明提供並行散發熱負荷的方法，包括在熱沉基底中接收熱源 的熱負荷，經過熱傳導通道將熱負荷傳遞到裝在熱沉基底上的散熱翅 片，並經過熱對流通道將熱負荷傳遞到散熱翅片。本發明提供對流散發熱負荷的方法，包括提供經過熱沉基底和裝 在基底上的多個翅片的熱對流通道，使含有熱負荷的熱傳遞物質流過 熱對流通道。本發明的上述和其它目的、特徵和優點，將從以下附圖所示的本 發明典型實施例的更具體的描述中變得清楚，附圖中相同的參考數字 表示本發明典型實施例的相同部分。


圖l是才艮據本發明實施例的 立體圖；圖2是根據本發明實施例的 型熱沉基底的分解立體圖；圖3是根據本發明實施例的 型熱沉基底的分解立體圖；圖4是根據本發明實施例的、 一個散發熱負荷的典型熱沉的分解、 一個散發熱負荷的熱沉中使用的典、 一個散發熱負荷的熱沉中使用的典 、另一個散發熱負荷的典型熱沉的分
解立體圖；圖5是根據本發明實施例的、另一個散發熱負荷的典型熱沉的立 體圖；圖6是表示根據本發明實施例的、 一種並行散發熱負荷的典型方 法的流程圖；圖7是表示根據本發明實施例的、另一種並行散發熱負荷的典型 方法的流程圖；圖8是表示根據本發明實施例的、 一種對流散發熱負荷的典型方 法的流程圖；圖9是表示根據本發明實施例的、另一種對流散發熱負荷的典型 方法的流程圖；圖10是表示根據本發明實施例的、對流散發熱負荷的另 一種典型 方法的流程圖。具體實施例方式下面參考附圖，從圖l開始，描述根據本發明實施例的散發熱負 荷的典型熱沉、並行散發熱負荷的典型方法，以及對流散發熱負荷的 典型方法。圖l是根據本發明實施例的、散發熱負荷的典型熱沉100 的分解立體圖。熱負荷是諸如計算機處理器或存儲晶片等熱源106產 生的熱能。熱負荷的度量通常以焦耳為單位表示。熱源隨著時間產生 熱負荷的速率通常以瓦特為單位表示。在圖1的例子中，熱沉100是導熱體，用於從熱學上連接熱沉100 的熱源106吸收並散發熱負荷。用於設計熱沉100的導熱體可以包括， 例如，鋁、銅、銀、鋁/碳化矽或碳基複合材料。熱沉100通過熱傳 導從熱源吸收熱負荷。當熱學上連接到熱源106時，熱沉100提供比 熱源106涼的額外的蓄熱質量，熱負荷可以流入其中。在吸收熱負荷 之後，熱沉100通過熱對流和熱輻射將熱負荷散發到熱沉100周圍的 空氣中。增大熱沉100的表面積通常增大散發熱負荷的速率。通過擴 大熱沉的基底或增多散熱翅片的數量可以增大熱沉100的表面積。
為了將熱負荷傳遞到散熱翅片上，圖1的典型熱沉100提供兩條熱傳遞途徑-熱傳導路線和熱對流路線。熱傳導路線是經過典型熱沉100的固體部分的路線，經過它通過熱傳導傳遞熱負荷。熱對流路線 是經過典型熱沉100的液體部分的路線，用於將熱負荷從熱沉100基 底傳遞到散熱翅片上。典型熱沉100的液體部分是一種熱傳遞物質。熱傳遞物質是熱傳導流體，例如，液體金屬或者是全氟化物液體族，是由3MTM公司開發的， 一般稱為FluorinertTM。
圖1的典型熱沉100包括熱沉基底102,熱沉基底內具有熱基底 槽104 熱沉基底102是能從熱源106接收熱負荷的導熱體。熱基底 槽104是經過熱沉基底102的溝槽，能使熱傳遞物質經過。熱基底槽 104提供將熱負荷傳遞到熱沉100散熱翅片的對流通道。當熱沉基底 102通過傳導從熱源106接收熱負荷時，熱基底槽104中的熱傳遞物 質也通過傳導接收熱負荷。在接收熱負荷之後，熱傳遞物質接著通過 流過熱基底槽104將熱負荷傳遞到散熱翅片。
在圖1的典型熱沉100中，熱基底槽104按旋轉樣式延伸經過熱 沉基底102。雖然圖1表示熱基底槽104按旋轉樣式延伸經過熱沉基 底102,但這樣的圖僅僅是解釋性的，並不是限制性的。實際上，熱 基底槽104可以按不同的結構延伸經過熱沉基底102。熱基底槽104 延伸經過熱沉基底102的具體結構通常取決於熱負荷在熱源106表面 140的分布。與表面140的其它區域相比，在與熱負荷更高的表面140 區域相鄰的熱沉基底102區域，熱沉設計者可以使更多的熱基底槽104 延伸經過該區域。這種結構可以優化熱負荷傳遞到由熱基底槽104形 成的熱對流通道。
圖1的典型熱沉基底102包括與熱源106相鄰和與熱基底槽104 相鄰的熱分配板132。熱分配板132是一種導熱體，形成將熱沉100 連接到熱源106的表面。熱分配板132的命名是由於板132起到沿整 個熱沉基底102散開熱負荷的作用，甚至是熱源可能僅僅在熱源表面 140特定區域產生熱負荷。為了執行熱負荷的分配，圖l例子中的熱 分配板132通常是由高導熱率的導熱體製成的，例如銅。
圖1的典型熱沉100中的熱分配板132通常通過熱界面連接到熱 源106。熱界面是一種導熱材料，能減小與熱負荷從熱源106傳遞到 熱分配板132有關的熱阻。熱源106與熱分配板132之間的熱界面具 有比熱源106直接連接到熱分配板132通常產生的熱阻小的熱阻。減 小熱源106與熱分配板132之間的熱阻將增大熱負荷從熱源106傳遞 到熱沉100的效率。熱界面可以包括非粘結劑材料，例如，熱脂、相 變材料和間隙填充墊。熱界面也可以包括粘結劑材料，例如熱固性液 體、壓敏粘結劑(PSA)膠帶和熱塑性或熱固性結合膜。圖1的典型熱沉100包括裝在熱沉基底上的散熱翅片110。圖1 的每個散熱翅片110具有散熱翅片內部的熱翅片槽114。在圖1的例 子中，每個散熱翅片IIO是一種導熱體，包括兩張薄片，兩張薄片形 成由分隔器146分開的兩個導熱翅片壁142、 144。每個翅片110的分 隔器146形成熱翅片槽114。熱翅片槽114是能使熱傳遞物質流過散 熱翅片的溝槽。熱翅片槽114提供對流通道，將熱負荷從熱沉基底102 傳遞到熱沉100的散熱翅片110上。在圖1的典型熱沉100中，每個 熱翅片槽114的至少一部分130延伸到散熱翅片110與熱沉基底102 相反的末端。通常，每個散熱翅片110與熱沉基底102相反的末端是 熱沉溫度最低的區域。因此，將每個熱翅片槽114的至少一部分130 延伸到散熱翅片110與熱沉基底102相反的末端，降低了典型熱沉100 的有效熱阻，因為此部分使熱傳遞物質流過熱沉100的最冷區域。需要注意的是，在圖1的典型熱沉100中所示的、由分隔器146 形成的熱翅片槽114的樣式不是本發明的必需或限制。實際上，根據 本發明的實施例，本領域一般技術人員所知道的其它樣式的熱翅片槽 也可以用於散發熱負荷的熱沉中。此外，不需要所有翅片110的熱翅 片槽形成相同的樣式。在本發明的一些實施例中，裝在翅片安裝板116 上的每隔一個翅片可以具有顛倒的熱翅片槽樣式。在本發明的另一些 實施例中，翅片110的每個熱翅片槽可以具有惟一的樣式，用於優化 熱負荷散發到熱沉周圍的環境中。圖1的典型熱沉基底102包括翅片安裝板116，翅片安裝板116 形成安裝散熱翅片110的表面118。翅片安裝板116具有能將熱傳遞 物質112從一個散熱翅片傳遞到另一個散熱翅片110的熱板槽120。 翅片安裝板116將在下面參考圖2更加詳細地描述。在圖1的典型熱沉100中，熱基底槽104和熱翅片槽114設計成 形成經過熱沉基底102和散熱翅片110的兩個環。環提供熱對流通道， 熱傳遞物質由此可以循環經過熱沉基底102和散熱翅片110。第一環 包括熱沉基底102的熱基底槽104以及散熱翅片150、 160、 162、 148 的熱翅片槽114。第二環包括熱沉基底102的另一個熱基底槽170和 散熱翅片158、 166、 168、 152的熱翅片槽。為了形成第一環，圖1的熱沉基底102包括基底入口 122、基底 出口 124、每個翅片150、 160、 162、 148的翅片入口 126以及每個翅 片150、 160、 162、 148的翅片出口 128。基底入口 122和基底出口 124 開孔在熱基底槽104中。基底入口 122能從一個散熱翅片110接收熱 傳遞物質112進入熱基底槽104。基底出口 124能將熱傳遞物質112 從熱基底槽104排到一個散熱翅片110中。在圖l的例子中，通過翅 片安裝板116中從基底出口 124延伸到散熱翅片148的翅片入口的溝 槽，基底出口 124將熱傳遞物質112從熱基底槽104排到散熱翅片148 中。接著，熱傳遞物質112經過翅片148、 162、 160、 150。在圖l的 例子中，基底入口 122接收來自散熱翅片150的熱傳遞物質112。需 要注意的是，熱基底槽104、基底出口 124和基底入口 122相對於散 熱翅片110的位置不是本發明的必需或限制。實際上，根據本發明的 實施例，熱基底槽104、基底出口 124和基底入口 122相對散熱翅片 110的位置可以按照本領域一般技術人員公知的、應用於散發熱負荷 的熱沉中的任何方式設計。翅片入口 126和翅片出口 128開孔在每個散熱翅片110的每個熱 翅片槽104中。翅片入口 126能接收來自熱沉基底102的熱傳遞物質 112進入熱翅片槽114。翅片出口 128能將來自熱翅片槽114的熱傳遞 物質112排出到熱沉基底102。在圖l的例子中，翅片入口 126將來 自熱沉基底102的熱傳遞物質112經過一個熱板槽120接收到翅片150
的熱翅片槽114中。在圖l的例子中，翅片出口 128將熱傳遞物質112 從熱翅片槽114排到熱沉基底102中。特別是，翅片出口128將來自 熱翅片槽114的熱傳遞物質112經過基底入口 122排到熱基底槽104 中。雖然翅片150的翅片出口 128將熱傳遞物質112排入熱基底槽104， 但第一環中的其它翅片160、 162、 148的翅片出口 (未圖示)將熱傳 遞物質112排入熱沉基底102的熱板槽120中。第二環類似於第一環。為了形成第二環，圖1的熱沉基底102包 括基底入口 154、基底出口 (未圖示)、每個翅片158、 166、 168、 152 的翅片入口 (未圖示)和每個翅片158、 166、 168、 152的翅片出口 (未 圖示)。基底入口 154、基底出口、每個翅片158、 166、 168、 152的 翅片入口和每個翅片158、 166、 168、 152的翅片出口類似於第一環的 基底出口、基底入口、翅片出口和翅片入口。需要注意的是，圖1的 典型熱沉IOO形成的兩個對流環不是本發明的必需或限制。實際上， 根據本發明實施例的、散發熱負荷的熱沉可以形成任何數量的對流環， 包括每個散熱翅片的環。在形成每個散熱翅片的對流環時，熱沉基底 可以設計成將熱傳遞物質並行提供到每個翅片的翅片入口，並並行地 從每個翅片的翅片出口接收熱傳遞物質。圖1的典型熱沉100包括熱基底槽104和熱翅片槽114中的熱傳 遞物質112。熱傳遞物質能將熱負荷從熱沉基底102傳遞到散熱翅片 110。如上所述，熱傳遞物質是一種導熱流體。在圖l的例子中，熱傳 遞物質112體現為液體金屬，例如鎵、銦和錫的液體合金。圖1的典型熱沉100的熱沉基底102包括熱傳遞物質泵402。熱 傳遞物質泵402是一種能經過上述第一環循環熱傳遞物質112的泵。 除了熱傳遞物質泵402，熱沉基底102還包括另一個能經過上述第二 環循環熱傳遞物質112的熱傳遞物質泵(未圖示)。在圖l的例子中， 熱傳遞物質泵402是一種電磁泵，用於將液體金屬循環經過翅片150、 160、 162、 148的熱基底槽104和熱翅片槽114。圖1的熱傳遞物質泵 402包括電源接頭174,用於將電能從計算機系統的電源總線供應到泵 402。
在圖1的例子中，熱傳遞物質泵402控制熱傳遞物質112經過熱 基底槽104和熱翅片槽114的速度。因此，熱傳遞物質泵402影響熱 負荷傳遞到散熱翅片110的速率以及熱沉100的總熱阻。為了控制熱 傳遞物質112經過熱基底槽104和熱翅片槽114的速率，圖1的典型 熱沉100包括泵調節器172。泵調節器172是一種計算機硬體，能測 量來自熱源106的熱負荷，並根據測量的熱負荷控制熱傳遞物質泵 402。泵調節器172可以實施為具有電路邏輯的熱敏電阻，用於調節供 應到熱傳遞物質泵402的電壓。但是這種具體實施是用於解釋，而不 是限制。實際上，泵調節器172也可以利用更加複雜的特定用途集成 電路(ASIC)實現。如上所述，圖1的典型熱沉基底包括翅片安裝板，翅片安裝板形 成散熱翅片安裝的表面。因此，為了進一步解釋，圖2表示根據本發 明實施例的、用於散發熱負荷的熱沉中使用的一個典型熱沉基底102 的分解立體圖，其中包括形成安裝散熱翅片IIO的表面的翅片安裝板 116。圖2的例子中的翅片安裝板116包括熱板槽200、 202、 204、 206、 208、 210、 212、 214、 216、 218。熱板槽是翅片安裝板116中能流過 熱傳遞物質的溝槽。雖然圖2的分解圖表示熱板槽在翅片安裝板116 的頂和底都有開口 ，但當翅片安裝板116裝在熱沉基底的其它部分時， 如圖1所示，熱板槽僅有的開口是在翅片安裝板116頂部的開口。在 翅片安裝板116頂部的開口，使熱傳遞物質流過熱沉基底102的熱基 底槽與散熱翅片之一之間，或者從一個散熱翅片流到另 一個散熱翅片。在圖2的例子中，熱板槽200、 208、 210、 218能使熱傳遞物質在 熱沉基底102的熱基底槽與散熱翅片之一之間流動。圖2的熱板槽200 能使熱傳遞物質在圖1所示的熱沉基底102和散熱翅片148之間流動。 圖2的熱板槽208能使熱傳遞物質在圖1所示的熱沉基底102和散熱 翅片150之間流動。圖2的熱板槽210能使熱傳遞物質在圖1所示的 熱沉基底102與散熱翅片158之間流動。圖2的熱板槽218能使熱傳 遞物質在圖1所示的熱沉基底102與散熱翅片152之間流動。
在圖2所示的例子中，熱板槽202、 204、 206、 212、 214、 216 能使熱傳遞物質112從一個散熱翅片流到另一個散熱翅片。圖2的熱 板槽202能使熱傳遞物質從圖1所示的散熱翅片148流到圖1所示的 散熱翅片162。圖2的熱板槽204能使熱傳遞物質從圖1所示的散熱 翅片162流到圖1所示的散熱翅片160。圖2的熱板槽206能使熱傳 遞物質從圖1所示的散熱翅片160流到圖1所示的散熱翅片150。圖2 的熱板槽212能使熱傳遞物質從圖1所示的散熱翅片158流到圖1所 示的散熱翅片166。圖2的熱板槽214能使熱傳遞物質從圖1所示的 散熱翅片166流到圖1所示的散熱翅片168。圖2的熱板槽216能使 熱傳遞物質從圖l所示的散熱翅片168流到圖l所示的散熱翅片152。圖2的典型熱沉基底102還包括熱分配板132。圖2的熱分配板 132與熱源(未圖示)相鄰，並與熱基底槽(未圖示)相鄰。圖2的 熱分配板132的結構方式與參考圖1所述的熱分配板132相同。如上所述，圖1所示的典型熱沉基底包括熱沉基底內的熱基底槽。 因此，為了進一步解釋，圖3表示根據本發明實施例的、用於散發熱 負荷的熱沉中的典型熱沉基底102的分解立體圖，它包括熱沉基底102 內的熱基底槽104。在圖3的例子中，熱基底槽104的至少一部分300寄居在與熱源 (未圖示)相鄰的熱沉基底102中。處於熱沉基底102中與熱源相鄰 的這部分300熱基底槽104設計成圖3所示的旋渦樣式。雖然圖3表 示處於熱沉基底102中與熱源相鄰的這部分300熱基底槽104設計成 旋渦樣式，但這種表示僅是解釋性的，而不是限制。實際上，處於熱 沉基底102中與熱源相鄰的這部分300熱基底槽104可以設計成本領 域一般技術人員公知的任何樣式。由於熱傳遞物質位於熱基底槽104 中，設計與熱源相鄰的這部分300熱基底槽104通常優化熱負荷在熱 基底槽104內從熱源到熱傳遞物質的傳遞。圖3的典型熱沉基底102還包括熱分配板132。圖3的熱分配板 132與熱源(未圖示)相鄰，並與熱基底槽104相鄰。圖3的熱分配 板132的結構方式與參考圖1所述的熱分配板132相同。 圖3的典型熱沉基底102還包括翅片安裝板116。翅片安裝板116 形成散熱翅片(未圖示)安裝的表面。圖3的翅片安裝板116的結構 方式與參考圖1所述的翅片安裝板116相同。如上所述，圖1所示的熱基底槽和熱翅片槽設計成經過熱沉基底 和散熱翅片的兩個環。因此，為了進一步解釋，圖4表示根據本發明 實施例的、散發熱負荷的另一個典型熱沉100的分解立體圖，其中熱 基底槽104和熱翅片槽114設計成經過熱沉基底102和散熱翅片404 的環400。圖4的典型熱沉100類似於圖l的典型熱沉。即，圖4的典型熱 沉100類似於圖1的典型熱沉在於圖4的典型熱沉100包括熱沉基底 102,熱沉基底102中具有熱基底槽104。圖4的熱沉基底102能從熱 源106接收熱負荷。圖4的典型熱沉IOO還包括裝在熱沉基底102上 的散熱翅片110。每個散熱翅片IIO具有熱翅片槽114,熱翅片槽114 處於散熱翅片內。圖4的典型熱沉100還包括處於熱基底槽104和熱 翅片槽114內的熱傳遞物質112。圖4的熱傳遞物質112能將熱負荷 從熱沉基底102傳遞到散熱翅片110。在圖4的例子中，環400提供使熱傳遞物質112經過的熱對流通 道。環400是由熱基底槽104、每個散熱翅片404中的熱翅片槽114 以及熱板槽120形成的。熱傳遞物質112通過流過熱基底槽104、每 個散熱翅片404中的熱翅片槽114以及熱板槽120而流過環104。當 熱傳遞物質112流過環104時，熱負荷從熱沉基底102經過熱對流通 道環400傳遞到散熱翅片404。圖1的典型熱沉100的熱沉基底102包括熱傳遞物質泵402。熱 傳遞物質泵402是能夠使熱傳遞物質112經過環402循環的泵。在圖 1的例子中，熱傳遞物質112是液體金屬，例如鎵、銦和錫的液體合 金，並且熱傳遞物質泵402是一種電磁泵。如上所述，除了熱對流通道以外，典型熱沉IOO可以通過熱傳導 通道將熱負荷從熱沉基底102傳遞到散熱翅片110。典型熱沉100提 供經過熱傳導基底區408和每個散熱翅片110的兩個熱傳導翅片壁
142、 144的熱傳導通道。圖4的典型熱沉100的熱傳導基底區408是 熱沉基底102中形成熱基底槽104的區域。每個散熱翅片110的熱傳 導翅片壁142、 144裝在熱沉基底102上。熱源106的熱負荷經過熱沉 基底102並經過翅片壁142、 144散發到熱沉IOO周圍的環境中。圖l和4是根據本發明實施例的、散發熱負荷的典型熱沉的分解 立體圖。再看圖5,圖5是根據本發明實施例的、散發熱負荷的另一 個典型熱沉100的立體圖，所述熱沉IOO裝在熱源106上。如上所述， 熱源106是集成電路封裝，例如計算機處理器或存儲模塊。圖5的典型熱沉100類似於圖l的典型熱沉。即，圖5的典型熱 沉100類似於圖1的典型熱沉在於圖5的典型熱沉100包括熱沉基底 102，熱沉基底102中具有熱基底槽。圖5的熱沉基底102能從熱源 106接收熱負荷。圖5的典型熱沉IOO還包括裝在熱沉基底102上的 散熱翅片110。每個散熱翅片IIO具有熱翅片槽，熱翅片槽處於散熱 翅片內。圖5的典型熱沉IOO還包括處於熱基底槽和熱翅片槽內的熱 傳遞物質。圖5的熱傳遞物質能將熱負荷從熱沉基底102傳遞到散熱 翅片110。如上所述，下面將參考附圖描述根據本發明實施例的、並行散發 熱負荷的典型方法。為了進一步解釋，圖6是表示根據本發明實施例 的、並行散發熱負荷的典型方法。圖6的方法包括在熱沉基底中接收 熱源606的熱負荷608 (600)。圖6的熱源606代表集成電路封裝， 例如計算機處理器或存儲器晶片。圖6的熱負荷608代表從熱源606 產生的熱能。根據圖6的方法，在熱沉基底中接收熱源606的熱負荷 608 (600)，如下面參考圖7所述的，可以通過將熱負荷608接收在熱 傳遞物質中實現。根據本發明實施例，並行散發熱負荷可以通過熱傳導通道以及熱 對流通道同時完成。對於熱傳導通道，圖6的方法還包括通過熱傳導 通道將熱負荷608傳遞到裝在熱沉基底上的散熱翅片(602)。熱傳導 通道是經過熱沉固體部分的通道，使熱負荷經過該通道通過熱傳導傳 遞。熱傳導通道可以包括上面參考圖4所述的熱傳導基底區和熱沉的
熱傳導翅片壁。根據圖6的方法，通過熱傳導通道將熱負荷608傳遞 到裝在熱沉基底上的散熱翅片(602),如下面參考圖7所述的，可以 經過熱傳導基底區和熱傳導翅片壁將熱負荷傳遞到散熱翅片實現。對於熱對流通道，圖6所示的方法還包括通過熱對流通道將熱負 荷608傳遞到散熱翅片(604)。熱對流通道是經過熱沉的液體部分的 通道，用於將熱負荷從熱沉基底傳遞到散熱翅片。在參考圖l所示的 典型熱沉中，熱對流通道的一個例子可以包括熱基底槽和熱翅片槽， 用於將熱負荷從熱沉基底傳遞到散熱翅片。經過熱對流通道將熱負荷 608傳遞到散熱翅片(604)，如下面參考圖7所述的，可以經過熱基了進一步解釋，圖7是表示根據本發明實施例的、並行散發熱負荷的 另一個典型方法的流程圖，其中包括經過熱基底槽和熱翅片槽將熱負 荷從熱沉基底傳遞到散熱翅片(708)。圖7的方法類似於圖6的方法。即，圖7的方法類似於圖6的方 法，其中圖7的方法包括在熱沉基底中接收熱源606的熱負荷608 (600 )，經過熱傳導通道將熱負荷608傳遞到裝在熱沉基底上的散熱 翅片(602)，並經過熱對流通道將熱負荷608傳遞到散熱翅片(604)。 圖7的例子類似於圖6的例子還在於，圖7的例子也包括熱源606和 熱負荷608。如上所述，根據本發明實施例的並行散發熱負荷，可以同時通過 熱傳導通道和熱對流通道實現。對於熱傳導通道，圖7的方法包括在 熱沉基底中提供熱傳導基底區(710)，對每個散熱翅片提供兩個熱傳 導翅片壁(712)。熱傳導基底區的一個例子可以包括參考圖4所示的 熱傳導基底區。熱傳導翅片壁的例子可以包括參考圖l和4所示的熱 傳導翅片壁。在圖7的方法中，經過熱傳導通道將熱負荷608傳遞到裝在熱沉 基底上的散熱翅片(602)，包括經過熱傳導基底區和熱傳導翅片壁將
熱負荷傳遞到散熱翅片(714)。經過熱傳導基底區和熱傳導翅片壁將 熱負荷傳遞到散熱翅片(714)，即使在並行熱對流通道受阻時，也能 有利地將熱負荷傳遞到散熱翅片，將熱負荷散失。對於熱對流通道，圖7的方法還包括在熱沉基底內提供能流過熱 傳遞物質的熱基底槽(700)。熱基底槽的一個例子包括參考圖l所述 的熱基底槽。圖7的方法還包括在每個散熱翅片內提供能夠流過熱傳遞物質的 熱翅片槽(702 )。熱翅片槽的一個例子包括參考圖1所述的熱翅片槽。圖7的方法還包括在熱基底槽和熱翅片槽內提供熱傳遞物質 (704)。如上所述，熱傳遞物質是一種導熱流體，例如液體金屬或 3MTM開發的全氟化物液體族， 一般稱為FhiorinertTM。在圖7的例子 中，熱傳遞物質實施為液體金屬，例如，鎵、銦和錫的液體合金。在圖7的方法中，在熱沉基底中接收熱源606的熱負荷608(600) 包括將熱負荷接收在熱傳遞物質中(706)。將熱負荷接收在熱傳遞物 質中(706 )可以通過由熱傳導將熱負荷608傳遞到熱傳遞物質中實現。在圖7的方法中，經過熱對流通道將熱負荷608傳遞到散熱翅片 (604)包括經過熱基底槽和熱翅片槽將熱傳遞物質從熱沉基底傳遞到 散熱翅片(708)。經過熱基底槽和熱翅片槽將熱傳遞物質從熱沉基底 傳遞到散熱翅片(708 )可以通過熱傳遞物質泵將熱傳遞物質從熱沉基 底經過熱基底槽和熱翅片槽抽送到散熱翅片實現。在圖7的例子中， 熱傳遞物質泵可以實施為電磁泵。需要注意的是，熱基底槽和熱翅片槽可以設計成經過熱沉基底和 散熱翅片的環。在這種結構中，根據圖7的方法，經過熱對流通道將 熱負荷608傳遞到散熱翅片(604)，可以由熱傳遞物質泵將熱傳遞物 質循環經過所述環實現。如上所述，下面參考附圖描述根據本發明實施例的、對流散發熱 負荷的典型方法。為了進一步解釋，圖8是表示根據本發明實施例的、 對流散發熱負荷的一種典型方法的流程圖。圖8的方法包括提供經過熱沉基底和裝在基底上的多個翅片的熱
對流通道804 (800)。熱對流通道804是經過熱沉液體部分的通道， 用於使熱負荷從熱沉基底流到散熱翅片。熱對流通道的一個例子可以 包括上面參考圖l和4所述的熱對流通道環。根據圖8的方法，提供 經過熱沉基底和裝在基底上的多個翅片的熱對流通道804 ( 800 )可以 通過在熱沉基底中提供能使熱傳遞物質流過的熱基底槽，以及在每個 散熱翅片內提供能使熱傳遞物質流過的熱翅片槽實現，如下面參考圖 9的描述。圖8的方法還包括使含有熱負荷的熱傳遞物質806流過熱對流通 道804 (802)。如上所述，熱傳遞物質(806)是一種熱傳導流體，例 如，液體金屬或3MTM開發的全氟化物液體族，一般稱為FhiorinertTM。 在圖8的例子中，熱傳遞物質實施為液體金屬，例如，鎵、銦和錫的 液體合金。根據圖8的方法，使含有熱負荷的熱傳遞物質806流過熱 對流通道804 (802)，可以通過使熱傳遞物質806流過熱基底槽和熱翅片槽實現，或者通過由熱傳遞物質泵將熱傳遞物質循環經過環實現， 如下面參考圖9和IO所述的。如上所述，使含有熱負荷的熱傳遞物質流過熱對流通道，可以通 過使熱傳遞物質流過熱基底槽和熱翅片槽實現。因此，為了進一步解 釋，圖9是表示根據本發明實施例的、對流散發熱負荷的另一個典型 方法的流程圖，其中包括使熱傳遞物質806流過熱基底槽和熱翅片槽 (904 )o圖9的方法類似於圖8的方法。即，圖9的方法類似於圖8的方 法在於圖9的方法包括提供經過熱沉基底和裝在基底上的多個翅片的 熱對流通道804 (800)，並且使含有熱負荷的熱傳遞物質806流過熱 對流通道(802)。圖9的例子類似於圖8的例子還在於，圖9的例子 包括熱對流通道804和熱傳遞物質806。在圖9的例子中，熱傳遞物 質實施為液體金屬，例如，鎵、銦和錫的液體合金。圖9的方法與圖8的方法不同在於，根據圖9的方法提供經過熱 沉基底和裝在基底上的多個翅片的熱對流通道804 (800)，包括在熱 沉基底中提供能流過熱傳遞物質806的熱基底槽(卯0)。熱基底槽的
一個例子可以包括上面參考圖l所述的熱基底槽。在圖9的方法中，提供經過熱沉基底和裝在基底上的多個翅片的 熱對流通道804 (800)包括在每個散熱翅片內提供能流過熱傳遞物質 806的熱翅片槽(902)。熱翅片槽的一個例子可以包括上面參考圖1 所述的熱翅片槽。在圖9的方法中，使含有熱負荷的熱傳遞物質806流過熱對流通 道(802)包括使熱傳遞物質806流過熱基底槽和熱翅片槽(904)。使 熱傳遞物質806流過熱基底槽和熱翅片槽(904 )可以通過利用熱傳遞 物質泵抽送熱傳遞物質806經過熱基底槽和熱翅片槽實現。在圖9的 例子中，熱傳遞物質泵可以實施為電磁泵。上面需要注意的是，熱基底槽和熱翅片槽可以設計成經過熱沉基 底和散熱翅片的熱對流通道環。上面還需要注意的是，熱傳遞物質流 過所述環的速率影響熱沉的總熱阻。由於熱沉的總熱阻影響安裝熱沉 的熱源的溫度，因此控制熱傳遞物質流過所述環的速率可以用於控制 熱源的溫度。當溫度升高時，可以增大熱傳遞物質流過所述環的速率， 以便冷卻熱源。為了進一步解釋，圖IO是表示根據本發明實施例的、 對流散發熱負荷的另一個典型方法，其中包括根據測量的熱負荷1006 利用熱傳遞物質泵使熱傳遞物質806循環經過環1010。圖10的方法類似於圖9的方法。即，圖10的方法類似於圖9的 方法在於圖10的方法包括提供經過熱沉基底和裝在基底上的多個翅 片的熱對流通道804(800),在熱沉基底內提供能流過熱傳遞物質806 的熱基底槽(900)，在每個散熱翅片內提供能流過熱傳遞物質806的 熱翅片槽(902 )，並使含有熱負荷1004的熱傳遞物質806流過熱對流 通道(802)。圖10的熱傳遞物質806代表熱傳導流體，例如，液體金 屬或3MTM開發的全氟化物液體族， 一般稱為FlUorinertTM。圖10的能。圖10的方法與圖9的方法的不同在於，圖10的方法包括測量熱 負荷1004 ( 1000)。測量的熱負荷1006代表熱負荷的測量值，例如代表熱能的電壓信號。根據圖10的方法，測量熱負荷1004 ( 1000)可 以通過利用傳感器提供的電壓信號識別熱負荷的熱能實現，其中傳感 器可以是，例如，熱敏電阻。在圖10的方法中，使含有熱負荷的熱傳遞物質806流過熱對流通道環1010 (1002 )。熱對流通道環1010是由經過熱沉的熱基底槽和熱 翅片槽形成的環，用於將熱傳遞物質從熱沉基底傳遞到散熱翅片。在 圖10的方法中，利用熱傳遞物質泵使熱傳遞物質循環經過環1010 (1002)，包括根據測量的熱負荷1006利用熱傳遞物質泵使熱傳遞物 質806循環經過環1010 (1008)。才艮據測量的熱負荷1006利用熱傳遞 物質泵使熱傳遞物質806循環經過環1010 ( 1008)，可以根據測量的 熱負荷1006通過為熱傳遞物質泵提供電壓信號實現。從上面的描述應該理解的是，在不偏離本發明真實精神的情況下， 可以對本發明的實施例做出不同的修改和變化。本說明書中的描述僅 僅是用於解釋的目的，而不是構成本發明的限制。本發明的範圍僅僅 由權利要求的內容限制。
權利要求
1.一種散發熱負荷的熱沉，所述熱沉包括熱沉基底，所述熱沉基底在熱沉基底內具有熱基底槽，所述熱沉基底能從熱源接收熱負荷；裝在所述熱沉基底上的散熱翅片，每個散熱翅片在散熱翅片內具有熱翅片槽；以及在所述熱基底槽和所述熱翅片槽內的熱傳遞物質，所述熱傳遞物質能將熱負荷從所述熱沉基底傳遞到所述散熱翅片。
2. 根據權利要求1所述的熱沉，其特徵在於述散熱翅片的環；以及所述熱沉基底還包括能將所述熱傳遞物質循環經過所述環的熱傳 遞物質泵。
3. 根據權利要求2所述的熱沉，其特徵在於 所述熱傳遞物質是液體金屬；以及 所述熱傳遞物質泵是電磁泵。
4. 根據權利要求2所述的熱沉，還包括泵調節器，所述泵調節器 能根據熱負荷測量值控制所述熱傳遞物質泵。
5. 根據權利要求l所述的熱沉，其特徵在於所述熱基底槽的至少 一部分處於與所述熱源相鄰的所述熱沉基底內。
6. 根據權利要求l所述的熱沉，其特徵在於每個熱翅片槽的至少 一部分延伸到所述散熱翅片與所述熱沉基底相對的末端。
7. 根據權利要求l所述的熱沉，其特徵在於所述熱沉基底還包括 與所述熱源相鄰的並與所述熱基底槽相鄰的熱分配板。
8. 根據權利要求1所述的熱沉，其特徵在於所述熱沉基底還包括 基底入口，所述基底入口能將所述熱傳遞物質從所述散熱翅片之一接收到所述熱基底槽中；以及基底出口 ，所述基底出口能將所述熱傳遞物質從所述熱基底槽排到所述散熱翅片之一中。
9. 根據權利要求1所述的熱沉，其特徵在於所述熱沉基底還包括 翅片安裝板，所述翅片安裝板形成安裝所述散熱翅片的表面，所述翅片安裝板具有熱板槽，能使所述熱傳遞物質從一個散熱翅片流到 另一個散熱翅片。
10. 根據權利要求1所述的熱沉，其特徵在於每個散熱翅片還包括翅片入口，所述翅片入口能將所述熱傳遞物質從所述熱沉基底中 接收到所述熱翅片槽中以及翅片出口 ，所述翅片出口能將所述熱傳遞物質從所述熱翅片槽排 到所述熱沉基底。
11. 一種並行散發熱負荷的方法，所述方法包括 在熱沉基底中接收熱源的熱負荷；經過熱傳導通道將所述熱負荷傳遞到裝在所述熱沉基底上的散熱 翅片；以及經過熱對流通道將所述熱負荷傳遞到所述散熱翅片。
12. 根據權利要求11所述的方法，還包括 在所述熱沉基底中提供能流過所述熱傳遞物質的熱基底槽； 在每個散熱翅片內提供能流過所述熱傳遞物質的熱翅片槽；以及 在所述熱基底槽和所述熱翅片槽內提供熱傳遞物質； 其特徵在於在熱沉基底中接收熱源的熱負荷還包括在所述熱傳遞物質中接收所述熱負荷；以及並且經過所述熱對流通道將所述熱負荷傳遞到所述散熱翅片還包 括經過所述熱基底槽和所述熱翅片槽將所述熱傳遞物質從所述熱沉基 底傳遞到所述散熱翅片。
13. 根據權利要求12所述的方法，其特徵在於述散熱翅片的環；以及 用熱傳遞物質泵將所述熱傳遞物質經過所述環循環。
14. 根據權利要求13所述的方法，其特徵在於 所述熱傳遞物質是液體金屬；以及 所述熱傳遞物質泵是電磁泵。
15. 根據權利要求11所述的方法，還包括 在所述熱沉基底中提供熱傳導基底區；以及 為每個散熱翅片提供兩個熱傳導翅片壁；沉基底上的散熱翅片還包括經過所述熱傳導基底區和所述熱傳導翅片 壁將所述熱負荷傳遞到所述散熱翅片。
16. —種對流散發熱負荷的方法，所述方法包括 提供經過熱沉基底和裝在基底上的多個翅片的熱對流通道；以及 使含有熱負荷的熱傳遞物質流過所述熱對流通道。
17. 根據權利要求16所述的方法，其特徵在於 提供經過熱沉基底和裝在基底上的多個翅片的熱對流通道還包括:在所述熱沉基底內提供能流過所述熱傳遞物質的熱基底槽；以及 在每個散熱翅片內提供能流過所述熱傳遞物質的熱翅片槽；以及物質流過所述熱基底槽和所述熱翅片槽。
18. 根據權利要求17所述的方法，其特徵在於述散熱翅片的環；以及使含有熱負荷的熱傳遞物質流過所述熱對流通道還包括利用熱傳 遞物質泵循環所述熱傳遞物質經過所述環。
19. 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於 所述熱傳遞物質是液體金屬；以及 所述熱傳遞物質泵是電磁泵。
20. 根據權利要求18所述的方法，還包括 測量所述熱負荷；其特徵在於利用熱傳遞物質泵循環熱傳遞物質經過所述環還包括 根據測量的熱負荷利用熱傳遞物質泵使所述熱傳遞物質循環經過所述 環。
全文摘要
本發明涉及散發熱負荷的熱沉，包括熱沉基底，所述熱沉基底具有在熱沉基底內的熱基底槽，熱沉基底能接收熱源的熱負荷；裝在熱沉基底上的散熱翅片，每個散熱翅片具有在散熱翅片內的熱翅片槽；以及在熱基底槽和熱翅片槽內的熱傳遞物質，所述熱傳遞物質能將熱負荷從熱沉基底傳遞到散熱翅片。本發明還涉及並行散發熱負荷的方法，包括在熱沉基底中接收熱源的熱負荷，將熱負荷經過熱傳導通道傳遞到裝在熱沉基底上的散熱翅片，以及經過熱對流通道將熱負荷傳遞到散熱翅片。
文檔編號G06F1/20GK101119624SQ20071011003
公開日2008年2月6日 申請日期2007年6月12日 優先權日2006年8月2日
發明者C·M·休特納, D·A·吉利蘭 申請人:國際商業機器公司