JP2012521657A - グリッドヒートシンク - Google Patents

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Abstract

グリッドヒートシンク(400)であって、
ベース(420)と、複数の交差するフィン(410,415)と、該交差するフィンにより形成された複数のチャネル(405)とを含むグリッドヒートシンク(400)。該複数のチャネル(405)の各々が、該グリッドヒートシンク(400)の入力側で冷却用空気(1605)を受容して、該冷却用空気(1605)を該グリッドヒートシンク(400)の出力側の出口へ導く。
【選択図】図４

Description

電子部品が動作する際には、該電子部品内の電子の流れによって熱が生じる。この熱が除去されないと、電子部品が過熱し、該電子部品に対する誤動作または損傷が生じることになる。この電子部品により生成される熱は、多数の方法で消散させることができ、かかる方法には、熱を吸収し直接的な空気対流を介して該熱を消散させるヒートシンクを使用することが含まれる。
集積回路の設計及び作製技術の改善により、ICの製造業者は、ますます高速で動作し、及びますます多数の演算を実行する、より小さいICデバイス及びその他の電子部品を製造することが可能となった。電子部品の動作速度が高まると、かかる電子部品により生成される熱も増大する。更に、コンピュータ部品は、一層密にパッケージングされつつある。これら要因は、これら電子部品からの熱の除去における熱及び体積効率が一層高いヒートシンクが所望される原因となっている。
本書で説明する原理の一実施形態による例示的なヒートシンクの斜視図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的なヒートシンクの斜視図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的な冷却システムの概略図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的な冷却システムの概略図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的なグリッドヒートシンクの斜視図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的なフィンヒートシンク内の温度分布の例示的な概略図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的なグリッドヒートシンク内の温度分布の例示的な概略図である。 本書で説明する原理の一実施形態による、空気流量の関数としての熱除去の例示的なグラフである。 空気流量の関数としてのヒートシンク表面温度と空気出口温度との間の差の例示的なグラフである。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的なグリッドヒートシンクの正面図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的なグリッドヒートシンクの正面図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的なグリッドヒートシンクの正面図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的なグリッドヒートシンクの断面図である。 本書で説明する原理の例示的な一実施形態による例示的なグリッドヒートシンクの正面図である。 本書で説明する原理の一実施形態による例示的なグリッドヒートシンクの正面図である。 本書で説明する原理の一実施形態による、熱伝導性材料の連続的なシートからグリッドヒートシンクを形成する例示的なステップを示している。 本書で説明する原理の一実施形態による、熱伝導性材料の連続的なシートからグリッドヒートシンクを形成する例示的なステップを示している。 本書で説明する原理の一実施形態による、熱伝導性材料の連続的なシートからグリッドヒートシンクを形成する例示的なステップを示している。 本書で説明する原理の一実施形態による、熱伝導性材料の連続的なシートからグリッドヒートシンクを形成する例示的なステップを示している。 本書で説明する原理の一実施形態による、熱伝導性材料の連続的なシートを用いて形成された例示的なグリッドヒートシンクの断面図である。 本書で説明する原理の一実施形態による、熱伝導性材料の連続的なシートを用いて形成された例示的なグリッドヒートシンクの断面図である。 本書で説明する原理の一実施形態によるグリッドヒートシンクを含む例示的な冷却システムの概略図である。 本書で説明する原理の一実施形態によるグリッドヒートシンクを含む例示的な冷却システムの概略図である。 本書で説明する原理の一実施形態によるブレードサーバ内に組み込まれた例示的な冷却システムの概略図である。 本書で説明する原理の一実施形態による多数のブレードサーバを収容する例示的なコンピュータラックの概略図である。
添付図面は、本書で説明する原理の様々な実施形態を示しており、本明細書の一部をなすものである。図示の実施形態は、単なる例示であり、特許請求の範囲を限定するものではない。全図を通して、同一の符号は同様の（必ずしも同一ではない）構成要素を示している。
電子部品が動作するとき、該電子部品内の電子の流れによって熱が生じる。この熱が除去されないと、該電子部品が過熱し、該電子部品に対する誤動作または損傷が生じることになる。この電子部品により生成される熱は、多数の方法で消散させることができ、かかる方法には、熱を吸収し直接的な空気対流を介して該熱を消散させるヒートシンクを使用することが含まれる。
集積回路の設計及び作製技術の改善により、ICの製造業者は、ますます高速で動作し、及びますます多数の演算を実行する、より小さいICデバイス及びその他の電子部品を製造することが可能となった。電子部品の動作速度が高まると、かかる電子部品により生成される熱も増大する。
更に、コンピュータ部品は、一層密にパッケージングされつつあり、これは、熱除去システムの一層高い熱及び体積効率を要求するものとなり得る。例えば、最近のモデム電子装置のサイズが縮小し機能が増大した結果として、熱除去システムのための容積が非常に大きく制限されることになり得る。ブレードサーバ等のコンピューティングアーキテクチャによっては、これらの容積の制限されたコンピューティング装置が互いに近接して配置される場合がある。
以下の説明では、説明のため、本システム及び方法の完全な理解を提供すべく、様々な特定の細部について説明する。しかし、かかる特定の細部がなくとも本装置、システム、及び方法を実施することが可能であることは、当業者にとって明らかであろう。明細書における「一実施形態」、「一例」、またはそれらと同様の言葉に言及した場合、これは、かかる一実施形態または一例に関して説明した特定の特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれるが、必ずしも他の実施形態に含まれるとは限らない、ということを意味している。明細書中の様々な個所で「一実施形態では」なる表現またはそれに類似した表現を用いる場合、それは必ずしも全てが同じ実施形態を示すとは限らない。
図１は、嘉保に位置するコンピュータチップ(115)と熱的に接触する例示的なヒートシンク(100)の斜視図である。該ヒートシンク(100)は、ベース(110)及び複数の垂直フィン(105)を含む。空気は、該垂直フィン(105)を通過して該ヒートシンク(100)から熱を除去する。空気は、自然対流または強制対流によって移動することが可能である。自然対流は、熱気の浮力を利用して過熱された空気をフィンから離れるよう上昇させ、その交換としてヒートシンク内に冷気を引き込む。強制対流冷却システムでは、ファンその他の装置が、フィンを通過する差圧または移動する空気流を生成する。自然対流システムは典型的には、強制対流冷却システムよりも遙かに低い冷却能力を有する。
図２は、空気流(200)が通過するヒートシンク(100)の例示的な概略図である。例示的な一実施形態によれば、ヒートシンク(100)は、厚さ「ｄ」を有するベース(110)を含む。該ヒートシンク(100)は、複数の垂直フィン(105)並びに全幅「ｂ」及び長さ「Ｌ」を有する。空気流(200)は、前記ベースの平面と平行な複数のフィン(105)を通過する。
図３Ａは、ファン(305)を含む強制空気冷却システムの例示的な概略図である。チップ(115)からの熱は、該熱を垂直フィン(105)へと分配するベース(110)内へと伝達される。該ファン(305)は、衝突冷却と呼ばれるプロセスで垂直フィン(105)内に気流を直接送り込むことが可能である。代替的に、ファン(305)は、複数のフィン間の空気を除去して該空気をファンの上部へ送出することにより吸引を生じさせることが可能である。吸引冷却システムは、ファンまたは送風ファンにより生成することができる圧力差の量に固有の限界があるものである。
図３Ｂは、ファン(305)による衝突冷却の例示的な概略図である。冷却用空気(310)は、ファン(305)の上方からヒートシンク(100)内へと強制的に送られる。この構成では、多数の非効率性が生じ得る。第１に、ヒートシンク表面上の空気の分布が均一でない。例えば、ファンの羽根の速度は、該ファンの周辺部で最高である。その結果として、該ファンの周辺部に一層高い圧力及び気流が生じる。該ファンの中心では、より低速の気流が生じる。該気流は、該ファンの下方で再循環する。その結果、該ヒートシンクの中心が効率的に冷却されないことになる。
更に、加熱された空気が再循環し得る。例えば、ヒートシンクからの空気は、上方へ逃げ、ファン(305)のハウジングに沿って回り込んで該ファン(305)内に再び吸い込まれる可能性がある。この再循環は、該ファンを収容する高いダクトを配設することにより回避することが可能である。しかし、高いダクトは、既に背の高い冷却アセンブリを更に高くするものとなる。更に、加熱された空気が再循環されない場合であっても、ヒートシンクを時期尚早に出る空気は、その全容量に対して利用されず、所与の空気流量についてのヒートシンクの全体的な冷却効率を低下させるものとなる。
ヒートシンクにより提供される冷却量は、複数の要因によって決まる。これらの要因には、冷却用空気とヒートシンク表面との間の温度差、ヒートシンクに強制的に送られる空気の体積、及びヒートシンクの表面積が含まれる。
図４は、グリッドヒートシンク(400)の例示的な一実施形態の斜視図であり、これは、同様の大きさを有するフィンヒートシンク(300)よりも遙かに大きな表面積を有する。該例示的な一実施形態によれば、グリッドヒートシンク(400)は、多数の垂直フィン(410)を有するベース(420)を含む。水平フィン(415)は、垂直フィン(410)と交差して、多数のチャネル(405)を有するグリッドを形成する。該チャネルは、様々な形状を有することが可能なものであり、例えば（これらには限定されないが）正方形、矩形、六角形、又はその他の形状を有することが可能である。実施形態によっては、前記チャネルは、ヒートシンクを貫通し、及びほぼ一定の断面を維持することが可能である。他の例示的な実施形態では、チャネル(405)の断面は、チャネルによって異なることが可能であり、又は個々のチャネルの長さ方向に沿って変化することが可能である。
図５Ａは、フィンヒートシンク(100)の断面図であり、各フィン間の空間内の温度分布(500)を示している。説明のため、該フィンヒートシンク(100)の一区画のみを示し、垂直フィン(105)が水平になるように図全体が回転されている。該温度分布は、３つの区画を有しており、第１の区画Tmは、熱伝導性のベース(110)を通る温度を表している。表面温度Tsは、所与の点におけるヒートシンクの表面の温度を表している。T(x)は、フィン(105)間の空間を通る温度分布を表している。
熱流束Qは、下方に位置するチップからベース内へと移動する。これによりベース(110)の温度が上昇する。図５Ａに示すように、熱流束が熱伝導性の比較的高いベース材料を通過して移動する際、温度分布Tmの僅かな低下が存在する。気流は、表面温度(Ts)のヒートシンク(100)の表面に作用する。気流を通る温度分布T(x)は、該分布の長さ方向に沿った下降として示されている。温度分布T(x)を生成するために使用される測定部位は、ヒートシンク区画の中心線(505)に沿ったものである。該温度分布の高さは、該温度分布を通る相対的な温度差を示すべく中心線(505)の上下に位置している。理想的には、空気温度は、表面温度Tsと等しくなる。その結果として、下方に位置するチップから熱を除去する際のヒートシンクの熱効率が高くなる。層流の場合、ヒートシンクの表面の近くを移動する空気層は表面温度Tsに近くなり、一方、該表面から一層多くにある空気層はそれよりも遙かに低い温度となる。空気流量が高い場合には、乱流が発生する可能性がある。乱流では、遙かに高い量の混合が発生し、その結果として、一層均一な温度分布とヒートシンクからの一層高効率の熱の移動が生じることになる。
図５Ｂは、グリッドヒートシンク(400)の例示的な一部の概略図である。既述のように、温度フラックスQは、ベース(420)に入り、一次フィン(410)で上方に伝導されて、交差フィン(415)に入る。空気流量がグリッドヒートシンク(400)を通過する際に、一定の温度分布が形成される。該温度は、中心線(510)に沿って測定される。ベース(420)の厚さdを通って温度の僅かな下降が存在する。交差フィン(415)により提供される更なる表面積により、特徴的な寸法a及び追加の表面積を有するチャネル(405)が生成される。温度分布T(x)は、あまり激しくない下降を示し、チップから熱を除去する際に高い熱効率を生成するものとなる。これは、冷却用空気の加熱が一層均一なものとなるからである。更に、包囲されたチャネルは、空気の時期尚早な脱出並びに気流の再循環の問題を防止する。
該グリッドヒートシンクは、同じサイズのヒートシンク及び同じ空気流量で遙かに大量の熱除去を可能とし、又は一層小さな冷却剤流で同じ熱除去を可能とする。その結果として、システムによってはグリッドヒートシンクを一層小さくすることにより該システムの全体的な体積を縮小させることが可能となる。追加的に又は代替的に、この増大した伝熱能力は、熱を生成する部品の動作温度を下げることを可能にする。様々なヒートシンクの空気流量の関数としての熱除去は、数１を使用してその概算を行うことができる。
Figure 2012521657
ここで：
W = システムから除去された熱（ワット）
j = システムを流れる空気の体積流量
v = 空気の速度
ρ = 空気の密度
C = 空気の比熱
μ = 空気のニュートン粘性
b = ヒートシンクの幅
L = ヒートシンクの長さ
d = ヒートシンクのベースの厚さ
a = チャネルの寸法
θ = 空気の出口温度
T = ヒートシンクの表面温度
m = 2 (フィン冷却システムの場合) 及び m ≒ 4 (グリッドシステムの場合)
図６Ａは、数１により算出されたフィンシステム及びグリッドシステムについての除去された熱の例示的なグラフである。その垂直軸は、冷却用空気の通過によりヒートシンクから除去された熱を単位ワットで表したものである。その水平軸は、ヒートシンクを通る空気流量をm3/secで表したものである。波線は、グリッドシステムで除去された熱を表し、一点鎖線は、フィンシステムから除去された熱を表している。該グラフから分かるように、グリッドシステムは、それと同程度のサイズ及び質量を有するフィンシステムよりも大幅に多くの熱を除去する。例えば、0.0075m3/secの空気流量では、フィンシステムは約45ワットの熱を除去した。グリッドシステムは、約85ワットの熱を除去した。
ヒートシンクの熱効率の測度は、空気の出口温度（θ）とヒートシンクの表面温度（T）との差である。理想的には、出口温度（θ）はヒートシンクの表面温度（T）と等しくなる。空気の出口温度がヒートシンクの表面温度と等しい場合、該空気は可能な限りの熱を全て吸収したことになる。このレベルの熱効率を達成するのは実際的でないことが多い。その理由は、ヒートシンクのサイズが無限に大きくなるからである。しかし、同様のサイズの２つのヒートシンクを比較する場合、熱効率は、ヒートシンク設計の効率の測度を提供することができる。
出口温度（θ）とヒートシンクの表面温度（T）との差（ΔT）は、以下に示す数２を使用してその概算を行うことができる。
Figure 2012521657
図６Ｂは、同等のサイズのグリッドシステム及びフィンシステムについての数２の結果の例示的なグラフを示している。その水平軸は、それらヒートシンクを通る空気流量をm3/secで表したものである。その垂直軸に沿って温度差が℃で示されており、該垂直軸の底部に低い方の温度差が示され、高い方の温度差は該垂直軸上で比例的に高く示されている。
グリッドシステムの出口空気とヒートシンク表面との間の温度差は波線で示されている。フィンシステムについての温度差は一点鎖線として示されている。該グラフの曲線から分かるように、該温度差は、体積流量が高くなるほど小さくなる。高速流における増大した乱流を含めて、この結果を生じさせることができる複数の要因が存在する。一般に乱流は、規則正しい流れよりも、表面からその外部へと熱を伝搬する効率が一層高いものとなる。その結果、乱流が増大すると、ヒートシンクの効率を増大させることができる。
グリッドシステムは、図６Ｂに示す全ての流量についてフィンシステムよりも低い温度差を有する。例えば、流量0.0075m3/secで、フィンシステムの場合の温度差は約6.5℃であり、グリッドシステムの場合の温度差は約3℃である。その結果として、ヒートシンクを通る所与の空気流量について、グリッドシステムは、熱を除去する際にフィンシステムよりも一層効率の高いものとなることができる。
グリッドヒートシンクは、様々な構成及び形状を有することが可能である。図７は、下方に位置するチップ(725)と熱的に接触しているグリッドヒートシンク(700)を示している。該グリッドヒートシンク(700)は、様々な垂直フィン(710)へ熱を分配するベース(720)を含む。これらの一次垂直フィン(710)は、上方に位置する構造に対する伝導経路として働くものである。例示的な一実施形態によれば、複数の交差フィン(715)が、一次垂直フィン(710)と交差して、ヒートシンク(700)のための追加の表面積及び構造的支持を提供する。上述したように、交差するフィンによって多数のチャネル(730)が形成される。該チャネルを通して気流が送られてヒートシンク(700)及びその下方に位置するチップ(725)の所望の冷却が提供される。これらのチャネルは、ヒートシンク(700)の長さにわたって実質的に一様の断面を有することが可能である。追加的に又は代替的に、表面の粗さやチャネル断面のオフセットといった様々な混乱がチャネル内に存在することが可能である。これら障害物は、該障害物への気流の直接的な衝突により更なる集中的な冷却を生じさせることが可能なものであり、又は熱伝達を改善すべくチャネル内に更なる乱流を生成する働きをすることが可能なものである。実施形態によっては、チャネルの断面は、気流の拡張を可能にすべく出口に向かって増大させることが可能である。拡張していく気流の体積及び温度は、該気流の体積が拡張した結果として該気流内の温度が低下することになるように物理的に関係するものとなる。結果的に、チャネルの断面の変更は、空気の温度を調節するために使用することが可能である。
図８は、テーパー付き一次フィン(810)を有する例示的なヒートシンク(800)の概略図である。上述したように、一次フィン(810)は、該構造の残りの部分で消散される熱の大部分のための伝導経路として働く。該一次フィン(810)の基部を、大量の熱流束が存在するベースにおいて一層厚くすることにより、ヒートシンク温度を一層均一にすることができる。
一実施形態によれば、交差フィン(815)は、一次フィン(810)よりも大幅に薄くすることが可能である。交差フィン(815)は、該交差フィンの面積を介して隣接する一次フィンから比較的少量の熱を伝導させるだけでよい。その結果として、該交差フィンは、性能劣化を殆ど伴うことなく比較的薄くすることが可能となる。該フィンの厚さを増大させると、空気チャネル(830)の断面積が小さくなる。フィン形状と気流との間の定量的なトレードオフは、特定の設計、熱負荷、及びファンの組み合わせに関して実施することができる。
更に、チャネル(830)の断面は、ヒートシンク(820)の高さ方向に沿って変更することが可能である。例えば、高い体積流量がヒートシンク(800)のベース(820)の近傍で必要とされる場合には、該ベースにおけるチャネルの断面積を増大させることが可能である。代替的に、該ベースにおいて大きな表面積が必要とされる場合には、複数の小さなチャネルをベース(820)の近傍に形成することが可能である。
例示的な一実施形態によれば、グリッドヒートシンクは、複数の積み重ねられたチューブを結合することにより形成することが可能である。該チューブは、金属等の熱伝導性材料から作成することが可能であり、多数の任意の技術を用いて結合させることが可能である。例えば、該チューブは、溶接、半田付け、接着剤、又はその他の技術を用いて結合させることが可能である。該チューブは、様々な断面形状を有することが可能であり、該断面形状は、チューブ毎に変更することが可能であり、又は個々のチューブの長さ方向に沿って変更することが可能である。
図９は、グリッドヒートシンク(900)の例示的な一実施形態の概略図である。該グリッドヒートシンク(900)は、ベース(920)から延びる複数の放射状一次フィン(910)を含む。該ベース(920)は、チップ(925)と直接熱的に接触した状態にある。該ベース(920)内への熱流束は、チップ(925)の真上にあるベースの中心に集中する。該放射状一次フィンの複数のアームは、該ベース(920)から熱を一層直接的に伝導させるべく該ベース(920)の中心に結合されている。複数の湾曲した交差フィン(915)が放射状一次フィン(910)と交差して複数のチャネル(930)を形成する。該チャネル(930)は、三角形、矩形、くさび形、又は他の適当な形状といった、任意の適当な形状のものとすることが可能である。
図１０は、ベース(1020)から延びる複数の一次フィン(1010)を含む例示的なヒートシンク(1000)の断面図である。該ベース(1020)は、下方に位置するチップ(1025)と熱的に接触した状態にある。交差フィン(1015)は、前記一次フィン(1010)から延びているが、隣接する一次フィンとは交差していない。その結果として、複数の一次フィン間に複数の開口チャネル(1030)が存在する。交差フィン(1015)を開口チャネル(1030)内へと延伸させることにより、該チャネル内に大きな表面積が生成される。実施形態によっては、ヒートシンクの一部に対して、該ヒートシンクの他の部分よりも高圧の流量を適用することが可能である。例えば、図１０に示す実施形態の場合には、ベースの近傍で開口チャネル(1030)の下方部分に一層高圧の流量を適用することが可能である。これにより、開口チャネルの下方を軸方向に流れる流体部分と、ヒートシンク(1000)の上部を通って出る該チャネルの蛇行した上側部分を通る流体部分とを有する、２次元の流量を得ることが可能となる。
例示的な一実施形態によれば、グリッドヒートシンクはまた、強制対流または自由対流による更なる冷却を提供するよう内部のグリッド構造を越えて延びる複数の外部フィン(1035)を有することが可能である。
図１１は、下方に位置するチップ(1125)と熱的に接触した状態にあるベース(1120)を含む例示的なヒートシンク(1100)の概略図である。複数の一次フィン(1110)がベース(1120)から上方へ延びている。該一次フィン(1110)及びベース(1120)は、金属押出成形プロセスにより作成することができる。チャネル(1145)は、前記一次フィン(1110)間の空間内に、曲げられた板金構造体(1115,1130,1135)を挿入することにより形成することができる。該板金構造体の形状は、結果的に得られるチャネル(1145)のサイズ、個数、及び形状を決定するものとなる。例えば、第１構造体(1115)は、比較的大きなチャネルを有する。第２構造体(1130)は、それよりも小さくて多数のチャネルを有する。その結果として、該第２構造体(1130)は、ヒートシンク(1100)内に一層大きな表面積を生成するものとなる。第３構造体(1135)は、ベース(1120)の近くでより小さなチャネルを生成し、蓋(1140)の近くでより大きなチャネルを形成する。
板金構造体(1115,1130,1135)は、溶接、半田付け、接着剤、又はバネ力を含む（がそれらには限定されない）様々な方法で一次フィン(1110)に対して熱的及び構造的に結合させることが可能である。例えば、前記蓋(1140)は、複数の前記一次フィン(1110)間で前記板金構造体を圧縮して、該板金構造体(1115,1130,1135)と該一次フィン(1110)と前記ベース(1120)との間に適当な熱的な接触を生成することが可能である。
図１２は、チャネル(1230)を形成するよう曲げられた連続した熱伝導性シート(1215)を含むヒートシンク(1200)の一実施形態の概略図である。該熱伝導性シート(1215)は、一次フィン(1210)上に配置され、及びベース(1220)に接触する。カバー(1205)は、ヒートシンク(1200)の上部を包囲して、前記チャネル(1230)の複数の表面の幾つかを形成する。
図１３Ａ−１３Ｄは、連続する熱伝導性シート材料(1305)からグリッドヒートシンク(1300)を形成する各ステップを示す説明図である。例示的な一実施形態によれば、図１３Ａに示すように、該シート(1305)に２つの湾曲(1315,1310)が実施されてＵ字形状が形成される。図１３Ｂは、第１チャネル(1330)を形成すべくシートに実施された更なる湾曲(1325,1320)を示している。図１３Ｃに示すように、このプロセスが繰り返されて、２つの更なるチャネル(1335,1340)を含むカラムが形成される。図１３Ｄは、ベース(1345)に取り付けられるグリッドを形成するための更なるカラムの形成を示している。上述のように、様々な方法を使用して、該グリッドをベースに取り付けることが可能であり、又は該グリッド内における内部的な結合を行うことが可能である。結果的に得られるグリッドヒートシンク(1300)は、連続する熱伝導性シート材料及びベース(1345)から形成される。該熱伝導性材料(1305)の種類、厚さ、及びその他の特性は、特定の設計上の必要性に従って変更することが可能である。
図１４は、連続する熱伝導性シート材料(1410)からグリッドヒートシンク(1400)を形成するための代替的な形状の概略図である。例示的な一実施形態によれば、熱伝導性材料(1410)が曲げられ及び様々な接触点(1415)で結合されてチャネル(1405)が形成される。該グリッド構造全体がベース構造(1415)に対して結合される。
図１５は、連続する熱伝導性シート材料(1510)からグリッドヒートシンク(1500)を形成するための代替的な形状の概略図である。例示的な一実施形態によれば、熱伝導性材料(1510)が曲げられ結合されて、比較的開口したチャネル(1505)が形成される。該グリッド構造全体がベース構造(1515)に対して結合される。
図１６は、チップ(1615)のための例示的な冷却システム(1600)の概略図である。気流(1605)は、２つのダクトファン(1625)を介してマニホールド(1620)内へ送られ、次いでグリッドヒートシンク(1625)内を通過する。該グリッドヒートシンク(1625)は、チップ(1625)に対して熱的に結合されており、及びチップ(1615)から熱を逃がすよう該熱を伝導させる。該気流(1605)は、対流熱伝達によってグリッドヒートシンク(1625)から熱を除去する。この例示的な実施形態では、ダクトファン(1610)は、グリッドヒートシンク(1625)のチャネル内に空気を強制的に送る高い空気圧をマニホールド(1620)内に生成するために使用される。この方法は、ヒートシンクを通過する空気を吸い込むための低い圧力をファンが生成する吸気システムと比較して、多数の利点を有するものとなる。ファンの吸気動作は、生成することができる圧力差が限られたものである。吸気ファンシステムは、ゼロ未満の圧力を生成することができない。その結果、吸気ファンシステムにより生成することができる最大圧力差は供給圧に等しく、該供給圧は一般に大気圧である。これに対し、ヒートシンク内に空気を強制的に送り込む高い圧力をその入口に生成するファンシステムは、生成できる最大圧力に吸気ファンシステムの場合と同様の制限を有するものではない。加圧システムは、ファンの設計、利用可能な電力、ファン、マニホールド、及びグリッドヒートシンクの物理的な強度といった、冷却システムの機構によってのみ制限されるものである。その結果として、加圧システムは、グリッドヒートシンクを通過する気流を生成するために数気圧を生成することが可能である。これは、グリッドヒートシンクに非常に小さなチャネルが用いられる場合に特に有利である。
図１７は、グリッドヒートシンク(1725)へ気流を送るマニホールド(1720)に取り付けられた送風ファン(1710)を含む冷却システム(1700)の例示的な一実施形態を示している。該グリッドヒートシンク(1725)は、下方に位置するチップ(1715)を冷却するために使用される。 図１８は、波線の輪郭で示すブレードサーバ(1800)内の例示的な冷却システム(1700)の側面図である。ブレードサーバ(1800)は、１つ又は２つ以上の中央処理装置(CPU)(1805)を有することが可能な非常にコンパクトなコンピュータである。グリッドヒートシンク(1725)は、CPU(1805)に対して熱的に結合されている。気流(1810)はファン(1710)により生成される。ブレードサーバ(1800)の左側にある開口を通る気流(1810)は、ファン(1710)に入り、そこで圧縮されて、マニホールド(1720)内へ排出される。マニホールド(1720)は、該気流(1810)をグリッドヒートシンク(1725)内へ送る。該気流(1810)は次いで、該ブレードサーバ(1800)の右側から排気される。
コンパクトな設計、ロープロファイル、及び熱効率の良さにより、該グリッド冷却システムは、形状寸法的な制約のある用途に特に適したものとなる。図１９は、複数のブレードサーバ(1800)の例示的なラック(1900)の正面図である。該ラック(1900)は、16台のブレードサーバ(1800)を収容し、該ブレードサーバの各々は複数のプロセッサを有することが可能なものである。各ブレードサーバ(1800)の正面は、冷却用空気を吸い込むための多数の開口を有している。該ブレードサーバ(1800)内の様々な部品を通過した後、加熱された空気が該ラックの背面から排気される。様々なファン構成を用いることが可能である。例示的な一実施形態によれば、１つの大きなファン又は一連のファンが、多数のグリッドヒートシンクのための加圧された空気を供給する。
要するに、グリッドヒートシンクは、フィンヒートシンクと比較した場合に、より高い熱及び体積効率を提供するものとなる。一次フィン及び交差フィンにより形成されるチャネルは、付加的な表面積を提供し、冷却用空気の時期尚早な排出および再循環を防止する。その結果、グリッドヒートシンクは、集中した熱源を有する一層コンパクトなシステムにとって特に望ましいものとなる。
上記説明は、本書で説明する原理の実施形態又は例を図示し又は説明するためにのみ提示したものである。この説明は、かかる原理を余すところなく説明することを意図したものではなく、またかかる原理を本開示の形態に厳密に制限することを意図したものでもない。上記教示に鑑み、多数の修正又は変形を実施することが可能である。

Claims (10)

  1. グリッドヒートシンク(400)であって、
    ベース(420)と、
    複数の交差するフィン(410,415)と、
    該交差するフィンにより形成された複数のチャネル(405)であって、該チャネルの各々が、該グリッドヒートシンク(400)の入力側で冷却用空気(1605)を受容して該冷却用空気(1605)を該グリッドヒートシンク(400)の出力側の出口へ導くよう構成されている、複数のチャネル(405)と
    を備えている、グリッドヒートシンク(400)。
  2. 前記交差するフィン(415,420)が、一次フィン(410)及び交差フィン(415)からなり、該一次フィン(410)が前記ベース(420)に直接結合されて該ベース(420)から離れるよう延びており、前記交差フィン(415)が前記一次フィン(410)と交差している、請求項１に記載のグリッドヒートシンク。
  3. 前記一次フィン(410)及び前記交差フィン(415)が、連続する熱伝導性シート材料(1305)からなる、請求項１に記載のグリッドヒートシンク。
  4. 溶接された結合部を更に有しており、該溶接された結合部が、前記連続する熱伝導性シート材料(1305)の第１の部分を該連続する熱伝導性シート材料(1305)の第２の部分に結合する、請求項３に記載のグリッドヒートシンク。
  5. 前記グリッドヒートシンク(1100)が、
    一体的な一次フィン(1110)を有する押出成形されたベース(1120)と、
    板金による交差フィン(1115)と
    を含む、請求項１に記載のグリッドヒートシンク。
  6. 前記複数のチャネル(405)の各々が、前記交差するフィン(410,415)によって４つの辺で包囲されており、該複数のチャネル(405)の各々が、互いに平行であり、及び前記ベース(420)と平行である、請求項１ないし請求項５の何れか一項に記載のグリッドヒートシンク。
  7. 第１のチャネルに入る冷却用空気(1605)が、該グリッドヒートシンク(400)を出るまで第２のチャネルに入る冷却用空気(1605)と混合しない、請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載のグリッドヒートシンク。
  8. 上部プレート(1140)を更に含み、該上部プレート(1140)が前記一次フィン(1110)の末端と結合するよう構成されている、請求項１ないし請求項７の何れか一項に記載のグリッドヒートシンク。
  9. 送風ファン(1610,1710)を更に含み、該送風ファン(1610,1710)が前記冷却用空気(1605)を加圧して該加圧された冷却用空気(1605)を前記複数のチャネル内に送る、請求項１ないし請求項８の何れか一項に記載のグリッドヒートシンク。
  10. 前記チャネル(405)が変化する断面形状を有する、請求項１ないし請求項９の何れか一項に記載のグリッドヒートシンク。
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