CN101193545A - 折叠散热器和存储器模块 - Google Patents

Abstract

一种用于冷却生热器件的折叠散热器。该折叠散热器包括具有第一端和第二端的基本上平坦的基部。该基部被设计为以热接触的方式附着到一个或多个生热器件的基本上平坦的暴露表面。该折叠散热器还包括两个各自具有近端和远端的肩状物。肩状物的近端从基部的第一端和第二端基本上以直角伸出。该折叠散热器还包括两个各自具有近端和远端的臂状物。臂状物的近端从肩状物的远端基本上以直角伸出，使得所述基部、肩状物和臂状物形成由连续金属片材制成的几乎闭合的矩形管。

Description

折叠散热器和存储器模块

技术领域

本发明总的涉及冷却组件，具体地涉及用于冷却严密封装的生热器件的折叠片状金属散热器。

背景技术

在高性能计算机器中采用的现代存储系统通常由一个或多个动态随机存取存储器(DRAM)器件组成，这些器件通过一个或多个存储器控制元件连接到一个或多个处理器。总计算机系统性能受到该计算机结构的每个关键元件的影响，包括(多个)处理器的性能/结构、任何高速缓存的性能/结构、(多个)输入/输出(I/O)系统的性能/结构、(多个)存储器控制功能的效率、(多个)主存储器的效率和(多个)存储器互联接口的类型和结构。

在发展的基础上，工业上投入了很大的研究和开发精力来产生通过改善存储器系统/子系统设计和/或结构来最大化总系统性能和密度的改进和/或创新的解决方案。此外，高度可用的系统还提出涉及总系统可靠性的挑战，因为顾客期望新的计算机系统具有明显改善的故障间平均时间(MTBF)，而且提供附加功能、更高的性能、更大的存储空间、更低的运行成本、简化的升级和更小的环境影响(如空间、能量和冷却)。

图1涉及授予Dell等并与此共同转让的美国专利5513135，并描述了早期的同步存储器模块。图1所示的存储器模块是双嵌入式(in-line)存储器模块(DIMM)。该模块包括同步DRAM 108、缓冲器件112、优化的插脚和互连以及用于帮助高性能运行的电容去耦方法。该专利还描述了在该模块上时钟重驱动的使用，其中利用诸如锁相环(PLL)的器件。

图2涉及授予Dell等并与此共同转让的美国专利6173382，并且描述了一种计算机系统210，该系统包括通过总线240直接(即点到点)连接到存储器控制器214的同步存储器模块220，还包括用于缓冲器、寄存器或者其它作用于从存储器控制器214接收的地址、数据和控制信息的逻辑电路224(例如专用集成电路“ASIC”)。存储器模块220可以编程为利用独立的总线如内部集成电路(I2C)控制总线234在多个可选择或可编程模式下运行，或者作为存储器初始化过程的一部分或者在正常运行期间运行。在用于需要直接连接到存储器控制器的不止单个存储器模块的应用中时，该专利申明所产生的短线(stub)可以通过使用用于将模块与总线断开电连接的场效应晶体管(FET)开关来降至最小。

与美国专利5513135相关，美国专利6173382还演示了将所有限定功能(地址、命令、数据、存在性检测等)集成在单个器件中的功能。功能的集成一种普通的工业应用，其可由工艺改进实现并且在这种情况下实现附加的模块密度和/或功能。

图3根据授予Grundon等并与此共同转让的美国专利6510100描绘了存储器系统310的简化图和描述，该存储器系统在一个传统的多点短线总线上包括多达4个寄存DIMM 340。该子系统包括存储器控制器320、外部时钟缓冲器330、寄存DIMM 340、地址总线350、控制总线360和数据总线370，其中在地址总线350和数据总线370上具有端接器395。尽管在图3中仅示出一个存储器信道，用这些模块制造的系统通常包括多于一个与存储器控制器分立的存储器信道，其中每个存储器信道单独地(如果模块中构成(populate)一个信道)或者并行地(如果模块中构成两个或多个信道)运行以实现期望的系统功能和/或性能。

图4根据授予Bonella等人的美国专利6587912描绘了一种同步存储器模块410和系统结构，其中转发器集线器420包括地址、命令和数据通过总线向421和422局部存储器件401和402的局部重驱动；局部时钟的产生(如在其它附图和专利文字中所述)；以及合适的存储器接口信号通过总线400到系统中下一个模块或部件的重驱动。

从现有技术中看出，计算机和存储器工业持续地追求利用工艺改进(例如更大的电路密度和更小的电路功率)、存储器子系统中更多的功能(通过同样的因素实现)以及交替的总线结构来最大化总系统性能和存储器子系统值。但是，更大存储器子系统性能和功能以及集线器和很多外部DRAM器件的集成和使用的结果之一就是DIMM上产生的热量的增加。实际上，当今的存储器DIMM具有大部分延伸到DIMM的整个表面的散热器。但是由于诸如对热流性质的不完全理解的因素，目前的散热器典型地还没有得到优化。因此，可能出现这种一个或多个器件的过热，从而由于DRAM器件的过分泄漏而导致过度的误差，而且也导致更慢的晶体管开关时间，而这又会导致数据干扰。此外，观察到集线器芯片(也称为集线器，缓冲器芯片或缓冲器)和DRAM中的泄漏电流随着温度而增加，从而这些器件由于不足的冷却而吸收更多的功率，并导致更高的温度。更高的温度还可能增大腐蚀、金属疲劳和其它最终会导致存储器DIMM故障并可能丢失数据的物理过程的速率。

因此，需要改进散热器设置，使之能够降低集线器芯片和DRAM的温度。这种改进的设计在理想情况下应当允许DIMM之间的间隔减小，并且不能剧烈增加通过散热器下降的空气压力。通过提供更低的DRAM和集线器芯片温度而达到的解决方案会降低DIMM故障率、泄漏功率，并因此降低系统级冷却要求。由于上述所有原因，这种解决方案将降低系统成本。附加利益更大的运行和测试余地。

发明内容

实施例包括一种用于冷却生热器件的折叠散热器。该折叠散热器包括具有第一端和第二端的基本上平坦的基部(base)。该基部被设计为以热接触的方式附着到一个或多个生热器件的基本上平坦的暴露表面。该折叠散热器还包括两个各自具有近端和远端的肩状物(shoulder)。肩状物的近端从基部的第一端和第二端基本上以直角伸出(project)。该折叠散热器还包括两个各自具有近端和远端的臂状物(arm)。臂状物的近端从肩状物的远端基本上以直角伸出，使得基部、肩状物和臂状物形成由连续金属片材制成的几乎闭合的矩形管。

实施例还包括一种具有一个或多个生热器件的组件，每个生热器件具有基本上平坦的暴露表面。该组件还包括由连续金属片材形成的折叠散热器，用于冷却生热器件。该折叠散热器包括具有第一端和第二端的基部。该基部基本上平行于一个或多个生热器件的基本上平坦的暴露表面放置。基部以热接触的方式附着到一个或多个生热器件的基本上平坦的表面。该折叠散热器还包括两个各自具有近端和远端的肩状物。肩状物的近端从基部的第一端和第二端基本上以直角伸出。折叠散热器还包括两个各自具有近端和远端的臂状物。臂状物的近端从肩状物的远端基本上以直角伸出，使得基部、肩状物和臂状物形成几乎闭合的矩形管。

实施例还包括一种具有一个或多个生热器件的存储器模块，每个生热器件具有基本上平坦的暴露表面。该生热器件包括集线器件和一个或多个存储器件。该存储器模块还包括由连续金属片材形成的折叠散热器，用于冷却生热器件。该折叠散热器包括具有第一端和第二端的基部。该基部基本上平行于一个或多个生热器件的基本上平坦的暴露表面放置。基部以热接触的方式附着到一个或多个生热器件的基本上平坦的表面。该折叠散热器还包括两个各自具有近端和远端的肩状物。肩状物的近端从基部的第一端和第二端基本上以直角伸出。折叠散热器还包括两个各自具有近端和远端的臂状物。臂状物的近端从肩状物的远端基本上以直角伸出，使得基部、肩状物和臂状物形成几乎闭合的矩形管。

其它实施例包括一种用于冷却生热器件的折叠散热器。该折叠散热器包括基本上平坦的基部，该基部被设计为以热接触的方式附着到生热器件的基本上平坦的暴露表面。该折叠散热器还包括多个与基部接触的皱褶以形成闭合的气流通道。每个皱褶包括上升部、顶部、下降部和底部。上升部具有近端和远端。上升部的近端从基部基本上以直角伸出。顶部具有近端和远端，其中顶部的近端从上升部的远端基本上以直角伸出。下降部具有近端和远端，其中下降部的近端从顶部的远端基本上以直角伸出，并且延伸到基部。平行于基部并与基部接触的底部具有近端和远端，其中底部的近端从下降部的远端基本上以直角伸出。底部的远端与下一个上升部的近端接触。折叠散热器由连续的金属片材形成。

在浏览以下附图和详细说明时，按照实施例的其它系统、方法和/或计算机程序产品对本领域的技术人员将显而易见。所有这样的附加系统、方法和/或计算机程序产品都包括在该说明中，包括在本发明的范围内，而且由所附权利要求保护。

附图说明

下面参照附图，其中在若干附图中，相似的元件被类似地标注：

图1示出示例性的早期同步存储器模块；

图2示出具有直接连接到存储器控制器的全缓冲同步存储器模块的示例性计算机系统；

图3示出示例性存储器系统，示出具有一个传统的多点短线总线；

图4示出全缓冲同步存储器模块和系统结构，其中该全缓冲同步存储器模块包括转发器功能；

图5A和5B示出示例性存储器模块的正视图和后视图；

图6示出示例性存储器模块，其包括附着到位于该模块上的缓冲器的鳍片式散热器；

图7A、7B、7C示出采用扁平散热器的示例性冷却设置；

图8A、8B、8C示出采用附着到模块上所有主要部件的鳍片式散热器的示例性冷却设置；

图9A、9B、9C示出可以由本发明的示例性实施例实现的折叠散热器冷却设置；

图10A和10B示出可由示例性实施例实现的折叠散热器和安装工具；

图11A和11B示出示例性鳍片式散热器冷却设置和示例性折叠散热器冷却设置；

图12-17是将示例性鳍片式散热器和示例性折叠散热器的效率相比较的图表；

图18示出可由示例性实施例实现的折叠散热器；

图19A、19B、19C示出可以由示例性实施例实现的折叠散热器冷却设置；

图20A、20B、20C示出包括鳍片式散热器和折叠散热器的散热器冷却设置；

图21示出可由示例性实施例实现的折叠散热器；

图22示出可由示例性实施例实现的折叠散热器；

图23示出可由示例性实施例实现的折叠散热器；

图24示出可由示例性实施例实现的折叠散热器安装工具；

图25示出可由示例性实施例实现的折叠散热器；

图26A和26B示出扁平和示例性折叠的散热器与具有暴露的带电金属焊点的表面装配电容器的关系；

图27和28是将示例性折叠散热器和鳍片式散热器的效率相比较的图表；

图29-33示出模拟示例性散热器的冷却效果的结果。

具体实施方式

示例性实施例是针对制造经济并降低严密封装的生热器件的运行温度的折叠片状金属散热器。示例性实施例总的涉及必须冷却严密封装在一起的生热器件的系统或组件。这种组件的一个重要的商业例子就是用于计算机的存储器系统，其中多个双嵌入存储器模块(DIMM)必须严密封装在一起，而且每个DIMM携带多个生热存储器件如动态随机存取存储器(DRAM)芯片以及可能的生热集线器芯片、时钟芯片或其它有源器件。因此，下面描述的实施例采用DIMM模块作为例子以说明本发明，但是应当理解本发明还可用于其它存储器以及非存储器应用。其它可以采用示例性实施例的存储器组件的例子包括存储器模块如SIMM(单嵌入式存储器模块)、TRIMM(三嵌入式存储器模块)、QUIMM(四嵌入式存储器模块)以及其它根据系统物理和环境需要具有很宽的长度、宽度和厚度范围的存储器组件。非存储器组件可以包括处理器、通信、适配器和其它I/O(输入/输出)卡，它们可以包括附着于该组件的全部或一部分的实施例)。示例性实施例还可以用于子系统或系统环境内的一个或多个分立器件，作为用于最小化来自生热器件如处理器、缓冲器、集线器、接口器件、存储器件或其它在示例性实施例提供最佳成本/性能的环境中运行的集成器件的热传输的手段。

示例性实施例包括简单的、廉价的折叠片状金属散热器，其可以用于降低严密间隔的存储器DIMM上的严密间隔的生热器件如DRAM、缓冲器、集线器、寄存器、PLL和其它器件的运行温度。在示例性实施例中，折叠片状金属散热器跨越多个DRAM芯片，并且可选地也跨越集线器芯片。折叠片状金属散热器除了与这些器件接触的冷却表面之外还包括附加的冷却表面。此外，折叠片状金属散热器利用本领域公知的片状金属形成操作构成，或者通过其它公知手段如浇铸或挤压构成。在此描述的示例性实施例有助于将具有热接口材料的散热器附着到要冷却的器件。

下面通过多个附图描述示例性实施例并与传统散热器比较。每个附图都有阐明空间方向的笛卡儿xyz坐标系统，因为在所有图中示出的xyz方向都是一致的。

图5A和5B示出典型DIMM的正视图和后视图。图5A和5B分别示出具有DIMM连接器502的系统电路板501的视图，在该系统电路板中插入通过保持手柄504保持在该DIMM连接器502中的DIMM电路卡503。在DIMM电路卡503的正表面505上安装着多个前DRAM506，可能还安装一个或多个集线器芯片507或集线器芯片器件。在DIMM电路卡503的后表面508上可选地安装着多个后DRAM 509。前DRAM 506和后DRAM 509都通过DIMM电路卡503内的导线连接到集线器芯片507。为了冷却DRAM(包括前DRAM 506和后DRAM509)和集线器芯片507，空气在+y方向流动。

图6示出图5A和5B的DIMM典型地如何一起严密封装在一行DIMM 610中，并且卡与卡之间的间距为Ψ。在这种布置中，集线器芯片507可以根据其功率而具有附着于其上表面的集线器芯片散热器，如鳍片式散热器611。典型的DIMM不在DRAM器件(例如前DRAM506和后DRAM 509)上采用散热器。在最新一族标准高速存储器模块，即JEDEC标准FB DIMM(全缓冲DIMM)中可能存在例外，该存储器模块在某些情况下消耗足够的能量来要求在DRAM器件上设置散热器。

在试图满足该FB-DIMM要求时，可以采用具有扁平散热器712的冷却设置，如图7A、7B、7C所示的3个视图。扁平散热器冷却设置712使用在整个DIMM电路卡503上延伸的扁平散热器713作为单一的U形薄层，其第一部分714用作前DRAM 506和集线器芯片507(如图5和6所示)的散热器，第二部分715用作后DRAM 509的散热器。可替换地，这种扁平散热器713可由两部分构成，一部分在DIMM电路卡503的正面，一部分在DIMM电路卡503的背面。工业上关心的一个涉及图7A、7B、7C的冷却设置的问题与直接在未安装更大器件如DRAM、集线器、PLL或其它部件的区域上的扁平散热器713的变形有关。在变形，例如由操作、插入或移出模块(例如DIMM电路卡503)期间施加的物理压力造成的变形发生时，扁平散热器713的底部可以接触具有不同电压电位的一个或多个导电表面一从而导致不期望的导电路径和对部件、模块或系统潜在损坏。

如图8A、8B、8C所示，另一个鳍片式散热器冷却设置816采用4个传统的鳍片式散热器，包括集线器芯片鳍片式散热器817，两个前DRAM鳍片式散热器818和一个后DRAM鳍片式散热器819。每个鳍片式散热器一通常通过挤压形成一包括鳍片式散热器基部820和一系列鳍片821。

与扁平散热器冷却设置712和鳍片式散热器冷却设置816相比，本发明的示例性实施例针对诸如图9A、9B、9C示出的一个折叠散热器冷却设置922。在每个DIMM电路卡503上，前折叠散热器923冷却组装在DIMM电路卡503的正表面505上的前DRAM 506和集线器芯片507，后折叠散热器924冷却组装在DIMM电路卡503的后表面508上的后DRAM 509。前折叠散热器923和后折叠散热器924都是由一片折叠片状金属(例如铜或铝)制成。

如图10A所示，后折叠散热器924的示例性实施例包括5个折叠片状金属段：基部1025，两个肩状物1026，两个臂状物1027。臂状物1027的远端彼此面对并且隔开一个小的间隙g。在散热器安装过程中，当散热器的基部1025附着到生热器件(例如通过粘附层)时，间隙g用于插入用于施加达到具有最小热阻抗的较薄的粘附层所需要的法向力的工具1028(例如形状类似橡胶扫帚)。工具1028包括施加法向力的圆柱形力施加棒1029，连接到该力施加棒的压杆1030，其矩形横截面的尺寸相对于间隙g设置以允许工具1028在y方向上滑动，使得法向力可以施加给折叠散热器基部1025的整个y方向长度。在替换示例性实施例中，该工具还包括用于帮助手动或自动使用工具1028的手柄1031。

如图10B所示，前折叠散热器923的示例性实施例包括基部1025、两个肩状物1026、两个臂状物1027和间隙g。在示例性实施例中，前折叠散热器923更为复杂，因为其具有3个折叠段，包括两个DRAM段1032和一个缓冲器或集线器芯片段1033。在示例性实施例中，两个DRAM段1032是共面的，但是集线器芯片段1033由于集线器芯片507具有不同于DRAM芯片的厚度而位于不同的平面。

图10B的示例性实施例包括用于冷却生热器件的折叠散热器，如前折叠散热器923。图10B中的前折叠散热器923包括基本上平坦且具有第一端和第二端的基部1025，用于以热接触的方式附着到一个或多个生热器件的基本上平坦的暴露表面。前折叠散热器923还包括两个各自具有近端和远端的肩状物1026，其中肩状物1026的近端从基部1025的第一端和第二端基本上以直角伸出。前折叠散热器923还包括各自具有近端和远端的臂状物1027。臂状物1027的近端从肩状物1026的远端基本上以直角伸出，使得基部1025、肩状物1026和臂状物1027形成由连续金属片材制成的几乎闭合(相隔一个间隙g)的矩形管。

在与传统的散热器(例如扁平散热器和鳍片式散热器)比较时，本发明包括前折叠散热器923和后折叠散热器924的示例性实施例提供更多的散热器面积暴露给冷却流体(如空气)，尤其是以较小的卡与卡之间间距Ψ。这加强了从散热器到空气的对流，但没有牺牲DIMM电路卡503上的器件或者DIMM电路卡503本身的封装密度。此外，示例性实施例提供了一个或多个生热部件(例如前DRAM 506、集线器芯片507和后DRAM 509)之间的热传导路径，以提高这些部件之间的热扩散，否则一些部件就会比另一些部件更热。此外，前折叠散热器923和后折叠散热器924的示例性实施例实现散热器制造和附着的廉价手段。示例性实施例还允许在散热器附着过程中在涂敷于散热器和生热部件之间的粘附层上施加压缩力，以保证产生低导热阻抗所要求的良好的粘附性，并由此达到生热部件(例如前DRAM 506、集线器芯片507和后DRAM 509)更低的温度。

扁平散热器冷却设置712和鳍片式散热器冷却设置816没有提供象如图9所示的本发明示例性实施例那么多的暴露给冷却流体的散热器面积。如图9所示的示例性实施例如折叠散热器冷却设置922大致具有3倍于包含在扁平散热器冷却设置712中的湿润面积(wetted area)。鳍片式散热器如818和819通常在达到最大湿润面积方面非常有效。实际上，当卡与卡之间的间距Ψ大时，鳍片式散热器冷却设置816可以提供比折叠散热器冷却设置922更优的冷却。

但是，如果卡与卡之间的间距Ψ变小，则鳍片式散热器基部820的厚度(例如通过图11A中的尺寸“b”表示)变成可得到的总x空间的可观部分，从而导致在给出可观湿润面积方面非常不利的很短的鳍片821。此外，传统鳍片式散热器的厚鳍片式散热器基部820减小了可供冷却流体使用的空间，从而导致通过散热器的不必要的压力降低。尽管较薄的鳍片式散热器基部820是更好的热性能所期望的，制造鳍片式散热器的经济制造过程，如挤压，通常也不能达到比1.0mm更薄的鳍片式散热器基部820。此外，这样的制造过程通常也不能达到厚度小于约0.5mm的散热器鳍片821，从而更多的气流空间浪费在不必要的厚鳍片821上。

相反，可用于形成本发明的折叠散热器922(例如包括前折叠散热器923和后折叠散热器924)示例性实施例的片状金属很容易在小到0.01mm的很宽的厚度范围内获得，从而折叠散热器不需要在x方向上在不必要厚的基部1025、肩状物1026或臂状物1027上浪费空间。在折叠散热器的示例性实施例中，金属只需要厚到足以有效地将热量从基部1025传导给臂状物1027而不会妨碍对流。因此，对于较小的卡与卡之间的间距Ψ，本发明折叠散热器的示例性实施例提供明显更大的湿润面积和更大的气流面积，由此降低了对流热阻抗并降低了压力降，这两者都会导致生热器件如DRAM和集线器芯片507更低的温度。

比较鳍片式散热器和折叠散热器的数学分析

上述对于传统鳍片式散热器和本发明折叠散热器的示例性实施例的相对冷却能力的观察将在下面的数学分析中得到量化，该数学分析具体指明这样的参数范围，在该参数范围中折叠散热器的示例性实施例具有优于鳍片式散热器的热性能。下面的分析将图11A所示的鳍片式散热器冷却设置816与图11B所示的折叠散热器冷却设置922相比较，后者是本发明的示例性实施例。

图11B的示例性实施例包括具有一个或多个生热器件1134、1139的组件，每个生热器件都具有基本上平坦的暴露表面。该组件还包括折叠散热器如第一折叠散热器1144(或第二折叠散热器1145)，其由连续片状金属形成，用于冷却生热器件1134。第一折叠散热器1144包括具有第一端和第二端的基部1146。基部1146基本上与一个或多个生热器件1134的基本上平坦的暴露表面平行。基部1146以热接触的方式附着到一个或多个生热器件1134的基本上平坦的表面上。第一折叠散热器1144还包括两个各自具有近端和远端的肩状物1147。肩状物1147的近端从基部1146的第一端和第二端基本上以直角伸出。第一折叠散热器1144还包括两个各自具有近端和远端的臂状物1148。臂状物1148的近端从肩状物1147的远端基本上以直角伸出，使得基部1146、肩状物1147和臂状物1148形成几乎闭合(相隔一个间隙g)的矩形管。在示例性实施例中，该组件是存储器模块(例如DIMM电路卡503)，生热器件1134、1139包括集线器芯片507(或集线器)以及一个或多个DRAM 506、509(或存储器件)，如图5A和5B所示的配置。

参照图11A和附随的xz笛卡儿坐标系统，鳍片式散热器冷却设置816包括位于第一电路卡1135(例如DIMM电路卡503)的+x面上的第一生热器件1134(例如DRAM)，该第一生热器件传统地利用第一鳍片式散热器1136进行空气冷却，该第一鳍片式散热器1136的基部1137在x方向上具有厚度b，在y方向上具有总高度H，其鳍片1138分别具具有鳍片厚度f并且沿着z方向以鳍片与鳍片之间的间距λ相互间隔。因此，安装在第一鳍片式散热器1136上的鳍片1138的数量N是

$N=\frac{H-f}{\mathrm{\λ}}+1---\left(1\right)$

其中f和λ必须选择成要为N产生整数值。

鳍片式散热器冷却设置816还包括位于第二电路卡1140的-x面上并通过在各方面都与第一鳍片式散热器1136相同的第二鳍片式散热器1141冷却的第二生热器件1139，使得第一鳍片式散热器1136的鳍片末梢1142面向第二鳍片式散热器1141的鳍片末梢1143，而且在它们之间具有小的间隙c，从而导致两个散热器1136和1141在x方向上占据总宽度W。

图11B示出本发明包括折叠散热器冷却设置922的示例性实施例。图11B包括类似于鳍片式散热器冷却设置816中的电路卡1135、1140和生热器件1134、1139，但是用第一折叠散热器1144和第二折叠散热器1145代替了传统的第一鳍片式散热器1136和第二鳍片式散热器1141。通过由厚度为t的单片片状金属制成，第一折叠散热器1144包括基部1146、两个肩状物1147和两个臂状物1148，臂状物的端部相隔间隙g。类似地，第二折叠散热器1145包括基部1149、两个肩状物1150和两个臂状物1151，臂状物的端部相隔间隙g。与图11A的鳍片式散热器类似，图11B中的折叠散热器(例如第一折叠散热器1144和第二折叠散热器1145)在y方向上受到总高度H的约束，在x方向上受到总宽度W的约束。对于折叠散热器来说，宽度W如图所示分配，使得要用于冷却流体的流动的相同间隔s存在于每个折叠散热器的基部1146、1149以及折叠散热器的臂状物1148、1151之间，其中

$s=\frac{W-4t}{3}---\left(2\right)$

以下分析的目的是要从数学上证明本发明包括折叠散热器冷却设置922的示例性实施例在冷却性能上至少在以下条件下具有优于传统鳍片式散热器冷却设置816的固有优点，这些条件是：(1)提供给两个散热器的总宽度W有限；(2)通常用于形成传统的鳍片式散热器的制造过程如挤压对基部厚度b和鳍片厚度f的值施加了更低的约束。

相等压力降判断标准

折叠散热器冷却设置922实施例和鳍片式散热器冷却设置816之间的比较仅在鳍片式散热器冷却设置816的鳍片间距λ调整为使得在冷却流体的给定总体积流速V下鳍片式散热器冷却设置816上的总压力降Δp₁与折叠散热器冷却设置922上的总压力降Δp₂匹配的情况下才有意义；也就是说，在设置相等压力降判断标准的情况下才有意义

Δp₁＝Δp₂             (3)

为简单起见，下标i＝1和i＝2用于分别表示两个散热器设置816和922，由此这些设计在下面的数学分析中被称为“设置1”和“设置2”。

对于两个散热器设置来说，总流速V假设为以在尺寸Ψ×H的整个面积上均匀的速度U₀接近散热器，其中U₀和V之间的关系是

V＝U₀ΨH                (4)

在后一个等式中，参照图11A，

Ψ＝W+w_CARD+2w_DRAM。    (5)

在示例性DIMM应用中，w_CARD＝1.27mm，w_DRAM＝1.0mm。总压力降Δp_i是表面摩擦阻力分量Δp_i，SKIN和形状阻力分量Δp_i，FORM之和

Δp_i＝Δp_i，SKIN+Δp_i，FORM，  (6)

其中表面摩擦阻力分量通过考虑经过散热器通道的长度的流量来计算，而形状阻力分量通过考虑散热器是具有一定百分比开放式区域的屏来计算的。依次考虑等式(6)右边的两项。

首先考虑Δp_i，SKIN。对于图11A中的散热器设置1来说，Δp_1，SKIN可以通过考虑经过设置1的N-1个散热器通道之一的流量来计算，如通过图11A中的点ABCD限制的。假设总体积流速V在图11A的N-1个相同通道之间平分，则每个通道的流量是

$V_1\≡\frac{V}{N-1}.---\left(7\right)$

类似地，压力降Δp_2，SKIN可以通过考虑经过设置2的3个散热器通道的流量来计算，如通过图11B中的点EFGJ所限制的。假设总体积流速V在图11B的3个相同通道之间平分，则每个通道的流量是

$V_2\≡\frac{V}{3}.---\left(8\right)$

在水力学中公知，任何流动通道的横截面的一个重要特性是其水压直径d，其定义为4倍于其面积除以周长。横截面ABCD的水压直径d₁是

$d_1=\frac{2(W-2b)(\mathrm{\λ}-f)}{(W-2b)+(\mathrm{\λ}-f)},---\left(9\right)$

横截面EFGJ的水压直径d₂是

$d_2=\frac{2s(H-2t)}{s+(H-2t)}.---\left(10\right)$

流过通道的流量的另一个公知特性是体积速度，

$U_i\≡\frac{V_i}{A_i},---\left(11\right)$

其中A_i是该通道的横截面面积。通过考察图11A和图11B，在两种情况下i＝1，2，每个通道的横截面面积是

A₁＝(λ-f)(W-2b)，    (12)

A₂＝s(H-2t).          (13)

流过通道的流量的另一个公知特性是无量纲雷诺数，

${\mathrm{Re}}_i\≡\frac{{\mathrm{\ρU}}_i{d}_i}{\mathrm{\μ}}=\frac{{\mathrm{\ρV}}_i{d}_i}{\mathrm{\μ}{A}_i},---\left(14\right)$

其中ρ是冷却流体的密度，μ是粘度。

根据这些定义，不管是在设置1还是设置2中，每单位通道长度的压力降都可以用公知形式写成

${\mathrm{\Δp}}_{i,\mathrm{SKIN}}=\left(\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{U_i}^2\right)\left(\frac{L}{d_i}\right)\left(\frac{64}{{\mathrm{Re}}_i}\right),---\left(15\right)$

其中等式(15)的最后一个因子假设Re_i≤2300(即层流)，这对很多对本发明的示例性实施例感兴趣的应用都是成立的。

下面考虑Δp_1，FORM，即由形状阻力产生的压力降。对于诸如DIMM卡阵列的非立方体(non-solid body)来说，由于形状阻力产生的压力降可以由以下公式估计：

${\mathrm{\Δp}}_{i,\mathrm{FORM}}=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρU}}_0^2\frac{{(K-{\mathrm{\θ}}_i)}^2}{{\mathrm{\θ}}_i^2},---\left(16\right)$

其中对于散热器设置i，θ_i是总横截面面积中开放部分所占的分数，K是对包括该“非立方体”的不同类型的陡峭对象来说不同的经验常数。对于圆形对象，K＝1.0；对于尖对象，K＝1.5。对于这里的数值结果，选择中间值K＝1.25。K的选择影响被视为产生与折叠散热器相同的压力降的鳍片式散热器鳍片的数量N^*。例如，在下面给出的b＝1.0mm和f＝0.50mm的数值示例中，当W＝15mm时K从1.25变为1.50将鳍片式散热器鳍片的数量减小了1，或者当W＝5mm时减小了2。对于同样的参数，当W＝15mm和W＝5mm时K从1.25变为1.50将鳍片式散热器鳍片的数量增加了1。

对于每个散热器设置，θ_i计算为在尺寸Ψ×H的矩形内的开放面积除以总面积ΨH。从图11A和11B可知，

${\mathrm{\θ}}_1=\frac{(N-1)(\mathrm{\λ}-f)(W-2b)}{\mathrm{\ΨH}},---\left(17\right)$

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{3s(H-2t)}{\mathrm{\ΨH}}.---\left(18\right)$

将等式(17)和(18)代入(16)即给出Δp_1，FORM，Δp_2，FORM。将等式(7)至(14)代入(15)即得到Δp_1，SKIN和Δp_2，SKIN。将这些值代入(3)和(6)所表示的相等压力降等式，则

Δp_1，SKIN+Δp_1，FORM＝Δp_2，SKIN+Δp_2，FORM，(19)

产生鳍片间距λ的非线性算术等式，因为(19)的左侧的两项都是λ的函数。在给定流体特性μ，ρ以及给定一组尺寸W、H、b、f、c、t和g，该等式可以通过牛顿迭代法以数值方式求解，以求出在设置1中引起与设置2中折叠散热器相同的压力降的鳍片间距值λ。

对于这样的计算，L和V也必须指定。用于对本发明示例性实施例感兴趣的、用于存储器系统并因此用于以下计算中的应用的L的典型值是L＝100mm。用于对本发明示例性实施例感兴趣的应用的V的典型值从等式(4)V＝U₀ΨH计算，其中行近流速U₀典型的是2.0到3.0m/s。在下面的计算中，采用U₀＝2.5m/s。

修改相等压力降判断标准以产生整数个鳍片

根据等式(19)选择鳍片间距λ将确保冷却设置1的压力降与设置2的压力降匹配。

但是应当记住λ实际上必须选择为在等式(1)中产生N的整数。一般来说，从等式(19)中通过牛顿迭代法获得的鳍片间距λ^*将在等式(1)中产生非整数的值N^*。因此，必须修改该数学解，以考虑最接近非整数值N^*的两个整数值N，其中根据等式(1)，

$N^{*}\≡\frac{H-f}{{\mathrm{\λ}}^{*}}+1.---\left(20\right)$

也就是说，代替N^*，我们考虑

N_A≡int(N^*)    N_B≡int(N^*)+1，    (21)

因此根据等式(1)不是考虑λ^*而是采用下面的两个鳍片间距值：

${\mathrm{\λ}}_A\≡\frac{H-f}{N_A}$ ${\mathrm{\λ}}_B\≡\frac{H-f}{N_B}.---\left(22\right)$

对应于两个鳍片间距解λ_A和λ_B，V₁有两个解。

$V_{1A}=\frac{V}{N_A-1};$ $V_{1B}=\frac{V}{N_B-1};---\left(23\right)$

水压直径d₁有两个解，

$d_{1A}=\frac{2(W-2b)({\mathrm{\λ}}_A-f)}{(W-2b)+({\mathrm{\λ}}_A-f)},$ $d_{1B}=\frac{2(W-2b)({\mathrm{\λ}}_B-f)}{(W-2b)+({\mathrm{\λ}}_B-f)};---\left(24\right)$

鳍片式散热器通道的横截面面积A₁有两个解，

A_1A＝(λ_A-f)(W-2b)，A_1B＝(λ_B-f)(W-2b)；  (25)

体积速度U₁有两个解，

$U_{1A}=\frac{V_{1A}}{A_{1A}},$ $U_{1B}=\frac{V_{1B}}{A_{1B}};---\left(26\right)$

雷诺数Re₁有两个解，

${\mathrm{Re}}_{1A}\≡\frac{{\mathrm{\ρU}}_{1A}{d}_{1A}}{\mathrm{\μ}},$ ${\mathrm{Re}}_{1B}\≡\frac{{\mathrm{\ρU}}_{1B}{d}_{1B}}{\mathrm{\μ}};---\left(27\right)$

开放面积所占的分数θ₁有两个解，

${\mathrm{\θ}}_{1A}=\frac{(N_A-1)({\mathrm{\λ}}_A-f)(W-2b)}{\mathrm{WH}},$ ${\mathrm{\θ}}_{1B}=\frac{(N_B-1)({\mathrm{\λ}}_B-f)(W-2b)}{\mathrm{WH}};---\left(28\right)$

因此压力降分量Δp_1，SKIN和Δp_1，FORM有两个解，

${\mathrm{\Δp}}_{1A,\mathrm{SKIN}}=\left(\frac{1}{2}{{\mathrm{\ρU}}_{1A}}^2\right)\left(\frac{L}{d_{1A}}\right)\left(\frac{64}{{\mathrm{Re}}_{1A}}\right),$ ${\mathrm{\Δp}}_{1B,\mathrm{SKIN}}=\left(\frac{1}{2}{{\mathrm{\ρU}}_{1B}}^2\right)\left(\frac{L}{d_{1B}}\right)\left(\frac{64}{{\mathrm{Re}}_{1B}}\right)---\left(29\right)$

${\mathrm{\Δp}}_{1A,\mathrm{FORM}}=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρU}}_0^2\frac{{(K-{\mathrm{\θ}}_{1A})}^2}{{{\mathrm{\θ}}_{1A}}^2};$ ${\mathrm{\Δp}}_{1B,\mathrm{FORM}}=\frac{1}{2}{\mathrm{\ρU}}_0^2\frac{{(K-{\mathrm{\θ}}_{1B})}^2}{{{\mathrm{\θ}}_{1B}}^2}.---\left(30\right)$

一方面，具有稍比满足相等压力降判断标准(19)更大的鳍片间距的“A”解会导致压力降Δp_1A稍低于Δp₂。另一方面，具有稍比满足相等压力降判断标准(19)更小的鳍片间距的“B”解会导致压力降Δp_1B稍低于Δp₂。也就是，

Δp_1A＜Δp₂＜Δp_1B.    (31)

换句话说，分别具有整数个鳍片N_A和N_B＝N_A+1的A和B解跨在只能通过非物理的、分数个鳍片N^*达到的理想、匹配压力的解两边。

假设无限热导率的热性能的比较

设R_i是设置i(i＝1，2)中一个散热器的对流热阻抗。在两种情况下假定散热器由具有无限热导率的材料制成(后面将取消该假设)。这样，所有的散热器表面都处于相同温度，从而设置i的对流热阻抗是

$R_i=\frac{1}{h_i{S}_i},$ i＝1，2，   (32)

其中：

S_i≡设置i中两个散热器的总湿润表面面积，    (33)

h_i≡在湿润面积A_i上平均的热传输系数。       (34)

散热器的热性能通过其对流热阻抗来测定；较低的热阻抗是较优的，因为其导致散热器所冷却的生热部件的温度更低。因此，折叠散热器设置2与鳍片式散热器设置1相比的优良指数β是

$\mathrm{\β}\≡\frac{R_1}{R_2}=\left(\frac{h_2}{h_1}\right)\left(\frac{S_2}{S_1}\right)=\frac{{\mathrm{\ΔT}}_1}{{\mathrm{\ΔT}}_2},---\left(35\right)$

其中后一个等式由于对于配置i来说从环境空气到生热器件的温度升高ΔT_i基本上直接与对流热阻抗R_i成正比而成立。

如果β＞1，则折叠散热器设置2具有优于鳍片式散热器设置1的热传输(更低的热阻抗)；如果β＜1则相反。

如果散热器通道中的流是层流，如上面结合等式(15)所假设的，则平均热传输系数之比h_i可以估计为

$h_i=1.86\left(\frac{k_{\mathrm{FLUID}}}{d_i}\right){\left(\frac{{\mathrm{Re}}_i\mathrm{Pr}}{L/d_i}\right)}^{1/3},$ i＝1，2.    (36)

其中冷却流体的一个特性-Prantdl数Pr例如对室温条件下的空气来说是0.7。因此，等式(35)中的热传输系数之比由下式给出：

$\frac{h_2}{h_1}=\frac{\frac{{\mathrm{Re}}_2^{1/3}}{d_2^{2/3}}}{\frac{{\mathrm{Re}}_1^{1/3}}{d_1^{2/3}}}=\frac{{\left(\frac{V_2}{A_2{d}_2}\right)}^{1/3}}{{\left(\frac{V_1}{A_1{d}_1}\right)}^{1/3}}=\sqrt[3]{\frac{N-1}{3}}{\left(\frac{A_1{d}_1}{A_2{d}_2}\right)}^{1/3},---\left(37\right)$

其中等式(37)中的第二个等式是从等式(14)获得的，等式(37)中的第三个等式从等式(7)和(8)获得。由此将等式(37)代入等式(35)得到

$\mathrm{\β}=\sqrt[3]{\frac{N-1}{3}}{\left(\frac{A_1{d}_1}{A_2{d}_2}\right)}^{1/3}\left(\frac{S_2}{S_1}\right).---\left(38\right)$

通过考察图11A，在传统的鳍片式散热器设置1中两个散热器的每单位流长度L的湿润表面面积S是

$\frac{S_1}{L}=2[H+N(W-2b-c)].---\left(39\right)$

类似地，通过考察图11B，在新颖的折叠散热器设置2中两个散热器的每单位流长度L的湿润面积是

$\frac{S_2}{L}=2[3H+4s-2g].---\left(40\right)$

注意，由于两个鳍片间距的解λ_A和λ_B以及对应的两个整数值N，即N_A和N_B，存在两个对应的值S₁标注为S_1A和S_1B并且定义为

$\frac{S_{1A}}{L}=2[H+N_A(W-2b-c)],---\left(41\right)$

$\frac{S_{1B}}{L}=2[H+N_B(W-2b-c)].---\left(42\right)$

由此存在优良指数β的两个解：

${\mathrm{\β}}_A=\sqrt[3]{\frac{N_A-1}{3}}{\left(\frac{A_{1A}{d}_{1A}}{A_2{d}_2}\right)}^{1/3}\left(\frac{S_2/L}{S_{1A}/L}\right),---\left(43\right)$

${\mathrm{\β}}_B=\sqrt[3]{\frac{N_B-1}{3}}{\left(\frac{A_{1B}{d}_{1B}}{A_2{d}_2}\right)}^{1/3}\left(\frac{S_2/L}{S_{1B}/L}\right).---\left(44\right)$

假设有限热导率的热性能的比较

上一节假定图11A和11B中的散热器具有无限热导率，从而产生等式(32)。对于本发明示例性实施例感兴趣的条件，即小的W，该假设对传统鳍片式散热器设置1中的第一鳍片式散热器1136和第二鳍片式散热器1141是合理的，因为散热器鳍片1138短到足以让例如由铜制成的散热器接近等温。但是，该假设对于散热器设置2的示例性实施例中的第一折叠散热器1144或第二折叠散热器1145来说不合理，因为对于典型的尺寸来说通过第一折叠散热器1144从基部1146到臂状物1148的热路径(以及类似的通过第二折叠散热器1145从基部1149到臂状物1151的热路径)比较长，从而即使散热器1144、1145由铜制成也不可能等温。

因此，对于设置2假设

S₂₁≡两个散热器的基部1142、1145的湿润面积，(45)

S₂₂≡两个散热器的臂状物1143、1146和腿状物1144、1147的湿润面积，(46)

其中通过考察图11A，每单位流长度L的湿润面积是

$\frac{S_{21}}{L}=2(H-2t),---\left(47\right)$

$\frac{S_{22}}{L}=2[2H+4s+2t-2g].---\left(48\right)$

对流热阻抗R₂可以视作并联的两个阻抗；即阻抗R₂₁与湿润面积S₂₁关联，阻抗R₂₂与湿润面积S₂₂关联。每个臂状物和毗连的肩状物都作为具有鳍片效率η的鳍片来对待，其中

$R_{22}=\frac{1}{\mathrm{\η}{h}_2{S}_{22}}.---\left(49\right)$

利用针对并联阻抗的公式，设置2中两个散热器的总热阻抗可以写成

$\frac{1}{R_2}=\frac{1}{R_{21}}+\frac{1}{R_{22}}=h_2{S}_{21}+\mathrm{\η}{h}_2{S}_{22}.---\left(50\right)$

因此，优良指数β由以下代替等式(35)的等式给出：

$\mathrm{\β}\≡\frac{R_1}{R_2}=\left(\frac{h_2}{h_1}\right)\left(\frac{S_{21}+\mathrm{\η}{S}_{22}}{S_1}\right).---\left(51\right)$

利用等式(37)和导致等式(43)和(44)的论述，上述后面两个等式在有限热导率的情况下用以下等式代替：

${\mathrm{\β}}_A=\sqrt[3]{\frac{N_A-1}{3}}{\left(\frac{A_{1A}{d}_{1A}}{A_2{d}_2}\right)}^{1/3}\left(\frac{\frac{S_{21}}{L}+\mathrm{\η}\frac{S_{22}}{L}}{\frac{S_{1A}}{L}}\right),---\left(52\right)$

${\mathrm{\β}}_B=\sqrt[3]{\frac{N_B-1}{3}}{\left(\frac{A_{1B}{d}_{1B}}{A_2{d}_2}\right)}^{1/3}\left(\frac{\frac{S_{21}}{L}+\mathrm{\η}\frac{S_{22}}{L}}{\frac{S_{1B}}{L}}\right).---\left(53\right)$

为了计算与肩状物1147和毗连臂状物1148(或者肩状物1150和毗连臂状物1151)关联的“鳍片效率η”，将每个臂状物和肩状物作为一个连续的鳍片，其具有周长

P≡2(L+t)，    (54)

横截面面积

A_cross＝Lt，    (55)

以及热流路径长度

$l=s+\frac{H-g}{2}.---\left(56\right)$

鳍片效率η的公知表达式是

$\mathrm{\η}=\frac{\tanh \mathrm{\ψ}}{\mathrm{\ψ}};$ $\mathrm{\ψ}\≡\sqrt{\frac{\mathrm{hP}}{k_{\mathrm{FIN}}{A}_{\mathrm{cross}}}}l.---\left(57\right)$

将等式(54)、(55)和(56)代入(57)，并注意h的相关值是h₂，从而产生

$\mathrm{\ψ}=\sqrt{\frac{{2h}_2(1+\frac{t}{L})}{k_{\mathrm{FIN}}t}}(s+\frac{H-g}{2}).---\left(58\right)$

将等式(36)代入等式(58)得到

$\mathrm{\ψ}=\sqrt{\left(\frac{3.72}{d_{2}t}\right)(1+\frac{t}{L})\left(\frac{k_{\mathrm{FLUID}}}{k_{\mathrm{FIN}}}\right){\left(\frac{{\mathrm{Re}}_2\mathrm{Pr}}{L/d_2}\right)}^{1/3}}(s+\frac{H-g}{2}).---\left(59\right)$

将等式(14)和(8)代入等式(59)得到：

$\mathrm{\ψ}=\sqrt{\left(\frac{2.80}{d_{2}t}\right)(1+\frac{t}{L})\left(\frac{k_{\mathrm{FULID}}}{k_{\mathrm{FIN}}}\right){\left(\frac{\mathrm{\ρVPr}}{\mathrm{\μL}}\right)}^{1/3}}(s+\frac{H-g}{2}).---\left(60\right)$

注意 $\frac{\mathrm{\ρPr}}{\mathrm{\μ}}=\frac{1}{\mathrm{\α}},$ 其中α是流体的热扩散率，从而得到：

$\mathrm{\ψ}=\sqrt{\left(\frac{2.80}{d_{2}t}\right)(1+\frac{t}{L})\left(\frac{k_{\mathrm{FULID}}}{k_{\mathrm{FIN}}}\right){\left(\frac{V}{\mathrm{\αL}}\right)}^{1/3}}(s+\frac{H-g}{2}).---\left(61\right)$

将(61)代入(57)，然后将(57)代入(52)和(53)得到根据公知量的优良指数β_A和β_B的完整解。

数值算法(有限热导率)的概述

下面是实现上述解的数值算法的概述：

步骤0：选择表现出流体特性ρ、μ、Pr和α的流体。

步骤1：选择尺寸H、f、W、b、t、c、g和L以及U₀的值。

步骤2：计算等式(2)给出的s＝(W-4t)/3。

步骤3：通过对等式(19)采用牛顿迭代法求出λ^*。

步骤4：从等式(20)计算N^*；从等式(21)计算N_A和N_B。

步骤5：从等式(22)计算鳍片间距λ_A和λ_B。

步骤6：从等式(10)和(24)计算水压直径d₂、d_1A、d_1B。

步骤7：从等式(13)和(25)计算横截面面积A₂、A_1A、A_1B。

步骤8：从等式(40)和(41)、(42)计算每单位长度的湿润面积S₂/L、S_1A/L、S_1B/L。

步骤9：从等式(60)计算Ψ。

步骤10：利用等式(57)计算设置2的鳍片效率η。

步骤11：利用步骤4中计算的N_A和N_B、步骤6中计算的水压直径值、步骤7中计算的横截面面积值、步骤8中计算的每单位长度湿润面积值以及步骤10中计算的鳍片效率η值，从等式(52)和(53)计算优良指数β_A和β_B。

数学分析的示例结果

作为示出本发明采用折叠散热器的示例性实施例的优点的上述数学分析的例子，考虑以下在上面等式中出现的各种参数的值。这些值是因为它们与典型DIMM卡的空气冷却相关而被选择的：

流体特性：

空气的热扩散率：α＝2.25×10^-5[m²/s]

冷却流体(空气)的热导率：k_FLUID＝0.026[W/mK]

粘度(空气)：μ＝18.46×10^-6[Pa-s]

密度(空气)：ρ＝1.16[kg/m³]

鳍片式散热器和折叠散热器的参数

行近流速：U₀＝2.5[m/s]

总高度：H＝38.0[mm]

总宽度W：用作图8-13的横坐标；5.0mm≤W≤15.0mm

散热器流长度：L＝100[mm]

电路卡的厚度：w_CARD＝1.27[mm]

DRAM的厚度：w_DRAM＝1.0[mm]

等式(16)中的形状阻力常量：K＝1.25[--]

鳍片式散热器的参数：

鳍片厚度f：图12-17所示的每个图中，为f＝0.50，0.75，1.00，1.25mm给出曲线。

基部厚度b：对图12和15，b＝0.75mm；对图13和16，b＝1.00mm；对图14和17，b＝1.25mm。

鳍片空隙：c＝1.0[mm]

折叠散热器的参数：

片状金属厚度：t＝0.3mm

折叠散热器间隙：g＝2.0mm

图12-14示出如等式(52)给出的、本发明示例性实施例如折叠散热器冷却设置922与传统鳍片式散热器冷却设置816比较时的优良指数β_A，其中后一种设置的每一个散热器都具有N_A≡int(N^*)个鳍片，使得通过第一鳍片式散热器1136和第二鳍片式散热器1141的压力降比通过第一折叠散热器1144和第二折叠散热器1145的压力降稍小。由此通过β_A代表的比较表明折叠散热器比较有利。

图15-17示出如等式(53)给出的的优良指数β_B，其中鳍片式散热器冷却设置816的每一个散热器都具有N_R≡int(N^*)+1个鳍片，使得通过第一鳍片式散热器1136和第二鳍片式散热器1141的压力降刚好比通过第一折叠散热器1144和第二折叠散热器1145的压力降稍大。由此通过β_B代表的比较表明鳍片式散热器比较有利。

为了解释图12-17，回想等式(35)，其表明通过图11A中的鳍片式散热器冷却的生热器件的温度上升ΔT₁是通过图11B中的折叠散热器冷却的相同器件的温度上升ΔT₂的β倍。因此，当优良指数β_A和β_B中有一个大于1时，折叠散热器冷却设置922的示例性实施例就提供比鳍片式散热器冷却设置816更好的冷却(更低的器件温度)。因此，图12-17证明本发明的折叠散热器对于被其覆盖的大多数参数空间较优，因为对横坐标W和参数b和t的大多数值来说β_A和β_B都大于1。具体地说，当散热器可用的总宽度W小时，本发明的折叠散热器特别有利，随着b和f的增加该优点变得越来越突出，因为大的b和f消耗了鳍片式散热器设置的表面面积。在通过W→2b+c定义的极限情况下，图11A中的鳍片1138的高度(x维)1/2[W-(2b+c)]接近0。在这种情况下，折叠散热器设置2(图11B)具有大致是鳍片式散热器设置3倍的湿润面积，从而很明显折叠散热器提供更佳的冷却。

图12-17证明优良指数β_A和β_B不仅是W的强函数，而且还是假设的鳍片式散热器基部厚度b和鳍片厚度f的强函数。实际上，利用图12-17中使用的参数组，稍大于b＝1.25mm的基部厚度值甚至不能使用所示出的大部分W值得到β_A和β_B的数学解，因为不能满足相等压力降判断标准(19)。在这种情况下，鳍片式散热器甚至在无限鳍片间距λ(也就是甚至N＝0个鳍片)的情况下也无法达到象折叠散热器那么低的压力降，因为甚至在没有任何鳍片的情况下，鳍片式散热器的基部本身已经遮挡了太多的面积。本发明的示例性实施例利用了用于折叠散热器的薄片状金属(在该数值示例中使用t＝0.3mm)比具有非常薄基部和鳍片的鳍片式散热器更容易得到的优点。实际上，尽管在该示例中采用的最小值f＝0.5mm精确地反映了鳍片式散热器类型的当前状态，在此采用的b的最小值(b＝0.75mm)仍小于当前现有技术中可能的值，甚至所采用的b的最大值(b＝1.25mm)也很难用低成本手段如挤压来达到。而且，不管制造上的限制如何，折叠散热器的固有形状也使得折叠散热器在W很小时优于鳍片式散热器。

图12-17所示出的宽度W的范围因为以下原因对DIMM卡的应用是合理的。W通过等式(5)与DIMM卡间距Ψ相关，其中典型的值是w_CARD＝1.27mm和w_DRAM＝1.0mm。现有技术的DIMM封装要求Ψ＝10mm或更小，因此W＝6.73mm或更小，该值接近图14-17的右手侧，在此折叠散热器是最有利的。

图12-17所示的曲线的非连续特性是必须将N_A限制为整数的结果，如上面结合等式(20)所解释的。为了量化图12-14中的非连续性，由该数学解指出的鳍片的数量N_A写在f＝0.50mm和f＝1.25mm的两条曲线的不同区段上。类似地，在图15-17中，鳍片的数量N_B＝N_A+1写在类似的两条曲线上。

在图14和17中，曲线具有奇特的形状。例如在f＝0.50的图14中，曲线非连续地下降，然后又上升，这对应于从4个鳍片(5.6≤W≤7.2)变为5个鳍片(7.3≤W≤8.1)然后又变4个鳍片(8.2≤W≤15.0)。其原因可以通过对涉及图14和图17的参数，即对不同的N_A值的Δp₁对W绘图，并且在该图上覆盖Δp₂对W的类似曲线上来理解。后一个曲线比前一个曲线更凹，因此随着W增加，Δp₂曲线首先在一个方向上与曲线Δp₁交叉，然后在另一个方向上与曲线Δp₁交叉。由于该数学解选择鳍片个数来满足等式(31)，因此这种十字交叉(criss-crossing)特性当然会产生图14和17所示的奇特结果。

折叠散热器的其它变形

图18示出示例性折叠散热器的一个变形1852，其中每一个臂状物1027都由一系列交替的缝隙1853和小片(tab)1854组成。类似的技术可用于在此描述的其它折叠散热器。每个小片1854优选以其局部冷却的DRAM上方为中心。狭窄的缝隙1853只稍微降低臂状物1027的总湿润表面面积，但是可以在小片1854的剩余表面上达到更好的对流热传输，因为在臂状物1027上流动的空气1855的边界层在每个小片1854的前缘1856重新开始，从而可能导致比没有缝隙时更高的热传输系数，虽然要以稍高的压力降为代价。

图19A、19B、19C示出示例性折叠散热器设置的变形1957，其中折叠散热器冷却设置922中的前折叠散热器923和后折叠散热器924被冷却DIMM电路卡503上生热器件的各种更小的子集的分段散热器所代替。具体地说，前折叠散热器923被两个前DRAM折叠散热器1958和一个集线器芯片折叠散热器1959所代替。类似地，后折叠散热器924被两个后DRAM折叠散热器1960所代替。在DIMM电路卡503的前面，该分段散热器结构的优点是双重的：首先集线器芯片507可以在故障情况下被单独到达(access)，而不会干扰DRAM上的散热器。其次，前端的前DRAM折叠散热器1958和集线器芯片折叠散热器1959比前折叠散热器923的结构简单，因为小散热器不包含用于容纳可能不同厚度的DRAM和集线器的不共面的DRAM段1032和集线器芯片段1033(图10B)。在DIMM卡的背面，具有两个更小后DRAM折叠散热器1960相对于一块后折叠散热器924的优点在于，以更低的热对流面积为代价，更小的后DRAM折叠散热器1960暴露出集线器芯片507的背面，由此允许通过在模块和/或系统测试过程中通过接触进行集线器芯片的电探测，以及故障的诊断测试，如果需要的话。

图20A、20B和20C示出图19所示的示例性折叠散热器设置1957的变形。在图20所示的混合冷却设置2061中，集线器芯片折叠散热器1959被小的鳍片式集线器芯片散热器2062代替。折叠和鳍片式散热器的混合使用在可用于集线器散热器的x尺寸2063(图20C所示)大到足以让鳍片式集线器芯片散热器2062胜过相等尺寸的折叠散热器时是合适的，而可用于DRAM散热器的更小的x尺寸2064使得前DRAM折叠散热器1958胜过相等尺寸的鳍片式散热器。示例性的实施例包括叠层存储器件结合一个或多个集线器的使用，叠层存储器件通常会导致部件高度与平面存储器件相比增大。

图21示出可由本发明示例性实施例实现的折叠散热器的两个变形，例如图9示出的。在第一变形中，皱褶式散热器2165由一块折叠片状金属制成，包括基部2166以及多个皱褶，每个皱褶包括上升部2167、顶部2168、下降部2169和(除了最大负值z的皱褶之外)底部(foot)2170。每个底部2170与基部2166接触以保证它们之间良好的热接触。因此，该皱褶形成n个闭合气流通道2171，每个通道由基部2166、一个上升部2167、一个顶部2168和一个下降部2169界定。皱褶还形成n-1个开放的气流通道2172，每个通道2172在三个侧面上由基部2166、一个上升部2167和一个下降部2169包围。片状金属折叠的顺序通过注意到该片状金属在基部2166的-y边缘具有第一端2173，在-z最远端下降部2169的+x边缘上具有第二端，使得片状金属的两端在转角2174相遇来解释。皱褶式散热器2165的示例性实施例提供对流表面(例如基部2166、上升部2167、顶部2168和下降部2169)，其中比折叠散热器如前折叠散热器923或后折叠散热器924的臂状物1027更短的热路径长度将该对流表面连接到热源(即DRAM)，从而皱褶式散热器2165的有效鳍片效率η高于折叠散热器923和924的鳍片效率η。此外，皱褶式散热器2165利用开放通道2172提供简化的附着，这可用于容纳在散热器和生热器件之间施加力以达到散热器和生热器件之间良好的粘附接触的工具。此外，皱褶式散热器2165比具有片状金属的悬臂折层(fold)的折叠散热器923和924更高低不平，该悬臂折层可能无意中会弯曲。

图21的示例性实施例包括折叠散热器，如用于冷却生热器件的皱褶式散热器2165。皱褶式散热器2165包括基本上平坦的基部2166，用于以热接触的方式附着到生热器件的基本上平坦的暴露表面上。皱褶式散热器2165还包括多个与基部2165接触的皱褶，用于形成闭合的气流通道。每个皱褶包括上升部2167、顶部2168、下降部2169和底部2170。上升部2167具有近端和远端。上升部2167的近端从基部2166基本上以直角伸出。顶部2168具有近端和远端，其中顶部2168的近端从上升部2167的远端基本上以直角伸出。下降部2169具有近端和远端，其中下降部2169的近端从顶部2168的远端基本上以直角伸出并朝着基部2166延伸。与基部2165平行并与之接触的底部2170具有近端和远端，其中底部2170的近端从下降部2169的远端基本上以直角伸出。底部2170的远端和下一个上升部2167的近端接触。皱褶式散热器2165由连续的金属片材形成。

图21还示出可由本发明的示例性实施例实现的第二折叠散热器变形：多个小DRAM散热器2175覆盖相同数目的DRAM，使得每个散热器恰好覆盖一个DRAM。每个小DRAM散热器2175是前DRAM折叠散热器1958的缩微版。示出了九个这样的小DRAM散热器2175的阵列。与前DRAM折叠散热器1958相比，这些小DRAM散热器2175在几个DRAM没有共面的上表面时是更有利的，因为这样一来前DRAM折叠散热器1958和该几个DRAM之间的粘附层无法在每个位置都像期望的那么薄以最小化导热阻抗。相反，覆盖单个DRAM的每个小DRAM散热器2175可以将其自身适应于该散热器所覆盖的DRAM，并由此实现具有最小导热阻抗的薄粘附层。小DRAM散热器2175的一个缺点是多个小DRAM散热器必须组装起来，由此导致更高的制造成本。

图22示出可由本发明的示例性实施例实现的第三折叠散热器变形：类似于皱褶式散热器2165的皱褶式盖帽散热器2276，不同之处在于散热器2276中的片状金属没有在边缘2173结束；而是该片状金属在朝着-x方向的折层中继续下去，由此形成附加的上升部或下降部2277，并进一步在朝着+z方向的折层中继续下去以形成平行于基部2166的盖子2278，并且延伸到盖帽散热器2276的整个z维。盖子2278与每个顶部2168接触以保证它们之间良好的热接触。盖帽散热器2276比未盖帽的皱褶式散热器2165更为有利，因为盖子2278在其封闭原本未闭合的通道的地方提供了附加的湿润面积2279，因此盖子提供了更低的对流热阻抗。但是在某些应用中，盖帽散热器2276与皱褶式散热器2165相比可能是不利的，因为盖帽散热器2276可能具有太高的压力降。

图23示出可由本发明的示例性实施例实现的另一前折叠散热器923的变形：不易碎(crush resisant)的折叠散热器2380，其每个臂状物1027都通过添加多个指状物(finger)2381而被防止偶然朝着基部1025偏斜。每个指状物2381相对于一个臂状物1027基本上以直角伸出并朝着基部1025延伸，而且每个指状物恰好长到足以几乎接触基部1025。因此，施加在+x方向上的诸如F的力不会导致臂状物1027实质上的偏斜。

多个指状物2381有效地将不易碎的折叠散热器2380的气流开口EFGJ(图11B)分为两个气流通道2382，每一个通道在不易碎的折叠散热器2380的DRAM段1032中具有s₁×r的尺寸，在不易碎的折叠散热器2380的集线器芯片段1033中具有s₂×r的尺寸。但是，从空气动力学的角度来看，这两个气流通道2382不是分离的；它们通过从每个臂状物1027延伸出去的多个指状物2381之间的空隙彼此连通，并因此在空气动力学上看起来就像一个未分开的通道。这样，多个狭窄的指状物2381优于单个宽的指状物，因为中间具有空隙的狭窄指状物2381保留了折叠散热器的低压力降，而单个宽的指状物将增大该压力降，因为这样的话图11B中的开口EFGJ会被真的分成两半，从而导致更小的水压直径。

在图23中，可以施加给每个指状物2381而不使该指状物弯曲的力F的最大值F_max通过公知的适用于固定自由柱状物的欧拉弯曲公式给出，

$F_{\max }=\frac{{\mathrm{\π}}^2\mathrm{EI}}{{4s}^2},---\left(62\right)$

其中E是指状物材料的杨氏模量，I是a乘t矩形横截面的面积转动惯量，其中I＝at³/12。因此，

$F_{\max }=\frac{{\mathrm{\π}}^2}{48}\mathrm{Eat}{\left(\frac{t}{s}\right)}^2.---\left(63\right)$

适用于DIMM冷却应用的典型值是E＝70Gpa(铝)，a＝5mm，s＝2.5mm，t＝0.3mm，因此F_max＝311N＝70lb。这是很大的力，表明在诸如操作或装运的典型情况下该结构非常不可能由于指状物2381的弯曲而出现故障。

可以施加给每个指状物2381而不使该指状物被压缩的最大力F_Y由下式给出：

F_Y＝σ_YA，    (64)

其中σ_Y是材料的屈服应力，A是该指状物的横截面面积。

对于称为“5052”的可弯曲铝合金来说，σ_Y＝90Mpa。对于上面给出的典型尺寸，A＝at＝1.5E-6m²，因此F_Y＝135N＝30lb。F_Y小于F_max，这意味着指状物2381会在弯曲之前屈服。但是F_Y仍然很大，因此指状物2381在诸如搬运或装运的典型情况下不太可能被其它机械结构损坏。

向前折叠散热器923添加指状物2381以产生不易碎的散热器2380(类似地，向后折叠散热器924添加这样的指状物2381)排除了前面结合图10A描述的扫帚形状的工具1028的使用。图24示出包括两个叉2484的U形工具2483，该叉通过缝隙2485分开并且该U形工具2483可以插入到前折叠散热器923的+y端，另一方面，相同的U形工具2483可以插入前折叠散热器923的-y端。对于两个U形工具2483中的每一个，两个叉2484跨骑两行指状物2381，并且合适地配合到两个气流通道2382中。也就是说，每个叉2484的x维尺寸s₁ ^*稍小于将基部1025与前折叠散热器923的DRAM段1032中的臂状物1027分立的内尺寸s₁(图23)。在其开口端，叉具有嵌接的底表面，从而造成容纳前折叠散热器923的集线器芯片段1033中的台阶的x维尺寸s₂ ^*减小，如前面结合图10B所述。

最后，每个叉2484的z维尺寸r^*稍小于将肩状物1026与指状物2381分开的内尺寸r(例如参见图23)。由此，U形工具2483的叉2383很容易在不易碎的散热器2380的气流通道2382中滑动。但是，由于臂状物1027和U形工具2483之间的x方向上的空隙s₁-s₁ ^*很小，因此最适宜强度的压力分布p₁(y，z)(图24)通过产生臂状物1027的轻微偏斜而封闭了该空隙，由此允许压力分布p₁(y，z)经过U形工具2483的厚度、经过散热器基部1025并最后经过将不易碎的散热器2380结合到DRAM上的粘附层传递。由于该压力由此传递给粘附层，而且所施加的压力分布p₁(y，z)的yz变化由于U形工具2483的厚度而在粘附层中被均匀化，获得具有低热阻抗的薄的、均匀的粘附层。

如果集线器芯片段1033中的臂状物1027与DRAM段1032中的臂状物不共面，而是为了容纳厚的集线器芯片而朝着-x方向移位(在图24中向上)，则U形工具2483和集线器芯片段1033中的散热器臂状物1027之间的x空隙将不再小。因此不可能在集线器芯片段1033中将压力p₂经过散热器臂状物1027传递给U形工具2483并因此传递给散热器基部1025下面的粘附层，因为臂状物1027和工具2483之间的大的x空隙无法通过臂状物1027的轻微偏斜来闭合。因此，可能需要对集线器芯片段1033中的两个臂状物1027的每一个臂状物打上多个孔2586，使得在粘附层中获得良好结合所需要的压力p₂可以经过这些孔直接施加在U形工具2483的上表面。

图25示出可由本发明的示例性实施例实现的前折叠散热器923的另一变形：箱形梁散热器2587，其中臂状物2588基本上与基部2589相同长度，使得指状物2590在肩状物2591的附近基本上覆盖肩状物2591。图25还对比地示出缩短的不易碎的散热器2592，其类似于不易碎的折叠散热器2380，不同之处在于其只覆盖一组前DRAM 506。箱形梁散热器2587由于其简单的形状可以由折叠片状金属(这样的具有薄壁的形状不能很容易地挤压出)廉价地形成而变得有利。但是，箱形梁散热器2587与缩短的不易碎的散热器2592相比有不利之处，即因为肩状物2591没有连接到臂状物2588，只提供一条从基部2589到臂状物2588的高热导率导热路径2593。相反，不易碎的散热器2592具有两个从基部2596到臂状物2597的高热导率路径2594和2595。由此箱形梁散热器2587在热性能上比不易碎的散热器2592差。箱形梁散热器2587的热弱势可以通过将指状物2580焊接或铜焊到肩状物2591来消除，但是这样做会显著增加大批量制造时的制造成本。因此，尽管箱形梁散热器2587具有简单的形状，不易碎的散热器2592还是优选的。

与传统的散热器相比，在此公开的折叠散热器示例性实施例的优点之一是折叠散热器非常不容易形成散热器金属到下面的电路卡503上的电路部件的暴露金属的电短路。该优点适用于在此公开的所有折叠散热器实施例，包括上面的923(图9A)、924(图9B)、1852(图18)、1958(图19A)、1960(图19B)、2165(图21)、2175(图21)、2278(图22)和2380(图23)。例如，图26A示出扁平散热器713和其冷却的下面的电路卡503的视图；图26示出与诸如前折叠散热器923的折叠散热器示例性实施例相同的视图。实际上，电路卡503的表面上的电部件，如表面安装电容器2687通常具有非常靠近散热器的下表面的带电的金属焊点2688；即在图26A的情况下是扁平散热器713的下表面2689，或者在图26B的情况下是前折叠散热器923的下表面2690。传统的扁平散热器713的对流表面714不能抵御导致其下表面2689偏移成与金属焊点2688电接触的力，由此导致不期望的电短路和可能的电路故障。相反，前折叠散热器923的对流表面1025受到拱形臂状物1027的保护，从而可以抵御使其偏移的力。作用在臂状物1027上的力传递给肩状物1026，这提供了硬度。由此，折叠散热器的示例性实施例非常不容易产生到诸如电容器2687的附近电部件的电短路，这是本发明实施例的一个重要的实践优点。

与很多传统的鳍片式散热器相比，在此公开的新颖散热器的另一个优点在于可以在任一个臂状物如前折叠散热器923的臂状物1027(图9A)、后折叠散热器924的臂状物1027(图9B)或不易碎的折叠散热器2380的臂状物1027(图23)上容纳粘附性的标识标记。在DIMM工业中，例如表明DIMM及其组成部分DRAM的特性的工业标准标记是多达31个字符的序列，如“1GB 1Rx4 PC2-3200F-333-10-C0”，它们用小到8个点的类型打印，在这种情况下该标记的尺寸大约是5×45mm。当DIMM在x方向上严密包装时，该尺寸的标记不适用于传统鳍片式散热器的任何暴露表面，因为鳍片式散热器的x尺寸太小以致于不能在任何鳍片上放置标记。但是，5×45mm的标记很容易安装在新颖折叠散热器的任何一个外臂状物1027上，由此满足工业标记要求。注意这样的标记没有明显改变散热器的热性能，因为它只占据散热器的对流面积的大约2％。还要注意上面给出的该标记的尺寸和内容只是示例，是可以改变的。

与传统的扁平散热器713相比，在此公开的新颖折叠散热器的另一个优点是在为了重做和诊断探测的目的而可能被移除的情况下。移除可以利用U形工具2483(图24)作为杠杆来完成，从而绕z轴施加扭矩以便将散热器从下面的DIMM和集线器芯片撬起来。可替换地，U形工具2483可以用作扳手，从而绕x轴施加扭矩以便使散热器围绕下面的芯片扭转，由此导致粘附结合的失效。在任何一种情况下，为了增加扭矩，期望U形工具2483在y方向上做得比图24所示的要长。优选的移除技术取决于将散热器结合到芯片的粘附层。利用U形工具2483，如果粘附层是典型的热带如Chomerics T412则移除是比较容易的。注意传统的扁平散热器713无法经受这样的移除技术，因为其扁平结构不能容纳必要的工具。

比较冷却设置922和816的数值模拟

为了进一步证明当W小时折叠散热器冷却设置922比传统的鳍片式散热器冷却设置816优越，可以采用本领域公知的计算流体动态模拟(CFD)。这些模拟求解支配流体的质量、动量和能量传输的公知等式(连贯性，Navier-Stokes和能量)，以及支配固体中热传导的等式。该结果预测流体中的速度、压力和温度场，以及固体如热源(例如集线器芯片和DRAM)中的温度分布。在此报告的CFD模拟是利用FluentCorporation许可的计算机程序“Icepak”来进行的。CFD模拟在此用于两个目的：

(1)为了验证针对图11的简单几何形状由图12-17举例示出的数学解，由此针对该简单几何形状证明在W小时折叠散热器1144、1145比鳍片式散热器1136、1141优越。

(2)为了调查更为复杂的、实际的几何形状，如具有集线器芯片507和多个DRAM的DIMM电路卡503，其中集线器芯片507和DRAM具有不同的厚度，从而产生图10B所示的前折叠散热器923。这些情况中的数值结果针对比简单几何形状更为实际的几何形状证明在W小的应用中，折叠散热器优于鳍片式散热器。

对简单几何形状的数学解的CFD模拟的比较

对于鳍片式散热器基部厚度b＝1.00mm和鳍片厚度f＝0.50mm，图27用宽度W的函数将β_A和β_B的数学解(分别作为图13和图16中的最低曲线示出)与使用相同的所有参数值的数值CFD模拟比较，所有参数值都在前面的“数学分析的示例结果”一节中列出。该数学结果与数值模拟结果一致，从而对两种技术都给予信任，而且证明对于重要的应用如严密间隔的DIMM来说，本发明折叠散热器的示例性实施例与传统的鳍片式散热器相比更为有利。

对于宽度W＝6.7mm和鳍片式散热器鳍片厚度f＝0.50mm来说，图28针对鳍片式散热器基部厚度b的3个值比较β_A和β_B的数学解和数值模拟解。所有其它参数都与图27的相同。在此，数学解表现出比数值解更依赖于b，但是当W小时都得到基本的结论β＞1，因此两种方法都清楚地确认在这些应用中折叠散热器更为优越。

针对更实际几何形状的CFD模拟

为了模拟更复杂和更实际的几何形状，如具有集线器芯片和多个DRAM的DIMM卡，采用以下假设：行近空气速度U₀＝3m/s；进入空气温度＝25℃；DIMM卡尺寸：x×y×z＝1.27×133.35×38mm；DRAM卡间距Ψ＝11mm；DRAM尺寸：x×y×z＝1.2×11.0×11.5mm；集线器芯片尺寸：x×y×z＝19.5×23.5×2.25mm；每个DIMM卡有40个DRAM，每个0.35W；每个DIMM卡有一个6W的集线器芯片，因此每个DIMM卡的总功率是20W。在这些假设下模拟以下4种情况：

情况1：图6所示的配置，包括在集线器芯片507上的传统集线器芯片鳍片式散热器817和在DRAM 506、509上没有散热器。鳍片式散热器参数(使用图11A的标注)是：b＝1.25mm，f＝0.62mm，λ＝2.625mm，散热器总尺寸(x×y×z)＝19.5×29.5×5.35mm。

情况2：图7所示的扁平散热器冷却设置712，在集线器芯片507和DRAM 506、509上包括现有技术的单片扁平散热器713。片状金属厚度是0.8mm。

情况3：图9所示的折叠散热器冷却设置922，在前DRAM 506和集线器芯片507上包括新颖的前折叠散热器923，在后DRAM 509上包括后折叠散热器924。片状金属厚度是0.3mm。

情况4：图20所示的配置，在前DRAM 506和后DRAM 509上分别包括新颖的折叠散热器1958、1960，在集线器芯片507上包括传统的鳍片式散热器2062。片状金属厚度是0.3mm。

这4种情况的结果总结在图29所示的表格中；每种情况的细节在图30-33中以图形示出。

图29证明对于DIMM电路卡503的实际模型，就像数学考察的简单模型一样在此公开的折叠散热器使得DRAM和集线器芯片的温度明显低于传统的散热器。假定ΔT是高于25℃空气进入温度的温度上升。该表格最右边的3列分别给出在DIMM卡503的正表面505上的DRAM芯片506、DIMM卡503的后表面508上的DRAM芯片509以及DIMM卡503的正表面505上的集线器芯片507所经历的ΔT的最大值。该表格的行对应于上述情况1到情况4所示的四种不同散热器设置。表格的第二列指出示出这4种散热器设置的几何形状的图编号；第4和第5列指定每种情况中使用的散热器的类型。

如图29的第三列所示，图30-33分别示出情况1-4的数值模拟的一些细节。在每张图中，上面的图形是位于DIMM卡503的正表面505上的前DRAM芯片506和集线器芯片507的朝着+x方向看去的示意图，而下面的图形是位于DIMM卡503的后表面508上的后DRAM芯片509的同样朝着+x方向看去的示意图。在每个附图的上面的图形中，前DRAM芯片506和集线器芯片507的轮廓用实线示出以表明它们在所示视图中可以看见。相反，在每个附图的下面的图形中，后DRAM芯片509的轮廓用虚线示出以表明它们在所示视图中隐藏在DIMM卡503后面。进入的冷却空气3091从两个图形的左边进入。当DRAM和集线器芯片被上面指明的功率加热时，其中发展出取决于所使用的散热器配置的稳定状态温度分布。对于由情况1-4代表的任一种散热器配置，设TF_j是通过CFD模拟在第j个前DRAM(j＝1，...，18)内求出的最大稳定状态温度；设TR_k是在第k个后DRAM(k＝1，...，22)内求出的最大稳定状态温度；设TH是在集线器芯片内求出的最大稳定状态温度。在情况1-4中，分别在图30-33的上面的图形中给出18个最大前DRAM温度TF_j和最大集线器芯片温度TH，而在图30-33的下面的图形中给出22个最大后DRAM温度TR_k。每个最大温度都写在生热器件的轮廓内部该最大温度发生的地方，并在其发生的位置上给出黑点。

图30-33所示的温度TF_j、TH、TR_k和图29最右边3列示出的温度差异ΔT_F、ΔT_R、ΔT_H之间的关系如下所示：

${\mathrm{\ΔT}}_F\≡\underset{j}{\max }({\mathrm{TF}}_j-T_0),---\left(65\right)$

${\mathrm{\ΔT}}_R\≡\underset{k}{\max }({\mathrm{TR}}_k-T_0),---\left(66\right)$

ΔT_H≡TH-T₀.    (67)

图30示出集线器芯片鳍片式散热器817在冷却集线器芯片507时很有效；其温度低于DRAM的温度，尽管其功率更高。最热的DRAM是在84℃，刚刚低于85℃的最大建议温度。DRAM温度非常不同，尽管每个DRAM消耗相同的功率。这些差异主要是由于环境空气的局部温度导致的。例如，上游DRAM(图30的左侧)比下游的DRAM(图30的右侧)更冷，因为后者周围的空气由于被上游部件加热而更热。对于下流DRAM的上面两行更是如此，该下游DRAM由被集线器芯片507的很大功率加热的空气冷却。

将图31与图30比较，表明图31的单片扁平散热器713-其几何形状在图7示出-实际上是比几何形状在图6中示出的图30的设计更差的冷却方案。传统知识认为扁平铜散热器应当扩散热量以降低峰值温度，但是该效果实际上是最小的-84℃的峰值DRAM温度只降低到82℃。相反，通过朝着DRAM的铜散热器传导的集线器芯片的很大的热负载实际上使大多数DRAM比没有散热器时(就像在情况1中那样)更热。同时，集线器芯片507在情况2(84℃)中比在情况1(62℃)中热得多，因为单片扁平铜散热器不像鳍片式散热器611那样有效。

图33与图30的比较详细示出对于严密封装在一起的实际DIMM卡来说，如图19所示的折叠散热器示例性实施例(例如923，924)动态地产生比现有技术解决方案更低的DRAM温度，而且产生与现有技术鳍片式散热器情况下(62℃)近似相同的集线器芯片温度(63℃)。最大DRAM温度从84℃到58℃减小了26℃，同时平均温度从70.8℃到53.7℃减小了17.1℃。这些冷却优点当DIMM卡间距Ψ(在该示例中11mm)进一步减小时更为突出。这种冷却性能的明显改善表明新颖的折叠散热器可能对更小的DIMM卡间距值Ψ非常重要，这种值对于现有技术的冷却机制来说几乎不可能。

图33(情况4)与图30(情况1)的比较证明图20所示的替换新颖散热器设置也比现有技术的解决方案优越，在图20中DRAM通过折叠散热器冷却，而集线器芯片通过传统的鳍片式散热器冷却。与没有散热器的84℃和单片扁平散热器的82℃相比，最大DRAM温度是60℃。

分析结论

总之，数值模拟和数学分析都表明当可用于相对的DIMM之间的散热器的间距W(如图11A和11B所示)低于阈值W^*时，在此公开的新颖折叠散热器具有优于现有技术冷却方案的显著优点。在图27假定的条件下，例如该阈值是W^*≈11mm，该阈值可以转换为DIMM卡间距Ψ的阈值Ψ^*＝14.3mm，假设DIMM卡503的典型厚度是1.27mm，DRAM卡506、509的典型厚度是1.0mm。也就是说，在图27所假定的条件下，当DIMM卡间距Ψ小于14.3mm时新颖的折叠散热器更有利，该优势随着Ψ的减小而扩大。如果Ψ很大，则传统的鳍片式散热器仍然是优选的。例如，如果如图27所假设的可以以基部厚度b＝1.0mm来制造鳍片式散热器，则在Ψ大于14.3mm时它们比折叠散热器优越。但是，如果鳍片式散热器基部厚度b的最低可制造值大于1.0mm，则在此公开的新颖折叠散热器在更宽范围的Ψ上都是更有利的，包括大于14.3mm的值。由于现有技术的计算机典型地追求远小于14.3mm的DIMM卡间距Ψ，因此在此公开的折叠散热器在工业上具有很大的重要性，而且在生热部件严密封装的其它工业中也十分重要。

关于存储器件的背景信息

由于存储器件的冷却构成本发明的重要工业应用，因此有必要讨论其特殊之处。存储器件通常定义为主要由存储器(存储)单元如DRAM(动态随机存取存储器)、SRAM(静态随机存取存储器)、FeRAM(铁电随机存取存储器)、MRAM(磁随机存取存储器)、闪存和按照电、光、磁、生物或其它手段的形式存储信息的其它形式的随机存取和相关存储器组成的集成电路。动态存储器件类型可以包括异步存储器件，如FPM DRAM(快页模式动态随机存取存储器)、EDO(扩展数据输出)DRAM、BEDO(脉冲串EDO)DRAM、SDR(单数据率)同步DRAM、DDR(双数据率)同步DRAM或任何未来预计的器件如DDR2、DDR3、DDR4，和通常基于以相关DRAM的基本功能、特征和/或接口为基础的相关技术如图形RAM、视频RAM、LP RAM(低功率DRAM)。

存储器件可以按照芯片(管芯)和/或各种类型和配置的单芯片或多芯片封装的形式使用。在多芯片封装中，存储器件可以与其它器件类型如其它存储器件、逻辑芯片、模拟器件和可编程器件封装在一起，也可以包括无源器件如电阻器、电容器和电感器。

模块支持器件(例如缓冲器、集线器、集线器逻辑芯片、寄存器、PLL、DLL、非易失性存储器等)可以由多个单独的芯片和/或部件组成，可以作为多个独立的芯片组合在一个或多个衬底上，可以组合到单个封装或甚至集成到单个器件中一基于工艺、功率、空间、成本和其它折衷。此外，一个或多个各种无源器件如电阻器、电容器可以基于工艺、功率、空间、成本和其它折衷集成到支持芯片封装中，或集成到衬底、电路板或其原始卡中。这些封装可以包括集成的散热器或其它冷却增强措施，它们可以进一步附着到中间载体上或其它附近载体或热去除系统。

存储器件、集线器、缓冲器、寄存器、时钟器件、无源器件和其它存储器支持器件和/或部件可以通过各种方法添加到存储器子系统和/或集线器，这些方法包括焊接互联、导电粘附、插接结构、压力接触或其它可以通过电、光或替换手段实现两个或更多器件之间的联系的方法。

如上所述，本发明的实施例可以用计算机实现的过程和用于实施这些过程的器件的形式来体现。本发明的实施例还可以用包含体现在有形介质中的指令的计算机程序代码的形式体现，该有形介质例如是软盘、CD-ROM、硬盘驱动器或任何其它计算机可读存储介质，其中当该计算机程序代码加载到计算机中并由计算机执行时，该计算机变成用于实施本发明的器件。本发明可以用计算机程序代码的形式体现，不管该代码是存储在存储介质上、加载到计算机中和/或由计算机执行，还是在一些传输介质上传送，如在电导线或电缆上，穿过光纤或者通过电磁辐射，其中当该计算机程序代码加载到计算机中并由计算机执行时，该计算机变成用于实施本发明的设备。在通用微处理器上执行时，该计算机程序代码段配置该微处理器以建立具体的逻辑电路。

虽然参照示例性实施例描述了本发明，本领域的技术人员可以理解可以进行各种修改，元件也可以替换成等价物而不会脱离本发明的范围。此外，为了将具体的情况或材料与本发明的讲述内容相适应可以进行很多修正而不会脱离本发明的基本范围。因此，本发明不限于在此作为实施本发明的最佳方式公开的具体实施例，而是要包括所有落入所附权利要求范围的实施例。此外，术语第一、第二等的使用不说明任何顺序或重要性，只是用于将不同的元件区分开来。

Claims (20)

1.一种用于冷却生热器件的折叠散热器，该折叠散热器包括：

基本上平坦而且具有第一端和第二端的基部，该基部被设计为以热接触的方式附着到一个或多个生热器件的基本上平坦的暴露表面；

两个各自具有近端和远端的肩状物，所述肩状物的近端从所述基部的第一端和第二端基本上以直角伸出；以及

两个各自具有近端和远端的臂状物，所述臂状物的近端从所述肩状物的远端基本上以直角伸出，使得所述基部、肩状物和臂状物形成由连续金属片材制成的几乎闭合的矩形管。

2.根据权利要求1的折叠散热器，其中基部的两个或更多个片段不平坦，由此允许折叠散热器附着到具有不同高度的两个或更多个生热器件。

3.根据权利要求1的折叠散热器，其中每个臂状物包括一系列交替的缝隙和小片。

4.根据权利要求1的折叠散热器，还包括一个或多个指状物，每个指状物具有近端和远端，所述指状物的近端从所述臂状物的远端基本上以直角朝着基部伸出，使得所述指状物的远端并所述基部的第一端和第二端之间靠近所述基部，由此产生不易碎的散热器。

5.根据权利要求1的折叠散热器，其中臂状物包括一个或多个孔，以允许力直接施加到散热器的基部上以有助于将该散热器附着到生热器件。

6.根据权利要求1的折叠散热器，还包括用于允许插入工具的空隙，该工具有助于将该散热器附着到生热器件。

7.根据权利要求6的折叠散热器，其中所述工具还有助于将所述散热器从生热器件移除。

8.根据权利要求1的折叠散热器，其中臂状物的背对基部的表面包括标记信息。

9.一种组件，包括：

一个或多个生热器件，每个生热器件具有基本上平坦的暴露表面；以及

由连续金属片材形成的、用于冷却所述生热器件的折叠散热器，该折叠散热器包括：

具有第一端和第二端的基部，该基部基本上平行于一个或多个生热器件的基本上平坦的暴露表面并且以热接触的方式附着到该表面；

两个各自具有近端和远端的肩状物，所述肩状物的近端从所述基部的第一端和第二端基本上以直角伸出；以及

两个各自具有近端和远端的臂状物，所述臂状物的近端从所述肩状物的远端基本上以直角伸出，使得所述基部、肩状物和臂状物形成几乎闭合的矩形管。

10.根据权利要求9的组件，还包括与不接触所述折叠散热器的一个或多个生热器件的平坦表面接触的鳍片式散热器。

11.根据权利要求9的组件，还包括与不接触所述折叠散热器的一个或多个生热器件的平坦表面接触的扁平散热器。

12.根据权利要求9的组件，其中所述折叠散热器恰好附着到一个生热器件。

13.根据权利要求9的组件，其中所述折叠散热器利用粘合剂附着到一个或多个生热器件，该粘合剂允许为了探测和移除一个或多个生热器件的一个或多个目的而被移除。

14.一种存储器模块，包括：

一个或多个生热器件，每个生热器件具有基本上平坦的暴露表面，该生热器件包括集线器和一个或多个存储器件；以及

由连续金属片材形成的、用于冷却生热器件的折叠散热器，该折叠散热器包括：

具有第一端和第二端的基部，该基部基本上平行于一个或多个生热器件的基本上平坦的暴露表面，并以热接触的方式附着到该表面；

两个各自具有近端和远端的肩状物，所述肩状物的近端从所述基部的第一端和第二端基本上以直角伸出；

两个各自具有近端和远端的臂状物，所述臂状物的近端从所述肩状物的远端基本上以直角伸出，使得所述基部、肩状物和臂状物形成几乎闭合的矩形管。

15.根据权利要求14的存储器模块，其中所述折叠散热器恰好附着到一个集线器或一个存储器件。

16.根据权利要求14的存储器模块，其中所述折叠散热器附着到一个或多个集线器或者附着到一个或多个存储器件。

17.根据权利要求14的存储器模块，还包括与不接触所述折叠散热器的一个或多个生热器件的平坦表面接触的鳍片式散热器。

18.根据权利要求17的存储器模块，其中所述鳍片式散热器与一个或多个集线器接触。

19.一种用于冷却生热器件的折叠散热器，该折叠散热器包括：

基本上平坦并被设计为以热接触的方式附着到生热器件的基本上平坦的暴露表面的基部；以及

多个与所述基部接触的皱褶，用于形成闭合的气流通道，每个皱褶包括：

具有近端和远端的上升部，该上升部的近端从基部基本上以直角伸出；

具有近端和远端的顶部，该顶部的近端从上升部的远端基本上以直角伸出；

具有近端和远端的下降部，该下降部的近端从顶部的远端基本上以直角朝着所述基部伸出；以及

基本上平行于所述基部并与所述基部接触的底部，该底部具有近端和远端，底部的近端从下降部的远端基本上以直角伸出，底部的远端连接到邻近皱褶的上升部的近端，从而该折叠散热器由连续的金属片材形成。

20.根据权利要求18的折叠散热器，还包括基本上与基部平行并且与每个皱褶的顶部接触的盖子。

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