TW202025892A

TW202025892A - 冷卻板基底、冷卻設備以及伺服器裝置

Info

Publication number: TW202025892A
Application number: TW108134748A
Authority: TW
Inventors: 陳朝榮; 黃玉年; 陳慶育; 李國瑋
Original assignee: 廣達電腦股份有限公司
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2020-07-01
Also published as: CN111367386A; US20200214172A1; EP3675615A1; US10874030B2; EP3675615B1; JP2020107885A; CN111367386B

Abstract

本揭露提供一種冷卻板基底。冷卻板基底包括一流體入口區域以及一流體出口區域。流體入口區域位於冷卻板之一遠端，而流體出口區域位於與冷卻板之遠端相對的一近端。冷卻板基底亦包括一散熱片區域。散熱片區域位置在流體入口區域以及流體出口區域之間。散熱片區域從冷卻板基底之一基底表面延伸。冷卻板基底亦包括在流體入口區域的複數個突起。複數個突起之每一者從流體入口區域鋪展以產生橫越散熱片區域的複數個流動路徑。

Description

冷卻板基底、冷卻設備以及伺服器裝置

本揭露係通常地有關於冷卻產熱裝置。具體地，本揭露係有關於一種設備，其使用改進的基於液體的冷卻系統來冷卻伺服器應用。

藉由網路擴展驅動數據儲存以及高頻寬通訊的快速成長，增加了對數據中心的密集互連（interconnection）系統的需求。這些數據中心通常由數列之機架（racks）之伺服器組成。這些伺服器需要與數據中心中的其他伺服器進行高頻寬通訊。高頻寬通訊可藉由遮蔽式電纜（shielded electrical cables）或逐漸增加的主動式光纜（active optical cables）來支持。主動式光纜支持更長的傳輸距離以及更高的傳輸頻寬。主動式光纜通常具有與纜線之至少一端上的收發器中結合的光學引擎（optical engine）。光學引擎將電訊號轉換成光訊號（傳輸[Tx]函數），並將光訊號轉換成電訊號（接收[Rx]函數）。數據中心機架可具有數百或甚至數千個互連，每一個互連產生的熱量都必須從機架中被移除。不能移除互連產生的熱量可能導致機架中其他元件之互連加速劣化及/或過早失效。因此，需要在高速通訊裝置中提供冷卻系統，其有助於互連之高熱量移除以及密集封裝。

本揭露提供一種冷卻板基底。冷卻板基底包括一流體入口區域以及一流體出口區域。流體入口區域位於一冷卻板之一遠端，而流體出口區域位於與冷卻板之遠端相對的一近端。冷卻板基底亦包括一散熱片（fin）區域。散熱片區域位置在流體入口區域以及流體出口區域之間。散熱片區域從冷卻板基底之一基底表面延伸。冷卻板基底亦包括在流體入口區域的複數個突起。突起之每一者從流體入口區域向外鋪展（radiate）以產生橫越散熱片區域的複數個流動路徑。

在一些實施例中，突起之每一者可圍繞一中心軸呈對稱狀。散熱片區域可包括複數個壁區域，其中壁區域之每一者係藉由一散熱片區域間隙分隔。在一些實施例中，流動路徑係圍繞壁區域平均地間隔。

在一些實施例中，冷卻板基底正好在散熱片區域下方之基底表面具有最多2毫米之厚度。或者，冷卻板基底正好在散熱片區域下方之基底表面可由傳導彈性材料製成。

本揭露亦提供一種冷卻設備。冷卻設備包括一散熱器以及一冷卻板。冷卻板藉由至少兩個流體管連接至散熱器。冷卻板可包括一冷卻板基底。如上所述，冷卻板基底可包括一流體入口區域以及一流體出口區域。流體入口區域位於冷卻板之一遠端，而流體出口區域位於與冷卻板之遠端相對的一近端。冷卻板基底亦包括一散熱片區域。散熱片區域位置在流體入口區域以及流體出口區域之間。散熱片區域從冷卻板基底之一基底表面延伸。冷卻板基底亦包括在流體入口區域的複數個突起。突起之每一者從流體入口區域鋪展以產生橫越散熱片區域的複數個流動路徑。

在一些實施例中，冷卻板更包括一冷卻板罩，冷卻板罩係配置以覆蓋冷卻板基底。冷卻板罩包括與流體入口區域對齊的一流體入口孔以及與流體出口區域對齊的一流體出口孔。冷卻板可與一電子元件耦接。

本揭露亦提供了一種伺服器裝置。伺服器裝置包括如上所述的電子元件以及冷卻設備。

本揭露之額外的特徵以及優點將在以下的說明書中闡述，且某種程度上將從說明書中顯而易見，或可透過實踐在此所揭露的原理來學習。可藉由所附申請專利範圍特別指出的器具以及組合之手段，來達成並獲得本揭露之特徵以及優點。本揭露之這些以及其他特徵將從以下說明書以及所附申請專利範圍變得全然地明顯，或可實踐在此闡述的原理來學習。

本發明係參考所附圖式描述，其中在各處圖式中使用相似的符號表示類似或相同的元件。圖式並未按照比例繪製，且所提供的圖式僅用於說明本發明。以下參考用於說明的範例應用來描述本發明之數個方面。應理解的是，闡述了許多特定細節、關係以及方法以提供對本發明之完全理解。然而，本技術領域具有通常知識者將輕易了解，可在不具有一個或多個特定細節的情形下或以其他方法實踐本發明。在其他情形下，並未詳細示出眾所周知的結構或操作，以避免模糊本發明。本發明不限於所示出的動作或事件之順序，因為一些動作可以不同的順序發生及/或與其他動作或事件同時發生。除此之外，不需要所有示出的動作或事件以實行根據本發明的方法。

第1A圖繪示先前技術中已知的一習知冷卻設備100。習知的冷卻設備100可包括一散熱器20以及一冷卻板70。散熱器20可藉由液體管30以及液體管40連接至冷卻板（cooling plate）70。如本領域通常理解的，習知的冷卻設備100係閉環（closed-loop）冷卻系統，且水在散熱器20以及冷卻板70之間移動以帶走熱量。冷卻板70係熱連接至發熱裝置（未圖示）。為了說明本範例之目的，發熱裝置可為伺服器裝置內的電子元件。應理解的是，閉環冷卻系統被用於各種應用。

當水流過冷卻板70時，由於發熱裝置以及冷卻板70之熱耦接，水會變熱。變熱的水經由液體管（liquid tube）30之方式泵送（pumped to）至散熱器20。散熱器20容納一風扇25。風扇25係配置以對流的方式移除來自流過散熱器20的水的熱量。變冷的水經由液體管40之方式泵送回冷卻板70。冷卻板70之應用提供了元件特定方案以移除熱量。

第1B圖繪示冷卻板70之內部工件。冷卻板70具有一遠端81以及與遠端81相對的一近端82。提供冷卻板70之定向（orientation）僅用於說明的目的。應理解的是，冷卻板70可以各種配置定向，且近端以及遠端係相對於觀察者而言。因此，在此所示的方向並非意欲限制。冷卻板70包括在遠端81的一流體入口區域71。流體入口區域71係連接至（第1A圖之）液體管40。冷卻板70亦包括在近端82的一流體出口區域73。第1B圖繪示流過冷卻板70的流體。流體在單一點進入冷卻板70且流過一散熱片區域90。

第1C圖繪示如先前技術通常已知的冷卻板70之剖面圖。第1C圖亦繪示冷卻板70以及一發熱元件60之間的接觸。散熱片區域90從冷卻板70之一基底表面89延伸。散熱片區域90通常係均勻的且對流體提供更多的接觸表面，以最終地冷卻發熱元件60。

請再次參考第1B圖，流體入口區域71係單一入口點或孔。當流體經由流體入口區域71進入冷卻板70時，流體主要在散熱片區域90之中間區域流動。散熱片區域90之側邊（side）相較中間區域將接收更少的流體。如在此所示的，流體主要在中間區域之流動生成反向渦流。因此，整個冷卻板之效率降低。

請暫時參考第1C圖，冷卻板70以及發熱元件60通常直接熱接觸。然而，在發熱元件60具有不均勻形狀的情形下，在發熱元件60以及冷卻板70之間形成一間隙。運用熱油膏（thermal grease）51覆蓋間隙以增加熱傳導。在發熱元件上有各種表面凹陷的情形下，運用較厚的油膏。然而，較厚的油膏導致熱傳導惡化，進而對整個冷卻板之效率造成負面影響。

本實施例提供一種獨特的冷卻板設計，可與第1A圖之冷卻設備結合。冷卻板可包括在流體入口區域前方的一流量分配機構，以引導並平均地分配流過散熱片區域的流體。所揭露的流量分配機構將流體體積平均分隔到散熱片區域。均勻的流體流動提高了散熱片效率。本實施例亦提供一彈性冷卻板基底，以與電子元件產生均勻的熱接觸，並提高冷卻板之效率。以下請參考第2圖至第6圖討論所揭露的實施例。

第2圖繪示根據本揭露的一些實施例的一示例性冷卻板200之爆炸圖。冷卻板200包括一冷卻板罩230以及一冷卻板基底260。冷卻板罩230可覆蓋冷卻板基底260。一旦冷卻板200組裝(覆蓋)完成，即接觸發熱元件60。具體地，冷卻板基底260之一底表面與發熱元件60或電子元件耦接進行熱接觸。冷卻板200包括一遠端281以及一近端282。

冷卻板罩230包括在遠端281的一流體入口孔231以及在近端282的流體出口孔（未圖示）。冷卻板基底260可包括鄰近於冷卻板罩230之流體入口孔231的一流體入口區域261。冷卻板基底260亦可包括鄰近於冷卻板罩230之流體出口孔的一流體出口區域263。流體入口區域261對齊流體入口孔231，且流體出口區域263對齊流體出口孔。冷卻板基底260亦包括在流體入口區域261以及流體出口區域263之間的一散熱片區域290。冷卻板基底260可包括鄰近於流體入口區域261的一流體分配機構265。應理解的是，流體分配機構265有助於防止關於第1圖所討論的反向流動。然而，散熱片區域290可以類似配置提供類似功能。例如，流體分配機構265以及散熱片區域290可為均勻結構。或者，散熱片區域290可被配置成具有類似於流體分配機構265的形狀。如此一來，散熱片區域290可被配置成在矩形以及圓柱形形狀的散熱片之矩陣排列之位置具有長條狀的壁。於一具體實施例中，散熱片區域290可包括複數個壁區域。於一具體實施例中，每一壁區域可藉由一散熱片區域間隙分隔。

第3圖繪示根據本揭露的一些實施例的示例性冷卻板基底260。如上所述，冷卻板基底260可包括相鄰於流體入口區域261的流體分配機構265。冷卻板基底260可包括一基底表面262。流體分配機構265可包括從基底表面262延伸以產生流動路徑的複數個突起267。在一些實施例中，突起267可產生五個或更多的流動路徑。突起267之每一者可被定位，以從流體入口區域261向外輻射狀鋪展(radiate)且產生橫越散熱片區域290的流動路徑。

請暫時參考如第5圖所示的冷卻板基底260之俯視圖，從基底表面265延伸的突起267可具有一中心軸A-A。突起267之每一者可圍繞中心軸A-A呈對稱狀，以產生流動路徑。流動路徑可圍繞散熱片區域290平均地間隔。可考慮並結合本文數種突起267之其他定向。例如，在一些實施例中，突起267可基於發熱元件60之通常形狀輪廓而定向。在此實施例中，流動路徑可被間隔，以引導更多的流體朝向散熱片區域290之外部區域流動。

第4A圖繪示根據本揭露的一些實施例，具有A-A剖面的冷卻板200之組裝圖。第4B圖繪示從A-A剖面的視角，流體在冷卻板200內之流動。散熱片區域290可包括數列之散熱片。為了本範例之目的，散熱片區域290可包括四列之散熱片。散熱片區域290可包括三個區域：區域B、區域C以及區域D。區域B包括最靠近流體入口區域261的第一列之散熱片。區域D包括最靠近流體出口區域263的第二列之散熱片。區域C包括位於區域B以及區域D之間的一列或數列之散熱片。位於區域B以及區域D的散熱片可具有與區域C內部列的散熱片不同的配置。區域B、區域C以及區域D包括不同的散熱片間距，以優化冷卻板性能。第4B圖之區域A對應於第3圖之流體分配機構265。

第6圖繪示根據本揭露的一些實施例，在A-A剖面的冷卻板基底260。在一些實施例中，散熱片之列可以一間隙α分隔，以促進增強冷卻板基底260之彈性。在一些實施例中，間隙α可在1至2毫米之間，以優化冷卻性能。除此之外，冷卻板基底260在散熱片區域290下方之基底表面262可包括最多2毫米之厚度Δ。基底表面262之此厚度Δ促進冷卻板基底260之彈性。在替代性實施例中，冷卻板基底260在散熱片區域290下方之基底表面262可包括熱傳導彈性材料。在一些實施例中，基底表面262可由鋁或銅製成。應理解的是，理想的熱傳導彈性材料係以划算的成本具有優異的熱性質。

儘管已經圖示並描述了本發明之特定實施例，不過對本技術領域具有通常知識者顯而易見的是，在不脫離本發明的更廣泛方面的情形下，可進行改變以及修改。因此，所附申請專利範圍的目的係包括所有落入本發明之真實精神以及範疇內的這樣的改變以及修改。前文的敘述以及附圖所闡述的內容僅作為說明用途，而並非作為限制。本發明之實際範疇意欲由所附申請專利範圍基於先前技術以適當的觀點觀察而定義。

在此使用的用語僅為了描述特定實施例之目的，並非意欲限制本發明。除非上下文清楚地指出，在此所使用的單數形式「一」、「一個」以及「該」亦意欲包括複數形式。除此之外，在某種程度上，不管是在說明書及/或申請專利範圍中所使用的用語「包括（including、includes）」、「具有（having、has、with）」或其變異，這樣的用語係意欲以類似於用語「包括（comprising）」的方式包含在內。

除非另有定義，在此使用的所有用語（包括技術用語以及科學用語）具有與本發明所屬技術領域中具有通常知識者通常理解的相同意義。除此之外，用語（例如，在常用字典中所定義的用語）應當被解釋為具有在相關領域之上下文的意義一致的意義，且除非在此明確地定義，並不會以理想化或過於正式的理解解釋。

20:散熱器 25:風扇 30、40:液體管 51:熱油膏 60:發熱元件 70、200:冷卻板 71、261:流體入口區域 73、263:流體出口區域 81、281:遠端 82、282:近端 89、262:基底表面 90、290:散熱片區域 100:冷卻設備 230:冷卻板罩 231:流體入口孔 260:冷卻板基底 265:流體分配機構 267:突起 A、B、C、D:區域

為了描述可獲得上述揭露內容與其優點以及特徵的方式，將藉由參考所附圖式中繪示的特定範例來呈現上述原理之更具體的描述。這些圖式僅描繪了本揭露之範例方面，而因此不應被視為對本揭露之範疇之限制。透過使用以下圖式，以附加的特徵以及細節來描述以及解釋這些原理。第1A圖繪示如先前技術中通常已知的一習知冷卻設備。第1B圖繪示如先前技術中通常已知的第1A圖的冷卻設備之一習知冷卻板。第1C圖繪示如先前技術中通常已知的第1B圖的冷卻板之冷卻板基底之剖面圖。第2圖繪示根據本揭露的一些實施例的一示例性冷卻板之爆炸圖。第3圖繪示根據本揭露的一些實施例的示例性冷卻板基底。第4A圖繪示根據本揭露的一些實施例，第2圖之冷卻板具有A-A剖面之組裝圖。第4B圖繪示根據本揭露的一些實施例，沿著A-A剖面的第4A圖之冷卻板。第5圖繪示根據本揭露的一些實施例，示例性冷卻板基底之俯視圖。第6圖繪示出根據本揭露的一些實施例，沿著A-A剖面的冷卻板。

60:發熱元件

200:冷卻板

230:冷卻板罩

231:流體入口孔

260:冷卻板基底

261:流體入口區域

263:流體出口區域

265:流體分配機構

281:遠端

282:近端

290:散熱片區域

Claims

一種冷卻板基底，包括：一流體入口區域，位於一冷卻板之一遠端；一流體出口區域，位於該冷卻板之一近端，且該近端係相對於該遠端；一散熱片區域，位置在該流體入口區域以及該流體出口區域之間，其中該散熱片區域從該冷卻板基底之一基底表面延伸；以及複數個突起，位於該流體入口區域處，其中該等突起之每一者從該流體入口區域鋪展以產生橫越該散熱片區域的複數個流動路徑。
如申請專利範圍第1項所述之冷卻板基底，其中該等突起具有一中心軸，且該等突起之每一者圍繞該中心軸呈對稱狀。
如申請專利範圍第2項所述之冷卻板基底，其中該散熱片區域包括複數個壁區域，且該等壁區域之每一者係藉由一散熱片區域間隙分隔。
如申請專利範圍第3項所述之冷卻板基底，其中該等流動路徑係圍繞該等壁區域平均地間隔。
如申請專利範圍第1項所述之冷卻板基底，其中該冷卻板基底在該散熱片區域下方之該基底表面具有最多2毫米之厚度。
如申請專利範圍第1項所述之冷卻板基底，其中該冷卻板基底在該散熱片區域下方之該基底表面包括一傳導彈性材料。
一種冷卻設備，包括：一散熱器；以及一冷卻板，藉由至少兩個流體管連接至該散熱器，且該冷卻板包括一冷卻板基底，該冷卻板基底包括：一流體入口區域，位於該冷卻板之一遠端；一流體出口區域，位於該冷卻板之一近端，且該近端係相對於該遠端；一散熱片區域，位置在該流體入口區域以及該流體出口區域之間，其中該散熱片區域從該冷卻板基底之一基底表面延伸；複數個突起，位於該流體入口區域處，其中該等突起之每一者從該流體入口區域鋪展以產生橫越該散熱片區域的複數個流動路徑。
如申請專利範圍第7項所述之冷卻設備，其中該冷卻板更包括一冷卻板罩，該冷卻板罩係配置以覆蓋該冷卻板基底，該冷卻板罩包括與該流體入口區域對齊的一流體入口孔以及與該流體出口區域對齊的一流體出口孔。
一種伺服器裝置，包括：至少一個電子元件；以及一冷卻設備，配置以與該至少一個電子元件耦接，該冷卻設備包括：一散熱器；以及一冷卻板，藉由至少兩個流體管連接至該散熱器，且該冷卻板包括一冷卻板基底，該冷卻板基底包括：一流體入口區域，位於該冷卻板之一遠端；一流體出口區域，位於該冷卻板之一近端，且該近端係相對於該遠端；一散熱片區域，位置在該流體入口區域以及該流體出口區域之間，其中該散熱片區域從該冷卻板基底之一基底表面延伸；複數個突起，在該流體入口區域處，其中該等突起之每一者從該流體入口區域鋪展以產生橫越該散熱片區域的複數個流動路徑。