TWI544865B - 微尺度熱傳系統、包含該微尺度熱傳系統之附加卡，及相關方法 - Google Patents

Description

微尺度熱傳系統、包含該微尺度熱傳系統之附加卡，及相關方法 相關申請案交互參照

本申請案是申請於2009年7月29日的美國非臨時專利申請案No.12/511,945的部份連續申請案及主張申請於2009年2月27日的美國臨時專利申請案第61/156,465號，申請於2009年8月11日的美國臨時專利申請第61/233,090號，申請於2009年9月10日的美國臨時專利申請案第61/241,028號，申請於2009年10月10日的美國臨時專利申請案第61/250,511號，及申請於2009年10月11日的美國臨時專利申請案第61/250,516號的優先權。在此上述的每一申請案的內容是以引用的方式併入本文。

本申請案關於微尺度熱傳系統，諸如，例如，關於電子冷卻的系統，作為一實例，冷卻一或是更多安裝於一附加卡(add-in card)上的電子零件。

工業製程，日常消費品，動力產生器及電子零件為藉由各種冷卻器械冷卻廢熱源的一些實例。例如，可規定對應一或是更多用於一電子零件(例如，一半導體模，其界定一積體電路的一或是更多部分)可靠性量測的一上臨界溫度。此電子零件典型地在操作期間散發熱，造成零件的溫度超過一局部環境溫度，及(在一些實例中)上臨界溫度。傳統地，氣冷式散熱器(或是其他冷卻器械)被放置與此種零件熱接觸以改善從零件的熱傳速率，及藉此在操作期間維持 零件溫度於上臨界溫度或是於上臨界溫度之下。

參考圖1A，複數個電子零件42，44及一或是更多基板46可電氣地彼此耦合呈一可操作構形50。該可操作構形50可包含用於一般用途計算裝置的一母板，用於對一計算裝置提供某些功能的一附加卡，用於一特殊性計算裝置的一邏輯板等。作為一個例子，該可操作構形50可包含一顯示卡被建構以提供圖像處理及輸出。

參考圖1B，兩個或是更多電子零件42，44可使用多樣化的習知技術被安裝於基板46的一側，諸如，例如，焊接。在一些可操作構形50中，該基板46為一層壓基板包含至少一傳導層及至少一對應的電介質層。此層壓基板可包含複數個傳導層藉由一或是更多的電介質材料層從鄰接的傳導層分離。一印刷電路板(PCB)是此種層壓基板的一實例。

在製造期間，儘管基於所選的設計，可產生在個別單元50間的物理差異。例如，材料特性可隨每一批而改變，個別基板46假使完美地平坦是非常稀少的，從基板46鄰接零件42，44的一表面至零件的一上方表面所量測的一高度Z₁，Z₂(或是「z-高度」)可隨每一批而改變，及即使在單一批的單元之間。這些及其他的物理差異可導致在零件42，44之間的相對z-高度的對應差異(例如，Z₂-Z₁)。例如，即使以一控制良好的製程，在零件42，44之間的相對z-高度在可操作構形50的個別製程單元間可變化多至+/-0.020吋，或更多。

再者，當電子零件設計發展到達成更高程度的效能， 積體電路操作在較高的頻率，併入更多電晶體及佔據較少的實體空間，而導致較高的操作動力，較高的熱通量或是兩者。雖然一些零件設計已超過傳統冷卻系統冷卻能力，但預期將會繼續朝向增加的動力及熱通量。

新冷卻技術的不懈追求傳統上僅在冷卻能力上產生增量的改善。例如，一冷卻裝置實現一溫度改善相較於另一冷卻裝置，當散發150瓦時(W)(例如，從一半導體模量測為約1平方公分)即使才攝氏3或4度(℃)已經被視為一顯著地改善的冷卻裝置。

一些失敗的嘗試使用微通道熱交換器結合相變化的潛熱，及特別的是，蒸發的潛熱，某些冷卻劑的(例如，沸騰)以冷卻此高動力(及高熱通量)裝置。在先前嘗試中，使用透過一微通道散熱器的沸騰以從例如，一電子零件移除廢熱的共同缺點在於冷卻劑流率的不穩定波動，及在冷卻劑溫度及壓力的對應波動。

本揭示內容關於微尺度熱傳系統。一些系統關於電子冷卻。

例如，一微尺度熱傳系統可包含一微通道熱交換器，其界定複數個微流道藉由複數個交叉連接通道流動地彼此耦合。該等交叉連接通道可沿著藉由該等微流道所界定的一流向流動方向間隔開。當該微通道熱交換器是熱地耦合至一熱源時，微流道及交叉連接通道的此種構形可使該微通道熱交換器能夠穩定地蒸發一工作流體的一部分。微尺 度熱傳系統亦可包含一冷凝器流動地耦合至該微通道熱交換器及被建構以冷凝工作流體的蒸發部分。一泵可循環該工作流體於該微通道熱交換器及該冷凝器之間。

微通道熱交換器及冷凝器可包含整合子組件的一部分。例如，一第一板可界定相對的內部及外部主要表面。第一板的內部主要表面可界定一散熱器區域被建構以容納一微通道熱交換器。一第二板可界定相對的內部及外部主要表面。第二板的內部主要表面可界定一蓋子區域及一冷凝器區域。第一板及第二板可呈相對的對齊被固定地鎖固在一起，使得個別的內部主要表面面對彼此。該微通道熱交換器可被佈置在該第一板及該第二板之間。

該微通道熱交換器可熱地耦合至散熱器區域。該蓋子區域可置於複數個微流道上以便界定微流道的一流動邊界。第二板的冷凝器區域及第一板的一對應的，相對的區域可界定至少一冷凝器流道。

第二板的冷凝器區域可界定從第二板的內部主要表面延伸的複數個鰭片及該等複數個鰭片沿著藉由該至少一冷凝器流道所界定一流向流動方向彼此間隔開。在一些實例中，複數個延伸表面的至少一者是被焊接至第一板的內部表面的一對應部分。

一整合子組件可進一步包含從第一板，第二板，或是兩者的外部主要表面延伸的複數個鰭片。在一些微尺度熱傳系統中，第一板的外部主要表面界定一升高的表面，該升高的表面實質上地相對於由第一板的內部主要表面所界 定的散熱器區域而定位。

該微通道熱交換器可包含一第一微通道熱交換器及一第二微通道熱交換器。該散熱器區域可包含一第一散熱器區域及一第二散熱器區域。該第一散熱器區域可被建構以容納該第一微通道散熱器，及該第二散熱器區域可被建構以容納該第二微通道散熱器。

在一些實例中，該蓋子區域包含一第一蓋子區域及一第二蓋子區域。該第一蓋子區域可置於第一熱交換器上及該第二蓋子區域可置於第二微通道熱交換器上。

該冷凝器區域可包含一第一冷凝器區域及一第二冷凝器區域。該第一微通道散熱器及該第一冷凝器區域可被流動地串聯耦合至該第二微通道散熱器及該第二冷凝器區域。在其他實例中，該第一微通道散熱器及該第一冷凝器區域可被流動地並聯耦合至該第二微通道散熱器及該第二冷凝器區域。

一泵外罩歧管可界定一內部腔室，該內部腔室被建構以容納一泵，一入口開口及一出口開口。該泵可至少部分地被定位在泵外罩歧管的內部腔室內。該泵可界定一泵入口及一泵出口。該泵入口可被流動地耦合至泵外罩歧管的入口開口及該泵出口可被流動地耦合至泵外罩歧管的出口開口。

一或是更多微流道的流截面可界定大於大約10：1的長寬比，諸如，例如，12：1的長寬比。

亦揭示用於電腦系統的附加卡。一些已揭示的附加卡 包含一基板，該基板包含複數個電路部分，及至少一積體電路零件電氣地耦合至該等電路部分的至少一者。在多數的實例中，當操作時該積體電路零件散發熱。用於附加卡的一冷卻系統可包含一工作流體，一蒸發器及一冷凝器。該蒸發器可被定位鄰接積體電路零件及熱地耦合至該積體電路零件。該蒸發器可界定複數個交叉連接微通道，其等被建構以穩定地蒸發工作流體的一部分以回應藉由零件所散發的熱。該冷凝器可被流動地耦合至該蒸發器，及至少部分的藉由該基板支撐。一泵可流動地耦合該蒸發器及該冷凝器，以便可操作的循環該工作流體於該蒸發器及該冷凝器之間。

該冷凝器及該蒸發器可包含一整合子組件的部分，該積體子組件包含相對的第一及第二板。例如，該蒸發器可包含一微通道散熱器佈置在第一及第二板之間。複數個鰭片可從第一板，第二板，或是兩者向外地延伸。

在一些實例中，該蒸發器包含一第一蒸發器及一第二蒸發器。該第一蒸發器及該第二蒸發器可流動地彼此串聯耦合。該第一蒸發器及該第二蒸發器可流動地彼此並聯耦合。

在一些實例中，該冷凝器亦包含複數個鰭片向外地延伸。該附加卡可亦包含一護罩置於該等鰭片上及一鼓風機被建構以傳遞空氣越過該等鰭片。此外，當蒸發器，冷凝器，泵，鰭片及鼓風機可操作地相對於彼此及積體電路零件定位時，該蒸發器，冷凝器，泵，鰭片及鼓風機可，在 一些實例中，配合在10½吋乘以1³/₈吋乘以3¾吋的體積中。泵可被如此相對於附加卡的其他零件定位以便至少部分地從鼓風機導向空氣於鰭片間。

一底盤構件可置於基板的一部分上及卡合至少基板的一部分。該冷凝器可被固定地附接至底盤構件使得該底盤支撐該冷凝器。據此，該冷凝器可至少部分地藉由該基板支撐。

亦揭示冷卻電子零件的方法。例如，冷卻一電子零件的方法可包含一工作流體呈佔多數的液相流動進入複數個微通道中。藉由電子零件散發的熱可以該工作流體吸收。在一些實例中，工作流體的一部分在微通道內蒸發。一體積的工作流體在一或是更多沿著該等微通道的流向位置可從微通道之一流至微通道的另一者。此流在流向位置可至少部分地平衡在微通道間的壓力。已蒸發的工作流體可在一冷凝器中被冷凝。在冷凝器中冷凝已蒸發的工作流體的行為可包含流動空氣越過從冷凝器的表面延伸之複數個鰭片。

在一些實例中，電子零件包含一第一封裝積體電路模及一第二封裝積體電路模。複數個微通道可包含一第一複數個微通道被定位鄰接該第一積體電路模及一第二複數個微通道被定位鄰接該第二積體電路模。從微通道之一流動工作流體至微通道的另一者的行為可包含從第一複數個微通道的微通道之一流動工作流體至第一複數個微通道的微通道的另一者，及從第二複數個微通道的微通道之一流動 工作流體至第二複數個微通道的微通道的另一者。在一些實例中，在微通道中蒸發工作流體的行為可包含在第一複數個微通道蒸發工作流體。在微通道中蒸發工作流體的行為亦可包含在第二複數個微通道蒸發工作流體。

該冷凝器可包含一第一冷凝器部分及一第二冷凝器部分。在冷凝器中冷凝該已蒸發的工作流體的行為可包含在第一冷凝器部分的第一複數個微通道中冷凝已蒸發的工作流體。

從以下詳細的描述，上文及其他特徵和優點將變得更明顯，以下將參考隨附圖式繼續說明。

以下藉由參考示範性系統描述關於微尺度熱傳系統的各種原理。一或是更多所揭示的原理可被併入於各種系統構形中以達成各種微尺度熱傳系統特徵。關於冷卻一或是更多電子零件的系統僅為微尺度熱傳系統的實例及將在下文中描述以說明在此所揭示的各種原理的態樣。

概要

在某種意義上，微尺度熱傳系統可包含一第一熱交換器被建構以允許一工作流體從一熱源吸收熱(例如，藉由蒸發)，一第二熱交換器被建構以允許該工作流體去除所吸收的熱至一環境介質(例如，藉由冷凝)及一泵被建構以循環該工作流體於該第一及該第二熱交換器之間。在另一種意義上，微尺度熱傳系統包含關於橫越一低的溫度梯度從高熱通量區域散發熱的方法。關於此種微尺度熱傳系統的原理 將聯結系統(在此亦稱做為「冷卻系統」)而描述，該系統被建構以冷卻安裝至附加卡的一或是更多電子零件。

一些冷卻系統界定一整合冷卻系統，其被設定尺寸以配合於一小的，緊密的體積內，諸如，例如，能夠與PCIe規範相容的實體尺寸(physical form factor)內。例如，對於一些應用的最大容許厚度(包含一印刷電路板厚度及安裝於印刷電路板的任一零件的高度)可為約1.375吋(例如，一「雙槽」PCIe卡)，及對於其他應用約0.57吋(例如，一「單槽」PCIe卡)。此冷卻系統可包含一內含，被驅動的，二相流體電路，將在下文更徹底地描述。亦將描述冷卻系統額外的態樣。

如在此所描述的一些冷卻系統100，200，300，400可配合於一體積量測為約10½吋乘以1-3/8吋乘以約3¾吋，及可冷卻第一及第二零件，其等每一者連續地散發約150瓦(W)(總計300W)，於一最大零件溫度(例如，一機殼溫度)及一環境空氣溫度之間具有約攝氏35度(℃)的溫差。其他冷卻系統(包含此冷卻系統的一些工作實施例)可足夠地冷卻第一及第二零件，其等每一者散發約200W(總計400W)。一些已揭示的冷卻系統可同時地容納在零件之間的z-高度變化超出0.020吋，諸如高至約0.030吋。

如在此所使用的，「微通道」意指一通道具有至少一主要維度(例如，一通道寬度)量測為少於約1毫米，諸如，例如，約0.1毫米，或數十毫米。

如在此所使用的，「流動的」意指或是關於一流體(例 如，氣體，液體，液相或氣相的混合等)。因此，二區域是「流動地耦合」為彼此耦合以允許一流體從一區域流至其他區域以反應在區域之間的壓力梯度。

如在此所使用的，術語"工作流體"及"冷卻劑"是可交換的。

參考圖2，一冷卻系統100可包含一或是更多微通道散熱器110，120(例如，第一熱交換器，亦稱做為「蒸發器」)被建構以冷卻一或是更多個別的電子零件42，44(圖1，圖4A)，如藉由一工作流體(未顯示)通過散熱器，促進由個別的電子零件所散發的熱Q₁，Q₂的吸收。在一些系統中，液相或是液體及氣體的飽和混合物可進入蒸發器110，120。當熱Q₁，Q₂被交換至工作流體，液體部分可在個別的蒸發器110，120中蒸發。由於蒸發(或凝結)的潛熱典型地遠大於一給定流體的比熱(specific heat)，通常藉由使流體經歷相變化比僅在溫度的改變，更多熱可被吸收或是去除。

系統100亦可包含一或是更多冷凝器130(例如，一第二熱交換器)被建構以促進由工作流體在個別的蒸發器110，120中所吸收的熱Q₁，Q₂的去除。在一些系統中，一氣相或是液體和氣體的飽和混合物在通過蒸發器110，120之後可進入冷凝器130。當熱Q_out是從工作流體及冷凝器130交換，工作流體的一蒸氣部分可凝結。

一泵150可循環一工作流體於散熱器110，120及冷凝器130間。泵150可被流動地耦合至一歧管152以分配工作流體於由冷卻系統100所界定的流體電路的各種零件之 間。如在下文中更徹底地描述者，用於泵150的外罩155可界定歧管152(在此亦稱做為一「泵-外罩歧管」)。

冷凝器130可被建構以從一局部環境去除所吸收的熱Q_1，out，Q_2，out至一環境流體(例如，空氣)101。例如，如在下文中更徹底地描述者，一冷卻器160可被熱地耦合至冷凝器130以移除從流體所吸收的熱。在此一實施例中，一氣冷式散熱器162可被熱地耦合至冷凝器130。在一些實例中，冷凝器130支撐延伸的熱傳表面，或是鰭片，其等被定位在冷凝器的一外部表面上，提供一整合的冷凝器及散熱器子組件(例如，一單一構造)。

此熱的累積，攜帶及去除與已使用於冷卻電子零件的傳統冷卻系統相比可改善電子零件的冷卻(例如，從電子零件的熱傳速率)。改善的熱傳速率可允許電子零件42，44對於在零件與環境之間一給定的溫度差散發更多動力，允許電子零件達成較高程度的效能而無需改善環境(例如，降低環境溫度)或是改善電子零件的特定上臨界溫度(例如，提高上臨界溫度)。

如圖3指示，所揭示的冷卻系統可冷卻超過約每平方公分70瓦的熱通量(W/cm²)及大至約200W/cm²，諸如，例如，在約80W/cm²及約190W/cm²之間，具有一工作流體流率小於約每分鐘400毫升(ml/min)，諸如，例如，約在75ml/min及約300ml/min之間。所揭示的冷卻系統併入一泵，其被建構以分配工作流體於各種系統零件之間。

相反的，被動二相系統(亦稱作為「熱管冷卻」系統或 是「熱虹吸管」系統)能夠冷卻僅至大約60W/cm²。此種被動二相系統依賴表面張力及沸騰以「抽吸(pump)」一工作流體通過系統。

雖然一些單相冷卻系統可能能夠冷卻大至約200W/cm²，此單相冷卻系統需要非常大工作流體流率(例如，在約700ml/min及約1500ml/min之間)及對應地大的零件被建構以容納大體的冷卻劑。當結合入一可操作系統時，此大的，過大地零件將無法配合於一緊密的體積，諸如由PCIe規範所界定者。例如，習知單相冷卻系統需要需要一大的，遠距熱交換器，或是散熱器(radiator)(就像一汽車散熱器)，自將被冷卻的電子零件隔開。雖然此一散熱器通常可被放置在一電腦系統的後嵌板上，或是放置在覆蓋將被冷卻的零件之外殼外部上，並非所有習知單相冷卻系統的零件能夠被安裝至一附加卡，其與所揭示的系統大相逕庭。

對比於習知被動二相冷卻系統及習知單相冷卻系統，所揭示的冷卻系統100，200，300，400能夠散發高熱通量(如上文所註記及圖3所顯示)，其仍能夠被整合於一緊密系統，其配合於一小體積(諸如，例如，在一體積量測為約10½吋乘以約1³/₈吋乘以約3¾吋。)製成此種緊密冷卻系統是可能的，部分因為所揭示的系統需要實質上地較單相系統少的工作流體及可冷卻高熱通量，部分因為抽吸(或驅動)流體電路可循環工作流體以較熱虹吸管循環冷卻劑高的流率通過冷卻系統。

緊密冷卻系統概要

雖然緊密，整合冷卻系統的特定實施例及相關的器械被建構以配合於一小體積內的實質細節是敘述在下文中，參考圖4A，4B及4C提供此系統的一簡短概要。顯示在圖4A的分解圖描述冷卻系統100(已敘述於上文中，大致上參考圖2)的一緊密實施例，一電腦附加卡50，一支撐構件(或是底盤構件)60，及保持夾71，72被建構以藉由冷卻系統100及保持器70一起保持冷卻系統，卡及支撐構件的層壓組件。

所說明的附加卡50可為根據PCIe規範建構的一高效能顯示卡。該卡50可包含一印刷電路板(PCB)基板46具有一邊緣連接器51及一後-嵌板介面區域52，該後-嵌板介面區域包含複數個連接器被建構以與一或是更多外部附加物件(未顯示)連接。該卡50可具有兩的圖像處理單元(GPU)42，44安裝至基板46。該PCB可界定一或是更多電氣電路部分，及GPU42，44的每一者可電氣地耦合至個別電氣電路部分。該邊緣連接器51可根據PCIe規範建構及可傳遞電氣訊號及動力至在PCB內的電路部分。

如顯示在圖2冷卻系統100的示意圖所指示，顯示在圖4A，4B及4C的系統包含第一及第二微通道散熱器110，120流動地耦合至一冷凝器130。一熱交換器160(例如，氣冷式散熱器162)促進從冷凝器130至環境101的熱傳Q_out。一離心鼓風機或是泵(或是其他流體-移動裝置)170可被建構以造成(例如，迫使)環境流體通過散熱器162A，及熱Q_out 的一部分Q_out，1可被去除至環境流體(例如，空氣，當其通過散熱器162的鰭片間)。一護罩，或是導管，164界定一通道，或通路或導管，被建構以從鼓風機葉輪170導向空氣於散熱器162的延伸表面(鰭片)之間。缺少該導管164，由鼓風機170散發的一部分空氣流可能除此之外繞行(例如，旁通)界定於散熱器162的鰭片間的通道。在一些實例中，一塑膠護罩可形成導管164。

顯示在圖4A，4B及4C的系統100亦包含一整合的泵-及-歧管子組件155(由於其由導管164及護罩163覆蓋，無法在圖4A，4B或是4C可視)被建構以循環工作流體於散熱器110，120及冷凝器130之間。顯示在圖4A，4B及4C的系統100可包含一「封閉系統」，意指在操作期間，在系統100內大量的工作流體保持恆定或至少實質上地恆定。泵-及-歧管子組件155的位置是類似於被分別地說明在圖17及25之泵歧管子組件155’及255的位置。

另參考圖2，4A，4B及4C，及上文所註記，泵150(未顯示)傳遞工作流體(未顯示)至一歧管152(未顯示)，該歧管被建構以分配工作流體至每一散熱器110，120(圖4C)。個別的導管，或是流體連接件，102，103(未顯示)流動地耦合歧管152的對應出口與對應的散熱器110，120。散熱器110，120的每一者可被流動地耦合至個別的冷凝器部分132，134(未顯示)，該等個別的冷凝氣部分藉由冷凝器130藉由個別的導管，或是流體連接件104，105界定。一導管，或是流體連接件106可流動地耦合該冷凝器部分132，134 至泵150的入口。

如上文所註記，導管，或是流體連接件，102，103，104，105，106，107a，107b的每一者可被建構以運送工作流體(呈一氣相，一液相，或是兩者的飽和混合物)在個別的系統零件110，120，130，150，152，155間。此導管，或是流體連接件，可包含，例如，從鋁合金形成的傳統管子或管路。在其他具體實施例中，此導管，或是流體連接件，可包含鄰接的開口，如下文中參考包含一或是更多歧管的系統更徹底地描述者。

參考圖2，如由虛線102及107a所指示者，散熱器120及冷凝器部分134可被流動地並聯耦合至散熱器110及冷凝器部分132。擇一地，如由虛線107b所指示者，散熱器120及冷凝器部分134可被流動地串聯耦合至散熱器110及冷凝器部分132(如藉由消除在泵150及散熱器110之間的連接102)。才結合圖2的示意圖描述的並聯及串聯構形的每一者可被併入於顯示在圖4A，4B及4C的系統實施例100內。流動地並聯耦合微通道散熱器110，120，如才被描述者，在一些實例中可比假使散熱器是被串聯耦合而供應較低溫的工作流體至微通道散熱器之一。例如，假使該散熱器被流動地串聯耦合，該散熱器除此之外將容納預熱工作流體，假使散熱器流動地並聯耦合，該散熱器可容納未加熱的工作流體。

申請人發現，在一些實例中，諸如在對於冷卻系統100提供有限的物理體積的應用中，諸如電腦附加卡(例如，顯 示卡)，在冷凝器130及環境之間的熱交換(例如，「空氣-側熱交換」)可限制冷卻系統100的整體效能。申請人亦發現此種效能「瓶頸」的影響可被緩和，至少部分地，藉由在冷卻系統100上所強加之給定體積的限制下盡可能的多提供「空氣-側」熱傳表面。在一系統100中改善空氣側熱傳的一方法是提供盡可能長的鰭片，鰭片在此是可配合於有限的物理體積中。

至少在一些實例中，假使冷凝器130及散熱器162是結合的，使得鰭片從冷凝器本體延伸(如在圖16及17)，如相對於熱地耦接一個別的散熱器162(例如，一底座構件具有鰭片從其延伸)至冷凝器(如在圖15)，可達成實質上地較大的鰭片表面積。

參考圖4A，冷卻系統100可被保持於緊接該附加卡50。例如，保持夾71，72可如此卡合從散熱器110，120每一者延伸的特徵280a-d(圖4C)及通過PCB46及底盤構件60以便迫使該附加卡壓縮於底盤構件及冷卻系統100之間。例如，耦接器71a-d可卡合從散熱器110延伸的個別特徵280a-d，及耦接器72a-d可卡合從散熱器120延伸的個別特徵280a-d。每一散熱器110，120可包含一部分，其界定一配對表面延伸通過在底盤構件的一開口，使得每一個別的配對表面是與一對應的電子零件42，44直接接觸，或是被定位鄰接至一對應的電子零件42，44，藉此熱地耦合每一散熱器至一個別的零件42，44。

關於冷卻系統的這些及其他特徵及原理將在下文結合 關於冷卻電子零件，諸如安裝至一顯示卡的圖像零件之特定具體實施例而更徹底地描述。

泵及歧管

現在將描述歧管及泵-外罩歧管。如在圖2指示，該冷卻系統100包含一泵-外罩歧管155被建構以覆蓋泵150及分配工作流體至個別的散熱器110，120。

參考圖5及6，該泵250a可推進一工作流體(例如，可造成工作流體循環)於一冷卻系統的各種部分之間。可使用一或更多歧管252a，252b(及/或是一或更多泵-外罩歧管155’(圖7))以分配一工作流體於冷卻系統的一或是更多其他部分之間以便從在冷卻系統內的導管(或是流體連接件)消除或減少傳統的管路或管子。此種歧管252a，252b可包含一銅區塊，其界定複數個內部通路，該等通路被建構為在區塊內的一或是更多充氣部或是流動路徑。例如，在此一區塊內的一或是更多交叉孔(例如，鑽洞)可界定在歧管252a內的此種流道。

仍參考圖5及6，藉由歧管252a，252b泵250a可被流動地耦合至個別的微通道散熱器210a，220a及冷凝器230a，230a’，230b，230b’。例如，一泵出口257a可被流動地耦合(例如，藉由一管子)至歧管252a的一入口耦接器257b。該歧管252a界定內部通路(未顯示)，其等被建構以從藉由入口耦接器257b所界定的一歧管入口256a分配一工作流體至一歧管出口(未顯示)，其依序流動地耦合至散熱器220a。從散熱器220a的一出口(未顯示)可被流動地耦合 至冷凝器230a’，以及歧管252a使得已經通過散熱器之工作流體的一部分流經歧管252a及進入一第二冷凝器230a。

以一類似的方式，歧管252b流動地耦合散熱器210a至冷凝器230b，230b’。冷凝器230b，230b’的出口(未顯示)流動地耦合至歧管出口253a，其依序流動地耦合至一入口256a至泵250a。因此，泵250a及歧管252a，252b是被建構以循環工作流體通過一封閉流路於所述的散熱器及冷凝器之間。

現在參考圖7，說明一泵-外罩歧管155’的一部分及一泵150’。外罩155'界定一泵接收開口(未顯示)，其被建構以容納泵150'的一部分，使得外罩155'置於泵上。外罩155'亦可界定一或是更多內部腔室(例如，擴散器)(未顯示)，其等一起形成一整合有外罩的歧管，藉此形成一泵-外罩歧管。泵的出口、入口，或是兩者，可被流動地耦合至一或是更多內部腔室。

泵-外罩歧管可界定內部通路(未顯示)，其被建構以運送一工作流體使得泵入口被流動地耦合至泵-外罩歧管155’的入口，及泵出口被流動地耦合至泵-外罩歧管出口153’及154’。

此一泵-外罩-歧管155'可從一或是更多入口156'分配工作流體於各種出口153'，154'之間。例如，從泵-外罩歧管155’的一第一出口153’及一第一微通道散熱器可藉由一第一導管(在一些實例中，一長度的管路或是管子)流動地耦合，及從泵-外罩歧管155’的一第二出口154’及一第二 微通道散熱器可藉由一第二導管流動地耦合。

雖然圖7顯示從泵-外罩歧管155’的兩出口153’，154’，可考慮泵-外罩歧管具有多於或是少於兩出口及是落入本揭示內容的範圍。例如，冷卻系統的一些具體實施例包含三，四或是更多微通道散熱器流動地耦合至一單一泵-外罩歧管。在其他具體實施例，多於一個出口可從泵-外罩歧管運送工作流體至一給定的散熱器。如在下文更徹底地描述者，一些泵-外罩歧管具有一單一出口及一單一入口(可為當散熱器110，120為流動地串聯耦合的情形)。

泵150'可被設定尺寸以提供足夠的水頭(head)以循環工作流體遍佈一冷卻系統。在一些實例中，諸如當工作流體的溫度是接近流體的相變溫度，即使一稍微的壓力降可造成流體的一部分蒸發(或是形成氣穴(cavitate))。一些泵是較其他的泵更容易受到此種局部蒸發，或是氣穴的影響。如一級，正向位移泵(例如，一些壓電泵，往復式活塞泵及齒輪泵)一般不會受到此種局部蒸發之苦。在一些實例中，泵150’可包含含有一往復式活塞的泵，當活塞往復運動時，沿著活塞的每一衝程，推進頂靠鄰接活塞之工作流體的一部分。在一些工作實施例中，已經使用市售的線性電磁泵。

現在參考圖7A及7B，說明一種兩件式(two-piece)泵-外罩歧管255。該歧管255具有一泵出口部分255a及一泵入口部分255b。出口部分255a界定一內部腔室250a’，其被設定尺寸以容納泵的一出口端部，該泵類似於顯示在圖7 的泵150’。腔室250a’被建構以與具有一泵出口被定位在泵的一端部之泵相容，而不是如顯示在圖7在泵的一側壁上。例如，出口部分255a界定被定位在腔室250a’的端部之歧管入口257。出口部分255a界定一歧管出口254，該歧管出口形成一嵌壁式開口，或是孔254a，其相交界定歧管入口257的一橫向地定向的孔254b。相交的孔254a，254b流動地耦合歧管入口257及歧管出口254。

腔室250a’凹進所描述的出口部分255a的一端部及以一距離量測為對應的泵的長度之一半延伸一深度進入出口部分。該腔室亦界定一嵌壁式部分258a延伸環繞(例如，周圍地環繞)對腔室250a的一開口的周圍。該嵌壁式部分258a被建構以容納從泵-外罩歧管255的入口部分250b延伸的一肩部258b(圖7B)。

所說明的入口部分250b界定一嵌壁式腔室250b，其被建構以容納一對應的泵(未顯示)的入口端部。入口部分255b亦界定一歧管入口256，其被建構以容納來自一冷凝器(例如，在系統200中的冷凝器，顯示在圖17至24)的工作流體。一嵌壁式開口，或是孔，256a向內地延伸於入口256及藉由一孔256b橫向地相交，該孔256b延伸至腔室250b及對腔室250b打開。流動地耦合至孔256a為一填充管子259。可使用該填充管子259以一工作流體填充組裝的冷卻系統。例如，一但一冷卻系統已經被組裝，可供應工作流體至填充管子，及可凝結氣體(例如，空氣)可使用習知技術從系統放掉。一但已經供應一所要的體積，或是質量的工 作流體至冷卻系統，填充管子259可被密封。

部分255a，255b的每一者可界定個別對的嵌壁式開口91(例如，刻有螺紋的開口)，其被建構以鎖固一組裝的泵-外罩歧管255至一組裝冷卻系統的個別零件。在一些實例中，刻有螺紋的緊固件，諸如螺釘，可以螺紋地卡合開口91。

如描述於上文的歧管可減少洩漏的可能，改善系統的構造完整及減少藉由一冷卻系統(例如，可允許一冷卻系統配合於一較小的「封裝覆蓋區(packaging footprint)」)所佔據的體積。此外，此歧管可界定一或是更多面，其可提供一足夠大地大的表面用於結合(例如，焊接，銅焊或是熔接)傳統流體導管至歧管入口及/或出口。

微通道散熱器 概要

微通道散熱器構形現在將參考隨附圖式之圖2，及圖8A至12B而敘述。在某種意義上，一微通道熱交換器110，120(圖2)可包含三部分：(1)一外部熱傳表面111a，221a(圖2，5，6及10)，通過該表面熱Q₁，Q₂(圖2)可與一外部流體或是物體(諸如，例如，一電子零件42，44(圖2))交換；(2)一內部熱傳表面112(圖9，9A及10)，通過該表面從外部流體或是物體的熱可通入及與一工作流體交換；及(3)在熱交換器內的工作流體(未顯示)。如顯示在圖5，6及10，一外部熱傳表面111a，221a可界定一平坦表面，當個別的微通道熱交換器110，120，110a，120a是被可操作地定位 時，該平坦表面被建構以配合一電子零件42，44的一對應平坦表面。

參考圖9，9A及10，一微通道散熱器，諸如微通道散熱器110，120(圖2)可包含一第一基板113，其包含一單一構造(unitary construction)。該基板可界定內部熱傳表面112及外部熱傳表面111a。該第一基板113可包含具有高熱傳導力的材料，諸如一銅合金，或是一以矽為主的材料。該內部熱傳表面112可界定於複數鰭片118之間的內部流道119。

此微通道基板113可包含具有相對地高熱傳導力的材料。除了諸如銅合金及矽的材料外，可使用諸如鑽石之其他材料。

亦可使用具有異向性熱傳導力的材料。此一材料在一方向具有一較低的熱傳導力，但在另一方向具有較高的熱傳導力。例如，可使用諸如GrafTech,International的eGRAF®材料。eGRAF^TM具有一熱傳導力，其在二個維度是高的(例如，在一平面內)，及在一第三方向為低的(例如，垂直於平面)。典型地利用eGRAF^TM以散佈熱橫越一熱遮罩的平面同時維持垂直熱遮罩的平面的低溫。可使用諸如eGRAF^TM的材料用於散熱器。例如，可使用此一材料以垂直於散熱器的底座提供一高熱傳導力。換言之，一散熱器可具有一高熱傳導力垂直於底座。在此一實施例中，散熱器可具有改善的能力以交換熱通過與冷卻劑接觸的表面。其結果是，此一散熱器能夠較佳的通過微通道交換熱至冷 卻流體。

另參考圖9，9A及10，內部熱-傳表面112可界定一陣列的向外地延伸特徵118，118a，諸如鰭片(或是通道壁)，其等之間界定通道(例如，微流道119及交叉-連接微通道122)。換言之，內部熱傳表面112可界定一陣列的嵌壁式區域(例如，通道119，122)，其等之間界定壁118，118a。與微通道散熱器110，120連接，內部熱傳表面112的鰭片及通道特徵具有典型地長度刻度為大約十微米至一千微米的層級，及可使用各種材料移除技術成形，諸如化學蝕刻，微機械切削，雷射剝蝕及其他者，或是材料沉積技術成形，諸如一蒸氣或是其他，沉積技術。可使用其他微通道及/或鰭片成形技術，諸如切削(skiving)及/或是微變形技術，如敘述於，例如，申請於2010年2月27日的美國專利申請案第61/308,936，及其讓與於本申請案的受讓人。圖11及12，將在下文更徹底地討論者，顯示使用此切削及微變形技術成形的鰭片及通道特徵的示意圖。

內部流道的許多構形為可能的。例如，申請於2009年7月29日的美國非臨時專利申請案第12/511,945號題為微尺度冷卻器械及方法(MICROSCALE COOLING APPARATUS AND MEHTOD)，揭示可與單相及二相操作相容的數個內部流道的構形。

一覆蓋件板(或是蓋子)114(圖10)除此之外可包覆通道119，122的打開頂部平面，從而界定一封閉的微通道通路，一工作流體可通過該通路。

蓋子

如顯示在圖8A，8B及8C，及圖10的側視圖，一第二基板可界定一覆蓋板，或是蓋子，114，114a(例如，包含一錫-板(tin-plated)鋁合金)，其被建構以包覆通道119，122的一"頂部"，該等通道藉由內部熱傳表面112界定。如顯示在圖8A，8B及8C，一蓋子114a可界定流體耦接件115，其被建構以流動地耦合一組裝微通道散熱器至冷卻系統的其他部分。例如，蓋子114a可界定一入口耦接器116及一出口耦接器117(圖8A)。一蓋子114a及一微通道散熱器基板113(圖9)亦可界定一或是更多內部充氣部123，124(圖9)流動地鄰接一或是兩耦接器116，117。此充氣部可被被建構以分配一工作於複數個內部流道119之間。例如，蓋子114a界定一入口充氣部116a及一出口充氣部117a。通過併入蓋子114a的一微通道散熱器，工作流體一般，按順序的，從一入口耦接器116流動至入口充氣部116a，通過微流道119，通過出口充氣部117a，及至出口耦接器117。

微通道散熱器操作概要

如上方所註記者，在操作期間，一微通道散熱器110，120可被熱地耦合至(例如，被定位鄰接或是擇一地，結合)一熱-散發裝置，諸如一電子零件42，44(圖2)。藉由熱-散發裝置所散發的熱Q₁，Q₂(圖2)可通過散熱器110，120的一外部熱傳表面111，121(圖2)，通過內部熱傳表面112及傳入流經微通道散熱器的一工作流體(例如，一冷卻劑)。

當工作流體通過流道119及流經鰭片118，工作流體(例 如，HFE7000)可透過對流熱傳模式從內部熱傳表面112吸收熱(例如，平流及傳導)。工作流體的實例為水，介電氟化物冷卻劑，Novec^TM，R134a，R22，及/或可使用其他致冷劑，包含高壓致冷劑。可選擇流體，至少部分，取決於被選擇使用的特殊泵(未顯示)。此外，可選擇一工作流體部分取決於流體材料性質，諸如，例如，相變化的一潛熱，以及流體的相變溫度如何隨壓力變化。例如，當一工作流體蒸發時，可增加在一封閉冷卻系統的一內部壓力。據此，相變溫度隨壓力變化可為選擇一工作流體的因子。在一些實例中，可使用對於寬廣的壓力範圍具有一相變溫度少於大約攝氏八十五度的流體。例如，此一流體對於寬廣的壓力範圍(例如，大約1大氣壓，正負百分之二十)，其相變溫度大於大約攝氏40度及小於大約攝氏45。當冷卻一電子裝置在一小於裝置的上臨界溫度時，此一流體可更類似於沸騰。因此，可改變結合一給定的冷卻系統所使用的特定冷卻劑。

HFE7000在大約攝氏35度沸騰(在1大氣(atmospheres)絕對壓力)，及在大約攝氏50度及大約攝氏60度之間(在大約1.2及大約1.6大氣絕對壓力之間)。HFE7000具有一蒸發潛熱量測大約142kJ/kgK。可使用其他工作流體結合所揭示的微通道散熱器，諸如，例如，水。一工作流體，當其從一微通道熱交換器110，120通過，攜帶從內部熱傳表面112所吸收的熱，如上文所敘述。藉由工作流體在微通道熱交換器110，120所吸收的熱可在冷卻系統的另一部分從流 體去除(例如，從一冷凝器130，(圖2))及因此提供裝置42，44持續，連續的冷卻。

大量的熱可藉由許多工作流體吸收，當熱Q₁，Q₂被吸收時，該等工作流體保持在液相。儘管如此，許多流體具有一蒸發潛熱(亦即，在特定壓力下一單位質量的流體從液態轉變成氣態(蒸氣)所需的能量)，或是凝結潛熱(亦即，在特定壓力下一單位質量的流體從氣態(蒸氣)轉變成液態所需的能量)共同地在此稱作為一"潛熱或是相變化"，其超出流體的比熱(亦即，在一特定溫度及壓力的一單位質量的流體改變一單位溫度所需要的能量)。由於許多流體在一實質上地恆定溫度從液體改變為氣相，具有一高潛熱或是相變化的流體可以相對高的速率吸收能量同時維持在一實質上地恆定的溫度。當一蒸發流體冷凝時，流體的內能(energy content)根據流體的凝結潛熱而下降。據此，在蒸發期間所需收的熱可藉由冷凝流體去除。

微通道散熱器，在其中至少一些工作流體在正常操作期間中蒸發在此稱作為「二相」微通道散熱器。散熱器，在其中沒有(或是不顯著的量)工作流體在正常操作期間蒸發稱作為「單相」散熱器。

如上為所註記者，微通道散熱器110，120可操作在二相「模式」。雖然稱作為"二相"散熱器，該等微通道散熱器110，120可操作在一單相或是二相模式。例如，一冷卻劑在相對地高冷卻劑流率及/或當曝露在相對地低的分散熱通量下可能維持在其液相。在此情況中，微通道散熱器110， 120操作為一單相散熱器。假使冷卻劑流率是足夠低及/或將被散發的熱通量是足夠地大的，液體冷卻劑可達到其沸點同時仍流過散熱器110，120，及發生流動沸騰。此導致散熱器110，120操作為二相散熱器。在操作期間，在此二相模式，與冷卻劑從液體至氣體的過渡相關的潛熱交換可更有效地從二相微通道散熱器移除熱。

可使用二相微通道散熱器以達成各種優勢。由於液體-至-氣體相變的潛熱可允許在液體內蒸發液體以低的溫度梯度吸收大量的熱而可達成有效的冷卻。

鰭片構形

微流道119可為形成在一底座內的一連串的平行，對稱，矩形截面微-溝槽，或是凹處。微流道119具有一寬度及其藉由相對的通道壁118，118a界定，相對的通道壁亦具有一寬度及高度。微流道119可能未大於微尺度等級。例如，對於某些具體實施例，微流道寬度的範圍可從數十至一千微米。較小的寬度亦是可能的。通道壁118可具有一厚度在一百微米範圍內，一高度在數百微米範圍內。然而，對於微流道119其他通道截面，寬度，高度，通道方向是可能的。

雖然顯示在圖9，9A及10的微通道119為實質上地平行及對稱的(例如，具有矩形截面)，一些微通道非為平行，線性，對稱，及/或是矩形的。例如，一微流道122可具有一或是更多截面尺度沿著微流道的一流向長度改變。再者，在相同基板，散熱器，或是冷卻系統中，一微流道可 較另一微流道為尺寸上不同的。在其他具體實施例中，微流道可彎曲及/或不垂直於入口或是出口。例如，雖然圖24描述冷凝器鰭片通道，一微流道119可彎曲通過一或是更多轉彎處及/或是可沿著一流向流動方向逐漸變得尖細。

除微流道119之外，內部熱傳表面112可界定一或是更多交叉連接通道122(圖9，9A及10)。當工作流體在微流道119內沸騰時(例如，從液體至氣體的相變)，交叉連接通道122可至少部分地平衡在工作流體內的一壓力場。交叉連接通道122允許蒸氣及/或是液體流動在鄰接的微流道119之間(例如，橫向於一般流向流動方向)。此局部的橫向流動可實質上地平衡在微流道119間的一冷卻劑壓力。結果是，工作流體可從一入口123以一實質上地均勻方式進入微流道119，而非以一不均勻的方式進入微流道，如在缺少交叉連接通道114可能發生者。換言之，在缺少交叉連接通道122，一工作流體將傾向進入一低壓力梯度微流道(諸如那些微通道中的工作流體未沸騰者)優於一鄰接的微流道沿著其長度具有一較高的壓力梯度(諸如可引發沸騰)。此一非均勻流場通過液壓地平行微流道可導致微流道乾透及/或不穩定流動波動於各種微流道間，及藉此減少微通道散熱器的冷卻效力。提供交叉-連接微通道或是其他壓力-平衡特徵可緩和(或是消除)乾透及不穩定流動波動(及其等在效能上的有害效應)。此穩定的效能藉由圖32顯示的圖表所指示，及將在下文更徹底地討論。

交叉連接通道122可具有特徵尺寸在大約10微米至大 約1000微米的等級。較小的特徵長度亦是可能的。偏離所說明的交叉-連接通道幾何尺寸亦是可能的。例如，此交叉連接通道可具有一變化的截面面積，及可被彎曲。交叉連接通道122可為部分地藉由一蓋子114包覆，如顯示在圖10的等角視圖。

如顯示在圖9，9A及10，交叉連接通道122可被橫向地定向實質上地垂直於工作流體的一般流動方向241(圖9A)(例如，工作流體一般流動於由微流道119所界定及由箭號241所指示的一流向流動路徑)。一些交叉連接通道122，諸如通道122a，部分地延伸橫越內部熱傳表面112的寬度W1(圖9及10)及/或與微流道119的部分交錯而非全部。其他交叉連接通道122延伸橫越寬度W1及/或是與微流道119的全部交錯。在一些微通道散熱器110，120中，所有的交叉連接通道122延伸橫越寬度W1，及在其他實例中，沒有交叉連接通道延伸橫越寬度W1。交叉連接通道122，122A可沿著一藉由微流道119所界定的流向流動方向241(圖9A)均勻地間隔(例如，在大約一毫米間隔)，或是可沿著流向流動方向非均勻地間隔開(例如，實質上隨機地)。

入口123及出口124對應在二相微通道散熱器的個別的入口及出口端部之個別的充氣部116a，117a及鄰接入口及出口耦接器116，117(圖8C)。入口123及出口124被分別地建構，以分別地導入冷卻劑至微流道119及從微流道119排出冷卻劑。因此，冷卻劑從入口123沿著微流道119流動至出口124。換言之，微流道119被建構以攜帶冷卻劑， 其在入口123及出口124之間可存在一或是二相。

二相微通道散熱器110，120亦可界定交叉連接通道122，122a。在一些實例中，交叉連接通道122可為不長於微尺度等級。例如，在一些具體實施例中，交叉連接通道122可具有一寬度範圍在十至一千微米。較小的寬度亦是可能的。雖然顯示為具有相同寬度及為矩形截面，對於交叉連接微通道122其他通道截面，寬度，高度，及通道方向亦是可能的。在一些具體實施例中，交叉連接通道可非為平行，線性，對稱，及/或是矩形。類似地，一些具體實施例，交叉連接通道122可具有變化的寬度。例如，一特別的交叉連接通道可具有一寬度沿著交叉連接通道的長度改變。此外，一交叉連接通道122可不具有如另一交叉連接通道的相同寬度。交叉連接通道122可使用覆蓋件板114，或是蓋子114a被封閉。

冷卻劑一般地在一流向流動方向241(圖9A)從入口123流動至出口124。如上文所註記者，可使用交叉連接通道122至少部分地平衡一壓力場用於冷卻劑橫越複數個微流道的部分的沸騰。交叉連接通道122允許在微流道122之間的氣體及/或是液體連通。當二相微通道散熱器110，120操作在二相模式，沸騰冷卻劑的壓力可沿著每一交叉連接通道122的長度平衡。換言之，壓力沿著每一交叉連接通道122可為實質上地均勻。結果是，流動通過微流道119的冷卻劑的壓力橫越二相微通道散熱器(圖9)的寬度，W1，的至少一部分為被平衡的。對於一交叉-連接通道，諸如通 道122a，沸騰冷卻劑的壓力橫越僅只二相微通道散熱器的寬度的一部分為被平衡的。因此，在一通道壁118a的一側邊上的一交叉連接通道122a可具有較通道壁118a的相反側邊上的交叉-連接通道122一不同的壓力。

如上文所討論者，交叉連接通道122可以各種間隔而隔開及可被如此建構以沿著其等個別的長度平衡壓力。交叉連接通道122的位置，長度，及其他特徵可取決於實行而改變。在一些具體實施例中，交叉連接通道122可以較大的間隔而隔開只要交叉連接通道122足夠地接近使得不穩定的壓力波動在散熱器的操作範圍是被減少或是消除。在其他具體實施例中，交叉連接通道122可被更緊密地間隔。然而，在此具體實施例中，理想的設置交叉連接通道122足夠地遠離使得可維持冷卻劑流經微流道119之符合要求的流動。

高長寬比特徵

如在此所使用者，「長寬比(aspect ratio)」意指第一維度對第二維度的比例。例如，一流道(或是通道)可界定一矩形截面，其具有一高度及一寬度。據此，流道的長寬比可為微通道的高度對微通道的寬度的比例。

如在此所使用者，「高長寬比」意指一長寬比量測為至少10：1。

如在此所使用者，「高長寬比微通道」意指界定一流動截面的微通道具有一量測的高度及一量測的寬度，其中量測的高度對量測的寬度的比例為至少10：1。例如，具有 一矩形流動截面量測為0.1毫米寬及1.0毫米高的一微通道具有10：1的長寬比，及因此被視為一高長寬比的微通道。

一些微通道散熱器的鰭片118界定高長寬比微通道。如上文所述的散熱器的微通道，每一高長寬比微通道可在流動周邊的相反側上藉由鄰接的鰭片118，在底部側邊上藉由一底座123(例如，基板113的一部分)及一蓋子114劃界。

參考圖11A，11B，12A及12B，顯示包含高長寬比微通道的工作微通道散熱器110a，110b的概要視圖。如敘述於上文的微通道119，個別的散熱器110a，110b的每一微通道119a，119b可縱向地延伸在一入口端部及一出口端部之間在藉由高長寬比微通道所界定的一般流向流動方向。至少一些鰭片118a，118b界定一對應的交叉-連接開口(未顯示)在其等之間延伸。交叉連接開口可被建構，如上文所述，以流動地耦合鄰接的微流道119a，119b至另一個。此交叉連接開口或是交叉連接通道，可相對於藉由微通道所界定的流向流動方向橫向地延伸。

在一些實例中，一交叉連接開口例如，一交叉連接通道，可具有一縱向尺寸(例如，在一流向流動方向)量測為在大約1至大約3倍於一寬度w之間(圖11及12)的一高長寬比微通道119a，119b。交叉連接開口(未顯示)可從鰭片的一遠端向下地延伸朝向底座123a，123b。一些交叉連接開口向下地延伸通過整個鰭片118a，118b至個別的底座123a，123b，及一些交叉連接開口向下地延伸通過少於整個鰭片，諸如，例如，通過鰭片的大約25%，大約50%或是 大約75%。一些交叉連接開口界定一孔口通過鰭片，使得鰭片的遠端部界定一連續的邊緣，及交叉連接開口延伸通過鰭片118a，118b的一部分在底座123a，123b及鰭片的遠端部之間。

如在此揭示的其他微通道散熱器，一高長寬比微通道散熱器的底座123a，123b可界定一實質上地平坦表面111a，111b，其被建構以熱地耦合至藉由一封裝電子零件，諸如一封裝半導體模所界定的一對應的實質上地平坦表面。鰭片118a，118b及底座123a，123b可形成一單一構造及可自一單一基板113a，113b形成，如下文參考此高長寬比微通道散熱器的工作樣本所描述者。

工作樣本-高長寬比微通道散熱器

在二相微通道散熱器的一些工作具體實施例中，微流道119，119a，119b(圖8，9，11及12)界定形成在一基板113內的一系列實質上地平行，對稱，矩形截面微-溝槽，或是嵌壁式通道。微流道119，119a，119b可具有一寬度W及個別的高度h₁，h₂(圖11及12)及是藉由個別的通道壁(或是鰭片)118，118a，118b所界定，其界定一對應的高度及鰭片厚度。通道壁118，118a，118b可具有一鰭片厚度為大約一百微米的等級及一高度為數百微米的等級。

圖11及圖12顯示高長寬比微通道散熱器110a，110b的個別的工作樣本的概要視圖，該高長寬比微通道散熱器具有數個間隔的交叉連接件122流動地耦合鄰接的微通道118a，118b，如上文所描述者。在每一工作樣本中，每一鰭 片118a，118b量測大約為100微米(或是大約0.1毫米)厚及大約1.2毫米高(亦即，每一鰭片具有大約12：1長寬比)。在個別的鰭片118a，118b之間的每一微通道119a，119b具有一寬度w量測大約為0.1毫米及一高度h₁量測大約為1.2毫米，因此界定一高長寬比微通道具有大約12：1長寬比。鰭片118a使用一微變形製程而形成。鰭片118b使用一切削製程(skiving process)而形成。

數個交叉連接件122延伸在鄰接的微通道119a，119b之間，藉此將鄰接的微通道彼此流動地耦合。工作樣本的交叉連接件122橫切進入預先存在的鰭片(例如，自一切削技術成形的鰭片)。換言之，在鰭片118a，118b形成之後，執行一微機械加工製程以铣出交叉連接開口(未顯示，但類似於通道122)延伸通過鰭片118a，118b。儘管如此，如申請於2010年2月27日的美國專利申請案第61/308，936號及讓與于本申請案的受讓人所揭示者，鰭片118b可使用一切削製程成形以同時地形成鰭片118b及對應的交叉連接件。

參考圖12A，每一鰭片118b是大約100微米(或是大約0.1毫米)厚及大約1.2毫米高(亦即，從底座123b延伸一長度h₁量測為大約1.2毫米。每一微通道119b具有一寬度w量測為大約0.1毫米及一高度h₁量測為大約1.2毫米，界定一高長寬比微通道具有大約12：1長寬比。鰭片118b顯示具有由切削製程所導致的一微曲率，形成微通道119b具有一對應的稍微地彎曲的截面。弧長h₂大約相同於對於工作樣 本的微曲率的高度h₁。在一些實例中，微通道119b的截面可具有更多曲率，及弧長h₂可為實質上地大於高度h₁。在這些實例中，微通道長寬比可取決於弧長度h₂而界定。

安裝特徵

如顯示在圖8A，8B及8C，一微通道散熱器的一部分，諸如蓋子114a，可界定一或是更多接腳280，其被建構以鎖固微通道散熱器至一冷卻系統底盤60(圖4A)及/或以可操作地定位微通道散熱器110，120相對於一基板46(圖4A)及安裝至此的電子零件42，44。參考圖8C，接腳280可包含一狹窄部分281被建構以延伸通過底盤240及/或基板46。接腳280亦可界定一或是更多肩部282，其被建構以分別地卡合或是靜置停抵靠底盤240及/或是基板46，藉此限制接腳280的狹窄部分281在此延伸通過的程度。每一接腳280的遠端部283(相對於微通道散熱器的本體)可界定一開口284及一對應的嵌壁式開口285於接腳的長度方向延伸(例如，接腳的長度的一部分)。嵌壁式開口285可相配地容納一螺栓，一螺釘或是具有一頭部的其他緊固裝置諸如一有頭螺栓(headed stud)延伸通過一保持器夾71，72(圖4A)。此一緊固件71a-d，72a-d可保持接腳280相對於底盤60及/或基板46，接腳通過其等延伸。在一些具體實施例中，嵌壁式開口285可被刻螺紋以便螺紋地卡合一螺釘本體的對應螺紋。

微通道散熱器的摘要

此外，微流道119(圖9)及交叉連接通道122的結合允 許減少的壓力波動及沸騰液體冷卻劑的穩定流動。這些特性能夠使二相微通道散熱器110穩定地及重複地散發高熱通量，如圖3所指示，特別是從小面積。二相微通道散熱器110，120亦可具有低熱阻以熱散發，大的表面積對體積比，小散熱器重量及體積，小液體冷卻劑存量(inventory)，及一較小流率需求。亦可達成在流動方向更均勻溫度變化及較高對流熱傳係數。因此二相微通道散熱器可適用於高動力密度電子裝置的熱管理，包含但不限制於諸如高效能微處理器的裝置，雷射二極體陣列，在雷達系統內的高動力零件，在動力電器內的切換零件，x射線單色器晶體(x-ray monochromator crystal)，航空電子動力模組，及太空船動力零件。

冷凝器

如上文參考圖2所註記者，一冷卻系統100可包含一冷凝器130被建構以在冷卻系統從工作流體去除熱Q_out至在環境的一流體。在一些實例中，冷凝器可去除熱Q_out至來自環境的空氣。在其他實例中，冷凝器可去除熱Q_out至另一冷卻系統，諸如，例如，一氣體-壓縮冷凍循環，一單相冷卻循環(例如，一水冷凍器可供應冷凍的水至熱地耦接至冷凝器的一冷板)，或是甚至一個第二二相冷卻循環具有一蒸發器熱地耦合至冷凝器。

如在下文更徹底描述者，此冷凝器130可容納來自一或是更多微通道散熱器110，120的加熱工作流體(例如，在一過冷(sub-cooled)液相，在一飽和液相及氣相，或是在一 氣相)，或是另一零件(例如，一歧管)流動地耦合在一微通道散熱器及冷凝器之間。

如顯示在圖13，藉由實例，一冷凝器130a可包含一層壓構造。例如，一第一基板131可界定一內部熱傳表面132a，從工作流體(未顯示)而來的熱透過該內部熱傳表面通過及一外部熱傳表面133，熱Q_out可通過該外部熱傳表面傳至環境(例如，一環境流體或是另一物體，諸如，例如，具有一氣冷式散熱器162之熱交換器，作為一實例)。內部表面132a可界定一或是更多嵌壁式區域，該區域界定一或是更多流道，工作流體可通過該等流道透過內部熱傳表面132a以去除熱(例如，對流地)。內部表面132a可界定複數個鰭片，如顯示在圖24之冷凝器板230a。

一第二基板，或是蓋子，135可配合地卡合第一基板131以便包覆嵌壁式區域132a及界定所包覆的冷凝器流道。蓋子135亦可界定一內部熱傳表面136，通過該內部熱傳表面從工作流體的熱可傳遞至一外部熱傳表面137。在一些實例中，熱可通過表面137傳遞至環境(例如，至一散熱器或是其他冷卻系統)。如表面133，蓋子135的外部熱傳表面137可被直接地暴露至一環境流體，諸如空氣101，或是可熱地耦合至一熱交換器，諸如一氣冷式散熱器162(如顯示，例如，在圖15)。蓋子135可包含一散熱器底座，及鰭片或是其他延伸表面(未顯示)可自此延伸用於促進與環境流體101的熱交換(如下文參考圖16更徹底地描述者)。例如，環境流體可通過此延伸表面之間及吸收由工作流體 去除的熱。

內部地，冷凝器130a可界定一入口充氣部138及/或是一出口充氣部139分別地流動地耦合流道與一或是更多入口141a及/或是出口141b耦接器。此充氣部138，139可分配工作流體於複數流道間，或從複數流道收集工作流體，提供一流動過渡區在流道和入口及/或出口耦接器141a，141b之間。

一冷凝器可界定一單一連續流道，諸如一迂迴通道流動地耦合至複數個微通道散熱器。擇一地，如圖2所指示，一冷凝器可界定複數個流道區域132，134對應每一個別的微通道散熱器110，120。例如，參考圖2，一冷凝器130可界定一第一流道區域132對應第一微通道散熱器110及一第二流道區域134對應第二微通道散熱器120。在此一實施例中，雖然可能發生一標稱(nominal)淨熱交換在流動區域之間，如藉由傳導通過冷凝器板，對於每一流道區域的一主要熱傳路徑可為從在每一區域132，134的工作流體至環境。

圖14概要地顯示用於第一流道區域(或是冷凝器部分)132及第二流道區域134的相對佈置的兩替代構形。在「系統A」構形中，流道區域132，134被串聯的冷卻(如顯示在圖15及16的構形)。換言之，一環境流體101(在圖14A標示為「空氣流」)可在通過熱交換器162鄰接第二流道區域134的一部分之前，通過熱交換器鄰接第一流道區域132的一部分。結果是，在圖14A的系統A構形，第二流道區 域134是被曝露至藉由第一流道區域132加熱的一環境流體(例如，空氣)。在一些實例中，冷凝器部分132，134的此串聯冷卻提供對於下游(例如，第二)流道區域134的不充足冷卻。

在顯示於圖14A的「系統B」構形中，流道區域132，134是被並聯的冷卻。換言之，第一流道區域132是鄰接一熱交換器，或是冷卻器的一第一部分及第二流道區域134是鄰接熱交換器的一第二部分。冷卻器的第一及第二部分可平行於彼此流動地耦合。具有此一構形，環境流體的第一流通過鄰接冷卻器的第一部分及環境流體的第二流通過鄰接冷卻器的第二部分。當其等通過個別的熱交換器部分時，第一流及第二流可維持實質上地彼此隔離。在此一構形，由於環境流體的第一流及環境流體的第二流維持實質上地隔離，流道區域132，134兩者未實質上地暴露至一已經藉由其他流道區域預熱的環境流動場。此平行冷卻可使用一單一熱交換器(或是冷卻器)平衡在第一流道區域132及第二流道區域134之間(例如，提供相似的熱傳速率)的冷卻效能。

在系統A及系統B構形中，冷凝器130及散熱器162(圖2)組件可包含一反向-流熱交換器。換言之，環境流體的一般流動方向可為相反於通過冷凝器130(例如，通過流道區域132，134)的工作流體之一般流動方向。此一反向流熱交換器可實質上地改善在工作流體及環境流體101(空氣，在此實例中)之間的熱傳速率。換言之，為提供從工作流體至 環境流體的高整體熱傳速率，工作流體通過流道區域132及134每一者的流動方向可為與空氣流的流動方向相反(例如，工作流體可從右至左流動及空氣流可從左至右流動，如由顯示在圖14的系統A及系統B構形的箭頭所指示)。

參考圖15及16，顯示替代的冷凝器及冷卻器(熱交換器)構形。參考圖15，一冷凝器板130b可為一分離的零件與冷卻器160b(例如，一氣冷式散熱器162b)熱接觸。例如，如顯示在圖15，一散熱器162b的底座構件161b及一第一冷凝器基板131b(類似於顯示在圖13的層壓基板131)可熱地耦合於彼此(例如，一毗連的關係具有熱介面材料的薄膜(例如，熱潤滑脂，焊料等)142b佈置在之間)。氣冷式散熱器162b的底座構件161b可包含一第一表面164b用於配合地卡合冷凝器板130b的一對應的相對表面264，例如，每一表面164b，264可為實質上地平坦。一熱介面材料142b(例如，一熱地傳導潤滑脂或是膏，焊料或是一合成材料，諸如一傳統的潤滑脂或是膏，具有懸浮的熱地傳導粒子，或是「填充材料」)可被施加於在配對表面164b，264之間的介面以改善在表面之間的熱耦合。仍參考圖15，第一及第二流道區域132b，134b每一對應一個別的微通道散熱器，及可被流動地耦合至一個別的微通道散熱器，例如，類似於描述於上文參考圖2的方式。一蓋子135b除此之外可包覆流動區域132b，134b的打開頂部部分。

如顯示在圖16，一冷凝器130c可與一冷卻器160c結合。例如，一散熱器的一底座131c可界定分離的流動區域 132c，134c，類似於參考圖15描述於上文的流動區域132b，134b。嵌壁式流道132c，134c在單一構造131c內可流動地耦合至個別的微通道散熱器110，120(圖2)。顯示在圖16替代的冷凝器構造130c消除一分離的冷凝器基板131b及一散熱器底座164b(圖15)之一，及進一步減少在冷凝器通道132c，134c及冷卻器子組件的鰭片162c之間的整體厚度。對於一固定整體高度的冷凝器及鰭片組件130b，162b及130c，162c，此一薄的設計允許鰭片162c相較於顯示在圖15的鰭片162b在長度的增加。在一些實例中，鰭片162c在長度增加相較於鰭片162b可為多至底座161b及熱介面材料142b厚度的總合。此一單一構造131c可因此允許空氣-側熱阻降低，藉此顯著地改善冷卻系統的整體冷卻效能。

一些蓋子135b，135c(圖15，16)可包含一或是更多壁136c實質上地垂直於冷凝器130b，130c的第一基板131b，131c延伸及被定位在冷凝器130b，130c的第一基板131b，131c的外部。例如，一或是更多此種壁136c可部分地界定一環境流體導管，或是護罩，163(圖4B)，其被建構以導向環境流體，當環境流體通過冷卻器160b，160c的延伸表面162b，162c之間(例如，以減少或是消除除此之外可能發生的一流動旁通，如參考圖4B敘述於上文者)。一些蓋子135b，135c包含一熱地傳導材料(例如，鋁或銅的合金)。此蓋子可被暴露至環境流體及提供一額外的熱傳路徑用於從冷凝器170b，138c去除熱(例如，熱Q_2，out(圖2))至環境流體。

冷卻系統

現在將說明包含如上文所述的特徵之緊密微尺度熱傳系統的實例。特別的是，以下三個系統整合實例的每一者可被建構以配合在由PCIe規範所界定的物理體積內。

系統整合-實例1

現在參考顯示在圖17至圖24的圖式，現在將描述一第一緊密，微尺度熱傳系統，或是冷卻系統，200。如概要地顯示在圖2的冷卻系統100，冷卻系統200包含第一及第二微通道散熱器210，220(圖22)流動地耦合至個別的冷凝器部分232，234(圖18，20-24)。一泵類似於顯示在圖7的泵150’及顯示在圖5的泵250a及被如此建構以便被罩在二件式泵-外罩歧管255a及255b(圖7A及7B)內，增加足夠的壓力落差(pressure head)至一工作流體以便循環工作流體於散熱器210，220及個別的冷凝器部分232，234間。

如下文中更徹底描述者，散熱器210，220及冷凝器部分232，234被整合入一層壓的子組件230(圖20)，提供一非常低側影的(low-profile)流體電路構造。鰭片262從散熱器-及-冷凝器子組件230(圖17及20)的一第一表面235延伸。此整合的構造允許鰭片262較在其他具體實施例中的鰭片長，類似於敘述在顯示於圖15及16的鰭片162b，162c之討論。子組件230的一第二相對表面215(圖18)界定熱傳表面211，221，該等熱傳表面對應個別的微通道散熱器210，220及電子零件位置，使得表面211，221可操作地被定位。

如在此所使用者，「操作地被定位」意指以一方式被定位(例如，定向)以便能夠達成一想要的或是特定的功能。例如，一操作地被定位之微通道散熱器可相對於一對應的電子零件被定位以便能夠熱地耦合至電子零件，部分地，藉由使用傳統熱介面處理，諸如熱地傳導聚合物，潤滑脂，合成物，黏著劑，焊料及類似物。

一離心鼓風機170是如此相對於鰭片262被定位以便能夠造成空氣流通過於鰭片間(圖17)。泵-外罩歧管255a，255b，微通道散熱器及冷凝器子組件230(圖20)，及離心鼓風機170藉由一底盤構件240(圖17及19)是被支撐在個別的操作位置。一電動動力纜線171具有一動力連接器從鼓風機170的一電動馬達延伸。一護罩263(圖18)包含如描述在上文的特徵(例如，一導管從鼓風機170及一置於鰭片262上的熱傳表面延伸)可置於冷卻系統200的各種零件上。據此，冷卻系統200可具有一外部外貌類似於描繪在圖4A及4B的冷卻系統100。

參考圖18，可見藉由層壓散熱器-及-冷凝器子組件230的「底側」或是第二表面215界定的熱傳表面211，221。熱傳表面211，221藉由the第二表面215延伸的個別升高表面所界定，及表面211，221的每一者具有一般地矩形周圍(在一些實例中，一方形周圍)。最佳如圖21所見，當一電子封裝42，44(圖1)是被安裝至其個別的基板46時，升高表面211，221的個別周圍可被定向對應至該電子封裝的一定向。例如，如顯示在圖18，熱傳表面211，221的個別 周圍可相對於冷卻系統200的一縱向軸線(例如，相對於，例如，沿著在各種鰭片262間(圖17)的一空氣流路徑延伸的流向軸線)旋轉大約45度。

亦可見於圖18是底盤構件240，其界定一開口241。升高表面211，221是從散熱器及冷凝器子組件230的表面215足夠地升高的以便延伸通過開口241及能夠熱地耦合至(例如，接觸)個別的電子零件42，44。

在圖18，可見底盤構件240的一「底側」。藉由參考的方式，底盤構件240的一第一端部區域242置於鼓風機170下及支撐鼓風機170(圖17)。底盤構件240的一相對端部區域界定一排出端部區域243置於從鰭片262(圖17)的排氣之下。顯示在圖18及21之冷卻系統200的「底側」被建構以置於一附加卡50(圖4A)的電子零件上。

在圖19，顯示底盤構件240的一「頂側」。顯示在圖19之底盤構件240的頂側是被建構以置於冷卻系統200的零件下及支撐冷卻系統200的零件。

圖20描述層壓的微通道散熱器-及-冷凝器子組件230。該子組件230界定一外部周圍241’被建構以被容納在底盤構件240(圖19)的一對應的開口240，嵌壁式部分或是兩者，使得熱傳表面211，221延伸通過在底盤構件的一開口241，及「上方」表面235被定位實質上地平行於，及背對底盤構件。對齊特徵，例如，標簽(tab)，可由周圍241’界定以助於組件230與底盤構件，或是托盤，240的對齊。托盤240對應的對齊特徵可配合地與組件230的對齊特徵 卡合。

子組件230的「上方」表面235可如此被建構以能夠被熱地耦合至一冷卻器(例如，一分離的散熱器，以一類似於冷凝器130b(圖15)的方式，或是鰭片，其被固定地直接地鎖固至表面235，以一類似於冷凝器130c(圖16)的方式)。如上文所註記者，提供從冷凝器表面235延伸的鰭片262及消除一介於中間的散熱器底座(例如，藉由焊接旋繞的或是堆疊的鰭片直接於表面)可提供用於較大的鰭片262。換言之，消除具有一可量測的厚度之零件可允許較長的鰭片262被放置在一體積內，該體積具有一受限的「高度」限制，諸如由PCIe規範所規定。層壓的子組件230提供一低的側影及薄的構造，其提供用於鰭片262(圖17)佔據之額外的「高度」。

現在參考圖22，顯示一散熱器板230b的主要表面215’。散熱器板230b亦界定主要表面215(圖21)，其在顯示於圖22的主要表面215’之散熱器板的一相對側邊上。如上文所註記者，主要表面215界定升高熱傳表面211，221，其等被建構以熱地耦合至個別的電子零件。散熱器板230b的主要表面215’界定散熱器-及-冷凝器子組件230的一內部表面。主要表面215'亦界定嵌壁式區域211’，221’，其等分別地對應升高熱傳表面211，221。換言之，表面211及211’被放置於板230b的相對面上，及藉由板230b的一厚度分離。類似地，表面221及221’被放置於板230b的相對面上，及藉由板230b的一厚度分離。

如在圖22所指示，板230b的嵌壁式表面211’，221’可容納從個別的單一基板形成之個別的微通道熱交換器210，220。散熱器210，220的每一者可如上文所描述的被建構。例如，微通道散熱器210，220的每一者可界定高長寬比微通道，可界定交叉連接通道，或是兩者。每一散熱器之底座的一表面(未顯示，但類似於，例如，底座123a，123b(圖11A至12B))可被焊接至(或是除此之外固定地鎖固及熱地耦合至)個別的嵌壁式表面211’，221’。藉由個別的散熱器210，220所界定之微通道的最下方壁(例如，藉由底座123a，123b(圖11A至12B)所界定的一微通道119a，119b的一壁)可實質上地與表面215’共平面，使得一工作流體可流動越過表面215’及進入一個別的微通道(例如，一微通道119a(圖11A))而無需流動越過一「階層」。

一冷凝器板230a，如顯示在圖23及24，可置於散熱器板230b上呈與散熱器板230b配對卡合以形成，例如，顯示在圖20之子組件230。換言之，表面215'(圖22)及235(圖23)可被帶入彼此相對對齊，及彼此固定地鎖固。例如，板230a(圖22)的一外部周圍部分241a’可被焊接至板230b(圖21)的一對應的外部周圍部分241b’。冷凝器板230a界定個別的蓋子部分214a，214b，當個別的微通道散熱器210，220被鎖固至嵌壁式表面211'，221'(圖22)時，個別的蓋子部分被建構以置於個別的微通道散熱器210，220上。蓋子部分214a，214b可為在板230a內之嵌壁式部分及可界定個別的散熱器210，220的微流道的一上方壁，以一類似於顯 示在圖10的側視圖之蓋子114的方式。

冷凝器板230a界定嵌壁式冷凝器部分232，234，其等對應個別的蓋子部分214a，214b及微通道散熱器210，220。此外，冷凝器板230a界定一入口開口205及一對應的嵌壁式導管部分，嵌壁式導管部分延伸在開口205及嵌壁式蓋子部分214b(對應該散熱器220)之間。冷凝器部分234從嵌壁式蓋子部分214b迂迴地延伸至一嵌壁式導管部分207。嵌壁式導管部分207從冷凝器部分234迂迴地延伸至嵌壁式蓋子部分214a。轉向葉片(turning vane)202被定位於蓋子部分214a的「上游」及被建構以作用為一入口歧管至微通道，微通道藉由散熱器210及蓋子部分214a界定。對應散熱器基板210之冷凝器部分232從蓋子部分214a延伸至一出口導管，該出口導管流動地耦合至一冷凝器板出口206。

如顯示在圖24，冷凝器板230a可界定冷凝器流道於延伸的熱傳表面，或是鰭片238間。冷凝器流道可量測為大約0.635毫米(mm)寬及大約2毫米深，給定冷凝器流道一長寬比，在一些實例中，為大約3：1(高度：寬度)。在一些具體實施例中，冷凝器流道可具有較大或是較小的長寬比。界定冷凝器流道之鰭片可量測為在大約0.25毫米至大約1.0毫米寬(及大約2毫米深)之間。此外，鰭片238可藉由交叉連接通道236被中斷在變化長度的間隔中。如被描述於上文中連結微通道熱交換器的交叉連接通道，延伸於各種冷凝器流道間的交叉連接通道236可平衡於鄰接的流道間的壓力變化。當流體去除熱，相變化，或是兩者時，此 壓力的平衡可改善一工作流體的流動一致性。

進一步參考圖24，所說明的冷凝器板230a界定一列鰭片238a，其較鰭片238具有一較大的截面厚度(例如，大約兩倍)。鰭片238a可提供足夠的接觸面積以焊接或是除此之外附接鰭片238a的個別的遠端部至散熱器板230b(圖22)。此附接沿著冷凝器部分232，234一大約的中心線，其可提供額外的剛性於子組件230，及可緩和或是消除任何向外的彎曲，或是凸起，其等除此之外可能始於高內部壓力發生，而當冷卻系統200操作時可能導致該高內部壓力。

當所說明冷凝器板230a及所說明散熱器板230b進入相對對齊狀態，使得個別的主要表面215’，235’彼此配合地卡合，入口205，散熱器210，220及蓋子部分214a，214b，冷凝器部分232，234，及出口206(及相關的導管部分)是流動地串聯耦合。在其他子組件具體實施例中，散熱器210，220及冷凝器部分232，234是流動地並聯耦合。

如才被說明的此一層壓子組件230，對於複數個微通道散熱器及冷凝器提供一薄的構形。此一薄的子組件230較微通道散熱器及冷凝器的其他構形，對於鰭片262留下一大的體積，及因此可較其他構形允許更多表面積用於「空氣側」熱交換。

再次參考圖17，子組件230及鰭片262可藉由底盤構件240支撐。泵外罩歧管255a，255b的出口254可被流動地耦合至子組件230的入口205。例如，一O型環可以一習知的方式環繞開口205，254延伸在泵外罩歧管255a，255b 及子組件230之間。類似地，泵外罩歧管255a，255b的入口256可被流動地耦合至從子組件230的出口206。

其結果是，子組件230的層壓構造結合泵外罩歧管255提供一非常緊密的二相工作流體電路，其留下顯著體積用於一大的，密集陣列的鰭片262。此一密集陣列的鰭片可減少，或是緩和，一「空氣側」熱交換「瓶頸」的影響，允許冷卻系統200實施如指示在顯示在圖3的圖表。此一冷卻系統200是非常適於空間限制的應用，該等應用需要高熱通量電氣零件的冷卻，諸如電腦附加卡，汽車電子及其他應用。

系統整合-實例2

在一些系統中，每一微通道散熱器可相對冷卻系統的其他部分「浮動」(亦即，獨立地於彼此移動)，如下文更徹底描述者。當鄰接的電子零件由於製造公差具有變化的高度時，此浮動可為理想的。換言之，每一微通道散熱器110，120可被操作地相對於一對應的電子零件42，44(圖1)定位及被定位遍及相對於冷卻系統(例如，一框架或是底盤340(圖26))的其他部分的一位置範圍及相對彼此定位以便容納電子零件，基板及其等之組件間維度的變化，該維度的變化可能於製造期間產生。

現在將描述顯示在圖25的整合冷卻系統300。如被描述於上文之冷卻系統，該冷卻系統300可被使用以移除藉由電子零件42，44(圖2)散發的熱Q₁，Q₂及藉此維持一特定的零件溫度於一上臨界溫度或是在一上臨界溫度之下。

冷卻系統300包含藉由底盤340支撐之兩獨立地浮動微通道散熱器310，320，其操作地相對於個別的電子零件42，44定位散熱器，同時容納零件間z-高度的變化。

底盤340是被建構以相對於基板46(圖1)安裝及/或支撐冷卻系統300的零件以及其他冷卻系統零件，諸如散熱器162c，冷凝器131c，泵150’及對應的泵外罩-歧管155’，155a’，鼓風機葉輪170(及其外罩(164))及護罩163’實質上地獨立於浮動的微通道散熱器310，320。此獨立的安裝允許散熱器310，320維持操作地相對於個別的電子零件42，44，以及其他冷卻系統零件定位，同時容納零件間z-高度的變化。

如在此描述的離心鼓風機170，所說明的鼓風機葉輪可驅動一環境流體(例如，空氣)於遙遠的熱交換器的延伸表面162c間。在冷卻系統300中，空氣從一鼓風機入口通過至葉輪170，其給予一動落差(dynamic head)於空氣。一鼓風機外罩164界定一擴散器用於減速從葉輪排出的空氣及恢復動落差為壓力落差。此一鼓風機外罩通常亦界定一鼓風機出口用於連接至一導管或是其他導管163’用於導向藉由鼓風機發出的空氣。護罩，或是導管，可界定一流道在鼓風機葉輪及在延伸表面162c間的流動路徑之間。在所描述的冷卻系統300(及其他冷卻系統100，200，400)，葉輪順時鐘旋轉(如從上方所見)使得從葉輪及鼓風機出口(未顯示)發射出的氣流在一熱交換器入口(鄰接鼓風機)自泵150’最遠的區域具有一較高的動落差。換言之，在所揭 示的系統的每一者，泵被定位在一「死區」，在此處發生少許或是沒有空氣流動。在其他具體實施例中，葉輪可逆時鐘旋轉，造成具有最高動落差之區域為在泵150’目前顯示的區域中。在此一實施例中，泵可被定位在相對於其位置(相對於熱交換器)，以允許具有高動落差之區域流動地與熱交換器鰭片連通，及佔據「死區」，在此沒有或是發生少許空氣流動。

在一些冷卻系統中，鼓風機出口可配合地卡合一入口至熱交換器162c。例如，此一鼓風機外罩可配合地卡合(例如，「無縫地」結合)藉由冷凝器蓋子形成的護罩163’，排除一分離的護罩或是其他通風管卡合鼓風機及延伸越過遙遠的熱交換器的需要。消除分離的護罩或是其他通風管及其的對應厚度可允許遙遠的熱交換器在一給定的空間限制體積內具有較長的延伸熱傳表面。

如申請人所發現者，冷卻系統200的效能可由在熱交換器260及環境101(亦即，「空氣-側熱交換」)之間的熱交換限制。申請人亦發現，驚人地，即使消除薄零件諸如通風管及對應的厚度，及加長延伸表面(例如，鰭片)一對應的距離，即使才十分之一吋，可改善空氣-側熱交換及顯著地改善冷卻系統100，200，300及400的冷卻。

為進一步增加用於增加鰭片表面積之可用的體積，冷卻系統300可包含一金屬的護罩部分163'被建構以傳遞熱Q_out的一部分Q_out，2至環境。金屬護罩部分163'，如被建構在系統300中，被熱地耦合至冷凝器。如結合圖15及16 所討論者，護罩可形成一「蓋子」，其部分地包覆在冷凝器內的流動通道，該通道攜帶工作流體，及因此可被放置直接與工作流體接觸。雖然所說明的系統300包含一金屬護罩，在一些實例中，護罩163'可包含一塑膠護罩從導管164延伸。在此一實施例中，大部分熱Q_out是從散熱器162去除。

再者，顯示在圖3的護罩163’包含一熱地傳導材料及是與冷凝器131c熱接觸以便提供一額外的熱傳路徑用於從電子零件42，44去除由冷卻系統300吸收的熱至環境101。申請人發現此額外的通過護罩的熱傳路徑可進一步改善空氣-側熱交換，及實質上地增加冷卻系統300的整體效能。

底盤340界定二個主要開口310’，320’用於提供在微通道散熱器310，320及對應的電子零件42，44(圖1)之間的熱接觸。底盤240亦界定四個接腳開口圍繞主要開口310’，320’的每一者，微通道散熱器310，320的接腳280可延伸通過接腳開口，如敘述在上文者。

參考圖4A，8C，25及26，一基板46可被定位在一實質上地與底盤340平行對齊及以微通道散熱器310，320的接腳280延伸通過基板而緊固至底盤340。一旦基板46及底盤340是鎖固地彼此附接，微通道散熱器310，300可相對於基板移動，如其可相對於底盤。此運動的範圍可取決於，部分地，所選擇用於流體導管316，317的長度及材料，流體導管結合微通道散熱器310，320至冷卻系統的其他部分(例如，冷凝器131c。)但是，散熱器310，320可被移動 通過一足夠的距離以便操作地定位其等相對於每一個別的電子零件42，44。

例如，緊固件(未顯示)配合地卡合每一接腳280的嵌壁式空隙(圖8C)可繃緊抵靠基板46及拉動微通道散熱器310，320朝向基板，推進每一微通道散熱器抵靠一對應的電子零件42，44。以此方式，微通道散熱器可被操作地相對一對應的電子零件定位而不管在例如，附加卡間相對零件z-高度(Z₁-Z₂)的變化。

進一步參考圖25，所說明的熱交換器162c為一氣冷式散熱器，具有一底座構件包含一單一構造具有冷凝器基板131c(圖16)及複數個延伸熱傳表面(例如，鰭片)162c實質上地向冷凝器基板垂直地延伸。在一些具體實施例中，鰭片為切削(skived)鰭片，及在其他具體實施例中，鰭片為堆疊的鰭片。底座構件131c是被定位實質上地平行於底盤340，及當系統300如圖25所指示而組裝時，其從微通道散熱器310，320間隔開。複數個延伸熱傳表面162c實質上地垂直地相對於底座構件131c延伸及向下地進入在底座構件131c及微通道散熱器310，320之間的空間。鰭片的遠端部(相對於底座構件)是典型地鄰接微通道散熱器及從微通道散熱器間隔開在一常規的，靜止不動的位置。取決於，例如，在電子零件42，44間z-高度變化的範圍，當冷卻系統300是被操作地定位時，一或是更多遠端部可緊密地被定位鄰接，或是甚至碰觸，一或是兩微通道散熱器310，320。

為進一步增加用於增加的鰭片表面積之可用體積，冷 卻系統300可包含一金屬護罩部分163’被建構以傳遞熱Q_out的一部分Q_out，2至環境。金屬護罩部分163’，如被建構在系統300中，是熱地耦合至冷凝器。如下文更徹底描述者，護罩可形成一「蓋子」其部分地包覆在冷凝器內的流動通道，該通道攜帶工作流體，及因此可被放置直接與工作流體接觸。雖然所說明的系統300包含一金屬護罩，在一些實例中，護罩163’可包含一塑膠護罩從導管164延伸。在此一實施例中，大部分的熱Q_out從散熱器162去除。

參考圖26，顯示用於散熱器及冷凝器的一替代的構形。顯示在圖26的構形是類似於顯示在圖15，及連結圖15而描述。

系統整合-實例3

參考圖27至31，將描述另一冷卻系統400。冷卻系統400(圖31)包含第一及第二散熱器子組件260a，260b。子組件260a，260b的每一者包含一個別的微通道散熱器流動地耦合至一對冷凝器板(例如，板230b，230b’，如顯示在圖27)。如敘述在上文的系統，子組件260a，260b可藉由一底盤構件支撐，部分地藉由一護罩圍繞及藉由一鼓風機所驅動的空氣流冷卻。

參考圖27，一散熱器組件260b可包含一微通道散熱器基板，如被敘述在上文者。因此，微通道散熱器210a(圖28)可包含除了被敘述於上文的微流道之外的交叉連接通道。微通道散熱器可因此操作為一單相(例如，液體)散熱器或是二相散熱器，如上文所描述者。

微通道散熱器210a可被流動地耦合至冷凝器組件230b，230b’的每一者，及氣冷式鰭片262b可延伸於其等之間。當空氣側熱交換非為主要系統瓶頸，此一構形可為特別有用。換言之，在實例中當鰭片從一單一端部(如在系統200，300)被加熱，在此處散熱器鰭片262b的鰭片效率是低的，放置一第二冷凝器組件230b與鰭片(例如，與端部接觸，該等端部自組件230b’遠端地放置)熱接觸，可增加鰭片262b的鰭片效率及因此以較高的速率散發熱。

冷凝器組件230b，230b’具有類似於描述在上文之冷凝器的特徵。冷凝器組件可使用歧管被流動地耦合，如描述於上文及顯示在，例如，圖5及6。

圖27至31描繪各種特徵，其等可能被顯示在散熱器組件的具體實施例。圖27至31未以比例繪製。為簡潔的緣故，散熱器組件的一或是更多零件可從一或是更多圖27至31省略。如所顯示，散熱器組件可包含一或是更多散熱器子組件(子-組件)260a，260b，以及至少一泵及鼓風機。為簡潔的緣故，顯示一泵250a及一鼓風機。然而，在其他具體實施例中，可使用多個泵及/或是多個鼓風機。亦為了簡潔的緣故，顯示二個子-組件。然而，可使用其他數量的子-組件。例如，可採用一個單一子-組件，或是三個或是更多子-組件。

此外，所顯示的子-組件為實質上類似的(圖27至31)。然而，在一些具體實施例中，子-組件的每一者的部分或是全部可不同。例如，子-組件260b的板可大於子-組件260a 的板。個別的微通道散熱器210a，210b在子組件間亦可為不同的。對於每一子-組件，使用具有鰭片耦合在其等之間的二板。然而，在另一實施例，可採用其他數量的板，其可能，或是可能不，使用鰭片的相同構形。組件可與想要被冷卻的電氣零件耦合。未顯示此電氣零件。例如，在一些具體實施例中，可使用該組件以冷卻一顯示卡。

參考圖27，每一子-組件包含，藉由實例的方式，一微通道散熱器210a，一底部板230b’，一頂部板230b，鰭片262b，及至少一歧管252b。熱從待被冷卻的裝置被交換至微通道散熱器。從微通道散熱器的熱是與每一子-組件的底板及頂板交換。透過具有內部冷卻通道(亦即鰭片)的二冷卻板之使用，從底板及頂板的熱亦提供至藉由鼓風機產生的空氣流。因此，從待被冷卻的零件的熱可從系統移除。

參考圖5，6及29，一般而言，流體可為飽和的進入微通道散熱器210a。在一實施例中，從泵250a的液體，通過歧管252b至底部板230b，通過一入口或是出口耦接器215(圖29)，接著至微通道散熱器210a。流體流動通過在散熱器中的微尺寸通道及吸收熱。假使足夠的熱被交換及/或使用一足夠低的流量，流體可相變化(沸騰)。二相流體可離開微通道散熱器210a及進入底部冷卻板230b的通道232b。在底部板230b中，一或是更多流體通道232b被配置呈一圖樣，諸如一蜿蜒圖樣。通道232b可覆蓋底部板230b的面積。此允許熱流體散佈熱遍及底部板的面積。在一實施例中，熱可實質上地被散佈遍及整個底部板，建立一較 模(微通道散熱器)尺寸大的平台面積以交換熱至空氣。熱引導進入空氣熱交換鰭片，接著至流動通過組件的空氣。從底部板230b，流體行進至頂部冷卻板230b’(圖27)。在一實施例中，流體從底部板230b透過歧管252b行進至頂部板230b’。流體橫越在頂部板內的通道。熱可以依類似的方式被散佈至底部板230b。雖然流體流動被敘述為橫越串聯子-組件，散熱器組件可被建構以至於子-組件是流動地並聯耦合。

當流體行進通過頂部及底部冷卻板及熱是被去除至空氣，蒸氣凝結及一飽和流體，或是稍微過冷(sub-cooled)流體，離開頂部板230b’。流體從子-組件260b的頂部板230b’流動至子-組件260a的底部板230a。在一實施例中，歧管252b從頂部板傳遞流體至一交叉管子258或是其他用於提供流體至子-組件260a之機構。在另一實施例中，流體可通過至另一泵，其接著抽吸流體至子-組件260a。流體接著從底部板230a’行進進入微通道散熱器220的入口。在此流體可跟隨一類似於(包含相同)子-組件260b之路徑。子-組件260a以一類似於子-組件260b的方式作用。流體可交換熱進入空氣熱交換鰭片262a，262b以及至一護罩463(圖31)以去除熱至就在冷卻系統400外側的面。當離開頂部板230a，流體是接著送回泵250a。

此散熱器組件260a，260b，如顯示在圖30，可提供各種如系統100，200及300之優點。可發生相變化而在流體改變狀態內沒有一實質溫度梯度。對於冷卻應用，使用沸 騰熱傳可包含提供一均勻溫度的優點，於此一溫度提供冷卻。溫度相對於沸騰表面以及一改變的熱輸入可為均勻的。因此，藉由組件，待被冷卻的零件可具有一更均勻的溫度。再者，當流體的蒸發潛熱相較於流體溫度的變化是高的，使用微通道散熱器能夠散發一較大量的熱。

如描述於上文的其他系統，散熱器組件260a，260b可被建構為逆向流熱交換器(例如，工作流體的一般流動方向行進反向於環境流體，例如，空氣，通過延伸在冷凝器板組件之間的熱交換器鰭片的一般流動方向)。

此外，每一子-組件包含具有鰭片於其間的兩板。兩板的使用加倍用於在流體及鰭片之間的熱傳之接觸表面積。再者，每一鰭片被附接至頂板部及底板兩者。此允許熱從鰭片的兩端部傳遞進入鰭片。從兩端部的熱傳，有效地減少用於每一傳導熱傳路徑的鰭片長度。此改善鰭片效率，鰭片效率反比於鰭片長度。換言之，在鰭片端部的冷卻是被避免，因為鰭片的兩端部是全被附接至一板。

再者，可選擇泵的位置以改善散熱器組件的效率。如上文所討論者，空氣流動方向一般是從子-組件260a至子-組件260b。然而，在一些具體實施例中，空氣流對其運動的方向可具有一些橫向的零件。從鼓風機的空氣流不會均勻地流及線性地從鼓風機流動。替代地，鼓風機葉輪的環形運動給予一空氣流方向，該方向非完全地平行於由鰭片262b形成的通道。結果是，在散熱器組件內的一區域可具有一較低的空氣流。換言之，一死區可存在於空氣流動中。 泵是放置在散熱器組件的死區中。因為泵，其不會需要熱的直接交換至空氣流，如所想要的作用，泵是放置在此死區，散熱器組件的區域，其維持一空氣流，該空氣流對於交換熱的使用可保持有效的。結果是，可改善散熱器組件的效率。

再者，歧管的使用亦可改善散熱器組件。散熱器子-組件可利用歧管用於導向流體進入及離開頂板及底板，以及進入及離開子-組件。歧管是固體，例如從一具有孔洞鑽於其內之銅塊形成以控制流體流動。在一些具體實施例中，一歧管導向流體進入一子-組件至底板，從底板導向流體至頂板及從頂板導向流體至一交叉管子至另一子-組件或是回到泵。可使用歧管在管子處以導向流體流動。如此諸如洩漏，缺乏穩定度，及增加系統的覆蓋區等問題，可被避免。進一步，因為歧管可為一大的銅塊，歧管可提供一較大的覆蓋區以焊接至底板或維持子-組件的部分。因此，歧管亦可改善穩定度，減少洩漏，及除此之外改善散熱器組件的效能。

透過假通道(dummy channel)的使用，散熱器組件亦可具有改善的冷卻效率。底板可包含對微通道散熱器的一假通道及通道及從微通道散熱器的一假通道及通道。注意的是，可改變通道及假通道的特定構形。進一步，可提供額外的通道及/或額外的假通道在另一實施例中。可使用假通道以隔離流體進入微通道散熱器。在一實施例中，假通道是形成在底板內。當一覆蓋件被提供在底板上，形成一空 氣-填充假通道。擇一地，可提供覆蓋件在另一大氣及密封的，或是通道可以另一方式填充。流體從子-組件的底板進入微通道散熱器。此流體是稍微地冷。離開微通道散熱器的流體橫越底板。從微通道散熱器的流體是相對地熱，具有才從微通道散熱器接收的熱。假通道可以空氣填充，其他熱隔離器，或是真空。結果是，假通道是被熱地隔離。因為假通道本質上是被隔離，假通道可協助熱地隔離通道進入微通道散熱器。結果是，至微通道散熱器的流體可保持較冷的。可藉此改善微通道散熱器的效率。

在此描述的散熱器組件可分享一些或所有於上文中討論的優點。例如，散熱器組件可採用一或是更多以下特徵：微通道散熱器，液體流動於氣流的相反方向，多個冷卻板，每一冷卻板與鰭片連接，用於空氣流在一死區的泵，歧管，及/或是假通道。因此，組件可具有改善的效率，改善的穩定度，改善的冷卻，及/或其他先前被描述的優點。

如顯示在圖31，散熱器組件260a，260b可被彼此流動地耦合及藉由一底盤構件440支撐，其類似於描述在上文之底盤構件。底盤構件440可支撐鼓風機170及一護罩464可置於鼓風機170上，及一導管463可置於個別的散熱器組件260a，260b上。熱接觸表面211a，221a可充分地延伸通過底盤構件以被熱地耦合至一被安裝於例如，一附加卡的零件，。

微尺度熱傳系統效能

圖32顯示如在此所揭示具有二相流通過一微通道散熱 器的一閉路式冷卻迴路的工作樣本所獲得的測試數據。圖32顯示入口壓力P_in及出口壓力P_out改變遠少於假使通過微通道散熱器的流場是不穩定的。據此，顯示在圖32大體上地均勻入口壓力及出口壓力指示二相流通過微通道散熱器保持穩定，儘管相對地高熱通量將造成一流通過具有連續鰭片(亦即，沒有如在此所揭示的交叉連接件)的一微通道散熱器為不穩定的。顯示在圖32的數據展示在散熱器效能上藉由包含交叉連接件，相較於一沒有交叉連接件的微通道散熱器所獲得的驚人增加。

圖33顯示一預測的散熱器溫度對微通道長寬比的變化之圖表。圖33指出對於假設的冷卻系統及環境條件，加倍微通道長寬比從6：1至12：1被預測會減少散熱器溫度上升超過環境，T，當散發大約150瓦(W)時，大約攝氏1.2度(℃)。

圖34顯示一預測的泵背壓對微通道長寬比的變化之圖表。圖16指出，對於假設的冷卻系統及環境條件，加倍微通道長寬比從6：1至12：1被預測會減少泵背壓P為大約4：1的係數。

圖35顯示微通道散熱器溫度上升超過環境溫度的比較圖，對於一界定交叉連接微通道具有一6：1長寬比的微通道散熱器(工作樣本1)及一工作微通道散熱器界定高長寬比(12：1)及交叉連接微通道(工作樣本2)，如在此所揭示者。如顯示在圖35，在150W冷卻負載下，具有12：1長寬比微通道的散熱器提供一驚人的7.4℃低於具有6：1長寬比微通 道的散熱器超過環境溫度的溫度上升。此7.4℃的改善展示比預期而驚人地較佳的效能(例如，遠好於所預測1.2℃的改善，指示在圖33)。

其他具體實例

如所敘述特徵，其是可能的在許多具體實施例中，以一配合於一小的、緊密的體積之冷卻系統(例如，一體積合適於PCIe規範及量測為大約10½吋乘以大約1³/₈吋乘以大約3¾)冷卻電氣零件散發多至150瓦(連續地)而具有少至大約30℃-35℃零件溫度上升超過一局部環境溫度。

所揭示的內容參考成為該揭示內容一部分的隨附圖式，其中遍及全文類似的元件符號指示類似的部件。該等圖式說明特定具體實施例，但可形成其他具體實施例及可改變構造而不偏離本揭示內容所欲涵蓋的範疇。方向及參考(例如，上，下，頂部，底部，左，右，向後，向前等)可被使用以促進圖式的討論但不意為限制。例如，可使用某些術語諸如「上」，「下」，「上方」，「下方」，「水平」，「垂直」，「左」，「右」及類似者。當處理相對關係，特別是相對於所說明具體實施例，使用這些術語，在合適之處，以提供明確描述。某些術語，然而，非意欲暗指絕對的關係，位置，及/或是方位。例如，相對於一物品，一「上方」表面藉由簡單的翻轉物品可變為一「下方」表面。儘管如此，其仍為相同表面及物品保持相同。如在此所使用者，「及/或」意指「及」還有「及」和「或」。

據此，此詳細的描述不應被建構為一限制的方式，及 以下為本揭示內容的一回顧，所屬技術領域具有通常知識者將了解冷卻系統的多樣化，其可使用在此所描述的各種概念被設計及建構。再者，所屬技術領域具有通常知識者將了解在此所揭示的示範性具體實施例可被採用為各種構形而不偏離所揭示的概念。因此，見於可應用所揭示的原理於許多可能的具體實施例，應承認以上所述的具體實施例僅為實例及不應被視為限制範疇。因此我們主張我們的發明全部包含在以下申請專利範圍的範疇及精神內。

42‧‧‧電子零件

44‧‧‧電子零件

46‧‧‧基板

50‧‧‧可操作構形

51‧‧‧邊緣連接器

52‧‧‧後-嵌板介面區域

60‧‧‧底盤構件或支撐構件

70‧‧‧保持器

71‧‧‧保持夾

71a‧‧‧耦接器

71b‧‧‧耦接器

71c‧‧‧耦接器

71d‧‧‧耦接器

72‧‧‧保持夾

72a‧‧‧耦接器

72b‧‧‧耦接器

72c‧‧‧耦接器

72d‧‧‧耦接器

91‧‧‧開口

100‧‧‧冷卻系統

101‧‧‧環境流體

102‧‧‧導管或流體連接件

103‧‧‧導管或流體連接件

104‧‧‧導管或流體連接件

105‧‧‧導管或流體連接件

106‧‧‧導管或流體連接件

107a‧‧‧導管或流體連接件

107b‧‧‧導管或流體連接件

110a‧‧‧微通道熱交換器/工作微通道散熱器

110b‧‧‧工作微通道散熱器

111‧‧‧外部熱傳表面

111a‧‧‧外部熱傳表面/平坦表面

111b‧‧‧平坦表面

112‧‧‧內部熱傳表面

112a‧‧‧內部熱傳表面

112b‧‧‧內部熱傳表面

113‧‧‧第一基板/微通道散熱器基板

113a‧‧‧單一基板

113b‧‧‧單一基板

114‧‧‧覆蓋板或蓋子

114a‧‧‧覆蓋板或蓋子

115‧‧‧流體耦接

116‧‧‧入口耦接器

116a‧‧‧入口充氣部

117‧‧‧出口耦接器

117a‧‧‧出口充氣部

118‧‧‧向外地延伸特徵/鰭片

118a‧‧‧向外地延伸特徵

118’a‧‧‧鰭片

118b‧‧‧鰭片

119‧‧‧內部流道/微流道

119a‧‧‧微流道

119b‧‧‧微流道/微通道熱交換器微通道散熱器

120a‧‧‧微通道熱交換器

121‧‧‧外部熱傳表面

121a‧‧‧外部熱傳表面

122‧‧‧交叉連接微通道

122a‧‧‧通道

123‧‧‧入口

123a‧‧‧底座

123b‧‧‧底座

124‧‧‧出口

130‧‧‧冷凝器

130a‧‧‧冷凝器

130b‧‧‧冷凝器板

130c‧‧‧冷凝器

131‧‧‧第一基板

131b‧‧‧冷凝器基板

131c‧‧‧底座/單一構造

132‧‧‧冷凝器部分

132a‧‧‧內部熱傳表面

132b‧‧‧流動區域

132c‧‧‧流動區域

133‧‧‧外部熱傳表面

134‧‧‧流道區域/冷凝器部分

134b‧‧‧流動區域

134c‧‧‧流動區域

135‧‧‧第二基板或是蓋子

135b‧‧‧蓋子

135c‧‧‧蓋子

136‧‧‧內部熱傳表面

136b‧‧‧壁

136c‧‧‧壁

137‧‧‧外部熱傳表面

138‧‧‧入口充氣部

139‧‧‧出口充氣部

140‧‧‧底盤

141a‧‧‧入口

141b‧‧‧出口

142‧‧‧底盤

142b‧‧‧熱介面材料

142c‧‧‧熱介面材料

150‧‧‧泵

150’‧‧‧泵

152‧‧‧歧管

153’‧‧‧泵-外罩歧管出口

154’‧‧‧泵-外罩歧管出口

155‧‧‧系統零件

155a‧‧‧泵-外罩歧管

155’‧‧‧泵-外罩-歧管

156‧‧‧入口

156’‧‧‧入口

157‧‧‧歧管入口

160‧‧‧冷卻器

160b‧‧‧冷卻器

160c‧‧‧冷卻器

161b‧‧‧底座構件

162‧‧‧氣冷式散熱器

162b‧‧‧鰭片/散熱器

162c‧‧‧鰭片

163‧‧‧環境流體導管護罩

163’‧‧‧導管或其他導管

164‧‧‧鼓風機外罩

164b‧‧‧第一表面

170‧‧‧離心鼓風機

171‧‧‧電動動力纜線

200‧‧‧冷卻系統

201‧‧‧散熱器組件

202‧‧‧轉向葉片

205‧‧‧入口

206‧‧‧出口

206a‧‧‧出口開口

206a’‧‧‧入口開口

207‧‧‧嵌壁式導管部分

210‧‧‧散熱器

210a‧‧‧微通道散熱器

211a‧‧‧熱接觸表面

211‧‧‧熱傳表面

212‧‧‧熱傳表面

214a‧‧‧蓋子部分

214b‧‧‧蓋子部分

215‧‧‧第二相對表面

215’‧‧‧主要表面

220‧‧‧散熱器

220a‧‧‧微通道散熱器

221‧‧‧熱傳表面

221’‧‧‧嵌壁式區域

221a‧‧‧熱接觸表面

230‧‧‧子組件

230a‧‧‧冷凝器板

230b‧‧‧冷凝器

230a’‧‧‧底部板

230b’‧‧‧冷凝器

231b’‧‧‧冷凝器板

232‧‧‧冷凝器部分

232b‧‧‧通道

234‧‧‧冷凝器部分

235‧‧‧第一表面

235b‧‧‧熱傳表面

236‧‧‧交叉連接通道

238‧‧‧延伸的熱傳表面或鰭片

238a‧‧‧鰭片

240‧‧‧底盤構件

241‧‧‧流動方向

241’‧‧‧外部周圍

241a’‧‧‧外部周圍部分

241b’‧‧‧對應的外部周圍部分

242‧‧‧第一端部區域

243‧‧‧排出端部區域

250a‧‧‧泵

250b‧‧‧入口部分

250a’‧‧‧內部腔室

252a‧‧‧歧管

252b‧‧‧歧管

253a‧‧‧歧管出口

254‧‧‧出口

254a‧‧‧嵌壁式開口或孔

254b‧‧‧橫向地定向孔

255‧‧‧泵-外罩歧管

255a‧‧‧泵外罩歧管

255b‧‧‧泵外罩歧管

256‧‧‧歧管入口

256a‧‧‧嵌壁式開口或孔

256b‧‧‧孔

257‧‧‧導管入口

257a‧‧‧泵出口

257b‧‧‧入口耦接器

258‧‧‧交叉管子

258a‧‧‧嵌壁式部分

258b‧‧‧肩部

259‧‧‧填充管子

260a‧‧‧子-組件

260b‧‧‧子-組件

262‧‧‧鰭片

262a‧‧‧空氣熱交換鰭片

262b‧‧‧空氣熱交換鰭片

263‧‧‧護罩

264‧‧‧表面

280‧‧‧接腳

280a‧‧‧特徵

280b‧‧‧特徵

280c‧‧‧特徵

280d‧‧‧特徵

281‧‧‧狹窄部分

284‧‧‧開口

285‧‧‧嵌壁式開口

300‧‧‧積體冷卻系統

310‧‧‧浮動的微通道散熱器

310’‧‧‧主要開口

316‧‧‧流體導管

317‧‧‧流體導管

320‧‧‧浮動的微通道散熱器

320’‧‧‧主要開口

340‧‧‧底盤

400‧‧‧冷卻系統

410’‧‧‧底盤開口

420’‧‧‧底盤開口

440‧‧‧底盤構件

463‧‧‧護罩

464‧‧‧護罩

480a‧‧‧接腳

480b‧‧‧接腳

480a’‧‧‧開口

480b’‧‧‧開口

圖1A描述一可操作構形的一概要的平面視圖，其包含第一及第二電子零件安裝至一基板，作為一實例具有一附加卡(add-in card)。

圖1B描述顯示在圖1之可操作構形的側視圖。

圖1C描述顯示在圖1A及1B之可操作構形的一部分的側視圖。

圖2描述在此所揭示的冷卻系統的一實例的示意圖。

圖3包含在此所揭示的冷卻系統的效能與先前技藝冷卻系統的效能的比較圖表。

圖4A顯示包含在此所揭示的冷卻系統的一實施例、一顯示卡及一底盤構件的組件的分解等角視圖。

圖4B顯示在圖4A的冷卻系統的等角視圖。

圖4C顯示在圖4A及4B的冷卻系統的底部平面視圖。

圖5顯示一冷卻系統的一部分地組裝的第二實施例的等角視圖。

圖6顯示在圖5之部分地組裝的冷卻系統的分解等角視圖。

圖7描述一部分泵-外罩歧管及泵組件的分解圖。

圖7A及7B顯示另一泵-外罩歧管的部分。

圖8A，8B及8C描述合併有入口及出口耦接器的一微通道熱交換器蓋子的一實施例的各種等角視圖。

圖9顯示在一微通道散熱器基板的交叉連接微通道的一陣列的頂部平面視圖。

圖9A顯示在圖9的陣列的一部分。

圖10顯示交叉連接微通道的一頂部視圖，一端視圖，一側視圖及一等角視圖。

圖11A及11B為使用一微變形技術成形一微通道散熱器的一工作樣本的概要視圖。

圖12A及12B為使用一切削技術(skiving technique)成形一微通道散熱器的一工作樣本的概要視圖。

圖13為一冷凝器的分解圖。

圖14顯示可能的冷凝器構形的兩概要視圖。

圖15顯示一冷凝器及散熱器組件的分解圖。

圖16顯示一冷凝器的分解圖，該冷凝器包含從冷凝器的一外部表面延伸的鰭片。

圖17顯示在此所揭示一緊密冷卻系統的等角視圖。

圖18顯示在圖17冷卻系統的底側的等角視圖。

圖19顯示一托盤，或是底盤構件，其等被建構以支撐顯示在圖17的冷卻系統的零件。

圖20顯示整合散熱器及冷凝器子組件的等角視圖。

圖21顯示在圖20的整合散熱器及冷凝器子組件的底側的等角視圖。

圖22顯示在圖20的子組件的散熱器部分的等角視圖。

圖23顯示在圖20的子組件的冷凝器部分的等角視圖。

圖24顯示用於圖20的子組件的冷凝器部分的另一實施例的頂視圖。

圖25顯示一冷卻系統的第二實施例的分解圖。

圖26描述顯示在圖25的組件的一部分的分解圖。

圖27描述一散熱器子組件。

圖28描述另一散熱器子組件。

圖29顯示在圖27中的子組件從冷凝器下方所見的一分解等角視圖。

圖30顯示一對散熱器子組件。

圖31顯示包含顯示在圖30的散熱器子組件的冷卻系統的分解圖。

圖32顯示由如此所揭示的一穩定二相流通過一微通道散熱器所導致的隨時間變化的流體壓力波動。

圖33顯示對於在此所揭示的系統，預測的散熱器溫度對微通道長寬比的圖表。

圖34顯示對於在此所揭示的系統預測的泵背壓對微通道長寬比的圖表。

圖35顯示上升超過大氣溫度的微通道散熱器溫度的比較圖表，就以長寬比6：1界定微通道的微通道散熱器以及以 長寬比12：1界定微通道的微通道散熱器。

42‧‧‧電子零件

44‧‧‧電子零件

100‧‧‧冷卻系統

101‧‧‧環境流體

102‧‧‧導管或流體連接件

103‧‧‧導管或流體連接件

104‧‧‧導管或流體連接件

105‧‧‧導管或流體連接件

106‧‧‧流體連接件

107a‧‧‧導管或流體連接件

107b‧‧‧導管或流體連接件/微通道熱交換器或微通道散熱器

110‧‧‧微通道散熱器

111‧‧‧外部熱傳表面

120‧‧‧微通道散熱器

121‧‧‧外部熱傳表面

130‧‧‧冷凝器

132‧‧‧冷凝器部分

134‧‧‧流道區域/冷凝器部分

150‧‧‧泵

152‧‧‧歧管

155‧‧‧系統零件

156‧‧‧入口

157‧‧‧歧管入口

160‧‧‧冷卻器

162‧‧‧氣冷式散熱器

163‧‧‧環境流體導管護罩

164‧‧‧鼓風機外罩

170‧‧‧離心鼓風機

Claims (28)

1. 一種微尺度熱傳系統，包含：一微通道熱交換器，其界定複數個微流道藉由複數個交叉連接通道流動地彼此耦合，該等交叉連接通道沿著一流向流動方向被間隔開，該流向流動方向由微流道所界定，使得當微通道熱交換器熱地耦合至一熱源時，微通道熱交換器被建構以穩定地蒸發一工作流體的一部分；一冷凝器，其被流動地耦合至微通道熱交換器及被建構以冷凝工作流體的蒸發部分；及一泵，其流動地耦合至冷凝器及微通道熱交換器以便被建構以循環工作流體在微通道熱交換器及冷凝器之間；其中微通道熱交換器及冷凝器包含一整合子組件的部分，該子組件包含：一散熱器板，其界定相對的內部及外部主要表面，其中散熱器板的內部主要表面界定一散熱器區域，其被建構以容納微通道熱交換器；及一冷凝器板，其界定相對的內部及外部主要表面，其中冷凝器板的內部主要表面界定一蓋子區域及一冷凝器區域，其中散熱器板及冷凝器板是固定地鎖固在一起呈相對對齊，使得個別的內部主要表面彼此面對，及其中微通道熱交換器是佈置在散熱器板及冷凝器板之間；其中微通道熱交換器熱地耦合至散熱器區域，及其中蓋子區域置於複數個微流道上以便界定微流道的一流動邊 界。
2. 如申請專利範圍第1項所述的微尺度熱傳系統，其中冷凝器板的冷凝器區域及散熱器板的一對應的、相對的區域界定至少一冷凝器流道。
3. 如申請專利範圍第2項所述的微尺度熱傳系統，其中冷凝器板的冷凝器區域界定複數個從冷凝器板的內部主要表面延伸的鰭片及鰭片沿著藉由至少一冷凝器流道所界定的一流向流動方向彼此間隔開。
4. 如申請專利範圍第3項所述的微尺度熱傳系統，其中複數個延伸表面的至少一者是被焊接至散熱器板的內部表面的一對應部分。
5. 如申請專利範圍第1項所述的微尺度熱傳系統，其中整合子組件另包含複數個鰭片從散熱器板，冷凝器板，或是兩者的外部主要表面延伸。
6. 如申請專利範圍第1項所述的微尺度熱傳系統，其中散熱器板的外部主要表面界定一升高的表面，其被定位實質上地相對於由散熱器板的內部主要表面所界定的散熱器區域。
7. 如申請專利範圍第1項所述的微尺度熱傳系統，其中微通道熱交換器包含一第一微通道熱交換器及一第二微通道熱交換器，及其中散熱器區域包含一第一散熱器區域及一第二散熱器區域，其中第一散熱器區域被建構以容納第一微通道散熱器及第二散熱器區域被建構以容納第二微通 道散熱器。
8. 如申請專利範圍第7項所述的微尺度熱傳系統，其中蓋子區域包含一第一蓋子區域及一第二蓋子區域，其中第一蓋子區域置於第一熱交換器上及第二蓋子區域置於第二微通道熱交換器上。
9. 如申請專利範圍第7項所述的微尺度熱傳系統，其中冷凝器區域包含一第一冷凝器區域及一第二冷凝器區域。
10. 如申請專利範圍第9項所述的微尺度熱傳系統，其中第一微通道散熱器及第一冷凝器區域流動地串聯耦合至第二微通道散熱器及第二冷凝器區域。
11. 如申請專利範圍第9項所述的微尺度熱傳系統，其中第一微通道散熱器及第一冷凝器區域流動地並聯耦合至第二微通道散熱器及第二冷凝器區域。
12. 如申請專利範圍第1項所述的微尺度熱傳系統，進一步包含一泵外罩歧管，其界定一內部腔室，該內部腔室被建構以容納泵，一入口開口及一出口開口，其中泵被定位至少部分地在泵外罩歧管的內部腔室內。
13. 如申請專利範圍第12項所述的微尺度熱傳系統，其中泵界定一泵入口及一泵出口，其中泵入口流動地耦合至泵外罩歧管的入口開口及泵出口流動地耦合至泵外罩歧管的出口開口。
14. 如申請專利範圍第1項所述的微尺度熱傳系統，其中一或是更多微流道的一流動截面界定一長寬比大於大約10：1。
15. 一種用於一電腦系統的附加卡(add-in card)，該附加卡包含：一基板包含複數個電路部分；至少一積體電路零件電氣地耦合至電路部分的至少一者，其中當操作時，積體電路零件散發熱；一工作流體；一蒸發器，其被定位鄰接及熱地耦合至積體電路零件，其中蒸發器界定複數個交叉連接微通道，其被建構以對應於由零件散發的熱穩定地蒸發工作流體的一部分；一冷凝器，其被流動地耦合至蒸發器，其中冷凝器至少部分的藉由基板支撐；一泵，其被流動地耦合至蒸發器及至冷凝器以便為可操作的循環工作流體在蒸發器及冷凝器之間。
16. 如申請專利範圍第15項所述的附加卡，其中冷凝器及蒸發器包含一整合子組件的部分，其包含相對的冷凝器板及散熱器板，其中蒸發器包含一微通道散熱器佈置在冷凝器板及散熱器板之間。
17. 如申請專利範圍第16項所述的附加卡，其中整合子組件另包含複數個鰭片自冷凝器板，散熱器板，或是兩者向外地延伸。
18. 如申請專利範圍第16項所述的附加卡，其中蒸發器包含一第一蒸發器及一第二蒸發器。
19. 如申請專利範圍第18項所述的附加卡，其中第一蒸發器及第二蒸發器流動地彼此串聯耦合。
20. 如申請專利範圍第18項所述的附加卡，其中第一蒸發器及第二蒸發器流動地耦合彼此並聯。
21. 如申請專利範圍第15項所述的附加卡，其中冷凝器另包含複數個鰭片從冷凝器向外地延伸，其中附加卡另包含一護罩置於鰭片上及一鼓風機被建構以遞送空氣越過鰭片，其中當蒸發器，冷凝器，泵，鰭片及鼓風機被操作地相對彼此及積體電路零件被定位時，蒸發器，冷凝器，泵，鰭片及鼓風機配合在一10½吋乘以1³/₈吋乘以3¾吋的體積內。
22. 如申請專利範圍第21項所述的附加卡，其中泵被定位以便至少部分地從鼓風機導向空氣於鰭片間。
23. 如申請專利範圍第15項所述的附加卡，另包含一底盤構件置於基板的至少一部分上及卡合基板的至少一部分，其中冷凝器固定地附接至底盤構件使得底盤支撐冷凝器，藉此冷凝器至少部分地由基板支撐。
24. 一種冷卻包含一積體電路模之一電子零件的方法，該方法包含：流動呈一占多數地液相的一工作流體進入複數個微通道；以工作流體吸收熱藉由電子零件散發的熱，藉此在微通道內蒸發工作流體的至少一部分；沿著微通道在一或是更多流向位置從微通道之一流動一體積的工作流體至另一微通道，藉此至少部分地在流向位置平衡於微通道間的壓力； 在一冷凝器冷凝蒸發的工作流體；其中電子零件包含一第一封裝積體電路模及一第二封裝積體電路模，其中複數個微通道包含一第一複數個微通道被定位鄰接第一積體電路模及一第二複數個微通道被定位鄰接第二積體電路模；從微通道之一流動一體積的工作流體至另一微通道的包含流動工作流體從第一複數個微通道的一微通道至第一複數個微通道的另一微通道及流動工作流體從第二複數個微通道的一微通道至第二複數個微通道的另一微通道。
25. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中在冷凝器冷凝蒸發工作流體的行為包含流動空氣越過從冷凝器的一表面延伸之複數個鰭片。
26. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中在微通道蒸發工作流體的行為包含在第一複數個微通道蒸發工作流體。
27. 如申請專利範圍第24項所述的方法，其中在微通道蒸發工作流體的行為包含在第二複數個微通道蒸發工作流體。
28. 如申請專利範圍第26項所述的方法，其中冷凝器包含一第一冷凝器部分及一第二冷凝器部分，其中在冷凝器內冷凝蒸發工作流體的行為包含在第一冷凝器部分內冷凝蒸發於第一複數個微通道的蒸發工作流體。