CN107066055A - 用于计算装置的夹层填充物模块设备与方法 - Google Patents

Abstract

本公开的发明名称是“用于计算装置的夹层填充物模块设备与方法”。本文中公开的是使用夹层填充物模块（104）的用于板上电子组件（106）的热调节的方法与系统。所述夹层填充物模块（104）连接在电路板（108）的夹层部位（102），以提供用于至少从位于所述夹层部位（102）之下的组件中释放的热能的额外热传导路径。

Description

用于计算装置的夹层填充物模块设备与方法

技术领域

本公开的实施例一般涉及计算组件，且更特定地，涉及用于计算装置的夹层填充物（mezzanine filler）模块设备与方法。

背景技术

单板计算机中的一种类型采用计算外形格式标准，这些标准作为特征地供给用来接纳夹层卡的一个或更多扩展部位（site）。这些夹层卡是更小外形因素（form factor）卡，其在很多实例中也被加工成标准且配置成堆叠在载体（carrier）卡（诸如单板计算机）之上，以添加或增强载体卡的计算和/或外围能力。单板计算机上用来接纳夹层卡的部位常常被称作为夹层部位。夹层卡通过连接器耦合到载体板，连接器包含到载体板的数据总线的连接以及用于IO连通性、功率和接地的连接。夹层卡常常依据它们所连接到的数据总线类型来被标记。例如，IEEEP1386.1定义了用于带有外围组件互连（PCI）数据总线的夹层卡的标准。作为进一步示例，其它标准对于反模块欧罗巴（Versa Module Europa）（VME）总线、快速PCI（PCIe）总线是可用的。夹层卡也被称作为子卡、子板、以及搭载（piggyback）板。

由于它们紧凑和/或结实的配置，单板计算机被用在广泛许多的计算以及控制应用中，特别是在工业、远程通信、航天以及军事系统中。然而，由于它们紧凑的外形因素，计算组件的热调节对在此类应用中使用单板计算机的系统设计者摆出了挑战。尽管有源热调节系统是可用的，但在很多应用中无源传导以及对流热调节系统由于它们的简单性以及稳固性常常是优选的。并且，由于对于嵌入控制系统而言，对计算系统的处理密度、功能、以及紧凑性的要求已随时间而增加，因而需要更大的热耗散能力。

因此，所需要的是克服当前领域中的挑战的装置、系统、以及方法，其中所述挑战中的一些在以上被描述。

发明内容

本文中公开的是用于带有夹层部位的计算装置的电子组件的热调节的夹层外形因素设备与方法。基于夹层的设备，其作为填充物模块，有益地用作额外热路径，所述额外热路径用于位于计算系统的夹层部位下的板上组件，从而允许容纳在计算系统和/或附连到其的子板上的更高功率使用。

本文中举例说明的是配置成作为PMC或XMC模块的基于夹层的填充物模块。所述填充物模块的维度符合标准模块（例如，PMC或XMC）的维度，以允许在一些实施例中基于夹层的填充物模块和任何标准遵从的计算装置的互通性。PMC指的是带有PCI数据总线的夹层卡，且XMC指的是带有PCIe（即，快速PCI）数据总线的夹层卡。其它类型的可应用标准包含，但不限制于处理器PMC（PPMC或PrPMC）以及传导冷却的PMC（CCPMC）。

在一个方面中，描述了一种用于装置温度的调节的系统。所述系统包含具有一个或更多夹层部位的电路板（例如，印刷电路板，诸如载体卡或单板计算机），其中每一个部位包含在PCB上指定用于第二电路板（例如，印刷电路板）的区域，使得所述第二电路板覆盖所述第一电路板的多个热产生组件中的一个或更多组件。所述电路板包含一个或更多装配构件（例如，用于耦合到所述第二电路板），其中所述一个或更多装配构件（例如，支架（standoff）、隔片（spacer）、DIN连接器）中的每一个关联于一个或更多夹层部位中的夹层部位。所述系统进一步包含填充物模块（例如，标准化的非系统专用填充物模块），所述填充物模块配置成在所述一个或更多夹层部位之一连接到所述电路板。在一些实施例中，所述填充物模块包含可移除地可附连到所述电路板的所述一个或更多装配构件之一的第二装配构件。

在一些实施例中，所述填充物模块包含基底结构，所述基底结构具有相对于所述电路板的一个或更多热产生组件之一可接近地定位的表面，使得形成与其的热传导路径（例如，i)在所述PCB上的IC和所述填充物模块之间的直接热接触，或ii)跨应用在所述电路板的一个或更多热产生组件所述之一和所述填充物模块的所述基底结构之间的热接口材料）。

在一些实施例中，所述填充物模块的所述基底结构包含横越（span）所述电路板上所述填充物模块的覆盖部分的热接触表面，接触表面可接近地定位到多个模块计算装置（例如，单板计算机）的多个电路板，所述多个模块计算装置包含第一计算装置和第二计算装置，所述第一计算装置具有其电路板上以第一布置配置的多个热产生组件的第一集合，且所述第二计算装置具有其电路板上以第二布置配置的多个热产生组件的第二集合，其中所述第一布置配置不同于所述第二布置配置。

在一些实施例中，所述填充物模块的所述基底结构当在带有给定电路板的组装配置中时只接近于所述给定电路板的热产生组件，使得只形成与其的热传导路径（例如，其中所述填充物模块在其中不生成热，例如不包含CPU、存储器模块）。

在一些实施例中，所述填充物模块包含可移除地可连接于所述电路板的所述一个或更多装配构件的对应装配构件（例如，其中所述填充物模块的所述装配构件或i）可固定地连接到所述填充物模块的所述基底结构，或ii）可固定地连接到所述填充物模块的电路板，所述填充物模块的所述电路板可固定地耦合到所述填充物模块的所述基底结构）。

在一些实施例中，所述系统进一步包含应用在两个或更多所述至少一个热产生组件和所述填充物模块之间的热接口材料（TIM），使得形成在其之间的直接热接触。在一些实施例中，所述热接口材料是基于接触压力性质、电阻率性质、和/或介电强度性质来选择的。在一些实施例中，所述热接口材料包括热脂，例如环氧树脂（epoxy）、硅酮（silicone）、氨基甲酸乙酯（urethane）、以及丙烯酸脂（acrylate）。在一些实施例中，所述热接口材料包含从基于溶剂的溶液、热融粘合剂、或压力敏感粘合带中选择的材料。在一些实施例中，所述热接口材料包含由氧化铝、氮化硼、氧化锌和/或氮化铝组成的材料。在一些实施例中，所述填充物模块含有包括石墨、铜、铝、银、金、铝合金、金刚石、铜-钨赝合金、铝基体中碳化硅（例如，AlSiC）、铜-银合金基体中金刚石（例如，Dymalloy）、和/或铍基体中氧化铍的材料。

在一些实施例中，所述热接口材料完全填充所述电路板的所述至少一个热产生组件和所述填充物模块之间的接口间隙。

在一些实施例中，所述填充物模块的所述基底结构包含热接触表面，所述热接触表面横越所述电路板上所述填充物模块的覆盖部分，接触表面配置成接收所述热接口材料的多个配置，包含第一配置和第二配置（例如，不同的尺寸、厚度、以及位置）。

在一些实施例中，所述系统进一步包含操作地连接到所述一个或更多夹层部位（例如，配置有至少两个夹层部位的单板计算机或载体板的夹层部位）之一的第二电路板（例如，子卡），其中所述第二电路板耦合到第二基底结构（例如，所述子卡的吸热器（heatsink）和/或散热器（heat spreader）），使得形成与其的直接热传导路径，且其中所述填充物模块（例如，所述填充物模块）的所述基底结构相对于所述第二电路板可接近地定位，使得形成与其的热传导路径（例如，其中所述热传导路径包括或i）在所述基底结构和所述第二基底结构之间的直接热接触或ii）跨应用在所述填充物模块的所述基底结构和所述第二电路板的所述第二基底结构之间的热接口材料的热流）。吸热器指的是离散吸热器组件以及总线条、有源传输组件（例如，流体循环块）、和/或所述系统装配到的底座机柜（chassiscabinet）。

在一些实施例中，所述系统进一步包含耦合到所述电路板的热架（heatframe），使得与所述电路板的所述一个或更多热产生组件中的热产生组件进行直接热接触（例如，其中所述热架包含，i）侧轨，配置成提供用于从所述电路板移除热的热路径，或ii）中央条构件，配置成提供用于从所述电路板移除热的热路径），其中当所述填充物模块相对于所述一个或更多热产生组件接近地定位时，所述填充物模块形成与所述热架的直接热传导路径。

在一些实施例中，所述一个热产生组件是集成电路、处理模块（例如，CPU）、图形处理模块（例如，GPU）、主桥模块（例如，北桥IC）、外围桥模块（例如，南桥IC）、网络模块、芯片集、图形卡、存储器模块、或存储模块（例如，硬盘驱动器、闪存盘、紧凑闪存盘）。

在一些实施例中，所述填充物模块包含一个或更多翅片（fin）（例如，其中所述翅片配置成使得当所述填充物模块相对于所述电路板接近地定位时，模块构件的一个或更多翅片中的每一个与关联于所述电路板的相应一个或更多翅片对齐，使得形成通道）。

在一些实施例中，所述填充物模块的部分是中空的。

在一些实施例中，所述填充物模块是实心的。

在一些实施例中，所述填充物模块包含从由螺杆（screw）、热传导带或环氧树脂、金属丝（wire）形式z夹子、板簧夹子、有支架的隔片、以及推针所组成的组中选择的至少一个接口，所述至少一个接口可移除地可连接于所述电路板的所述至少一个装配构件。

在一些实施例中，所述夹层部位包含用于将子板耦合到所述电路板以使得所述子板覆盖（例如，在之上或之下）于所述电路板的表面的部位。

在一些实施例中，所述系统进一步包含可固定地耦合到所述电路板（例如，载体板或单板计算机）的前侧的面板，所述面板具有第一厚度，其中所述填充物模块的所述基底结构具有第二厚度，使得当所述基底结构相对于所述电路板接近地可定位时，所述基底结构和所述电路板共同形成所述第一厚度（例如，其中当所述填充物模块被组装在所述电路板上时，所述基底结构的表面与所述面板的侧壁齐平）。

在一些实施例中，所述系统包含从由PCI夹层卡（PMC）、PCIe PMC（PMC-X）、处理器PMC（PPMC或PrPMC）、传导冷却的PMC（CCPMC）、开关的（switched）夹层卡（XMC）以及FPGA夹层卡（FMC）所组成的组中选择的第二装置，其中所述填充物模块具有相对于所述第二装置可接近地定位的表面，使得形成与其的热传导路径。在一些实施例中，第二装置符合从由IEEEP1386.1、ANSI/VITA 20-2001、以及VITA 42.0所组成的组中选择的至少一个标准（例如，其中所述填充物模块符合从由IEEE P1386.1、ANSI/VITA 20-2001、以及VITA 42.0所组成的组中选择的所述至少一个标准）。

在一些实施例中，所述填充物模块具有横越至少所述一个或更多所述夹层部位之一的宽度的宽度。在一些实施例中，所述填充物模块横越所述夹层部位的部分、所述夹层部位的宽度、或者大于所述夹层部位的宽度。

在一些实施例中，所述系统进一步包含热管和/或汽室（vapor chamber），其中所述热管和/或汽室具有相对于所述至少一个热产生组件所述之一可接近地定位的表面，使得形成与其的热传导路径，且其中当所述填充物模块相对于所述电路板接近地定位时，所述填充物模块形成与所述热管和/或汽室的热传导路径。

在另一个方面中，公开了一种设备（例如，填充物模块）。所述设备包含基底结构（例如，所述填充物模块的吸热器/散热部分）；以及可固定地耦合到所述基底结构的一个或更多装配构件（例如，支架、隔片、DIN 连接器），其中所述一个或更多装配构件可移除地可附连到计算模块（例如，载体板或单板计算机）的一个或更多对应装配构件，以包括用于所述设备以及所述计算模块的装配配置，其中在所述装配配置中，所述基底结构的表面被接近地定位以形成与装配到所述计算模块的电路板的一个或更多电组件的热传导路径（例如，其中所述计算模块要在对应的装配构件处操作地耦合到一个或更多第二计算模块）（例如，其中所述第二计算装置包括单板计算机或载体板）。

在一些实施例中，所述设备包含基底结构，所述基底结构具有相对于所述电路板的一个或更多热产生组件之一可接近地定位的表面，使得形成与其的热传导路径（例如，i）PCB上IC和所述填充物模块之间的直接热接触，或ii）跨应用在所述电路板的一个或更多热产生组件所述之一与所述填充物模块的所述基底结构之间的热接口材料）。

在一些实施例中，所述填充物模块的所述基底结构包含横越所述电路板上所述填充物模块的覆盖部分的热接触表面，接触表面可接近地定位到多个模块计算装置（例如，单板计算机）的多个电路板，所述多个模块计算装置包含第一计算装置和第二计算装置，所述第一计算装置具有其电路板上以第一布置配置的多个热产生组件的第一集合，且所述第二计算装置具有其电路板上以第二布置配置的多个热产生组件的第二集合，其中所述第一布置配置不同于所述第二布置配置。

在一些实施例中，所述填充物模块的所述基底结构当在带有给定电路板的组装配置中时，只接近于所述给定电路板的热产生组件，使得只形成与其的热传导路径（例如，其中所述填充物模块在其中可忽略地生成热，例如不包括CPU、存储器模块）。

在一些实施例中，所述填充物模块的装配构件或i）可固定地连接到所述填充物模块的所述基底结构，或ii）可固定地连接到所述填充物模块的电路板，所述填充物模块的所述电路板可固定地耦合到所述填充物模块的所述基底结构。

在一些实施例中，所述设备包含热接口材料（TIM），其应用在两个或更多所述至少一个热产生组件以及所述基底结构之间，使得形成在其之间的直接热接触。在一些实施例中，所述热接口材料是基于接触压力性质、电阻率性质、或介电强度性质来选择的。在一些实施例中，所述热接口材料包含热脂，例如环氧树脂、硅酮、氨基甲酸乙酯、以及丙烯酸脂。在一些实施例中，所述热接口材料含有包括基于溶剂的溶液、热融粘合剂、和/或压力敏感粘合带的材料。在一些实施例中，所述热接口材料含有包括氧化铝、氮化硼、氧化锌、和/或氮化铝的材料。在一些实施例中，所述填充物模块含有包括石墨、铜、铝、银、金、铝合金、金刚石、铜-钨赝合金、铝基体中碳化硅（例如，AlSiC）、铜-银合金基体中金刚石（例如，Dymalloy）、和/或铍基体中氧化铍的材料。在一些实施例中，所述热接口材料完全填充i）所述电路板的所述至少一个热产生组件和ii）所述填充物模块之间的接口间隙。

在一些实施例中，所述填充物模块的所述基底结构包含横越所述电路板上所述填充物模块的覆盖部分的热接触表面，接触表面配置成接收所述热接口材料的多个配置，包含第一配置和第二配置（例如，不同的尺寸、厚度、以及位置）。

在一些实施例中，当所述设备相对于所述一个或更多热产生组件接近地定位时，所述设备形成与热架的直接热传导路径。

在一些实施例中，所述一个热产生组件是集成电路、处理模块（例如，CPU）、图形处理模块（例如，GPU）、主桥模块（例如，北桥IC）、外围桥模块（例如，南桥IC）、网络模块、芯片集、图形卡、存储器模块、或存储模块（例如，硬盘驱动器、闪存盘、紧凑闪存盘）。

在一些实施例中，所述设备包含一个或更多翅片（例如，其中所述翅片配置成使得当所述填充物模块相对于所述电路板接近地定位时，模块构件的一个或更多翅片中的每一个与关联于所述电路板的相应一个或更多翅片对齐，使得形成通道）。

在一些实施例中，所述设备的部分是中空的。

在一些实施例中，所述设备是实心的。

在一些实施例中，所述设备包含从由螺杆、热传导带或环氧树脂、金属丝形式z夹子、板簧夹子、有支架的隔片、以及推针所组成的组中选择的至少一个接口，所述至少一个接口可移除地可连接于所述电路板的所述至少一个装配构件。

在一些实施例中，所述夹层部位包含用于将子板耦合到所述电路板以使得所述子板覆盖（例如，在之上或之下）于所述电路板的表面的部位。

在一些实施例中，所述基底结构具有厚度，使得当所述基底结构相对于所述电路板可接近地定位时，所述基底结构和所述电路板共同形成定义所述电路板的前面的第一厚度（例如，其中当所述填充物模块被组装在所述电路板上时，所述基底结构的表面与所述面板的侧壁齐平）。

在一些实施例中，所述设备具有相对于第二装置（例如，子卡）可接近地定位的表面，使得形成与其的热传导路径。在一些实施例中，第二装置符合从由IEEE P1386.1、ANSI/VITA 20-2001、以及VITA 42.0所组成的组中选择的至少一个标准（例如，其中所述填充物模块符合从由IEEE P1386.1、ANSI/VITA 20-2001、以及VITA 42.0所组成的组中选择的所述至少一个标准）。

在一些实施例中，所述设备具有横越至少所述一个或更多所述夹层部位之一的宽度的宽度。在一些实施例中，所述设备横越所述夹层部位的部分、所述夹层部位的宽度、或者大于所述夹层部位的宽度。

在一些实施例中，当所述填充物模块相对于所述电路板接近地定位时，所述设备形成与所述热管和/或汽室的热传导路径。

在另一个方面中，描述了一种方法（例如，用于装置温度的调节）。所述方法包含提供包括电路板（例如，印刷电路板，诸如载体板或单板计算机）的计算模块，所述电路板包含一个或更多夹层部位（例如，PCB上指定用于第二电路板（例如，印刷电路板）的区域，使得所述第二电路板覆盖所述第一电路板的所述多个热产生组件中的一个或更多组件）以及一个或更多装配构件的第一集合（例如，用于耦合到所述第二电路板）。所述方法进一步包含相对于所述计算模块（例如，在所述计算模块的夹层部位）定位模块构件，使得所述模块构件的一个或更多装配构件（例如，IO连接器）的第二集合通信地连接到所述计算模块的一个或更多装配构件的所述第一集合，其中所述连接导致所述模块构件的基底结构接近于装配在所述计算模块上的一个或更多电组件。所述方法进一步包含使所述计算模块通电，其中从一个或更多通电的电组件中的每一个生成的热沿热传导路径从相应电组件被引导（channel）到所述模块构件的所述基底结构。

在一些实施例中，从所述一个或更多通电的电组件中的每一个生成的热沿跨热接口层的热传导路径从所述相应电组件被引导到所述模块构件的所述基底结构，其中所述热接口层被应用在所述填充物模块的所述基底结构和与其相通信的每一个相应的电组件之间。

本公开由此提供以下技术方案：

技术方案1. 一种系统，包括：

第一电路板（108），包含一个或更多夹层部位（102）以及一个或更多装配构件，每一个部位包括在所述第一电路板（108）上指定用于第二电路板的区域，使得所述第二电路板覆盖所述第一电路板（108）的多个热产生组件中的一个或更多组件（106），所述一个或更多装配构件中的每一个关联于所述一个或更多夹层部位（102）中的夹层部位；以及

填充物模块（104），配置成在所述一个或更多夹层部位（102）之一连接到所述第一电路板（108）。

技术方案2. 如技术方案1所述的系统，其中所述填充物模块（104）包括基底结构（202），所述基底结构（102）具有相对于所述第一电路板（108）的一个或更多热产生组件之一可接近地定位的表面，使得形成与其的热传导路径（304）。

技术方案3. 如技术方案2所述的系统，其中所述填充物模块（104）的所述基底结构（202）包括横越所述第一电路板（108）上所述填充物模块（104）的覆盖部分的热接触表面，所述接触表面可接近地定位到多个模块计算装置的多个电路板，所述多个模块计算装置包含第一计算装置（100）和第二计算装置，所述第一计算装置（100）具有在其第一电路板（108）上以第一布置配置的多个热产生组件的第一集合，且所述第二计算装置具有在其第二电路板上以第二布置配置的多个热产生组件的第二集合，其中所述第一布置配置不同于所述第二布置配置。

技术方案4. 如技术方案2所述的系统，其中当在带有给定电路板的组装配置中时，所述填充物模块（104）的所述基底结构（202）只接近于所述给定电路板的热产生组件，使得只形成与其的热传导路径（304）。

技术方案5. 如技术方案1所述的系统，其中所述填充物模块（104）包括对应的装配构件，所述对应的装配构件可移除地可连接于所述第一电路板（108）的所述一个或更多装配构件。

技术方案6. 如技术方案1所述的系统，包括：

热接口材料（TIM）（302），被应用在两个或更多所述至少一个热产生组件（106）和所述填充物模块（104）之间，使得形成其之间的直接热接触，其中所述热接口材料（302）完全填充在i）所述第一电路板（108）的所述至少一个热产生组件和ii）所述填充物模块（104）之间的接口间隙。

技术方案7. 如技术方案6所述的系统，其中所述填充物模块（104）的所述基底结构（202）包括横越所述第一电路板（108）上所述填充物模块（104）的覆盖部分的热接触表面，所述接触表面配置成接收所述热接口材料（302）的多个配置，包含第一配置和第二配置。

技术方案8. 如技术方案1所述的系统，包括：

第二电路板，操作地连接到所述一个或更多夹层部位（102）之一，其中所述第二电路板耦合到第二基底结构，使得形成与其的直接热传导路径（304），以及

其中所述填充物模块（104）的所述基底结构（202）相对于所述第二电路板可接近地定位，使得形成与其的热传导路径（304）。

技术方案9. 如技术方案1所述的系统，包括：

耦合到所述第一电路板（108）的热架，使得与所述第一电路板（108）的所述一个或更多热产生组件中的热产生组件进行直接热接触，

其中，当所述填充物模块（104）相对于所述一个或更多热产生组件接近地定位时，所述填充物模块（104）形成与所述热架的直接热传导路径（304）。

技术方案10. 如技术方案1所述的系统，其中所述填充物模块（104）包括翅片中的一个或更多且是中空的或所述填充物模块（104）的至少一部分是实心的。

技术方案11. 如技术方案1所述的系统，其中所述填充物模块（104）包括从由螺杆、热传导带或环氧树脂、金属丝形式z夹子、板簧夹子、有支架的隔片、以及推针所组成的组中选择的至少一个接口，所述至少一个接口可移除地可连接于所述第一电路板（108）的所述至少一个装配构件。

技术方案12. 如技术方案1所述的系统，其中所述夹层部位（102）包括用于将子板耦合到所述第一电路板（108）以使得所述子板覆盖于所述第一电路板（108）的表面的部位。

技术方案13. 如技术方案1所述的系统，包括：

面板（308），可固定地耦合到所述第一电路板（108）的前侧，所述面板（308）具有第一厚度，

其中所述填充物模块（104）的所述基底结构具有第二厚度，使得当所述基底结构相对于所述第一电路板（108）可接近地定位时，所述基底结构和所述第一电路板（108）共同形成所述第一厚度。

技术方案14. 一种设备，包括：

基底结构（202）；以及

一个或更多装配构件，可固定地耦合到所述基底结构（202），其中所述一个或更多装配构件可移除地可附连到计算模块（100）的一个或更多对应装配构件，以包括用于所述设备和所述计算模块（100）的装配配置，

其中，在所述装配配置中，所述基底结构（202）的表面被接近地定位以形成与装配到所述计算模块（100）的电路板（108）的一个或更多电组件（106）的热传导路径（304）。

技术方案15. 一种用于装置温度的调节的方法，所述方法包括：

提供包括电路板（108）的计算模块（100），所述电路板（108）包含一个或更多夹层部位（102）以及用于耦合到第二电路板的一个或更多装配构件的第一集合；

相对于所述计算模块（100）定位模块构件（104），使得所述模块构件（104）的一个或更多装配构件的第二集合通信地连接到所述计算模块（100）的一个或更多装配构件的所述第一集合，其中所述连接导致所述模块构件（104）的基底结构（202）接近于装配在所述计算模块（100）上的一个或更多电组件（106）；以及

使所述计算模块（100）通电，其中从一个或更多通电的电组件（106）中的每一个生成的热沿热传导路径（304）从相应电组件被引导到所述模块构件（104）的所述基底结构（202），其中从所述一个或更多通电的电组件（106）中的每一个生成的所述热沿跨热接口层（302）的热传导路径（304）从相应电组件被引导到所述模块构件（104）的所述基底结构（202），且其中所述热接口层（302）被应用在所述模块构件（104）的所述基底结构（202）和与其相通信的每一个相应电组件（106）之间。

附图说明

图中的组件不一定相对彼此成比例，且相似的引用数字指定若干视图各处的对应部分：

图1描绘依照说明性实施例的示例计算装置，其配置有用来接收夹层填充物模块的夹层部位。

图2，由图2A和2B组成，描绘了示范的基于夹层的填充物模块（图2A）以及安装到图1的计算装置上的相同填充物模块（图2B）。

图3，由图3A和3B组成，描绘了依照说明性实施例的、与热接口材料相联系的示范的基于夹层的填充物模块。

图4描绘了依照说明性实施例的、配置有无源冷却拓扑（topology）的示范的基于夹层的填充物模块。

图5，包括图5A和5B，示出依照说明性实施例的、带有无源冷却拓扑的示范的基于夹层的填充物模块的图片。

图6是示出依照说明性实施例的、使用基于夹层的填充物模块的热调节的方法的框图。

具体实施方式

除非另有定义，本文中使用的所有技术以及科学术语具有和被本领域中普通技术人员所通常理解的相同的意思。与本文中所描述的那些类似的或等同的方法以及材料能够在本公开的实践或测试中被使用。

如在说明书以及随附权利要求中所使用的，单数形式“一（a、an）”以及“该（the）”包含多个所指对象，除非上下文另有清楚地规定。范围在本文中可表述为从“大约”一个特定值，和/或到“大约”另一个特定值。当表述此类范围时，另一个实施例包含从所述一个特定值和/或到另一个特定值。类似地，当通过使用先行词“大约”使得值被表述成近似值时，将被理解的是，特定值形成另一个实施例。将被进一步理解的是，所述范围中的每一个的端点既显著相关于另一个端点，且又显著不依赖于另一个端点。

“可选的”或“可选地”意味着随后描述的事件或情形可能或可能不发生，且该描述包含其中所述事件或情形发生的实例以及其中它不发生的实例。

在该说明书的描述和权利要求各处，词语“包括（comprise）”以及该词语的变型，诸如“包括（comprising和comprises）”意味着“包含但不限制于”，且不旨在排除，例如，其它附加、组件、整体（integer）或步骤。“示范的”意味着“……的示例”且不旨在传达优选或理想实施例的指示。“诸如”不是以约束的意义被使用，而是用于解释性的目的。

能够用来执行公开的方法与系统的组件被公开。这些以及其它组件在本文中被公开，且被理解的是，当这些组件的组合、子集、交互、组等被公开时，尽管这些的共同组合和置换（permutation）以及各个不同个体的具体参考可能没有明确地被公开，但对于所有方法与系统，其每一个在本文中具体地被预期与描述。这应用到此应用的所有方面，包含但不限制于所公开方法中的步骤。因而，如果有能够被执行的各种附加步骤，则被理解的是，这些附加步骤中的每一个能够同所公开的方法的任何具体实施例或实施例的组合一起被执行。

通过参考优选实施例的以下详细描述和包含在其中的示例，以及参考图和它们先前的以及以下的描述，本方法与系统可更容易地被理解。

图1描绘依照说明性实施例的示例计算装置100，其配置有用来接收夹层填充物模块104（未示出—见图2）的夹层部位102。计算装置100包含多个热生成组件106（在图1中示出为热架下的轮廓），所述热生成组件106包含一个或更多处理器IC、一个或更多存储器IC、一个或更多芯片集IC，其中的一些位于夹层部位102，使得当子卡连接到主板100时，所述组件覆盖于子卡。示出的计算装置100是6U外形因素装置，尽管其它外形因素（诸如但不限制于1U、3U、6U、9U）可同本文中所公开的夹层填充物模块一起使用。

计算装置100包含定义在计算装置100的电路板108的区内的两个夹层部位102（示出为夹层部位#1（102a）和夹层部位#2（102b））。该区被保留用于子卡（未示出），例如第二计算装置、外围卡、网络卡等。夹层部位102包含配置成在每一个夹层部位102接收并连接到子板的连接器110。在一些实施例中，一个或更多连接器110包含到计算装置100的数据总线的连接112，以及用于IO连通性、功率、接地、和位于计算装置上的连接器的连接。

图2，由图2A和2B组成，描绘被安装到图1的计算装置上的示范的夹层填充物模块104。参考图2A，夹层填充物模块104包含相对于计算装置100可定位的基底结构202，使得允许采用计算装置100的组件的热传导。夹层填充物模块104横越夹层部位（例如，102a或102b）的宽度且体积地（volumetrically）填充了夹层部位102的大体体积。基底结构202在某些区中能够是中空的。作为安装在夹层部位中的夹层填充物模块的示例被示出在图2B中。基底结构包含相对于计算装置的电路板的一个或更多热产生组件之一可接近地定位的表面，使得形成与其的热传导路径。该表面是可接近地定位的（例如，在直接热接触被形成使得允许填充物模块和电路板上IC之间的热传导或跨应用在填充物模块和电路板上IC之间的热接口材料的热传导时）。

在一些实施例中，基底结构202横越夹层部位的长度。在其它实施例中，基底结构202具有部分地（尽管大体上地（例如，大于50%））覆盖于夹层部位的长度。基底结构202优选是热传导的，以用作额外的热路径来辅助计算装置的热调节。特定地，基底结构202提供了用于位于夹层部位102下面的组件106（例如，热生成IC和芯片集并且以及吸热器和/或散热器）的热调节的额外热路径。在一些实施例中，夹层填充物模块104填充夹层部位的空间，使得接触在计算装置的夹层部位中或靠近计算装置的夹层部位的热传导路径和/或附近的组件，诸如热生成组件，以提供额外的热路径来将热能从所述组件和结构中引出，从而允许现有计算装置的改善的热调节或容纳新级别的计算装置上的更高功率的使用。

本质上，夹层填充物模块可被表征为散热器和/或吸热器，其中吸热器优选是无源热交换器，其提供充足的热质量用于将由计算装置的电子或机械装置生成的热传递到热贮池之中。所传递的热能然后能够和运动的流体一起、或经由到第二热质量的传导来离开装置，因此允许装置温度的调节。吸热器能够是有源系统，其使用能量来辅助热能的传递，例如，但不限制于机械风扇、再循环回路、热管，以及其它（among others）。散热器是热交换器，其在热源和二级（secondary）热交换器之间移动热，二级热交换器的表面区域和几何形状相比热源是更加有利的。热能因而在热交换器的几何形状上散开，使得二级热交换器可更加充分地被利用。

仍然参考图2，基底结构202包含连接器204来连接到计算装置100的至少一个对应连接器110。在一些实施例中，连接器204包含隔片和支架来可释放地耦合到电路板108。基底结构202优选地由铝或铝基合金来构成，尽管其它适当的热传导材料（诸如石墨、铜、铜基合金、铜-钨赝合金、镁、铝基体中碳化硅（例如，AlSiC）、铜-银合金基体中金刚石（例如，Dymalloy）、和铍基体中氧化铍）可能被使用。

在一些实施例中，夹层填充物模块的基底结构包含到外部无源或有源吸热器、散热器、以及热传输装置的装配结构。例如，基底结构可连接到总线条。在另一个示例中，基底结构可连接到底座（例如，控制机柜的）。在另一个示例中，基底结构可耦合到带有翅片的一个或更多离散吸热器。在另一个示例中，基底结构可耦合到流体循环系统（例如，水或油再循环回路）。耦合可经由直接接触或通过中间接口材料。

在一些实施例中，夹层填充物模块104包含对于计算装置的每一个连接器的连接器（例如，支架、隔片、和/或双in-lin（DIN）连接器）。在一些实施例中，夹层填充物模块包含两个或更多连接器来耦合到计算装置的若干连接器。在一些实施例中，夹层填充物模块包含一个或更多连接器来耦合到计算装置上的对应一个或更多连接器。夹层填充物模块在夹层部位优选以堆叠的方式耦合到计算装置，使得夹层填充物模块的表面平行于或大体上平行于计算装置的电路板的表面，且使得计算装置和夹层填充物模块的连接器与彼此齐平。在一些实施例中，夹层填充物模块耦合到计算装置，使得夹层填充物模块的表面不平行于电路板的表面。

在一些实施例中，夹层填充物模块包含一个或更多装配支架（或用来接收支架的装配特征），其可定位地对齐计算装置上的装配特征。参考图2A，夹层填充物模块包含装配孔206，当填充物模块104被装配在计算装置100上时装配孔206可定位地对齐计算装置100的装配孔。装配孔可符合一个或更多外形因素标准，以允许夹层填充物模块布置到任何的那些标准遵从的计算装置。夹层填充物模块的其它装配特征的示例包含，但不限制于热传导带或环氧树脂、金属丝形式z-夹子、板簧夹子、有支架的隔片、以及带有在安装后扩展的末端的推针。

在一些实施例中，夹层填充物模块的模块连接器204耦合到基底结构202并在其上终止。在一些实施例中，计算装置的夹层连接器的针不与夹层填充物模块的模块连接器204形成电连接。在其它实施例中，计算装置的夹层连接器的针终止在夹层填充物模块的模块连接器204，使得所述针接触模块的结构来允许热传导而同时不形成电连接。在其它实施例中，夹层连接器连接到嵌入在夹层填充物模块的基底结构202上或其内的电路和/或传感器（未示出）。所述电路和/或传感器可提供在例如（但不限制于）夹层填充物模块的基底结构的一个或更多位置的热测量、对齐读数（reading）、和/或模块布置。

夹层填充物模块104优选设计成符合一个或更多工业、军事、或航天标准的维度。在一些实施例中，夹层填充物模块符合包含了由VITA 42标准定义的系列构造互连的开关夹层板（XMC）或标准PCI夹层板（PMC）。在一些实施例中，夹层填充物模块104依据IEEEP1386.1标准来制造和设计，该标准在本文中通过引用整体地被结合。在一些实施例中，夹层填充物模块104符合由美国国家标准有限公司（American National Standard，Inc.）于2011年2月在“ANSI/VITA 20-2001（R2011)”中描述的ANSI/VITA 20-2001标准，其在本文中通过引用整体地被结合。在一些实施例中，夹层填充物模块104符合由美国国家标准协会有限公司（American National Standards Institute，Inc.）于2008年12月在“Standard forVITA 42.0 XMC”中描述的VITA 42.0 XMC标准，其在本文中通过引用整体地被结合。

夹层填充物模块可符合其它标准和外形因素，诸如但不限制于快速PCI夹层板（PMC-X）、处理器夹层板（PPMC或PrPMC）、传导冷却的夹层板（CCPMC）、以及现场可编程门控阵列夹层卡（FMC）。

在一些实施例中，夹层填充物模块包含电路板，该电路板与装配在其上的块体基底结构（例如，热块、吸热器、和/或散热器）共同形成基底结构。电路板可以或可不被板上装（populate）有IC或功能电组件，且被用来提供用来装配本文中所讨论的块体基底结构、模块连接器以及夹层填充物板的装配特征的表面。

图3，由图3A和3B组成，描绘依照说明性实施例的、与热接口材料302相联系的示范的夹层填充物模块104。图3A描绘了单板计算机的侧视图，其中单板计算机包含板上装有热生成组件106的电路板108。热接口材料302通过提供在夹层填充物模块104和计算装置100的热生成组件106之间的额外热传导路径，改善了它们之间的热传导。热接口材料302允许夹层填充物模块104被定位接近于电路板108，而不与其上的组件（例如，IC以及其它机械特征）进行直接接触。

热接口材料302提供可行的接口（因为它能够被布置在面对电路板的夹层填充物模块的表面上的多个位置）来允许填充物模块和其上包含IC以及组件的电路板之间的热传导。因为在一些实施例中夹层填充物模块符合夹层部位的维度，故夹层填充物模块可装设（retrofit-able）到包含夹层部位的任何计算装置。在一些实施例中，热接口材料的位置以及类型能够可定制化地被选择以用于具体应用和/或装置组。

仍然参考图3，热填充物材料302被应用在夹层填充物模块104和计算装置的电路板108以及电路板108上的热生成组件106之间，使得在其间形成热传导路径304。如所示出的，热传导路径304形成在IC组件306中的每一个之间，其中IC组件306被板上装在计算装置100的夹层部位102中。夹层填充物模块104填充了由计算装置100的面板308所定义的夹层部位102的体积。

在没有夹层模块的情况下（如图3A中所示），来自计算装置100的电路板的热能主要例如通过带有夹层部位的传统计算装置的热架材料来传导，且其中热架由于定义夹层部位的切口而被减小（reduce）。采用填充物模块（图3B）和热接口材料，多个较少约束的热路径被形成，从而允许容纳电路板上的更高热负载。

热接口材料可减小由于由填充物模块和热产生组件和/或电路板之间的接口的未对齐、缺陷、以及表面粗糙度效应引起的一个或更多空隙而可存在的热接触电阻。出现在接口中的所述空隙能够用空气来填充。热传递然后能够是由于跨实际接触区域的传导以及跨间隙的辐射和传导（或自然对流）。如果接触区域小，正如对于粗糙表面的情况，则对电阻的主要贡献能够由所述间隙做出。恰当应用的热接口材料采用具有高得多的热导率材料来取代在对象（例如，填充物模块和PCB）之间的所述间隙中出现的空气。空气能够具有近似0.022 W/m·K的热导率，而适当的热接口材料可具有近似0.3 W/m·K以及更高的传导率。热接口材料的选择可基于TIM材料的介电强度、电阻率、或接触压力中的一个或更多。

在一些实施例中，热接口材料包含可变形材料片（sheet）来待被应用在夹层填充物模块和计算装置的电路板之间。该片可大体上横越（例如，大于50%）夹层填充物模块的在下面的接触表面。

在各种方面中，热脂（以同热接口材料类似的方式发挥作用）进一步耦合计算装置的热架、夹层填充物模块、和/或热产生组件中的两个或更多之间的热。适当的热脂的示例包含，但不限制于环氧树脂、硅酮、氨基甲酸乙酯、以及丙烯酸脂。热脂可以是基于溶剂的系统、热融粘合剂、和/或压力敏感粘合带。热融粘合剂和压力敏感粘合带可包含氧化铝填充物、氮化硼填充物、氧化锌填充物、以及氮化铝填充物。

在一些实施例中，夹层填充物模块可装设到一个或更多标准的PMC和/或XMC夹层部位。这可允许板上热产生组件更贴近于它们的最大性能操作点来操作。在一些实施例中，夹层填充物模块可避免设计定制的吸热器、散热器、和/或热架以用于PMC/XMC夹层部位的结合的必要性。用于装设填充物模块的额外考虑能够是热接口材料的选择以及位置，其可依赖于先前所提到的因素中的一个或更多。在其它方面中，夹层填充物模块可在被提出在计算装置上的各种机械要求（诸如减小来自振动和冲击的效应）的满足中进行辅助。

在另一个方面中，夹层填充物模块104可包含位于它的基底结构上的无源和/或有源组件，以在计算装置100的热调节中进行辅助。图4描绘依照说明性实施例的、配置有无源冷却拓扑（示例为翅片）的示范的基于夹层的填充物模块。该无源冷却拓扑可位于夹层填充物模块的（例如，基底结构的）装配表面上，而且与装配到计算装置的组件（示出为吸热器402）的对应装配表面相匹配以从其中将热能引出。该冷却拓扑可与计算装置的组件上的表面拓扑对齐，使得形成冷却通道。在一些实施例中，基底结构接触计算装置的吸热器或散热组件。在一些实施例中，翅片410的形状被优化，以使跨夹层填充物模块的基底结构的冷却剂流体中压力降最小以及使热传递密度最大。在一些实施例中，翅片被制成为椭圆形和/或圆柱形结构形状。在其它实施例中，翅片被制成为圆锥形、菱形、或方形。在一些实施例中，翅片包含针翅片，其可以是圆柱形、椭圆形、或方形。在一些实施例中，翅片可形成沿夹层填充物模块的整个宽度延伸的直的结构。

在一些实施例中，夹层填充物模块的基底结构具有比它们所匹配的计算装置的组件的对应表面区域更大的表面区域。如图4中所示出的，夹层填充物模块的接触表面区域404沿夹层部位102的长度和宽度延伸，以提供横越此类长度的截面区域。相比之下，计算装置的组件402的吸热器可延伸夹层填充物模块的基底结构的长度的仅一部分。

夹层部位102的长度可横越在被装配到计算装置的电路板的底板（backplane）连接器406和面板308之间。

在一些实施例中，夹层填充物模块包含集成到基底结构中的热管。作为热传递装置的热管既提供热导率也提供相变来调节两个实心接口之间的热的传递。在一些实施例中，夹层模块包含薄的平面热管，也被称为平热管，或汽室。在一些实施例中，夹层填充物模块包含集成在基底结构中的可变传导热管（VCHP）。在一些实施例中，夹层填充物模块包含二极管热管。在一些实施例中，夹层填充物模块包含热虹吸管。在一些实施例中，夹层填充物模块包含集成在基底结构中的回路热管（LHP）。

图5，包括图5A和5B，示出依照说明性实施例的、带有无源冷却拓扑的示范的基于夹层的填充物模块的图片。

图6是示出依照说明性实施例的、使用基于夹层的填充物模块的热调节的方法600的框图。方法600包含提供包含电路板（例如，载体卡或单板计算机）的计算模块100（步骤602）。该电路板可包含一个或更多夹层部位102（例如，PCB上指定用于第二电路板的区域，使得第二电路板覆盖第一电路板的多个热产生组件中的一个或更多组件），以及一个或更多装配构件（例如，用于耦合到第二电路板）的第一集合。

该方法进一步包含相对于计算模块（例如，在计算模块的夹层部位）定位夹层填充物模块，使得填充物模块的一个或更多装配构件（例如，IO连接器）的第二集合通信地连接到计算模块的一个或更多装配构件的第一集合，其中该连接导致填充物模块的基底结构接近于装配在模块构件上的一个或更多电组件（步骤604）。夹层填充物模块和计算模块共同形成了计算系统。

该方法进一步包含使计算模块通电，其中从一个或更多通电的电组件中的每一个所生成的热沿热传导路径从相应电组件被引导到填充物模块的基底结构（步骤606）。在一些实施例中，热被引导到耦合到计算系统的外部吸热器（例如，底座架）或散热器。

尽管所述方法和系统已经关于优选的实施例和具体示例被描述，但范畴不旨在被限制于所阐释的特定实施例，因为本文中的实施例在所有方面中旨在是说明性的而不是约束性的。

在本公开的各种方面中，夹层填充物模块能够连同在军事以及航天应用内的单板计算机（SBC）一道使用。

在许多装置中，诸如计算机，各种热产生组件能够被连接到PCB。此类热产生组件能够包含中央处理单元（CPU）、北桥、多个存储器装置、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）、功率电路、现场可编程门控阵列（FPGA）、芯片集、图形卡、硬盘驱动器、以及诸如此类。这些组件如果被过热则能够容易暂时故障或永久失效。

除非另有确切声明，本文中所阐释的任何方法决非旨在被释译为要求它的步骤以具体的顺序被执行。因此，在方法权利要求没有实际上记载其步骤要遵循的顺序或者在权利要求或描述中没有另外具体声明所述步骤要限制于具体顺序的情况下，决非旨在在任何方面中推断顺序。这适用于解释的任何可能的非确切基础，包含：关于操作流或步骤的安排的逻辑事件；从语法组织或标点中推导出的显明意思；在本说明书中描述的实施例的数量或类型。

在该申请各处，各种出版物可被参考。这些出版物中的公开以其整体由此通过引用被结合到该申请中，以便更加充分地描述所述方法与系统所属的领域的状态。

对本领域中那些技术人员将显而易见的是，在不偏离范畴或精神的情况下，各种修改和变化能够被做出。从本文中公开的实践和说明书的考虑，其它实施例对于本领域中那些技术人员将是显而易见的。本说明书以及示例旨在被考虑为只是示范的，其中真正的范畴和精神由随附的权利要求来指示。

Claims (10)

1. 一种系统，包括：

第一电路板（108），包含一个或更多夹层部位（102）以及一个或更多装配构件，每一个部位包括在所述第一电路板（108）上指定用于第二电路板的区域，使得所述第二电路板覆盖所述第一电路板（108）的多个热产生组件中的一个或更多组件（106），所述一个或更多装配构件中的每一个关联于所述一个或更多夹层部位（102）中的夹层部位；以及

填充物模块（104），配置成在所述一个或更多夹层部位（102）之一连接到所述第一电路板（108）。

2.如权利要求1所述的系统，其中所述填充物模块（104）包括基底结构（202），所述基底结构（102）具有相对于所述第一电路板（108）的一个或更多热产生组件之一可接近地定位的表面，使得形成与其的热传导路径（304）。

3.如权利要求2所述的系统，其中所述填充物模块（104）的所述基底结构（202）包括横越所述第一电路板（108）上所述填充物模块（104）的覆盖部分的热接触表面，所述接触表面可接近地定位到多个模块计算装置的多个电路板，所述多个模块计算装置包含第一计算装置（100）和第二计算装置，所述第一计算装置（100）具有在其第一电路板（108）上以第一布置配置的多个热产生组件的第一集合，且所述第二计算装置具有在其第二电路板上以第二布置配置的多个热产生组件的第二集合，其中所述第一布置配置不同于所述第二布置配置。

4.如权利要求2所述的系统，其中当在带有给定电路板的组装配置中时，所述填充物模块（104）的所述基底结构（202）只接近于所述给定电路板的热产生组件，使得只形成与其的热传导路径（304）。

5.如权利要求1所述的系统，其中所述填充物模块（104）包括对应的装配构件，所述对应的装配构件可移除地可连接于所述第一电路板（108）的所述一个或更多装配构件。

6.如权利要求1所述的系统，包括：

热接口材料（TIM）（302），被应用在两个或更多所述至少一个热产生组件（106）和所述填充物模块（104）之间，使得形成其之间的直接热接触，其中所述热接口材料（302）完全填充在i）所述第一电路板（108）的所述至少一个热产生组件和ii）所述填充物模块（104）之间的接口间隙。

7.如权利要求6所述的系统，其中所述填充物模块（104）的所述基底结构（202）包括横越所述第一电路板（108）上所述填充物模块（104）的覆盖部分的热接触表面，所述接触表面配置成接收所述热接口材料（302）的多个配置，包含第一配置和第二配置。

8. 如权利要求1所述的系统，包括：

第二电路板，操作地连接到所述一个或更多夹层部位（102）之一，其中所述第二电路板耦合到第二基底结构，使得形成与其的直接热传导路径（304），以及

其中所述填充物模块（104）的所述基底结构（202）相对于所述第二电路板可接近地定位，使得形成与其的热传导路径（304）。

9.如权利要求1所述的系统，包括：

耦合到所述第一电路板（108）的热架，使得与所述第一电路板（108）的所述一个或更多热产生组件中的热产生组件进行直接热接触，

其中，当所述填充物模块（104）相对于所述一个或更多热产生组件接近地定位时，所述填充物模块（104）形成与所述热架的直接热传导路径（304）。

10.如权利要求1所述的系统，其中所述填充物模块（104）包括翅片中的一个或更多且是中空的或所述填充物模块（104）的至少一部分是实心的。