CN104519721A - 冷却装置、电子设备和附接冷却装置的方法 - Google Patents

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Abstract

一种冷却装置，包括：冷却构件，该冷却构件与冷却管相连接，冷却介质流动通过该冷却管；第一紧固机构部件，该第一紧固机构部件设置在冷却构件上的第一位置处，并且构造成用以将冷却构件和基板紧固成将待冷却的电子部件夹在冷却构件与基板之间的状态；以及第二紧固机构部件，该第二紧固机构部件设置在冷却构件上的不同于第一位置的第二位置处，该第二位置定位在使施加于冷却构件上的第一载荷与施加于冷却构件上的第二载荷在电子部件中保持平衡的位置处，该第一载荷是由冷却管和第一紧固机构部件施加的，该第二载荷是由第二紧固机构部件施加的。

Description

冷却装置、电子设备和附接冷却装置的方法
技术领域
本文所讨论的实施方式涉及冷却装置、电子设备和附接该冷却装置的方法。
背景技术
近年来，电子设备正逐步被改进为具有高性能。在电子装置的高性能的情况下，已开发了各种各样的冷却装置，以冷却产生热量的电子部件(例如，见日本公开专利公报No.2004-356385)。
当使诸如液体或气体之类的冷却介质循环的冷却构件被附接至电子部件时，由连接至冷却构件的冷却管向该电子部件施加载荷。因此，当冷却构件以将待冷却的电子部件夹在冷却构件与基板之间的状态紧固至基板时，除了来自于将冷却构件紧固至基板的紧固机构的载荷之外，还由冷却管向电子部件施加载荷。因此，当设计成使得来自紧固机构的载荷被均匀地施加于电子部件时，在进一步由冷却管施加载荷时，施加于电子部件的载荷变得不平衡。施加于电子部件的不平衡载荷导致例如因冷却构件的变形所引起的冷却性能的下降，或者因集中在特定位置上的载荷所引起的电子部件的故障。
因此，本公开的一个目的是提供冷却装置、电子设备以及附接该冷却装置的方法，所述冷却装置、电子设备以及附接该冷却装置的方法用于使施加于电子部件的载荷的不平衡减小。
发明内容
根据本发明的一个方面，冷却装置包括：冷却构件，该冷却构件与冷却管相连接，冷却介质流动通过该冷却管；第一紧固机构部件，该第一紧固机构部件设置在冷却构件上的第一位置处，并且构造成用以将冷却构件和基板紧固成将待冷却的电子部件夹在冷却构件与基板之间的状态；以及第二紧固机构部件，该第二紧固机构部件设置在冷却构件上的不同于第一位置的第二位置处，该第二位置定位在这样的位置处：即，施加于冷却构件上的第一载荷与施加于冷却构件上的第二载荷在电子部件中保持平衡的位置，该第一载荷是由冷却管和第一紧固机构部件施加的，该第二载荷是由第二紧固机构部件施加的。
附图说明
图1是说明电子设备的构造的视图，根据本公开的示例性实施方式的冷却装置紧固至该电子设备；
图2是说明每个紧固机构或冷却管的连接位置的视图；
图3是说明根据修改的实施方式的冷却装置的视图；
图4是说明根据修改的实施方式的设置有多个冷却装置的状态的视图；
图5是说明连接至冷却装置的冷却管的修改的实施方式的视图；以及
图6是说明传统冷却装置的每个紧固机构或冷却管的连接位置的视图。
具体实施方式
在下文中，将对本公开的示例性实施方式进行描述。在实施方式中所描述的冷却装置、电子设备以及附接冷却装置的方法用于阻止施加于电子部件的载荷变为不平衡。
示例性实施方式仅用于说明的目的，而不用于限制本公开的技术范围。
图1是说明根据本公开的示例性实施方式紧固有冷却装置1的电子设备E的构造的视图。例如，如图1所示，紧固至电子设备E的冷却装置1以将待冷却的电子部件2配装到冷却装置1中的状态固定至基板3。用于将冷却装置1紧固至基板3的紧固机构4A、4B、4C和4D(例如，根据本公开的紧固构件)中的每一个都包括紧固螺钉7和压缩弹簧8(例如，根据本公开的弹性构件)，紧固螺钉7插入到形成于冷却装置1的冷却构件5中的每个通孔6A、6B、6C和6D中，并且紧固螺钉7插入到压缩弹簧8中。每个通孔6A、6B、6C和6D的内径都大于紧固螺钉7的外径。因此，由于冷却构件5能够在紧固螺钉7的纵向方向上移动，但是通过压缩弹簧8而被偏置，因而冷却构件5以将电子部件2夹在冷却构件5与基板3之间的状态固定至基板3。每个紧固机构4A、4B、4C和4D中所包括的压缩弹簧8是等同部件，因此这些压缩弹簧8施加几乎相等的载荷来挤压冷却构件5。因此，各紧固机构4A、4B、4C和4D的用于挤压冷却构件5的所有载荷将被称作F1。
冷却构件5与冷却管9相连接以使冷却剂循环通过冷却构件5。因此，载荷从冷却管9经由冷却构件5传递至电子部件2。在下文中，由冷却管9施加于冷却构件5的载荷将被称作F2。冷却管9连接至例如泵或冷却器(未图示)，或者由各种支承构件支承。因此，F2的大小取决于冷却构件5或冷却管9的附接状态，但是可根据冷却构件5或冷却管9的设计将F2的大小保持在预定范围内。
图2是说明每个紧固机构或冷却管的连接位置的视图。紧固机构4A、4B、4C和4D以及冷却管9定位在图2所示的位置处。即，紧固机构4A和4C定位在作为矩形板构件的冷却构件5上的两个相向的角处。相比之下，与紧固机构4A和4C不同的是，向冷却构件5施加与紧固机构4A和4C几乎相同的载荷的紧固机构4B和4D并未定位在冷却构件5的角处，而是分别定位在冷却构件5的相向的两个侧边上的预定位置处。此外，紧固机构4A、4B、4C和4D定位成使得连接紧固机构4A、4B、4C和4D的线形成平行四边形。
用于将冷却装置1附接至基板3的紧固机构4A、4B、4C和4D的位置通过以下方法来确定。即，首先，用于设置紧固机构4A和4C的通孔6A和6C(例如，如本文所述的第一紧固机构部件)形成于冷却构件5上的预定位置处。进一步地，用于设置紧固机构4B和4D的通孔6B和6D(例如，如本文所述的第二紧固机构部件)形成于冷却构件5上的如下位置：即，使通过冷却管9以及紧固机构4A和4C施加于冷却构件5的载荷(例如，本文所述的第一载荷)与通过紧固机构4B和4D施加于冷却构件5的载荷(例如，本文所述的第二载荷)在电子部件2中得以平衡的位置。
例如，使载荷平衡的位置可以通过如下方法来计算。假设从通孔6A到电子部件2的距离是L1，从通孔6B到电子部件2的距离是L2，以及从冷却管9的连接部分到电子部件2的距离是L3。在这种情况下，紧固机构4A的载荷F1借以影响电子部件2的加压力矩相当于F1×L1。此外，冷却管9的载荷F2借以影响电子部件2的加压力矩相当于F2×L3。因此，当紧固机构4B的载荷形成为与紧固机构4A的载荷相等的F1时，紧固机构4A的载荷与紧固机构4B的载荷在电子部件2中得以平衡，满足下面的等式。
F1×L1＝F1×L2+F2×L3
用于设置紧固机构4B的通孔6B应当形成为与电子部件2间隔开距离L2的位置可以根据上述等式来确定。通孔6D的位置也以与通孔6B相同的方式来确定。
当冷却装置1如上文所述地确定之后，在电子部件2的位置处，通过冷却管9以及紧固机构4A和4C施加于冷却构件5的载荷与通过紧固机构4B和4D施加于冷却构件5的载荷相抵消。因此，由于冷却管9连接至冷却构件5，其中，从紧固机构4A、4B、4C和4D中的任一者传递至冷却构件5的载荷是几乎相同的，从而阻止从冷却构件5传递至电子部件2的载荷变为不平衡。因此，这可以降低由于冷却构件5的变形而引起的冷却性能恶化、或者集中在特定位置上的载荷引起电子部件2的故障的可能性。当施加于电子部件2的载荷被抑制而免于变为不平衡时，这使得载荷能够被更均匀地施加于将电子部件2与基板3相连接的多个焊料凸点，从而提高电连接部分的可靠性。
冷却装置1不局限于上面提到的实施方式。例如，冷却构件5可以具有正方形的形状而不是矩形形状。此外，可对冷却装置1作如下修改。
图3是说明根据修改的实施方式的冷却装置的视图。在根据修改的实施方式的冷却装置1'中，冷却构件5'不是矩形板构件，而是平行四边形板构件。此外，紧固机构4A和4C设置在冷却构件5'的成锐角的边缘上，而紧固机构4B和4D设置在冷却构件5'的成钝角的边缘上。
由于根据修改的实施方式的冷却装置1'的冷却构件5'小于根据示例性实施方式的冷却构件5，因而可以增大基板3的用于安装电子部件的空间。
图4是说明根据修改的实施方式的设置有多个冷却装置1'的状态的视图。由于根据修改的实施方式的冷却装置1'的冷却构件5'小于根据示例性实施方式的冷却构件5，因而冷却装置1'可以靠近彼此设置，从而增大安装密度。这种设置可以减小由所有的冷却装置1'占据的空间。
图5是说明连接至冷却装置1的冷却管的修改的实施方式的视图。冷却装置1的冷却管可以具有如图5所示的冷却管9'的形状。根据本修改的实施方式的冷却管9'用于将载荷F2的大小保持在预定范围内，并且该冷却管9'形成为围绕与冷却构件5的连接部分延伸。由于围绕连接部分延伸的冷却管9'易于弹性变形，因此F2的大小不容易受冷却构件5或冷却管9'的附接状态影响。因此，易于将F2的大小保持在预定范围内。当F2的大小范围变窄时，可以计算各通孔6A、6B、6C和6D之间的根据上述等式确定的位置关系，从而进一步抑制施加于电子部件2的载荷的不平衡。
图6是说明传统冷却装置的每个紧固机构或冷却管的连接位置的视图。在传统冷却装置101中，紧固机构104A、104B、104C和104D以及冷却管109被设置于图6所示的位置处。即，所有的紧固机构104A、104B、104C和104D分别设置在作为矩形板构件的冷却构件105的四个角上。
在下文中，对冷却构件105进行偏置的每个紧固机构104A、104B、104C或104D的载荷将被称为F1'，由冷却管109施加于冷却构件105的载荷将被称为F2'。此外，从每个紧固机构104A、104B、104C或104D到电子部件102的距离将被称为L1'，从冷却管109的连接部分到电子部件102的距离将被称为L2'。在这种情况下，通过紧固机构104A和104C作用于电子部件102的加压力矩相当于F1'×L1'。通过紧固机构104B和104D作用于电子部件102上的加压力矩相当于F1'×L1'+F2'×L2'。即，在传统冷却装置101的情况下，产生使电子部件102或冷却构件105扭转的加压力矩。
由于诸如服务器之类的各种电子设备已发展成具有较高的性能，因此电子部件的安装密度或发热量正逐年增加。出于这个原因，冷却装置的尺寸或重量也趋于增大。举例而言，当冷却装置的重量增大时，在电子设备的运输过程中，震动或冲击施加强大影响，因此，作用在用于对构成冷却装置的各种部件进行支承的部件上的载荷同样也增大。例如，对用在电子部件与冷却构件之间的热接合材料进行加压所需要的载荷增大以便满足冷却性能。
即使冷却装置的每个部件的载荷都增加，当载荷均匀地施加于待冷却的电子部件时，可将冷却部件或电子部件的损坏抑制为期望的水平。然而，当载荷分布不平衡时，载荷集中在冷却部件或电子部件的特定部分上，由此引起部件的损坏或者产生间隙，从而使冷却性能恶化。此外，当载荷集中在用于电子部件的电连接的焊料凸点上时，导致焊料凸点的破坏，从而非预期地降低电子设备的可靠性。因此，当使用传统的冷却装置101时，产生使电子部件102或冷却构件105扭转的加压力矩，以致难以抑制在电子设备的运输过程中的震动或冲击的影响。
然而，根据上面提到的实施方式或改型的冷却装置阻止施加在电子部件上的载荷变得不平衡。因此，本公开能够降低由于冷却构件的变形而引起的冷却性能恶化的可能性、或者集中在特定位置上的载荷引起电子部件故障的可能性。

Claims (15)

1.一种冷却装置，包括：
冷却构件，所述冷却构件与冷却管相连接，冷却介质流动通过所述冷却管；
第一紧固机构部件，所述第一紧固机构部件设置在所述冷却构件上的第一位置处并且构造成：将所述冷却构件和基板紧固成将待冷却的电子部件夹在所述冷却构件与所述基板之间的状态；以及
第二紧固机构部件，所述第二紧固机构部件设置在所述冷却构件上的不同于所述第一位置的第二位置处，所述第二位置定位于使施加于所述冷却构件上的第一载荷与施加于所述冷却构件上的第二载荷在所述电子部件中保持平衡的位置处，所述第一载荷是由所述冷却管和所述第一紧固机构部件施加的，所述第二载荷是由所述第二紧固机构部件施加的。
2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，所述冷却构件是平行四边形的板构件，
所述第一紧固机构部件设置在所述冷却构件的成锐角的边缘和成钝角的边缘中的任一者上，以及
所述第二紧固机构部件设置在所述冷却构件的所述成锐角的边缘和所述成钝角的边缘中的另一者上。
3.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，所述第二紧固机构部件设置于如下位置处：即，当由所述第一紧固机构部件施加于所述冷却构件上的载荷形成为与由所述第二紧固机构部件施加于所述冷却构件上的载荷相同时，使所述第一载荷与所述第二载荷在所述电子部件中保持平衡的位置。
4.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，所述第一紧固机构部件和所述第二紧固机构部件中的每一者都包括孔，所述孔用于插入将弹性构件紧固至所述基板的构件，所述弹性构件朝向所述电子部件挤压所述冷却构件。
5.根据权利要求1所述的冷却装置，其中，所述冷却管形成为围绕与所述冷却构件连接的连接部分延伸。
6.一种电子设备，包括：
基板，所述基板构造成用以将电子部件安装于所述基板上；
冷却构件，所述冷却构件与冷却管相联接，冷却介质流动通过所述冷却管以冷却所述电子部件；
第一紧固构件，所述第一紧固构件设置在所述冷却构件上的第一位置处并且构造成：将所述冷却构件和所述基板紧固成将所述电子部件夹在所述冷却构件与所述基板之间的状态；以及
第二紧固构件，所述第二紧固构件设置在所述冷却构件上的不同于所述第一位置的第二位置处，所述第二位置定位于使施加于所述冷却构件上的第一载荷与施加于所述冷却构件上的第二载荷在所述电子部件中保持平衡的位置处，所述第一载荷是由所述冷却管和所述第一紧固构件施加的，所述第二载荷是由所述第二紧固构件施加的。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其中，所述冷却构件是平行四边形的板构件，
所述第一紧固构件设置在所述冷却构件的成锐角的边缘和成钝角的边缘中的任一者上，以及
所述第二紧固构件设置在所述冷却构件的所述成锐角的边缘和所述成钝角的边缘中的另一者上。
8.根据权利要求6所述的电子设备，其中，所述第二紧固构件设置于如下位置处：即，当由所述第一紧固构件施加于所述冷却构件上的载荷形成为与由所述第二紧固构件施加于所述冷却构件上的载荷相同时，使所述第一载荷与所述第二载荷在所述电子部件中保持平衡的位置。
9.根据权利要求6所述的电子设备，其中，所述第一紧固构件和所述第二紧固构件中的每一者都包括：
弹性构件，所述弹性构件构造成朝向所述电子部件挤压所述冷却构件；以及
构造成用以将所述弹性构件固定至所述基板的构件。
10.根据权利要求6所述的电子设备，其中，所述冷却管形成为围绕与所述冷却构件连接的连接部分延伸。
11.一种附接冷却装置的方法，包括：
将第一紧固机构部件设置于与冷却管相连接的冷却构件上的第一位置处，冷却介质流动通过所述冷却管，所述第一紧固机构部件将所述冷却构件和基板紧固成将待冷却的电子部件夹在所述冷却构件与所述基板之间的状态；以及
将第二紧固机构部件设置于所述冷却构件上的不同于所述第一位置的第二位置处，所述第二位置定位于使施加于所述冷却构件上的第一载荷与施加于所述冷却构件上的第二载荷在所述电子部件中保持平衡的位置处，所述第一载荷是由所述冷却管和所述第一紧固机构部件施加的，所述第二载荷是由所述第二紧固机构部件施加的。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述冷却构件是平行四边形的板构件，
所述第一紧固机构部件设置在所述冷却构件的成锐角的边缘和成钝角的边缘中的任一者上，以及
所述第二紧固机构部件设置在所述冷却构件的所述成锐角的边缘和所述成钝角的边缘中的另一者上。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二紧固机构部件设置于如下位置处：即，当由所述第一紧固机构部件施加于所述冷却构件上的载荷形成为与由所述第二紧固机构部件施加于所述冷却构件上的载荷相同时，使所述第一载荷与所述第二载荷在所述电子部件中保持平衡的位置。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一紧固机构部件和所述第二紧固机构部件中的每一者都包括孔，所述孔用于插入将弹性构件紧固至所述基板的构件，所述弹性构件朝向所述电子部件偏置所述冷却构件。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述冷却管形成为围绕与所述冷却构件连接的连接部分延伸。
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