TW202145470A - 直接液體冷卻模組之彈簧加壓順應冷卻劑分配歧管 - Google Patents

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依瑪德 沙瑪迪安尼
帕單 傑恩
喬治 帕迪拉
菲妮 張
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Abstract

本文揭示了用於使用基於彈簧力之順應性來最小化晶片微散熱片之頂部與歧管埠之底側之間的旁通流體流動間隙的系統及方法。一種流體輸送及排出歧管結構提供對一模組之直接液體冷卻。該歧管位於具有流動通道之一晶片之頂部上。該歧管之進口通道及出口通道與該晶片之流動通道的接觸產生用於冷卻劑之一複雜交叉流動路徑，使得該晶片與工作流體之間的熱傳遞改良。該模組亦設計有使用內部滲漏流動開口之減壓特徵，以應對進入該模組之流體與自該模組排出之流體之間的壓差。

Description

直接液體冷卻模組之彈簧加壓順應冷卻劑分配歧管
在若干種類型之電子組件(包括微處理器、電池及數位攝影機影像感測器)中都可找到互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)電路。CMOS技術之主要特徵係靜態功率消耗低且雜訊抗擾性高。
除了工業標準晶片封裝外，對專用矽之探索亦可能在伺服器中產生高功率熱源。此種技術亦可應用於圖形處理單元(「GPU」)及自訂特殊應用積體電路(「ASIC」)。此外，諸如成像及人工智慧(「AI」)之服務可能需要高密度之大型計算資源，且許多伺服器彼此緊鄰。全球各地的資料中心被要求同時提高能量效率、合併運行並降低成本。為了適應此等高效能及高密度伺服器，資料中心業者不僅必須應對更高的功率密度，而且必須應對其帶來的散熱挑戰。
由於液體在儲存及傳遞熱方面比空氣好很多倍，因此液體冷卻解決方案可為計算效率、密度及效能提供直接且可衡量之益處。使用直接液體冷卻模組可提高計算效能及密度，並減少能量消耗。
電子組件封裝易受寬範圍溫差的影響。由於各種封裝組件之熱膨脹係數(「CTE」)之差異，因此電子組件封裝可能會隨著電子組件封裝之溫度變化而翹曲。
為了控制翹曲，可將包括歧管及加強件之直接液體冷卻模組併入至電子組件封裝中。流體輸送及排出歧管提供對模組之直接液體冷卻。該歧管使用基於彈簧力之順應性以最小化旁通液體流動間隙，其中該等旁通液體流動間隙在該歧管中之進口通道及出口通道形式之流動通道與晶片中之流動通道之間。在一個實例中，晶片之流動通道相對於該歧管之較大進口通道及出口通道而言可係微散熱片(microfin)或小通道之形式。彈簧力用於維持該歧管之各別流動通道與矽晶片上之微散熱片之間的直接接觸。亦將壓差降低特徵併入至該直接液體冷卻模組之設計中。
在一個態樣中，一種冷卻劑輸送裝置包括一歧管，該歧管具有至少一個進口、至少一個出口及一底表面。該底表面具有複數個交替的進口通道及出口通道，該等進口通道直接通向該至少一個進口，且該等出口通道直接通向該至少一個出口。該歧管之該等交替的進口通道及出口通道適於直接接觸一晶片之流動通道。該歧管之該至少一個進口經構形用以接納流經其中之流體，該流體被引導至該等進口通道，然後被引導至該晶片之該等流動通道，之後該流體被接納在該等出口通道中並通過該歧管之該至少一個出口排出。
在一個實例中，該至少一個進口係一中心進口，且該至少一個出口係第一側向出口及第二側向出口，使得液體通過該中心進口被接納在該歧管中，並通過該第一側向出口及該第二側向出口被引導出該歧管。
在一個實例中，當該歧管直接接觸該晶片時，該歧管之該等交替的進口通道及出口通道垂直於該晶片之該等流動通道。
該冷卻劑輸送裝置可進一步包括至少一個外殼，該至少一個外殼適於在其中接納一彈性構件，該彈性構件經構形用以維持該歧管與該晶片之間的接觸。
在一個實例中，該彈性構件係一彈簧。
該冷卻劑輸送裝置可進一步包括一頂板，該頂板適於與該歧管之一頂表面相鄰地放置，該彈性構件具有第一端及第二端，該第一端接觸該歧管，且該第二端接觸該頂板之一內表面。
在另一實例中，該冷卻劑輸送裝置可進一步包括一加強件，該加強件具有穿過其中之一中心孔口以接納該歧管，其中當該晶片耦接至該加強件之一底表面且該頂板耦接至該加強件之一頂表面時，形成了用於該歧管之一圍封體(enclosure)。
在又一實例中，該冷卻劑輸送裝置可進一步包括：一進口接頭，該進口接頭耦接至該頂板，該進口接頭適於將液體提供至該歧管之該至少一個進口；及至少一個出口接頭，該至少一個出口接頭耦接至該頂板，該至少一個出口接頭適於接納自該歧管之該至少一個出口排出之液體。
在又一實例中，該冷卻劑輸送裝置可進一步包括一O形環，該O形環適於位於該加強件之一凹槽內，其中當該加強件及該頂板彼此直接接觸時，該O形環在該加強件與該頂板之間提供一密封。
在又一實例中，該冷卻劑輸送裝置可進一步包括一密封劑，該密封劑適於在該加強件與該晶片直接接觸時使該加強件及該晶片結合。
在另一態樣中，一種冷卻劑輸送裝置包括：一歧管，該歧管具有至少一個進口、至少一個出口、一外殼及一底表面，該底表面具有與該至少一個進口及該至少一個出口進行流體連通之複數個交替的流動通道；及一晶片，該晶片具有包括複數個流動通道之一頂表面。該外殼適於接納一彈性構件，該彈性構件用於當流體自該至少一個進口流經該歧管到達該至少一個出口時維持該歧管與該晶片之間的各別複數個流動通道之間的接觸。
在一個實例中，該歧管之該複數個流動通道包括進口通道及出口通道，該等進口通道直接通向該至少一個進口，且該等出口通道直接通向該至少一個出口。
在此態樣之另一實例中，該歧管之該至少一個進口經構形用以接納流經其中之流體，該流體被引導至該歧管之該等進口通道，然後到達該晶片中之該複數個流動通道，然後到達該歧管之該等出口通道，且然後通過該歧管之該至少一個出口通道被排出。
在又一實例中，該至少一個進口係一中心進口，且該至少一個出口係第一側向出口及第二側向出口，使得液體通過該中心進口被接納在該歧管中，並通過該第一側向出口及該第二側向出口被引導出該歧管。
另一態樣提供一種冷卻劑輸送裝置，其包括一第一外殼及一第二外殼，該第一外殼及該第二外殼中之每一者都包括一凹部，該凹部被定大小並被塑形以接納一彈性構件，且該第一外殼及該第二外殼中之每一者都包括一出口。該冷卻劑輸送裝置進一步包括一基底部分，該基底部分在該第一外殼與該第二外殼之間延伸，該基底部分包括至少一個進口，並具有一底表面，該底表面包括複數個交替的進口通道及出口通道，該等進口通道直接通向該至少一個進口，且該等出口通道直接通向該至少一個出口，其中該至少一個進口與該等進口通道、該等出口通道及該至少一個出口進行流體連通。
圖1A係歧管100的透視俯視圖，該歧管100係直接液體冷卻模組之一部分，該直接液體冷卻模組用於將液體或氣體引導至歧管100位於其頂部上之晶片。歧管100被設計成引導在一或多個電路組件(諸如微處理器、記憶體晶片等)上之流動，以便提高組件與工作流體之間的熱傳遞。歧管100係位於具有流動通道之晶片頂部上之組件，該歧管100產生用於冷卻劑之交叉流動路徑，使得晶片與工作流體或氣體之間的熱傳遞改良。在一個實例中，歧管100由聚胺甲酸酯製成。在其他實例中，歧管100可由其他聚合物製成。
歧管100具有基底部分110以及第一外殼部分120及第二外殼部分120。歧管100進一步包括基底部分110中之進口130以及每一外殼部分120中之出口140。歧管100之每一外殼部分120都包括出口140以及兩個凹部132，以在第一凹部132及第二凹部132中之每一者中至少部分地容納彈性構件150，如圖2中所示。
如圖1A中進一步所示，基底部分110具有頂表面111及底表面112。進口130延伸穿過頂表面111及底表面112。進口130具有沿著縱向軸線L1延伸之長度。流經歧管100之進口130之液體或氣體通常在縱向方向L2上流動，如例如圖4中所示，縱向方向L2垂直於L1。
在圖1B中展示了歧管100之底側。歧管100之底表面112具有周邊114以及沿著縱向軸線L3延伸之流動通道(進口通道116及出口通道118，如圖5A中所示)陣列。縱向軸線L3垂直於縱向軸線L1 (沿著進口130之長度)及縱向軸線L2 (流體流經進口130之方向)兩者。流動通道係交替的進口通道116及出口通道118，將參考圖5A更詳細地描述此等流動通道。底表面112進一步包括將出口通道118饋入至出口140之儲集器122。
在圖2中，在每一凹部132中都展示了彈簧形式之彈性構件150。在此實例中，存在總共四個彈性構件150，其中每一外殼120中有兩個彈性構件150。在另一實例中，在歧管100中可使用多於或少於四個彈性構件。每一彈性構件150之一部分處於凹部132內，而另一部分自各別外殼120之頂表面134伸出。因此，彈性構件150之第一端151接觸凹部132之內表面，而第二端153自外殼120之頂表面134向外凸出。雖然彈性構件150被展示為彈簧，但其可係任何彈性結構，此種彈性結構在被壓縮或處於加壓狀態時能夠推動其端所接觸之相對表面。
每一出口140都穿過頂表面134延伸至歧管100之底表面112中之各別儲集器122。在每一出口140內，都存在如例如圖10A中所示之凸耳(ledge) 142。管或出口套管136被至少部分地接納在每一出口140內，並在直接接觸凸耳142時停置在出口140內。在一個實例中，每一管136都由聚四氟乙烯(「PTFE」)製成，因為PTFE具有所有固體中最低之摩擦係數之一。此允許管136與界定出口140之內部圓形壁的摩擦力很低。
如圖3A中所示，彈簧150之外徑(「OD」)為0.24''，且絲徑(「WD」)為0.022''。在此實例中，彈簧150之內徑(「ID」)為0.196''。如圖3B中所示，彈簧150之總長度(「OL」)為0.75''。在使用期間，彈簧150在最大負載下之壓縮長度(「CL」)為0.17''。每一彈簧之力為2.69磅力(「lbf」)，四個彈簧之總彈簧力約為10.8 lbf。上文僅僅係OD、WD、ID、OL及CL之尺寸以及彈性構件150能夠具有之以lbf為單位之最大負載的一個實例。在其他實例中，每一彈性構件之尺寸及彈簧力可基於直接冷卻模組之需求。
圖4係歧管100的另一透視圖。如圖所示，存在各別箭頭方向以表示液體或氣體流經進口130及出口140之方向。每一箭頭都沿著大體上平行於縱向軸線L2之路徑行進。液體或氣體通過進口130自歧管100之頂表面111至底表面112進入至歧管100中。圖5A及圖5B展示了在各別歧管進口通道116及歧管出口通道118中之流體流動方向。每一進口通道116都直接通向進口130，而每一出口通道118都經由儲集器122直接通向出口140。換言之，每一進口通道116都與進口130進行流體連通，而每一出口通道118都與出口140進行流體連通。
如圖6中所示，當歧管100之底表面112與基板及/或晶片160之頂表面直接接觸時，穿過系統之液體或氣體之流動路徑遵循設計路徑。晶片160具有複數個流動通道162，當歧管之底表面112直接接觸晶片160時，此等流動通道162與圖5B中所示之歧管之各別進口通道116及出口通道118進行流體連通。晶片160之流動通道162沿著縱向軸線L4延伸，如圖6及圖7A中所示。縱向軸線L4平行於進口130之縱向軸線L1。縱向軸線L4亦垂直於縱向軸線L3，其中每一進口通道116及出口通道118都平行於縱向軸線L3。如圖6中進一步所示，進入歧管100之流體首先被饋入至進口通道116中，且然後下降至晶片160之流動通道162中。
如圖7A至圖7B中所示，在歧管100之每一進口通道116與出口通道118之間存在端面126。在晶片160之每一流動通道162之間存在端面166。當歧管100之底表面112直接接觸晶片160時，歧管100及晶片160之各別端面126、166彼此直接接觸。在流體沿著軸線L2流經進口130進入歧管100且然後沿著軸線L3饋入至進口通道116中之後，然後流體沿著軸線L2下降至晶片160之流動通道162中，且然後隨著其在由端面126、166之相交點形成之一或多個接觸點之下穿過而在流動通道162內沿著軸線L4流動，之後流體再次向上或豎直地沿著軸線L2升高，並沿著軸線L3流動至出口通道118中，且最終在每一出口通道118之端處進入至儲集器122中之一個儲集器中，此等儲集器直接通向出口通道118。
如圖7A中所示，每一進口通道116都具有漸縮壁123及頂壁125。在所示實例中，每一頂壁125都係圓形的。在其他實例中，每一進口通道116之漸縮壁123及頂壁125之構形都可基於期望的流體動力學而構形。相鄰漸縮壁123之角度及頂壁125之曲線可視需要而調整，以提高流經進口通道116之流體流量。每一出口通道118都具有漸縮壁129及頂壁127。在所示實例中，每一頂壁127都係圓形的。每一出口通道118之漸縮壁129及頂壁127之構形亦都可基於較佳的流體動力學而設計。例如，相鄰漸縮壁129之角度及頂壁127之曲線可視需要而調整，以提高流經出口通道118之流體流量。每一進口通道116都具有高度H1，該高度H1被界定為相鄰端面126之間的點與相鄰端面126之間的頂壁125之頂點之間的縱向距離。每一出口通道118都具有高度H2，該高度H2被界定為相鄰端面126之間的點與相鄰端面126之間的頂壁127之頂點之間的縱向距離。在所示實例中，H2大於H1。在另一實例中，H1可大於H2，且在另一實例中，H1及H2可相等。
如圖7B中進一步所示，每一流動通道162都具有漸縮壁163及基底165。在所示實例中，每一基底165都隨著漸縮壁163結合在一起而到達一個點。每一流動通道162之漸縮壁163與基底125之構形亦可基於較佳的流體動力學而設計。相鄰漸縮壁163之角度可視需要而調整，以提高流經流動通道162之流體流量。在其他實例中，基底165可係彎曲的。每一流動通道162都具有高度H3，該高度H3被界定為相鄰端面166之間的點與相鄰端面166之間的基底165之最低點之間的縱向距離。在所示實例中，對於每一流動通道162，H3都相同。在另一實例中，一或多個流動通道可具有大於H3之高度，而在另一實例中，一或多個流動通道可具有小於H3之高度。
圖8係歧管100的仰視平面圖，展示了歧管100之底表面112或底側之高亮區域A。如圖9中所示，當歧管100接觸基板180及/或晶片160時，此區域A係歧管100之在晶片160上施加負載之部分。區域A環繞歧管之底表面112之周邊115，使得歧管100之底表面112的進口通道116及出口通道118位於其中之部分不在晶片160上施加負載。在一個實例中，接觸區域A係0.161平方吋。此區域A被設計成匹配晶片160上之系統壓力。上述彈簧負載在晶片160上係10.8 lbf或約67 psi。
在其他實例中，歧管100之接觸區域A可大於或小於0.161平方吋，且因此，彈性構件150之彈簧負載亦可更大或更小，使得接觸區域A匹配晶片160上之系統壓力。
圖9係子總成200的透視圖，子總成200包括基板180上之晶片160以及加強件220。歧管100被容納在加強件220之中心開口230內，並位於晶片160之頂部上，如例如圖10A及圖10B中所示。加強件具有頂表面221及底表面222。底表面222接觸基板180之頂表面181或晶片160之頂表面。在加強件220之頂表面221中存在矩形凹槽224。O形環或墊片235位於凹槽224內。
基板180包括晶粒或晶片160。晶粒160可係積體電路(「IC」)晶片、系統單晶片(「SoC」)或其部分，可包括各種被動及主動微電子裝置，諸如電阻器、電容器、電感器、二極體、金屬氧化物半導體場效(「MOSFET」)電晶體、CMOS電晶體、雙極接面電晶體(「BJT」)、橫向擴散金屬氧化物矽(「LDMOS」)電晶體、高功率MOS電晶體、其他類型之電晶體或其他類型之裝置。例如，晶粒160可包含記憶體裝置、邏輯裝置或其他類型之電路。展示了晶粒160結合至載體基板或基板180上。基板180可係例如矽基板、塑膠基板、具有聚醯亞胺及銅層之可撓性基板，例如層壓基板、陶瓷基板、中介層，或任何其他合適支撐結構。
根據一些實例，在將基板180之頂表面183結合至加強件220之底表面222之前，可在基板180之頂表面181及/或加強件220之底表面222上塗覆一層黏合劑182。黏合劑182用於機械耦接基板180及加強件220。可使用本行業中使用之任何類型之黏合劑，包括但不限於天然黏合劑、合成黏合劑、乾燥黏合劑、熱塑性黏合劑、反應性黏合劑、壓敏性黏合劑或任何其他常用黏合劑。
圖9亦展示了通過加強件220之每一周邊孔口228來安裝之硬體或緊固件240。每一緊固件或硬體240都具有頂部分242及帶螺紋軸件部分244。如圖10A中所示，緊固件240用於將頂板320耦接至加強件220。在本實例中，存在八個緊固件240。在其他實例中，可存在用於將頂板320耦接至加強件之多於或少於八個緊固件240。頂板320具有頂表面321及底表面322。
當頂板320耦接至加強件220時，如圖10A中所示，例如，每一彈簧150之第二端都與頂板之底表面322接觸。緊固件240插入至延伸穿過頂板320之頂表面321及底表面322之每一周邊孔口328中，使得每一緊固件240之帶螺紋軸件部分244都被接納在加強件220之帶螺紋周邊孔口228中。隨著每一緊固件240被螺紋擰入至加強件220之周邊孔口228中，每一彈簧150都繼續壓縮，直至頂板320之底表面322與加強件220之頂表面221接觸為止。由於每一彈簧150之一部分自歧管100向上凸出，因此每一彈簧150之第二端153亦與頂板320之底表面322接觸。此亦使歧管110之接觸區域A在晶片160及/或基板180上施加負載。O形環235有助於將頂板320密封至加強件220上。可使用額外緊固件440來將頂板320固定至基板180或額外基板181上。雖然圖11A之截面圖展示了兩個緊固件440，但可使用總共四個緊固件440來將頂板320固定至基板180或額外基板181上。在其他實例中，可存在多於或少於四個緊固件440。
圖10A及圖10B進一步展示了耦接至頂板320之進口接頭330及出口接頭340。PTFE管136提供了自歧管110至出口接頭340之滑動密封。頂板320進一步包括被接納在歧管外殼120之間的空間內之進口部分333。超軟墊片335密封自進口接頭330至歧管110之進口130的大部分流量。
圖11A及圖11B展示了流經該系統之大部分流體之流動路徑。流體通過進口接頭330並通過歧管100之進口130進入該系統。然後，流體流經進口通道116行進，然後向下進入至晶片流動通道162中，之後向上返回至出口通道118中，進入至儲集器122中，且然後進一步向上進入至歧管110之出口140中並流經PTFE管136，且進一步向上進入至出口接頭340，並自直接液體冷卻模組流出。
圖12A及圖12B展示了系統之入流部分及出流部分中之壓差。系統之入流部分及出流部分中之每一者都氣密密封或者係氣密的，使得除了通過各別進口接頭330及出口接頭340外，沒有空氣或流體能夠逸出封裝。在一個實例中，流體以60 psi流經進口接頭330流動至該系統中，並以58 psi流經出口接頭340流出該系統。因此，在該系統之入流部分與每一出流部分之間存在2 psi之壓差。由於系統係氣密密封的，因此為了應對此種壓差，系統之內部密封被設計成允許一些流體在除了為大部分流體設計的自進口接頭330流經歧管100並到達出口接頭340之流動路徑外流經該系統。如圖12B中所示，少量流體不穿過歧管110，而是在墊片335與頂板330之進口部分333之間，在歧管外殼120與頂板之進口部分333及底表面322之間，此釋放了進入該系統之流體與自該系統排出之流體之間的壓差。
除非另有說明，否則前述替代實例都不係互斥的，而是能夠以各種組合實施以達成獨特的優點。由於可在不偏離申請專利範圍所界定之主題的情況下利用上文論述之特徵之此等及其他變型及組合，因此前述描述應作為說明而非限制申請專利範圍所界定之主題來理解。另外，提供本文描述之實例以及用片語表達為「諸如」、「包括」等之用語不應被解譯為將申請專利範圍之主題限於特定實例；相反，此等實例僅意欲說明許多可能的實施方案中之一者。此外，不同附圖中之相同的附圖標記可識別相同或相似的元件。
100:歧管 110:基底部分 111:頂表面 112:底表面 114:周邊 115:周邊 116:進口通道 118:出口通道 120:外殼部分 122:儲集器 123:漸縮壁 125:頂壁 126:端面 127:頂壁 129:漸縮壁 130:進口 132:凹部 134:頂表面 136:管或出口套管 140:出口 142:凸耳 150:彈性構件 151:第一端 153:第二端 160:晶片 162:流動通道 163:漸縮壁 165:基底 166:端面 180:基板 181:頂表面 182:黏合劑 183:頂表面 220:加強件 221:頂表面 222:底表面 224:凹槽 228:周邊孔口 230:中心開口 235:O形環或墊片 240:硬體或緊固件 242:頂部分 244:帶螺紋軸件部分 320:頂板 321:頂表面 322:底表面 328:周邊孔口 330:進口接頭 333:進口部分 335:墊片 340:出口接頭 440:緊固件 A:區域 H1:高度 H2:高度 H3:高度 ID:內徑 L2:縱向方向/縱向軸線 L3:縱向軸線 L4:縱向軸線 OD:外徑 WD:絲徑
圖1A係根據本發明之一個態樣之歧管的透視俯視圖。
圖1B係圖1A中所示之歧管之底側的透視圖。
圖2係圖1之歧管的另一透視俯視圖，包括例示性彈性構件以及每一出口埠中之出口套管。
圖3A係圖2中所示之彈性構件中之一個彈性構件的俯視圖。
圖3B係圖3A中所示之彈性構件的側視圖。
圖4係圖1之歧管的另一透視俯視圖，展示了流體流經各別進口埠及出口埠之方向。
圖5A係圖1之歧管之底側或底部分的透視圖，其中箭頭展示了流體流經各別進口流動通道及出口流動通道之方向。
圖5B係圖5A中所示之流動通道之一部分的放大圖。
圖6係當歧管之底表面直接接觸晶片之頂表面時液體之流動路徑之實例的透視圖。
圖7A係直接接觸晶片之微散熱片的歧管之散熱片(fin)以及與晶片之流動通道進行流體連通之交替的進口流動通道及出口流動通道的放大透視圖。
圖7B係圖7A之放大透視圖旋轉了90°的放大透視圖，其中箭頭指示了歧管之進口通道中之流體向下進入至晶片之各別微散熱片中的流動路徑。
圖8係例示性歧管的仰視平面圖，展示了當歧管之底側區域直接接觸晶片及/或基板時該歧管之接觸晶片及/或基板之該底側區域。
圖9係子總成的透視圖，該子總成包括基板上之晶片、加強件以及處於加強件之中心開口內並位於晶片頂部上之歧管。
圖10A係直接液體冷卻模組300的截面透視圖，該直接液體冷卻模組包括圖9之子總成以及頂板及進口與出口接頭。
圖10B係圖10A之直接液體冷卻模組的前截面透視圖。
圖11A係穿過圖10A之直接液體冷卻模組之液體流動路徑的截面透視圖。
圖11B係穿過圖10A之直接液體冷卻模組之液體流動路徑的前截面透視圖。
圖12A係流經直接液體冷卻模組之流體壓差的前截面圖。
圖12B係在液體流經模組的情況下直接液體冷卻模組的前截面圖。
100:歧管
111:頂表面
112:底表面
130:進口
134:頂表面
136:管或出口套管
150:彈性構件

Claims (20)

  1. 一種冷卻劑輸送裝置，其包含： 一歧管，該歧管具有至少一個進口、至少一個出口及一底表面， 其中該底表面具有複數個交替的進口通道及出口通道，該等進口通道直接通向該至少一個進口，且該等出口通道直接通向該至少一個出口， 其中該歧管之該複數個交替的進口通道及出口通道適於直接接觸一晶片之流動通道，且 其中該歧管之該至少一個進口經構形用以接納流經其中之流體，該流體被引導至該等進口通道，然後被引導至該晶片之該等流動通道，之後該流體被接納在該等出口通道中並通過該歧管之該至少一個出口被排出。
  2. 如請求項1之冷卻劑輸送裝置，其中該至少一個進口係一中心進口，且該至少一個出口係第一側向出口及第二側向出口，使得液體通過該中心進口被接納在該歧管中，並通過該第一側向出口及該第二側向出口被引導出該歧管。
  3. 如請求項1之冷卻劑輸送裝置，其中當該歧管直接接觸該晶片時，該歧管之該複數個交替的進口通道及出口通道垂直於該晶片之該等流動通道。
  4. 如請求項1之冷卻劑輸送裝置，其進一步包含： 至少一個外殼，該至少一個外殼適於在其中接納一彈性構件，該彈性構件經構形用以維持該歧管與該晶片之間的接觸。
  5. 如請求項4之冷卻劑輸送裝置，其中該彈性構件係一彈簧。
  6. 如請求項4之冷卻劑輸送裝置，其進一步包含： 一頂板，該頂板適於與該歧管之一頂表面相鄰地放置，該彈性構件具有第一端及第二端，該第一端接觸該歧管，且該第二端接觸該頂板之一內表面。
  7. 如請求項6之冷卻劑輸送裝置，其進一步包含： 一加強件，該加強件具有穿過其中之一中心孔口，該中心孔口被定大小並被塑形為接納該歧管， 其中當該晶片耦接至該加強件之一底表面且該頂板耦接至該加強件之一頂表面時，形成了用於該歧管之一圍封體。
  8. 如請求項7之冷卻劑輸送裝置，其進一步包含： 一進口接頭，該進口接頭耦接至該頂板，該進口接頭適於將液體提供至該歧管之該至少一個進口；及 至少一個出口接頭，該至少一個出口接頭耦接至該頂板，該出口接頭適於接納自該歧管之該至少一個出口排出之液體。
  9. 如請求項7之冷卻劑輸送裝置，其進一步包含： 一O形環，該O形環適於位於該加強件之一凹槽內， 其中當該加強件及該頂板彼此直接接觸時，該O形環在該加強件與該頂板之間提供一密封。
  10. 一種總成，其包含： 一歧管，該歧管具有至少一個進口、至少一個出口、一外殼及一底表面，該底表面具有與該至少一個進口及該至少一個出口進行流體連通之複數個交替的流動通道；及 一晶片，該晶片具有包括複數個流動通道之一頂表面， 至少一個彈性構件，該至少一個彈性構件位於該歧管之該外殼內，該至少一個彈性構件在該歧管與該晶片之間產生一施力，當流體自該至少一個進口流經該歧管到達該至少一個出口時，此一施力維持該歧管與該晶片之間的各別複數個流動通道之間的接觸。
  11. 如請求項10之總成，其中該歧管之該複數個交替的流動通道包括進口通道及出口通道，該等進口通道直接通向該至少一個進口，且該等出口通道直接通向該至少一個出口。
  12. 如請求項11之總成，其中該歧管之該至少一個進口經構形用以接納流經其中之流體，該流體被引導至該歧管之該等進口通道，然後到達該晶片中之該複數個流動通道，然後到達該歧管之該等出口通道，且然後通過該歧管之該至少一個出口被排出。
  13. 如請求項10之總成，其中該至少一個出口係第一側向出口及第二側向出口，且該至少一個進口係位於該第一側向出口與該第二側向出口之間的一中心進口，使得通過該中心進口被接納在該歧管中之液體通過該第一側向出口及該第二側向出口被引導出該歧管。
  14. 如請求項10之總成，其中當該歧管直接接觸該晶片時，該歧管之該複數個流體流動通道垂直於該晶片之微散熱片。
  15. 如請求項10之總成，其中該彈性構件包含一彈簧。
  16. 如請求項10之總成，其進一步包含： 一頂板，該頂板適於與該歧管之一頂表面相鄰地放置，該彈性構件具有第一端及第二端，該第一端接觸該歧管，且該第二端接觸該頂板之一內表面。
  17. 如請求項16之總成，其進一步包含： 一加強件，該加強件具有穿過其中之一中心孔口，該中心孔口被定大小並被塑形為接納該歧管， 其中當該晶片耦接至該加強件之一底表面且該頂板耦接至該加強件之一頂表面時，形成了用於該歧管之一圍封體。
  18. 如請求項17之總成，其進一步包含： 一O形環，該O形環位於該加強件之一凹槽內， 其中當該加強件及該頂板彼此直接接觸時，該O形環在該加強件與該頂板之間提供一密封。
  19. 如請求項16之總成，其進一步包含： 一進口接頭，該進口接頭耦接至該頂板，以將液體提供至該歧管之該至少一個進口；及 至少一個出口接頭，該至少一個出口接頭耦接至該頂板，以接納自該歧管之該至少一個出口排出之液體。
  20. 一種冷卻劑輸送裝置，其包含： 一第一外殼及一第二外殼，該第一外殼及該第二外殼中之每一者都包括一凹部，該凹部被定大小並被塑形以接納一彈性構件，且該第一外殼及該第二外殼中之每一者都包括一出口；及 一基底部分，該基底部分在該第一外殼與該第二外殼之間延伸，該基底部分包括至少一個進口，並具有一底表面，該底表面包括複數個交替的進口通道及出口通道，該等進口通道直接通向該至少一個進口，且該等出口通道直接通向該至少一個出口； 其中該至少一個進口與該等進口通道、該等出口通道及該至少一個出口進行流體連通。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11876036B2 (en) * 2020-06-18 2024-01-16 The Research Foundation For The State University Of New York Fluid cooling system including embedded channels and cold plates
US11800682B2 (en) * 2021-12-03 2023-10-24 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Cooling module and a method of assembling the cooling module to an electronic circuit module

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4721996A (en) * 1986-10-14 1988-01-26 Unisys Corporation Spring loaded module for cooling integrated circuit packages directly with a liquid
US5294830A (en) * 1991-05-21 1994-03-15 International Business Machines Corporation Apparatus for indirect impingement cooling of integrated circuit chips
US5517753A (en) * 1995-04-06 1996-05-21 International Business Machines Corporation Adjustable spacer for flat plate cooling applications
US6778393B2 (en) * 2002-12-02 2004-08-17 International Business Machines Corporation Cooling device with multiple compliant elements
US7100381B2 (en) * 2003-10-02 2006-09-05 Raytheon Company Slot jet cooler and method of cooling
US6992382B2 (en) * 2003-12-29 2006-01-31 Intel Corporation Integrated micro channels and manifold/plenum using separate silicon or low-cost polycrystalline silicon
DE202005003832U1 (de) * 2004-03-26 2005-05-12 Ebm-Papst St. Georgen Gmbh & Co. Kg Wärmeaufnehmer
WO2005096377A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-13 Hydrocool Pty Limited A heat exchanger
US20060087816A1 (en) * 2004-09-21 2006-04-27 Ingo Ewes Heat-transfer devices
US7353859B2 (en) * 2004-11-24 2008-04-08 General Electric Company Heat sink with microchannel cooling for power devices
US7277283B2 (en) * 2005-05-06 2007-10-02 International Business Machines Corporation Cooling apparatus, cooled electronic module and methods of fabrication thereof employing an integrated coolant inlet and outlet manifold
US7233494B2 (en) * 2005-05-06 2007-06-19 International Business Machines Corporation Cooling apparatus, cooled electronic module and methods of fabrication thereof employing an integrated manifold and a plurality of thermally conductive fins
US7255153B2 (en) * 2005-05-25 2007-08-14 International Business Machines Corporation High performance integrated MLC cooling device for high power density ICS and method for manufacturing
US7562444B2 (en) * 2005-09-08 2009-07-21 Delphi Technologies, Inc. Method for manufacturing a CPU cooling assembly
US7597135B2 (en) * 2006-05-23 2009-10-06 Coolit Systems Inc. Impingement cooled heat sink with low pressure drop
US7362574B2 (en) * 2006-08-07 2008-04-22 International Business Machines Corporation Jet orifice plate with projecting jet orifice structures for direct impingement cooling apparatus
CN102014598B (zh) * 2010-11-27 2013-03-06 上海大学 棱柱阵列射流微通道散热器
US9328968B2 (en) * 2011-10-28 2016-05-03 Dana Canada Corporation Low profile, split flow charge air cooler with uniform flow exit manifold
US9460985B2 (en) * 2013-01-04 2016-10-04 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Cooling apparatuses having a jet orifice surface with alternating vapor guide channels
US9265176B2 (en) * 2013-03-08 2016-02-16 International Business Machines Corporation Multi-component electronic module with integral coolant-cooling
JP5803963B2 (ja) * 2013-03-22 2015-11-04 トヨタ自動車株式会社 冷却器
US9131631B2 (en) * 2013-08-08 2015-09-08 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Jet impingement cooling apparatuses having enhanced heat transfer assemblies
JP5880531B2 (ja) * 2013-12-11 2016-03-09 トヨタ自動車株式会社 冷却器
US9564385B2 (en) * 2015-04-30 2017-02-07 Deere & Company Package for a semiconductor device
EP3188230B1 (en) * 2015-12-30 2020-09-02 IMEC vzw Liquid cooling of electronic devices
US10798847B2 (en) * 2018-06-27 2020-10-06 Intel Corporation Modular heat transfer system
CN113994772B (zh) * 2019-04-14 2023-05-16 捷控技术有限公司 基于直接接触流体的冷却模块
CN110164835B (zh) * 2019-06-14 2023-11-10 北京工业大学 一种歧管式复杂结构微通道微型散热器

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