CN110537067A - 高性能电子冷却系统 - Google Patents

Abstract

提供了一种用于电子电路封装的冷却系统。所述冷却系统包括传热板，所述传热板被定位成与电子电路封装表面热接触并且形成所述冷却系统的蒸发区域的底表面。所述冷却系统还包括多个冷凝管，所述多个冷凝管与所述蒸发区域流体连通并且远离所述蒸发区域延伸，使得所述蒸发区域和所述冷凝管一起形成单个、不间断的、密封外壳。所述冷却系统还包括在所述密封外壳内的流体。所述冷却系统还包括多个间隔物，所述多个间隔物填充所述传热板与所述冷凝管之间的间隙，使得每个间隔物被配置为独立部件以允许流体通过每个间隔物的所述内部空间。所述冷却系统还包括多个吸液芯，其中，每个吸液芯被部分地定位在其流体地耦合到的对应间隔物内。

Description

高性能电子冷却系统

相关申请案

本申请要求2017年10月30日提交的标题为“HIGH-PERFORMANCE ELECTRONICSCOOLING SYSTEM(高性能电子冷却系统)”的美国专利申请第15/797,996号的优先权和权益，所述申请案的全部内容出于所有目的特此以引用的方式并入本文中。

背景技术

传统上，冷却系统用于消散由电子电路封装(诸如集成电路管芯封装)产生的热量。热管和蒸汽腔室是这种冷却系统的部件。另外，液体冷却方案也用于传递由这种电子电路封装(ECP)产生的热量。在ECP制造商开发用于高性能处理和计算应用的高级微处理器时，需要ECP冷却方案的新进展，以充分管理由这些更高级的部件产生的增加的热量。

发明内容

根据一个方面，本公开涉及一种用于电子电路封装的冷却系统。该冷却系统包括传热板，该传热板被定位成与电子电路封装表面热接触。传热板形成冷却系统的蒸发区域的底表面。该冷却系统还包括多个冷凝管，该多个冷凝管与蒸发区域流体连通并且远离蒸发区域延伸。蒸发区域和冷凝管一起形成单个、不间断的、密封外壳。该冷却系统还包括流体，该流体设置在密封外壳内。该冷却系统还包括多个间隔物，该多个间隔物基本上填充传热板与相应冷凝管之间的间隙。间隔物中的每一个被配置为独立部件以允许流体通过每个间隔物的内部空间。该冷却系统还包括多个吸液芯。每个吸液芯部分地被定位在对应间隔物内，间隔物被流体地耦合至该对应间隔物。

在一些实施方式中，每个吸液芯的至少一部分接触传热板。在一些实施方式中，与传热板接触的每个吸液芯的部分被定向为基本上与传热板平行。在一些实施方式中，与传热板接触的每个吸液芯的部分覆盖小于对应间隔物的端部的横截面面积的四分之三。在一些实施方式中，与传热板接触的每个吸液芯的部分基本上覆盖其对应间隔物的端部，并且在与传热板平行的方向上延伸超过对应间隔物的边缘。在一些实施方式中，每个吸液芯包括金属网。在一些实施方式中，每个间隔物至少部分地延伸到对应冷凝管中。在一些实施方式中，每个冷凝管的内表面限定出多个凹槽。在一些实施方式中，传热板包括多个散热翅片，该多个散热翅片在密封外壳内远离传热板延伸。在一些实施方式中，多个散热翅片以不规则的方式布置。在一些实施方式中，基于与传热板热接触的电子电路封装表面上的发热的变化来布置多个散热翅片。在一些实施方式中，密封外壳的至少一部分被涂覆有铜粉。在一些实施方式中，涂覆密封外壳的铜粉的粒径为约0.1mm。在一些实施方式中，涂覆密封外壳的铜粉形成具有约0.3mm的厚度的涂层。在一些实施方式中，铜粉涂层涂覆多个散热翅片，该多个散热翅片在密封外壳内远离传热板延伸。在一些实施方式中，铜粉涂层在密封外壳内涂覆传热板和与传热板相对的蒸发区域的表面中的至少一个。在一些实施方式中，冷凝管的内部不含铜粉涂层。在一些实施方式中，每个间隔物的直径接近于传热板向外张开。在一些实施方式中，每个间隔物的一部分比间隔物的其余部分更接近冷却板延伸。在一些实施方式中，冷凝管围绕密封外壳的周界被定位。

根据另一方面，本公开涉及一种用于电子电路封装的冷却系统。该冷却系统包括传热板，该传热板被定位成与电子电路封装表面热接触。传热板形成冷却系统的蒸发区域的底表面。该冷却系统还包括多个冷凝管，该多个冷凝管与蒸发区域流体连通并且远离蒸发区域延伸。蒸发区域和冷凝管一起形成单个、不间断的、密封外壳。多个冷凝管中的每一个包括多个凹槽。该冷却系统还包括流体，该流体被设置在密封外壳内。该冷却系统还包括多个吸液芯。每个吸液芯被定位成使得一端与传热板接触，并且另一端延伸到对应冷凝管的近端中，延伸距离小于对应冷凝管的长度的5％。在一些实施方式中，每个吸液芯包括多层铜网。

附图说明

当结合以下附图考虑时，参照以下详细描述，将更充分地理解本公开的上述和相关目的、特征和优点，其中：

图1是示例电子电路封装冷却系统的示意图。

图2A至图2G描述了根据一些实施方式的适合于在电子电路封装冷却系统中使用的间隔物和吸液芯的多种示例配置。

图3是图示了根据一些实施方式的电子电路封装冷却系统中的冷凝管的示例布置的示例电子电路封装冷却系统的俯视图。

图4是图示了根据一些实施方式的电子电路封装冷却系统中的带有凹槽的冷凝管的示例布置的电子电路封装冷却系统的示意图。

图5A和图5B是根据一些实施方式的适合于包含在电子电路封装冷却系统中的散热翅片的示例配置的示意图。

图6和图7是根据一些实施方式的电子电路封装冷却系统的蒸发区域内的示例涂层配置的示意图。

图8是根据一些实施方式的电子电路封装冷却系统的冷凝区域内的示例涂层配置的示意图。

具体实施方式

散热是电子电路封装(诸如集成电路管芯封装)制造商的主要问题。在制造商创造具有更大计算和处理能力的电子电路封装(ECP)时，也增加了对改进的冷却方案的需求，以使用户获得这些高性能电子电路设计的全部益处，而不会受到因功能更强的ECP所产生的热量的次优管理而导致的性能下降的阻碍。热管和蒸汽腔室通常在此领域中被用于冷却ECP。通常，在传统方案中，随着ECP功率的增加，冷却性能会下降，这是因为该方案无法以足够快的速率来消散足够的热量以确保ECP的最佳性能。通常，特定热管或蒸汽腔室设计的冷却能力与已应用了冷却方案的给定ECP的发热轮廓不匹配。因此，ECP中的温度升高，这可能会降低ECP性能和/或对ECP的使用寿命和可靠性产生负面影响。包括液体冷却方法的冷却方案是可用的，但通常涉及成本增加和设计复杂度。本文中所公开的冷却系统可以避免通常与液体冷却方案相关联的昂贵设计、制造和维护要求。所公开的冷却系统也非常适合于与高功率部件(例如执行诸如机器学习应用的计算密集型操作的处理器)一起部署，并且可以使得能够使用更高的处理器速度来提高芯片性能。

所公开的冷却系统包括若干特征，以改善冷却系统所附接到的ECP的热传递。这些功能可以单独地和/或组合地帮助使蒸发过程得以改善，并且在某些情况下，可以得以针对特定热源得到优化，从而使高功率密度ECP的热传递更高效且更一致。所公开的冷却系统可以包括单个连续的液体蒸汽腔室。该腔室可以包括蒸发板，该蒸发板与ECP接触并且将热量传递到被包括在腔室中的液体冷却剂中。液体冷却剂然后可以随着从ECP吸收热量而蒸发，并且从蒸发的液体产生的水蒸汽可以积聚在冷凝管中。在冷凝管中，可以将包含在水蒸汽中的热量传递到冷凝管壁上，并且因此传递到外部冷却介质(其可以包括水或空气或其它流体)中。积聚在冷凝管壁的内表面上的液体冷凝物然后可以从冷凝管流回到蒸发区域。冷却系统可以包括独立结构(在本文中被称为间隔物)，该独立结构将冷凝管流体地耦合至蒸发区域。这种间隔物可以包括刚性部件和/或吸液芯，以提供液体冷却剂的连续流动以用于更高效的热传递。间隔物可以充当冷凝管的最接近蒸发板的端部(被称为“近端”)与腔室的蒸发部分的传热板之间的“桥”。吸液芯可以提供芯吸效应，将冷凝液从冷凝管抽吸回腔室的蒸发部分中，而不是允许液体积聚在冷凝管的近端并且滴落到蒸发板中。

作为附加特征，腔室的蒸发部分的内壁可以包括表面涂层以提高蒸发效率。例如，铜粉可以涂覆传热板和与传热板相对的腔室表面。在一些实施方式中，表面涂层也可以涂覆腔室的壁和/或冷凝管的内壁。在一些实施方式中，冷凝管的内壁缺少表面涂层，而是包括延伸冷凝管的长度的一系列纵向凹槽。

在一些实施方式中，吸液芯可以包括多层铜网，该多层铜网在冷凝管与传热板之间延伸。另外，也可以将散热翅片添加到传热板的内表面以增加传热板的表面积。散热翅片也可以涂覆有铜涂层，以提高冷却系统的蒸发效率。

传热板可以附接至腔室的上部部分，以形成封闭的、单体积的、连续的液体蒸汽冷却系统。冷凝管可以连接至该封闭腔室的侧部或连接至顶部(或两种连接配置的组合)。如上所述，冷凝管可以包括吸液芯，以提供毛细管效应并且改善腔室的蒸发区域与冷凝区域之间的流体循环。可替代地或另外，冷凝管可以包括凹槽，以减小在冷凝管内壁上的冷凝物的摩擦，并且可以促使冷凝物移动回蒸发区域。

所公开的冷却系统架构增强了冷凝管的空气冷却能力，并且解决了管理通常由高功率ASIC或微处理器产生的高热通量的问题。通常，被包括在ECP中的高功率处理器的配置可以极大地影响用于冷却ECP的冷却系统的传热性能。该问题的解决方案可以包括冷却系统，该冷却系统针对被包括在特定ECP配置中的高性能部件的配置或布局进行了优化。例如，ECP配置可以被布置成使得若干微处理器围绕ECP的周界被定位。在ECP的中心包括设计元件的冷却系统可能不显示与被配置有传热特征的冷却系统相同的传热能力，该传热特征相对于ECP的发热部件以类似方式被映射或被定位(诸如在与ECP的发热处理器对应的位置中围绕冷却系统的周界被配置的冷却系统特征)。本文中公开的所公开的冷却系统解决这种问题的一种方式是通过使ECP制造商能够定制多个散热翅片的形状、高度和密度，该多个散热翅片可以布置在耦合至ECP的传热板上。散热翅片可以以均匀模式或不规则模式布置，该模式设计为优化ECP的散热翅片所处的发热部分的热传递。在所公开的冷却系统中，可以映射具有更大密度的发热ASIC或微处理器的ECP的区域，并且可以制造具有多个散热翅片的传热板，可以优化这些散热翅片的位置、密度和涂层特性以高效地管理由微处理器产生的热量。例如，与位于传热板所处的ECP中的低功率集成电路上方的传热板的区域相比，位于产生大量热量的ECP的部件上方的传热板的区域可以包括更多的散热翅片、更大的散热翅片表面积或更大的散热翅片密度(并且因此更大的传热能力)。

现在将更详细地描述被包括在所公开的冷却系统中的各种设计元件的附加细节。

图1是示例电子电路封装冷却系统105的示意图。概括来说，冷却系统105被耦合至电子电路封装(ECP)110，诸如集成电路管芯封装。ECP 110还可以包括一个或多个微处理器，诸如ASIC、现场可编程门阵列(FPGA)或微处理器。冷却系统105还包括传热板115。冷却系统包括蒸发区域120和多个冷凝区域125。冷却系统105包括多个冷凝管130和多个间隔物135。冷却系统105还包括多个吸液芯140。

如图1所示，冷却系统105被形成为单个、不间断的、密封的外壳或腔室。冷却系统105包括形成腔室的底部或下部部分的传热板105和形成腔室的上部部分的多个冷凝管130。冷却系统105包括蒸发区域120和多个冷凝区域125，位于冷凝管130内。腔室的上部部分可以作为盖被装配到腔室的下部部分，以产生单个、连续的体积腔室。在一些实施方式中，腔室可以包括液体(例如水或冷却剂流体)以吸收由ECP 110产生的热量。所产生的热量被蒸发区域120内的液体吸收并且随着液体蒸发而传递至冷凝区域125。经过蒸发的液体以蒸汽的形式转移到冷凝管130，当蒸汽在冷凝管130的壁上冷凝时，热量通过冷凝管130的壁消散到冷凝管130周围的外部冷却介质(诸如空气或水或另一流体)中。冷凝物然后可以从冷凝管130的壁流回到蒸发区域120。

冷却系统105的单个、连续体积的液体蒸汽腔室的设计可以提供允许所有冷凝管130在相同温度(假设内部的蒸汽压相等)下操作的益处。以此方式，与冷凝管130未连接到相同腔室或空间体积或以其它方式位于液体冷却剂下游相比，冷凝管130在连接到相同腔室或空间体积(例如蒸发区域120)并且暴露于蒸发区域120中存在的低温液体时可以传递更高的热负荷。因此，单个、连续体积的液体蒸汽腔室避免了冷凝管130中的不均匀热平衡，并且进一步避免了在包括多个内部腔室或散热结构的冷却系统设计中可形成于传热板115与外部冷却介质(例如空气或水)之间的中间热阻，诸如焊料热阻和/或铜散热器热阻。

如图1所示，传热板110被耦合至ECP 105。传热板105直接被定位于顶部并且与ECP105配合，使得可将由ECP 105产生的热量传输至传热板110，以用于进一步消散。传热板110可以由具有优越的传热质量的金属或金属合金(诸如铜或铝)构成，使得能够将由ECP 105产生的热量高效地传递至传热板110并且传递到冷却系统105中，以用于进一步消散。传热板115形成由冷却系统105形成的腔室的下部部分或基底。在一些实施方式中，传热板115可以使用热传递材料耦合至ECP 110。

如图1所示，冷却系统105包括蒸发区域120。蒸发区域120接收由ECP 110产生并传递至其被耦合到的传热板115的热量。蒸发区域120是由冷却系统105的传热板115、腔室的壁和上部部分形成的空间体积。蒸发区域120可以包括液体，诸如水或冷却剂流体(未示出)，诸如介电制冷剂。从传热板115传递的热量被蒸发区域120中的液体吸收，使得液体蒸发成气相。携带所传递的热量的蒸汽在冷凝区域125中积聚和冷凝。在一些实施方式中，冷却系统105可以包括填充管(未示出)，该填充管在制造过程中用于向冷却系统105充入一定量的液体冷却剂或水。在一些实施方式中，要使用的冷却剂的体积可以是占据冷却系统腔室的内部体积的10％至50％之间的体积。可基于与冷却系统105被耦合到的ECP相关联的功率(和热)图(map)来优化或配置可用于向冷却系统105充入的液体的重量或量。

如图1所示，冷却系统105还包括多个冷凝区域125。冷凝区域125是由冷凝管130的壁形成的空间体积。冷凝区域125积聚经过蒸发的液体，该经过蒸发的液体转化为蒸汽，并且将从传热板115传递的热量传递到蒸发区域120中。蒸汽收集于冷凝区域125中并且在冷凝管130的壁上冷凝。冷凝区域125和形成冷凝区域的冷凝管130的尺寸可基于特定冷却系统105和/或特定ECP 110所需的传热性能而改变。在一些实施方式中，冷凝管130的液压直径大致为2至15mm，且高度大致为20至500mm。冷凝管130可以是圆形、矩形、三角形、八边形或具有任何其它横截面形状。在一些实施方式中，冷凝管130可以是直的。在一些实施方式中，冷凝管130可以成一定角度弯曲。在一些实施方式中，冷凝管130可以相对于传热板115垂直地布置。在一些实施方式中，冷凝管130可以相对于传热板115水平地布置。

冷凝管130可以由具有期望的传热质量的金属或金属合金(诸如铜或铝)构成，使得可以将积聚在冷凝管130的壁上的蒸汽中存在的热量有效地传递至冷凝管130周围的外部介质(诸如空气或水)，从而允许蒸汽冷凝回液相。在一些实施方式中，冷凝管130的内表面可以包括涂层，诸如铜粉涂层。在其它实施方式中，冷凝管130的内表面可以不含铜粉涂层，并且相反，可以包括延伸冷凝管130的长度或基本上整个长度的一系列纵向凹槽。

如图1所示，冷却系统105可以包括多个间隔物135。间隔物135是横跨蒸发区域120内的空间的独立部件。间隔物135填充传热板115与相应冷凝管125之间的间隙。间隔物135通常是管状的，并且被配置为允许流体通过每个间隔物的内部空间。间隔物135可以通过促使冷凝的蒸发液体朝向蒸发区域120回流来改善间隔物所附接到的冷凝管130的整体干燥能力。在一些实施方式中，间隔物135可以包括刚性外部结构，诸如铜管。在一些实施方式中，间隔物135的内表面可以包括涂层以辅助蒸发液体移动回蒸发区域120。在一些实施方式中，除了刚性外部结构之外，间隔物135还可以包括网状吸液芯。在一些实施方式中，间隔物135可以仅包括金属网间隔物，并且不包括刚性外部结构。

如图1中进一步示出，冷却系统105包括多个吸液芯140。吸液芯140提供芯吸(或毛细管)效应，以将积聚在冷凝管130的下部部分处的冷凝蒸汽抽吸回蒸发区域120。举例而言，当热量通过冷凝管130的壁传递时，携带热量的蒸汽在冷凝管130的壁上冷凝并且沿冷凝管的内表面向下移动。冷凝液可以积聚在冷凝管130的下部部分处。吸液芯140可以将来自冷凝管130的下部部分的所积聚的液体进一步向下抽吸或芯吸到传热板115附近的蒸发区域中。与利用不具有吸液芯的冷凝管的冷却系统设计相比，吸液芯140可以使液体冷却剂稳定、连续地流过冷却系统105，从而在所有冷凝管130中产生更均匀的温度和更高的传热性能。在一些实施方式中，吸液芯140可以被包括作为间隔物135的部件。在其它实施方式中，吸液芯140可以不被包括作为间隔物135的部件。

图2A至图2G描述了适合于在图1中所示的冷却系统105中使用的间隔物和吸液芯的多种示例配置。图2A至图2F示出了冷却系统105(包括传热板215a-215f、冷凝管230a-230f、间隔物235a-235f和吸液芯240a-240f)的各种实施方式的各个方面。图2G示出了包括图2A至图2F的所有元件但不包括间隔物的冷却系统的实施方式。

如图2A所示，冷却系统105包括间隔物235a，该间隔物被定位于冷凝管230a的下部部分处，并且至少部分地延伸到对应冷凝管230a中。间隔物235a基本上跨越整个蒸发区域(例如在最接近蒸发板的冷凝管的端部(被称为“近端”)与腔室的蒸发部分的传热板之间的间隙的约80％至100％之间)，使得间隔物235a的一端插入冷凝管230a中，而间隔物235a的另一端紧密接近传热板215a或与传热板215a接触。在一些实施方式中，间隔物235a的内表面可以包括涂层，以促使冷凝的液体冷却剂经由间隔物235a的内表面返回到蒸发区域。例如，间隔物235a的内表面可以包括疏水性表面涂层，以减小液体冷却剂的表面摩擦，并且可以促使液体冷却剂从冷凝管230a移动回冷却系统105的蒸发区域中。

如图2A中进一步示出，间隔物235a包括吸液芯240a。吸液芯240a被部分地定位在吸液芯流体地耦合到的冷凝管230a内。吸液芯240a被定位于间隔物235a的内部体积内，并且向上延伸至冷凝管230a的下部部分。间隔物235a朝向传热板215a向下延伸。吸液芯240a与传热板215a接触。与传热板215a接触的吸液芯240a的部分被定向成基本上与其所接触的传热板215a平行。在一些实施方式中，与传热板215a接触的吸液芯240a的部分可以被配置为覆盖其所对应的间隔物235a的不同横截面尺寸。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215a平行的吸液芯240a的部分可以覆盖对应间隔物235a的端部的横截面面积的15％至30％之间，例如对应间隔物235a的端部的横截面面积的25％。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215a平行的吸液芯240a的部分可以覆盖对应间隔物235a的端部的横截面面积的40％至60％之间，例如对应间隔物235a的端部的横截面面积的50％。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215a平行的吸液芯240a的部分可以覆盖对应间隔物235a的端部的横截面面积的70％至90％之间，例如对应间隔物235a的端部的横截面面积的75％。

如图2B所示，除了图2B中所示的吸液芯240b延伸超过间隔物235b并且进一步延伸到冷凝管230b的近端中之外，关于图2A描述的所有元件都保持相同。将吸液芯240b进一步延伸到由冷凝管230b生成的冷凝区域中可以提供更大的芯吸效应，并且将已经在冷凝管230b的内表面上冷凝的更大量的液体冷却剂朝向传热板215b抽吸。在一些实施方式中，吸液芯240b可以延伸到冷凝管230b的近端中，延伸距离在对应冷凝管的长度的0％至10％之间，例如小于对应冷凝管的长度的5％。在一些实施方式中，吸液芯240b可以延伸到冷凝管230b的近端中，延伸距离在对应冷凝管的长度的10％至50％之间，例如对应冷凝管的长度的35％。在一些实施方式中，吸液芯240b可以延伸到冷凝管230b的近端中，延伸距离在对应冷凝管的长度的50％至100％之间，例如对应冷凝管的长度的75％。

如图2C所示，除了图2C中所示的间隔物235c被配置为接近于传热板215c向外张开之外，关于图2A描述的所有元件都保持相同。例如，接近于传热板215c的间隔物的直径可以在间隔物的进入冷凝管230c的直径的1.25至2.0倍之间。

如图2D所示，除了图2D中所示的吸液芯240d(类似于如图2B所示的吸液芯240b)被配置为延伸超过间隔物235d并且进一步延伸到冷凝管230d的近端中之外，关于于图2C描述的所有元件都保持相同。在一些实施方式中，吸液芯240d可以延伸到冷凝管230d的近端中，延伸距离在对应冷凝管的长度或高度的0％至10％之间，例如小于对应冷凝管的长度的5％。在一些实施方式中，吸液芯240d可以延伸到冷凝管230d的近端中，延伸距离在对应冷凝管的长度或高度的10％至50％之间，例如对应冷凝管的长度的35％。在一些实施方式中，吸液芯240d可以延伸到冷凝管230d的近端中，延伸距离在对应冷凝管的长度或高度的50％至95％之间，例如对应冷凝管的长度的75％。

如图2E所示，除了如图2E所示，被定向为基本上与传热板215e平行的吸液芯240e的部分延伸以覆盖对应间隔物235e的端部的横截面面积的比图2A中所示的吸液芯240a更小的部分之外，关于图2A描述的所有元件都保持相同。例如，被定向为基本上与传热板215e平行的吸液芯240e的部分可以延伸以覆盖间隔物235e的端部的横截面面积的5％。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215e平行的吸液芯的部分可以延伸以覆盖小于间隔物235e的端部的横截面面积的5％、10％或20％的面积。在一些实施方式中，图2E中所示的吸液芯可以被配置在向外张开的间隔物(诸如图2C的间隔物235c)内。在一些实施方式中，图2E中所示的吸液芯240e可以被配置为基本上延伸到冷凝管230e中，如图2B中的吸液芯240b所示的。在一些实施方式中，图2E的吸液芯240e可以被配置在向外张开的间隔物(诸如图2D中的间隔物235d)中，并且可以进一步配置成延伸穿过向外张开的间隔物，基本上延伸到对应冷凝管230e中，诸如图2D中所示的吸液芯240d。

如图2F所示，除了如图2F所示，吸液芯240f的一部分延伸以覆盖其对应间隔物235f的端部并且进一步沿着一个方向延伸超过对应间隔物235f的边缘之外，关于图2A描述的所有元件都保持相同。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215f平行的吸液芯240f的部分可以延伸超过对应间隔物235f的边缘大约对应间隔物的宽度或直径的0％至10％。例如，被定向为基本上与传热板215f平行的吸液芯240f的部分可以延伸超过对应间隔物235f的边缘大约对应间隔物235f的宽度或直径的5％。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215f平行的吸液芯240f的部分可以延伸超过对应间隔物235f的边缘大约对应间隔物的宽度或直径的15％至50％。例如，被定向为基本上与传热板215f平行的吸液芯240f的部分可以延伸超过对应间隔物235f的边缘大约对应间隔物235f的宽度或直径的45％。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215f平行的吸液芯240f的部分可以延伸超过对应间隔物235f的边缘大约对应间隔物的宽度或直径的60％至90％。例如，被定向为基本上与传热板215f平行的吸液芯240f的部分可以延伸超过对应间隔物235f的边缘大约对应间隔物235f的宽度或直径的85％。在一些实施方式中，图2F中所示的吸液芯可以被配置在向外张开的间隔物(诸如图2C的间隔物235c)内。在一些实施方式中，图2F中所示的吸液芯240f可以被配置为基本上延伸到冷凝管230f中，如图2B中的吸液芯240b所示的。在一些实施方式中，图2F的吸液芯240f可以被配置在向外张开的间隔物(诸如图2D中的间隔物235d)中，并且可以进一步被配置成延伸穿过向外张开的间隔物，基本上延伸到对应冷凝管230f中，诸如图2D中所示的吸液芯240d。

如图2G所示，吸液芯240g以与图2A中所描述的吸液芯240a类似的方式被定位，然而，图2G中所示的冷却系统105不包括诸如图2A中所示的间隔物235a的间隔物。图2G中所示的吸液芯240g被配置成定位为使得一端与传热板215g接触，而另一端延伸到对应冷凝管230g的近端中，延伸距离在对应冷凝管的长度或高度的0％至10％之间，例如小于对应冷凝管230g的长度或高度的5％。在一些实施方式中，吸液芯240g可以延伸到冷凝管230g的近端中，延伸距离在对应冷凝管的长度或高度的10％至50％之间，例如对应冷凝管的长度的40％。在一些实施方式中，吸液芯240g可以延伸到冷凝管230g的近端中，延伸距离在对应冷凝管的长度或高度的50％至100％之间，例如对应冷凝管的长度的80％。在一些实施方式中，吸液芯240g包括金属网状吸液芯。例如，吸液芯140可以包括铜网状吸液芯。在一些实施方式中，吸液芯240g包括多层金属网，诸如多层铜网状吸液芯。

在一些实施方式中，与传热板215g接触的网状吸液芯240g的部分可以延伸以覆盖冷凝管230g的横截面面积的较小部分。例如，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯240g的部分可以延伸以覆盖小于冷凝管230g的横截面面积的5％的面积。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯的部分可以延伸以覆盖冷凝管230g的横截面面积的10％至40％，例如冷凝管230g的横截面面积的25％。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯的部分可以延伸以覆盖冷凝管230g的横截面面积的40％至90％，例如冷凝管230g的横截面面积的75％。

在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯240g的部分延伸以覆盖其对应冷凝管230g的端部，并且进一步沿着一个方向延伸超过对应冷凝管230g的边缘。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯240g的部分可以延伸超过对应冷凝管230g的边缘大约对应冷凝器管的宽度或直径的0％至10％。例如，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯240g的部分可以延伸超过对应冷凝管230g的边缘大约对应冷凝器管230g的宽度或直径的5％。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯240g的部分可以延伸超过对应冷凝管230g的边缘大约对应冷凝器管的宽度或直径的15％至50％。例如，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯240g的部分可以延伸超过对应冷凝管230g的边缘大约对应冷凝器管230g的宽度或直径的45％。在一些实施方式中，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯240g的部分可以延伸超过对应冷凝管230g的边缘大约对应冷凝器管的宽度或直径的60％至90％。例如，被定向为基本上与传热板215g平行的吸液芯240g的部分可以延伸超过对应冷凝管230g的边缘大约对应冷凝器管230g的宽度或直径的85％。

图3是图1中所示的示例冷却系统105的俯视图，其图示了电子电路封装冷却系统105中的冷凝管130的示例布置300。布置300包括多个冷凝管130，该多个冷凝管围绕冷却系统105的腔室或密封外壳的上表面305的周界被定位。在一些实施方式中，可以相对于冷却系统105所附接到的ECP的热分布图或发热轮廓来确定冷却管130的定位。例如，在一些实施方式中，如果ECP朝向ECP的中心产生更多热量，那么多个冷凝管105可以朝向冷却系统105的腔室的中心被定位。在其它实施方式中，冷凝管130可以被定位在冷却系统105的腔室的角落中或相对侧上。

图4是图示了图1中所示的电子电路封装冷却系统105中的带有凹槽的冷凝管的示例布置400的电子电路封装冷却系统的示意图。如

图4所示，除了每个冷凝管130的内表面包括多个凹槽405之外，冷却系统105包括与图1中所示的冷却系统105相同的元件。当冷凝管130被定位在如图4所示的冷却系统105的腔室顶部时，多个凹槽405垂直地定向在冷凝管130内。在冷凝管位于冷却系统105的腔室的侧部(未示出)的配置中，多个凹槽405可以以使得凹槽与冷凝管130的长度平行的方式被定向。位于冷凝管130的内壁中的凹槽405可以为冷凝的液体冷却剂提供毛细管效应，并且可以充当使冷凝的液体冷却剂的流动返回蒸发区域120的通道，从而减小了冷凝管壁的内表面上的冷凝流体阻力。通过帮助液体冷却剂返回到蒸发区域120，可以增强冷却系统105的传热性能，这是因为该系统能够使液体冷却剂从蒸发区域更快地循环到冷凝区域并且再次循环回到蒸发区域。

可以将各种凹槽配置应用于冷凝管130的内表面。在一些实施方式中，凹槽形状或凹槽的横截面轮廓可以是矩形、正方形、圆形和/或“v”形。在一些实施方式中，可以在冷却系统105的一个或多个冷凝管130内使用凹槽形状、深度和/或间隔配置的混合。在一些实施方式中，每个凹槽的深度可以在0.05mm至1mm之间。在一些实施方式中，每个凹槽之间的间隔可以在0.05mm至1mm之间。

图5A和图5B是适合于包含在图1中所示的电子电路封装冷却系统105中的散热翅片的示例配置500a和500b的示意图。如图5A所示，配置500a包括传热板，诸如图1中所示的传热板115。传热板115包括多个散热翅片505。传热板115还包括一个或多个经涂覆的散热翅片510。广义来说，多个散热翅片505是冷却系统105的特征，这些特征被配置为进一步增强冷却系统105的传热性能。如关于图1所描述的，传热板115被耦合至ECP，使得传热板115形成冷却系统腔室的蒸发区域的基底或下部部分。如图5A所示，传热板115被配置有多个散热翅片505，该多个散热翅片505在冷却系统105的密封外壳或腔室内远离传热板115延伸。散热翅片505可以被配置在传热板115上，使得多个散热翅片均匀地布置成使得每个散热翅片505具有与其它散热翅片相同的高度、厚度、间隙间隔和定向。

如图5A中进一步示出，传热板115包括经涂覆的散热翅片510。散热翅片505的均匀布置可以包括一个或多个经涂覆的散热翅片510。涂层可以包括诸如烧结至散热翅片510的表面上的铜粉的蒸发表面涂层。在一些实施方式中，涂层厚度可以是在约.01mm与约1mm之间的厚度。在一些实施方式中，铜粉涂层的粒径可以是在约.01mm与约.2mm之间的粒径。在一些实施方式中，经涂覆的散热翅片510可以包括用以进一步帮助传热性能的其它表面增强(诸如金属网或表面粗糙度)，以增加散热翅片的表面积。

如图5B所示，配置500b包括诸如图1的传热板115的传热板。传热板115包括多个散热翅片515。传热板还包括一个或多个经涂覆的散热翅片520。如关于图5A所描述的，被定位于传热板115上的多个散热翅片的布置和功能可以增强冷却系统105的传热性能。多个散热翅片515包括具有不规则形状的散热翅片。例如，如图5B所述，配置500b包括多个形状不规则的散热翅片515，这些散热翅片分别具有三个脊部和两个脊部之间的谷部。散热翅片515可以被配置在传热板115上，使得多个形状不规则的散热翅片515具有不同高度、厚度、间隙间隔和/或定向。在一些实施方式中，可以基于传热板115所附接到的ECP的热分布图或发热轮廓来配置散热翅片515的不规则布置。

如图5B中进一步示出，传热板115包括具有不规则布置的经涂覆的散热翅片520。例如，散热翅片515的不规则布置可以包括一个或多个经涂覆的散热翅片520。涂层可以包括诸如烧结至散热翅片520的表面上的铜粉的蒸发表面涂层。在一些实施方式中，涂层厚度可以是在约.01mm与约1mm之间的厚度。在一些实施方式中，铜粉涂层的粒径可以是在约.01mm与约.2mm之间的粒径。可以基于传热板115所附接到的ECP的热分布图或发热轮廓来配置经涂覆的散热翅片520的不规则布置，使得传热板115在产生最多热量的ECP的区域的正上方包括更大密度的散热翅片或更大的散热翅片表面积。例如，传热板115被耦合到的ECP的发热轮廓可以包括三个不同区域，这些区域产生高热量，且因此需要更大的热传递以维持ECP部件的适当操作条件。因此，传热板115可以被配置成使得多个形状不规则的散热翅片515以更大的散热翅片高度、厚度和/或密度直接布置在三个最高产热区域上方。如图5B所示，每个形状不规则的散热翅片515的三个脊部可以与ECP的三个最高产热区域对应，而每个形状不规则的散热翅片515的两个谷部可以与ECP的较低产热区域对应。在一些实施方式中，经涂覆的散热翅片520可以包括用以进一步帮助传热性能的其它表面增强(诸如金属网或表面粗糙度)，以增加散热翅片的表面积。

图6是电子电路封装冷却系统(诸如图1中所示的冷却系统105)的蒸发区域内的示例涂层配置600的示意图。如图6所示，冷却系统105包括涂层605。在形成蒸发区域120的腔室的各个内壁的表面上包括涂层605。涂层605可以是诸如烧结至形成蒸发区域120的腔室的内壁表面上的铜粉的蒸发表面涂层。涂层605可以通过提高形成涂覆有涂层605的蒸发区域120的腔室的传热板115和内壁表面的蒸发效率来增强冷却系统105的传热性能。该涂层可以包括诸如烧结至形成蒸发区域120的腔室的壁的内表面上的铜粉的蒸发表面涂层。在一些实施方式中，涂层厚度可以是在约.01mm与约1mm之间的厚度。在一些实施方式中，铜粉涂层的粒径可以是在约.01mm与约.2mm之间的粒径。在一些实施方式中，形成蒸发区域120的腔室的壁的内表面可以包括其它表面增强(诸如金属网或表面粗糙度)，以增加壁表面的表面积并且进一步增强蒸发区域120的传热性能。

图7也是图1中所示的电子电路封装冷却系统105的蒸发区域内的示例涂层配置700的示意图。如图7所示，冷却系统105包括涂覆在传热板115表面的涂层705，并且还包括涂覆在形成蒸发区域120的腔室上部部分的涂层710。涂层705被包括在传热板115的表面上，并且覆盖从蒸发区域120的一侧到蒸发区域120的另一侧的传热板115。在形成蒸发区域120的腔室的上部部分的内表面壁上包括涂层710。涂层705和/或710可以是诸如烧结至形成蒸发区域120的腔室的内壁表面上的铜粉的蒸发表面涂层。涂层705和/或710可以通过改善来自传热板115的热吸收并且改善形成蒸发区域120的腔室的上部部分的蒸发功能来增强冷却系统105的传热性能。涂层705和/或710可以包括诸如烧结至形成蒸发区域120的腔室的壁的内表面上的铜粉的蒸发表面涂层。在一些实施方式中，涂层705和/或710的厚度可以是在约.01mm与约1mm之间的厚度。在一些实施方式中，涂层粒径可以是在约.01mm与约.2mm之间的粒径。在一些实施方式中，形成蒸发区域120的腔室的壁的内表面可以包括其它表面增强(诸如金属网或表面粗糙度)，以增加壁表面的表面积并且进一步增强蒸发区域120的传热性能。

图8是电子电路封装冷却系统(诸如图1中所示的冷却系统105)的冷凝区域内的示例涂层配置800的示意图。如图8所示，冷却系统105包括涂层805。在冷凝管130的内表面上包括涂层805。涂层805可以是疏水性表面涂层，其用以减小冷凝在冷凝管130的壁的内表面上的液体冷却剂的表面摩擦。通过减小表面摩擦，涂层805可以促使冷凝的液体冷却剂移动回冷却系统105的蒸发区域中。例如，涂层805可以是表面涂层，诸如烧结的铜粉。烧结的铜粉可以包括在0.01mm与0.5mm之间的粉末粒径。可以将烧结的铜粉烧结在冷凝管130的内表面上，以形成厚度在0.01mm与2.0mm之间的表面涂层。在一些实施方式中，冷凝管130可以包括涂层805和多个凹槽(诸如图4中所示的凹槽405)二者。例如，可以在多个凹槽已经形成在冷凝管130的内壁表面上之后，将涂层805涂覆于冷凝管壁的内表面。

虽然本说明书包含了许多具体实施方式细节，但是不应该将这些细节视为对任何发明或者可能被要求的内容的范围的限制，而是作为针对特定发明的特定实施方式的特征的描述。在本说明书中在单独实施方式的背景下描述的某些特征还可以组合地实施在单种实施方式中。相反，在单种实施方式的背景中描述的各种特征也可以单独地或者按照任何合适的子组合实施在多种实施方式中。此外，虽然可以将特征描述为在某些组合中起作用并且甚至如此要求，但是在一些情况下，可以将来自所要求的组合的一个或者多个特征从组合中删除，并且所要求的组合可以涉及子组合或者子组合的变型。

类似地，虽然在附图中按照特定顺序示出了操作，但是不应该将其理解为需要按照所示的特定顺序或者按照相继的顺序来进行这种操作，或者需要进行所有图示的操作以实现期望的结果。在某些情况下，多任务处理和并行处理可以是有利的。此外，在上文所描述的实施方式中的各种系统部件的分离不应该被理解为在所有实施方式中都要求这种分离，并且应理解，通常可以将所描述的程序部件和系统一起集成在单个软件产品中或者封装到多个软件产品中。

对“或”的引用可以被解释为包括性的，使得使用“或”描述的任何术语可以指示单个术语，一个以上术语以及所有所描述的术语中的任何一个。标记“第一”、“第二”、“第三”等不一定表示顺序，并且通常仅用于区分开相似或类似的项或元件。

对本公开中所描述的实施方式的各种修改对于本领域的技术人员而言可以是显而易见的，且本文中所定义的一般原理在不脱离本公开的精神或者范围的情况下可以适用于其它实施方式。因此，权利要求书不旨在受限于本文中所示的实施方式，而是与符合本公开、本文中所公开的原理和新颖特征的最广泛范围一致。

Claims (22)

1.一种用于电子电路封装的冷却系统，包括：

传热板，所述传热板被定位成与电子电路封装表面热接触，其中，所述传热板形成所述冷却系统的蒸发区域的底表面；

多个冷凝管，所述多个冷凝管与所述蒸发区域流体连通并且远离所述蒸发区域延伸，使得所述蒸发区域和冷凝管一起形成单个、不间断的、密封外壳；

流体，所述流体被设置在所述密封外壳内；

多个间隔物，所述多个间隔物基本上填充所述传热板与相应冷凝管之间的间隙，其中，所述间隔物中的每一个被配置为独立部件以允许所述流体通过每个间隔物的内部空间；以及

多个吸液芯，每个吸液芯被部分地定位在对应间隔物内，所述间隔物被流体地耦合至所述对应间隔物。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，每个吸液芯的至少一部分接触所述传热板。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，与所述传热板接触的每个吸液芯的所述部分被定向为基本上与所述传热板平行。

4.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，与所述传热板接触的每个吸液芯的所述部分覆盖小于对应间隔物的端部的横截面面积的四分之三。

5.根据权利要求2所述的冷却系统，其中，与所述传热板接触的每个吸液芯的所述部分基本上覆盖其对应间隔物的端部，并且在与所述传热板平行的方向上延伸超过所述对应间隔物的边缘。

6.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，每个吸液芯包括金属网。

7.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，每个间隔物至少部分地延伸到对应冷凝管中。

8.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，每个冷凝管的内表面限定出多个凹槽。

9.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述传热板包括多个散热翅片，所述多个散热翅片在所述密封外壳内远离所述传热板延伸。

10.根据权利要求9所述的冷却系统，其中，所述多个散热翅片以不规则的方式布置。

11.根据权利要求10所述的冷却系统，其中，基于与所述传热板热接触的所述电子电路封装表面上的发热的变化来布置所述多个散热翅片。

12.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述密封外壳的至少一部分被涂覆有铜粉。

13.根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述铜粉的粒径为约0.1mm。

14.根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述铜粉形成具有约0.3mm的厚度的涂层。

15.根据权利要求14所述的冷却系统，其中，所述铜粉涂层涂覆多个散热翅片，所述多个散热翅片在所述密封外壳内远离所述传热板延伸。

16.根据权利要求14所述的冷却系统，其中，所述铜粉涂层在所述密封外壳内涂覆所述传热板和与所述传热板相对的所述蒸发区域的表面中的至少一个。

17.根据权利要求12所述的冷却系统，其中，所述冷凝管的所述内部不含所述铜粉涂层。

18.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，每个间隔物的直径接近于所述传热板向外张开。

19.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，每个间隔物的一部分比所述间隔物的其余部分更接近所述传热板延伸。

20.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述冷凝管围绕所述密封外壳的周界被定位。

21.一种用于电子电路封装的冷却系统，包括：

传热板，所述传热板被定位成与电子电路封装表面热接触，其中，所述传热板形成所述冷却系统的蒸发区域的底表面；

多个冷凝管，所述多个冷凝管与所述蒸发区域流体连通并且远离所述蒸发区域延伸，使得所述蒸发区域和冷凝管一起形成单个、不间断的、密封外壳，其中，所述多个冷凝管中的每一个包括多个凹槽；

流体，所述流体被设置在所述密封外壳内；以及

多个吸液芯，每个吸液芯被定位成使得一端与所述传热板接触，并且另一端延伸到对应冷凝管的近端中，延伸距离小于所述对应冷凝管的长度的5％。

22.根据权利要求21所述的冷却系统，其中，每个吸液芯包括多层铜网。