CN102782837B - 液态双列直插存储模块冷却设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于冷却具有多个存储模块（4）的DIMM（2）的液态冷却设备（1），所述液态冷却设备（1）包括：散热器（5），其沿着所述多个存储模块（4）布置；冷轨块（7），其沿着交错在所述冷轨块（7）和所述DIMM的所述存储模块（4）之间的所述散热器（5）及热适配器（8）延伸。所述热适配器（8）在垂直于DIMM（2）板的平面的方向上是可压缩的，因此允许所述冷却设备（1）的部件（5,7,8）在垂直于所述DIMM（2）的平面的方向上相对于彼此移动及调整。在一个优选实施例中，所述冷却设备（1）内的相邻部件（5,8）的匹配光滑表面涂布有润滑剂，因此允许这些部件（5,8）相对于彼此的低摩擦滑动并允许容易地从所述冷却设备（1）移除所述DIMM（2），且允许毫不费力及不用工具来更换所述DIMM（2）。

Description

液态双列直插存储模块冷却设备
技术领域
本发明一般地涉及电子部件的冷却，具体地说，涉及用于电子电路板的液态冷却设备。
背景技术
诸如在计算机及电子设备中所包含的存储模块之类的微电子部件在工作期间产生大量的热，必须将热移除以便确保部件的可靠性能及较长寿命。过去，这已通过使用空气冷却而实现，例如以风扇强制空气流过电子设备。然而，发现这些空气冷却设置占用相当大的空间量和/或无法充分冷却微电子部件。具体地说，使用诸如双列直插存储模块（DIMM）之类的密集封装的功能强大的微电子部件需要功能强大的冷却系统。
DIMM是狭窄细长的电子电路板，其两侧均拥有存储模块。由于电路板上功能强大的存储模块的高密度及紧密邻近，故DIMM需要可靠且高效的冷却，这使用空气流动冷却很难实现。
因此，已探索空气流动冷却的各种备选方案：美国专利号7,369,511B2说明一种用于微电子部件的冷却组件，其利用在微电子设备的典型工作温度处呈现相变的低熔点合金组成物。此低熔点合金组成物用作在待冷却微电子设备与相邻散热体之间的热界面材料，且有效桥接（bridge）所述微电子设备与所述散热体之间的间隙。虽然这种热界面可能非常有效，但低熔点合金易受氧化影响并需要加以密封，使得微电子设备的替换或更换非常难处理。拆卸冷却器、替换电子部件及重新安装冷却器需要相当大的机械工作量。
为了增加冷却速率，特别针对DIMM开发了液态冷却系统。美国专利号2006/0250772A1揭示一种液态冷却系统，其用于冷却在主板上彼此平行布置的多个DIMM。所述系统包含水冷散热体座，其位于DIMM电路板的顶部边缘上；沿着DIMM的侧面从所述散热体座延伸的冷却鳍片具备用于确保所述DIMM的存储模块与所述鳍片之间的良好热接触的热界面层。所述热界面层由柔软材料制成，以便能够在主板上已就位的DIMM之间滑动鳍片，且提供足够接触压力以允许充分的热转移。虽然此冷却系统很容易拆卸并因此允许DIMM的快速替换，但其布置在DIMM的顶部上的水冷散热体座需要相当大的空间量。当该冷却系统加至DIMM布置的高度时，其无法用于其中在DIMM顶部上的可用空间非常有限的服务器刀片或薄机架式服务器（thin rack mounted servers）。
美国专利号2008/0251911A1显示一种用于具有多个存储模块的DIMM的非常紧凑的液态/蒸气冷却组件。在此组件中，散热器沿着多个存储模块布置，且导热管和/或蒸气腔体沿着散热器延伸。所述冷却组件的各种部件通过夹子保持就位。虽然此冷却组件占用非常小的空间，但因为其要求导热管的非常精确的尺寸以确保良好的热接触，故其相当复杂。此外，因为DIMM的替换要求拆卸及重新组装布置在DIMM周围的导管组件，故其相当复杂并耗费很多时间。
因此，需要一种液态DIMM冷却设备，其占用最小空间并允许容易且省时地替换DIMM模块，同时提供对DIMM的有效冷却。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于DIMM的液态冷却设备，其要求空间小并易于安装及拆卸DIMM。此外，所述冷却设备的生产及工作应符合成本效益。
这些目的由独立权利要求的特征实现。其它权利要求及说明书揭示本发明的具优势的实施例。
根据本发明，提供一种用于冷却双列直插存储模块（DIMM）的液态冷却设备，所述DIMM包括布置在具有边缘连接器的电路板上的多个存储模块。所述液态冷却设备包括：散热器，其沿着所述多个存储模块布置；冷轨块，其沿着所述散热器延伸；以及热适配器，其交错在所述冷轨块和所述DIMM的所述存储模块之间。所述热适配器在垂直于所述DIMM的电路板的平面的方向上是可压缩的，使得通过施加压力于所述热适配器上，可以以可逆方式更改所述热适配器的厚度。
交错在所述冷轨与所述DIMM之间的所述热适配器的可压缩性，允许所述冷却设备的部件在垂直于所述DIMM的电路板的平面的方向上相对于彼此移动及调整。所述可压缩适配器因此就像弹簧，其保持所述部件就位并确保良好的机械及热接触。所述可压缩适配器因此补偿所述液态冷却设备的各种部件的尺寸差异及不精确；通过手动压缩所述适配器，可从所述冷却设备移除所述DIMM。在一个优选实施例中，在所述冷却设备内的选择的部件具备匹配的光滑表面，其允许这些部件相对于彼此的低摩擦滑动。这允许很容易从所述冷却设备移除所述DIMM，且其更换毫不费力及不用工具。
附图说明
从以下对实施例的详细说明（但不限于所述实施例），可最佳了解本发明连同以上所提及和其它的目的及优势，其中：
图1为具有包含发热部件及冷却系统的主板的计算机系统的示意图；
图2a为根据第一实施例的液态冷却设备的透视侧面图；
图2b为图2a的液态冷却设备沿图2a中的平面IIb-IIb的剖视图；
图2c为包含在图2a的液态冷却设备中的冷轨块的透视侧面图；
图3a为根据一个备选实施例的液态冷却设备的透视侧面图；
图3b为具有形成图3a的液态冷却设备的一部分的覆盖组件的DIMM。
在所述图式中，使用相同参考数字指代相似元素。所述图式只是示意图，并非旨在描绘本发明的明确参数。此外，所述图式仅旨在描绘本发明的典型实施例，故不应被视为限制本发明的范围。
具体实施方式
图1显示计算机系统100的一个实施例的示意图，计算机系统100包括在工作期间产生热的各种电子部件及模块。计算机系统100通常包括电源110、主板120及多个存储介质130，诸如磁盘驱动器和/或光驱130。主板120包含多种电子部件，诸如中央处理单元（CPU）122、输入/输出（I/O）接口124，其用于存取外部设备/资源140，诸如键盘、鼠标、语音识别系统、打印机、屏幕、传真机等，以及安装在主板120的插座126内的双列直插存储模块（DIMM）2。这些DIMM插座126的标准布置使得DIMM模块彼此平行对准并垂直于主板120的平面。图1显示三条安装在主板120上的DIMM 2以及一个空的插槽插座。计算机系统100具备用于冷却计算机系统100的电子部件的液态冷却系统150。液态冷却系统150包括液态冷却设备1、1'，其以实现DIMM 2的有效冷却同时使DIMM能够快速且容易更换的方式设计。将结合图2a-2c及图3a与3b详细阐述此类液态冷却设备1、1'的两个优选实施例。
图2a显示透视侧面图，且图2b是根据本发明第一实施例的液态冷却设备1的示意剖视图。冷却设备1旨在冷却安装在电子设备（诸如工作站）的主板120上的相邻平行插座126中两条DIMM 2。每条DIMM 2包括印刷电路板（PCB）3，其在每个侧面上皆具有多个存储模块4，且包括具有多个接触垫31的边缘连接器30，当DIMM 2被插入主板120上的插座126中时，多个接触垫31与多个连接器电接触。
每条DIMM 2被覆盖（sheathed）在散热器5中，散热器5弯曲成U型并以散热器5的内部表面6平躺在存储模块4的表面上的方式滑过DIMM 2的顶部。散热器5可由具有良好导热性的金属片制造，例如1毫米厚的铜或铝片。将导热胶或弹性导热垫施加于散热器5的内部表面6以确保在存储模块4的表面和面对其的散热器表面6之间的良好热接触。
冷却设备1包括：冷轨块7，其位于两条平行DIMM 2之间的间隙中；以及热适配器8，其桥接安装在DIMM 2上的冷轨块7与散热器5之间的间隙。
冷轨块7包括两个冷轨套筒9，它们夹着导管10，经由导管10传导冷却液体例如水、油或（压缩）气体。冷轨块7的详细视图示于图2c中。使用位于冷轨套筒9的远端上的托架组件11将冷轨套筒9夹紧到导管10（其未显示于图2c中）。在图2c的实施例中，托架组件11包括托架主体12，使用六角插座螺钉13以及形状为夹具螺帽14的托架顶部部分将托架主体12附接到冷轨块7。通过将定位螺钉15固定在这些夹具螺帽14中而将冷轨套筒9压在导管10上。导热胶分布在导管10和冷轨套筒9之间的界面16上，因而确保良好的热接触。
交错在冷轨块7和散热器5之间的是热适配器8。热适配器8是弹性的（可逆压缩），当施加（局部）压力于热适配器8上时其厚度将（局部）减少，但当压力消失时其将恢复初始形状。
固持托架20跨散热器5、热适配器8及冷轨块7，并通过以垂直于DIMM 2的平面的方向夹住及压缩它们而使它们保持就位，因此确保冷却设备1的部件5、7及8之间的良好机械及热接触。固持托架20是弹性的并充当使得可压缩热适配器被压到冷轨块7的侧面上的压缩弹簧，而覆盖DIMM 2的散热器5被压到热适配器8的侧面上。
热适配器8具有高热传导性并在垂直于DIMM的电路板3的平面的方向上是可压缩的。由于此可压缩性，故热适配器8可以由施加压力的固持托架20挤压成适当厚度，因而调整DIMM 2以及冷却设备1的剩余部件5、7、8的定位不精确。
在图2a及2b的实施例中，每个热适配器8皆由安装到刚性垫片17的可压缩导热垫18制成。导热垫18具备使其能够降低并补偿热适配器8以及DIMM 2和/或其散热器5的尺寸不精确性的固有可压缩性及灵活性。导热垫18的表面是粘性的，使得导热垫18附接到冷轨块7并相对于冷轨块7使垫片17保持就位。在一个优选实施例中，导热垫18可由LairdTechnologies的TflexTM材料制成，例如Tflex 300、Tflex 600或Tflex 700。在一个备选的优选实施例中，可使用Bergquist的间隙垫3000S30材料；这是一种热传导系数为3W/m-k的软性间隙填充材料。
垫片17的厚度取决于主板120的插座126的间距并可从大约0.1毫米至数毫米之间变化。垫片17可由任何导热材料制成，诸如铜或铝。如果垫片17很薄，则其亦可由钢制成。垫片17通过在冷轨块托架主体12的底部上的挡块（catches）21支撑并保持就位（见图2c）。面对散热器5的垫片表面19是光滑的，这允许散热器5在不必施加许多努力的情况下即可相对于垫片19位移。为了降低垫片表面19和散热器5之间的摩擦，可以将一层高粘度聚硅氧油（silicone oil）沉积于垫片表面19上，因而确保良好的热接触以及在DIMM 2的安装及拆卸期间促进相对于热适配器8而滑动散热器5。
导热垫18的可压缩性及灵活性允许不需任何工具而容易及省时地更换DIMM 2：当欲移除DIMM 2中的一个（或两者）时，将固持托架20抬离冷却组件1，且将DIMM 2连同围绕其的散热器5一起从其在主板120上的插座126中取出，而冷轨块7及热适配器8在主板120上保持就位。当从主板120移除DIMM 2及散热器5时，散热器5沿着垫片17的表面19滑动，且附接到导热垫18（其粘附于冷轨块7）的垫片17保持就位。随后，覆盖在散热器5中的新的DIMM 2沿着垫片17的外部表面19滑动并插入主板120的插座126。在引入新的DIMM 2之前，高粘度油的薄膜及合理的导热性分布于面对该新的DIMM 2的垫片17的表面19上，因此确保低摩擦及良好的导热性。为了促进新的DIMM 2的安装，散热器5在其底部角落呈现小型楔形体，其在插入操作期间将热适配器8压向冷轨块7。一旦新的DIMM 2已插入其插座126并且固持托架20已放置就位，则在DIMM 2上的存储模块4与冷轨块7之间的导热路径是闭合的。
要指出的是，由于冷轨块7位于相邻DIMM 2之间的间隙中，且由于覆盖DIMM 2的散热器5增加很小的高度（仅大约1毫米），故图2a-2c的冷却设备1在DIMM 2的上方使用很小的空间。因此，冷却设备1非常适合用于其中在DIMM 2的顶部上的可用空间非常有限的服务器刀片或薄机架式服务器。
还要指出的是，虽然图2a-2c的冷却设备1显示为跨越两个DIMM 2，但冷却设备可很容易扩充成冷却三个或更多DIMM 2。在此情况下，冷轨块7交错在每对相邻DIMM 2之间，且固持托架20以跨越待冷却的整组DIMM 2的方式来定尺寸。
图3a及3b显示本发明的一个备选实施例。图2a-2c中所描绘的冷却设备1被设计成对两个（或更多）DIMM 2提供冷却，而图3a及3b的冷却设备1'旨在用于仅冷却一个DIMM 2。如图3a所示，冷却设备1'包括两个平行的冷轨块7'，它们以待冷却的DIMM 2可以被引入到它们之间并被夹在它们之间的方式定位在主板120上。冷轨块7'对应于图2c中所显示的冷轨块7；它们包括在其中传导冷却液体（诸如水、水蒸气、油等）的导管10。冷却设备1'包括两个平坦的散热器5'，它们附接到DIMM 2中待冷却的各侧面。形状为可压缩导热垫18'的可压缩热适配器8'交错在DIMM 2和在DIMM 2的两侧面上的散热器5'之间。导热垫18'具粘性并相对于DIMM 2保持散热器5'就位。为了将散热器5′固定就位，压入DIMM2的电路板3的远端的固定销钉（pins）22插入散热器5′中的匹配孔22'内，因而保持散热器5′与电路板3的侧面对准，同时允许散热器5'在垂直于电路板3的平面的方向上移动。
冷轨块7'刚性地安装到主板120，在它们之间形成间隙23，其中将插入包括DIMM 2、散热器5'及导热垫18'（见图3b）的被覆盖的DIMM组件24。导热垫18'的厚度以当此被覆盖的DIMM组件24位于冷轨块7'之间的间隙23中时导热垫18'被稍微压缩的方式来定尺寸。冷轨块7'施加压力于散热器5'的外部上，后者又压缩导热垫18'并将其压到DIMM模块4上。这确保在DIMM模块4、导热垫18'、散热器5'及冷轨块7'之间的界面的良好的机械及热接触。取决于冷轨块7'安装在主板120上的方式，为了确保冷轨块7'施加预定压力于散热器5'的外部，可使用类似于在图2a中所显示的弹性固持夹具。
如果需要更换DIMM 2，则将包括DIMM 2、导热垫18'及散热器5'的所述覆盖的DIMM组件24从在冷轨块7'之间的间隙23拉出。DIMM 2上接合到散热器5'的孔22'内的销钉22确保可以整体抽出此组件24。为了使被覆盖的DIMM组件24被容易抽出，将高粘度的聚硅氧油的薄膜布置在冷轨块7'和散热器5'之间。其充当热接触并在DIMM 2的插入或移除期间支撑滑动动作。为了将新的DIMM 2在主板120上放置就位，该DIMM2具备导热垫18'及散热器5'，因此形成在图3b中所显示的被覆盖的DIMM组件24。通过手动施加压力于散热器5'的外部面上，导热垫18'被压缩，因此减少被覆盖的DIMM组件24的厚度25，直到其可以被插入冷轨块7'之间的间隙23，且DIMM 2的边缘连接器30可以被引入主板120中其对应的插座126。
要指出的是，图3a及3b的冷却系统1'未延伸超出DIMM 2的高度，使得其在DIMM 2的顶部上未占用额外空间。因此，其特别适合用于其中在DIMM的顶部上的可用空间非常有限的服务器刀片或薄机架式服务器。

Claims (11)

1.一种用于双列直插存储模块DIMM(2)的液态冷却设备(1，1’)，所述DIMM(2)包括借助边缘连接器(30)布置在电路板(3)上的多个存储模块(4)，所述边缘连接器(30)包括多个接触垫(31)，其中所述液态冷却设备(1)包括：
-散热器(5，5’)，其沿着所述多个存储模块(4)布置，
-冷轨块(7，7’)，其沿着所述散热器(5，5’)延伸，并在其中传导冷却液体，以及
-热适配器(8，8’)，其交错在所述冷轨块(7，7’)与所述DIMM(2)的所述存储模块(4)之间，
其特征在于，所述热适配器(8，8’)是可压缩的；
所述热适配器(8)包括固定至刚性垫片(17)的可压缩导热垫(18)，所述可压缩导热垫(18)被设置为邻近所述冷轨块(7)。
2.如权利要求1的液态冷却设备，其特征在于，所述冷却设备(1)用于冷却平行对准的两个相邻DIMM(2)，并且所述冷轨块(7)置于所述DIMM(2)之间的间隙中。
3.如权利要求1的液态冷却设备，其特征在于，所述冷却设备(1)包括固持托架(20)，所述固持托架(20)用于通过将压力施加于所述冷却设备(1)的外部面上而将所述冷却设备(1)的部件(5，7，8)固定在一起。
4.如权利要求1的液态冷却设备，其特征在于，所述冷却设备(1’)包括平行布置且具有间隙(23)的两个冷轨块(7’)，所述间隙(23)用于插入由热适配器(8’)及散热器(5’)覆盖的所述DIMM(2)的组件(24)。
5.如权利要求4的液态冷却设备，其特征在于，所述热适配器(8’)包括交错在所述DIMM(2)的侧面和刚性散热器(5’)之间的可压缩导热垫(18’)。
6.如权利要求1的液态冷却设备，其特征在于，所述冷却设备(1，1’)包含固定构件(21，22)，所述固定构件(21，22)用于相对于所述冷轨块(7，7’)或相对于所述DIMM模块(2)使所述热适配器(8，8’)保持就位。
7.如权利要求6的液态冷却设备，其特征在于，所述固定构件由从所述冷轨块(7)向外凸出的挡块(21)形成。
8.如权利要求6的液态冷却设备，其特征在于，所述固定构件由销钉(22)形成，所述销钉(22)从DIMM电路板(3)向外凸出并接合至所述散热器(5’)中的孔(22’)内。
9.如权利要求1的液态冷却设备，其特征在于，所述冷却设备(1，1’)内的选定相邻部件(5，8；5’，7’)具备光滑表面，所述光滑表面允许这些部件(5，8；5’，7’)相对于彼此的低摩擦滑动。
10.如权利要求9的液态冷却设备，其特征在于，低摩擦润滑剂散布在给定部件(5，8；5’，7’)之间的界面上。
11.一种用于如权利要求1的DIMM存储模块(2)的冷却系统(150)，其中所述冷却系统(150)包括如前述权利要求之一的液态冷却设备(1，1’)。
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