DE102021126988A1

DE102021126988A1 - Temperaturkontrolle von dicht gepackte elektronische baugruppen

Info

Publication number: DE102021126988A1
Application number: DE102021126988.1A
Authority: DE
Inventors: John Franz; Ernesto Ferrer
Original assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Current assignee: Hewlett Packard Enterprise Development LP
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2022-10-27
Also published as: US11785743B2; CN115243502A; US20220369513A1

Abstract

Ein dünner, einschichtiger, wärmeleitender Mantel umgibt eine PCA. Eine oder mehrere in den Mantel integrierte Federn üben eine Druckkraft auf die PCA-Komponenten aus, wenn eine Kühlung gewünscht ist. Durch die Druckkraft wird ein thermischer Kontakt hergestellt und aufrechterhalten, durch den die Wärme aus den PCA-Komponenten in den Mantel geleitet wird. Der Mantel leitet die Wärme (entweder direkt oder indirekt) zu einer flüssigkeitsgekühlten Kühlplatte, die als Kühlrahmen konfiguriert ist und eine oder mehrere der ummantelten PCAs umgibt. Die Ummantelung überträgt die Wärme von den Komponenten der PCA auf den Kühlrahmen, gegebenenfalls über zwischengeschaltete Wärmeübertragungsvorrichtungen wie Wärmespreizer oder Wärmerohre. Die Flüssigkeit, die durch die internen Kanäle des Kühlrahmens fließt, konvektiert die Wärme aus dem elektronischen Gerät. Turbulenzen, die durch turbulenzverstärkende Artefakte wie Krümmungen und Formveränderungen entlang der internen Kanäle begünstigt werden, erhöhen die Effizienz der Konvektion.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Nicht anwendbar.
ERKLÄRUNG ZU STAATLICH GEFÖRDERTEN FORSCHUNG ODER ENTWICKLUNG
Nicht anwendbar.
HINTERGRUND
Viele elektronische Bauteile sind so ausgelegt, dass sie innerhalb eines in einer Temperaturspezifikation festgelegten Temperaturbereichs funktionieren. Insbesondere wirkt sich die Betriebstemperatur auf die Funktionsfähigkeit und Effizienz von Computern aus. Übermäßige Hitze verschlechtert oft die Echtzeitleistung elektronischer Komponenten. Außerdem können die Materialien der Komponenten mit der Zeit ermüden, was wiederum die Lebensdauer der Hardware verkürzen kann. Bei großen oder leistungsstarken Computergeräten, die eine hohe Dichte an wärmeerzeugenden elektronischen Komponenten aufweisen können, stehen daher die Wärmeabfuhr und die Kühlung dieser elektronischen Komponenten im Mittelpunkt. Im Zuge des technischen Fortschritts werden immer mehr elektronische Geräte in immer größerer Zahl und in immer größerer Dichte eingesetzt. Diese Art der Implementierung kann im Allgemeinen die Bedenken (und Schwierigkeiten) bezüglich der Aufrechterhaltung der Betriebstemperaturen innerhalb des spezifizierten Bereichs verschärfen.
Figurenliste
Die vorliegende Technik wird durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente bezeichnen und in denen:

ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Flüssigkeitskühlsystems für eine gedruckte Schaltung.
ist eine schematische Darstellung der im System von verwendeten Wärmeabfuhrmechanismen in einem Teilquerschnitt entlang der Linie 2-2 in .
ist eine geschnittene Endansicht einer gedruckten Schaltungsbaugruppe und einer ersten gedruckten Schaltungsplatine, die entlang der Linie 3-3 in aufgenommen wurde und die mechanischen Abstände für Komponenten zeigt, die die Dickenbeschränkungen für den PCA-Mantel festlegen.
ist eine perspektivische Montageansicht einer ummantelten PCA mit einem einlagigen Wärmeübertragungsmantel, der die in festgelegten Dickenbeschränkungen erfüllt.
ist eine Endansicht eines Paares von PCAs in Wärmeübertragungsmänteln wie in , die in benachbarten elektronischen Sockeln einer Host-Platine installiert sind.
ist eine Endansicht einer möglichen Implementierung von thermischen Vorrichtungen, die als Beispiel in Bezug auf einen Querschnitt wie die Linie A-A in von mehreren sehr eng beieinander liegenden ummantelten PCAs, die Wärme durch die Wärmeübertragungsmäntel von benachbarten ummantelten PCAs ableiten, genommen werden würde.
ist eine Endansicht einer zweiten möglichen Implementierung von thermischen Vorrichtungen, die als Beispiel in Bezug auf einen Querschnitt wie die Linie A-A in einer ummantelten PCA mit höherer Leistung zur Übertragung von Wärme an externe Wärmeübertragungsvorrichtungen genommen werden würde.
ist eine Endansicht einer dritten möglichen Implementierung von thermischen Vorrichtungen, die als Beispiel in Bezug auf einen Querschnitt wie die Linie A-A in einer Hochleistungs-PCA mit hohen Komponenten zur Übertragung von Wärme auf einen Wärmeverteiler mit ungleichmäßiger Dicke genommen werden würde.
ist eine Seitenansicht der Bereiche des thermischen Kontakts zwischen dem Wärmeübertragungsmantel von und den darunter liegenden PCA-Komponenten.
ist eine Seitenansicht der Bereiche des thermischen Kontakts zwischen dem Wärmeübertragungsmantel von und dem externen Wärmeverteiler oder dem benachbarten Mantel.
ist eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Teils der Unterkante eines Abdeckungsabschnitts einer Wärmeübertragungshülle, wie in dargestellt, die mit lebenden Federn versehen ist, die an beiden Enden als unverlierbar dargestellt sind.
ist eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Teils einer Unterkante eines Abdeckungsabschnitts einer Wärmeübertragungshülle, wie in dargestellt, die mit lebenden Federn gebildet ist, die am unteren Ende zunächst frei sind und dann durch Einschlagen in eine Saumfalte gesichert werden.
ist eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines in dargestellten Kühlrahmens mit Details der veränderten Leitungsform und der Biegungen, die die Turbulenz verbessern und die Kühleffizienz erhöhen.
veranschaulichen ausgewählte Merkmale von Biegungen und Querschnitten des Kühlmittelkanals.
ist eine perspektivische Schnittdarstellung eines Beispiels eines turbulenzverstärkenden Endblockkanals im Kühlrahmen von .
ist eine perspektivische Schnittansicht eines weiteren Beispiels eines turbulenzverstärkenden Endblockkanals im Kühlrahmen von .
ist eine Seitenansicht eines Kontaktbereichs zwischen einer Ummantelung oder einem Wärmeverteiler und einem Kühlrahmenschlitz, wenn die Leitung eine L-Biegung, aber keine U-Biegung oder Formänderung aufweist.
ist eine geschnittene Seitenansicht einer Kontaktfläche zwischen einem Mantel oder einem Wärmeverteiler und einem Kühlrahmenschlitz, wenn die Leitung eine L-Biegung, eine U-Biegung und eine Formänderung durchführt.
ist eine perspektivische Ansicht (mit einem überlagerten Flussdiagramm) einer doppelten Version des Kühlrahmens von , der in der Lage ist, zwei Bänke von eng beieinander liegenden PCAs zu kühlen.
ist eine Draufsicht auf eine Host-Platine für ein Computersystem mit PCA-Sockelbänken, die mit dem doppelten Kühlrahmen von kompatibel sind.
ist eine Draufsicht auf einen Kühlrahmen und -mantel für eine einzelne Hochleistungs-PCA.
ist eine Draufsicht auf die Montage eines Kühlrahmens für eine Reihe von mäßig leistungsstarken, eng beieinander liegenden, ummantelten PCAs ohne Wärmeübertragungsvorrichtungen.
ist eine Draufsicht auf die Montage eines Kühlrahmens und von Ummantelungen für eine Reihe von PCAs mit geringerer Leistung, die sehr eng beieinander liegen.
ist eine Seitenansicht der Thermotransfereinrichtung von .
ist eine Schnittansicht (durch den Abschnitt D-D von ) eines Beispiels einer Wärmeübertragungsvorrichtung, die ein fester Wärmeverteiler ist.
ist eine Schnittansicht (durch den Abschnitt D-D von ) eines Beispiels einer Wärmeübertragungsvorrichtung, die ein hohler Wärmeverteiler ist.
ist eine Schnittansicht (durch den Abschnitt D-D von ) eines Beispiels einer Wärmeübertragungsvorrichtung, die ein Dampfkammer-Wärmeverteiler ist.
sind Datendiagramme von thermischen Modellergebnissen für das Kühlsystem von mit den drei alternativen Wärmeübertragungsvorrichtungen der in einem bestimmten Beispiel.

Während die hier offengelegte Technik für verschiedene Modifikationen und alternative Formen anfällig ist, zeigen die Zeichnungen spezifische Beispiele, die hier im Detail beschrieben werden. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Beschreibung spezifischer Beispiele nicht dazu dient, die offengelegte Technik auf die besonderen Formen zu beschränken, sondern dass im Gegenteil die Absicht besteht, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche fallen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Nachfolgend werden Beispiele für den beanspruchten Gegenstand offengelegt. Im Interesse der Klarheit werden in dieser Spezifikation nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung beschrieben. Bei der Entwicklung einer solchen konkreten Implementierung können zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden, um die spezifischen Ziele der Entwickler zu erreichen, wie z. B. die Einhaltung systembezogener und geschäftsbezogener Einschränkungen, die sich von einer Implementierung zur anderen unterscheiden werden. Darüber hinaus wird anerkannt, dass ein solcher Entwicklungsaufwand, auch wenn er komplex und zeitaufwendig ist, für Fachleute, die über die Vorteile dieser Offenbarung verfügen, ein Routineunternehmen darstellt.
Wie hierin verwendet, soll der Artikel „a“ seine übliche Bedeutung im Patentwesen haben, nämlich „ein oder mehrere“. Wenn der Begriff „ungefähr“ auf einen Wert angewandt wird, bedeutet er im Allgemeinen, dass er innerhalb des Toleranzbereichs des Geräts liegt, das zur Erzeugung des Werts verwendet wird, oder in einigen Beispielen bedeutet er plus oder minus 10 % oder plus oder minus 5 % oder plus oder minus 1 %, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben. Ferner bedeutet der Begriff „im Wesentlichen“, wie er hier verwendet wird, die Mehrheit oder fast alles oder alles oder eine Menge mit einem Bereich von z. B. etwa 51 % bis etwa 100 %. Darüber hinaus sind die Beispiele hier nur zur Veranschaulichung gedacht und werden zu Diskussionszwecken und nicht als Einschränkung dargestellt.
Die Marktnachfrage treibt die Entwicklung elektronischer Geräte mit immer mehr Funktionen und geringerer Größe voran. Die gesteigerten Fähigkeiten können durch integrierte Schaltungen („ICs“) erreicht werden, die mehr Strom verbrauchen als frühere ICs, so dass sie mehr Hochgeschwindigkeitsfunktionen gleichzeitig ausführen. Die geringere Größe kann dadurch erreicht werden, dass mehrere ICs auf gedruckten Schaltungsbaugruppen („PCAs“) dichter aneinander gepackt werden und benachbarte PCAs in Gerätegehäusen oder -kapseln näher beieinander liegen. Diese Verringerung der Größe und die engere Ausrichtung sind beides Beispiele für eine erhöhte Dichte der Komponenten. Infolge des höheren Stromverbrauchs und der geringeren Abstände kommt es wahrscheinlich zu einer höheren Wärmeentwicklung während des Betriebs.
Wärme kann durch Konduktion durch einen Festkörper oder ein Fluid, durch Konvektion durch ein Fluid (d. h. eine Flüssigkeit oder ein Gas) oder durch Wärmestrahlung von einem unerwünschten Ort weggeleitet werden. Alternativ kann Wärme auch durch endotherme chemische Reaktionen wie bestimmte Phasenwechsel absorbiert werden. Viele Ansätze zur Kühlung und Wärmeableitung für Computersysteme wurden und werden unter Verwendung dieser Prinzipien (entweder einzeln oder in Abstimmung miteinander) entwickelt.
Im Allgemeinen beanspruchen Abfuhrvorrichtungen für problematische Wärmekonzentrationen zumindest etwas Platz. In den heutigen Computersystemen wird der Platz immer knapper (z. B. aufgrund der oben erwähnten allgemeinen Zunahme der Dichte der Komponenten). Neben der Gesamtmenge an verfügbarem Platz um die PCAs kann auch die Lage und Form dieses Platzes eine Herausforderung darstellen. Ein Großteil der PCA-Fläche, die nicht von ICs oder anderen elektrischen Bauteilen belegt ist, kann als eine oder mehrere „Sperrflächen“ reserviert werden. "Im Allgemeinen können die Aussparungen dazu dienen, Befestigungselemente, Versteifungsmerkmale des Gehäuses, die Verlegung von Kartenkabeln, Bewegungsbereiche für bewegliche Teile, Freiräume für Prüfspitzen und andere Konstruktionsziele unterzubringen, die mit Maßnahmen zur Temperaturkontrolle um Platz konkurrieren können. Da sich die elektronischen Geräte verändern, können frühere Ansätze zur Temperaturregelung unwirksam oder überholt werden, so dass neue Fortschritte auf diesem Gebiet erforderlich sind.
Diese Offenlegung beschreibt Beispiele für Kühlsysteme, die Festkörperleitung mit Flüssigkeitskonvektion kombinieren, um eng beieinander liegende Komponenten (ICs und andere Teile wie Induktoren) zu kühlen, die auf PCAs montiert sind, die ihrerseits in Gruppen mit hoher Dichte angeordnet sein können. In einigen Beispielen umgibt eine dünne, einschichtige, wärmeleitende Hülle jede PCA. Eine oder mehrere lebende Federn können teilweise in den Mantel integriert werden, um eine Druckkraft auf die PCA-Komponenten auszuüben, wenn eine Kühlung gewünscht ist. Die Druckkraft kann einen thermischen Kontakt herstellen und aufrechterhalten, durch den Wärme aus den PCA-Komponenten in den Mantel geleitet werden kann. Der Mantel kann dann die Wärme (entweder direkt oder indirekt) zu einer flüssigkeitsgekühlten Kühlplatte leiten, die als Kühlrahmen konfiguriert ist. In einigen Beispielen umgibt dieser Kühlrahmen eine oder mehrere der ummantelten PCAs.
Der Mantel kann dann, gegebenenfalls über zwischengeschaltete Wärmeübertragungsvorrichtungen wie Wärmeverteiler oder Wärmerohre, die Wärme von den Bauteilen der PCA an den Kühlrahmen übertragen. Eine Flüssigkeit, die durch die inneren Kanäle des Kühlrahmens fließt, kann dann die Ableitung der Wärme aus dem elektronischen Gerät unterstützen. In einigen Systemen kann das Kühlmittel mit minimalen Turbulenzen in der Flüssigkeit fließen. In offengelegten Implementierungen kann die Turbulenz jedoch durch die Verwendung von „turbulenzverstärkenden Artefakten“ gefördert oder verstärkt werden. „Turbulenzverstärkende Artefakte, auf die hier Bezug genommen wird, sind „absichtlich entworfene“ Biegungen und Formveränderungen entlang der inneren Kanäle. Es hat sich gezeigt, dass diese erhöhte Turbulenz die Effizienz der Konvektion verbessern kann.
In einigen Beispielen umfasst eine Wärmeübertragungsbaugruppe einen Wärmeübertragungsmantel und einen Kühlrahmen, mit dem der Wärmeübertragungsmantel mechanisch in Eingriff steht und mit dem der Wärmeübertragungsmantel thermisch gekoppelt ist. Der Kühlrahmen definiert einen inneren umrahmten Raum, in dem mindestens ein Teil des Wärmeübertragungsmantels angeordnet ist. Der gerahmte Innenraum kann auch einen Kühlmittelkanal definieren, der turbulenzverstärkende Artefakte enthält, um absichtlich Turbulenzen in einen Flüssigkeitsstrom durch den Kühlmittelkanal einzuführen.
In anderen Beispielen umfasst eine Computerunterbaugruppe eine gedruckte Schaltungsbaugruppe und eine Thermotransferbaugruppe. Die gedruckte Schaltungsbaugruppe umfasst eine gedruckte Schaltungsplatte und eine Vielzahl von elektronischen Komponenten, die auf der gedruckten Schaltungsplatte montiert sind. Die Wärmeübertragungsbaugruppe umfasst einen Wärmeübertragungsmantel und einen Kühlrahmen. Der Wärmeübertragungsmantel umschließt die gedruckte Schaltungsbaugruppe, greift mechanisch in diese ein und ist thermisch mit der gedruckten Schaltungsbaugruppe verbunden. Der Wärmeübertragungsmantel ist auch mechanisch mit dem Kühlrahmen verbunden. Der Kühlrahmen ist ebenfalls thermisch mit dem Wärmeübertragungsmantel und der gedruckten Schaltungsbaugruppe verbunden. Der Kühlrahmen definiert außerdem einen inneren umrahmten Raum, in dem mindestens ein Teil des Wärmeübertragungsmantels angeordnet ist, und einen Kühlmittelkanal mit turbulenzverstärkenden Artefakten, die so gestaltet sind, dass sie absichtlich Turbulenzen in einen Flüssigkeitsstrom durch den Kühlmittelkanal einbringen.
In noch anderen Beispielen umfasst ein Rechensystem eine erste Leiterplatte und eine Rechenunterbaugruppe. Die Computerunterbaugruppe umfasst einen Kühlrahmen, der an der ersten Leiterplatte befestigt ist. Der Kühlrahmen definiert einen inneren gerahmten Raum und einen Kühlmittelkanal mit turbulenzverstärkenden Artefakten, um absichtlich Turbulenzen in einen Flüssigkeitsstrom durch den Kühlmittelkanal einzuführen. Die Computerunterbaugruppe umfasst außerdem eine Vielzahl von ummantelten gedruckten Schaltungen. Jede ummantelte gedruckte Baugruppe ist zumindest teilweise in dem inneren umrahmten Raum angeordnet; sie ist mechanisch und elektrisch mit der ersten gedruckten Leiterplatte innerhalb des inneren umrahmten Raums verbunden; und sie ist thermisch mit dem Kühlmittelkanal gekoppelt.
ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Flüssigkeitskühlsystems für eine gedruckte Schaltungsbaugruppe („PCA“) im Zusammenhang mit einem Teil eines Rechensystems 100. Das Rechensystem 100 kann selbst ein Computer oder ein Teil eines Computers sein. Wie hierin verwendet, ist ein „Computer“ ein beliebiges elektronisches Gerät, das einen Prozessor enthält und in der Lage ist, Programme mit maschinenlesbaren Anweisungen auszuführen, z. B. ein Server, eine konvergente (oder hyperkonvergente) Anwendung, ein Racksystem, einige Speicherarrays usw.
Das Rechensystem 100 umfasst eine erste Leiterplatte („PCB“) 101 und mindestens einen elektronischen Sockel 102 (am besten in dargestellt), dessen Funktion weiter unten erläutert wird. Das Computersystem 100 umfasst auch eine Computerunterbaugruppe, die aus einem Kühlrahmen 140 und einer oder mehreren ummantelten Leiterplatten (PCAs) 105 besteht. Im gezeigten Beispiel ist eine ummantelte PCA 105 in einer Explosionsansicht dargestellt, die selbst vom Rest des Rechensystems 100 demontiert ist. Weitere ummantelte PCAs 105 (nicht separat dargestellt) sind in das Computersystem 100 eingebaut.
Fachleute, die mit dieser Offenlegung vertraut sind, werden verstehen, dass das Rechensystem 100 viele andere Komponenten und Merkmale als die hier gezeigten enthalten kann. So kann das Rechensystem 100 beispielsweise ein Stromversorgungs-Teilsystem für die Stromversorgung, ein Kühlungs-Teilsystem, das Kühlmittel liefert und aufnimmt, und prozessorbasierte Steuerungen für verschiedene Zwecke und/oder andere Komponenten umfassen. Diese anderen Komponenten und Merkmale werden aus Gründen der Klarheit weggelassen, um den unten beanspruchten Gegenstand nicht zu verdecken.
Die ummantelte PCA 105 umfasst eine PCA 110, die aus einer zweiten Leiterplatte 111 besteht, auf der eine Vielzahl elektronischer Bauteile 112, 113 montiert sind. Im dargestellten Beispiel ist die PCA 110 eine Speicherplatine und die elektronischen Komponenten 112, 113 sind Speichermodule bzw. Kondensatoren. Insbesondere handelt es sich bei den Speichermodulen 112 um Dual In-line Memory Modules („DIMMs“). In anderen Beispielen kann es sich bei den Speichermodulen auch um eine andere Art von Speichermodul als ein DIMM handeln. Die PCA 110 kann zusätzlich zu den Speichermodulen 112 und den Kondensatoren 113 oder an deren Stelle auch andere Arten von elektronischen Bauteilen enthalten.
Die PCA 110 kann beispielsweise auch Induktivitäten (nicht abgebildet), Spannungsregler (ebenfalls nicht abgebildet), Steuerungen (ebenfalls nicht abgebildet) und dergleichen enthalten. In einigen Beispielen kann die PCA 110 eine Prozessorplatine sein. In diesen Beispielen kann es sich bei den elektronischen Bauteilen um Prozessoren oder andere Arten von elektronischen Bauteilen handeln, die zur Implementierung der Funktionalität der Prozessorplatine verwendet werden. Einige Beispiele, bei denen eine Vielzahl von ummantelten PCAs 105 verwendet wird, können ummantelte PCAs 105 umfassen, bei denen die einzelnen PCAs 110 unterschiedliche Funktionen erfüllen. In einem solchen Beispiel können eine oder mehrere der ummantelten PCAs 105 eine PCA 110 enthalten, die eine Speicherplatine ist, und eine oder mehrere der ummantelten PCAs 105 können eine PCA 110 enthalten, die eine Prozessorplatine ist.
Die ummantelte PCA 105 umfasst außerdem einen Wärmeübertragungsmantel, der im dargestellten Beispiel aus einer ersten Abdeckung 121 und einer zweiten Abdeckung 122 besteht. Die erste Abdeckung 121 und die zweite Abdeckung 122 enthalten jeweils eine Vielzahl von lebenden Federn 123, deren Form und Funktion weiter unten in Bezug auf die FIGs beschrieben werden. 4A-6B BESCHRIEBEN WERDEN. Im dargestellten Beispiel sind die erste Abdeckung 121 und die zweite Abdeckung 122 jeweils aus einer einzigen Materialschicht mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 350 W/m/K und einer Dicke von höchstens 0,25 mm gebildet. In anderen Beispielen können jedoch auch mehr als eine Materialschicht verwendet werden, sofern die Abstandsvorgaben eingehalten werden, sowie Materialien mit unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeiten und unterschiedlichen Dicken.
Die erste Abdeckung 121 und die zweite Abdeckung 122 liegen einander gegenüber und greifen mechanisch in einer Weise ineinander, die weiter unten genauer beschrieben wird, um die PCA 110 zu umschließen. Die erste Abdeckung 121 bedeckt dann mindestens einen ersten Teil einer ersten Seite der PCA 110 und die zweite Abdeckung 122 bedeckt mindestens einen zweiten Teil der zweiten Seite der PCA 110. Wenn die PCA 110 umhüllt ist, greift der Wärmeübertragungsmantel mechanisch in die PCA 110 ein und verbindet sich thermisch mit ihr.
Im Sinne dieses Artikels bedeutet „thermische Kopplung“ zweier Objekte, dass ein wärmeleitender Pfad zwischen den Objekten vorhanden ist, der es ermöglicht, Wärme zwischen den Objekten zu leiten. Zwei Objekte können als thermisch gekoppelt betrachtet werden, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: (1) die beiden Objekte stehen miteinander in Kontakt (entweder in direktem Kontakt oder über ein thermisches Schnittstellenmaterial („TIM“)), (2) die Objekte sind beide mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung (oder einer Kette von thermisch gekoppelten Wärmeübertragungsvorrichtungen) thermisch gekoppelt, oder (3) der Wärmeübertragungskoeffizient zwischen den beiden Objekten beträgt 10 W·m-2·K-1 oder mehr. Bei einem TIM kann es sich um ein relativ dünnes, wärmeleitendes und nachgiebiges (leicht verformbares) Material handeln, das zwischen zwei Geräten an deren Wärmeschnittstelle angebracht wird, um die Wärmeübertragungsraten zu verbessern, indem es Luftspalten füllt, die andernfalls aufgrund von Oberflächenrauhigkeit und/oder Ausrichtungsfehlern zwischen den Geräten auftreten würden. Gängige Beispiele für ein TIM sind Wärmeleitpads, Wärmeleitfett und Wärmeleitpaste.
Das Beispiel in umfasst auch ein Paar optionale Wärmeübertragungsvorrichtungen 130. Die Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 unterstützen bei ihrer Verwendung die Wärmeübertragung von der ummantelten PCA 105 zum Kühlrahmen 140. Weitere Einzelheiten zu den Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 werden weiter unten in Bezug auf die . Im dargestellten Beispiel ist die Wärmeübertragungsvorrichtung 130 ein Wärmeverteiler, doch können in anderen Beispielen auch andere Arten von Wärmeübertragungsvorrichtungen verwendet werden. Bei einigen Beispielen können die Wärmeübertragungsvorrichtungen ganz weggelassen werden. Mehrere solcher Beispiele werden im Folgenden erörtert.
Wie weiter unten näher beschrieben wird, sind die Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 thermisch gekoppelt und mechanisch mit der ummantelten PCA 105 verbunden, ohne mechanisch befestigt oder anderweitig an der ummantelten PCA 105 fixiert zu sein. Der Kühlrahmen 140 definiert entsprechende Montageschlitze für die Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 und die ummantelte(n) PCA 105 in Beispielen, in denen Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 verwendet werden, obwohl dies in nicht dargestellt ist. Dies wird jedoch in gezeigt und im Zusammenhang damit erörtert.
Eine „Wärmeübertragungsvorrichtung“ kann jede Vorrichtung sein, die wärmeleitend ist und so konfiguriert ist, dass sie Wärme von einem festen Körper durch Leitung (Kontakt) aufnimmt und die Wärme durch Leitung (Kontakt) an einen zweiten festen Körper weitergibt. Beispiele für Wärmeübertragungsvorrichtungen sind u. a. Wärmerohre, Dampfkammern, Wärmeverteiler (wie massive Stäbe oder Metallstreifen), Kühlrohre usw. Ein „Wärmerohr“ bezieht sich auf eine bestimmte Art von Wärmeübertragungsvorrichtung, die ein Gehäuse (Gefäß) mit Wänden umfasst, die einen abgedichteten inneren Kanal umgeben, der ein Arbeitsfluid und einen Docht enthält, so dass das Fluid Wärme zwischen verschiedenen Bereichen der Vorrichtung durch einen Zyklus von Verdampfung und Kondensation überträgt.
Zurück zu : Das Rechensystem 100 umfasst auch den Kühlrahmen 140. Der Kühlrahmen 140 ist mechanisch mit der ersten Leiterplatte 101 verbunden. Die erste Leiterplatte 101 kann als „Host-Platte“ in dem Sinne bezeichnet werden, dass sie die ummantelten PCAs 105 „beherbergt“. Die mechanische Verbindung des Kühlrahmens 110 mit der ersten Leiterplatte 101 kann mit jeder geeigneten Technik realisiert werden, die in der Technik bekannt ist. In einigen Beispielen kann der Kühlrahmen 140 mit Hilfe von Befestigungselementen (nicht dargestellt) wie Schrauben an der ersten Leiterplatte 101 befestigt werden. Bei anderen Beispielen kann der Kühlrahmen 140 durch Kleben oder Verkleben an der ersten Leiterplatte 101 befestigt werden. Wieder andere Beispiele können andere Techniken verwenden.
Der Kühlrahmen 140 definiert mindestens einen PCA-Schlitz 120 und einen inneren Rahmenraum 141. Der innere Rahmenraum 141 ist im dargestellten Beispiel im Allgemeinen rechteckig, ebenso wie der Kühlrahmen 140. In anderen, nicht dargestellten Beispielen können andere Geometrien für die Außenkontur des Kühlrahmens 140 und den inneren Rahmenraum 141 verwendet werden. Ebenso kann in einigen Beispielen die Geometrie der Außenkonturen des Kühlrahmens 140 von der des inneren Rahmenraums 141 abweichen. Der innere Rahmenraum 141 umschließt die elektronischen Steckplätze 102 auf der ersten Leiterplatte 101. Die Elektroniksockel 102 sind Teil der PCA-Schlitze 120, wie weiter unten erläutert, und die ummantelten PCAs 105 sind mit den Elektroniksockeln 102 in den PCA-Schlitzen 120 ausgerichtet.
Der Kühlrahmen 140 definiert auch einen Kühlmittelkanal mit turbulenzverstärkenden Artefakten, die absichtlich Turbulenzen in einen Flüssigkeitsstrom durch den Kühlmittelkanal einbringen. Der Kühlmittelkanal ist in nicht dargestellt und wird weiter unten in Bezug auf , und . Im Beispiel von gibt es ein erstes Anschlussstück 142 und ein zweites Anschlussstück 147, durch die flüssiges Kühlmittel in den Kühlmittelkanal eintritt bzw. aus ihm austritt. Im dargestellten Beispiel ist das erste Anschlussstück 142 am Einlass (nicht dargestellt) und das zweite Anschlussstück 147 am Auslass (ebenfalls nicht dargestellt) angebracht. In anderen, nicht dargestellten Beispielen können die Funktionen von Einlass und Auslass jedoch auch umgekehrt sein. Die Identifizierung als Einlass und Auslass kann auf der Grundlage von implementierungsspezifischen Überlegungen erfolgen. So kann in nicht dargestellten Beispielen das erste Anschlussstück 142 am Auslass und das zweite Anschlussstück 147 am Einlass angebracht sein.
Jede der Wärmeübertragungsvorrichtungen 130, die ersten Abdeckungen 121, die zweiten Abdeckungen 122 und der Kühlrahmen 140 sind aus einem oder mehreren wärmeleitenden Materialien hergestellt. Die erste Abdeckung 121 und die zweite Abdeckung 122 sind aus einem wärmeleitenden Material hergestellt. Ein Objekt, eine Vorrichtung oder eine Baugruppe (die mehrere unterschiedliche Körper umfassen kann, die thermisch gekoppelt sind, und die mehrere unterschiedliche Materialien enthalten kann) ist im Sinne dieser Offenbarung zwischen zwei thermischen Schnittstellen „thermisch leitfähig“, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: (1) ein Wärmeübergangskoeffizient zwischen den thermischen Grenzflächen beträgt 10 W·m-2·K-1 oder mehr bei einer beliebigen Temperatur zwischen 0°C und 100°C, (2) das Objekt ist ein zusammenhängendes Stück eines Materials, das eine Wärmeleitfähigkeit (oft mit k, λ oder κ bezeichnet) zwischen den beiden Grenzflächen von 1 W·m-1·K-1 oder mehr bei einer beliebigen Temperatur zwischen 0°C und 100°C aufweist, (3) das Objekt ist ein Wärmerohr, eine Dampfkammer, ein zusammenhängender Körper aus Kupfer oder ein zusammenhängender Körper aus Aluminium. Beispiele für Materialien, deren Wärmeleitfähigkeit zwischen 0°C und 100°C größer als 1 W·m-1·K-1 ist, sind fast alle Metalle und ihre Legierungen (z. B. Kupfer, Aluminium, Gold usw.), einige Kunststoffe (z.B. TECACOMP® TC-Verbindungen, COOLPOLY® D-Series Thermally Conductive Plastics) und viele andere Materialien.
Die Wärmeübertragungsvorrichtungen 130, die ersten Abdeckungen 121, die zweiten Abdeckungen 122 und der Kühlrahmen 140 können alle aus demselben Material oder aus unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Beispielsweise kann der Kühlrahmen 140 durch Spritzgießen eines wärmeleitenden Kunststoffs hergestellt werden, während die Wärmeübertragungsvorrichtung 130, die erste Abdeckung 121 und die zweite Abdeckung 122 aus einem Metallblech oder einer Metalllegierung, wie z. B. Kupfer, gestanzt werden können. Bei der Auswahl des Materials können Faktoren wie Kosten und Gewicht eine Rolle spielen.
In der Regel ist es wünschenswert, dass zumindest einige dieser Komponenten, wie die Wärmeübertragungsvorrichtung 130, die erste Abdeckung 121 und die zweite Abdeckung 122, aus einem oder mehreren Materialien hergestellt werden, die nicht nur wärmeleitend, sondern hoch wärmeleitend sind. Ein Objekt, eine Vorrichtung oder eine Baugruppe (die mehrere unterschiedliche Körper umfassen kann, die thermisch gekoppelt sind, und die mehrere unterschiedliche Materialien enthalten kann) ist „hoch wärmeleitfähig“, wie dieser Begriff hier zwischen zwei thermischen Schnittstellen verwendet wird, wenn eine der folgenden Bedingungen erfüllt ist: (1) ein Wärmeübergangskoeffizient zwischen den thermischen Grenzflächen beträgt 1000 W·m-2·K-1 oder mehr bei einer beliebigen Temperatur zwischen 0°C und 100°C, (2) das Objekt ist ein zusammenhängendes Stück eines Materials, das eine Wärmeleitfähigkeit (oft mit k, λ oder κ bezeichnet) zwischen den beiden Grenzflächen von 100 W·m-1 -K-1 oder mehr bei einer beliebigen Temperatur zwischen 0°C und 100°C aufweist, (3) das Objekt ist ein Wärmerohr, eine Dampfkammer, ein zusammenhängender Körper aus Kupfer oder ein zusammenhängender Körper aus Aluminium. Beispiele für Materialien, deren Wärmeleitfähigkeit zwischen 0 °C und 100 °C 100 W·m-1·K-1 oder mehr beträgt, sind bestimmte Arten von Kupfer, Aluminium, Silber und Gold.
ist eine schematische Darstellung 200 der im System von verwendeten Wärmeabfuhrmechanismen, wobei gleiche Teile mit gleichen Nummern versehen sind. ist eine teilweise geschnittene Ansicht von oben entlang der Linie 2-2 in . Auch hier sind einige Teile des Rechensystems 100 - einschließlich einiger in dargestellter Teile - aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, um nicht zu verdecken, was in Bezug auf besprochen wird. Ein solches Teil ist der Kühlrahmen 140. Anstelle des Kühlrahmens 140 ist eine schematische Darstellung 200 des durch den Kühlrahmen 140 definierten Kühlmittelkanals zu sehen.
Die ummantelten PCAs 105 (nur eine angegeben) wurden auf der ersten Leiterplatte 101 (in dargestellt) unter Verwendung der elektronischen Sockel 102 (ebenfalls in 1 dargestellt) montiert. Wie hier zu sehen ist, greift jeder Wärmeübertragungsmantel 235 (nur einer angegeben) mechanisch in die PCA 110 (nur einer angegeben) durch direkten physischen Kontakt mit einem oder mehreren der elektronischen Bauteile 112, 113 (nur einer von jedem angegeben). Der physische Kontakt stellt auch eine direkte thermische Kopplung zwischen der PCA 110 und dem Wärmeübertragungsmantel 235 her.
Beachten Sie auch die Beziehung zwischen den ummantelten PCAs 105 und den Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 (nur eine angegeben), die in der weiter unten beschriebenen Weise am Kühlrahmen 140 (in dargestellt) angebracht sind. Im dargestellten Beispiel befinden sich die Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 nur zwischen den ummantelten PCAs 105 und nicht zwischen den ummantelten PCAs 105 und dem Kühlrahmen 140. Die Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 berühren, wie dargestellt, die Wärmeübertragungsmäntel 235 physisch. Auch hier wird durch diesen physischen Kontakt ein mechanischer Eingriff zwischen den Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 und den Wärmeübertragungsmänteln 235, aber auch eine thermische Kopplung hergestellt. In ähnlicher Weise stellt der direkte physische Kontakt zwischen den Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 und dem Kühlrahmen 140 (in dargestellt) auch eine thermische Kopplung der Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 mit dem Kühlrahmen 140 her. In den hier gezeigten Beispielen sind die Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 jedoch nicht an den ummantelten PCAs 105 befestigt oder in irgendeiner Weise angebracht.
Die elektronischen Bauteile 112, 113 der ummantelten PCAs 105 sind folglich über die Wärmeübertragungsmäntel 235 und/oder die Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 thermisch mit dem Kühlrahmen 140 (in dargestellt) gekoppelt. Das Kühlmittel fließt durch den Kühlkanal, wie durch die breiten Pfeile 208 angezeigt. Da der Kühlrahmen 140 aus einem wärmeleitenden Material hergestellt ist, überträgt er die Wärme von der Elektronik 112, 113 in das Kühlmittel. Aufgrund des direkten physischen Kontakts mit den Wänden des Kühlmittelkanals ist der Kühlrahmen 140 thermisch mit dem Kühlmittel gekoppelt, wenn das Kühlmittel durch den Kühlmittelkanal zirkuliert.
Insbesondere dann, wenn die ummantelte PCA 105 mechanisch in den Kühlrahmen 104 eingreift, wird Wärme von den elektronischen Komponenten 112, 113 durch die thermische Kopplung, die durch die Wärmeübertragungsmäntel 235 und den Kühlrahmen 140 bereitgestellt wird, in das Kühlmittel übertragen, wie durch die Pfeile 210 angezeigt. Wenn die ummantelten PCAs 105 physisch mit einer Wärmeübertragungsvorrichtung 130 in Kontakt stehen, wird die Wärme von den elektronischen Komponenten 112, 113 in die Wärmeübertragungsvorrichtung 130 übertragen, wie durch die Pfeile 212 durch die thermische Kopplung, die durch die Wärmeübertragungsmäntel 235 bereitgestellt wird, angezeigt wird. Die übertragene Wärme wandert dann durch die Wärmeübertragungsvorrichtung 130 zu den Enden, wo die Wärmeübertragungsvorrichtung mechanisch in den Kühlrahmen 140 eingreift und mit diesem thermisch gekoppelt ist. Die Wärme wird dann durch den Kühlrahmen in das Kühlmittel übertragen, wie durch die Pfeile 214 angezeigt.
Das Kühlmittel zirkuliert unter Druck durch den Kühlmittelkanal eines geschlossenen Kühlkreislaufs, der nicht dargestellt ist. Die Kühlflüssigkeit wird bei ihrer Zirkulation durch den Kühlkanal erwärmt, zirkuliert vom Computersystem 100 weg, um gekühlt zu werden, und zirkuliert dann wieder zum Computersystem 100. Die von den elektronischen Komponenten 112, 113 erzeugte Wärme wird auf diese Weise gehandhabt und abgeleitet, so dass das Computersystem 100 innerhalb der Spezifikationen betrieben werden kann, um die Betriebsfähigkeit und Effizienz des Computersystems 100 zu fördern.
Der mechanische Eingriff der ummantelten PCAs 105 mit der ersten Leiterplatte 101 wird nun zusammen mit verschiedenen Aspekten der Positionierung der PCAs 105 beschrieben. ist eine geschnittene Endansicht einer gedruckten Schaltungsbaugruppe und einer ersten gedruckten Schaltungsplatte entlang der Linie 3-3 in . zeigt auch einige der mechanischen Abstände für Komponenten, die in diesem speziellen Beispiel die Dickenbeschränkungen für den Thermotransfermantel festlegen. Auch hier ist zu beachten, dass einige Aspekte des Rechensystems 100 in der Übersichtlichkeit halber weggelassen wurden. Zum Beispiel sind keine Wärmeübertragungsvorrichtungen 130 dargestellt.
Die elektronischen Steckdosen 102 werden auf der ersten Leiterplatte 101 auf jede geeignete, in der Technik bekannte Weise befestigt. Die zweite Leiterplatte 111 enthält eine Vielzahl von Randverbindern 300, wie z. B. Goldfingerverbinder. In anderen, nicht dargestellten Beispielen können auch andere Arten von Steckern verwendet werden. Die Randverbinder 300 sind ein Teil der elektrischen Schaltung (nicht dargestellt) einschließlich der elektronischen Komponenten 112, 113 sowie anderer Komponenten der PCA 110, durch die die PCA 110 ihre beabsichtigte Funktion erfüllt. Zu diesem Zweck kann die PCA 110, wie bereits erörtert, zusätzlich zu den bereits besprochenen elektronischen Bauteilen, wie z. B. der Induktivität 305 und dem Thyristor 310, weitere elektronische Bauteile enthalten. Die elektrische Schaltung kann z. B. durch Oberflächenbahnen und/oder leitende Schichten der ersten Leiterplatte 101 realisiert werden. In ähnlicher Weise sind die elektronischen Steckdosen 102 Teil der elektrischen Schaltung der ersten gedruckten Schaltung 101, die unter Verwendung von nicht dargestellten Oberflächenbahnen und/oder leitenden Schichten implementiert werden können.
Die PCA 110 und damit auch die ummantelte PCA 105 werden an der ersten Leiterplatte 101 befestigt, indem die Randstecker 300 in die elektronischen Buchsen 102 eingesetzt werden. Durch dieses Einsetzen wird die elektrische Schaltung (nicht dargestellt) der ummantelten PCA 105 mit der elektrischen Schaltung der ersten Leiterplatte 101 elektrisch verbunden. Erinnern Sie sich, dass, wie oben offenbart, die elektronischen Buchsen 102 innerhalb des inneren gerahmten Raums 141 positioniert sind, der zuerst in gezeigt wird. Somit sind die ummantelten PCAs 105, wenn sie auf diese Weise zusammengebaut sind, zumindest teilweise innerhalb des inneren gerahmten Raums 141 angeordnet. Wie weiter unten erläutert wird, wird der Prozess des Einsetzens der ummantelten PCA 105 in die elektronischen Steckdosen 102 von einem Einsetzen in einen Kühlrahmenschlitz (noch nicht dargestellt) begleitet, der durch den Kühlrahmen 140 definiert ist.
Zusätzliche ummantelte PCAs 105 sind in gestrichelten Linien dargestellt, um den Zusammenbau mit der ersten Leiterplatte 101 widerzuspiegeln und bestimmte Abmessungsmerkmale der Baugruppe zu veranschaulichen. Anordnungen von eng beieinander liegenden PCAs, wie z. B. DIMM-Bänke, erlegen den Konstruktionen von Temperaturkontrollmaßnahmen mehrere Beschränkungen auf. Die Abstände zwischen den PCAs und zwischen dem PCA-Array und den benachbarten Bauteilen auf der Hauptplatine können sich mit jeder Technologiegeneration (z. B. mit zunehmender Dichte) verringern. Die Abstände sind nicht nur klein, sondern können auch ungünstig geformt sein. Entweder die Größe oder die Form kann die Anpassung bestehender Temperaturregelungskonzepte ausschließen.
Wie in dargestellt, haben die Sockel für die PCAs 110 einen Mittenabstand See auf der Hauptplatine. See kann weniger als 9 mm oder weniger als 8 mm, 7 mm oder 6 mm betragen. Zum Beispiel kann Scc nominell 7,5 +/- 0,2 mm betragen. Die Höhe der Komponenten 112 auf den PCAs 110 nimmt einen Teil des durch Scc zugewiesenen Platzes ein. Die erste Leiterplatte 111 kann eine Dicke von z. B. 0,78 mm, 1,57 mm oder 2,36 mm haben. Jede Seite der PCAs 110 kann auch hohe Komponenten aufweisen, die Ht >2,5 mm zur Breite der PCA 110 hinzufügen. Beispiele für hohe Komponenten sind einige integrierte Schaltungen („ICs“) wie Power-Management-ICs („PMICs“) sowie einige elektrische Nicht-Chip-Komponenten wie Kondensatoren und Induktivitäten. Wenn hohe Bauteile auf beiden Seiten einer PCA 110 direkt gegenüberliegend montiert werden, kann der Mindestabstand _C2 zwischen den Außenflächen der PCAs 110 weniger als 2 mm oder sogar weniger als 1,5 mm betragen, wenn die PCAs 110 in den Sockeln 102 installiert sind.
Wenn bei den Temperaturkontrollmaßnahmen Festkörperelemente in thermischem Kontakt mit den Bauteilen 112 verwendet werden sollen, sind nicht nur die hohen Bauteile eine Einschränkung für das Temperaturkontrolldesign. Festkörper-Temperierelemente, wie z. B. Wärmeübertragungsvorrichtungen, können vorzugsweise auch mit kurzen Bauteilen mit einer Höhe Hs <1,2 mm (z. B. einige Arten von Speicherchips) und Bauteilen mit einer mittleren Höhe Hm-1,2-2,5 mm, wie z. B. verschiedene ICs mit kleiner Bauform, in Wärmekontakt treten und diesen aufrechterhalten. Die unterschiedlichen Höhen der Bauteile 112 führen zu unterschiedlichen Abständen _C1 (maximal), _C2 (minimal) und, je nach Konstruktion, zu einem oder mehreren Zwischenabständen _C3 an verschiedenen Positionen im Raum zwischen den Außenflächen der PCAs 110.
Die Vielfalt der Abstände und deren Lage kann einige Ansätze zur Temperaturkontrolle ausschließen. Befindet sich beispielsweise der Mindestabstand _C2 an der Unterseite der PCA (am nächsten zur Steckdosenschnittstelle) und der maximale Abstand _C1 an der Oberseite, kann eine eng anliegende leitfähige Ummantelung, die separat montiert und über die PCA(s) 110 geschoben wird, einfach zu entwerfen und umzusetzen sein. Gibt es stattdessen „Überhänge“ (höhere Bauteile über kürzeren Bauteilen), kann ein „Push-down“-Ummantelungsdesign durch die Notwendigkeit eingeschränkt sein, thermischen Kontakt mit den kurzen Bauteilen unten auf der PCA herzustellen und gleichzeitig Stress für die hohen Bauteile oben auf der PCA während der Installation zu vermeiden. Alternativen wie Klappschalen und zweiteilige Ummantelungen, bei denen die Wärmeübertragungselemente seitlich von gegenüberliegenden Seiten der PCA eingeführt werden, könnten bei PCAs mit Überhängen zuverlässiger funktionieren, da die eng anliegenden Abschnitte für die kurzen Komponenten nie über die hohen Komponenten geschoben oder gezogen werden.
zeigen detaillierter verschiedene Aspekte eines Beispiels einer ummantelten PCA 400 und wie eine lebende Feder 423 modifiziert werden kann, um unterschiedlichen Konstruktionseinschränkungen Rechnung zu tragen. Bei der Betrachtung von ist zu beachten, dass die oben in Bezug auf besprochenen Randverbinder 300, die eine Leiterplattenschnittstelle 408 definieren, in dargestellt sind. Der Thermotransfermantel 420 umfasst einen Schnappverschluss 404, der einen mechanischen Eingriff einer ersten Abdeckung 421 und einer zweiten Abdeckung 422 um eine PCA sichert, die in durch den Thermotransfermantel 420 verdeckt ist. Der Schnappverschluss 404 umfasst ein Paar von Laschen 404a, die an der Lippe 406 (in dargestellt) der ersten Abdeckung 421 ausgebildet sind und in ein Paar von Schlitzen 404b in der Lippe 407 der zweiten Abdeckung 422 einrasten, wenn die erste Abdeckung 421 und die zweite Abdeckung 422 zusammengefügt werden. Dadurch überlappt die Lippe 407 die Lippe 406, wie in dargestellt.
Wie in dargestellt, enthält die ummantelte PCA 400 auch eine optionale Vielzahl von Zuglaschen 424, die an der Lippe 407 der zweiten Abdeckung 422 befestigt sind. Die Zuglaschen 424 können verwendet werden, um die ummantelte PCA 400 von der ersten Leiterplatte 401 und dem Kühlrahmen zu trennen, sobald sie in die elektronischen Buchsen 402 in der in gezeigten Weise eingesetzt ist. Die Zuglaschen 424 können aus einem flexiblen Material hergestellt sein, so dass sie umgebogen werden können. Sie können zum Beispiel gebogen werden, wenn ein Computersystem in einem Tray (nicht dargestellt) angeordnet und in ein Rack (ebenfalls nicht dargestellt) oder ein anderes Gehäuse eingesetzt wird. Bei einigen Beispielen, wie z. B. dem Beispiel in , können die Zuglaschen 424 weggelassen werden.
Wie in am besten zu sehen ist, enthält die ummantelte PCA 400 eine Vielzahl von lebenden Federn 423. In einigen nicht dargestellten Beispielen enthält nur eine einzige der ersten Abdeckung 421 und der zweiten Abdeckung 422 eine Vielzahl von lebenden Federn 423. In den hier gezeigten Beispielen enthalten jedoch sowohl die erste Abdeckung 421 als auch die zweite Abdeckung 422 eine Vielzahl von lebenden Federn 423. Dies ist in den zu sehen, wo jede lebende Feder 423 mit der ersten Abdeckung 421 oder der zweiten Abdeckung 422 in dem Sinne verbunden ist, dass sie aus einem einzigen Stück gebildet wird. Sowohl die erste Abdeckung 421 als auch die zweite Abdeckung 422 sind aus einer einzigen Materialschicht mit einer Wärmeleitfähigkeit von mindestens 350 W/m/K und einer Dicke von höchstens 0,25 mm hergestellt. In anderen Beispielen können jedoch auch Materialien mit anderen Wärmeleitfähigkeiten und anderen Dicken verwendet werden.
Zurück zu : Ein Paar ummantelter PCAs 411 (nur eine angezeigt) in Wärmeübertragungsmänteln 420 (nur eine angezeigt) wie in sind in einem ersten Einsatz dargestellt. Insbesondere sind die ummantelten PCAs 400 in benachbarten elektronischen Sockeln 402 einer ersten Leiterplatte 401 installiert. Die erste Leiterplatte 402 kann als „Host-Platte“ in dem Sinne bezeichnet werden, dass sie die ummantelten PCAs 400 „aufnimmt“. Beachten Sie die Verwendung des Wärmeverteilers 430 zwischen den beiden ummantelten PCAs 400. Die ummantelten PCA 400 sind vertikal zur Schwerkraft ausgerichtet, die erste Leiterplatte 401 ist horizontal ausgerichtet. Dies ist ihre nominelle Ausrichtung im Betrieb, aber andere Beispiele können andere Ausrichtungen verwenden.
Wenn die ummantelten PCAs 400 in die elektronischen Sockel 402 eingesetzt werden, werden die Federn 423 relativ zu einer Mittellinie 418 jeder ummantelten PCA 400 durch umgebende Komponenten nach innen gedrückt. Im Beispiel von wird die Kompression der lebenden Federn 423 durch den mechanischen Eingriff der Wärmeübertragungsmäntel 420 mit der Wärmeübertragungsvorrichtung 430 und den Abstand zwischen den beiden ummantelten PCAs 400 verursacht. Man beachte, dass eine solche Kompression in ähnlicher Weise durch den mechanischen Eingriff mit einer benachbarten ummantelten PCA 400, einer Wärmeübertragungsvorrichtung oder dem Kühlrahmen und den zugehörigen Abständen in Beispielen ohne die Wärmeübertragungsvorrichtungen 430 verursacht werden kann. Beispiele hierfür sind in den gezeigt und weiter unten besprochen.
Die lebenden Federn 423 werden beim Einsetzen der ummantelten PCAs 400 aus ihrer Ruheposition elastisch verschoben. Wie hier verwendet, ist eine lebende Feder in der Lage, „elastisch verformt“ zu werden, wenn sie sich elastisch verformt, wenn ihre Kontaktfläche (a) um bis zu 2 mm nach innen verschoben wird oder (b) bis zu dem Punkt, an dem sie mit einem ebenen Abschnitt des Teils, von dem die lebende Feder ausgeht, bündig ist. Die lebende Feder „verformt sich elastisch“, wenn die aus der Verschiebung resultierenden Verformungen nicht dauerhaft sind und die lebende Feder im Wesentlichen in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt, wenn die Kraft, die die Verschiebung verursacht hat, aufgehoben wird.
Die oben beschriebene Kompression ermöglicht es der ummantelten PCA 400, sich in den verfügbaren Raum zu „quetschen“, der durch den Kühlrahmen 140 (dargestellt in ), die Wärmeübertragungsvorrichtungen 430 und die anderen ummantelten PCAs 400 definiert ist, wie oben in Bezug auf beschrieben. Sobald die ummantelte PCA 400 wie in gezeigt installiert ist, üben die komprimierten Federn 423 eine Druckkraft Fs von mindestens etwa 45 N aus, wie durch die Pfeile in und dargestellt. Mit dem hier verwendeten Begriff „etwa“ wird anerkannt, dass eine genaue Angabe des Wertes aufgrund von Toleranzen und Fehlern bei der Herstellung, Veränderungen der Materialeigenschaften im Laufe der Zeit und anderen ähnlichen Überlegungen schwierig zu erreichen sein kann.
Die Kompression der Federn 423 beim Einsetzen der ummantelten PCA 400 in die elektronischen Sockel 402 und die oben in Bezug auf beschriebenen Abstände tragen dazu bei, einen Großteil der oben erwähnten thermischen Kopplung herzustellen. So sorgt die Kompression für den physischen Eingriff - und damit für die thermische Kopplung - zwischen den elektronischen Komponenten 412, 413 und dem Wärmeübertragungsmantel 420. Die oben beschriebenen Abstände stellen sicher, dass die lebende Feder 423 zusammengedrückt wird und dass der Wärmeübertragungsmantel 420 physisch mit dem benachbarten Kühlrahmen 140 (in dargestellt), der Wärmeübertragungsvorrichtung 430 und/oder der ummantelten PCA 400 in Eingriff kommt. Auch hier wird durch diesen physischen Eingriff eine thermische Kopplung zwischen all diesen Teilen der Wärmeübertragungsbaugruppe und dem Rechensystem insgesamt hergestellt.
Das Design der lebenden Feder 423 kann modifiziert werden, um verschiedene Designs für den Einsatz und die Anordnung der ummantelten PCAs 400 zu ermöglichen. ist eine Endansicht einer möglichen Implementierung von thermischen Vorrichtungen, die als Beispiel in Bezug auf einen Querschnitt wie die Linie A-A in von mehreren sehr eng beieinander liegenden ummantelten PCAs 400, die Wärme durch die Wärmeübertragungsmäntel benachbarter ummantelter PCAs ableiten, genommen werden würde. ist eine Endansicht einer zweiten möglichen Implementierung von Wärmeübertragungsvorrichtungen, die als Beispiel in Bezug auf einen Querschnitt wie die Linie A-A in einer ummantelten PCA 400 mit höherer Leistung zur Übertragung von Wärme an externe Wärmeübertragungsvorrichtungen verwendet werden würde. ist eine Endansicht einer dritten möglichen Implementierung von thermischen Vorrichtungen, die als Beispiel in Bezug auf einen Querschnitt wie die Linie A-A in einer ummantelten Hochleistungs-PCA 400 mit hohen Komponenten zur Übertragung von Wärme an einen Wärmeverteiler mit ungleichmäßiger Dicke zu sehen ist.
ist eine Seitenansicht der Bereiche des thermischen Kontakts 516 zwischen dem Wärmeübertragungsmantel 420 von und den darunter liegenden elektronischen Komponenten 412, 413 der PCA 410. Die elektronischen Komponenten 412, 413 sind als schraffierte Linien dargestellt, und die Bereiche des Wärmekontakts sind durch Schraffuren gekennzeichnet. ist eine Seitenansicht der Bereiche des Wärmekontakts 535 zwischen dem Wärmeübertragungsmantel von und dem externen Wärmeverteiler (nicht dargestellt) oder dem benachbarten Wärmeübertragungsmantel (ebenfalls nicht in dargestellt). Auch hier sind die Bereiche des thermischen Kontakts durch Schraffuren gekennzeichnet.
Zurück zu , die erste Abdeckung 421 definiert ein erstes Paar von Laschen 481 und die zweite Abdeckung 422 definiert ein zweites Paar von Laschen 482 (nur eine dargestellt). Wenn die erste Abdeckung 421 und die zweite Abdeckung 422 geschlossen und zusammengeschnappt sind, bilden die beiden Laschenpaare ein Laschenpaar 583, von denen eine in den DARGESTELLT IST. Wenn die ummantelte PCA 400 in den elektronischen Sockel 402 eingesetzt wird, gleiten die Laschen 583 in einen Kühlrahmenschlitz des Kühlrahmens, wie unten in Bezug auf erläutert wird. Beachten Sie, dass in diesem Beispiel eine der Laschen 482 über eine der Laschen 481 passt. Diese Beziehung ist Teil der oben beschriebenen Schnapppassung, bei der die erste Abdeckung 421 und die zweite Abdeckung 422 zusammengeschnappt werden, um den Wärmeübertragungsmantel 420 zu bilden. In einigen Beispielen kann dies jedoch weggelassen werden.
In und werden nun ausgewählte Details der Konstruktion der lebenden Federn 123 gezeigt, die zuerst in dargestellt wurden. ist eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Teils einer Unterkante 600 einer ersten Abdeckung 121 des Wärmeübertragungsmantels 135, der zuerst in gezeigt wurde und an dessen beiden Enden lebende Federn 123 eingeschlossen sind. Die lebende Feder 135 wird durch Entfernen von Material von der ersten Abdeckung 121 auf jeder Seite der späteren lebenden Feder 123 hergestellt. Anschließend wird eine Biegung 626 und eine Öffnung 627 geschaffen. ist eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Teils der Unterkante eines Abdeckungsabschnitts einer Wärmeübertragungshülle, wie in dargestellt, die mit den lebenden Federn 123 gebildet wird, die zunächst am unteren Ende 600 frei sind und dann durch Einstecken in eine optionale Saumfalte 629 gesichert werden.
Wie oben erwähnt, üben die lebenden Federn 123 im dargestellten Beispiel eine Federkraft Fs von mindestens 45 N aus. zeigen zwei Ausführungsformen der in zuerst gezeigten lebenden Federn 123. Eine lebende Feder 623a in , die in einer zweiten Abdeckung 622a ausgebildet ist, weist an ihrer Unterseite eine Biegung 626 auf und definiert darin eine Öffnung 627. Die zweite Abdeckung 622a hat eine Dicke Tj von höchstens 0,25 mm. In enthält eine lebende Feder 623b in einer zweiten Abdeckung 622b ebenfalls ein Biegeelement 626. Die lebende Feder 623b umfasst jedoch auch eine untere Lasche 628, die sich von der Biegung 626 aus erstreckt und bei der Herstellung in eine Saumfalte 629 gesteckt wird.
Die Höhe der ausgeübten Federkraft kann durch die Verwaltung der implementierungsspezifischen Details eines jeden Beispiels gesteuert werden. Zum Beispiel, unter Bezugnahme auf zusammen, können Details wie die Materialauswahl, die Dicke Tj des Materials, die Länge der lebenden Federn 623, die Gesamtlänge und -breite der Öffnung 627, die Länge und Breite der Öffnung 627 relativ zur Länge und Breite der lebenden Feder 623 die Stärke der Federkraft Fs beeinflussen. In einigen Beispielen können verschiedene lebende Federn 623 unterschiedliche Federkräfte Fs ausüben. Zum Beispiel können verschiedene Federn unterschiedlich dimensioniert sein oder Öffnungen mit unterschiedlichen Abmessungen aufweisen, um die ausgeübte Federkraft Fs anzupassen. Andere Beispiele können lebende Federn umfassen, die alle ungefähr die gleiche Federkraft Fs ausüben.
Verschiedene Beispiele des beanspruchten Gegenstands können daher lebende Federn 123 einsetzen, die unterschiedliche Federkräfte Fs ausüben, und sind nicht auf eine Federkraft Fs von mindestens etwa 45 N beschränkt. Einige Beispiele können daher lebende Federn 123 einsetzen, die eine Federkraft Fs im Bereich von etwa 55 N bis etwa 65 N ausüben. Wieder andere Beispiele können lebende Federn 123 einsetzen, die eine Federkraft Fs im breiteren Bereich von etwa 45 N bis 75 N ausüben.
Darüber hinaus sind die hier offengelegten lebenden Federn 123 nur ein Beispiel und eine Illustration für die thermische Kopplung der elektronischen Komponenten einer PCA mit einer externen Wärmeübertragungsstruktur. Zu solchen externen Wärmeübertragungsstrukturen können beispielsweise der Kühlrahmen 140, die Wärmeübertragungsvorrichtung 130 und andere ummantelte PCAs 105 gehören, wie sie hier offengelegt sind. In anderen, nicht dargestellten Beispielen können Strukturen verwendet werden, die den lebenden Federn 123 entsprechen und die genannte Funktion erfüllen.
Um nun auf die Details des Kühlrahmens 140 einzugehen, der zuerst in gezeigt wurde, ist eine perspektivische, vergrößerte Ansicht eines Kühlrahmens 140 im Zusammenhang mit einer Wärmeübertragungsbaugruppe 700. veranschaulicht Details der absichtlich entworfenen turbulenzverstärkenden Artefakte, einschließlich Formänderungen und Biegungen, die die Turbulenz verstärken und die Kühleffizienz erhöhen. Der Kühlrahmen 140 umfasst einen ersten Endblock 743 und einen zweiten Endblock 745, die durch eine erste Seitenschiene 744 und eine zweite Seitenschiene 746 verbunden sind. Wie bereits erwähnt, kann der Kühlrahmen 140 aus einem einzigen Stück gefertigt oder in Teilen hergestellt und dann zusammengesetzt werden.
Wie bereits erwähnt, ist die Richtung des Kühlmittelflusses durch den Kühlkanal für die Funktionalität der Wärmeübertragungseinheit 700 nicht von Bedeutung. Der Einfachheit halber werden einige Teile des Kühlrahmens 140 als „Einlass“ oder „Einlassseite“ oder ähnlich und andere Teile als „Auslass“ oder „Auslassseite“ oder ähnlich bezeichnet. Das dargestellte Beispiel weist jedoch eine zweiseitige Symmetrie um die Linie 702 auf, so dass diese Einlass-/Auslassfunktionalität auch umgekehrt sein kann. Es versteht sich daher von selbst, dass es sich hierbei nur um eine Vereinfachung handelt und dass die Beschriftung in anderen Beispielen - auch solchen mit demselben Aufbau - umgekehrt sein kann. Andererseits weisen nicht alle Beispiele notwendigerweise eine solche bilaterale Symmetrie auf wie die abgebildeten Beispiele.
Der erste Endblock 743, die erste Seitenschiene 744, der zweite Endblock 745 und die zweite Seitenschiene 746 bilden zusammen den Kühlmittelkanal. In sind drei Teile des Kühlmittelkanals dargestellt. Ein durch den ersten Endblock 743 definierter eingehender Endblockkanal 753 ist im Ausbruch 7A und ein ausgehender Gleitschienenkanal 704 ist im Ausbruch 7B dargestellt. Der erste Endblock 743 definiert auch einen abgehenden Endblockkanal (nicht dargestellt), der eine ähnliche Form hat wie der ankommende Endblockkanal 753. Die zweite Seitenschiene 746 definiert einen ähnlichen eingehenden Seitenschienenkanal (nicht dargestellt) und der zweite Endblock 745 kann einen ähnlichen zweiten Endblockkanal (ebenfalls nicht dargestellt) definieren, obwohl sie sich in anderen Beispielen unterscheiden können. Im gezeigten Beispiel hat die abgehende Seitenschienenleitung den gleichen Aufbau und die gleichen Eigenschaften wie die ankommende Seitenschienenleitung 704. Die zweite, nicht dargestellte Endblockleitung verläuft jedoch gerade von der einlaufenden Seitenschienenleitung zur auslaufenden Seitenschienenleitung 704. Ein Teil des zweiten Endblockkanals 755 ist in gestrichelten Linien dargestellt.
In Kühlplatten und ähnlichen Strukturen treten Turbulenzen im Kühlmittelstrom auf, und üblicherweise wird versucht, die Kanäle und Leitungen, durch die ein Kühlmittel fließt, so zu gestalten, dass die Turbulenzen minimiert und/oder abgeschwächt werden. Es wurde jedoch entdeckt, dass Turbulenzen in der Kühlmittelströmung die Wärmeübertragung verbessern können, auch wenn sie die Strömung behindern. Dementsprechend sind die Beispiele des gegenwärtig beanspruchten Gegenstandes turbulenzverstärkende Artefakte, die die Turbulenz in der Fluidströmung fördern oder verstärken. Die dargestellten Beispiele umfassen zwei verschiedene Arten von turbulenzverstärkenden Artefakten, nämlich die Änderung der Leitungsform und Biegungen.
Im gezeigten Beispiel haben der Einlass 705 und der Auslass 706, wie auch das erste Anschlussstück 142 und das zweite Anschlussstück 147, einen kreisförmigen Querschnitt, wie der Querschnitt 708, der durch das zweite Anschlussstück 147 entlang der Linie A-A verläuft. Die zweite Endblockleitung, obwohl nicht dargestellt, hat ebenfalls einen kreisförmigen Querschnitt wie den Querschnitt 708. Die eingehende Seitenleitwerksleitung (nicht dargestellt) und die ausgehende Seitenleitwerksleitung 704 haben ovale Querschnitte wie den Querschnitt 709. Dementsprechend geht der Kühlmittelstrom von der kreisförmigen eintretenden Endblockleitung 753 in die ovale eintretende Seitenschienenleitung, in die kreisförmige zweite Endblockleitung, in die ovale austretende Seitenschienenleitung 704 und in die kreisförmige austretende Endblockleitung 757 über. Jeder Übergang von einem kreisförmigen Querschnitt zu einem ovalen Querschnitt und zurück führt absichtlich zu Turbulenzen in der Kühlmittelströmung.
In den gezeigten Beispielen wird auch eine Reihe von turbulenzverstärkenden Artefakten verwendet, einschließlich Krümmungen in der Kühlmittelleitung, um die Turbulenz zu verstärken. Diese Diskussion über Bögen und die damit verbundenen Turbulenzen, die sie in den gezeigten Beispielen verstärken, konzentriert sich auf den U-Bogen 751 und den L-Bogen 752, der zuerst in gezeigt wurde und in den . Die Prinzipien lassen sich jedoch auch auf andere Biegungen an anderen Stellen des Kühlmittelkanals übertragen. Wenn eine Flüssigkeitsleitung gebogen wird, hängt die daraus resultierende Einführung von Turbulenzen teilweise vom Verhältnis zwischen dem Biegeradius und dem Leitungsdurchmesser ab. Bei gleichem Eingangsdurchfluss verursachen engere Biegungen mehr Turbulenzen. Wenn der kreisförmige Einlass den Durchmesser D hat, ist der U-Bogen-Radius _Ru für den U-Bogen 751, der in gezeigt ist, kleiner als 1,5D und der L-Bogen-Radius Rlfür den L-Bogen 752, der in gezeigt ist, kleiner als 1,2D. Dies sind relativ enge Biegungen, die die Turbulenzen verstärken.
In der Endblock-Eingangsleitung 853 liegt der U-Bogen 851 in einer ersten Ebene und der L-Bogen in einer zweiten Ebene orthogonal zur ersten Ebene, wie in - zu sehen. Die Turbulenz, die sich aus den aufeinanderfolgenden orthogonalen Biegungen ergibt, ist gleichmäßiger über die Leitung verteilt, als dies der Fall wäre, wenn die U-Biegung 851 und die L-Biegung 852 in der gleichen Ebene liegen würden. Die Verteilung der Konvektion über die Leitung in zwei orthogonale Richtungen kann für die bemerkenswerte Steigerung der Kühlleistung verantwortlich sein. Sobald das Kühlmittel jedoch eine Biegung passiert hat, nimmt die Turbulenz mit der Entfernung von der letzten Biegung ab. Wenn die Turbulenzmuster der beiden Biegungen additiv zusammenwirken sollen, müssen die Biegungen daher nahe beieinander liegen. In einem modellierten Beispiel betrug der in gezeigte Abstand _SB zwischen den beiden Bögen 852, 853 etwa das 2,5-fache des Leitungsdurchmessers D. Es wird allgemein angenommen, dass es wünschenswert ist, dass die beiden Bögen 852, 853 näher beieinander liegen als weiter entfernt. In verschiedenen Ausführungsformen beträgt der Abstand _SB zwischen den beiden Bögen 852, 853 etwa das Zwei- bis Dreifache des Durchmessers D.
In einem Beispiel wurden die erste Seitenschiene 744 und die zweite Seitenschiene 746 durch Abflachen von 8-mm-Kupferrohren hergestellt, bis das in gezeigte Seitenverhältnis h/w ungefähr drei betrug. Der kreisförmige Einlass 705, der kreisförmige Auslass 706, die Eingangsleitung 753 und die Ausgangsleitung 757 haben jeweils einen Durchmesser von D=8 mm. Obwohl sich also die Form der Leitung von kreisförmig zu länglich ändert, bleibt ihre Querschnittsfläche in etwa gleich: $π {(\frac{D}{2})}^{2} = L w + π {(\frac{w}{2})}^{2}$
mit L=h-w, wie in dargestellt. Die Beibehaltung der Querschnittsfläche während der gesamten Formveränderung kann unerwünschte Druck- und Geschwindigkeitsabfälle in der Flüssigkeit verhindern, die sich aus einer durch die Biegung verstärkten Turbulenz ergeben können.
- zeigen im Detail zwei verschiedene Ausführungen des ersten Endblocks 743, der eintretenden Endblockleitung 753 und der austretenden Endblockleitung 757 von . In und tritt das Kühlmittel 920 in mehrere Biegungen in der Kammer 900 ein, die nicht streng durch die Wände der Leitung definiert sind, wie oben in Bezug auf - beschrieben. Diese Krümmungen verstärken auch die Turbulenzen in der Kühlmittelströmung, genau wie die in - gezeigte Konstruktion der Kühlmittelleitung.
ist eine perspektivische Schnittdarstellung eines Beispiels für turbulenzverstärkende Endblockkanäle im Kühlrahmen von . Der erste Endblock 743a definiert sowohl auf der Eingangs- als auch auf der Ausgangsseite eine Kammer 900, in der ein Paar von Führungen 905 angeordnet sind, die den Einlass 705a umklammern und ihrerseits einen oberen Kanal 910 und einen unteren Kanal 915 definieren. Die Begriffe „oben“ und „unten“ sind relativ zum Schwerkraftfeld definiert, wenn sich der Kühlrahmen 140a in seiner nominalen Gebrauchsausrichtung befindet, die in - dargestellt ist.
Das Kühlmittel, dargestellt durch die Pfeile 920 (nur zwei angegeben), tritt unter Druck durch den Einlass 705a in die Kammer 900 ein und fließt wie durch die Pfeile 920 angegeben. Insbesondere wird der Strom des Kühlmittels 920 durch die Rückseite der Kammer 900 in den oberen Kanal 910 und den unteren Kanal 915 umgeleitet, woraufhin es in die eintretende Seitenschienenleitung 925 fließt. Nach der Zirkulation durch die erste Seitenschiene 744, den zweiten Endblock 745 und die zweite Seitenschiene 746, die alle in dargestellt sind, kehrt das Kühlmittel 920 zum ersten Endblock 743a zurück. Das Kühlmittel 920 tritt dann durch den oberen Kanal 910 und den unteren Kanal 915 in die Ausgangskammer 900 ein, von wo aus es in den Auslass 708a geleitet wird.
ist eine perspektivische Schnittansicht eines anderen Beispiels eines turbulenzverstärkenden Endblockkanals im Kühlrahmen von . In diesem Beispiel befindet sich der Einlass 705b relativ weit unten am ersten Endblock 743b im Vergleich zum Einlass 705a in . Auch hier definiert der erste Endblock 743b eine Kammer 900 sowohl auf der Eintritts- als auch auf der Austrittsseite des Endblocks 743b. In der Kammer 900 ist eine Vielzahl von Führungen 905 angeordnet, die eine Vielzahl von Kanälen 925 bilden. Die Führungen 905, die zahlenmäßig größer sind als in , umschließen in diesem Beispiel nicht den Einlass 705b.
Das Kühlmittel 920 tritt unter Druck durch den Einlass 705b in die Eingangskammer 900 ein, wird umgelenkt und fließt wie durch die Pfeile 920 angezeigt. Das Kühlmittel 920 wird von der Rückseite der Kammer 900 in die von den Führungen 905 definierten Kanäle 915 umgeleitet, woraufhin es in die einlaufende Seitenschienenleitung 925 fließt. Nach der Zirkulation durch die erste Seitenschiene 744, den zweiten Endblock 745 und die zweite Seitenschiene 746, die alle in dargestellt sind, kehrt das Kühlmittel 920 zum ersten Endblock 743b zurück. Das Kühlmittel 920 tritt dann durch die Kanäle 930 (nur einer angegeben) in die Ausgangskammer 900 ein, woraufhin es in den Auslass 708b umgeleitet wird.
Zurück zu : Sowohl der erste Endblock 743 als auch der zweite Endblock 745 definieren jeweils eine Vielzahl von Kühlrahmenschlitzen 748, 749. Die Kühlrahmenschlitze 748, 749 und die elektronischen Steckdosen 402 (dargestellt in ) definieren die PCA-Schlitze wie die PCA-Schlitze 120 in . Die ummantelte(n) PCA 400 wird/werden in die in gezeigten elektronischen Buchsen 402 eingesetzt, die im gerahmten Innenraum 741 angeordnet sind, wie oben beschrieben, aber nicht in gezeigt. Dieses Einsetzen umfasst das Einführen der in - gezeigten Laschen 583 in die Kühlrahmenschlitze 748, 749 des Kühlrahmens 740. Dadurch wird ein mechanischer Eingriff und eine thermische Kopplung zwischen der ummantelten PCA 400 und dem Kühlrahmen 740 an diesem Punkt des Einsetzens in die Kühlrahmenschlitze 748, 749 hergestellt. Wenn Wärmeübertragungsvorrichtungen, wie die Wärmeübertragungsvorrichtungen 430 in - , in separate Kühlrahmenschlitze zwischen den ummantelten PCAs 400 und der Struktur der jeweiligen Endblöcke 743, 745 eingesetzt werden, wie in Bezug auf erörtert wird.
Die turbulenzverstärkenden Artefakte bewirken eine erhöhte Turbulenz, die wiederum die Effizienz der Wärmeübertragung in das Kühlmittel erhöht und dadurch die Fläche des Wärmekontakts im Vergleich zur laminaren Strömung verringert, um die gleiche Wärmeübertragung zu erreichen. und zeigen jeweils eine ummantelte PCA 1005 und eine Wärmeübertragungsvorrichtung 1030, die in einen elektronischen Sockel 1002 eingesetzt ist, der an einer ersten Leiterplatte 1001 und einem Kühlrahmensockel 1048 befestigt ist. ist eine geschnittene Seitenansicht eines thermischen Kontaktbereichs _AL zwischen einer Ummantelung oder einer Wärmeübertragungsvorrichtung 1030 und einem Kühlrahmenschlitz 1048, wenn die Leitung eine L-Biegung, aber keine U-Biegung oder Formänderung aufweist. ist eine geschnittene Seitenansicht einer thermischen Kontaktfläche _{AT zwischen einem Mantel} oder einer Wärmeübertragungsvorrichtung 1030 und einem Kühlrahmenschlitz 1048, wenn die Leitung eine L-Biegung, eine U-Biegung und eine Formänderung aufweist. Man beachte den Unterschied in der thermischen Kontaktfläche zwischen den beiden.
zeigt ein weiteres Beispiel, bei dem zwei Kühlrahmen und Wärmeübertragungsbaugruppen Rücken an Rücken angeordnet sind. ist insbesondere eine perspektivische Ansicht (mit einem überlagerten Flussdiagramm) einer doppelten Version des Kühlrahmens 740 von , der in der Lage ist, zwei Bänke von eng beieinander liegenden PCAs zu kühlen. Der Kühlrahmen 1140 umfasst zwei erste Endblöcke 1143a, 1143b und einen Mittelblock 1145. Den Mittelblock 1145 kann man sich im Allgemeinen als zwei miteinander verbundene zweite Endblöcke 1145a, 1145b vorstellen. Man beachte die einzelne Mittelblockleitung 1107 des Kühlmittelflussweges 1150, in dem das Kühlmittel, dessen Fluss durch die Pfeile 1107 dargestellt ist, von beiden Seiten 1140a, 1140b fließt. Jeder der ersten Endblöcke 1143a, 1143b nimmt Kühlmittel durch die jeweiligen ersten Anschlüsse 1142a, 1142b auf und gibt Kühlmittel durch die jeweiligen zweiten Anschlüsse 1147a, 1147b ab.
Der Kühlrahmen 1140 ist an einer ersten Leiterplatte 1101 befestigt. Jede Kühlrahmenseite 1140a, 1140b definiert einen entsprechenden gerahmten Innenraum 1141a, 1141b, wie oben in Bezug auf den Kühlrahmen 140 von beschrieben. Obwohl aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt, ist eine Vielzahl von elektronischen Steckdosen, wie die in gezeigten elektronischen Steckdosen 402, an der ersten Leiterplatte 1101 innerhalb der gerahmten Innenräume 1141a, 1141b angebracht.
Jeder der Endblöcke 1143a, 1143b definiert auch eine entsprechende Vielzahl von Kühlrahmenschlitzen 1149a, 1149b, ebenso wie der Mittelblock 1145, wie oben in Bezug auf den Kühlrahmen 740 in beschrieben. Ummantelte PCAs wie die in gezeigte ummantelte PCA 400 können dann in die Kühlrahmensockel 1149a, 1149b und elektronische Sockel (nicht gezeigt) eingesetzt werden, wo sie im Betrieb wie oben beschrieben gekühlt werden. Es ist zu beachten, dass weder die Endblöcke 1143a, 1143b noch der Mittelblock 1145 Schlitze zum Einsetzen von Wärmeübertragungsvorrichtungen aufweisen. Im Beispiel von werden also keine Wärmeübertragungsvorrichtungen verwendet.
ist eine Draufsicht auf eine Host-Platine 1200 für ein Computersystem mit PCA-Sockelbänken, die mit dem doppelten Kühlrahmen von kompatibel sind. Insbesondere enthält die erste Leiterplatte 1201, die als Host-Platine dient, zusätzlich zum Kühlrahmen 1140 mehrere Reihen von PCA-Sockelreihen 1271 (nur eine angegeben). Man beachte die Sockelanordnungen 1271, die innerhalb der gerahmten Innenräume des Kühlrahmens 1100 angeordnet sind. Außerdem enthält die erste Leiterplatte einen Prozessorsockel 1272, einen Spannungsreglersockel 1273, einen Speichersockel 1274 und einen Erweiterungssockel 1275. Beachten Sie, dass viele dieser Merkmale implementierungsspezifisch sind und dass andere Beispiele andere Strukturen zusätzlich zu den gezeigten oder anstelle von diesen enthalten können.
- zeigen verschiedene Beispiele für eine unterschiedliche Anzahl von ummantelten PCAs und Wärmeübertragungsvorrichtungen. Jeder der Kühlrahmen 1340a, 1340b, 1340c definiert einen entsprechenden Kühlmittelkanal 1350a, 1350b, 1350c, der in gestrichelten Linien dargestellt ist. Die zweiten Endblockkanäle 1370a, 1370b, 1370c sind ebenfalls dargestellt. Die Abschnitte der Kühlmittelkanäle 1350a, 1350b, 1350c, die von den jeweiligen ersten Endblöcken 1343a, 1343b, 1343c definiert werden, können Kammern, Führungen und Kanäle umfassen, wie sie in Bezug auf erörtert wurden, obwohl diese nicht dargestellt sind. Man beachte auch die Vorsprünge 1355 in den Seitenschienen der Kühlrahmen 1340a, 1340b, 1340c, die ebenfalls die Turbulenzen im Kühlmittelstrom verstärken.
ist eine Draufsicht auf einen Kühlrahmen 1340a und einen Wärmeübertragungsmantel 1320 für eine einzelne Hochleistungs-PCA 1310a. Der erste Endblock 1343a definiert einen ersten Kühlrahmenschlitz 1348a und der zweite Endblock 1345a definiert einen zweiten Kühlrahmenschlitz 1349a, in den die PCA 1310a und der Wärmeübertragungsmantel 1320 eingesetzt werden. Dieses Beispiel ist besonders nützlich, wenn eine PCA 1310a viel Strom verbraucht und daher eine relativ große Strommenge erzeugt, die eine spezielle Wärmeübertragungseinheit rechtfertigt. Man beachte das Fehlen einer Wärmeübertragungsvorrichtung angesichts der direkten thermischen Kopplung der ummantelten PCA 1310a.
ist eine Montageansicht eines Kühlrahmens 1340b für eine Reihe von mäßig leistungsstarken, eng beieinander liegenden, ummantelten PCAs 1305b ohne Wärmeübertragungsvorrichtungen von oben. Der erste Endblock 1343b definiert eine Vielzahl von ersten Kühlrahmenschlitzen 1348b (nur einer angezeigt) und der zweite Endblock 1345b definiert eine Vielzahl von zweiten Kühlrahmenschlitzen 1349b (nur einer angezeigt), in die die PCAs 1310b und die Wärmeübertragungsmäntel 1320 eingesetzt werden. Auch hier ist zu beachten, dass keine Wärmeübertragungsvorrichtungen vorhanden sind.
ist eine Draufsicht auf einen Kühlrahmen 1340c und ummantelte PCAs 1305c für eine Reihe von PCAs 1310c mit geringerer Leistung, aber sehr geringem Abstand zueinander. Der erste Endblock 1343c definiert eine Vielzahl von ersten Kühlrahmenschlitzen 1348c (nur einer angezeigt) und der zweite Endblock 1345c definiert eine Vielzahl von zweiten Kühlrahmenschlitzen 1349c (nur einer angezeigt). In diesem Beispiel sind die PCAs 1310c und die Wärmeübertragungsmäntel 1320 nicht in die Kühlrahmenschlitze 1348c, 1349c eingesetzt. Die PCAs 1310c werden nur in die Sockel eingesetzt (nicht dargestellt). Stattdessen werden die Wärmeübertragungsvorrichtungen 1330 wie gezeigt in die Schlitze 1348c, 1349c des Kühlrahmens eingesetzt.
Beachten Sie auch das Vorhandensein der Wärmeübertragungsvorrichtungen 1330 im Beispiel von . Das Einsetzen der Wärmeübertragungsvorrichtungen 1330 in die Schlitze des Kühlrahmens 1353, 1354 (jeweils nur einer) stellt einen physischen Eingriff und eine thermische Kopplung mit den ummantelten PCAs 1305c her. Das Einsetzen stellt auch einen physischen Eingriff und eine thermische Kopplung zwischen den Wärmeübertragungsvorrichtungen 1330 und dem Kühlrahmen 1340c her. Folglich koppelt das Einsetzen die PCAs 1035c thermisch mit dem ersten Endblock 1343c und dem zweiten Endblock 1345c.
Fachleute, die mit dieser Offenbarung vertraut sind, werden noch weitere Variationen in Bezug auf die Anzahl der ummantelten PCAs, die Anzahl der Wärmeübertragungsvorrichtungen und Kombinationen davon erkennen, mit denen die hierin beschriebenen Kühlrahmen eingesetzt werden können. Diese Anzahlen und Konfigurationen sind implementierungsspezifisch und hängen von der Wärmemenge ab, die von den ummantelten PCAs erzeugt wird, sowie von den konstruktiven Beschränkungen für die Abschwächung oder Ableitung dieser Wärme. Dementsprechend sind verschiedene Beispiele des nachstehend beanspruchten Gegenstands weder auf die Anzahl der in den dargestellten Beispielen gezeigten ummantelten PCAs und Wärmeübertragungsvorrichtungen noch auf die gezeigten Konfigurationen beschränkt.
Bei verschiedenen Beispielen kann die Konstruktion der Wärmeübertragungsvorrichtung variiert werden, wenn Wärmeübertragungsvorrichtungen verwendet werden. Wärmespreizer, die zwischen ummantelten PCAS angeordnet sind, können sowohl thermische als auch mechanische Funktionen erfüllen. Thermisch verteilen sie die Wärme, die von benachbarten PCA-Komponenten durch die Wärmeübertragungsmäntel abgegeben wird. Mechanisch drücken sie die Federn der Wärmeübertragungsmäntel gegen die PCA-Komponenten.
Der Sockelabstand auf der Hauptplatine in Verbindung mit der PCA-Substratdicke und den Positionen und Höhen der PCA-Komponenten stellt eine Obergrenze für die Dicke des Wärmespreizers dar (siehe z. B. die Diskussion von ). Diese Obergrenze kann je nach Position über die Länge und Breite des Wärmeverteilers variieren. Gleichzeitig wird der Bereich der verwendbaren Wärmespreizermaterialien durch die Wärmemenge eingeschränkt, die bei der begrenzten Dicke abgeführt werden muss. Schließlich muss der Wärmespreizer ausreichend steif sein, um die Kompression der lebenden Federn über eine Nutzungsdauer von Jahren aufrechtzuerhalten, ohne sich zu verformen; dies kann eine untere Grenze für die Dicke bedeuten.
ist eine Seitenansicht der Wärmeübertragungsvorrichtung 1430 von . Bei der Wärmeübertragungsvorrichtung 1430 handelt es sich in diesem Beispiel um einen Wärmespreizer. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 1430 enthält einen Ausschnitt oder eine Aussparung 1431 zur Anpassung an die Konturen bestimmter elektronischer Komponenten (nicht dargestellt) der ummantelten PCA (ebenfalls nicht dargestellt), mit der die Wärmeübertragungsvorrichtung 1430 physisch in Eingriff gebracht und thermisch gekoppelt werden soll. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 1430 umfasst auch eine Endverjüngung 1432 und eine Endlasche 1433, mit denen die Wärmeübertragungsvorrichtung 1430 in die Kühlrahmenschlitze (nicht dargestellt) des Kühlrahmens (ebenfalls nicht dargestellt) eingreift.
ist eine Schnittansicht durch den Abschnitt D-D von für ein Beispiel einer Wärmeübertragungsvorrichtung 1430b, die ein massiver Wärmeverteiler ist. Insbesondere handelt es sich bei der Wärmeübertragungsvorrichtung 1430 um einen massiven Wärmeverteiler und noch spezieller um ein massives Kupferbeispiel des Wärmeverteilers aus . Es ist zu beachten, dass nur ein Teil der Wärmeübertragungsvorrichtung 1430b dargestellt ist. Die Wärmeübertragungsvorrichtung 1430b hat einen massiven Körper mit einer Dicke von T_T in der Endlasche 1433 und der Endverjüngung 1432 (nicht dargestellt) und einer Dicke von T_B dazwischen.
Die Gehäusedicke T_B, die ausreichend Wärme ableitet und genügend Steifigkeit für eine zuverlässige gleichmäßige Federbelastung bietet, kann 2-5 mm betragen, z. B. 3,5 mm. In einigen Beispielen kann dies zu breit sein, um zwischen hohe Komponenten auf benachbarten ummantelten PCAs zu passen. Wenn nur ein begrenzter Bereich auf der PCA (z. B. weniger als 50% oder weniger als 25%) von hohen Komponenten eingenommen wird, können die engsten Räume durch Aussparungen (wie Ausschnitt oder Aussparung 1431 in ) oder Abstufungen (wie Endlasche 1433) angepasst werden, so dass die Gesamtwärmeableitung und Steifigkeit nur minimal beeinträchtigt werden.
Die Dicke der Lasche T_T kann beispielsweise nur 0,1-0,2 mm betragen, aber nur einen kleinen Teil der Gesamtfläche des Wärmeverteilers ausmachen. Zusätzlich oder alternativ kann die Aussparung oder Lasche in der Nähe des Kühlrahmenschlitzes angeordnet sein, wo ihre Steifigkeit durch die Schlitzwände verstärkt wird und jeglicher Wärmestau durch die durch den Kühlblock fließende Flüssigkeit abgeleitet wird. Wenn jedoch die erwünschten Aussparungen oder Laschen einen zu großen Teil der Fläche des Wärmeverteilers ausmachen oder sich an einer für den Wärmestau ungünstigen Stelle befinden, kann ein Material mit höherer Leitfähigkeit (oder eine komplexere Struktur wie eine Dampfkammer) die gewünschte Wärmeableitung und Steifigkeit mit einer geringeren Körperdicke T_B bieten.
ist eine Schnittansicht durch den Schnitt D-D eines hohlen Beispiels des Wärmeverteilers von . In diesem Beispiel definiert der Körper der Wärmeübertragungsvorrichtung 1430c zwischen der Endlasche 1433 und dem Endkonus (nicht dargestellt) eine Lufttasche oder einen Raum 1436. Die Lufttasche 1435 ist durch den Boden der Wärmeübertragungsvorrichtung 1430c zur Umgebungsatmosphäre hin offen.
Da der hohle Innenraum 1436 aus Luft, Gas oder einem Vakuum und nicht aus einem stark wärmeleitenden Material besteht, wiegt er weniger als der massive Wärmeverteiler von . Der hohle Wärmeverteiler kann auch weniger kosten als sein massives Gegenstück, wenn die Herstellungskosten des hohlen Beispiels die Materialeinsparungen nicht vollständig ausgleichen. Die Dicke _TW,H der Wände, die den hohlen Innenraum 1436 umgeben, ist vorzugsweise ausreichend, um die erforderliche Steifigkeit und Wärmeableitung zu gewährleisten.
ist eine Schnittansicht (durch den Abschnitt D-D von ) eines Beispiels einer Wärmeübertragungsvorrichtung 1430d, die ein Wärmeverteiler für die Verdampferkammer ist. In diesem Beispiel fungiert die Verdampferkammer als abgeflachtes Wärmerohr. Insbesondere zwischen der Endverjüngung (nicht dargestellt) und der Endlasche 1433 definiert der Körper der Wärmeübertragungsvorrichtung 1430d eine Dampfkammer mit einem Dampfkern 1437 und einer Dochtschicht 1438. Die Dampfkammer ist umschlossen und von der Umgebungsatmosphäre isoliert.
Der Dampfkern 1437, der sich optional bis in dünnere Bereiche wie die Lasche erstrecken kann, ist mit einem thermischen Phasenwechselmaterial gefüllt und mit einer sehr dünnen (<0,2 mm) Dochtschicht 1438 ausgekleidet. Das Phasenwechselmaterial wird an der „heißen Schnittstelle“ (thermischer Kontaktbereich zwischen dem Mantel und dem Wärmeverteiler, Bereich 535 in ) zu einem Gas. Das Gas dehnt sich aus und strömt durch den Kern 1437 zur „kalten Schnittstelle“ (thermischer Kontaktbereich zwischen dem Kühlrahmen und dem Wärmeverteiler, Bereich A_L in oder Bereich A_T in ). Dort kondensiert es wieder zu einer Flüssigkeit und strömt entlang der Dochtschicht 1438 zurück zur heißen Grenzfläche.
Die effektive Wärmeleitfähigkeit einer Dampfkammer hängt zum Teil von ihren Abmessungen ab, kann aber bei ähnlichen Größen wie bei den hier beschriebenen Wärmespreizern 10 kW/m/K erreichen oder überschreiten. Im Gegensatz dazu beträgt die Wärmeleitfähigkeit der Kupferwände 0,3-0,4 kW/m/K; daher übernimmt das Phasenwechselmaterial im Kern 1437 den größten Teil der Wärmeableitung. Die Kupferwände müssen nur eine ausreichende Steifigkeit für die Belastung der lebenden Federn in den benachbarten Wärmeübertragungsmänteln bieten. Die Dicke T_W,V der Kupferwände, die den Dampfkammerkern 1437 umgeben, kann 0,4-0,6 mm betragen, z.B. 0,5 mm.
Die drei in dargestellten Wärmespreizer wurden in einem thermischen Modell für ein Temperiersystem für dicht gepackte PCAs verglichen. 14B-14D wurden in einem thermischen Modell eines Temperaturkontrollsystems für eine Anordnung dicht gepackter PCA verglichen. Das System umfasste einen Kühlrahmen und ummantelte PCAs sowie die Wärmespreizer. Bei den modellierten Wärmespreizern war das Wandmaterial Kupfer, die Körperdicke _TB betrug 3,5 mm und die Dicke der Laschen T_T 0,15 mm.
Fachleute, die mit dieser Offenbarung vertraut sind, werden verstehen, dass noch andere Varianten der Wärmeübertragungsvorrichtung des beanspruchten Gegenstands zusätzlich zu den hier dargestellten realisiert werden können. Darüber hinaus ist die Wahl zwischen den Varianten implementierungsspezifisch und hängt von der Wärmemenge ab, die von den ummantelten PCAs erzeugt wird, sowie von den konstruktiven Beschränkungen für die Abschwächung oder Ableitung dieser Wärme. Andere Zwänge wie Leistung, Kosten, Herstellbarkeit usw. können die Wahl ebenfalls beeinflussen.
sind Datendiagramme von thermischen Modellergebnissen für das Kühlsystem von mit den drei alternativen Wärmeübertragungsvorrichtungen der in einem bestimmten Beispiel. Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei den dargestellten Beispielen um mit DIMMs bestückte Speicherkarten. Jedes der Datendiagramme zeigt den DIMM-Stromverbrauch im Vergleich zur DIMM-Betriebswärmegrenze. Die Punkte 1563A, 1563B und 1563C stellen Entwurfsarbeitspunkte dar. Die Bereiche 1561A, 1561B und 1561C sind die Betriebsbereiche, in denen sich der Betrieb dem Grenzwert nähert, um innerhalb der Spezifikation zu bleiben. Die Bereiche 1562A, 1562B und 1562C sind die Bereiche, in denen der Betrieb den Grenzwert überschreitet, um innerhalb der Spezifikation zu bleiben.
Damit ist die detaillierte Beschreibung abgeschlossen. Die oben genannten Beispiele dienen nur der Veranschaulichung, da die hier offengelegte Technik auf unterschiedliche, aber gleichwertige Weise modifiziert und praktiziert werden kann, wie es dem Fachmann, der die hierin enthaltenen Lehren kennt, einleuchtet. Darüber hinaus sind keine Einschränkungen der hier gezeigten Konstruktions- oder Ausführungsdetails beabsichtigt, die nicht in den nachstehenden Ansprüchen beschrieben sind. Es ist daher offensichtlich, dass die oben offenbarten Beispiele abgeändert oder modifiziert werden können, und alle derartigen Variationen werden im Rahmen und Geist der beigefügten Ansprüche betrachtet. Dementsprechend ist der hier angestrebte Schutz wie in den nachstehenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Eine Wärmeübertragungsanordnung, bestehend aus: einen Thermotransfermantel; und einen Kühlrahmen, mit dem der Wärmeübertragungsmantel mechanisch in Eingriff steht und mit dem der Wärmeübertragungsmantel thermisch gekoppelt ist, wobei der Kühlrahmen Folgendes definiert: einen inneren umrahmten Raum, in dem mindestens ein Teil des Wärmeübertragungsmantels angeordnet ist, und einen Kühlmittelkanal mit mindestens einem turbulenzverstärkenden Artefakt zur absichtlichen Verstärkung einer Turbulenz in einem Flüssigkeitsstrom durch den Kühlmittelkanal.
Die Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Kühlmittelkanal umfasst: einen Einlass mit kreisförmigem Querschnitt; einen Auslass mit kreisförmigem Querschnitt; und einen Abschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass, der einen ovalen Querschnitt aufweist.
Die Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 2, wobei: der Abschnitt des Kühlmittelkanals zwischen dem Einlass und dem Auslass das mindestens eine turbulenzverstärkende Artefakt des Kühlmittelkanals enthält; und das mindestens eine turbulenzverbessernde Artefakt umfasst außerdem Krümmungen und Formänderungen, um die Turbulenz des Flüssigkeitsstroms durch den Kühlmittelkanal weiter zu verbessern.
Die Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 2, wobei der Abschnitt des Kühlmittelkanals zwischen dem Einlass und dem Auslass umfasst: einen mit dem Einlass strömungsmäßig verbundenen Kanal für den einlaufenden Endblock; einen mit dem Auslass strömungsmäßig verbundenen Endblockkanal; einen zweiten Endblockkanal; einen einlaufenden Seitenschienenkanal, der mit dem einlaufenden Endblockkanal und dem zweiten Blockkanal in Fluidverbindung steht; und einen nach außen gerichteten Seitenschienenkanal, der mit dem zweiten Endblockkanal und dem nach außen gerichteten Endblockkanal durchgängig ist.
Die Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Wärmeübertragungsmantel umfasst: eine erste Abdeckung, die ein erstes Paar von Laschen aufweist, mit denen der Wärmeübertragungsmantel mechanisch in Eingriff steht und thermisch mit dem Kühlrahmen verbunden ist; eine zweite Abdeckung, die der ersten Abdeckung gegenüberliegt und mechanisch mit ihr in Eingriff steht und ein zweites Paar von Laschen definiert, mit denen der Wärmeübertragungsmantel mechanisch in Eingriff steht und thermisch mit dem Kühlrahmen gekoppelt ist; und eine erste lebende Feder, die fest mit dem ersten Deckel verbunden ist.
Die Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 5, wobei der Wärmeübertragungsmantel außerdem eine zweite lebende Feder enthält, die in die zweite Abdeckung integriert ist.
Die Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 1, die ferner eine Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst, die thermisch mit dem Wärmeübertragungsmantel und dem Kühlrahmen verbunden ist.
Die Wärmeübertragungsanordnung nach Anspruch 7, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung ein Wärmeverteiler ist.
Eine Computer-Unterbaugruppe, die Folgendes umfasst: eine gedruckte Schaltungsanordnung, einschließlich: eine gedruckte Schaltung; und eine Vielzahl von elektronischen Komponenten, die auf der Leiterplatte montiert sind; eine Thermotransfereinheit, umfassend: einen Thermotransfermantel, der die gedruckte Schaltungsanordnung umgibt und mechanisch mit ihr in Eingriff steht und thermisch mit der gedruckten Schaltungsanordnung verbunden ist; und einen Kühlrahmen, mit dem der Wärmeübertragungsmantel mechanisch in Eingriff steht und mit dem der Wärmeübertragungsmantel und die gedruckte Schaltungsanordnung thermisch gekoppelt sind, wobei der Kühlrahmen Folgendes definiert einen inneren umrahmten Raum, in dem mindestens ein Teil des Wärmeübertragungsmantels angeordnet ist; und einen Kühlmittelkanal mit mindestens einem turbulenzverstärkenden Artefakt, um absichtlich eine Turbulenz in einen Flüssigkeitsstrom durch den Kühlmittelkanal einzubringen.
Die Computer-Unterbaugruppe nach Anspruch 9, wobei die gedruckte Schaltungsbaugruppe eine Speicherplatte ist.
Die Computer-Unterbaugruppe nach Anspruch 9, wobei die elektronischen Komponenten eine Vielzahl von Dual In-line-Speichermodulen („DIMMs“) umfassen.
Die Computer-Unterbaugruppe nach Anspruch 9, wobei der Kühlmittelkanal umfasst: einen Einlass mit kreisförmigem Querschnitt; einen Auslass mit kreisförmigem Querschnitt; und einen Abschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass, der einen ovalen Querschnitt aufweist.
Die Computer-Unterbaugruppe nach Anspruch 12, wobei: der Teil umfasst die turbulenzverstärkenden Artefakte des Kühlmittelkanals; und die turbulenzverstärkenden Artefakte umfassen Krümmungen und Formveränderungen, um die Turbulenz einer durch den Kühlmittelkanal fließenden Flüssigkeit zu verstärken.
Die Computer-Unterbaugruppe nach Anspruch 9, wobei der Wärmeübertragungsmantel umfasst: eine erste Abdeckung, die erste Abdeckung: die ein erstes Paar von Laschen bilden, mit denen der Wärmeübertragungsmantel mechanisch in Eingriff steht und thermisch mit dem Kühlrahmen verbunden ist; thermische Kopplung der gedruckten Schaltungsanordnung mit dem Kühlrahmen; und die mindestens einen ersten Teil einer ersten Seite der gedruckten Schaltung abdeckt; eine zweite Abdeckung, die der ersten Abdeckung gegenüberliegt und mechanisch mit ihr verbunden ist, und: die ein zweites Paar von Laschen bilden, mit denen der Wärmeübertragungsmantel mechanisch in Eingriff steht und thermisch mit dem Kühlrahmen verbunden ist; thermische Kopplung der gedruckten Schaltungsanordnung mit dem Kühlrahmen; und die mindestens einen zweiten Teil einer zweiten Seite der gedruckten Schaltung abdeckt; und eine erste lebende Feder, die in die erste Abdeckung integriert ist, wobei die erste lebende Feder durch den Eingriff der ersten Abdeckung und der zweiten Abdeckung gegen eine erste Komponente der Vielzahl von elektronischen Komponenten, die an der gedruckten Schaltungsanordnung angebracht sind, zusammengedrückt wird, um die erste Abdeckung mechanisch mit der gedruckten Schaltungsanordnung in Eingriff zu bringen: den Thermotransfermantel mechanisch mit der gedruckten Schaltungsanordnung in Eingriff zu bringen; und die gedruckte Schaltung mit dem Wärmeübertragungsmantel und dem Kühlrahmen thermisch verbinden.
Die Computer-Unterbaugruppe nach Anspruch 9, die ferner eine Wärmeübertragungsvorrichtung umfasst, die thermisch mit dem Wärmeübertragungsmantel und dem Kühlrahmen verbunden ist.
Die Computer-Unterbaugruppe nach Anspruch 15, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung durch mechanischen Eingriff thermisch mit dem Wärmeübertragungsmantel gekoppelt ist.
Die Computer-Unterbaugruppe nach Anspruch 15, wobei die Wärmeübertragungsvorrichtung ein Wärmeverteiler ist.
Ein Rechensystem, das Folgendes umfasst: eine erste gedruckte Schaltungsplatte; und eine Rechenunterbaugruppe mit: einen Kühlungsrahmen, der an der ersten Leiterplatte angebracht ist und Folgendes umfasst: einen innen eingerahmten Raum; und einen Kühlmittelkanal mit turbulenzverstärkenden Artefakten, um absichtlich Turbulenzen in einen Flüssigkeitsstrom durch den Kühlmittelkanal einzuführen; eine Vielzahl von ummantelten gedruckten Schaltungsanordnungen, wobei jede ummantelte gedruckte Anordnung besteht: zumindest teilweise in dem gerahmten Innenraum angeordnet; mechanisch und elektrisch mit der ersten gedruckten Leiterplatte innerhalb des inneren umrahmten Raums verbunden ist; und thermisch mit dem Kühlmittelkanal gekoppelt.
Das Rechensystem nach Anspruch 18, wobei der Kühlmittelkanal umfasst: einen Einlass mit kreisförmigem Querschnitt; einen Auslass mit kreisförmigem Querschnitt; und einen Abschnitt zwischen dem Einlass und dem Auslass, der einen ovalen Querschnitt aufweist.
Das Rechensystem nach Anspruch 19, wobei: der Teil umfasst die turbulenzverstärkenden Artefakte des Kühlmittelkanals; und die turbulenzverstärkenden Artefakte umfassen Krümmungen und Formveränderungen, um die Turbulenz einer durch den Kühlmittelkanal fließenden Flüssigkeit zu verstärken.