TW202244455A - 多通道歧管冷板 - Google Patents
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Abstract
一種多通道歧管冷板，其具有用於冷卻電子設備的微通道。一主入口係在微通道相對於冷板的一側上，且包括具有相鄰於微通道之噴嘴的入口通道。一主出口係在微通道相對於冷板的一側上，且包括具有相鄰於微通道之噴嘴的出口通道。該等入口通道與出口通道交錯。在操作中，主入口經由入口通道及噴嘴遞送冷卻流體至冷板微通道，且主出口自微通道經由出口通道及噴嘴接收冷卻流體。此組態提供用於有效率地冷卻電子設備的冷卻流體分布模式。
Description
目前，電子設備的大部分晶片組件係藉由強制空氣對流冷卻，但此冷卻將不足以用於下一代、較高電力的電子設備，其需要高效且緻密的冷卻解決方案以維持可接受的操作溫度。藉由微通道冷板(亦稱為直接晶片冷卻)來液體冷卻這些電子組件(諸如中央處理單元(CPU))已逐漸地調適作為資料中心中之伺服器熱管理的有效冷卻解決方案。可藉由減小通道大小來達成基於微通道之冷板的高效冷卻性能。然而，通道大小的減小可導致高壓降，其對於基於微通道之冷卻解決方案而言係一缺點。
一種第一多通道歧管冷板，其包括一冷板及在該冷板上的微通道。在該等微通道上的複數個入口遞送一冷卻流體至該等微通道，且該等微通道上的複數個出口自該等微通道接收該冷卻流體。該等入口與該等出口交錯。
一種第二多通道歧管冷板，其包括一冷板及在該冷板上的微通道。一主入口係在該等微通道相對於該冷板的一側上，且包括
與該主入口流體連通的入口通道，其中噴嘴係在該等入口通道上相鄰於該等微通道。一主出口係在該等微通道相對於該冷板的一側上，且包括與該主入口流體連通的出口通道，其中噴嘴係在該等出口通道上相鄰於該等微通道。
該等入口通道與該等出口通道交錯。該主入口經由該等歧管入口通道及噴嘴遞送一冷卻流體至該等冷板微通道，且該主出口自該等微通道經由該等出口通道及噴嘴接收該冷卻流體。
10:多通道歧管
12:冷板
14:積體電路晶片/晶片
16:冷板
18:微通道
20:入口
22:出口
24:冷板
26:主入口
28:主出口
29:入口通道
30:微通道
32:出口通道
54:主入口
56:主出口
60:入口通道
62:出口通道
64:微通道
66:入口通道
68:入口噴嘴
70:冷板
72:出口噴嘴
74:出口通道
90:冷板
92:微通道
94:通道
96:冷板
98:微通道
100:通道
〔圖1〕係繪示歧管冷板之側視圖。
〔圖2〕係繪示具有三個入口及四個出口的多通道歧管流動模式之透視圖。
〔圖3〕係顯示圖2之多通道歧管冷板內的冷卻劑分布之剖面圖。
〔圖4A〕係位於歧管通道之頂部處的入口及出口之側視圖。
〔圖4B〕係繪示圖4A之歧管通道的入口路徑之透視圖。
〔圖4C〕係繪示圖4A之歧管通道的出口路徑之透視圖。
〔圖5〕係繪示具有三個入口及兩個出口的多通道流動歧管之側視圖。
〔圖6A〕係繪示圖5之多通道歧管中之入口的組態及組件之透視圖。
〔圖6B〕係繪示圖5之多通道歧管中之出口的組態及組件之透視圖。
〔圖7A〕係二區段微通道冷板之透視圖。
〔圖7B〕係四區段微通道冷板之透視圖。
實施例包括用於高功率密度電子設備熱管理的歧管設計。該等設計實現低熱阻以及低壓降。歧管可附接至微通道冷卻裝置，或與微通道冷卻裝置整合。該等歧管設計可包括一多通道歧管，其具有用於遞送冷卻流體至微通道的多個入口及出口；或具有單一主入口及出口，其中多個分布通道用於遞送冷卻流體。替代地，可在無微通道的情況下使用該等設計。入口對出口的比及分布通道之數目可經組態以提供高冷卻性能，同時維持相對低的壓降。變化的分布通道大小亦有助於提供跨微通道均勻的流動。
圖1係繪示用於提供冷卻流體或冷卻劑至具有微通道之冷板12以用於冷卻積體電路晶片14或其他電子組件的多通道歧管10之側視圖。熱界面材料可位於冷板12與晶片14之間。這些電子組件可位於例如資料中心內，或其他位置。
圖2係繪示在具有微通道18的冷板16上具有三個入口20及四個出口22的多通道歧管組態模式之透視圖。圖3係顯示在入口20與出口22之間的多通道歧管內的冷卻劑分布之剖面圖。如圖所示，入口20及出口22例如與微通道18呈90°角度或實質上垂直於微通道18而位於微通道18上，以達成冷卻劑之所欲流動長度及分布。
此外，入口20與出口22交錯，意指該等入口與該等出口交替。該等入口及出口可以一對一基礎交錯使得一個入口與一個出
口交替，或者以其他基礎交錯，例如兩個入口與一個出口交替、或一個入口與兩個出口交替。可例如基於微通道之間所欲的冷卻劑流動及分布來判定入口及出口的交錯類型。入口及出口的此組態提供入口至出口之冷卻劑流動長度的有效減少，且在入口位置處引導冷卻劑流動的引入。
圖4A係位於歧管通道之頂部處的入口及出口之側視圖。圖4B及圖4C係分別繪示圖4A之歧管通道的入口路徑及出口路徑之透視圖。如圖4A所示，此歧管具有一主入口26，該主入口用於提供冷卻流體至入口通道29，且繼而至冷板24上的微通道30。圖4B繪示主入口26提供冷卻流體至兩個入口通道29，以用於經由至微通道30的入口噴嘴遞送冷卻流體。圖4C繪示兩個出口通道32用於自微通道30接收冷卻流體，並遞送冷卻流體至主出口28。
圖4A至圖4C之組態具有相同數目之入口通道及出口通道，用於在至歧管通道的主入口與至主出口之間提供分布通道。冷卻劑流動及分布模式係由圖4A至圖4C中之箭頭所示。如圖所示，主入口26及主出口28係位於例如與微通道30呈90°角度或實質上垂直於微通道30處，以達成冷卻劑之所欲流動長度及分布。
入口通道29與出口通道32交錯，意指該等入口通道與該等出口通道交替。該交錯可係例如一對一基礎或其他基礎，如圖2及圖3所描述。入口及出口分布通道有助於有效率地將冷卻劑分布至歧管微通道。此外，具有噴嘴之彼等分布通道將冷卻劑的衝擊引入至微通道上，從而增強熱傳遞效率。
圖5係繪示具有用於供提供冷卻流體至微通道64之三個入口通道60及兩個出口通道62的多通道流動歧管之側視圖。在圖5中所示之組態中，一個入口通道係在歧管的中心處，且其他兩個入口通道係在歧管的兩個端或側處。出口通道係在中心與端入口通道之間。
圖6A及圖6B係分別繪示圖5之多通道歧管中之入口及出口的組態及組件之透視圖。如圖6A所示，一主入口54提供冷卻流體至三個入口通道66，其等各自具有遞送冷卻流體至冷板70上之微通道64的入口噴嘴68。如圖6B所示，一主出口56自兩個出口通道74接收冷卻流體，該兩個出口通道各自具有自冷板70上之微通道64接收冷卻流體的出口噴嘴72。
如圖所示，主入口54及主出口56係位於例如與微通道64呈90°角度或實質上垂直於微通道64處，以達成冷卻劑之所欲流動長度及分布。入口通道66係與出口通道74交錯，意指該等入口通道與該等出口通道交替。該交錯可係例如一對一基礎或其他基礎，如圖2及圖3所描述。
圖6A至圖6B之多通道歧管的下列組態得出低壓降及低熱阻兩者之優點。入口及出口通道可包括噴灑噴嘴或噴口(snout)，如圖所示。中心入口通道大小可係1mm寬，且端入口通道寬度可係250微米或500微米，以提供多通道歧管比中心流動低的壓降及熱阻值，同時維持熱源之類似或更均勻的溫度梯度。入口通道寬度的兩個
組態(中心入口通道的250微米及端入口通的500微米)可提供低壓降。
歧管分布入口及出口通道可具有不同大小。中心入口通道可係較小(具有小於外部入口通道之寬度的寬度)以用於更佳的流動分布均勻性。中心入口通道的噴灑噴嘴或噴口亦可具有變化的大小以用於更佳的流體分布均勻性。取決於例如所欲冷卻劑流動及分布模式，出口通道可以類似於入口通道或與入口通道不同的方式來結構設計。
表1提供基於圖6A至圖6B中所示之組態的兩個例示性設計之參數。
下列係用於本文所述之歧管的例示性材料及組態。
入口、出口、主入口、主出口、通道、及噴嘴可係由例如具有低熱導之各種材料構成，諸如射出成型塑膠、複合材料、或低熱傳導金屬。例如，彼等組件可係由高導熱率的銅構成。銅可經處理以降低氧化風險(例如，鍍鎳、鈍化等)。其他可能的材料係鋁、銀、及銀與銅之共晶合金。
冷板可係由例如銅或具有高導熱率的其他金屬構成。
冷板微通道可透過機械加工而整合地與冷板一起形成，或可透過積層製造(3D印刷)或電鍍形成於冷板上。替代地，冷板微通道可係在冷板上的分離組件中。冷板微通道可包含鰭片，例如如圖4A中之微通道30所示的鰭片。鰭片一般係連續的且跨冷板之一區段彼此平行，以用於冷卻。替代地，鰭片可係不連續的、彼此不平行，或在剖面圖上呈彎曲或波狀。鰭片或其他微通道結構可如圖7A及圖7B所示予以分段。圖7A係具有兩個分段微通道92的冷板90之透視圖，該兩個分段微通道形成通道94。圖7B係具有四個分段微通道98的冷板96之透視圖，該四個分段微通道形成通道100。冷板微通道可具有例如大約200微米節距其中100微米寬的通道，至多600微米節距其中300微米寬的通道。微通道的寬度可係例如50微米至1000微米，其中高度係100微米至5mm。
16:冷板
18:微通道
20:入口
22:出口
Claims (19)
- 一種多通道歧管冷板，其包含：一冷板；微通道，其等係在該冷板上；複數個入口，其係在該等冷板微通道上，以用於遞送一冷卻流體至該等冷板微通道；及複數個出口，其係在該等冷板微通道上，以用於自該等冷板微通道接收該冷卻流體，其中該等入口係與該等出口交錯。
- 如請求項1之多通道歧管，其中該等出口之一數目係大於該等入口之一數目。
- 如請求項1之多通道歧管，其中該等入口係以一對一基礎而與該等出口交錯。
- 如請求項1之多通道歧管，其中該等入口係實質上垂直於該等冷板微通道。
- 如請求項1之多通道歧管，其中該等出口係實質上垂直於該等冷板微通道。
- 如請求項1之多通道歧管，其中該等冷板微通道包含鰭片。
- 如請求項1之多通道歧管，其中該等冷板微通道係經分段。
- 如請求項7之多通道歧管，其中經分段之該等冷板微通道形成一通道。
- 一種多通道歧管冷板，其包含：一冷板；微通道，其等係在該冷板上；一主入口，其係在該等冷板微通道相對於該冷板的一側上；複數個入口通道，其與該主入口流體連通；複數個入口噴嘴，其在該等入口通道上相鄰於該等冷板微通道；一主出口，其係在該等冷板微通道相對於該冷板的一側上；複數個出口通道，其與該主出口流體連通；及複數個出口噴嘴，其在該等出口通道上相鄰於該等冷板微通道，其中該等入口通道係與該等出口通道交錯，該主入口經由該等入口通道及該等入口噴嘴遞送一冷卻流體至該等冷板微通道，且該主出口自該等冷板微通道經由該等出口通道及該等出口噴嘴接收該冷卻流體。
- 如請求項9之多通道歧管冷板，其中該等入口通道之一數目等於該等出口通道之一數目。
- 如請求項9之多通道歧管冷板，其中該等入口通道之一數目大於該等出口通道之一數目。
- 如請求項9之多通道歧管冷板，其中該等入口通道係以一對一基礎而與該等出口通道交錯。
- 如請求項9之多通道歧管冷板，其中該主入口係實質上垂直於該等冷板微通道。
- 如請求項9之多通道歧管冷板，其中該主出口係實質上垂直於該等冷板微通道。
- 如請求項9之多通道歧管冷板，其中該複數個入口噴嘴係與該等冷板微通道間隔開。
- 如請求項9之多通道歧管冷板，其中該複數個出口噴嘴係與該等冷板微通道間隔開。
- 如請求項9之多通道歧管冷板，其中該等冷板微通道包含鰭片。
- 如請求項9之多通道歧管冷板，其中該等冷板微通道係經分段。
- 如請求項18之多通道歧管冷板，其中經分段之該等冷板微通道形成一通道。
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