專利名稱：用于從電子部件除熱的熱總線或者熱結的制作方法
技術領域：
本發明主要地涉及一種用于冷卻發熱設備的方法和裝置，并且具體地涉及一種用 于使用基于流體的冷卻系統來冷卻電子部件的方法和裝置。
背景技術：
利用高散熱性冷卻高性能集成電路正在電子器件冷卻領域中帶來巨大挑戰。電子 器件服務器如刀片服務器和機架服務器由于可以實現每單位體積的更高處理器性能而被 越來越多地使用。然而集成電路的高密度也導致超出常規空氣冷卻方法的能力以外的高熱
也/又。冷卻電子器件服務器上的集成電路的一個具體問題在于，多個電子器件服務器通 常裝配于服務器底盤內的接近四分之一部分中。在這樣的配置中，電子器件服務器由有限 數量的空間分離，由此減少了在其內提供充分冷卻解決方案的尺寸。常用一個或者多個風 扇、一個或者多個散熱器或者二者的組合來冷卻單個服務器底盤內的電子器件服務器堆 疊。在使用這一配置時使用散熱器和在散熱器之上吹風的大型風扇或者簡單地通過在電子 器件服務器之上直接吹風來冷卻各電子器件服務器上的集成電路。然而鑒于包圍服務器底 盤內的堆疊電子器件服務器的自由空間有限，可用于冷卻集成電路的空氣數量有限。許多常規電子冷卻解決方案使用熱管組件來從電子部件除熱并且將熱排放至周 圍氣流或者另一散熱器，比如液體冷板。鑒于熱管的性質，熱性能對在電子部件與散熱器之 間的定向和長度非常敏感。熱管一般被配置成依賴于毛細結構并且得到重力效應輔助。凝 結器部分被定位于熱管組件的頂部，并且蒸發部分定位于如下底部，該底部熱耦合到熱源， 比如電子部件。來自電子器件部件的熱使熱管組件的蒸發部分中的液體蒸發。這一蒸汽從 熱管組件的底部升至頂部，其中蒸汽在該頂部凝結成液體。液體從熱管組件的頂部排向底 部，由此形成回路。在熱管組件的蒸發端與凝結端之間的距離越大，熱管性能對熱管定向就 越敏感。對于刀片服務器應用，這由于刀片本身的高縱橫比而成為更大問題。這些薄刀片 通常放置于機架底盤的底部上的一個邊緣上。圖1圖示了比如在裝配的刀片服務器情況下的邊緣上轉動的電子器件板的示例 框圖。電子器件板10包括多個電子部件，比如中央處理單元(CPU) 12、CPU 14、存儲器設備 16和存儲器設備18。各電子部件生成待去除的熱。在除熱設計的一種表現中，在電子部件 內生成氣流。從電子部件向交叉氣流傳熱。在除熱設計的另一表現中，從電子部件向液體冷 板傳熱。可以附接到電子器件板邊緣的冷板適于作為用于由電子部件生成的熱的散熱器。 熱管組件將電子部件耦合到液體冷板，使得從電子部件向電子器件板的邊緣傳熱。遺憾的是，由于與熱管組件關聯的定向問題所致的熱管組件性能降低僅允許使用電子器件板的頂 部邊緣作為切實可行的散熱器。對于與電子器件板的底部邊緣更近的電子部件，必須從電 子器件板的頂部邊緣傳熱。增加熱管組件的長度明顯降低熱管組件的熱性能。電子器件板的物理布局可能需要熱管組件中的彎曲和轉彎以及增加長度以繞過 電子器件板上的物理障礙物而工作。在一些情況下，物理布局可能禁止將冷板定位于與電 子部件最近的位置從而進一步延長熱管組件。彎曲、轉彎和增加長度都降低熱管組件的熱 性能。
發明內容
本發明的實施例涉及一種能夠實現使用跨越從熱源到冷板的距離的多個單獨熱 管組件而不是單個熱管組件的熱總線或者熱結。熱總線(可以是熱管組件或者液體回路) 的使用可以減少定向影響以及減少任何單個熱管組件的行程長度。此外，多個熱管組件的 使用使各個別熱管組件能夠被優化成滿足在各熱源、熱總線和冷板之間的局部化傳熱特 性。這樣的優化可以包括但不限于使用不同尺寸的熱管、在熱管內的毛細結構和在熱管內 使用的工作流體。熱總線提供從串聯耦合到另一熱管組件的一個熱管組件的中間傳熱，由 此使多個串聯耦合的熱管組件能夠從給定熱源向在電子器件板邊緣的冷板傳熱。使用熱總線的另一優點在于消除熱管組件的尖銳的彎曲角度。熱管結構中的彎曲 可能不利地影響熱管組件的除熱能力。熱總線的使用消除或者最小化彎曲的數目和嚴重 性。這一技術可以擴展到多個熱總線的使用以消除從熱源到冷板的單個熱管配置中的彎 曲O除了帶走從電子部件引導的熱之外，也可以使用空氣翅片式熱管組件來從氣流除 熱。這一空氣翅片式熱管組件也可以附接到熱總線。隨后，經由空氣翅片式熱管組件從氣 流帶走的熱然后可以傳向冷板。空氣翅片式熱管組件可以放置于電子器件板的上游側和/或下游側。當空氣翅片 式熱管組件放置于下游側時，從電子部件生成并且向氣流中排送的熱可以由空氣翅片式熱 管組件吸收并且經由熱總線向液體冷板排放。取而代之，空氣翅片式熱管可以放置于上游 側，起初與電子器件板交叉的空氣被冷卻。如果入口空氣溫度升至最優值以上則這變得重 要。在常規冷卻系統中，更高的空氣溫度需要增加氣流以增加冷卻能力。這一氣流增加需 要增加向生成氣流的冷卻扇供給的功率。因此，隨著入口空氣溫度增加，這樣的冷卻系統的 總能效降低。然而在空氣翅片式熱管組件放置于電子器件板的上游入口的情況下，空氣翅 片式熱管組件適于用來預先冷卻空氣溫度。在這一情況下無需增加氣流。空氣翅片式熱管組件設計可以與耦合到熱源的熱管組件結合使用以形成一種并 入從電子部件直接除熱以及從氣流除熱的混合設計。這一混合配置允許從更大的發熱部件 直接除熱以及從更小的發熱部件的集合體間接除熱。本發明的其它特征和優點在回顧下文闡述的實施例具體描述之后將變得清楚。
圖1圖示了邊 緣上轉動的電子器件板的示例框圖。圖2圖示了根據本發明一個實施例的包括熱總線的冷卻系統的示例框圖。
圖3A圖示了熱總線的第一實施例的俯視圖。圖3B圖示了圖3A的第一實施例的側視圖。圖3C圖示了熱總線的第二實施例的側視圖。圖3D圖示了熱總線的第三實施例的側視圖。圖4圖示了根據本發明一個實施例的包括多個熱總線的冷卻系統的示例框圖。圖5A圖示了根據本發明一個實施例的包括空氣翅片式熱管組件和熱總線的冷卻 系統的示例框圖。圖5B圖示了根據本發明另一實施例的包括空氣翅片式熱管組件和熱總線的冷卻 系統的示例框圖。圖6圖示了根據本發明一個實施例的包括混合配置的冷卻系統的示例框圖。參照附圖的若干圖描述本發明。在適當之處并且僅在多幅圖中公開和示出相同元 件之處，相同標號將用來代表這樣的相同元件。
具體實施例方式現在將具體參照在附圖中圖示其例子的本發明的冷卻系統的實施例。盡管將結合 以下實施例描述本發明，但是將理解它們并非為了使本發明限于這些實施例和例子。恰好 相反，本發明旨在于覆蓋可以在如所附權利要求限定的本發明精神實質和范圍內包括的替 代、修改和等同實施例。另外在本發明的下文具體描述中闡述許多具體細節以便更完全地 說明本發明。然而本領域普通技術人員將清楚沒有這些具體細節也可以實施本發明。在其 它實例中尚未詳細描述公知方法、流程、部件和過程以免不必要地使本發明的各方面難以 理解。本發明的實施例涉及一種傳送由電子器件板上的一個或者多個發熱設備生成的 熱的冷卻系統。這里描述的冷卻系統可以應用于任何電子器件板，該電子器件板包括但不 限于母板、圖形卡或者裝配到底板(包括但不限于刀片服務器和機架服務器)的任何電子 器件子系統，這里通稱為電子器件板。電子器件板可以耦合到服務器或者計算機底盤內的 底板或者中板。下文在耦合到電子器件服務器的一個或者多個發熱設備的背景中描述冷卻 系統的實施例。理解到這些概念可以擴展成包括耦合到任一類電子器件板的一個或者多個 發熱設備的冷卻。如這里所用，引用熱源、發熱源、發熱設備等以及具體引用示例發熱設備 (比如集成電路、集成微處理器電路和半導體熱源)可互換地使用并且一般是指能夠發熱 的任何裝置或者源。冷卻系統的實施例包括熱耦合單獨熱管組件的熱總線或者熱結。如這里所用，熱 管組件是在流體密封于熱管組件內部內的情況下由導熱材料制成的設備。熱管組件包括蒸 發端和凝結端。熱在液體蒸發的蒸發端傳向熱管組件。蒸汽從蒸發端移向凝結端，其中蒸 汽在該凝結端釋放熱，由此將蒸汽凝結成液體。液體從凝結端移回到蒸發端。熱總線在第 一熱管組件的凝結端與第二熱管組件的蒸發端之間提供熱界面。隨著第一熱管組件中的第 一流體在凝結端從蒸汽凝結成液體而釋放熱。向第二熱管組件的蒸發端熱傳送這一釋放的 熱，從而第二熱管組件中的第二流體從液體蒸發成蒸汽。蒸發的第二流體然后移向第二熱 管組件的凝結端。圖2圖示了根據本發明實施例的包括熱總線的冷卻系統的示例框圖。電子器件板100包括多個電子部件，比如CPU 102和CPU104。各電子部件生成待去除的熱。雖然在圖2 的示例配置中示出了僅兩個電子部件，但是理解到多于或者少于兩個電子部件可以耦合到 電子器件板100。也如圖2中所示，電子器件板100如在刀片服務器中那樣定位于邊緣上。 在這一配置中，電子器件板邊緣101為頂部邊緣而電子器件板103為底部邊緣。這一配置 僅用于舉例目的。在一個替代實施例中，電子器件板100被水平地定位，比如部件側向上或 者部件側向下。 熱管組件106包括耦合到電子部件102如處理器的蒸發端和耦合到熱總線110的 凝結端。在一些實施例中，熱管組件的蒸發端包括將直接或者經由熱界面材料間接耦合到 電子部件102的平坦表面。在其它實施例中，熱管組件的蒸發端配合于導熱塊內，該塊又熱 耦合到電子部件102。熱管組件104包括耦合到電子部件104如處理器的蒸發端和耦合到 熱總線110的凝結端。熱管組件104的蒸發端可以用上文結合熱管組件106的蒸發端描述 的方式之一熱耦合到電子部件104。熱管組件112包括耦合到熱總線110的蒸發端和耦合 到冷板120的凝結端。熱管組件112的凝結端可以用上文結合熱管組件106的蒸發端描述 的方式之一熱耦合到冷板120。在這一示例配置中，冷板120耦合到電子器件板100的頂部 邊緣101以允許重力從而提高熱管組件的效率。然而，這并非一項要求，在熱管組件和熱總 線適當地定位成在冷板的位置提供熱管組件的凝結端的情況下，冷板可以定位于電子器件 板的任何邊緣上。在一些實施例中，冷板120為基于流體的冷板。冷板由導熱材料制成，該材料配置 有流體通道以允許流體穿過。熱從熱管組件112傳向冷板和流過冷板的通道的流體。在一 些實施例中，基于流體的冷板耦合到冷卻回路。圖7圖示了耦合到外部基于流體的冷卻回 路的電子器件板100。冷卻回路包括基于流體的冷板120、排熱器140和泵142。流體冷板 120經由流體線144耦合到排熱器140和泵142。在其它實施例中，冷板120可以是從熱管 組件112傳熱的任何換熱設備。熱總線110被配置為在兩個熱管組件之間的中間換熱器。在一些實施例中，通過 將一個熱管組件的蒸發端堆疊于另一熱管組件的凝結端的頂部上或者將一個熱管組件的 凝結端堆疊于另一熱管組件的蒸發端的頂部上來形成熱總線110。在一些實施例中，形成熱 總線的各熱管組件的端包括平坦表面以直接或者經由熱界面材料間接相互熱耦合。雖然上 文將各熱管組件106、108和112的端描述為圓柱形或者平坦的，但是端的形狀可以代之以 被配置成彼此相配以形成用于熱界面的更大接觸表面面積。類似地，熱管組件106、108和 112的端可以被配置成與對應冷板120 (圖2)、電子部件102 (圖2)或者電子部件104 (圖 2)相配。在一些實施例中，形成熱總線的各熱管組件的各端安裝于導熱塊內，并且塊相互 熱耦合。圖3A圖示了熱總線的第一實施例的俯視圖。圖3B圖示了圖3A的第一實施例的 側視圖。熱管組件112的蒸發端定位于導熱塊111的孔中。熱管組件106的凝結端定位于 導熱塊107的孔中。熱管組件108的凝結端定位于導熱塊109的孔中。塊109和塊108各 自熱耦合到塊111。在一些實施例中，各塊107、109和111具有彼此相配的平坦表面。在 一些實施例中，熱界面材料定位于塊109與塊111之間，并且熱界面材料定位于塊107與塊 111之間。塊111通過在熱管組件112的蒸發端與各熱管組件106和108的凝結端之間實 現和形成熱界面的包括但不限于粘合劑、粘結材料、焊料、機械夾具、螺絲或者螺栓的任何常規固接手段耦合到塊107和109。在一些實施例中，塊和熱管組件的端壓配在一起以保證 熱管組件與塊之間的導熱性。在一些實施例中，附加熱界面材料定位于熱管組件的端的外 表面與塊的孔中的表面之間。在一些實施例中，各熱管組件106和108的蒸發端安裝于共同導熱塊內。這一共 同塊然后熱耦合到塊111。如圖3A和圖 3B中所示，熱管組件106、108和112的適當端分別完全嵌入于對應 塊108、109、111中。取而代之，端和塊可以被配置成使得端僅部分嵌入于塊中，從而暴露端 的一部分。這一暴露部分然后可以熱耦合到另一熱管組件的部分嵌入端的暴露部分。圖3C 圖示了熱總線的第二實施例的側視圖。圖3C的熱總線類似于圖3B的熱總線，不同在于熱總 線組件的端未完全嵌入于塊中。具體而言，熱管組件112’的蒸發端部分嵌入于導熱塊111’ 中。熱管組件106’的凝結端部分嵌入于導熱塊107’中，而熱管組件108’的凝結端部分嵌 入于導熱塊109’中。熱管組件106’的凝結端的暴露部分直接或者經由熱界面材料間接熱 耦合到熱管組件112’的蒸發端的暴露部分。熱管組件108’的凝結端的暴露部分直接或者 經由熱界面材料間接熱耦合到熱管組件112’的蒸發端的暴露部分。在一些實施例中，熱管 組件112’的蒸發端以及熱管組件106’和108’的凝結端并非圓柱形。在一些情況下，如圖 3C中所示，這些端被壓在一起以形成由兩個徑向表面連接的兩個對立平坦表面。平坦表面 之一與另一端的平坦表面相配。在一些實施例中，熱總線110包括單個導熱塊，該塊包括熱管組件的端定位到其 中的孔。圖3D圖示了熱總線的第三實施例的側視圖。導熱塊130包括孔136、孔132和孔 134。熱管組件112的蒸發端定位于孔136中。熱管組件108的凝結端定位于孔132中。熱 管組件的凝結端定位于孔106中。塊130充當熱管組件106、108和112之間的熱界面材料。 在一些實施例中，塊和熱管組件的端壓配在一起以保證熱管組件與塊之間的導熱性。在一 些實施例中，附加熱界面材料定位于熱管組件的端的外表面與塊的孔中的表面之間。在一些實施例中，熱管組件耦合到導熱塊，使得蒸發端如圖3A至圖3D中所示定位 于凝結端上方。在其它實施例中，熱管組件耦合到導熱塊，使得凝結端定位于蒸發端上方。 在更多其它實施例中，關于蒸發端或者凝結端在塊中的位置并無偏好，只要在蒸發端與凝 結端之間有充分熱耦合即可。回到圖2，在各電子部件與熱總線之間或者在熱總線與冷板之間示出了單個熱管 組件。在一些實施例中，多個熱管組件可以耦合于電子部件與熱總線之間和/或熱總線與 冷板之間。圖2中的配置也示出了耦合到熱總線的兩個電子部件。理解到多于或者少于兩 個電子部件可以耦合到熱總線。也理解到電子器件板100上的并非每個電子部件需要耦合 到熱總線。在一些實施例中，僅所選電子部件耦合到熱總線。熱總線的配置因應用而異以 適應數目因應用而異的熱耦合的熱管組件。因而，在如圖3C中那樣使用導熱塊來配置熱總 線之處，塊中的孔數目也因應用而異。熱總線的使用可以減少定向影響以及減少任何單個熱管組件的行程長度。例如， 將電子部件104耦合到冷板120的單個熱管組件具有比熱管組件108或者熱管組件112更 大的長度。此外，耦合到熱總線的各個別熱管組件可以設計為優化與該特定熱管組件對應 的局部傳熱特性。例如，可以按照電子部件104/熱總線110的域中的傳熱特性來優化熱管 組件108，并且可以按照熱總線110/冷板120的域中的傳熱特性來優化熱管組件112。這樣的熱管組件優化可以包括但不限于使用不同尺寸的熱管、毛細結構和工作流體。如果在具體電子部件與冷板之間的傳熱路徑視為連串熱耦合熱管組件和熱總線，則可以獨立配置串聯的各熱管組件。例如，熱管組件106可以具有與熱管組件112不同的 配置。不同熱管組件可以具有不同內部毛細結構、不同毛細機制(比如槽或者泡沫)、不同 類型的流體和不同物理尺寸。使用不同熱管配置的一個優點在于優化各熱管組件的熱管性 能。個別熱管組件可以被優化成在具體溫度范圍中工作。當溫度擴展超出設計溫度范圍時 性能降低。因而一個熱管組件可以與另一熱管組件不同地加以優化以匹配各自的相應操作 溫度范圍。由于各個別熱管組件具有有限操作溫度范圍，所以如熱總線所實現的對多個熱 管組件的使用擴展可以應用冷卻系統的總溫度范圍。與使用具有單個流體類型和結構的單 個熱管組件對比，單個熱管組件被分段成多個熱管組件，各段對應于不同溫度范圍并且按 照對應溫度范圍來優化各分段熱管組件。舉例而言，考慮在電子部件102與冷板120之間的包括熱管組件106、熱總線110 和熱管組件112的傳熱路徑。對于比如在電子部件102的更熱溫度范圍，水是用于在熱管組 件中使用的良好流體選擇。然而水在極冷時、比如在冷板120的界面處并未同樣表現。如 果單個熱管組件使用于電子部件102與冷板120之間，則這由于在冷板120的溫度低而并 非水的期望溫度范圍。然而酒精在較低溫度下表現良好并且是用于耦合到冷板120的熱管 組件的良好設計選擇。但是酒精在更熱溫度、比如在電子部件102處并未表現良好。如果 單個熱管組件使用于電子部件102與冷板120之間，這由于在電子部件102的溫度高而并 非酒精的期望溫度范圍。通過使用兩個熱管組件106和112，可以設計熱管組件106使用 水，并且可以設計熱管組件112使用酒精。這提高整個熱去除過程的熱性能。理解到這是 簡化例子，在確定熱管組件的相應配置時可以考慮到除了流體類型之外的其它因素。選擇恰當流體類型并非針對常規單個熱管組件配置的僅有挑戰。常規地，常用如 下單個熱管組件來冷卻電子部件，該熱管組件包括耦合到發熱電子部件的蒸發部分和具有 空氣翅片式結構的凝結部分。移過空氣翅片式結構的空氣除熱從而引起流體在熱管組件內 的凝結。在一種示例應用中，集成電路在近似60攝氏度的溫度操作。在加熱之前的環境空 氣溫度近似為25-30攝氏度，這造成近似30-35攝氏度的操作溫度范圍。然而如果使用冷 板而不是空氣冷卻來改進除熱過程，則對于在近似15攝氏度的溫度操作的冷板而言操作 溫度范圍增加至近似45攝氏度。這一操作溫度范圍增加足以負面影響單個熱管組件的總 熱性能。在本發明的多個熱管組件和熱總線的一種示例應用中，熱總線的操作溫度近似為 30-35攝氏度。在電子部件的近似操作溫度同樣為60攝氏度時，熱管組件106的操作溫度 范圍近似為30-35攝氏度，這對于水而言為有效溫度范圍和有效絕對溫度。在冷卻板120 的操作溫度范圍同樣近似為15攝氏度時，熱管組件112的操作溫度范圍近似為15-20攝氏 度，這對于酒精而言也是有效溫度范圍和有效絕對溫度。熱總線110的操作溫度充分低以 凝結熱管組件106中的水并且充分高以蒸發熱管組件112中的酒精。同樣理解到這是簡化 例子，在確定熱管組件的相應配置時可以考慮到除了流體類型之外的其它因素。一般而言，熱管組件106的在熱總線110耦合的部分必須提供熱管組件106中所 用流體的凝結，并且熱管組件112的在熱總線110耦合的部分必須提供熱管組件112中所 用流體的蒸發。這些條件可以通過使用不同流體類型、不同條件(比如在熱管內的壓強)和不同熱管物理結構的熱管組件的適當配置來滿足。熱管組件結構中的彎曲可能不利地影響熱管組件的除熱能力。熱總線的使用消除 或者最小化彎曲的數目和嚴重性。按照單個熱總線耦合兩個熱管組件來描述圖2的冷卻系 統。這些概念可以延伸成串聯耦合附加熱總線和熱管組件。使用多個熱總線可以用來消除 多個彎曲、適應由于電子器件板100上或者附近的其它部件所致的受限空間并且適應冷板 120相對于電子器件板100的不同位置。多個熱總線的使用也可以用來如上文所述進一步 優化局部傳熱特性。圖4圖示了根據本發明一個實施例的包括多個熱總線的冷卻系統的示例框圖。圖 4的冷卻系統類似于添加有第二熱總線130的圖2的冷卻系統。熱管組件114與熱管組件 112類似地操作，不同在于熱管組件114的凝結端耦合到熱總線130而不是冷板120。熱管 組件116的蒸發端經由熱總線130熱耦合到熱管組件114的凝結端。熱管組件的凝結端熱 耦合到冷板120。熱總線130以與熱總線110類似的方式工作。熱總線130的物理配置可 以與熱總線110的配置相同，比如兩個熱總線均包括如圖3C中那樣的導熱塊。取而代之， 熱總線120的物理配置可以不同于熱總線110，比如一個熱總線具有導熱塊而另一熱總線 使用如圖3A和圖3B中那樣的堆疊配置。圖4的冷卻系統示出了兩個熱總線。在一些實施例中，可以使用由一個或者多個 附加熱管組件熱耦合的多于兩個的熱總線。一般而言，冷卻系統中所用熱總線和熱管組件 的數目僅受限于整個系統的熱性能要求。各熱總線可以被獨立配置成將熱管組件的一個或 者多個凝結端耦合到其它熱管組件的一個或者多個蒸發端。可以串聯或者并聯配置熱總線 和熱管組件。熱可以經由熱總線從一個熱管組件傳向多個其它熱管組件，或者熱可以經由 熱總線從多個熱管組件傳向一個或者多個其它熱管組件。在一些實施例中，特定電子部件 生成的熱可以使用專用的熱管組件和熱總線傳向冷板。除了從電子部件直接帶走熱之外或者取而代之，可以使用空氣翅片式熱管組件來 從與電子器件板交叉的氣流除熱。這一空氣翅片式熱管組件也可以附接到熱總線。隨后， 從氣流帶走的熱然后可以傳向冷板。在一些實施例中，散熱器熱耦合到一個或者多個電子 部件。流過電子器件板的空氣隨著它移過散熱器而吸熱。這樣將從電子部件到散熱器的熱 傳向空氣。圖5A圖示了根據本發明一個實施例的包括空氣翅片式熱管組件和熱總線的冷卻 系統的示例框圖。圖5A的冷卻系統與圖2的冷卻系統類似地工作，不同在于無熱管組件定 位于設備上、也就是無直接耦合到電子部件102和104的熱管組件。相對于流過電子器件 板100的氣流方向，空氣翅片式熱管組件206的蒸發端和空氣翅片式熱管組件208的蒸發 端定位于電子部件102和104的下游。在圖5A的示例配置中，空氣翅片式熱管組件206和 208的蒸發端定位于電子器件板100的后端或者氣流出口。空氣翅片式熱管組件206的蒸 發端和空氣翅片式熱管組件208的蒸發端各自安裝有翅片。空氣翅片式熱管組件206的凝 結端熱耦合到熱總線210，并且空氣翅片式熱管組件208的凝結端熱耦合到熱總線210。熱 傳向流過電子部件102和104(和在電子器件板100上的任何其它發熱設備)或者流過耦 合到電子部件102和104的散熱器的空氣。隨著受熱空氣移過空氣翅片式熱管組件206和 208的蒸發端上的翅片，熱傳向蒸發端，由此蒸發之內的流體。以這一方式降低離開電子器 件板100的空氣的溫度。
在一種替代配置中，空氣翅片式熱管組件定位于電子部件的上游。圖5B圖示了根據本發明另一實施例的包括空氣翅片式熱管組件和熱總線的冷卻系統的示例框圖。圖5B 的冷卻系統與圖5A的冷卻系統類似地工作，不同在于空氣翅片式熱管組件306和308的蒸 發端定位于電子部件102和104的上游。在圖5A的示例配置中，空氣翅片式熱管組件306 和308的蒸發端定位于電子器件板100的前端或者氣流入口。空氣翅片式熱管組件306的 蒸發端和空氣翅片式熱管組件308的蒸發端各自安裝有翅片。空氣翅片式熱管組件306的 凝結端熱耦合到熱總線310，并且空氣翅片式熱管組件308的凝結端熱耦合到熱總線310。 進入電子器件板的空氣因流過空氣翅片式熱管組件306和308而冷卻。熱傳向流過電子部 件102和104 (和在電子器件板100上的任何其它發熱設備)或者流過耦合到電子部件102 和104的散熱器的冷卻空氣。空氣翅片式熱管組件可以放置于電子器件板的入口、出口或者入口和出口二者 處。當空氣翅片式熱管組件如圖5A中所示放置于出口時，從電子部件生成并且傳入氣流中 的熱可以由空氣翅片式熱管組件吸收并且經由熱總線向冷板排放。然而如果空氣翅片式熱 管組件如圖5B中所示放置于入口，則進入空氣在到達電子部件之前冷卻。如果入口空氣溫 度升至最佳值以上，則這一配置是有用的。在多數冷卻系統中，更高的空氣溫度需要增加氣 流以增加冷卻能力。這一氣流增加要求增加向生成氣流的冷卻扇供給的功率。在這一情況 下降低冷卻系統的總能效。然而放置于入口的空氣翅片式熱管組件適于作為預冷卻器或者 空氣溫度控制器。因此如果未消除則也減少氣流增加。圖4A和圖4B示出了附接到熱總線的空氣翅片式熱管組件。取而代之，空氣翅片 式熱管組件可以直接附接到冷板120。如果空氣翅片式熱管組件的限制和電子器件板的物 理布局妨礙直接連接，則可以使用熱總線。空氣翅片式熱管組件設計可以與設備上熱管組件設計組合為一種并入從電子部 件直接除熱以及從氣流除熱的混合設計。這一混合配置允許從較大的發熱部件直接除熱以 及從較小的發熱部件的集合體間接除熱。圖6圖示了根據本發明一個實施例的包括混合配置的冷卻系統的示例框圖。圖6 的示例混合配置包括如圖2中所示的設備上熱管組件和如圖5A中所示的空氣冷卻的空氣 翅片式熱管組件。空氣因流過電子部件116和118 (和在電子器件板100上的任何其它發 熱設備)或者流過耦合到電子部件116和118的散熱器而受熱。熱從受熱空氣傳向各自熱 耦合到熱總線410的空氣翅片式熱管組件406和空氣翅片式熱管組件408。熱管組件402 將電子部件102熱耦合到熱總線410，并且熱管組件404將電子部件104熱耦合到熱總線 410。熱管組件412將熱總線410熱耦合到冷板120。雖然按照下游配置來示出和描述圖 6的混合配置，但是理解到對于該混合配置可以取代使用或者添加圖5B的空氣冷卻的空氣 翅片式熱管組件設計的上游配置。混合設計的一個屬性在于它能夠自調節熱管組件/熱總線冷卻系統的冷卻容量。 在理想條件之下，混合熱管組件被設計成使得從電子部件直接去除的熱以及經由氣流間接 去除的熱向冷板排放。然而如果從直接附接到熱板組件的電子部件生成的熱超過冷板的回 路容量或者其它輔助回路容量，則附接到熱總線的空氣翅片式熱管組件可以充當向氣流排 熱的排熱器。從吸熱到排熱的切換在本質上為被動，并且切換點可以設計到原有組件中。如 果冷卻板冷卻或者輔助冷卻回路容量減少則出現這一場景。因此，如果妥協主冷卻路徑，附接到熱總線的空氣翅片式熱管組件可以提供一些救濟或者冗余。在另一場景中，可以使用混合熱管組件設計作為用于離開電子器件板的空氣的空 氣調節器。如果期望某一現有空氣溫度，則空氣翅片式熱管組件可以按照需要向氣流排熱 或者從氣流吸熱。如果現有空氣在期望溫度以上，則空氣翅片式熱管組件可以從空氣吸熱。 如果現有空氣可能由于入口空氣溫度低或者電子部件低功率操作而在期望溫度以下，則空 氣翅片式熱管組件可以向氣流中排熱。同樣，控制點(期望溫度)可以設計到原有熱管組 件/熱總線冷卻系統中。在電子器件板的入口和出口均需要空氣溫度控制是任何機架級或 者房間級冷卻系統設計的高效操作所期望的。冷卻系統在電子器件板100上的各種配置針對因應用而異的熱要求而提供自適 應解決方案。電子器件板本身上的配置和部件和/或沿著氣流方向在電子器件板100之前 或者之后定位的配置和部件可以規定這樣的熱要求。可以確定冷卻系統的配置以考慮各種 輸入氣流溫度并且提供各種輸出氣流溫度。比如在圖2和圖4中那樣從電子部件直接傳熱與如在圖5A和圖5B中那樣冷卻受 熱空氣相比通常更有效。然而可能有比如板布局和相對電子部件位置這樣的限制使一種實 施優于另一種實施。這樣，可以組合和操縱任何上述傳熱概念和配置。熱總線可以在設計上為模塊化。用于各電子部件的熱管組件可以容易附接到熱總 線和從熱總線拆卸。這允許容易取用電子部件以及容易優化用于各電子部件的熱管解決方 案。雖然熱管組件除了重力效應之外通常還利用毛細結構，但是可以使用僅依賴于重 力的替代結構，例如蒸汽室或者熱虹吸管。在其中刀片服務器定位于邊緣上的刀片服務器 應用中，某些配置可能要求蒸發端相對于凝結端的位置與重力相抵觸。這一情形需要使用 包括毛細結構的熱管組件。然而在其它應用中，比如當電子器件板水平定位而不是如在刀 片服務器中那樣豎直定位時，可以使用替代結構。在一種示例配置中，蒸汽室可以定位于電 子部件上。蒸汽室的蒸發端在與電子部件接近的底端，并且凝結端在蒸汽室的豎直頂端。熱 管組件的蒸發端熱耦合到蒸汽室的頂端。熱總線形成于蒸汽室的頂端與熱管組件的蒸發端 之間。這一配置起初使用蒸汽室在豎直方向上從電子部件除熱。這一類熱總線提供如下附 加軸，該軸為設計冷卻系統的總體配置提供更多可選方式。已經按照并入細節的具體實施例描述本發明以便于理解本發明的構造和操作原 理。這里這樣引用具體實施例及其細節并非為了限制所附權利要求的范圍。本領域技術人 員將清楚可以在為了示例而選擇的實施例中進行修改而不脫離本發明的精神實質和范圍。
權利要求
1.一種除熱設備，包括a.第一熱管組件，包括出現第一流體的蒸發的第一端和出現所述第一流體的凝結的第 二端，其中所述第一端被配置成收集熱；以及b.第二熱管組件，包括出現第二流體的蒸發的第一端和出現所述第二流體的凝結的第 二端，其中所述第二熱管組件的第一端熱耦合到所述第一熱管組件的第二端，由此在所述 第一熱管組件的第二端與所述第二熱管組件的第一端之間形成熱總線。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述熱總線被配置成向所述第二熱管組件的第一 端傳送由于所述第一流體在所述第一熱管組件的第二端處的凝結而生成的熱，由此在所述 第二熱管組件的第一端蒸發所述第二流體。
3.根據權利要求1所述的設備，其中所述發熱設備包括電子部件。
4.根據權利要求3所述的設備，其中所述電子部件耦合到電子器件板。
5.根據權利要求1所述的設備，還包括耦合到所述第二熱管組件的第二端的冷板。
6.根據權利要求5所述的設備，其中所述冷板包括冷卻回路中包括的基于流體的冷板。
7.根據權利要求5所述的設備，還包括耦合于所述第一熱管組件與所述冷板之間的一 個或者多個附加第二熱管組件。
8.根據權利要求1所述的設備，其中所述第一流體包括與所述第二流體不同類型的流體。
9.根據權利要求1所述的設備，其中所述第一流體包括與所述第二流體相同類型的流體。
10.根據權利要求1所述的設備，其中所述第一熱管組件的物理結構不同于所述第二 熱管組件的物理結構。
11.根據權利要求1所述的設備，其中所述第一熱管組件的物理結構與所述第二熱管 組件的物理結構相同。
12.根據權利要求1所述的設備，還包括一個或者多個附加熱管組件，其中各個附加熱 管組件的第一端熱耦合到附加發熱設備，并且各個附加熱管組件的第二端熱耦合到所述第 二熱管組件的第一端。
13.根據權利要求1所述的設備，還包括與所述第二熱管組件串聯熱耦合的一個或者 多個附加熱管組件，使得第一附加熱管組件的第一端熱耦合到所述第二熱管組件的第二 端，并且任何附加熱管組件的第一端熱耦合到所述串聯中的前一熱管組件的第二端。
14.根據權利要求1所述的設備，其中所述第一熱管組件的軸與所述第二熱管組件的 軸成一角度。
15.根據權利要求1所述的設備，其中所述第一熱管組件的軸平行于所述第二熱管組 件的軸。
16.根據權利要求1所述的設備，還包括一個或者多個空氣翅片式熱管組件，各個空氣 翅片式熱管組件包括空氣翅片，所述空氣翅片耦合到所述空氣翅片式熱管組件的出現第三 流體的蒸發的第一端以及所述空氣翅片式熱管組件的出現所述第三流體的凝結的第二端， 其中各個空氣翅片式熱管組件的第二端熱耦合到所述第二熱管組件的第一端。
17.根據權利要求1所述的設備，其中所述空氣翅片式熱管組件中的一個或者多個相對于流過所述發熱設備的氣流方向定位于所述發熱設備之后。
18.根據權利要求1所述的設備，其中所述空氣翅片式熱管組件中的一個或者多個相 對于流過所述發熱設備的氣流方向定位于所述發熱設備之前。
19.根據權利要求1所述的設備，其中相對于流過所述發熱設備的氣流方向，所述空氣 翅片式熱管組件中的一個或者多個定位于所述發熱設備之前，并且所述空氣翅片式熱管組 件中的一個或者多個定位于所述發熱設備之后。
20.根據權利要求1所述的設備，其中所述熱總線還包括定位于所述第一熱管組件的 第二端與所述第二熱管組件的第一端之間的熱界面材料。
21.根據權利要求1所述的設備，其中所述熱總線包括導熱材料塊，另外所述塊包括多 個孔，各個孔被配置成容納所述第一熱管組件的第二端或者所述第二熱管組件的第一端， 并且與之熱耦合。
22.根據權利要求1所述的設備，還包括耦合于所述發熱設備與所述第二熱管組件之 間的一個或者多個附加第一熱管組件。
23.根據權利要求1所述的設備，其中所述第一熱管組件的第一端熱耦合到發熱設備。
24.根據權利要求1所述的設備，其中所述第一熱管組件包括具有空氣翅片的空氣翅 片式熱管組件，所述空氣翅片耦合到所述空氣翅片式熱管組件的第一端，另外所述空氣翅 片式熱管組件的第一端被配置成接收從接觸所述空氣翅片的氣流傳送的熱。
全文摘要
熱總線能夠實現使用跨越從熱源到冷板的距離的多個單獨熱管組件而不是使用單個熱管組件。熱總線的使用可以減少定向影響以及減少任何單個熱管組件的行程長度。此外，多個熱管組件的使用使各個別熱管組件能夠被優化成滿足在各熱源、熱總線和冷板之間的局部化傳熱特性。這樣的優化可以包括使用不同尺寸的熱管、在熱管內的毛細結構和在熱管內使用的工作流體。熱總線提供從串聯耦合到另一熱管組件的一個熱管組件的中間傳熱，由此使多個串聯耦合的熱管組件能夠從給定熱源向在電子器件板邊緣的冷板傳熱。
文檔編號H05K7/20GK102007832SQ200980113791
公開日2011年4月6日 申請日期2009年3月10日 優先權日2008年3月10日
發明者H-W·崔, J·霍姆, R·G·布魯爾 申請人:固利吉股份有限公司