CN111367386B - 冷却板基底、冷却设备以及服务器装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冷却板基底。冷却板基底包括一流体入口区域以及一流体出口区域。流体入口区域位于冷却板的一远端，而流体出口区域位于与冷却板的远端相对的一近端。冷却板基底还包括一散热片区域。散热片区域位置在流体入口区域以及流体出口区域之间。散热片区域从冷却板基底的一基底表面延伸。冷却板基底还包括在流体入口区域的多个突起。多个突起的每一者从流体入口区域铺展以产生横越散热片区域的多个流动路径。

Description

冷却板基底、冷却设备以及服务器装置

技术领域

本发明涉及冷却产热装置。具体地，本发明涉及一种设备，其使用改进的基于液体的冷却系统来冷却服务器应用。

背景技术

通过网络扩展驱动数据存储以及高频宽通讯的快速成长，增加了对数据中心的密集互连(interconnection)系统的需求。这些数据中心通常由数列的机架(racks)的服务器组成。这些服务器需要与数据中心中的其他服务器进行高频宽通讯。高频宽通讯可通过遮蔽式电缆(shielded electrical cables)或逐渐增加的主动式光缆(active opticalcables)来支持。主动式光缆支持更长的传输距离以及更高的传输频宽。主动式光缆通常具有与缆线的至少一端上的收发器中结合的光学引擎(optical engine)。光学引擎将电信号转换成光信号(传输[Tx]函数)，并将光信号转换成电信号(接收[Rx]函数)。数据中心机架可具有数百或甚至数千个互连，每一个互连产生的热量都必须从机架中被移除。不能移除互连产生的热量可能导致机架中其他元件的互连加速劣化及/或过早失效。因此，需要在高速通讯装置中提供冷却系统，其有助于互连的高热量移除以及密集封装。

发明内容

本发明提供一种冷却板基底。冷却板基底包括一流体入口区域以及一流体出口区域。流体入口区域位于一冷却板的一远端，而流体出口区域位于与冷却板的远端相对的一近端。冷却板基底还包括一散热片(fin)区域。散热片区域位置在流体入口区域以及流体出口区域之间。散热片区域从冷却板基底的一基底表面延伸。冷却板基底还包括在流体入口区域的多个突起。突起的每一者从流体入口区域向外铺展(radiate)以产生横越散热片区域的多个流动路径。

在一些实施例中，突起的每一者可围绕一中心轴呈对称状。散热片区域可包括多个壁区域，其中壁区域的每一者通过一散热片区域间隙分隔。在一些实施例中，流动路径围绕壁区域平均地间隔。

在一些实施例中，冷却板基底正好在散热片区域下方的基底表面具有最多2毫米的厚度。或者，冷却板基底正好在散热片区域下方的基底表面可由传导弹性材料制成。

本发明还提供一种冷却设备。冷却设备包括一散热器以及一冷却板。冷却板通过至少两个流体管连接至散热器。冷却板可包括一冷却板基底。如上所述，冷却板基底可包括一流体入口区域以及一流体出口区域。流体入口区域位于冷却板的一远端，而流体出口区域位于与冷却板的远端相对的一近端。冷却板基底还包括一散热片区域。散热片区域位置在流体入口区域以及流体出口区域之间。散热片区域从冷却板基底的一基底表面延伸。冷却板基底还包括在流体入口区域的多个突起。突起的每一者从流体入口区域铺展以产生横越散热片区域的多个流动路径。

在一些实施例中，冷却板还包括一冷却板罩，冷却板罩配置以覆盖冷却板基底。冷却板罩包括与流体入口区域对齐的一流体入口孔以及与流体出口区域对齐的一流体出口孔。冷却板可与一电子元件耦接。

本发明还提供了一种服务器装置。服务器装置包括如上所述的电子元件以及冷却设备。

本发明的额外的特征以及优点将在以下的说明书中阐述，且某种程度上将从说明书中显而易见，或可通过实践在此所揭露的原理来学习。可通过所附权利要求特别指出的器具以及组合的手段，来达成并获得本发明的特征以及优点。本发明的这些以及其他特征将从以下说明书以及所附权利要求变得全然地明显，或可实践在此阐述的原理来学习。

附图说明

为了描述可获得上述揭露内容与其优点以及特征的方式，将通过参考所附附图中绘示的特定范例来呈现上述原理的更具体的描述。这些附图仅描绘了本发明的范例方面，而因此不应被视为对本发明的范畴的限制。通过使用以下附图，以附加的特征以及细节来描述以及解释这些原理。

图1A为现有技术中通常已知的一现有冷却设备的示意图；

图1B为现有技术中通常已知的图1A的冷却设备的一现有冷却板的示意图；

图1C为现有技术中通常已知的图1B的冷却板的冷却板基底的剖视图；

图2为本发明的一些实施例的一示例性冷却板的分解图；

图3为本发明的一些实施例的示例性冷却板基底的示意图；

图4A为本发明的一些实施例，图2的冷却板具有A-A剖面的组装图；

图4B为本发明的一些实施例，沿着A-A剖面的图4A的冷却板的示意图；

图5为本发明的一些实施例，示例性冷却板基底的俯视图；

图6为本发明的一些实施例，沿着A-A剖面的冷却板的示意图。

符号说明

20～散热器

25～风扇

30、40～液体管

51～热油膏

60～发热元件

70、200～冷却板

71、261～流体入口区域

73、263～流体出口区域

81、281～远端

82、282～近端

89、262～基底表面

90、290～散热片区域

100～冷却设备

230～冷却板罩

231～流体入口孔

260～冷却板基底

265～流体分配机构

267～突起

A、B、C、D～区域

具体实施方式

本发明参考所附附图描述，其中在各处附图中使用相似的符号表示类似或相同的元件。附图并未按照比例绘制，且所提供的附图仅用于说明本发明。以下参考用于说明的范例应用来描述本发明的数个方面。应理解的是，阐述了许多特定细节、关系以及方法以提供对本发明的完全理解。然而，本技术领域具有通常知识者将轻易了解，可在不具有一个或多个特定细节的情形下或以其他方法实践本发明。在其他情形下，并未详细示出众所周知的结构或操作，以避免模糊本发明。本发明不限于所示出的动作或事件的顺序，因为一些动作可以不同的顺序发生及/或与其他动作或事件同时发生。除此之外，不需要所有示出的动作或事件以实行根据本发明的方法。

图1A绘示现有技术中已知的一现有冷却设备100。现有的冷却设备100可包括一散热器20以及一冷却板70。散热器20可通过液体管30以及液体管40连接至冷却板(coolingplate)70。如本领域通常理解的，现有的冷却设备100是闭环(closed-loop)冷却系统，且水在散热器20以及冷却板70之间移动以带走热量。冷却板70热连接至发热装置(未图示)。为了说明本范例的目的，发热装置可为服务器装置内的电子元件。应理解的是，闭环冷却系统被用于各种应用。

当水流过冷却板70时，由于发热装置以及冷却板70的热耦接，水会变热。变热的水经由液体管(liquid tube)30的方式泵送(pumped to)至散热器20。散热器20容纳一风扇25。风扇25配置以对流的方式移除来自流过散热器20的水的热量。变冷的水经由液体管40的方式泵送回冷却板70。冷却板70的应用提供了元件特定方案以移除热量。

图1B绘示冷却板70的内部工件。冷却板70具有一远端81以及与远端81相对的一近端82。提供冷却板70的定向(orientation)仅用于说明的目的。应理解的是，冷却板70可以各种配置定向，且近端以及远端是相对于观察者而言。因此，在此所示的方向并非意欲限制。冷却板70包括在远端81的一流体入口区域71。流体入口区域71连接至(图1A)的液体管40。冷却板70还包括在近端82的一流体出口区域73。图1B绘示流过冷却板70的流体。流体在单一点进入冷却板70且流过一散热片区域90。

图1C绘示如现有技术通常已知的冷却板70的剖视图。图1C还绘示冷却板70以及一发热元件60之间的接触。散热片区域90从冷却板70的一基底表面89延伸。散热片区域90通常是均匀的且对流体提供更多的接触表面，以最终地冷却发热元件60。

请再次参考图1B，流体入口区域71是单一入口点或孔。当流体经由流体入口区域71进入冷却板70时，流体主要在散热片区域90的中间区域流动。散热片区域90的侧边(side)相较中间区域将接收更少的流体。如在此所示的，流体主要在中间区域的流动生成反向涡流。因此，整个冷却板的效率降低。

请暂时参考图1C，冷却板70以及发热元件60通常直接热接触。然而，在发热元件60具有不均匀形状的情形下，在发热元件60以及冷却板70之间形成一间隙。运用热油膏(thermal grease)51覆盖间隙以增加热传导。在发热元件上有各种表面凹陷的情形下，运用较厚的油膏。然而，较厚的油膏导致热传导恶化，进而对整个冷却板的效率造成负面影响。

本实施例提供一种独特的冷却板设计，可与图1A的冷却设备结合。冷却板可包括在流体入口区域前方的一流量分配机构，以引导并平均地分配流过散热片区域的流体。所揭露的流量分配机构将流体体积平均分隔到散热片区域。均匀的流体流动提高了散热片效率。本实施例还提供一弹性冷却板基底，以与电子元件产生均匀的热接触，并提高冷却板的效率。以下请参考图2至图6讨论所揭露的实施例。

图2绘示根据本发明的一些实施例的一示例性冷却板200的分解图。冷却板200包括一冷却板罩230以及一冷却板基底260。冷却板罩230可覆盖冷却板基底260。一旦冷却板200组装(覆盖)完成，即接触发热元件60。具体地，冷却板基底260的一底表面与发热元件60或电子元件耦接进行热接触。冷却板200包括一远端281以及一近端282。

冷却板罩230包括在远端281的一流体入口孔231以及在近端282的流体出口孔(未图示)。冷却板基底260可包括邻近于冷却板罩230的流体入口孔231的一流体入口区域261。冷却板基底260还可包括邻近于冷却板罩230的流体出口孔的一流体出口区域263。流体入口区域261对齐流体入口孔231，且流体出口区域263对齐流体出口孔。冷却板基底260还包括在流体入口区域261以及流体出口区域263之间的一散热片区域290。冷却板基底260可包括邻近于流体入口区域261的一流体分配机构265。应理解的是，流体分配机构265有助于防止关于第1图所讨论的反向流动。然而，散热片区域290可以类似配置提供类似功能。例如，流体分配机构265以及散热片区域290可为均匀结构。或者，散热片区域290可被配置成具有类似于流体分配机构265的形状。如此一来，散热片区域290可被配置成在矩形以及圆柱形形状的散热片的矩阵排列的位置具有长条状的壁。在一具体实施例中，散热片区域290可包括多个壁区域。在一具体实施例中，每一壁区域可通过一散热片区域间隙分隔。

图3绘示根据本发明的一些实施例的示例性冷却板基底260。如上所述，冷却板基底260可包括相邻于流体入口区域261的流体分配机构265。冷却板基底260可包括一基底表面262。流体分配机构265可包括从基底表面262延伸以产生流动路径的多个突起267。在一些实施例中，突起267可产生五个或更多的流动路径。突起267的每一者可被定位，以从流体入口区域261向外辐射状铺展(radiate)且产生横越散热片区域290的流动路径。

请暂时参考如图5所示的冷却板基底260的俯视图，从基底表面265延伸的突起267可具有一中心轴A-A。突起267的每一者可围绕中心轴A-A呈对称状，以产生流动路径。流动路径可围绕散热片区域290平均地间隔。可考虑并结合本文数种突起267的其他定向。例如，在一些实施例中，突起267可基于发热元件60的通常形状轮廓而定向。在此实施例中，流动路径可被间隔，以引导更多的流体朝向散热片区域290的外部区域流动。

图4A绘示根据本发明的一些实施例，具有A-A剖面的冷却板200的组装图。图4B绘示从A-A剖面的视角，流体在冷却板200内的流动。散热片区域290可包括数列的散热片。为了本范例的目的，散热片区域290可包括四列的散热片。散热片区域290可包括三个区域：区域B、区域C以及区域D。区域B包括最靠近流体入口区域261的第一列的散热片。区域D包括最靠近流体出口区域263的第二列的散热片。区域C包括位于区域B以及区域D之间的一列或数列的散热片。位于区域B以及区域D的散热片可具有与区域C内部列的散热片不同的配置。区域B、区域C以及区域D包括不同的散热片间距，以优化冷却板性能。图4B的区域A对应于图3的流体分配机构265。

图6绘示根据本发明的一些实施例，在A-A剖面的冷却板基底260。在一些实施例中，散热片的列可以一间隙α分隔，以促进增强冷却板基底260的弹性。在一些实施例中，间隙α可在1至2毫米之间，以优化冷却性能。除此之外，冷却板基底260在散热片区域290下方的基底表面262可包括最多2毫米的厚度Δ。基底表面262的此厚度Δ促进冷却板基底260的弹性。在替代性实施例中，冷却板基底260在散热片区域290下方的基底表面262可包括热传导弹性材料。在一些实施例中，基底表面262可由铝或铜制成。应理解的是，理想的热传导弹性材料以划算的成本具有优异的热性质。

尽管已经图示并描述了本发明的特定实施例，不过对本技术领域具有通常知识者显而易见的是，在不脱离本发明的更广泛方面的情形下，可进行改变以及修改。因此，所附权利要求的目的包括所有落入本发明的真实精神以及范畴内的这样的改变以及修改。前文的叙述以及附图所阐述的内容仅作为说明用途，而并非作为限制。本发明的实际范畴意欲由所附权利要求基于现有技术以适当的观点观察而定义。

在此使用的用语仅为了描述特定实施例的目的，并非意欲限制本发明。除非上下文清楚地指出，在此所使用的单数形式「一」、「一个」以及「该」也意欲包括多个形式。除此之外，在某种程度上，不管是在说明书及/或权利要求中所使用的用语「包括(including、includes)」、「具有(having、has、with)」或其变异，这样的用语意欲以类似于用语「包括(comprising)」的方式包含在内。

除非另有定义，在此使用的所有用语(包括技术用语以及科学用语)具有与本发明所属技术领域中具有通常知识者通常理解的相同意义。除此之外，用语(例如，在常用字典中所定义的用语)应当被解释为具有在相关领域的上下文的意义一致的意义，且除非在此明确地定义，并不会以理想化或过于正式的理解解释。

Claims (9)

1.一种冷却板基底，其特征在于，包括：

流体入口区域，位于冷却板的远端；

流体出口区域，位于该冷却板的近端，且该近端相对于该远端；

散热片区域，位置在该流体入口区域以及该流体出口区域之间，其中该散热片区域从该冷却板基底的基底表面延伸，该散热片区域包括至少一个壁区域，该至少一个壁区域包括以非矩阵排列的多个长条状的壁；以及

多个突起，位于该流体入口区域处，其中该多个突起的每一者从该流体入口区域铺展以产生横越该散热片区域的多个流动路径。

2.如权利要求1所述的冷却板基底，其中该多个突起具有中心轴，且该多个突起的每一者围绕该中心轴呈对称状。

3.如权利要求2所述的冷却板基底，其中该散热片区域还包括具有多列散热片的区域，且该区域中的相邻的两列散热片通过散热片区域间隙分隔。

4.如权利要求3所述的冷却板基底，其中该多个流动路径围绕该至少一个壁区域平均地间隔。

5.如权利要求1所述的冷却板基底，其中该冷却板基底在该散热片区域下方的该基底表面具有最多2毫米的厚度。

6.如权利要求1所述的冷却板基底，其中该冷却板基底在该散热片区域下方的该基底表面包括传导弹性材料。

7.一种冷却设备，其特征在于，包括：

散热器；以及

冷却板，通过至少两个流体管连接至该散热器，且该冷却板包括一冷却板基底，该冷却板基底包括：

流体入口区域，位于该冷却板的远端；

流体出口区域，位于该冷却板的近端，且该近端相对于该远端；

散热片区域，位置在该流体入口区域以及该流体出口区域之间，其中该散热片区域从该冷却板基底的基底表面延伸，该散热片区域包括至少一个壁区域，该至少一个壁区域包括以非矩阵排列的多个长条状的壁；

多个突起，位于该流体入口区域处，其中该多个突起的每一者从该流体入口区域铺展以产生横越该散热片区域的多个流动路径。

8.如权利要求7所述的冷却设备，其中该冷却板还包括冷却板罩，该冷却板罩配置以覆盖该冷却板基底，该冷却板罩包括与该流体入口区域对齐的流体入口孔以及与该流体出口区域对齐的流体出口孔。

9.一种服务器装置，其特征在于，包括：

至少一个电子元件；以及

冷却设备，配置以与该至少一个电子元件耦接，该冷却设备包括：

散热器；以及

冷却板，通过至少两个流体管连接至该散热器，且该冷却板包括冷却板基底，该冷却板基底包括：

流体入口区域，位于该冷却板的远端；

流体出口区域，位于该冷却板的近端，且该近端相对于该远端；

散热片区域，位置在该流体入口区域以及该流体出口区域之间，其中该散热片区域从该冷却板基底的基底表面延伸，该散热片区域包括至少一个壁区域，该至少一个壁区域包括以非矩阵排列的多个长条状的壁；

多个突起，在该流体入口区域处，其中该多个突起的每一者从该流体入口区域铺展以产生横越该散热片区域的多个流动路径。

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