專利名稱：柵格散熱器的制作方法
柵格散熱器
背景技術(shù)：
當(dāng)電子部件運(yùn)行時(shí)，部件內(nèi)的電子流產(chǎn)生熱。如果不移除該熱，電子部件可能變得過熱，從而導(dǎo)致部件故障或損壞?？梢砸远喾N方式消散由電子部件產(chǎn)生的熱，包括使用通過直接空氣對流吸收和消散熱的散熱器。集成電路設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的改進(jìn)使IC制造商生產(chǎn)以越來越快的速度運(yùn)行并且執(zhí)行越來越多數(shù)量操作的較小IC器件和其它電子部件。隨著電子部件運(yùn)行速度的加快，這些部件產(chǎn)生的熱同樣增加。另外，計(jì)算機(jī)部件被更密集地封裝。這些因素促使期望有這樣的散熱器，該散熱器在從這些電子部件移除熱時(shí)具有更高的熱效率和容積效率。


附圖示出了本文描述原理的各種實(shí)施例并且構(gòu)成說明書的一部分。示出的實(shí)施例僅是示例并且并不限制權(quán)利要求的范圍。圖1是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的說明性散熱器的透視圖。圖2是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的說明性散熱器的透視圖。圖3A和IBB是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的說明性冷卻系統(tǒng)的圖。圖4是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的說明性柵格(grid)散熱器的透視圖。圖5A是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的鰭片式(firmed)的散熱器內(nèi)的溫度曲線的說明圖。圖5B是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的柵格散熱器內(nèi)的溫度曲線的說明圖。圖6A是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的、熱移除與空氣流量的關(guān)系的說明圖。圖6B是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的、散熱器表面溫度與空氣出口溫度之間差值與空氣流量的關(guān)系的說明圖。圖7是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的說明性柵格散熱器的前視圖。圖8是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的說明性柵格散熱器的前視圖。圖9是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的說明性柵格散熱器的前視圖。圖10是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的說明性柵格散熱器的橫截面視圖。圖11是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)說明性實(shí)施例的說明性柵格散熱器的前視圖。圖12是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的說明性柵格散熱器的前視圖。圖13A-D示出根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的由連續(xù)的熱傳導(dǎo)材料片形成柵格散熱器的說明性步驟。圖14是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的由連續(xù)的熱傳導(dǎo)材料片形成的說明性柵格散熱器的橫截面視圖。圖15是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的由連續(xù)的熱傳導(dǎo)材料片形成的說明性柵格散熱器的橫截面視圖。圖16是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的包含柵格散熱器的說明性冷卻系統(tǒng)的圖。
圖17是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的包含柵格散熱器的說明性冷卻系統(tǒng)的圖。圖18是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的包含在刀片服務(wù)器中的說明性冷卻系統(tǒng)的圖。圖19是根據(jù)本文描述原理的一個(gè)實(shí)施例的包括多個(gè)刀片服務(wù)器的說明性計(jì)算機(jī)機(jī)柜的圖。遍及全部附圖，同樣的標(biāo)號表示類似的但不必同樣的要素。
具體實(shí)施例方式當(dāng)電子部件運(yùn)行時(shí)，部件內(nèi)的電子流產(chǎn)生熱。如果不移除該熱，電子部件可能變得過熱，從而導(dǎo)致部件故障或損壞。可以以多種方式消散由電子部件產(chǎn)生的熱，包括使用通過直接空氣對流吸收和消散熱的散熱器。集成電路設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的改進(jìn)使IC制造商生產(chǎn)以越來越快的速度運(yùn)行并且執(zhí)行越來越多數(shù)量操作的較小IC器件和其它電子部件。隨著電子部件運(yùn)行速度的加快，這些部件產(chǎn)生的熱同樣增加。此外，更密集地封裝計(jì)算機(jī)部件可能要求熱移除系統(tǒng)中的更高熱效率和容積效率。例如，現(xiàn)代電子器件的縮小的尺寸和增加的功能性可能導(dǎo)致受限得多的容積用于熱移除系統(tǒng)。在諸如刀片服務(wù)器陣列的一些計(jì)算架構(gòu)中，可以彼此靠近地放置這些容積受限的計(jì)算器件。在以下的描述中，出于說明的目的，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以便提供對本系統(tǒng)和方法的透徹理解。然而，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是，在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下也可以實(shí)踐本裝置、系統(tǒng)和方法。說明書中對于“實(shí)施例”、“示例”或類似語言的引用表示結(jié)合該實(shí)施例或示例來描述的具體特征、結(jié)構(gòu)或特性包括在至少一個(gè)實(shí)施例中，但不一定包括在其它實(shí)施例中。在說明書各處出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”或類似短語的各種實(shí)例并不一定都指同一實(shí)施例。圖1是與位于下方的計(jì)算機(jī)芯片(115)熱接觸的說明性散熱器(100)的透視圖。 散熱器(100)包括基座(110)和多個(gè)垂直散熱片(105)?？諝馔ㄟ^垂直散熱片(10 并且從散熱器(100)移除熱?？梢酝ㄟ^自然對流或強(qiáng)制對流使空氣運(yùn)動(dòng)。自然對流利用熱空氣的浮力使加熱的空氣從散熱片升離并且將冷空氣引入散熱器以便替換熱空氣。在強(qiáng)制對流冷卻系統(tǒng)中，風(fēng)扇或其它設(shè)備產(chǎn)生壓力差或被引導(dǎo)通過散熱片的運(yùn)動(dòng)空氣流。自然對流系統(tǒng)通常具有比強(qiáng)制對流冷卻系統(tǒng)低得多的冷卻能力。圖2是空氣流(200)通過的散熱器(100)的說明圖。根據(jù)一個(gè)說明性實(shí)施例，散熱器(100)包括厚度為“d”的基座(110)。散熱器(100)具有多個(gè)垂直散熱片(105)，并且總寬度為“b”，總長度為“L”。空氣流200平行于基座的平面而通過散熱片(105)。圖3A是包括風(fēng)扇(305)的強(qiáng)制空氣冷卻系統(tǒng)(300)的說明圖。來自芯片(115) 的熱被傳遞到基座(110)，該基座(110)將熱分散到垂直散熱片(105)。風(fēng)扇(30 可以以稱為沖擊冷卻的過程將空氣流直接吹入垂直散熱片(105)?？商娲?，風(fēng)扇(30 可以通過移除散熱片之間的空氣并且將空氣從風(fēng)扇頂部吹出而產(chǎn)生抽吸(suction)。抽吸冷卻系統(tǒng)在可以由風(fēng)扇或吹風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的壓力差的量方面具有固有限制。
圖;3B是通過風(fēng)扇(305)進(jìn)行沖擊冷卻的說明圖。冷卻空氣(310)被從風(fēng)扇(305) 上方強(qiáng)制引入散熱器(100)。在該配置中可能出現(xiàn)多種低效率。首先，在散熱器表面上的空氣分布不均勻。例如，風(fēng)扇葉片速度在風(fēng)扇周邊處最高。結(jié)果，在風(fēng)扇周邊處產(chǎn)生較高的壓力和空氣流。在風(fēng)扇的中央，可能產(chǎn)生低得多的空氣流。該空氣流可能在風(fēng)扇下方回流。 結(jié)果，散熱器的中央可能未被有效地冷卻。此外，加熱的空氣可能回流。例如，來自散熱器的空氣可能向上漏出、環(huán)繞在風(fēng)扇 (305)外殼周圍并且被吸回風(fēng)扇(305)。具有更高的圍繞風(fēng)扇的管道可以避免該回流。然而，更高的管道使已經(jīng)很高的冷卻組件甚至更高。而且，即使加熱的空氣不回流，對于給定空氣流速率而言，過早離開散熱器的空氣也未以其全部能力被加以利用，并且降低了散熱器的總體冷卻效率。由散熱器提供的冷卻量取決于多種因素。這些因素可以包括冷卻空氣和散熱器表面之間的溫差、強(qiáng)制通過散熱器的空氣體積和散熱器的表面積。圖4是表面積比類似尺寸的鰭片式的散熱器(300)顯著更大的柵格散熱器(400) 的一個(gè)說明性實(shí)施例的透視圖。根據(jù)一個(gè)說明性實(shí)施例，柵格散熱器(400)包括具有多個(gè)垂直散熱片G10)的基座020)。水平散熱片G15)與垂直散熱片010)交叉以形成具有多個(gè)通道(40 的柵格。通道可以具有各種幾何形狀，包括但不限于正方形、矩形、六邊形或其它幾何形狀。在一些說明性實(shí)施例中，通道可以延伸通過散熱器并且保持相當(dāng)恒定的橫截面。在其它說明性實(shí)施例中，通道(40 的橫截面可以在通道間變化，或沿著單獨(dú)通道的長度而變化。圖5A是示出散熱片之間空間的溫度曲線(500)的鰭片式的散熱器(100)的橫截面圖。出于說明的目的，僅示出鰭片式的散熱器(100)的一部分，并且已將整個(gè)視圖旋轉(zhuǎn)以使垂直散熱片(10 為水平。溫度曲線具有三部分，表示通過傳導(dǎo)基座(110)的溫度的標(biāo)為Tm的第一部分。表面溫度Ts表示在給定點(diǎn)處的散熱器表面的溫度。T(X)表示通過散熱片(105)之間開放空間的空氣溫度曲線。熱通量Q從位于下方的芯片運(yùn)動(dòng)到基座中。這使基座(110)的溫度升高。如圖5A 中所示地，當(dāng)熱通量運(yùn)動(dòng)通過相對高熱傳導(dǎo)性基座材料時(shí)，在溫度曲線Tm中有輕微下傾。在表面溫度(Ts)處，空氣流與散熱器(110)的表面互相作用。將通過空氣流的溫度曲線T(X) 示出為沿著曲線長度而下傾。沿著該散熱器部分的中線(505)獲得用于產(chǎn)生溫度曲線T(X) 的測量位置。溫度曲線的高度高于或低于中線(505)示出通過溫度曲線的相對溫差。理想情況下，空氣溫度將等于表面溫度Ts。這將使得在移除來自位于下方的芯片的熱時(shí)有更高的散熱器熱效率。對于層式空氣流，在散熱器表面附近運(yùn)動(dòng)的氣層更接近表面溫度Ts，而遠(yuǎn)離表面的層可能處于低得多的溫度。對于較高的空氣通量速率，可能產(chǎn)生紊流(turbulent flow)。在紊流中，在空氣中出現(xiàn)高得多的混合量，這導(dǎo)致更均勻的溫度分布和更高效的從散熱器離開的熱傳遞。圖5B是柵格散熱器000)的說明性部分的圖。如以上描述地，溫度通量Q進(jìn)入基座(420)并且被向上傳導(dǎo)到主散熱片(410)且進(jìn)入交叉散熱片(cross fin) (415) 0當(dāng)空氣通量通過柵格散熱器(400)時(shí)，溫度曲線形成。沿著中線(510)測量溫度。通過基座(420) 的厚度d，溫度有輕微的下傾。由交叉散熱片(41 提供的額外表面積產(chǎn)生具有特性尺寸a 和額外表面積的通道005)。溫度曲線T(X)示出較不嚴(yán)重的下降并在移除來自芯片的熱時(shí)產(chǎn)生較高熱效率，這是由于對冷卻空氣進(jìn)行更均勻的加熱。而且，被圍繞的通道防止空氣流 的過早漏出和回流問題的發(fā)生。 柵格散熱器使得對于同樣尺寸的散熱器和同樣的空氣流速率有大得多的熱移除 量，或者對于較小冷卻流有相同熱移除。結(jié)果，對于給定系統(tǒng)，柵格散熱器可以更小，由此減 小系統(tǒng)的總體積。附加或可替代地，提高的熱性能可允許熱產(chǎn)生部件的更低的運(yùn)行溫度?？?以使用等式1來估計(jì)與空氣通量有關(guān)的各種散熱器的熱移除。
權(quán)利要求
1.一種柵格散熱器000)，包括基座(420)；多個(gè)相交的散熱片010，415)；由所述多個(gè)相交的散熱片形成的多個(gè)通道005)，所述多個(gè)通道中的每個(gè)通道被配置為在所述柵格散熱器(400)的輸入側(cè)接受冷卻空氣(1605)，并且將所述冷卻空氣(1605)引導(dǎo)到在所述柵格散熱器G00)的輸出側(cè)的出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵格散熱器，其中所述多個(gè)相交的散熱片(415，420)包括主散熱片(410)和交叉散熱片015)；所述主散熱片(410)直接連接到所述基座G20)并且從所述基座(420)延伸開；所述交叉散熱片G15)與所述主散熱片(410)相交。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵格散熱器，其中所述主散熱片(410)和所述交叉散熱片 (415)由連續(xù)的熱傳導(dǎo)材料片(1305)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的柵格散熱器，還包括焊接接合部，所述焊接接合部將所述連續(xù)的熱傳導(dǎo)材料片(130 的第一部分接合到所述連續(xù)的熱傳導(dǎo)材料片(130 的第二部分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵格散熱器，其中所述柵格散熱器(1100)包括具有整合的主散熱片(1110)的擠壓成型的基座(1120)；以及片狀金屬交叉散熱片(1115)。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的柵格散熱器，其中所述多個(gè)通道G05)中的每個(gè)通道被所述多個(gè)相交的散熱片(410,41 在四面圍繞，所述多個(gè)通道005)中的每個(gè)通道互相平行，并且平行于所述基座G20)。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的柵格散熱器，其中進(jìn)入第一通道的冷卻空氣 (1605)不與進(jìn)入第二通道的冷卻空氣(1605)混合，直到所述冷卻空氣(1605)離開所述柵格散熱器(400)為止。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的柵格散熱器，還包括頂板(1140)，所述頂板 (1140)被配置為接合所述主散熱片(1110)的末端。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的柵格散熱器，還包括吹風(fēng)機(jī)(1610，1710)，所述吹風(fēng)機(jī)(1610,1710)被配置為對所述冷卻空氣(1605)加壓并且將加壓后的冷卻空氣 (1605)導(dǎo)入所述多個(gè)通道。
10.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的柵格散熱器，其中所述多個(gè)通道(4冊)具有變化的橫截面幾何形狀。
全文摘要
一種柵格散熱器(400)包括基座(420)、多個(gè)相交的散熱片(410，415)和由所述多個(gè)相交的散熱片形成的多個(gè)通道(405)。每個(gè)通道(405)在柵格散熱器(400)的輸入側(cè)接受冷卻空氣(1605)并且將冷卻空氣(1605)引導(dǎo)到所述柵格散熱器(400)輸出側(cè)的出口。
文檔編號H01L23/34GK102405693SQ200980158820
公開日2012年4月4日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月25日
發(fā)明者A·M·布拉特科夫斯基, G·W·布爾沃德-霍伊, L·K·木山, V·奧西波夫 申請人:惠普開發(fā)有限公司