TW200925540A - Method and device for cooling a heat generating component - Google Patents

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200925540 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於冷卻設備、積體散熱器、以及冷卻熱產生組 件之方法。更具體而言，本發明關於包含散熱器之冷卻設備， 散熱菇包含第一表面、第二表面、至少一吸熱腔、以及至少一 ^熱腔，至少一吸熱腔與第一表面熱接觸，而至少一散熱腔與 第二表面熱接觸且與至少一吸熱腔液壓式耦接。 【先前技術】 b 一般熱產生組件以及尤其是半導體電路的冷卻多年來都 是重要的議題。隨著電晶體密度及微處理器消耗功率的持續增 $，為了更進一步的性能發展，變得更加需要更低成本及更精 簡的微處理器冷卻配置。尤其對微處理器而言，其中之一問題 為，產生在有限的實體空間中，為了有效冷卻，熱需要散佈到 大得多的區域而得到更有效的冷卻。 …冷卻熱產生組件的範例為迫使空氣對流。舉例而言，當前 電腦系統的許多處理器由散熱器冷卻，其散佈處理器產生的熱 到較大的表面，然後利用電扇由受迫氣體對流來冷卻。 美國專利申請公開第2007/0017659 A1號揭露一種散熱 二/、具有"體後封於兩板之間以及泵送機制，以致動流體於 平面表面的多相流動。接觸散熱器之電子組件的熱能，經由作 用流體自核心區域散佈到整個散熱器(heat spreader)，然後到散 5 200925540 熱座(heat sink)。位於兩板間的表面強化特徵有助於 屬板將熱能轉移到流體。 、雖然前述技術制自熱產生崎到大得乡的表面的改善 ，流，但仍存在著提供冷卻熱產生鱗之更佳方法及裝置的挑 戰。尤其是’希望增加散熱器的冷卻效率，而可能冷卻更強大 的熱產生組件。相反地，特定熱產生組件冷卻設備所用的能量 應要，低’以改善整體能量效率。此外，提供冷卻具有不同負 ，之複數鋪源或熱源祕m方法及裝置乃是一大挑 【發明内容】 根據本發明-方面之—實關，提供—種冷卻賴。本冷 卻設備包含散熱器，其包含第一表面、第二表面、至少一吸熱 腔、以及至少-散熱腔，至少一吸熱腔與第一表面熱接觸 至少—散熱腔與第二表面熱鋪且與至少-吸熱腔液壓式輕 ® 接。冷備更包含至少—熱產生組件，配置成與散敎器之第 :表面鎌觸；冷卻流體填充至少部分的吸熱腔及散熱腔；f =-致動g伽使冷卻流體；以及㈣^供產生至少—控制訊 號給至少-致動器’使得可利用複數個流動型式驅使冷卻流體 流過至少一吸熱腔。 β藉由提供具有吸熱财分離的散迦之散熱器 ’這些腔液 υ皮此_接’且至少—致動雜驅使冷卻流體，而可產生冷 6 200925540 卻流體流過吸熱腔之受控流動。具有分離的吸熱腔及散熱腔降 低了散熱器所含的冷卻流體的體積，因而可避免降低泵對散熱 器的體積比，且可避免流體到散熱腔途中的溫度降低。具有這 些分離的組件在製造時及實施於模組組件整合時，亦得到較大 的彈性。 根據本發明第一方面實施例’冷卻流體於至少一吸熱腔及 至少一散熱腔之間震盈。使冷卻流體於至少一吸熱腔及至少一 放熱腔之間震盈，可使冷卻流體於兩腔間受控移動及交換，因 而從第一表面傳遞熱到第二表面。於此案例，較佳為散熱器包 3兩個散熱腔以及至少兩個致動器，且控制器利用兩個不同流 動型式驅使冷卻流體，其中於第一流動型式，產生由第一散熱 腔通過至少一吸熱腔到第二散熱腔之流動，且於第二流動型 式，產生由第二散熱腔通過至少一吸熱腔到第一散熱腔之流 動。以此方式，冷卻流體於兩散熱腔間震盪，以交替輪流方式 傳遞熱到其中之一，而吸熱腔則持續地冷卻。 選替地’散熱器包含四個散熱腔以及至少兩個致動器，且 控制器利用四個不同流動型式驅使冷卻流體，其中於第一流動 型式’產生由第一散熱腔通過至少一吸熱腔到第三散熱腔之流 動’於第一流動型式’產生由第二散熱腔通過至少一吸熱腔到 第四散熱腔之流動’於第三流動型式，產生由第三散熱腔通過 至少一吸熱腔到第一散熱腔之流動，以及於第四流動型式，產 生由第四散熱腔通過至少一吸熱腔到第二散熱腔之流動。 7 200925540 藉由利用四個散熱腔及四個流動型式’冷卻流體以交替輪 流方式分別從第一及第三散熱腔及第二及第四散熱腔泵送通 過吸熱腔。結果，產生通過吸熱腔的固定流動，而部分冷流體 總是停在至少一散熱腔中驅散能量。 於又一選替方案’散熱器較佳包含多個散熱腔，具有多個 致動器以實質放射方式環繞至少一吸熱腔配置，且控制器利用 ❹ 多個不同流動型式驅使冷卻流體，產生冷卻流體通過至少一吸 熱腔之實質放射震盪之流動。 、，藉由於至少一吸熱腔產生放射震盪，吸熱腔的中心總是由 ，卻流體的固定流動冷卻，而儲存於多個散熱腔其中之一中的 β分冷卻流體則靜止且驅散從吸熱腔轉移的熱。 铁，if ir方面之又一實施例’散熱器包含液塵式互連腔網 ❹二：：、二一吸熱腔及至少兩個散熱腔，網絡包含多個流動 數^接至少-致魅，且控繼糊網絡之複 個4_之至少兩個不贿鱗徑驅使冷卻流體。 替輪流方式散^=^_流_式相關的交 8 200925540 根據第一方面之再一實施例，至少一散熱腔包含至少一薄 膜耦接至少一致動器以致動至少一薄膜，而驅使冷卻流體流出 或流入至少一散熱腔。藉由利用薄膜耦接致動器，至少一散熱 腔作用為泵，以驅使冷卻流體流入或流出散熱腔。 根據第一方面之再一實施例，冷卻設備包含至少一第一溫 度感測器，用以感測熱產生組件之溫度，至少一第一溫度感測 器耦接控制器，且控制器基於熱產生組件之感測溫度產生至少 一控制訊號。藉由提供及利用第一溫度感測器，提供熱產生組 件的回饋給控制器，冷卻設備的冷卻性能可適切於熱產生組件 的實際溫度。 於此案例，冷卻設備較佳更包含至少一第二溫度感測器， 用以感測至少一散熱腔之溫度，至少一第二溫度感測器耦接控 制器’且控制器基於至少一散熱腔之感測溫度產生至少一控制 訊號。藉由提供及利用第二溫度感測器，提供散熱腔的回饋給 控制器’冷卻設備的冷卻性能可適切於熱產生組件及散熱腔間 的實際溫度差異。 根據第一方面之再一實施例，熱產生組件包含複數個區域 ，相關的溫度感測器，複數個溫度感測器耦接控制器，且控制 器識別對應複數個區域之至少-區域之至少—熱點，至少一熱 點特徵在於具有高於複數舰域之平均溫度之溫度，且控制哭、 基於至少-識熱點產生至少—控制訊號，使得冷卻流體的 9 200925540 流動於至少-流動型式是導向到至少一熱點。 ====== ❹ 別散朗Η小―A 度感_接控制11 ’且控制器該 數個區、域之平。少一冷區域特徵在於具有低於福 度’且控制器基於至少-識別的冷區 式是源自5=^’。使得冷卻流趙的流動於至少-流動型 藉由_多個溫度❹jlf識別散熱器的冷區域，控制器可 2量散熱器之散触佈，使得控制^產生源自冷區域的流 動划式。 根據第-方面之再-實施例^熱器包含冷卻流體之至少 兩個實體分離流祕徑，且於第—流_式，第一流動路 徑驅使冷卻流體流過吸熱腔’於第二流動形式，第二流動 路徑驅使冷卻流體流過吸熱腔。 藉由利用冷卻流體的貫體分離冷卻路徑，與不同流動型式 相關，用於特定流動型式之冷卻流體不與分離的流動型式之冷 200925540 卻流體混合’而改善互相散熱腔及吸驗網絡的熱分伟。 根據士發明第二方面之實施例，提供—種積體散熱器。本 積體散熱器包含至少-吸熱腔，具有第一表面與熱產生組件介 以及至散熱腔’具有第二表面與外部冷卻劑介接，第 二表面大於第一表面。積體散熱器更包含冷卻流體至少部分 地填充至少-吸熱腔及至少—散熱腔；至少—流體互連，於至 Ο ❹ 少-吸熱腔及至少-散熱腔之間；以及至少—栗耕利用冷 卻流體之受迫移動’於至少—吸熱腔及至少—散熱腔之間產生 複數個流動型式。 藉由提供包含至少—聽腔、至少—散熱腔、冷卻流體、 =-流體互連、以及至少—泵元件之積體散熱器，以於腔之 間產生不同流_式，而產生熱產生組件之自足冷卻系統。 根據第二方面之另-實施例，至少_栗元件包含至少一薄 膜配置於至少-散熱腔。藉由提供、軸於至少 施積體散熱器内部之泵機制。 只 根據第一方面之又-貫_，至少_ 少-散熱腔包含至少-腔壁，且有& μ 股土 /、有表面強化特徵，供增加腔壁 及冷·體關熱交換。具株㈣蝴徵之腔壁舉例如網狀 結構，增加了散熱器之熱流動。 11 200925540 根據第二方面之再一實施例’吸熱腔包含冷卻流體之至少 兩個實體分離流動路徑。藉由提供至少兩個實體分離流動路二 於至少一吸熱腔，可降低不同流動型式之冷卻流體不必要的^ 合。 根據第二方面之再又一實施例，吸熱腔包含至 声 互連之至少四個埠，各埠液壓式連接到吸熱腔之至少四個^之 φ 進一埠。藉由連結多埠吸熱腔之各埠與僅一其他埠，可提供通 過吸熱腔之複數個實體分離的流動路徑。 八 根據本發明第三方面之一實施例，提供一種冷卻熱產生組 件之方法，熱產生組件與散熱器之第一表面熱接觸，散熱器具 有包含冷卻流體之複數個腔。本方法包含以下步驟：..... 決定第一表面或熱產生組件之平均溫度； 決定熱產生組件之至少一熱點之位置，至少一熱點具有高 於所決定之平均溫度之溫度； 映射至少一熱點之決定位置到散熱器之第一表面之位置； 產生至少一第一控制訊號，以產生冷卻流體通過複數個腔 流過映射位置之第一流動型式；以及 长產生至少—第二控制訊號，與至少一第一控制訊號交替輪 ML以產生冷卻流體通過複數個腔並使冷卻流體返回初始位置 之第二流動型式。 藉由執行根據第三方面之方法步驟，可達到熱產生組件之 12 200925540 熱點的有效冷卻。 根據第三方面之另一實施例，於第二流動型式，冷卻流體 以與第一流動型式交替輪流通過熱點之映射位置。藉由於第二 流動型式亦通過映射到至少一熱點之位置，可達到持續冷卻熱 根據第三方面之又一實施例，本方法更包含決定複數個腔 之至少一腔具有低於所決定之平均溫度之溫度，其中於產生至 少一第一控制訊號之步驟，冷卻流體之第一流動型式源自決定 具有低於平均溫度之至少—腔。齡使第—流_式源自具有 低於平均溫度的腔，冷卻熱源到可能最低的溫度。 【實施方式】 ❹ _圖1顯不冷卻設備之截面示意圖，其包含處理器卜散熱 器2以及兩個致動器如及3b。致動器3與控制器^連接並 由其驅動’控制H 19可為熱冷卻設備或處理器匕整人部八， 開的。處職丨安裝於插槽4，其亦包含電接^提 電歧資料。典型地，處理器！將包含大量的接 例如數百個接觸配置搞謂細陣卿GA)。處·丨亦 由其他已知技術直接或間接安裝於印刷電路板(pcB)上。曰 +處理H1具有頂表面5，翻以赌包含於處賴]令之 电晶體或其他電路所產生的能#。處理器】之頂表^與散熱 13 200925540 表面6直接實體及熱接觸。頂表面5及第一表面6 尺寸大約桃配，且可具有例如幼丨咖2的哺。散熱器2 亦包含多個空氣鰭片7，苴丘同提供篦-志；。、姑 ° =大於第-表面6。舉例而言，散熱器2的足印約版^時， 第二表面8可包含'約100咖2的面積。第二表面8可由圖4 不之冷卻風扇來冷卻。 ❹ 為了 快速及有效率的自第—表面6熱轉移到第二表 面8 ’散熱器2包含吸熱腔9及兩個散熱腔1〇a及娜。吸熱 腔9及散熱腔l〇a及由流體互連Ua及仙液壓式連接、 致動器3a及3b可產生例如自散熱腔1〇a通過吸熱腔9到散熱 腔l〇b的流動。圖1所示，吸熱腔9較佳位於實體鄰近熱產生 組件，於此例為處理器丨，以降低其間的熱阻。於此範例，吸 熱腔9以相當薄的腔壁與處理器丨之頂表面5分隔。 於一範例中’致動器3a將產生過壓，而致動器3b將產生 © 低壓於冷卻流體13，填充至少部分吸熱腔9及散熱腔1〇，導 致如圖1所示之冷卻設備中由左到右之流動。於後續時期，致 動器3b將產生過壓’而致動器3a將產生低壓，使得冷卻流體 13自散熱腔l〇b通過吸熱腔9流回到散熱腔10a。藉由自一散 熱腔10a移動冷卻流體13到另一散熱腔，熱可以所欲效 率自第一表面ό轉移到第二表面§。 雖然圖1顯示包含兩個散熱腔1如及l〇b之冷卻設備，選 14 200925540 替地，可使用單一散熱腔10連接到吸熱腔9。舉例而言，於 單一散熱腔10中，薄膜可分隔熱的及冷的冷卻流體13，同時 利用兩個流體互連11a及llb，泵送流入或流出吸熱腔9。再 者，取代利用兩個致動器3a及3b，可利用單一致動器3及一 或更多排出口，以產生通過吸熱腔9之兩個或更多不同的流動 型式。 〇 於圖1所呈現的配置中，吸熱腔9及散熱腔10a及l〇b皆 包含網狀結構12，其增加這些腔的内表面並增加流體結構互 動。結果自餘器2之固體部分(尤其是第一表面6)轉移到冷 部/爪體13，且自冷卻流體13轉移到第二面8之熱，大大地增 加。網狀結構12可適於各腔的形狀及特性。舉例而言，高密 度網狀結構12可用於相對較小的吸熱腔9，而較低密度網狀 結構12可用於較大的散熱腔10。 ❹ \散熱器2之固體部分14有助於進—步自第一表面 二到表面8。尤其是冷卻流體13被阻擋或降低的案 中央巴二理器1的冷卻可藉由自第一表面6到配置於散熱器2 T央&域之空氣鰭片7之熱傳導來達成。 -個上述積體散熱112之截面示意圖。散熱11 2包含 葬V:工於中央’以及四個散熱腔衞到10d。吸埶腔9 匕3碰通迢結構15及管區段16。通道結構15a到 200925540 15d可為飯刻或锻鑄入散熱器2之固體部分μ。管區段16可 接合至固體部分14及散熱腔1〇a到。 一散熱器2的不同部分可包含於單一板，如圖】所示，或於 二個分離的板，兩個上板17a及17b作為散熱以及下板18作 為吸熱’如圖2所示。亦即，散熱器2可為單一積體實體組件 或包含兩個或更多實體分離但互連單元之系統。 於下板18之吸熱腔9及上板17a及nb之四個散熱腔1〇& 及間之流體互連lla及Ud，可達到有效的熱傳導，其大 於固態銅熱傳導的40倍，而於第一表面6(其與處理器1之頂 1表面5或任何其他熱生組件細)及第二表面8間產生熱短 路’例如空氣鰭片7附接到由受迫空氣對流冷卻之上板 及^I7b。此外，藉由流體互連n，可得到傳遞熱到散熱器2 之最外面區域(即遠離熱產生組件)較低的熱傳遞阻力。 為了促進改善自第一表面6到冷卻流體13之轉移熱網 |大、、、。構12可钱刻、電鑛、模鎊、或鍛鱗入吸熱腔9。同樣地， 網狀結構12可形成於各個散熱腔10a到10d。將網狀結構12 整合於吸熱腔9可實體連接腔的兩個相對壁，因而產生自第一 表面6到空氣韓片7之額外熱傳導路徑。此種或類似的網狀結 構12亦稱為表面強化特徵，如US 2007/0017659 A1所詳述， 其結合於此作為參考。 16 200925540 於圖2所呈現之範例中，各散熱腔l〇a到HM包含薄膜 2〇 ’其藉由類活塞元件連接到内部或外部致動器3。藉由於散 …腔10中上下移動薄膜2〇,可於該散熱腔中產生過壓或低 壓。舉例而言，若於散熱腔l〇a產生過壓而於散熱腔1〇c產生 低壓，冷卻流體13可產生自散熱腔1〇a通過流體互連Ua、 ，熱腔9、以及流體互連llc到散熱腔1〇c之流動。選替地， 薄膜20或其他泵送元件亦可位於與散熱腔1〇分開的組件中。 ❹ 假設呈現於散熱腔l〇a之冷卻流體13相當冷，尤其是具 有低於散熱器2其他區域中冷卻流體13的溫度之溫度，產生 冷部流體13的第-流動，其非常快抵達第—表面6，即翻 用中等泵位移及因而為功率，而於其途中無顯著的加熱。可達 到使用中等泵位移’乃由於互連lla之低表面對體積比，其非 網狀的，相對於具有低表面對體積比互連Ua之熱交換區域 l〇a及9。此外，將於吸熱腔9加熱到相當高的溫度之冷卻流 體13 ’非常有效率地傳輸到散熱腔10c而沿窄流體互連llc 縣實質降低溫度。目為吸触9及補冷的冷職體13間 的’皿度差異大’反之則是散熱腔1〇c及相對暖的冷卻流體 間的/m度差異大’所以非常快速並有效率地自第一表面6傳輸 出熱。 光於上述範例中，加熱的冷卻流體13可暫時地保持在散熱 月工10c中而產生例如自散熱腔1〇b到散熱腔⑽之第二流 動。利用多流動型式具有以下優點，當部分的冷卻流體13停 17 200925540 在一個散熱腔中’例如散熱腔l〇c ’通過吸熱腔9的冷卻流體 13可維持不情，因而持續地冷卻散熱器2之第—表面6。 呈現於圖1及圖2之散熱器2之設計包含相對大的固體部 分14及相對窄的流體互連n。尤其是，固體部分14較流體 互連11伯據下板18所示截面較大的面積。如此有加乘優勢 ，’即，冷卻流體13的流動被阻擋，例如因為一或多個致動 ❹ $ 3失錢錯誤’目為部分冷卻流體Π自積體散絲2逃逸， ，u 部分14的熱傳導而使 第一表面6的散熱仍可發生。因此，雖然於此類案例中散熱器 2的整體效麟大幅下降，但仍可提供配置於第—表面6上之 熱產生組件有限的冷卻。 目前為止，描述從絲賴散制吸熱腔9之相對大的第 一表面6。細’實際上，衫生組件沿其職面$ 非，勻的熱分佈。舉例而言’處理器1包含算數邏輯單元或處 理器核心峨姆較大驗取記紐，其佔觀處理器核 大的面積。處理器1在對應處理器核心區域將產生比對應快 記憶體區域還非常更多的熱。相對地，快取記㈣將傾被^ 部之頂表面5的大部分面積。結果，熱產生組件可包含7 個f谓的「熱點」，其溫度高賴產生組件的平均溫度。舉 而5 ’可決定於頂表面5不同區域所量測多個溫度的算 值。-個區域具有高於所決定的算數平均值之預定義的或 相對量之溫度’例如高於5t或高於量測溫度之定義標準偏 18 200925540 差，則稱為熱點。選替地，可決定溫度分佈的一或許多個最大 值。 圖3A到圖3D顯示通過吸熱腔9之不同流動型式，其可 用以為許多熱點產生有效的冷卻流動。尤其是，圖3八顯示吸 熱腔^配置於第—表面6之區域中。第-表面6可對應例如裝 設於第—表面6上之半導體晶片的晶粒尺寸。流體互連lla^ 0 Ud作為吸熱腔9之入口及出口，並分別搞接到致動器3a到 3(1，雖然並未顯示於圖3A到3D。此外，固體部份14分隔吸 熱腔9内不同的流體路徑，且亦作為熱導體及表面強化特徵。 於圖3A所示之範例中，產生從流體互連Ua及llb(作為 流體入口)到流體互連llc及lld(作為流體出口)之第一流動型 式。未顯示於圖3A之第二流動型式為所示流動型式之反向， 即流體互連lie及1Μ作為流體入口而流體互連lu及丨比作 城體出π。因此’有效地產生於第—相從左流到右而於第二 β 相從右流到左通過吸熱腔9之震盪流動型式。 於第一表面6上呈現兩個熱點21a及21b。由於中央固體 部份Η及吸熱腔9中冷卻《 U内之壓力分佈輪廉，產生冷 卻流體13相當快速越過熱點21a及21b之第—流動。第一流 動具有高於吸熱腔9内冷卻流體U平均流速之流速。相對低 的區域配置於例如左、中央、及右固體部份14之門，接收A 卻流體具有比第-流速低的流速之第二流動，且孙所述祕 19 ❹ ❿ 200925540 動型式有效率地被冷卻 率，來均自轉料—*^ 要㈣讀切泵送功 效能較差。 ’斤有區域’造成整體冷卻系統 圖3B顯示具有四個熱點2u到况之第 組fit此，利用不同流動型式來冷卻熱點21。於所示^ 之"，L動型式，兩個相對的流體互連11a及lld作為法^ :，而剩餘的流體互連llb及lle作為流體出口 ^ ’冷赠體13的流動被中央_部份14分朗w果於第 目產生越過所有熱點21a到21d之冷卻流體13流^。於 j ’圖3B所示的流動方向為反向，使得流體互連lla及nd 作為流體出口，而剩餘的流體互連nb及…作為流體入口。 如圖3B進一步所示’可隨著時間改變震錄，造成轉動及震 盪流動型式。舉例而言，震錄可改變自第-對角方向對水平 對角方向及第二對角方向到垂直方向等。 圖3C顯示具有四個熱點21a到21d之第一表面6之另一 不同組態。於此組態中’配置於吸熱腔9中央區域之固體部份 14產生内部通道22a到22d。於所示組態中，第一内部通^ 22a導引冷卻流體13越過兩個熱點21a及21b，而第二内部通 道22b導引冷卻流體13越過兩個熱點2lc及2id。 於第一流動型式，其類似於圖3A所示之流動型式，冷卻 流體13自左到右泵送。於第二流動型式，冷卻流體13的流動 20 200925540 為反向，亦即產生自右到左⑽動。因此 率地冷卻熱點2…c’因其最靠近流體入=點= 早已經由熱㈣㈣議 靠近流體人π。 Μ収率較好，因其最

圖3D顯示第一表面6包含八個熱點2 一步組態。於圖3D所示之組態中，兩個熱點21=於= ^通道22。祕’ _通道22在熱點21之處比其他處還 乍，造成越過熱點21的加速流動。用以冷卻所有熱點21的流 動型式類似於圖3Β所描述者。 取代如圖3C及圖3D所示形成分離的内部通道，靠近熱 點21的區域可增加網狀結構12的密度，以及於第一表面較冷 區域可降低紐。以此方式冷卻雜13的流量可視熱產生組 件的冷卻需求而變化。 圖3Α及圖3Β之吸熱腔9及流體互連u的實體配置與圖 3C及圖3D所示者相同。此表示連接到冷卻設備之控制器19 可藉由提供一或多個控制訊號到致動器3，而從一流動型式(例 如線形流動型式)切換到另一流動型式(例如放射流動型式)。尤 其是’圖3Α及圖3Β，或圖3C及圖3D所述的狀況，可以不 同的操作模式用來操作相同的熱產生組件。舉例而言，具有多 21 200925540 個處理器核心之處理器！可能沒有一直使用所有的處理器核 心，造成頂表面5不同的熱分佈。 操作冷卻設備的方法可用以計算致動器3的控制訊號，其 於散熱器2中使冷卻流體13產生不同的流動。此類方法可用 以配合所選的冷卻設備組態。此方法可實施於硬體或軟體或其 組合，例如目的導向設計的控制器19或通用處理器丨執行 ❹ 載自某些儲存媒體(例如RAM、ROM或磁儲存媒體)之電腦碼。 根據先進實施例，包含一或許多熱感測器於熱產生組件， 例如於處理器1晶粒上或附近，其感測第一表面6之溫度。此 貧汛可提供給控制器19，其提供訊號給致動器3，因而控制通 過吸熱腔9之流動型式。舉例而言，若控制器19識別出圖3a 所示組態之熱點21a比下部的熱點21b還熱得多，相較於提供 給致動②3b及3d之紐鶴訊號，姆較高的紐驅動訊號 可提供給致動器3a及3c，因而使所用之整體流動型式適於當 © 前需求。 選替地，或此外，溫度感測器亦可提供於散熱器、吸熱腔 9、或政熱腔之上或之中。提供給控制器19之溫度資訊可用以 識別散熱器2之較冷區域，其可用以作為冷卻熱點21之冷卻 流體Π的發源。以此方式’控制^可自動地決定最佳組態， 例如藉由決定散熱器哪—侧提供冷空氣或液體作為第二冷卻。 22 200925540 圖4顯示所謂葉片(__之上視圖及截面圖 腦印刷電路板，具有複數個S外形高。 圖4顯讀熱器2可能的組態，其尤其適於冷卻葉片％之熱 產生組件。於此組態’包含散熱腔1〇之上板17配置於冷卻板 23,上’其相對於载有一或許多熱產生組件之印刷電路板24。 冷卻板23作為圖4所示設備之散熱區域，即於葉片％操作期 間熱自熱產生組件轉賴冷卻板23，熱產生纟赠具有高於冷 部板23的溫度。上板17相對於印刷電路板％的尺寸延伸過 一大區域，且於安裝於印刷電路板24上之組件的最高表面上 方具有垂直空隙(clearance)。 於圖4所示範例中’僅配置於散熱器2中央之中央處理器 1與第一表面6熱接觸於散熱器2之吸熱腔9區域，吸熱腔9 藉由四個流體互連11熱耦接到冷卻板23。此外，第^熱源 25(例如邏輯晶片）與導熱材料(例如銅)所製之空氣鰭片7熱接 觸’其將第二熱源25耗接到上板17。 薄膜20及致動器3配置於冷卻板23週邊，且可於上板 17内產生震盪及選擇性方位轉動的流動型式。此外，流體互 連11於上板17及下板18間產生通道，包含於處理器1區域 中之吸熱腔9。以此方式’呈現於處理器1的頂表面之熱點， 可以相對快速的冷卻流體13流動來非常有效地冷卻，而於散 佈熱於具有較大截面積之冷卻板23範圍則導致較慢的流動。 23 200925540 /匕外’冷卻可由不同方式或其組合達成。尤其是，圖4 ^之，26可由透過空㈣片7之氣流3G來冷卻。於所示 賴氣"》_3〇亦用以冷卻第三熱源3卜其具有分離的籍式空 氣冷卻器及記憶體模組32。此外或選替地，冷卻可由冷卻板 23之熱料或細魏行，其可配置關如葉# i架之底座 部分或進一步如交換器上。 ❹ ★圖5顯示包含數個葉片26之電腦系統之組態。如圖5所 不’葉片26之冷卻板23由葉片籠架28之冷板27分隔配置成 頂部對頂部。葉片籠架28之冷板27包含第二冷卻電路，例如 水冷部系、統。冷板27包含具有溫度低於冷卻板23溫度之冷卻 $ ’其自葉片26之散熱器2之冷卻板23傳遞出熱到外部冷卻 器。同時’籠架28及葉片26間不需要流體連接，容許直接插 入或移除葉片26。以此方式，可建構並有效冷卻包含大量葉 片26之電腦系統。選擇性地，葉片可配置成底部對頂部，或 具有較高功率散熱組件於印刷電路板兩侧，以進一步增加積集 © 密度。 八 + ，圖6顯示包含複數個所謂薄形葉片26之另一葉片系統。 ，形葉片之高度少於30_ ’使得圖5所示配置可能無法用於 邛伤空氣冷卻。因此，根據圖5，尤其是所有散佈於印刷電路 板24上的熱，由冷卻流體丨3直接自熱產生組件轉移到冷板 27，即不利用另外的下板18或空氣鰭片7。為了最佳化處理 器1之熱通率，利用高密度網12a於其作為吸熱腔9之區域’ 24 200925540 而利用低密度網12b於其作為散熱腔10之區域。吸熱腔9及 散腔10結合於一個散熱器平面，其平均分散熱負載使其能有 效地轉移過散熱器及冷板27間的熱介面。以此配置方式葉 片組件及葉片間距可垂直地壓縮到每個印刷電路板約5mm， 其兩侧皆安裝有組件及散熱器。 圖7顯示包含多個熱源之熱網絡。於此類配置，多個吸熱 ❹ 腔9及散熱腔1〇可藉由多個流體互連n來互連。多個薄膜^ 29連接到熱網絡’並容許多個流動型式通過網絡。以此方式， 可有效地控制降列式結構之吸熱腔9及散熱腔1〇，以分散數 個熱產纽件(例如處理器！及第二熱源25)產生的熱到相對較 ，的區域。熱可均勻地分散於整個熱網絡，或選替地導向冷卻 能f增加的區域。舉例而言’較高體積的冷卻流體13可栗送 入靠近冷卻空氣入口之散熱腔1〇。

依據陣列的實際佈局’各散熱腔⑴不需要實施分離的薄 膜泵29。舉例而言，第一攔包含薄膜栗洗、散熱腔收及 l〇c、以及吸熱腔9a ’而第二攔包含薄膜泵2%、散熱腔肌 及10d以及吸熱腔9b，-起操作共享兩個薄膜泵2%及2处。 由^流體互連11(尤其是管區段16)連結下散熱腔收 而、成。於此方式，冷卻流體13自散熱腔舰經由第 腔9a泵送到散熱腔1〇c ’冷卻流體13亦自散熱腔應 '、、里由弟一吸熱腔％泵送到散熱腔1(M。 25 200925540 同時’或選替地’以此冷卻流體13的流動，藉由薄膜栗 29c及29d可產生對應網絡列之進一步流動型式。此將冷卻被 置於列中之處理器1及兩個第二熱源25。吸熱腔9e及9d可 組態成^吸熱腔9a及9b不同，以適於第二熱源25❺熱需求。 於所不耗例，其連接到兩個流體互連u，而吸熱腔％及％ 各個連接到四個流體互連u。此外，散熱腔他及他小於 圖7/=的其他散無1G，由於第二錢25產生降低的熱。 ❹[般而言’取代或除了使冷卻流體13所⑽流動路徑為不同 〜動型式’⑽通過吸熱腔9或散熱腔ω的冷卻流體13的量 亦可以控制器19使其適於不同流動型式。

=顯示吸熱腔9騎#設計4其是，根翻8之吸熱 ，二3兩個分離的流動路徑说及观，其實體地彼此分離， 又白與吸熱腔9之熱點21 觸。熱點21可配置於中央區 =其為流動路徑33a及33b涵蓋之處。吸熱腔9包含四個流 34a至J34d ’其分別作為第一及第二流動路徑η及 33b 的流體入口及流體出口。 致動沿第-流動路徑33a之第—流動與沿第二流動 t、，第二流動交替’可達到熱點21的熱放射分佈。亦 卻 ^第—及第一流動為交替的’但熱點21是持續地被冷 圖9顯示根據本發明實施例吸熱腔9之進—步實施例。尤 26 200925540 =丄根據圖9之吸熱腔9包含四個分離的區域祝到祝， 個隔壁36彼此實體地分隔。區域祝到说各包含兩 個⑺1•體埠34 ’其作為到特定區域的入口及出口。 μ夕圖、吸熱腔9之實施例表示具有四個隔離流動路徑 平祕及收器。根據圖9之流動路徑33皆放射地及水 刀佈。舉例而言，沿流動路徑33a及33c之第一;5當二泣 e =第::動r達到，而冷卻流體13之第二及第= ;第一仙動型式沿流動路徑33b及33d達到。 =的控制訊號可用以實施通過圖9吸熱腔9之更複雜的 ΐί 3$接^而言’於第一四相流動型式中，各區域祝 产動則ί ί部流體13，以相依序環繞腔。於選替四相 冷卻流體13,接著於第二 體^-及細區域说及说。於第三及第四相，第一 -相之流體型式以冷卻流體13 _反方向重複。 圖H)顯示利用根據圖8之吸熱腔9冷卻 2固流體谭34a至㈤連接到四個散熱腔_ i〇d:: 之致動器知到3d，產生從吸 9的 致動器3b及3d、。’其稭由以交替方式驅動致動器如及3C以及 27 200925540 參考上述不同實施例雖然描述冷卻設備不同的觀點及 徵’然而熟此技藝者可結合揭露於此的任何特徵與其他特徵或 其組合。尤其是，參考單一吸熱腔9所描述之流動型式亦^ 用於互連複數個吸熱腔9之網絡或陣列，反之亦然。 ❹ 此外，雖然上述冷卻設備為方便說明參考單一平面架構 明，但相同或類似的技術可應用於多層級設計，其中許多埶產 ^组件可彼此堆疊’而由包含—或許多吸熱腔9之冷卻^分 【圖式簡單說明】 本發日狀其實補，參雜據本㈣#_佳 實施例麟細·，並配合伴_式，將更加了解。 圖1為根據本發明實施例之冷卻設備之截面示意圖； =2為根據本發明實施例之频散熱器之截面示意圖； 至圖3D為根據本發明不同實施例之通過吸孰腔之 不同流動型式之示_ ; *備mi據本發明實施例之包含數個熱產生組件及冷卻 a又備之葉片模組之示意圖； 多個葉片之葉片系統之截面示意圖； ===個薄形葉片之葉片系統之截面示意圖； = 包含多個熱產生組件之熱網絡之示意圖； 熱腔之示意圖根據本發明實施例之具扣個分離流動路径之散 28 200925540 圖9為根據本發明實施例之具有四個分離流動路徑之散 熱腔之示意圖；以及 圖10為根據本發明實施例利用圖8之散熱腔之冷卻設備 之示意圖。 於圖式中，相同的標號於不同實施例用以表示類似的元 件。此外，字尾加上的字母用以區分類似元件群組中的個別元 〇 件。若於對應說明中並未有這樣的區分時，則可表示為群組中 的任何元件。 【主要元件符號說明】 1 2 3、3a、3b、3c、3d 4 5 © 6 7 8 9、 9a、9b、9c、9d、9e 10、 10a、10b、10c、l〇d 11、 11a、lib、11c、lid 12、 12a、12b、12c 13 處理器 散熱器 致動器 插槽 頂表面 第一表面 空氣鰭片 第二表面 吸熱腔 l〇e、10f、i〇g、10h 散熱腔 流體互連 網狀結構 冷卻流體 29 200925540 14 固體部分 15、15a、15b、15c、15d 通道結構 16 管區段 17、17a、17b 上板 18 下板 19 控制器 20、 20a、20b、20c、20d 薄膜 21、 21a、21b、21c、21d 熱點 ® 22、22a、22b、22c、22d 内部通道 23 冷卻板 24 印刷電路板 25 第二熱源 26 葉片 27 冷板 28 葉片籠架 29、29a、29b、29c、29d 薄膜泵 ❹ 30 氣流 31 第三熱源 32 記憶體模組 33、 33a、33b、33c、33d 流動路徑 34、 34a、34b、34c、34d 流體埠 35a、35b、35c、35d 區域 36 分隔壁 30

Claims (1)

1. 200925540 十、申請專利範圍： 1. 一種冷卻設備，包含： 一散熱器，包含一第一表面、一第二表面、至少一吸埶腔、 以及至少-散熱腔’該至少—吸熱腔與該第—表面熱接觸、，該 至少一散熱腔與該第二表面熱接觸且與該至少—吸執 式耦接； ””

   至少-熱產生組件，配置成與該散熱器之該第—表面執接 觸； ，、 -冷卻流體’填充至少部分的該吸熱腔及該散熱腔； 至少一致動器，供驅使該冷卻流體；以及 -控制器’供產生至少—控制訊號給該至少—致動器，使 得可利用複數個流動型式驅使該冷卻流體流過該至少一吸軌 ^ ° ”、 吸熱腔及該至少盪其中該冷卻流體於該至少一 懈峨含兩個散熱 使該冷卻流體，其中;—=;:用;個不同流動型式驅 :過該至少一吸熱腔到該第二;熱腔:一 /動 動由該第二散熱腔通過該至少—吸熱腔到該第二 200925540 4. 如請求項2所述之冷卻設備，其中該散熱器包含四個散熱 腔以及至少兩個致動器’且該控制器利用四個不同流動型式驅 使該冷卻流體，其中於一第一流動型式，產生由該第一散熱腔 通過該至少一吸熱腔到該第三散熱腔之一流動，於一第二流動 型式，產生由該第二散熱腔通過該至少一吸熱腔到該第四散熱 腔之一流動，於一第三流動型式，產生由該第三散熱腔通過該 至少一吸熱腔到該第一散熱腔之一流動以及於一第四流動型 式’產生由該第四散熱腔通過該至少一吸熱腔到該第二散熱腔 之一流動。 5. 如請求項2所述之冷卻設備，其中該散熱器包含多個散熱 腔，該多個散熱腔具有多個致動器以實質放射方式環繞該至少 一吸熱腔配置，且該控制器利用多個不同流動型式驅使該冷卻 流體’產生該冷卻流體通過該至少一吸熱腔之實質放射震盪之 一流動。 6. 如請求項1所述之冷卻設備，其中該散熱器包含液壓式互 連腔網絡’該液壓式互連腔網絡包含該至少一吸熱腔及至少兩 個散熱腔’該網絡包含多個流動路徑，各流動路徑連接至少一 致動器’且該控制器利用該網絡之該複數個流動路徑之至少兩 個不同流動路徑驅使該冷卻流體。 7. 如請求項1所述之冷卻設備，其中該至少一散熱腔包含至 少一薄膜耦接該至少—致動器以致動該至少一薄膜，而驅使該 32 200925540 冷卻流體流出或流入該至少一散熱腔。 8.如請求項1所述之冷卻設備，其中該冷卻設備包含至少一 第一溫度感測器，用以感測該熱產生組件之溫度，該至少一第 -溫度感測器_該控㈣，且該控繼基於雜產生組件之 該感測溫度產生該至少一控制訊號。 0 9·如請求項8所述之冷卻設備，其中該冷卻設備更包含至少 -第二溫度細ϋ，用以感猶至少―散熱腔之溫度，該至少 一第二溫度感測器耦接該控制器’且該控制器基於該至少一散 熱腔之該感測温度產生該至少一控制訊號。 10.如叫求項1所述之冷卻設備，其中該熱產生組件包含複數 ，區域及相關的溫度感測器，該複數個溫度感測器耦接該控制 器’且該控制器識別對應該複數個區域之至少一區域之至少一 熱點’該至少一熱點特徵在於具有高於該複數個區域之平均溫 度之/JDL度，且該控制器更基於該至少一識別的熱點產生該至少 一控制訊號’使得該冷卻流體的流動於至少一流動型式是導向 到該至少一熱點。 U·如請求項1所述之冷卻設備，其中該散熱器包含複數個區 域及相關的溫度感測器，該複數個溫度感測器耦接該控制器， 且該控制器識別該散熱器之至少一冷區域，該至少一冷區域特 4支在於具有低於该複數個區域之一平均溫度之一溫度，且該控 33 200925540 制器更基於該至少一識別的冷區域產生該至少一控制訊號，使 得該冷卻流體的流動於至少一流動型式是源自該至少一冷區 域。 12. 如請求項1所述之冷卻設備，其中該散熱器包含該冷卻流 體之至少兩個實體分離流動路徑，且於一第一流動形式利用 該第一流動路控驅使該冷卻流體流過該吸熱腔，於一第二流動 形式，利用該第二流動路徑驅使該冷卻流體流過該吸熱腔。 13. —種積體散熱器，包含： 至/吸熱腔，具有一第一表面與一熱產生組件介接； 至少一散熱腔’具有一第二表面與一外部冷卻劑介接，該 第二表面大於該第—表面； Λ 冷卻",L體’至少部分地填充該少一吸熱腔及該至少一 散熱腔； 至少一流體互連，於該至少一吸熱腔及該至少-散妖腔之 間；以及 ” ’栗元件利用該冷卻流體之一受迫移動，於該至少 -吸熱腔及駐少—散熱腔之間產生複數個流動型式。 H.如請求項13所述之積體散熱器，其中該至少一果元件包 含至少一薄膜配置於該至少一散熱腔。 I5·如请求項13或Μ所述之積體散熱器，其巾該至少—吸熱 34 200925540 腔或散熱腔包含至少一腔壁具有 壁及該冷卻流體間的熱交換。 表面強化特徵 ’供增加該腔 ’其中該吸熱 16.如請求項13至14任一項所述之 腔包含該冷城社至少_實齡離流動=

   17.如請求項15所述之積體散熱器， 卻流體之至少兩個實體分離流動路徑。 其中該吸熱腔包含該冷 18.如請求項17所述之積體散熱器，針該吸熱腔包含至少 少四個埠，各埠液壓式連接到該吸熱腔之該 至少四個埠之進一琿。 19· -種冷卻-熱產生組件之方法，該熱產生組件與一散熱器 之第表面熱接觸’該散熱器具有包含一冷卻流體之複數個 腔，包含： 〇 決定該第一表面或該熱產生組件之一平均溫度； 決定5亥熱產生組件之至少一熱點之一位置，該至少一熱點 具有高於所決定之該平均溫度之一溫度； 映射該至少一熱點之該決定位置到該散熱器之該第一表 面之一位置， 產生至少一第一控制訊號’以產生該冷卻流體通過該複數 個腔流過邊映射位置之一第一流動型式；以及 產生至少一第—控制訊號，與該至少一第一控制訊號交替 35 200925540 輪流’以產生該冷卻流體通過該複數個腔並使該冷卻流體返回 初始位置之一第二流動型式。 20·如請求項19所述之方法，其中於該第二流動型式，該冷 卻流體與該第一流動型式交替輪流通過該熱點之該映射位置。 21.如請求項19或20所述之方法，更包含決定該複數個腔之 φ 至少一腔具有低於所決定之該平均溫度之一溫度，其中於產生 該至少一第一控制訊號之該步驟，該冷卻流體之該第一流動型 式源自決定具有一低於平均溫度之該至少一腔。 ❹ 36