CN1095318C - 由相对连接的散热片构成风道的散热器和鼓风机对多个微处理器进行冷却的系统 - Google Patents

Abstract

一种在封闭式计算机系统中冷却集成电路组件尤其是冷却微处理器的装置和方法。所述装置包括鼓风机、固定到微处理器上的第一散热器、以及将鼓风机与第一散热器连接起来的第一风道。鼓风机具有一个从计算机系统外部进气的空气进气口。鼓风机产生的气流通过第一风道流向第一散热器，以便冷却第一微处理器。与第一散热器连接的第二风道可用来将气流基本上引入第二散热器，以便冷却第二微处理器。这种冷却系统中所用的高效风道型散热器可以通过固定两个模压成型散热器的方法而容易地构成。

Description

由相对连接的散热片构成风道的散热器和 鼓风机对多个微处理器进行冷却的系统

本发明涉及一种在封闭式计算机系统中用于集成电路组件的散热器冷却系统。

集成电路典型的是封装在塑料或陶瓷组件内。组件上具有引线或表面焊盘，用来焊接到印刷电路板上。电路板和组件一般安装在计算机机箱内，其中设有一个风扇，用来散发由集成电路产生的热量。

为了使集成电路的结温保持在安全工作范围内，需要集成电路组件具有较高的热传递率。集成电路结温过高会影响电路的性能并使集成电路的性能永久性降低。有时在组件壳体的上表面安装散热器来提高组件的散热性能。传统的散热器典型的是具有一组从其基底部分伸出的一组散热片。散热片增加了散热器的表面面积，并提高了组件的热传递率。

微处理器是一种通常要求有散热器的集成电路。由于典型计算机的内部工作环境温度为10°～25℃，而对封闭式计算机系统来说高于这个环境温度，因此，为了使封闭式计算机系统内的微处理器保持高性能，热传递率高是尤其重要的。

为了冷却这种高性能的微处理器，已采用过几种方法。冷却这种微处理器的普通方法是用风冷散热器，其中，将散热器设置在微处理器的上表面，将轴流式风机固定到散热器上，以便吹动空气流过散热器，将微处理器传递来的热量散发出去。至今，最好的风冷散热器也不能充分地冷却新型的、较大功率的微处理器。

一种提高风冷散热器效率或者降低其热阻的方法是，提高扇叶的旋转速度，使更多的空气流过散热器。这种方法的缺点是，旋转速度越快，风扇的功率消耗就越大，风扇马达轴承产生的热量就越多。风冷散热器的可靠性是这些微处理器能否保持高性能的关键因素。如果这些小小的风冷出现一个机械故障是轴承的润滑问题，则会导致工作温度升高。风冷散热器的缺点是，常常需要一个系统风扇来清除由风冷散热器所散发的热空气，并防止这些热空气回流到风冷散热器上。

风冷散热器的另一个缺点是，不得不工作在封闭式计算机系统的温度升高了的环境中。从而，风冷散热器会因工作温度升高而出现可靠性问题。风冷散热器还会因散热器和风扇都必须设置到每个微处理器上而产生安装问题。

另一种方法是，将自然冷却(passive)散热器与轴流式系统风扇组合，但是，这要求有大的表面积，从而导致散热器在一般计算机机身设计中所占的体积过大。

又一种方法是，用冷却液来清除由微处理器散发出的热量。然而，液冷是最低期望值和最昂贵的方法。

因此，提供一种可靠的散热器冷却系统结构将是非常有益的。而且，提供一种散热器结构，使空气驱动器(风扇)与散热器分离，这也是非常有益的。

此外，提供一种便宜、结构简单的散热器来有效地散发由微处理器产生的热量，也是非常有益的。

这里所述的装置和方法用来冷却集成电路组件，特别是冷却微处理器。这种装置和方法尤其可用来冷却高性能的微处理器，这种微处理器散发的热量在30W以上。

其上表面附设有散热器的微处理器工作在计算机机箱内。鼓风机具有一个空气进气口，其空气源在计算机机箱的外部，该鼓风机在其输出口提供一个空气流。第一风道与鼓风机连接，第一风道散热器与第一风道连接。空气流流过第一风道和第一风道散热器，从而将所附装的微处理器冷却。

第二风道可以连接到第一风道散热器上，将气流引向第二风道散热器，以便将附在第二风道散热器上的第二微处理器冷却，尽管空气流被第一微处理器散发的热量开始稍微预加热了一点，但是该空气流仍然能够散发由第二微处理器产生的热量。

风道散热器要用来冷却前面所述的系统。用两个挤压成型的散热器简单地构成一个相对连接的散热片散热器。这两个挤压成型的散热器结合在一起，使一个散热器的散热片与另一个散热器的散热片相互交替排列，在所述的实施例中，两个散热器用导热性环氧树脂固定在一起。固定的其它方法还有钎焊、熔焊或者简单的摩擦接触。

这种冷却系统除了用来冷却微处理器外，还可以用来冷却插接式模板、母板和其它电子组件。

图1是这种由相对连接的散热片构成风道的散热器冷却系统100的示意图。

图2是这种由相对连接的散热片构成风道的散热器冷却系统100的另一种示意图。

图3A是由相对连接的散热片构成风道的散热器300在固定前的简图。

图3B是由相对连接的散热片构成风道的散热器300在固定后的图。

图4表示引导空气来冷却两个微处理器以及其它电子组件的结构图。

图5表示图4中的风道如何与鼓风机510相连接。

图1到图5所公开的本发明的各种实施例仅仅用来说明本发明。本领域的普通技术人员从下面的说明中可以容易地认识到，对这里所示的结构和方法可以采用其它的实施方式，而不会背离本发明的精神。下面对这种装置和方法的说明将会包括一些具体数字和数量。对于本领域的普通技术人员来说，很明显，这些数字和数量仅仅为了说明而已。

图1表示这种由相对连接的散热片构成风道的散热器冷却系统100的示意图。冷却系统100由三个主要部分组成，鼓风机110、第一风道120和第一风道散热器130。鼓风机110具有一个空气进气口135，使计算机机箱180外面的空气作为气源，鼓风机110从该外部气源抽入空气。鼓风机110与第一气道120连接，第一气道120与第一气道散热器130连接。该冷却系统还可以包括第二气道140和第二气道散热器150。第二气道140将第一气道散热器130与第二气道散热器150连接起来。

第一气道散热器130固定到第一微处理器160上。第一气道散热器130散发由第一微处理器160产生的热量。同样，第二气道散热器150固定到第二微处理器170上。第二气道散热器150散发由第二微处理器170产生的热量。

在所述的实施例中，鼓风机110设置在计算机机箱180内。计算机机箱180上的通气口190使空气能够从计算机机箱180的外面进入鼓风机110内。或者参照图2，也可以用进气通道205将鼓风机110的进气口135与计算机机箱180外面的空气源相连。尽管鼓风机110也可以设置在计算机机箱180的外面，但这种设置对噪音和安全方面的要求较低。

无论在何种情况下，鼓风机110都可以从计算机机箱180的外面吸入空气，并提供一个气流，流过第一风道120、第一风道散热器130、第二风道140和第二风道散热器150。

应该注意，为了便于对接组装，克服制造工艺的局限性，以及为了满足一般用户对计算机系统改进的要求，鼓风机110、第一风道120、第一风道散热器130、第二风道140和第二风道散热器150都是可分离的。

还应注意，由于用来散发第二微处理器170热量的气流已经被第一微处理器160散发的热量稍微预加热了一点，因此，冷却系统必须设计成使第二微处理器170充分冷却。

在所述的实施例中，鼓风机110提供固定气压、将空气从系统的外部抽到进气口、最终流过两个微处理器160和170上的风道散热器130和150，使它们依次冷却。鼓风机110产生的固定气压大约为轴流式风扇所产生的气压的三倍。鼓风机110产生足够的固定压力，使空气高速通过狭窄的散热器通风道。如此构成的冷却系统是非常有效的。对鼓风机110的气流量进行限制，使鼓风机110吹出的所有空气都流过气道散热器130和150。

轴流式风扇不能产生所要求固定压力来产生如此高的空气流量。在现在的轴流式风扇冷却系统中，系统风扇只使少量空气流过微处理器散热器。甚至在微处理器直接设置在轴流式风扇前面靠近马达时，也是这种情况。这样，在轴流式风扇的散热方式中，只有少量比例的空气真正流过微处理器的散热器，与此相反，在用风道散热器进行散热的方式中，用鼓风机110、迫使空气全部流过风道散热器130和150。

另外，可以对鼓风机110进行热控制，以便在需要更强的冷却时增大空气流量，在需要较弱的冷却时减少空气流量。

现在参照图3A，图3A是由相对连接的散热片构成风道的散热器300的简图。散热片相对连接设置的散热器300由两个完全相同的模压成型的散热器305和310组成。每个挤压成型的散热器305和310由基体部分312和一组散热片314组成，散热片314从基本部分312上垂直伸出。

挤压成型的散热器305倒置并且相对于挤压成型的散热器310旋转180°。然后用导热性环氧树脂将两个挤压成型的散热器305和310粘结在一起。在每个挤压成型的散热器305和310上设有槽315，使相对的挤压成型散热器的散热片插入其中。图3B表示挤压成型的散热器305和310固定在一起时的情况。

散热器通常要求表面积大，以便散发微处理器产生的热量。为了提高效率，从散热器端部的角度来看，散热片之间的气隙必须非常高和非常窄。纵横比是给定散热器风道的气隙高度与气隙宽度之比。通常，挤压成型散热器的最大纵横比为4比1。功耗大的微处理器要求散热器的纵横比大约为10比1。通过将两个挤压成型散热器305和310按上面所述的方式固定成一体，就可以使相对连接的散热器300的有效纵横比达到大约10比1。

与其它散热器相比，在可作纵横比的情况下，相对连接的散热器300具有制造容易和便宜的优点。为了用传统的散热器获得这个同样的纵横比，结构上需要进行机加工或者将散热片板分别粘接到基板上，每个散热器的成本高出两到三倍。此外，这些复合散热器的上面还需要一个罩，以便引导气流流过该散热器。相反，相对连接的散热器300具有自动提供风道(一个风道或一组风道)的优点，因此，从鼓风机110吹出的气流流过相对连接的散热器300。相对连接的散热器300的次要优点是，其上表面可以用来作标记。

现在参照图4，图4表示将空气引向两个微处理器415和420以及其它电子组件的冷却系统结构。上述冷却系统除了用来冷却微处理器外，还可用来冷却插接式模板、母板和其它电子组件。

连接风道的长度、横截面积和具体细节可以根据系统的设计和微处理器的位置而改变。对风道进门改进和重新确定方位，利用这些改进和重定方位的基本要素就可以对本发明作出各种变更。例如，在某些情况下，系统的轴流式风扇可以直接用鼓风机来代替，从而使冷却系统的成本降至最低。

图4表示用模制塑料盖410形成风道的情形。这个模制塑料盖410盖住了两个微处理器415和420、和与之一起的两个风道散热器425和430以及其它电子组件。

图5表示图4中的风道如何与鼓风机510连接，以冷却模制塑料盖410内的两个微处理器415和420以及其它电子组件。

从以上说明中可以看出，这里所公开的本发明提供了一种新颖的和优越的散热器冷却系统。前面的描述公开和说明了本发明的示范性方法和实施例。对本领域的普通技术人员来说，可以看出，本发明可以以其它具体形式实施，而不会背离其精神和基本特征，因此，所述的实施例不能限制本发明的范围。由随后的权利要求书来表示本发明的范围。与权利要求的意义和范围等效的所有变更都将落在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种用于冷却计算机系统的电部件的冷却系统，包括：

(1)一个鼓风机，

(2)一个第一相对连接的散热器，它连到所述电部件，该第一相对连接的散热器包括：

(A)一个第一挤压成型的散热器，它包括一个第一基体部分

和相对于所述第一基体部分横向伸出的第一多个散热片，以及

(B)一个第二挤压成型的散热器，它包括一个第二基体部分

和相对于所述第二基体部分横向伸出的第二多个散热片，所述第

二挤压成型散热器与所述第一挤压成型散热器相连，使得第一和

第二多个散热片相互锁定，形成穿过第一相对连接的散热器的一

个或多个风道，包括其中该一个或多个风道的一个散热器面限定

了一个散热器表面区域；以及

(3)一个第一风道，它将所述鼓风机连到第一相对连接的散热器的一个或多个管道，所述第一风道在其中提供了一个气流通路，其中，第一风道在垂直于该气流通路的一个平面上有一个截面区域，其中该截面区域基本上与贯穿所述第一风道的相同，并且其中该截面区域基本上与该散热器表面区域相同。

2.根据权利要求1的冷却系统，其特征在于该电部件是一个处理器。

3.根据权利要求1的冷却系统，其特征在于该电部件是一个集成电路。

4.根据权利要求1的冷却系统，其特征在于还包括：

一个进气风道，它将所述鼓风机的一个进气口连接到所述计算机系统的邻接外部。

5.根据权利要求1的冷却系统，其特征在于还包括：

一个进气风道，它将该鼓风机的一个进气口连接到该计算机系统的外部，其中该进气风道在该计算机系统的底座区域连接到该计算机系统的外部。

6.根据权利要求1的冷却系统，其特征在于：

连接该鼓风机以在垂直于该第一相对连接的散热器的一个或多个管道的方向上提供一个气流，并且其中该鼓风机、该第一风道以及该第一相对连接的散热器连成L形结构。

7.根据权利要求1的冷却系统，其特征在于还包括：

(4)一个第二相对连接的散热器，它连到一个第二处理器，该第二相对连接的散热器包括：

(A)一个第三挤压成型的散热器，它包括一个第三基体部分

和相对于所述第三基体部分横向伸出的第三多个散热片，以及

(B)一个第四挤压成型的散热器，它包括一个第四基体部分

和相对于所述第四基体部分横向伸出的第四多个散热片，所述第

四挤压成型的散热器与所述第三挤压成型的散热器相连，使得第

三和第四多个散热片相互锁定，形成穿过第二相对连接的散热器

的第二多个管道；以及

(5)一个第二风道，将所述第一相对连接的散热器连接到所述第二相对连接的散热器。

8.在封闭在计算机机箱中的一种冷却系统的一种冷却方法，该冷却系统包括一个鼓风机，一个风道，和一个连接到一个集成电路封装的管道式散热器，该管道式散热器有多个管道从中穿过，该冷却方法包括以下步骤：

(a)利用鼓风机从该计算机机箱外部的源中吸取空气建立一个气流；

(b)使气流通过风道，其中该风道在垂直于该气流的平面上具有一个截面区域，该截面区域与贯穿风道的基本相同，该气流以一个第一方向进入风道，以一个第二方向从风道出来，其中该第一方向基本上垂直于该第二方向；以及

(c)将该气流供给该管道式散热器的多个管道。

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