CN1987731A - 用于分配热负荷的散热器 - Google Patents

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D·S·肯内尔
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Abstract

本发明涉及用于分配热负荷的散热器。该散热器包括：两块或者多块绕该散热器的中心轴线连接和取向的基板，至少一块基板接收热负荷，每块基板均具有传热通路，这些传热通路在基板之间取向成能够接纳用于在至少两块基板之间进行热分配并具有不同长度的热传递装置；连接在每块基板上的散热翅片，这些散热翅片平行地间隔开并且从每块基板朝向散热器的中心轴线延伸；以及连接在接收热负荷的基板与至少一块其它基板之间以便在散热器的基板之间分配热负荷的热传递装置。

Description

用于分配热负荷的散热器
技术领域
本发明涉及用于分配热负荷的散热器。
背景技术
1948年对EDVAC计算机系统的研发通常被看作计算机时代的开始。从那时起，用户已经依赖计算机系统来简化信息管理操作。当今的计算机系统远比诸如EDVAC这样的早期系统复杂。这些现代计算机系统通过利用计算机软件，例如数据库管理系统、文字处理软件、电子数据表、客户/服务商应用软件、网络服务等等，传送强大的计算资源以提供广泛的信息管理能力。
为了传送强大的计算资源，计算机系统设计人员必须设计出强大的计算机处理器。当前的计算机例如能够每秒钟执行数十亿个计算机程序指令。操作这些计算机处理器需要相当多的能量，并且通常这种处理器的功率会超过100瓦。消耗相当多的能量会产生相当多的热量。如果不去除这些热量，则由计算机处理器产生的热量有可能损害或者破坏处理器的功能。
为了防止计算机处理器的性能降低或者遭受破坏，计算机设计师可以利用散热器、风扇、热管或者甚至是制冷系统来从处理器去除热量。但是，当前的散热器仅提供一个或者两个连接有翅片的冷却表面，该翅片用于消散由散热器吸收的热量。这种散热器通常无法去除防止当今计算机处理器造成损坏所需要去除的热量，因为物理限制会阻碍系统设计人员设计出足够大的冷却表面或者足够高的翅片来从处理器消散所需量的热量。将风扇与散热器组合起来可以提高从计算机处理器去除热量的能力，但是这种组合也有可能不足以防止对当今计算机处理器造成损坏。连接在计算机处理器上的热管能够从计算机处理器去除大量的热量，但是在系统设计人员需要局部冷却方案的情况下可能无法选择热管。制冷系统也能够高效地去除热量，但是这种系统一般庞大并且昂贵。
发明内容
本发明公开了一种用于分配热负荷的散热器，包括：两块或者多块绕散热器的中心轴线连接和取向的基板，至少一块基板接收热负荷，每块基板均具有传热通路，这些传热通路在基板之间取向成能够接纳用于在至少两块基板之间进行热分配并具有不同长度的热传递装置；连接在每块基板上的散热翅片，这些散热翅片平行地间隔开并且从每块基板朝向散热器的中心轴线延伸；以及连接在接收热负荷的基板与至少一块其它基板之间以便在散热器的基板之间分配热负荷的热传递装置。
通过下面对如附图中所示的本发明示例性实施例的更为具体的描述，可以看到本发明的前述以及其它目的、特征和优点，在附图中相同的附图标记通常代表本发明示例性实施例中的相同部件。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的示例性散热器的透视图；
图2示出根据本发明实施例的在用于分配热负荷的散热器中示例性基板和示例性热传递装置的右侧视图；
图3示出根据本发明实施例的在用于分配热负荷的散热器中另一示例性基板的透视图；
图4示出根据本发明实施例的在用于分配热负荷的散热器中另一示例性基板的透视图；
图5示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的另一示例性散热器的透视图；
图6示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的另一示例性散热器的透视图；
图7示出根据本发明实施例的在用于分配热负荷的散热器中另一示例性基板和示例性散热翅片的透视图；
图8示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的另一示例性散热器的透视图。
具体实施方式
下面从图1开始参照附图对根据本发明实施例的用于分配热负荷的示例性散热器进行描述。图1示出一种根据本发明实施例的用于分配热负荷的示例性散热器100的透视图。热负荷是集成电路封装128，例如计算机处理器或者存储器芯片，工作产生的热量与时间之比。热负荷的度量一般以瓦特为单位加以表示。
在图1所示的例子中，散热器100是构造成从与该散热器100热连接的集成电路封装128吸收和消散热负荷的热导体。在设计散热器100的过程中使用的热导体例如可以包括铝、铜、银、碳化硅铝或者碳基合成物。散热器100通过热传导从集成电路封装吸收热负荷。当将散热器100热连接到集成电路封装128上时，散热器提供比集成电路封装128冷的附加的热质量，热负荷可以流入该热质量内。在吸收了热负荷之后，散热器100通过热对流和热辐射将热负荷消散到散热器100周围的空气内。增大散热器100的表面面积一般能够提高消散热负荷的速率。
在图1所示例子中的散热器100通过热连接体130连接在集成电路封装128上。热连接体130是一种导热材料，能够降低与将热负荷从集成电路封装128传递至散热器100相关联的热阻。集成电路封装128与散热器100之间的热连接体130的热阻小于一般通过将集成电路封装128直接连接到散热器100上产生的热阻。降低集成电路封装128与散热器100之间的热阻会提高将热负荷从集成电路封装128传递至散热器100的效率。在图1所示的例子中，热连接体130可以包括非粘结性材料，例如热油脂、相变材料以及填隙垫。热连接体130还可以包括粘结性材料，例如热固性液体、压敏粘结(‘PSA’)胶带、以及热塑性或者热固性粘接薄膜。
图1所示的例子包括两块或者多块绕散热器100的中心轴线104连接和取向的基板102，至少一块基板102接收热负荷，每块基板102均具有传热通路106，这些传热通路106在基板102之间取向成能够接纳用于在至少两块基板102之间进行热分配并具有不同长度的热传递装置108。传热通路106是邻接基板102的表面的区域，基板102的所述表面适合于连接热传递装置。传热通路106例如可以包括穿过基板102的通道或者沿基板102的表面延伸的沟槽。
图1所示的例子还包括连接在接收热负荷的基板102与至少一块其它基板102之间以便在散热器100的基板102之间分配热负荷的热传递装置108。热传递装置108是一种在热能损失最小的条件下将热能从一个沿该热传递装置的区域传递至另一沿该热传递装置的区域的热传递机构。这种热传递装置具有接近封闭式热传递系统的效率。热传递装置的例子包括热管和碳纳米管。在图1所示的例子中，热传递装置108具有用于在至少两块基板102之间进行热能分配的不同的长度。
图1所示的例子还包括连接在每块基板102上的散热翅片110，这些散热翅片平行地间隔开，并且从各基板102朝向散热器100的中心轴线104延伸。散热翅片110是热导体，其向散热器100提供附加的表面面积来消散热负荷。在图1所示的例子中，散热翅片110通过挤压成形(extrusion)连接在各基板102上。在图1所示的例子中，挤压成形的散热翅片110仅用于解释目的，并非加以限制。也可以利用环氧树脂、压配合、硬钎焊、焊接或者其它本领域技术人员会采用的连接方式通过将散热翅片110粘接到各基板102上而将散热翅片110连接在各基板102上。
在图1所示的例子中，所述的两块或者多块基板102包括底板112、顶板114、右侧板116以及左侧板118，这些板沿边缘120、122、124和126连接，以限定出一总体上呈立方体形状的空间，该空间具有四个封闭侧面和两个敞开端部。在图1所示的例子中，右侧板116利用热连接体沿边缘124与底板112连接。边缘124是底板112的上侧最右部边缘和右侧板116的下侧最右部边缘。左侧板118利用热连接体沿边缘122与底板112连接。边缘122是底板112的上侧最左部边缘和左侧板118的下侧最左部边缘。右侧板116利用热连接体沿边缘126与顶板114连接。边缘126是顶板114的下侧最右部边缘和右侧板116的上侧最右部边缘。左侧板118利用热连接体沿边缘120与顶板114连接。边缘120是顶板114的下侧最左部边缘和左侧板118的上侧最左部边缘。在图1所示的例子中，底板112连接到集成电路封装128上以接收热负荷，以便在散热器100的基板102之间进行分配。
为了进一步解释，图2示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的散热器中的示例性基板102和示例性热传递装置108的右侧视图。在图2所示的例子中，每块基板102均包括传热通路106，这些传热通路106在基板102之间取向成能够接纳具有不同长度的热传递装置108，以在至少两块基板102之间进行热分配。在图2所示的例子中，基板102为底板112和顶板114。
在图2所示的例子中，底板112连接在集成电路封装128上以接收热负荷，以便在散热器基板102之间进行分配。底板112沿其下表面200的最左侧部分连接在集成电路封装128上。底板112可以在其下表面200的最左侧部分处连接在集成电路封装128上，因为散热器环境的物理限制会阻碍沿该底板112的下表面200使得集成电路封装128居中。沿底板112的下表面200的最左侧部分将底板112连接到集成电路封装128上会导致热负荷在该底板112上不均匀分配。在图2所示的例子中，集中负荷202表示热负荷集中在底板112的最左侧部分。在其中底板112沿整个下表面200连接在集成电路封装128上的其它实施例中，当集成电路封装128的一个区域产生的热负荷大于该集成电路封装128的另一区域时，热负荷会在底板112上不均匀分配。
图2所示的例子包括连接在接收热负荷的底板112与顶板114之间以便在散热器的基板102之间分配热负荷的热传递装置108。热传递装置108与传热通路106接合，该传热通路在基板102之间取向成能够接纳用于在至少两块基板102之间进行热分配并具有不同长度的热传递装置108的。在图2所示的例子中，每个热传递装置108具有不同的长度，以便从底板112的最左侧部分向整个顶板114分配集中负荷202。在图2所示的例子中，分散负荷204表示从集成电路封装128分配到顶板114的热负荷。顶板114和连接在顶板114上的散热翅片(未示出)将分散负荷204消散到散热器周围的环境内。
为了进一步解释，图3示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的散热器中的示例性基板102的透视图。在图3所示的例子中，为了解释和清楚起见，散热翅片被省略。在图3所示的例子中基板102为底板112。该底板112上的传热通路106包括平行间隔开的下侧热管通道300。在图3所示的例子中，下侧热管通道300能够接纳用于在至少两块基板102之间进行热分配并具有不同长度的热管。
在图3所示的例子中，下侧热管通道300是从底板112的左侧表面302延伸穿过底板112至右侧表面304的圆形通道。下侧热管通道300的直径与由该下侧热管通道300接纳的具有不同长度的热管直径一致。在图3所示的例子中，下侧热管通道300平行地等距间隔开。
图3所示的例子还包括沿底板112的左侧表面302延伸的和沿底板112的右侧表面304延伸的半圆形凹腔306。半圆形凹腔306的直径与下侧热管通道300的直径一致。每个半圆形凹腔306均与一个下侧热管通道300交叉。在图3所示的例子中，每个半圆形凹腔306均从下侧热管通道300的底部308延伸至底板112的上表面310。
为了进一步解释，图4示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的散热器中的示例性基板102的透视图。在图4所示的例子中，为了解释和清楚起见，散热翅片被省略。在图4所示的例子中，基板102为顶板114。顶板114上的传热通路106包括平行间隔开的上侧热管通道400。在图4所示的例子中，上侧热管通道400能够接纳用于在至少两块基板102之间进行热分配并具有不同长度的热管。
在图4所示的例子中，上侧热管通道400是从顶板114的左侧表面402延伸穿过顶板114至右侧表面404的圆形通道。上侧热管通道400的直径与由该上侧热管通道400接纳的具有不同长度的热管直径一致。在图4所示的例子中，上侧热管通道300平行地等距间隔开。
图4所示的例子还包括沿顶板114的左侧表面402延伸的和沿顶板114的右侧表面404延伸的半圆形凹腔406。半圆形凹腔406的直径与上侧热管通道400的直径一致。每个半圆形凹腔406均与一个上侧热管通道400交叉。在图4所示的例子中，每个半圆形凹腔406均从上侧热管通道400的顶部408延伸至顶板114的下表面410。
为了进一步解释，图5示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的另一示例性散热器100的透视图。图5中所示的示例性散热器100包括基板102和热传递装置108。在图5所示的例子中，基板102为右侧板116。该右侧板116包括右侧外表面500。该右侧板116上的传热通路106包括沿右侧外表面500的右侧热管沟槽502，每个右侧热管沟槽502均包括从一个下侧热管通道300纵向延伸至一个上侧热管通道400的半圆形凹腔504。在图5所示的例子中，每个热传递装置108均包括连接在一个下侧热管通道300、一个右侧热管沟槽502以及一个上侧热管通道400之间的热管506，以便在散热器100的基板102之间分配热负荷。
在图5所示的例子中，右侧热管沟槽502是沿右侧外表面500的半圆形凹腔504，其在长度上从右侧板116的底表面508延伸至右侧板116的顶表面510。每个右侧热管沟槽502在邻近一个下侧热管通道300的位置处与右侧板116的底表面508交叉。每个右侧热管沟槽502在邻近一个上侧热管通道400的位置处与右侧板116的顶表面510交叉。在图5所示的例子中，右侧热管沟槽502的直径与下侧热管通道300和上侧热管通道400的直径一致。
在图5所示的例子中，每个热管506均是包括密封中空管的封闭式蒸发器-冷凝器系统，其内壁衬有也被称作“芯体”的毛细结构。一种在预期工作温度下具有相当高的蒸汽压力的热力工作流体充满芯体的微孔。当热量施加在热管506上的某个区域时，所述流体温度升高并且蒸发。随着蒸发流体填充所述芯体的中空的中部，蒸汽通过热管506进行扩散。在沿热管506的温度下降到蒸发区域的温度以下的位置，所述蒸汽在热管506中冷凝。随着蒸汽冷凝，蒸汽释放出在蒸发过程中获取的热量。所述芯体内部的毛细作用使得冷凝液返回至蒸发区域，并且完成工作循环。
在图5所示的例子中，每个热管506均连接在一个下侧热管通道300、一个右侧热管沟槽502以及一个上侧热管通道400之间，以便在散热器100的基板102之间分配热负荷。在图5所示的例子中，每个热管506均包括插入下侧热管通道300内的底部512。热管506还包括邻接底部512的侧部514。热管506的侧部514与右侧热管沟槽502的内表面连接。热管506还包括邻接侧部514的顶部516。热管506的顶部516插入上侧热管通道400内。
在图5所示的例子中，每个热管506均通过压配合连接而连接在一个下侧热管通道300、一个右侧热管沟槽502以及一个上侧热管通道400之间。这种压配合连接仅为示例目的，并非加以限制。热管506还可以通过紧固机构，例如夹子、螺钉或者粘结剂，连接在一个下侧热管通道300、一个右侧热管沟槽502以及一个上侧热管通道400之间。
为了进一步解释，图6示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的另一示例性散热器100的透视图。图6中所示的示例性散热器100包括基板102和热传递装置108。在图6所示的例子中，基板102为左侧板118。该左侧板118包括左侧外表面600。该左侧板118上的传热通路106包括沿左侧外表面600的左侧热管沟槽602，每个左侧热管沟槽602均包括从一个下侧热管通道300纵向延伸至一个上侧热管通道400的半圆形凹腔604。在图6所示的例子中，每个热传递装置108均包括连接在一个下侧热管通道300、一个左侧热管沟槽602以及一个上侧热管通道400之间的热管506，以便在散热器100的基板102之间分配热负荷。
在图6所示的例子中，左侧热管沟槽602是沿左侧外表面600的半圆形凹腔604，其在长度上从左侧板118的底表面608延伸至左侧板118的顶表面610。每个左侧热管沟槽602在邻近一个下侧热管通道300的位置处与左侧板118的底表面608交叉。每个左侧热管沟槽602在一个邻近上侧热管通道400的位置处与左侧板118的顶表面610交叉。在图6所示的例子中，左侧热管沟槽602的直径与下侧热管通道300和上侧热管通道400的直径一致。
在图6所示的例子中，每个热管506均连接在一个下侧热管通道300、一个左侧热管沟槽602以及一个上侧热管通道400之间，以便在散热器100的基板102之间分配热负荷。在图6所示的例子中，每个热管506均包括插入下侧热管通道300内的底部512。热管506还包括邻接底部512的侧部514。热管506的侧部514与左侧热管沟槽602的内表面连接。热管506还包括邻接侧部514的顶部516。热管506的顶部516插入上侧热管通道400内。
在图6所示的例子中，每个热管506均通过压配合连接而连接在一个下侧热管通道300、一个左侧热管沟槽602以及一个上侧热管通道400之间。这种压配合连接仅为示例目的，并非加以限制。热管506还可以通过紧固机构，例如夹子、螺钉或者粘结剂，连接在一个下侧热管通道300、一个左侧热管沟槽602以及一个上侧热管通道400之间。
为了进一步解释，图7示出根据本发明实施例的在用于分配热负荷的散热器中的另一示例性基板102和示例性散热翅片110的透视图。在图7所示的例子中，所示出的散热翅片110和一块基板102表示用于分配热负荷的散热器的底部。为了清楚起见，所述散热器的其余部分被从本示例中省略。
在图7所示的例子中，散热翅片110通过从基板102上挤压成形而连接在基板102上。如前所述，挤压成形的散热翅片用于解释目的，并非加以限制。散热翅片110还可以利用环氧树脂、硬钎焊或者焊接通过将翅片110粘结到基板102上而连接在基板102上。
在图7所示的例子中，散热翅片110平行地间隔开，并且从基板102朝向散热器的中心轴线104延伸。每个散热翅片110的高度从基板102的上表面706延伸至由基板102的上侧最左部边缘700与中心轴线114形成的平面。散热翅片110的长度从底部前表面702延伸至底部后表面704。
在图7所示的例子中，制造能力会约束散热翅片110的厚度以及连接在基板102上的散热翅片110的数量。尽管较薄的翅片会因为翅片之间的间隙更小而可以容许散热器设计人员在给定的空间中放置更多的翅片，但是较薄的翅片有可能限制翅片高度。在图7所示的例子中，挤压成形的散热翅片110一般具有高达6的翅片高度-间隙尺寸比，并且最小的翅片厚度为1.3毫米。但是，特殊设计的模具特征可以将高度-间隙尺寸比升高至10，并且将最小的翅片厚度减小至0.8毫米。例如，假设散热翅片110的最大高度为30毫米，并且翅片高度-间隙尺寸比为6，那么散热翅片110之间的最小间隙如下计算：
G＝H÷R＝30÷6＝5毫米
其中G是散热翅片之间的间隙，H是散热翅片的高度，而R是散热翅片的高度-间隙尺寸比。
在获得了翅片110之间的最小间隙之后，将基板的宽度加上翅片之间的间隙的量除以翅片厚度加上间隙的量计算作为散热翅片110的数目。接着前一例子，假设基板102的宽度为60毫米，翅片的厚度为1.3毫米，那么连接在基板102上的散热翅片110的数目如下计算：
N＝(W+G)÷(T+G)＝(60+5)÷(5+1.3)＝10.3个翅片
其中N是基板上可以容纳的散热翅片的数目，W是基板的宽度，G是散热翅片之间的间隙，而T是散热翅片的厚度。针对翅片数目的计算结果为10.3个翅片，意味着在本示例中，所述基板可以容纳10个翅片。
为了进一步解释，图8示出根据本发明实施例的用于分配热负荷的另一示例性散热器100的透视图。图8中所示的例子包括两块或者多块绕散热器100的中心轴线104连接和取向的基板102，至少一块基板102接收热负荷，每块基板102均具有传热通路106，这些传热通路106在基板102之间取向成能够接纳用于在至少两块基板102之间进行热分配并具有不同长度的热传递装置108。在图8所示的例子中，所述的两块或者多块基板102仅包括一块底板112和一块顶板114。底板112连接在集成电路封装128上接收热负荷，以便在散热器100的基板102之间进行分配。底板112上的传热通路106包括平行间隔开的下侧热管通道300，而顶板114上的传热通路106包括平行间隔开的上侧热管通道400。
图8中所示的例子还包括连接在每块基板102上的散热翅片110，这些散热翅片平行地间隔开，并且从每块基板102朝向散热器100的中心轴线104延伸。在图8所示的例子中，散热翅片110通过从基板102挤压成形而连接在每块基板102上。如前所述，挤压成形的散热翅片仅用于解释目的，并非加以限制。散热翅片110也可以利用环氧树脂、压配合、硬钎焊或焊接通过将散热翅片110粘接到基板102上而连接在基板102上。在图8所示的例子中，顶板114和底板112通过散热翅片110连接，连接在底板112上的散热翅片110与连接在顶板114上的散热翅片110相连接。
图8中所示的例子还包括连接在接收热负荷的基板102与至少一块其它基板102之间以便在散热器100的基板102之间分配热负荷的热传递装置108。在图8所示的例子中，热传递装置108包括连接在一个下侧热管通道300与一个上侧热管通道400之间的热管，以便在散热器100的基板102之间分配热负荷。
通过前面的描述可以理解，可以对本发明的各个实施例进行变型和修改。在本说明书中进行的描述仅用于说明目的，并非加以限制。本发明的范围仅由所附权利要求中的语言加以限制。

Claims (6)

1.一种用于分配热负荷的散热器，包括：
两块或者多块绕散热器的中心轴线连接和取向的基板，至少一块基板接收热负荷，每块基板均具有传热通路，这些传热通路在基板之间取向成能够接纳用于在至少两块基板之间进行热分配并具有不同长度的热传递装置；
连接在每块基板上的散热翅片，这些散热翅片平行地间隔开并且从每块基板朝向散热器的中心轴线延伸；以及
连接在接收热负荷的基板与至少一块其它基板之间以便在散热器的基板之间分配热负荷的热传递装置。
2.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：
所述两块或者多块基板还包括底板、顶板、右侧板以及左侧板，这些板沿边缘连接，以限定出一总体上成立方体形状的空间，该空间具有四个封闭侧面和两个敞开端部；
底板上的传热通路包括平行间隔开的下侧热管通道；
顶板上的传热通路包括平行间隔开的上侧热管通道；
右侧板还包括右侧外表面；
右侧板上的传热通道包括沿右侧外表面的右侧热管沟槽，每个右侧热管沟槽均包括从一个下侧热管通道纵向延伸至一个上侧热管通道的半圆形凹腔；
左侧板还包括左侧外表面；
左侧板上的传热通道包括沿左侧外表面的左侧热管沟槽，每个左侧热管沟槽均包括从一个下侧热管通道纵向延伸至一个上侧热管通道的半圆形凹腔。
3.如权利要求2所述的散热器，其特征在于：
所述热传递装置还包括连接在一个下侧热管通道、一个右侧热管沟槽以及一个上侧热管通道之间的热管，以便在散热器的基板之间分配热负荷。
4.如权利要求2所述的散热器，其特征在于：
所述热传递装置还包括连接在一个下侧热管通道、一个左侧热管沟槽以及一个上侧热管通道之间的热管，以便在散热器的基板之间分配热负荷。
5.如权利要求1所述的散热器，其特征在于：
所述两块或者多块基板仅包括底板和顶板，底板上的传热通路包括平行间隔开的下侧热管通道，顶板上的传热通路包括平行间隔开的上侧热管通道；并且
所述顶板和底板通过散热翅片连接，连接在底板上的散热翅片与连接在顶板上的散热翅片相连接。
6.如权利要求5所述的散热器，其特征在于：
所述热传递装置还包括连接在一个下侧热管通道与一个上侧热管通道之间的热管，以便在散热器的基板之间分配热负荷。
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