CN101317265B - 带有一体化连接部件的ic冷却剂微通道组件 - Google Patents

带有一体化连接部件的ic冷却剂微通道组件 Download PDF

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Abstract

一种包括微通道结构的装置，微通道结构具有形成在其中的微通道。微通道用来输送冷却剂，且其被有意靠近集成电路，以便将热量从集成电路传输给冷却剂。该装置还包括位于微通道结构上的盖子。盖子具有形成在其中的直角通道，以便在位于盖子较低水平表面上的第一端口和位于盖子竖直表面上的第二端口之间提供流体连通。盖子包括多个突出部。每个突出部从盖子相应的角伸出。每个突出部具有形成在其中的孔。孔的形状和尺寸设置成用以容纳紧固件。

Description

带有一体化连接部件的IC冷却剂微通道组件
背景技术
随着微处理器复杂性和运算速度的提升，工作期间微处理器内产生的热量上升，并且对用于微处理器的冷却系统的要求也逐步升高。已经提议了用于微处理器的冷却系统，其中冷却剂(如水)通过狭窄的通道(称为“微通道”)循环，这些通道靠近微处理器芯片(die)，或形成于微处理器芯片之中。在微通道冷却系统中可能遇到的一个问题是，将用于冷却剂路径的管道连接到微通道组件的盖子时潜在的困难。
附图简要说明
图1是系统的示意性侧视截面图。
图2是系统的另一个实施例的示意性侧视截面图。
图3是微通道结构的示意性水平截面图，该微通道结构是图1或图2所示系统的一部分。
图4是歧管板(manifold plate)的示意性侧视截面图，该歧管板是图1或图2所示系统的一部分。
图5是显示图1所示系统更多细节的分解视图。
图6是显示图4所示歧管板更多细节的立体视图。
图7是以更大的比例显示套管的立体视图，该套管在图6中也有出现。
图8是和图6相似的视图，显示了带O形环而不是套管的歧管板。
图9是和图6及图8相似的视图，显示了带垫片而不是套管或O形环的歧管板。
图10是显示歧管板另一个实施例的分解视图。
图11是歧管板的又一个实施例的反转的示意性平面图。
具体实施方式
图1是系统100的示意性侧视截面图，该系统100包括集成电路(IC)110。该IC 110可与例如INTEL
Figure GA20176480200680035621701D00021
PENTIUM IV处理器相连接。为了帮助排除由IC 110产生的热量，可通过微通道冷板120循环一种液体冷却剂(未单独显示)。该微通道冷板120可设置在靠近IC 110的位置，以便于排除来自系统100的热量。微通道冷板可例如通过热界面材料(TIM)130导热地连接到IC 110。(在某些情况下，TIM 130可省略，且微通道冷板120可直接导热地结合到IC 110上。在某些情况下，IC 110的后侧可变薄，以减少IC 110和微通道冷板120之间的热阻，该冷板120可结合到IC 110的后侧)。热量可从IC 110传递到冷却剂，冷却剂然后可离开系统100。例如，冷却剂可通过出口管道140退出微通道冷板120，并可循环到热交换器(未显示)，然后到达泵(未显示)。热交换器可例如包括一段长度的管道，其带有安装在其上的热传导性鳍片(未显示)，以及用来引导空气通过鳍片的风扇(未显示)。传递给微通道冷板120内的冷却剂的热量可在热交换器处消散。在流过热交换器和泵之后，冷却剂可通过入口管道150流回至微通道冷板120。
微通道冷板120可由微通道结构160和罩盖170形成，在该微通道结构中形成了微通道(未在图1中单独显示)，而罩盖170则位于微通道结构160上，并且封闭了微通道的顶部。系统100还包括歧管板180，其安装在罩盖170上，并起到便于将管道140，150连接到微通道冷板120的作用。
在某些形态中，罩盖170可被看作微通道结构的一部分，且歧管板180可被看作微通道结构上的盖子。
冷却剂可为水，或具有低于水的凝固点的液体防冻剂混合物，或者这种混合物的水性溶液。
图2是和图1相似的视图，显示了系统的另一个实施例。在此实施例中，系统被标记为100a，图1中所示的罩盖和歧管板被一体化成为单一的部件，在图2中被标记为180，且起用于微通道结构160的盖子的作用。
图3是从根据某些实施例的微通道结构160的水平截面中取得的示意图。图3显示了在微通道结构160中形成的平行微通道302。(微通道的数目可多于或少于图3中显示的数目，且图形不一定成比例。微通道无需按图3所示的那样构造。例如，在2005年4月7日提交的共同未决共同转让专利申请No.11/101,061中显示了备选的微通道构造)。
冷却剂(未显示)通过入口端口304(用虚像显示并形成在罩盖或歧管板中，其在图3中没有显示)以及入口等压室306流向微通道302。冷却剂通过出口等压室308和出口端口310(用虚像显示并形成在罩盖或歧管板中)流出微通道302。
图4是显示歧管板180的某些细节的侧视截面视图。(图4中省略了歧管板的其它细节)。歧管板180具有较低的水平表面402，左侧竖直表面404以及右侧竖直表面406。(如本发明以及所附权利要求中所用的那样，“竖直表面”应理解成包括大体上离开水平表面的任何表面；且“水平”指的是垂直于从微通道组件到IC的方向的任何方向)。
歧管板180具有形成在其中的入口通道408。该入口通道408在端口410和端口412之间提供流体连通，端口410位于歧管板180较低的水平表面402上，而端口412位于左侧竖直表面404上。入口通道408是直角通道，因为它由垂直线路414和水平线路416形成，该水平线路416和垂直线路414成直角连结。(更通常地，如本发明以及所附权利要求中所用的那样，“直角通道”指的是任何这样的通道，即它们支持从中穿过的流动方向至少85°的变化)。
歧管板180还具有形成在其中的出口通道418。该出口通道418在端口420和端口422之间提供流体连通，端口420位于歧管板180较低的水平表面402上，而端口422位于右侧竖直表面406上。出口通道418是直角通道，因为它由垂直线路424和水平线路426形成，该水平线路426和垂直线路424成直角连结。
图5是显示系统100更多细节的分解视图。图5显示了电路板502和安装在电路板502上的插座504。IC 110的封装显示被安装在插座504中。微通道冷板120显示位于IC 110上。所示隔开地位于微通道冷板120上方的是歧管板180。如在图6(此图是从下面看的歧管板180的立体视图)中看得最清楚的，歧管板180有四个突出部602，其中每个突出部从歧管板180相应的角伸出。具体地，突出部602-1和602-2彼此对齐且朝彼此相反的方向沿公用线从歧管板180相邻的角伸出。此外，突出部602-3和602-4彼此对齐且朝彼此相反的方向沿公用线从歧管板180相邻的角伸出。可观察到突出部602都共有一个方向，因为突出部的长度轴线都彼此平行或彼此重合。所有的突出部602都位于共同的平面上。
其中每个突出部602都具有各自的孔604，其形成在突出部的外部末端。每个孔的形状和大小都设置成用以容纳紧固件，例如在图5中所示安装在突出部602中的螺丝606。接着参考图5，在每个螺丝606上都安装了各自的弹簧608和各自的支撑垫片610。
提供了一对套管612，用来分别将歧管板180较低水平表面402(图6)上的端口410，420(图4，在其它图中不可见)密封到微通道冷板120上的端口304，310(图5和图3)上。(图7以较大的比例显示了套管612。每个套管均可由适合的橡胶，弹性体或塑料材料制成)。
系统100还包括垫板506(图5)，此垫板可固定在个人计算机机箱(未显示)的底板上，从而允许对系统100的适当安装。垫板506通常形状为平坦的中空正方形，带有角延伸部，每个延伸部包括插孔508，其用来容纳螺丝606中相应一个螺丝的顶端。通过将螺丝606以螺纹方式连接在插孔508中，并逆着弹簧608的作用力拧紧螺丝606，歧管板180和微通道冷板120可被向下压紧在电路板502和IC110上，从而确保微通道冷板120到IC 110的良好热耦合，以及歧管板180底面上的端口对微通道冷板120的罩盖(在图5中没有单独显示)中端口的正作用密封(通过套管)。
图8是类似图6的视图，显示了O形环802，其可用来替代所提到的套管612。同样地，图9显示了垫片902(被夹在微通道冷板120和歧管板180之间)，其可用来替代套管或O形环。所有这些装置由于支持可重复使用性而可具有优势，可重复使用性即(如果需要的话)歧管板从微通道冷板上拆除的相对方便性。
图10是显示歧管板另一个实施例的分解视图，此处歧管板标记为180a。如图10所示，歧管板180可由金属底座1002和模制塑料构件1004组成。底座1002可通常为正方形并且是平坦的，带有四个突出部1006(在图中只有3个可见)，每个突出部都从底座1002相应的角向外径向地伸出。在其中每个突出部1006的末端都形成用来容纳相应固定件(未显示)的孔1008。孔1010形成在底座1002的主体1012中。
模制的塑料构件1004具有形成在其中的直角通道1014(用虚像显示)。构件1004考虑了歧管板180a的低成本制造，而底座1002可由高强度钢或类似的材料制成，以提升歧管板180a的整体强度。模制塑料构件1004可用合适的粘合剂(未显示)固定到底座1002上。图10中显示的歧管板180a可用来替代系统100(图1)或100a(图2)中的歧管板180。
图11是歧管板的又一个实施例的反转示意性平面图，此处歧管板标记为180b。图11中显示了歧管板180b的较低水平表面1102。以1104表示歧管板180b的左侧竖直表面；以1106表示歧管板180b的右侧竖直表面(面向与表面1104相反的方向)。歧管板180b还具有近侧竖直表面1105和远侧竖直表面1107。歧管板180b具有入口直角通道1108和出口直角通道1110。入口直角通道1108在位于较低水平表面1102上的端口1112和位于左侧竖直表面1104上的端口1114之间提供流体连通；出口直角通道1110在位于较低水平表面1102上的端口1116和位于左侧竖直表面1104上的端口1118之间提供流体连通。入口直角通道1108具有水平线路1120(用虚像显示)，其从端口1114开始朝端口1112的方向延伸；出口直角通道1110具有水平线路1122(用虚像显示)，其从端口1118开始朝端口1116的方向延伸。(可以理解，出口直角通道1110可备选地用作冷却剂的入口，且入口直角通道1108用作冷却剂的出口)。
如图11所示，端口1116与左侧竖直表面1104之间的间隔大于端口1112与左侧竖直表面1104之间的距离。在一些实施例中，端口1116与右侧竖直表面1106之间的距离可大体上和端口1112与左侧竖直表面1104之间的距离相等。可观察到，直角通道1110的水平线路1122比直角通道1108的水平线路1120长，并且这两条水平线路彼此平行的延伸。此外，端口1112和左侧竖直表面1104之间的最短距离小于端口1116和左侧竖直表面1104之间的最短距离，且端口1112和远侧竖直表面1107之间的最短距离小于端口1116和远侧竖直表面1107之间的最小距离。(如本发明以及所附权利要求中所用的那样，“竖直表面”应理解成包括大体上离开水平表面的任何表面；且“水平”指的是垂直于从微通道冷板到IC的方向的任何方向)。
图11中显示的歧管板180b可用来替代系统100(图1)或100a(图2)中的歧管板180。(假定图1的罩盖170中的端口被定位来匹配歧管板180b的端口1112，1116的交错的位置)。通过图11所示的端口的排列和直角通道，入口管道和出口管道(图11中未显示)可从相同的方向连接到微通道冷板上，从而允许冷却剂从冷板的一端流向另一端。这可为微通道冷板的“管道安装”做出充分的准备。
本发明中所描述的几个实施例仅出于说明目的。本发明中所描述的多种特征不需同时使用，且那些特征中的任何一个或多个特征均可一体地结合在单个实施例中。由此，本领域的技术人员从此描述中可认识到，通过多种修改和变更，可实践其它的实施例。

Claims (19)

1.一种装置，包括：
微通道结构，具有形成在其中的微通道，所述微通道用以输送冷却剂，且位于集成电路附近，以便将热量从所述集成电路传输给所述冷却剂；以及
盖子，位于所述微通道结构上且具有形成在其中的直角通道，以便在位于所述盖子较低水平表面上的第一端口和位于所述盖子竖直表面上的第二端口之间提供流体连通，所述盖子包括位于共同的平面上的多个突出部，每个突出部从所述盖子的相应角伸出，所述突出部各具有形成在其中的孔，所述孔的形状和尺寸设置成用以容纳紧固件。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述直角通道为第一直角通道，且所述竖直表面为第一竖直表面；
所述盖子还具有形成在其中的第二直角通道，以便在位于所述盖子较低水平表面上的第三端口和位于所述盖子第二竖直表面上的第四端口之间提供流体连通，所述第二竖直表面不同于所述第一竖直表面。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述盖子包括金属的底座，在所述底座中形成所述突出部，并且在所述底座上固定有模制的塑料件，所述模制的塑料件具有形成在其中的所述直角通道。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多个突出部包括四个突出部。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述四个突出部都共有一个方向。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述突出部中的每一个从所述盖子的相应的角径向地向外伸出。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
夹在所述微通道结构和所述盖子之间的垫片。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括夹在所述微通道结构和所述盖子之间的一对套管。
9.一种系统，包括：
微处理器集成电路芯片；
微通道结构，传热地结合至到所述微处理器集成电路芯片，所述微通道结构具有形成在其中的微通道，所述微通道用以输送冷却剂，且位于集成电路附近，以便将热量从所述集成电路传输给所述冷却剂；以及
盖子，位于所述微通道结构上且具有形成在其中的直角通道，以便在位于所述盖子较低水平表面上的第一端口和位于所述盖子竖直表面上的第二端口之间提供流体连通，所述盖子包括位于共同的平面上的多个突出部，每个突出部从所述盖子的相应角伸出，所述突出部各具有形成在其中的孔，所述孔的形状和尺寸设置成用以容纳紧固件。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述直角通道为第一直角通道，且所述竖直表面为第一竖直表面；
所述盖子还具有形成在其中的第二直角通道，以便在位于所述盖子较低水平表面上的第三端口和位于所述盖子第二竖直表面上的第四端口之间提供流体连通，所述第二竖直表面不同于所述第一竖直表面。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述盖子包括金属的底座，在所述底座中形成所述突出部，并且在所述底座上固定有模制的塑料件，所述模制的塑料件具有形成在其中的所述直角通道。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述多个突出部包括四个突出部。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述四个突出部都共有一个方向。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述突出部中的每一个从所述盖子的相应的角径向地向外伸出。
15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：
夹在所述微通道结构和所述盖子之间的垫片。
16.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括夹在所述微通道结构和所述盖子之间的一对套管。
17.一种装置，包括：
微通道结构，具有形成在其中的微通道，所述微通道用以输送冷却剂，且其位于集成电路附近，以便将热量从所述集成电路传输给所述冷却剂；
位于所述微通道结构上的盖子；以及
板，安装在所述盖子上且具有形成在其中的直角通道，以便在位于所述板的较低水平表面上的第一端口和位于所述板的竖直表面上的第二端口之间提供流体连通，所述板包括位于共同的平面上的多个突出部，每个突出部从所述板的相应角伸出，所述突出部各具有形成在其中的孔，所述孔的形状和尺寸设置成用以容纳紧固件。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述直角通道为第一直角通道，且所述竖直表面为第一竖直表面；
所述板还具有形成在其中的第二直角通道，以便在位于所述板的较低水平表面上的第三端口和位于所述板的第二竖直表面上的第四端口之间提供流体连通，所述第二竖直表面不同于所述第一竖直表面。
19.根据权利要求18所述的装置，其特征在于，所述板包括金属的底座，在所述底座中形成所述突出部，并且在所述底座上固定有模制的塑料件，所述模制的塑料件具有形成在其中的所述直角通道。
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