專利名稱：折疊散熱器和存儲器模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及冷卻組件，具體地涉及用于冷卻嚴(yán)密封裝的生熱器件的折疊片狀金屬散熱器。

背景技術(shù)：
在高性能計算機器中采用的現(xiàn)代存儲系統(tǒng)通常由一個或多個動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)器件組成，這些器件通過一個或多個存儲器控制元件連接到一個或多個處理器?？傆嬎銠C系統(tǒng)性能受到該計算機結(jié)構(gòu)的每個關(guān)鍵元件的影響，包括(多個)處理器的性能/結(jié)構(gòu)、任何高速緩存的性能/結(jié)構(gòu)、(多個)輸入/輸出(I/O)系統(tǒng)的性能/結(jié)構(gòu)、(多個)存儲器控制功能的效率、(多個)主存儲器的效率和(多個)存儲器互聯(lián)接口的類型和結(jié)構(gòu)。
在發(fā)展的基礎(chǔ)上，工業(yè)上投入了很大的研究和開發(fā)精力來產(chǎn)生通過改善存儲器系統(tǒng)/子系統(tǒng)設(shè)計和/或結(jié)構(gòu)來最大化總系統(tǒng)性能和密度的改進(jìn)和/或創(chuàng)新的解決方案。此外，高度可用的系統(tǒng)還提出涉及總系統(tǒng)可靠性的挑戰(zhàn)，因為顧客期望新的計算機系統(tǒng)具有明顯改善的故障間平均時間(MTBF)，而且提供附加功能、更高的性能、更大的存儲空間、更低的運行成本、簡化的升級和更小的環(huán)境影響(如空間、能量和冷卻)。
圖1涉及授予Dell等并與此共同轉(zhuǎn)讓的美國專利5513135，并描述了早期的同步存儲器模塊。圖1所示的存儲器模塊是雙嵌入式(in-line)存儲器模塊(DIMM)。該模塊包括同步DRAM 108、緩沖器件112、優(yōu)化的插腳和互連以及用于幫助高性能運行的電容去耦方法。該專利還描述了在該模塊上時鐘重驅(qū)動的使用，其中利用諸如鎖相環(huán)(PLL)的器件。
圖2涉及授予Dell等并與此共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6173382，并且描述了一種計算機系統(tǒng)210，該系統(tǒng)包括通過總線240直接(即點到點)連接到存儲器控制器214的同步存儲器模塊220，還包括用于緩沖器、寄存器或者其它作用于從存儲器控制器214接收的地址、數(shù)據(jù)和控制信息的邏輯電路224(例如專用集成電路“ASIC”)。存儲器模塊220可以編程為利用獨立的總線如內(nèi)部集成電路(I2C)控制總線234在多個可選擇或可編程模式下運行，或者作為存儲器初始化過程的一部分或者在正常運行期間運行。在用于需要直接連接到存儲器控制器的不止單個存儲器模塊的應(yīng)用中時，該專利申明所產(chǎn)生的短線(stub)可以通過使用用于將模塊與總線斷開電連接的場效應(yīng)晶體管(FET)開關(guān)來降至最小。
與美國專利5513135相關(guān)，美國專利6173382還演示了將所有限定功能(地址、命令、數(shù)據(jù)、存在性檢測等)集成在單個器件中的功能。功能的集成一種普通的工業(yè)應(yīng)用，其可由工藝改進(jìn)實現(xiàn)并且在這種情況下實現(xiàn)附加的模塊密度和/或功能。
圖3根據(jù)授予Grundon等并與此共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6510100描繪了存儲器系統(tǒng)310的簡化圖和描述，該存儲器系統(tǒng)在一個傳統(tǒng)的多點短線總線上包括多達(dá)4個寄存DIMM 340。該子系統(tǒng)包括存儲器控制器320、外部時鐘緩沖器330、寄存DIMM 340、地址總線350、控制總線360和數(shù)據(jù)總線370，其中在地址總線350和數(shù)據(jù)總線370上具有端接器395。盡管在圖3中僅示出一個存儲器信道，用這些模塊制造的系統(tǒng)通常包括多于一個與存儲器控制器分立的存儲器信道，其中每個存儲器信道單獨地(如果模塊中構(gòu)成(populate)一個信道)或者并行地(如果模塊中構(gòu)成兩個或多個信道)運行以實現(xiàn)期望的系統(tǒng)功能和/或性能。
圖4根據(jù)授予Bonella等人的美國專利6587912描繪了一種同步存儲器模塊410和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)發(fā)器集線器420包括地址、命令和數(shù)據(jù)通過總線向421和422局部存儲器件401和402的局部重驅(qū)動；局部時鐘的產(chǎn)生(如在其它附圖和專利文字中所述)；以及合適的存儲器接口信號通過總線400到系統(tǒng)中下一個模塊或部件的重驅(qū)動。
從現(xiàn)有技術(shù)中看出，計算機和存儲器工業(yè)持續(xù)地追求利用工藝改進(jìn)(例如更大的電路密度和更小的電路功率)、存儲器子系統(tǒng)中更多的功能(通過同樣的因素實現(xiàn))以及交替的總線結(jié)構(gòu)來最大化總系統(tǒng)性能和存儲器子系統(tǒng)值。但是，更大存儲器子系統(tǒng)性能和功能以及集線器和很多外部DRAM器件的集成和使用的結(jié)果之一就是DIMM上產(chǎn)生的熱量的增加。實際上，當(dāng)今的存儲器DIMM具有大部分延伸到DIMM的整個表面的散熱器。但是由于諸如對熱流性質(zhì)的不完全理解的因素，目前的散熱器典型地還沒有得到優(yōu)化。因此，可能出現(xiàn)這種一個或多個器件的過熱，從而由于DRAM器件的過分泄漏而導(dǎo)致過度的誤差，而且也導(dǎo)致更慢的晶體管開關(guān)時間，而這又會導(dǎo)致數(shù)據(jù)干擾。此外，觀察到集線器芯片(也稱為集線器，緩沖器芯片或緩沖器)和DRAM中的泄漏電流隨著溫度而增加，從而這些器件由于不足的冷卻而吸收更多的功率，并導(dǎo)致更高的溫度。更高的溫度還可能增大腐蝕、金屬疲勞和其它最終會導(dǎo)致存儲器DIMM故障并可能丟失數(shù)據(jù)的物理過程的速率。
因此，需要改進(jìn)散熱器設(shè)置，使之能夠降低集線器芯片和DRAM的溫度。這種改進(jìn)的設(shè)計在理想情況下應(yīng)當(dāng)允許DIMM之間的間隔減小，并且不能劇烈增加通過散熱器下降的空氣壓力。通過提供更低的DRAM和集線器芯片溫度而達(dá)到的解決方案會降低DIMM故障率、泄漏功率，并因此降低系統(tǒng)級冷卻要求。由于上述所有原因，這種解決方案將降低系統(tǒng)成本。附加利益更大的運行和測試余地。


發(fā)明內(nèi)容
實施例包括一種用于冷卻生熱器件的折疊散熱器。該折疊散熱器包括具有第一端和第二端的基本上平坦的基部(base)。該基部被設(shè)計為以熱接觸的方式附著到一個或多個生熱器件的基本上平坦的暴露表面。該折疊散熱器還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的肩狀物(shoulder)。肩狀物的近端從基部的第一端和第二端基本上以直角伸出(project)。該折疊散熱器還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的臂狀物(arm)。臂狀物的近端從肩狀物的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，使得基部、肩狀物和臂狀物形成由連續(xù)金屬片材制成的幾乎閉合的矩形管。
實施例還包括一種具有一個或多個生熱器件的組件，每個生熱器件具有基本上平坦的暴露表面。該組件還包括由連續(xù)金屬片材形成的折疊散熱器，用于冷卻生熱器件。該折疊散熱器包括具有第一端和第二端的基部。該基部基本上平行于一個或多個生熱器件的基本上平坦的暴露表面放置。基部以熱接觸的方式附著到一個或多個生熱器件的基本上平坦的表面。該折疊散熱器還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的肩狀物。肩狀物的近端從基部的第一端和第二端基本上以直角伸出。折疊散熱器還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的臂狀物。臂狀物的近端從肩狀物的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，使得基部、肩狀物和臂狀物形成幾乎閉合的矩形管。
實施例還包括一種具有一個或多個生熱器件的存儲器模塊，每個生熱器件具有基本上平坦的暴露表面。該生熱器件包括集線器件和一個或多個存儲器件。該存儲器模塊還包括由連續(xù)金屬片材形成的折疊散熱器，用于冷卻生熱器件。該折疊散熱器包括具有第一端和第二端的基部。該基部基本上平行于一個或多個生熱器件的基本上平坦的暴露表面放置?；恳詿峤佑|的方式附著到一個或多個生熱器件的基本上平坦的表面。該折疊散熱器還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的肩狀物。肩狀物的近端從基部的第一端和第二端基本上以直角伸出。折疊散熱器還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的臂狀物。臂狀物的近端從肩狀物的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，使得基部、肩狀物和臂狀物形成幾乎閉合的矩形管。
其它實施例包括一種用于冷卻生熱器件的折疊散熱器。該折疊散熱器包括基本上平坦的基部，該基部被設(shè)計為以熱接觸的方式附著到生熱器件的基本上平坦的暴露表面。該折疊散熱器還包括多個與基部接觸的皺褶以形成閉合的氣流通道。每個皺褶包括上升部、頂部、下降部和底部。上升部具有近端和遠(yuǎn)端。上升部的近端從基部基本上以直角伸出。頂部具有近端和遠(yuǎn)端，其中頂部的近端從上升部的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出。下降部具有近端和遠(yuǎn)端，其中下降部的近端從頂部的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，并且延伸到基部。平行于基部并與基部接觸的底部具有近端和遠(yuǎn)端，其中底部的近端從下降部的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出。底部的遠(yuǎn)端與下一個上升部的近端接觸。折疊散熱器由連續(xù)的金屬片材形成。
在瀏覽以下附圖和詳細(xì)說明時，按照實施例的其它系統(tǒng)、方法和/或計算機程序產(chǎn)品對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將顯而易見。所有這樣的附加系統(tǒng)、方法和/或計算機程序產(chǎn)品都包括在該說明中，包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)，而且由所附權(quán)利要求保護(hù)。



下面參照附圖，其中在若干附圖中，相似的元件被類似地標(biāo)注 圖1示出示例性的早期同步存儲器模塊； 圖2示出具有直接連接到存儲器控制器的全緩沖同步存儲器模塊的示例性計算機系統(tǒng)； 圖3示出示例性存儲器系統(tǒng)，示出具有一個傳統(tǒng)的多點短線總線； 圖4示出全緩沖同步存儲器模塊和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其中該全緩沖同步存儲器模塊包括轉(zhuǎn)發(fā)器功能； 圖5A和5B示出示例性存儲器模塊的正視圖和后視圖； 圖6示出示例性存儲器模塊，其包括附著到位于該模塊上的緩沖器的鰭片式散熱器； 圖7A、7B、7C示出采用扁平散熱器的示例性冷卻設(shè)置； 圖8A、8B、8C示出采用附著到模塊上所有主要部件的鰭片式散熱器的示例性冷卻設(shè)置； 圖9A、9B、9C示出可以由本發(fā)明的示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器冷卻設(shè)置； 圖10A和10B示出可由示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器和安裝工具； 圖11A和11B示出示例性鰭片式散熱器冷卻設(shè)置和示例性折疊散熱器冷卻設(shè)置； 圖12-17是將示例性鰭片式散熱器和示例性折疊散熱器的效率相比較的圖表； 圖18示出可由示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器； 圖19A、19B、19C示出可以由示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器冷卻設(shè)置； 圖20A、20B、20C示出包括鰭片式散熱器和折疊散熱器的散熱器冷卻設(shè)置； 圖21示出可由示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器； 圖22示出可由示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器； 圖23示出可由示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器； 圖24示出可由示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器安裝工具； 圖25示出可由示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器； 圖26A和26B示出扁平和示例性折疊的散熱器與具有暴露的帶電金屬焊點的表面裝配電容器的關(guān)系； 圖27和28是將示例性折疊散熱器和鰭片式散熱器的效率相比較的圖表； 圖29-33示出模擬示例性散熱器的冷卻效果的結(jié)果。

具體實施例方式 示例性實施例是針對制造經(jīng)濟(jì)并降低嚴(yán)密封裝的生熱器件的運行溫度的折疊片狀金屬散熱器。示例性實施例總的涉及必須冷卻嚴(yán)密封裝在一起的生熱器件的系統(tǒng)或組件。這種組件的一個重要的商業(yè)例子就是用于計算機的存儲器系統(tǒng)，其中多個雙嵌入存儲器模塊(DIMM)必須嚴(yán)密封裝在一起，而且每個DIMM攜帶多個生熱存儲器件如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)芯片以及可能的生熱集線器芯片、時鐘芯片或其它有源器件。因此，下面描述的實施例采用DIMM模塊作為例子以說明本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明還可用于其它存儲器以及非存儲器應(yīng)用。其它可以采用示例性實施例的存儲器組件的例子包括存儲器模塊如SIMM(單嵌入式存儲器模塊)、TRIMM(三嵌入式存儲器模塊)、QUIMM(四嵌入式存儲器模塊)以及其它根據(jù)系統(tǒng)物理和環(huán)境需要具有很寬的長度、寬度和厚度范圍的存儲器組件。非存儲器組件可以包括處理器、通信、適配器和其它I/O(輸入/輸出)卡，它們可以包括附著于該組件的全部或一部分的實施例)。示例性實施例還可以用于子系統(tǒng)或系統(tǒng)環(huán)境內(nèi)的一個或多個分立器件，作為用于最小化來自生熱器件如處理器、緩沖器、集線器、接口器件、存儲器件或其它在示例性實施例提供最佳成本/性能的環(huán)境中運行的集成器件的熱傳輸?shù)氖侄巍?br> 示例性實施例包括簡單的、廉價的折疊片狀金屬散熱器，其可以用于降低嚴(yán)密間隔的存儲器DIMM上的嚴(yán)密間隔的生熱器件如DRAM、緩沖器、集線器、寄存器、PLL和其它器件的運行溫度。在示例性實施例中，折疊片狀金屬散熱器跨越多個DRAM芯片，并且可選地也跨越集線器芯片。折疊片狀金屬散熱器除了與這些器件接觸的冷卻表面之外還包括附加的冷卻表面。此外，折疊片狀金屬散熱器利用本領(lǐng)域公知的片狀金屬形成操作構(gòu)成，或者通過其它公知手段如澆鑄或擠壓構(gòu)成。在此描述的示例性實施例有助于將具有熱接口材料的散熱器附著到要冷卻的器件。
下面通過多個附圖描述示例性實施例并與傳統(tǒng)散熱器比較。每個附圖都有闡明空間方向的笛卡兒xyz坐標(biāo)系統(tǒng)，因為在所有圖中示出的xyz方向都是一致的。
圖5A和5B示出典型DIMM的正視圖和后視圖。圖5A和5B分別示出具有DIMM連接器502的系統(tǒng)電路板501的視圖，在該系統(tǒng)電路板中插入通過保持手柄504保持在該DIMM連接器502中的DIMM電路卡503。在DIMM電路卡503的正表面505上安裝著多個前DRAM506，可能還安裝一個或多個集線器芯片507或集線器芯片器件。在DIMM電路卡503的后表面508上可選地安裝著多個后DRAM 509。前DRAM 506和后DRAM 509都通過DIMM電路卡503內(nèi)的導(dǎo)線連接到集線器芯片507。為了冷卻DRAM(包括前DRAM 506和后DRAM509)和集線器芯片507，空氣在+y方向流動。
圖6示出圖5A和5B的DIMM典型地如何一起嚴(yán)密封裝在一行DIMM 610中，并且卡與卡之間的間距為Ψ。在這種布置中，集線器芯片507可以根據(jù)其功率而具有附著于其上表面的集線器芯片散熱器，如鰭片式散熱器611。典型的DIMM不在DRAM器件(例如前DRAM506和后DRAM 509)上采用散熱器。在最新一族標(biāo)準(zhǔn)高速存儲器模塊，即JEDEC標(biāo)準(zhǔn)FB DIMM(全緩沖DIMM)中可能存在例外，該存儲器模塊在某些情況下消耗足夠的能量來要求在DRAM器件上設(shè)置散熱器。
在試圖滿足該FB-DIMM要求時，可以采用具有扁平散熱器712的冷卻設(shè)置，如圖7A、7B、7C所示的3個視圖。扁平散熱器冷卻設(shè)置712使用在整個DIMM電路卡503上延伸的扁平散熱器713作為單一的U形薄層，其第一部分714用作前DRAM 506和集線器芯片507(如圖5和6所示)的散熱器，第二部分715用作后DRAM 509的散熱器?？商鎿Q地，這種扁平散熱器713可由兩部分構(gòu)成，一部分在DIMM電路卡503的正面，一部分在DIMM電路卡503的背面。工業(yè)上關(guān)心的一個涉及圖7A、7B、7C的冷卻設(shè)置的問題與直接在未安裝更大器件如DRAM、集線器、PLL或其它部件的區(qū)域上的扁平散熱器713的變形有關(guān)。在變形，例如由操作、插入或移出模塊(例如DIMM電路卡503)期間施加的物理壓力造成的變形發(fā)生時，扁平散熱器713的底部可以接觸具有不同電壓電位的一個或多個導(dǎo)電表面一從而導(dǎo)致不期望的導(dǎo)電路徑和對部件、模塊或系統(tǒng)潛在損壞。
如圖8A、8B、8C所示，另一個鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816采用4個傳統(tǒng)的鰭片式散熱器，包括集線器芯片鰭片式散熱器817，兩個前DRAM鰭片式散熱器818和一個后DRAM鰭片式散熱器819。每個鰭片式散熱器一通常通過擠壓形成一包括鰭片式散熱器基部820和一系列鰭片821。
與扁平散熱器冷卻設(shè)置712和鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816相比，本發(fā)明的示例性實施例針對諸如圖9A、9B、9C示出的一個折疊散熱器冷卻設(shè)置922。在每個DIMM電路卡503上，前折疊散熱器923冷卻組裝在DIMM電路卡503的正表面505上的前DRAM 506和集線器芯片507，后折疊散熱器924冷卻組裝在DIMM電路卡503的后表面508上的后DRAM 509。前折疊散熱器923和后折疊散熱器924都是由一片折疊片狀金屬(例如銅或鋁)制成。
如圖10A所示，后折疊散熱器924的示例性實施例包括5個折疊片狀金屬段基部1025，兩個肩狀物1026，兩個臂狀物1027。臂狀物1027的遠(yuǎn)端彼此面對并且隔開一個小的間隙g。在散熱器安裝過程中，當(dāng)散熱器的基部1025附著到生熱器件(例如通過粘附層)時，間隙g用于插入用于施加達(dá)到具有最小熱阻抗的較薄的粘附層所需要的法向力的工具1028(例如形狀類似橡膠掃帚)。工具1028包括施加法向力的圓柱形力施加棒1029，連接到該力施加棒的壓桿1030，其矩形橫截面的尺寸相對于間隙g設(shè)置以允許工具1028在y方向上滑動，使得法向力可以施加給折疊散熱器基部1025的整個y方向長度。在替換示例性實施例中，該工具還包括用于幫助手動或自動使用工具1028的手柄1031。
如圖10B所示，前折疊散熱器923的示例性實施例包括基部1025、兩個肩狀物1026、兩個臂狀物1027和間隙g。在示例性實施例中，前折疊散熱器923更為復(fù)雜，因為其具有3個折疊段，包括兩個DRAM段1032和一個緩沖器或集線器芯片段1033。在示例性實施例中，兩個DRAM段1032是共面的，但是集線器芯片段1033由于集線器芯片507具有不同于DRAM芯片的厚度而位于不同的平面。
圖10B的示例性實施例包括用于冷卻生熱器件的折疊散熱器，如前折疊散熱器923。圖10B中的前折疊散熱器923包括基本上平坦且具有第一端和第二端的基部1025，用于以熱接觸的方式附著到一個或多個生熱器件的基本上平坦的暴露表面。前折疊散熱器923還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的肩狀物1026，其中肩狀物1026的近端從基部1025的第一端和第二端基本上以直角伸出。前折疊散熱器923還包括各自具有近端和遠(yuǎn)端的臂狀物1027。臂狀物1027的近端從肩狀物1026的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，使得基部1025、肩狀物1026和臂狀物1027形成由連續(xù)金屬片材制成的幾乎閉合(相隔一個間隙g)的矩形管。
在與傳統(tǒng)的散熱器(例如扁平散熱器和鰭片式散熱器)比較時，本發(fā)明包括前折疊散熱器923和后折疊散熱器924的示例性實施例提供更多的散熱器面積暴露給冷卻流體(如空氣)，尤其是以較小的卡與卡之間間距Ψ。這加強了從散熱器到空氣的對流，但沒有犧牲DIMM電路卡503上的器件或者DIMM電路卡503本身的封裝密度。此外，示例性實施例提供了一個或多個生熱部件(例如前DRAM 506、集線器芯片507和后DRAM 509)之間的熱傳導(dǎo)路徑，以提高這些部件之間的熱擴散，否則一些部件就會比另一些部件更熱。此外，前折疊散熱器923和后折疊散熱器924的示例性實施例實現(xiàn)散熱器制造和附著的廉價手段。示例性實施例還允許在散熱器附著過程中在涂敷于散熱器和生熱部件之間的粘附層上施加壓縮力，以保證產(chǎn)生低導(dǎo)熱阻抗所要求的良好的粘附性，并由此達(dá)到生熱部件(例如前DRAM 506、集線器芯片507和后DRAM 509)更低的溫度。
扁平散熱器冷卻設(shè)置712和鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816沒有提供象如圖9所示的本發(fā)明示例性實施例那么多的暴露給冷卻流體的散熱器面積。如圖9所示的示例性實施例如折疊散熱器冷卻設(shè)置922大致具有3倍于包含在扁平散熱器冷卻設(shè)置712中的濕潤面積(wetted area)。鰭片式散熱器如818和819通常在達(dá)到最大濕潤面積方面非常有效。實際上，當(dāng)卡與卡之間的間距Ψ大時，鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816可以提供比折疊散熱器冷卻設(shè)置922更優(yōu)的冷卻。
但是，如果卡與卡之間的間距Ψ變小，則鰭片式散熱器基部820的厚度(例如通過圖11A中的尺寸“b”表示)變成可得到的總x空間的可觀部分，從而導(dǎo)致在給出可觀濕潤面積方面非常不利的很短的鰭片821。此外，傳統(tǒng)鰭片式散熱器的厚鰭片式散熱器基部820減小了可供冷卻流體使用的空間，從而導(dǎo)致通過散熱器的不必要的壓力降低。盡管較薄的鰭片式散熱器基部820是更好的熱性能所期望的，制造鰭片式散熱器的經(jīng)濟(jì)制造過程，如擠壓，通常也不能達(dá)到比1.0mm更薄的鰭片式散熱器基部820。此外，這樣的制造過程通常也不能達(dá)到厚度小于約0.5mm的散熱器鰭片821，從而更多的氣流空間浪費在不必要的厚鰭片821上。
相反，可用于形成本發(fā)明的折疊散熱器922(例如包括前折疊散熱器923和后折疊散熱器924)示例性實施例的片狀金屬很容易在小到0.01mm的很寬的厚度范圍內(nèi)獲得，從而折疊散熱器不需要在x方向上在不必要厚的基部1025、肩狀物1026或臂狀物1027上浪費空間。在折疊散熱器的示例性實施例中，金屬只需要厚到足以有效地將熱量從基部1025傳導(dǎo)給臂狀物1027而不會妨礙對流。因此，對于較小的卡與卡之間的間距Ψ，本發(fā)明折疊散熱器的示例性實施例提供明顯更大的濕潤面積和更大的氣流面積，由此降低了對流熱阻抗并降低了壓力降，這兩者都會導(dǎo)致生熱器件如DRAM和集線器芯片507更低的溫度。
比較鰭片式散熱器和折疊散熱器的數(shù)學(xué)分析 上述對于傳統(tǒng)鰭片式散熱器和本發(fā)明折疊散熱器的示例性實施例的相對冷卻能力的觀察將在下面的數(shù)學(xué)分析中得到量化，該數(shù)學(xué)分析具體指明這樣的參數(shù)范圍，在該參數(shù)范圍中折疊散熱器的示例性實施例具有優(yōu)于鰭片式散熱器的熱性能。下面的分析將圖11A所示的鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816與圖11B所示的折疊散熱器冷卻設(shè)置922相比較，后者是本發(fā)明的示例性實施例。
圖11B的示例性實施例包括具有一個或多個生熱器件1134、1139的組件，每個生熱器件都具有基本上平坦的暴露表面。該組件還包括折疊散熱器如第一折疊散熱器1144(或第二折疊散熱器1145)，其由連續(xù)片狀金屬形成，用于冷卻生熱器件1134。第一折疊散熱器1144包括具有第一端和第二端的基部1146?；?146基本上與一個或多個生熱器件1134的基本上平坦的暴露表面平行?；?146以熱接觸的方式附著到一個或多個生熱器件1134的基本上平坦的表面上。第一折疊散熱器1144還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的肩狀物1147。肩狀物1147的近端從基部1146的第一端和第二端基本上以直角伸出。第一折疊散熱器1144還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的臂狀物1148。臂狀物1148的近端從肩狀物1147的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，使得基部1146、肩狀物1147和臂狀物1148形成幾乎閉合(相隔一個間隙g)的矩形管。在示例性實施例中，該組件是存儲器模塊(例如DIMM電路卡503)，生熱器件1134、1139包括集線器芯片507(或集線器)以及一個或多個DRAM 506、509(或存儲器件)，如圖5A和5B所示的配置。
參照圖11A和附隨的xz笛卡兒坐標(biāo)系統(tǒng)，鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816包括位于第一電路卡1135(例如DIMM電路卡503)的+x面上的第一生熱器件1134(例如DRAM)，該第一生熱器件傳統(tǒng)地利用第一鰭片式散熱器1136進(jìn)行空氣冷卻，該第一鰭片式散熱器1136的基部1137在x方向上具有厚度b，在y方向上具有總高度H，其鰭片1138分別具具有鰭片厚度f并且沿著z方向以鰭片與鰭片之間的間距λ相互間隔。因此，安裝在第一鰭片式散熱器1136上的鰭片1138的數(shù)量N是 其中f和λ必須選擇成要為N產(chǎn)生整數(shù)值。
鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816還包括位于第二電路卡1140的-x面上并通過在各方面都與第一鰭片式散熱器1136相同的第二鰭片式散熱器1141冷卻的第二生熱器件1139，使得第一鰭片式散熱器1136的鰭片末梢1142面向第二鰭片式散熱器1141的鰭片末梢1143，而且在它們之間具有小的間隙c，從而導(dǎo)致兩個散熱器1136和1141在x方向上占據(jù)總寬度W。
圖11B示出本發(fā)明包括折疊散熱器冷卻設(shè)置922的示例性實施例。圖11B包括類似于鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816中的電路卡1135、1140和生熱器件1134、1139，但是用第一折疊散熱器1144和第二折疊散熱器1145代替了傳統(tǒng)的第一鰭片式散熱器1136和第二鰭片式散熱器1141。通過由厚度為t的單片片狀金屬制成，第一折疊散熱器1144包括基部1146、兩個肩狀物1147和兩個臂狀物1148，臂狀物的端部相隔間隙g。類似地，第二折疊散熱器1145包括基部1149、兩個肩狀物1150和兩個臂狀物1151，臂狀物的端部相隔間隙g。與圖11A的鰭片式散熱器類似，圖11B中的折疊散熱器(例如第一折疊散熱器1144和第二折疊散熱器1145)在y方向上受到總高度H的約束，在x方向上受到總寬度W的約束。對于折疊散熱器來說，寬度W如圖所示分配，使得要用于冷卻流體的流動的相同間隔s存在于每個折疊散熱器的基部1146、1149以及折疊散熱器的臂狀物1148、1151之間，其中 以下分析的目的是要從數(shù)學(xué)上證明本發(fā)明包括折疊散熱器冷卻設(shè)置922的示例性實施例在冷卻性能上至少在以下條件下具有優(yōu)于傳統(tǒng)鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816的固有優(yōu)點，這些條件是(1)提供給兩個散熱器的總寬度W有限；(2)通常用于形成傳統(tǒng)的鰭片式散熱器的制造過程如擠壓對基部厚度b和鰭片厚度f的值施加了更低的約束。
相等壓力降判斷標(biāo)準(zhǔn) 折疊散熱器冷卻設(shè)置922實施例和鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816之間的比較僅在鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816的鰭片間距λ調(diào)整為使得在冷卻流體的給定總體積流速V下鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816上的總壓力降Δp1與折疊散熱器冷卻設(shè)置922上的總壓力降Δp2匹配的情況下才有意義；也就是說，在設(shè)置相等壓力降判斷標(biāo)準(zhǔn)的情況下才有意義 Δp1＝Δp2 (3) 為簡單起見，下標(biāo)i＝1和i＝2用于分別表示兩個散熱器設(shè)置816和922，由此這些設(shè)計在下面的數(shù)學(xué)分析中被稱為“設(shè)置1”和“設(shè)置2”。
對于兩個散熱器設(shè)置來說，總流速V假設(shè)為以在尺寸Ψ×H的整個面積上均勻的速度U0接近散熱器，其中U0和V之間的關(guān)系是 V＝U0ΨH(4) 在后一個等式中，參照圖11A， Ψ＝W+wCARD+2wDRAM。(5) 在示例性DIMM應(yīng)用中，wCARD＝1.27mm，wDRAM＝1.0mm。總壓力降Δpi是表面摩擦阻力分量Δpi，SKIN和形狀阻力分量Δpi，F(xiàn)ORM之和 Δpi＝Δpi，SKIN+Δpi，F(xiàn)ORM， (6) 其中表面摩擦阻力分量通過考慮經(jīng)過散熱器通道的長度的流量來計算，而形狀阻力分量通過考慮散熱器是具有一定百分比開放式區(qū)域的屏來計算的。依次考慮等式(6)右邊的兩項。
首先考慮Δpi，SKIN。對于圖11A中的散熱器設(shè)置1來說，Δp1，SKIN可以通過考慮經(jīng)過設(shè)置1的N-1個散熱器通道之一的流量來計算，如通過圖11A中的點ABCD限制的。假設(shè)總體積流速V在圖11A的N-1個相同通道之間平分，則每個通道的流量是 類似地，壓力降Δp2，SKIN可以通過考慮經(jīng)過設(shè)置2的3個散熱器通道的流量來計算，如通過圖11B中的點EFGJ所限制的。假設(shè)總體積流速V在圖11B的3個相同通道之間平分，則每個通道的流量是 在水力學(xué)中公知，任何流動通道的橫截面的一個重要特性是其水壓直徑d，其定義為4倍于其面積除以周長。橫截面ABCD的水壓直徑d1是 橫截面EFGJ的水壓直徑d2是 流過通道的流量的另一個公知特性是體積速度， 其中Ai是該通道的橫截面面積。通過考察圖11A和圖11B，在兩種情況下i＝1，2，每個通道的橫截面面積是 A1＝(λ-f)(W-2b)，(12) A2＝s(H-2t). (13) 流過通道的流量的另一個公知特性是無量綱雷諾數(shù)， 其中ρ是冷卻流體的密度，μ是粘度。
根據(jù)這些定義，不管是在設(shè)置1還是設(shè)置2中，每單位通道長度的壓力降都可以用公知形式寫成 其中等式(15)的最后一個因子假設(shè)Rei≤2300(即層流)，這對很多對本發(fā)明的示例性實施例感興趣的應(yīng)用都是成立的。
下面考慮Δp1，F(xiàn)ORM，即由形狀阻力產(chǎn)生的壓力降。對于諸如DIMM卡陣列的非立方體(non-solid body)來說，由于形狀阻力產(chǎn)生的壓力降可以由以下公式估計 其中對于散熱器設(shè)置i，θi是總橫截面面積中開放部分所占的分?jǐn)?shù)，K是對包括該“非立方體”的不同類型的陡峭對象來說不同的經(jīng)驗常數(shù)。對于圓形對象，K＝1.0；對于尖對象，K＝1.5。對于這里的數(shù)值結(jié)果，選擇中間值K＝1.25。K的選擇影響被視為產(chǎn)生與折疊散熱器相同的壓力降的鰭片式散熱器鰭片的數(shù)量N*。例如，在下面給出的b＝1.0mm和f＝0.50mm的數(shù)值示例中，當(dāng)W＝15mm時K從1.25變?yōu)?.50將鰭片式散熱器鰭片的數(shù)量減小了1，或者當(dāng)W＝5mm時減小了2。對于同樣的參數(shù)，當(dāng)W＝15mm和W＝5mm時K從1.25變?yōu)?.50將鰭片式散熱器鰭片的數(shù)量增加了1。
對于每個散熱器設(shè)置，θi計算為在尺寸Ψ×H的矩形內(nèi)的開放面積除以總面積ΨH。從圖11A和11B可知， 將等式(17)和(18)代入(16)即給出Δp1，F(xiàn)ORM，Δp2，F(xiàn)ORM。將等式(7)至(14)代入(15)即得到Δp1，SKIN和Δp2，SKIN。將這些值代入(3)和(6)所表示的相等壓力降等式，則 Δp1，SKIN+Δp1，F(xiàn)ORM＝Δp2，SKIN+Δp2，F(xiàn)ORM，(19) 產(chǎn)生鰭片間距λ的非線性算術(shù)等式，因為(19)的左側(cè)的兩項都是λ的函數(shù)。在給定流體特性μ，ρ以及給定一組尺寸W、H、b、f、c、t和g，該等式可以通過牛頓迭代法以數(shù)值方式求解，以求出在設(shè)置1中引起與設(shè)置2中折疊散熱器相同的壓力降的鰭片間距值λ。
對于這樣的計算，L和V也必須指定。用于對本發(fā)明示例性實施例感興趣的、用于存儲器系統(tǒng)并因此用于以下計算中的應(yīng)用的L的典型值是L＝100mm。用于對本發(fā)明示例性實施例感興趣的應(yīng)用的V的典型值從等式(4)V＝U0ΨH計算，其中行近流速U0典型的是2.0到3.0m/s。在下面的計算中，采用U0＝2.5m/s。
修改相等壓力降判斷標(biāo)準(zhǔn)以產(chǎn)生整數(shù)個鰭片 根據(jù)等式(19)選擇鰭片間距λ將確保冷卻設(shè)置1的壓力降與設(shè)置2的壓力降匹配。
但是應(yīng)當(dāng)記住λ實際上必須選擇為在等式(1)中產(chǎn)生N的整數(shù)。一般來說，從等式(19)中通過牛頓迭代法獲得的鰭片間距λ*將在等式(1)中產(chǎn)生非整數(shù)的值N*。因此，必須修改該數(shù)學(xué)解，以考慮最接近非整數(shù)值N*的兩個整數(shù)值N，其中根據(jù)等式(1)， 也就是說，代替N*，我們考慮 NA≡int(N*)NB≡int(N*)+1，(21) 因此根據(jù)等式(1)不是考慮λ*而是采用下面的兩個鰭片間距值 對應(yīng)于兩個鰭片間距解λA和λB，V1有兩個解。
水壓直徑d1有兩個解， 鰭片式散熱器通道的橫截面面積A1有兩個解， A1A＝(λA-f)(W-2b)，A1B＝(λB-f)(W-2b)； (25) 體積速度U1有兩個解， 雷諾數(shù)Re1有兩個解， 開放面積所占的分?jǐn)?shù)θ1有兩個解， 因此壓力降分量Δp1，SKIN和Δp1，F(xiàn)ORM有兩個解， 一方面，具有稍比滿足相等壓力降判斷標(biāo)準(zhǔn)(19)更大的鰭片間距的“A”解會導(dǎo)致壓力降Δp1A稍低于Δp2。另一方面，具有稍比滿足相等壓力降判斷標(biāo)準(zhǔn)(19)更小的鰭片間距的“B”解會導(dǎo)致壓力降Δp1B稍低于Δp2。也就是， Δp1A＜Δp2＜Δp1B.(31) 換句話說，分別具有整數(shù)個鰭片NA和NB＝NA+1的A和B解跨在只能通過非物理的、分?jǐn)?shù)個鰭片N*達(dá)到的理想、匹配壓力的解兩邊。
假設(shè)無限熱導(dǎo)率的熱性能的比較 設(shè)Ri是設(shè)置i(i＝1，2)中一個散熱器的對流熱阻抗。在兩種情況下假定散熱器由具有無限熱導(dǎo)率的材料制成(后面將取消該假設(shè))。這樣，所有的散熱器表面都處于相同溫度，從而設(shè)置i的對流熱阻抗是 i＝1，2， (32) 其中 Si≡設(shè)置i中兩個散熱器的總濕潤表面面積，(33) hi≡在濕潤面積Ai上平均的熱傳輸系數(shù)。
(34) 散熱器的熱性能通過其對流熱阻抗來測定；較低的熱阻抗是較優(yōu)的，因為其導(dǎo)致散熱器所冷卻的生熱部件的溫度更低。因此，折疊散熱器設(shè)置2與鰭片式散熱器設(shè)置1相比的優(yōu)良指數(shù)β是 其中后一個等式由于對于配置i來說從環(huán)境空氣到生熱器件的溫度升高ΔTi基本上直接與對流熱阻抗Ri成正比而成立。
如果β＞1，則折疊散熱器設(shè)置2具有優(yōu)于鰭片式散熱器設(shè)置1的熱傳輸(更低的熱阻抗)；如果β＜1則相反。
如果散熱器通道中的流是層流，如上面結(jié)合等式(15)所假設(shè)的，則平均熱傳輸系數(shù)之比hi可以估計為 i＝1，2.(36) 其中冷卻流體的一個特性-Prantdl數(shù)Pr例如對室溫條件下的空氣來說是0.7。因此，等式(35)中的熱傳輸系數(shù)之比由下式給出 其中等式(37)中的第二個等式是從等式(14)獲得的，等式(37)中的第三個等式從等式(7)和(8)獲得。由此將等式(37)代入等式(35)得到 通過考察圖11A，在傳統(tǒng)的鰭片式散熱器設(shè)置1中兩個散熱器的每單位流長度L的濕潤表面面積S是 類似地，通過考察圖11B，在新穎的折疊散熱器設(shè)置2中兩個散熱器的每單位流長度L的濕潤面積是 注意，由于兩個鰭片間距的解λA和λB以及對應(yīng)的兩個整數(shù)值N，即NA和NB，存在兩個對應(yīng)的值S1標(biāo)注為S1A和S1B并且定義為 由此存在優(yōu)良指數(shù)β的兩個解 假設(shè)有限熱導(dǎo)率的熱性能的比較 上一節(jié)假定圖11A和11B中的散熱器具有無限熱導(dǎo)率，從而產(chǎn)生等式(32)。對于本發(fā)明示例性實施例感興趣的條件，即小的W，該假設(shè)對傳統(tǒng)鰭片式散熱器設(shè)置1中的第一鰭片式散熱器1136和第二鰭片式散熱器1141是合理的，因為散熱器鰭片1138短到足以讓例如由銅制成的散熱器接近等溫。但是，該假設(shè)對于散熱器設(shè)置2的示例性實施例中的第一折疊散熱器1144或第二折疊散熱器1145來說不合理，因為對于典型的尺寸來說通過第一折疊散熱器1144從基部1146到臂狀物1148的熱路徑(以及類似的通過第二折疊散熱器1145從基部1149到臂狀物1151的熱路徑)比較長，從而即使散熱器1144、1145由銅制成也不可能等溫。
因此，對于設(shè)置2假設(shè) S21≡兩個散熱器的基部1142、1145的濕潤面積，(45) S22≡兩個散熱器的臂狀物1143、1146和腿狀物1144、1147的濕潤面積，(46) 其中通過考察圖11A，每單位流長度L的濕潤面積是 對流熱阻抗R2可以視作并聯(lián)的兩個阻抗；即阻抗R21與濕潤面積S21關(guān)聯(lián)，阻抗R22與濕潤面積S22關(guān)聯(lián)。每個臂狀物和毗連的肩狀物都作為具有鰭片效率η的鰭片來對待，其中 利用針對并聯(lián)阻抗的公式，設(shè)置2中兩個散熱器的總熱阻抗可以寫成 因此，優(yōu)良指數(shù)β由以下代替等式(35)的等式給出 利用等式(37)和導(dǎo)致等式(43)和(44)的論述，上述后面兩個等式在有限熱導(dǎo)率的情況下用以下等式代替 為了計算與肩狀物1147和毗連臂狀物1148(或者肩狀物1150和毗連臂狀物1151)關(guān)聯(lián)的“鰭片效率η”，將每個臂狀物和肩狀物作為一個連續(xù)的鰭片，其具有周長 P≡2(L+t)，(54) 橫截面面積 Across＝Lt，(55) 以及熱流路徑長度 鰭片效率η的公知表達(dá)式是 將等式(54)、(55)和(56)代入(57)，并注意h的相關(guān)值是h2，從而產(chǎn)生 將等式(36)代入等式(58)得到 將等式(14)和(8)代入等式(59)得到 注意其中α是流體的熱擴散率，從而得到 將(61)代入(57)，然后將(57)代入(52)和(53)得到根據(jù)公知量的優(yōu)良指數(shù)βA和βB的完整解。
數(shù)值算法(有限熱導(dǎo)率)的概述 下面是實現(xiàn)上述解的數(shù)值算法的概述 步驟0選擇表現(xiàn)出流體特性ρ、μ、Pr和α的流體。
步驟1選擇尺寸H、f、W、b、t、c、g和L以及U0的值。
步驟2計算等式(2)給出的s＝(W-4t)/3。
步驟3通過對等式(19)采用牛頓迭代法求出λ*。
步驟4從等式(20)計算N*；從等式(21)計算NA和NB。
步驟5從等式(22)計算鰭片間距λA和λB。
步驟6從等式(10)和(24)計算水壓直徑d2、d1A、d1B。
步驟7從等式(13)和(25)計算橫截面面積A2、A1A、A1B。
步驟8從等式(40)和(41)、(42)計算每單位長度的濕潤面積S2/L、S1A/L、S1B/L。
步驟9從等式(60)計算Ψ。
步驟10利用等式(57)計算設(shè)置2的鰭片效率η。
步驟11利用步驟4中計算的NA和NB、步驟6中計算的水壓直徑值、步驟7中計算的橫截面面積值、步驟8中計算的每單位長度濕潤面積值以及步驟10中計算的鰭片效率η值，從等式(52)和(53)計算優(yōu)良指數(shù)βA和βB。
數(shù)學(xué)分析的示例結(jié)果 作為示出本發(fā)明采用折疊散熱器的示例性實施例的優(yōu)點的上述數(shù)學(xué)分析的例子，考慮以下在上面等式中出現(xiàn)的各種參數(shù)的值。這些值是因為它們與典型DIMM卡的空氣冷卻相關(guān)而被選擇的 流體特性 空氣的熱擴散率α＝2.25×10-5[m2/s] 冷卻流體(空氣)的熱導(dǎo)率kFLUID＝0.026[W/mK] 粘度(空氣)μ＝18.46×10-6[Pa-s] 密度(空氣)ρ＝1.16[kg/m3] 鰭片式散熱器和折疊散熱器的參數(shù) 行近流速U0＝2.5[m/s] 總高度H＝38.0[mm] 總寬度W用作圖8-13的橫坐標(biāo)；5.0mm≤W≤15.0mm 散熱器流長度L＝100[mm] 電路卡的厚度wCARD＝1.27[mm] DRAM的厚度wDRAM＝1.0[mm] 等式(16)中的形狀阻力常量K＝1.25[--] 鰭片式散熱器的參數(shù) 鰭片厚度f圖12-17所示的每個圖中，為f＝0.50，0.75，1.00，1.25mm給出曲線。
基部厚度b對圖12和15，b＝0.75mm；對圖13和16，b＝1.00mm；對圖14和17，b＝1.25mm。
鰭片空隙c＝1.0[mm] 折疊散熱器的參數(shù) 片狀金屬厚度t＝0.3mm 折疊散熱器間隙g＝2.0mm 圖12-14示出如等式(52)給出的、本發(fā)明示例性實施例如折疊散熱器冷卻設(shè)置922與傳統(tǒng)鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816比較時的優(yōu)良指數(shù)βA，其中后一種設(shè)置的每一個散熱器都具有NA≡int(N*)個鰭片，使得通過第一鰭片式散熱器1136和第二鰭片式散熱器1141的壓力降比通過第一折疊散熱器1144和第二折疊散熱器1145的壓力降稍小。由此通過βA代表的比較表明折疊散熱器比較有利。
圖15-17示出如等式(53)給出的的優(yōu)良指數(shù)βB，其中鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816的每一個散熱器都具有NR≡int(N*)+1個鰭片，使得通過第一鰭片式散熱器1136和第二鰭片式散熱器1141的壓力降剛好比通過第一折疊散熱器1144和第二折疊散熱器1145的壓力降稍大。由此通過βB代表的比較表明鰭片式散熱器比較有利。
為了解釋圖12-17，回想等式(35)，其表明通過圖11A中的鰭片式散熱器冷卻的生熱器件的溫度上升ΔT1是通過圖11B中的折疊散熱器冷卻的相同器件的溫度上升ΔT2的β倍。因此，當(dāng)優(yōu)良指數(shù)βA和βB中有一個大于1時，折疊散熱器冷卻設(shè)置922的示例性實施例就提供比鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816更好的冷卻(更低的器件溫度)。因此，圖12-17證明本發(fā)明的折疊散熱器對于被其覆蓋的大多數(shù)參數(shù)空間較優(yōu)，因為對橫坐標(biāo)W和參數(shù)b和t的大多數(shù)值來說βA和βB都大于1。具體地說，當(dāng)散熱器可用的總寬度W小時，本發(fā)明的折疊散熱器特別有利，隨著b和f的增加該優(yōu)點變得越來越突出，因為大的b和f消耗了鰭片式散熱器設(shè)置的表面面積。在通過W→2b+c定義的極限情況下，圖11A中的鰭片1138的高度(x維)1/2[W-(2b+c)]接近0。在這種情況下，折疊散熱器設(shè)置2(圖11B)具有大致是鰭片式散熱器設(shè)置3倍的濕潤面積，從而很明顯折疊散熱器提供更佳的冷卻。
圖12-17證明優(yōu)良指數(shù)βA和βB不僅是W的強函數(shù)，而且還是假設(shè)的鰭片式散熱器基部厚度b和鰭片厚度f的強函數(shù)。實際上，利用圖12-17中使用的參數(shù)組，稍大于b＝1.25mm的基部厚度值甚至不能使用所示出的大部分W值得到βA和βB的數(shù)學(xué)解，因為不能滿足相等壓力降判斷標(biāo)準(zhǔn)(19)。在這種情況下，鰭片式散熱器甚至在無限鰭片間距λ(也就是甚至N＝0個鰭片)的情況下也無法達(dá)到象折疊散熱器那么低的壓力降，因為甚至在沒有任何鰭片的情況下，鰭片式散熱器的基部本身已經(jīng)遮擋了太多的面積。本發(fā)明的示例性實施例利用了用于折疊散熱器的薄片狀金屬(在該數(shù)值示例中使用t＝0.3mm)比具有非常薄基部和鰭片的鰭片式散熱器更容易得到的優(yōu)點。實際上，盡管在該示例中采用的最小值f＝0.5mm精確地反映了鰭片式散熱器類型的當(dāng)前狀態(tài)，在此采用的b的最小值(b＝0.75mm)仍小于當(dāng)前現(xiàn)有技術(shù)中可能的值，甚至所采用的b的最大值(b＝1.25mm)也很難用低成本手段如擠壓來達(dá)到。而且，不管制造上的限制如何，折疊散熱器的固有形狀也使得折疊散熱器在W很小時優(yōu)于鰭片式散熱器。
圖12-17所示出的寬度W的范圍因為以下原因?qū)IMM卡的應(yīng)用是合理的。W通過等式(5)與DIMM卡間距Ψ相關(guān)，其中典型的值是wCARD＝1.27mm和wDRAM＝1.0mm?，F(xiàn)有技術(shù)的DIMM封裝要求Ψ＝10mm或更小，因此W＝6.73mm或更小，該值接近圖14-17的右手側(cè)，在此折疊散熱器是最有利的。
圖12-17所示的曲線的非連續(xù)特性是必須將NA限制為整數(shù)的結(jié)果，如上面結(jié)合等式(20)所解釋的。為了量化圖12-14中的非連續(xù)性，由該數(shù)學(xué)解指出的鰭片的數(shù)量NA寫在f＝0.50mm和f＝1.25mm的兩條曲線的不同區(qū)段上。類似地，在圖15-17中，鰭片的數(shù)量NB＝NA+1寫在類似的兩條曲線上。
在圖14和17中，曲線具有奇特的形狀。例如在f＝0.50的圖14中，曲線非連續(xù)地下降，然后又上升，這對應(yīng)于從4個鰭片(5.6≤W≤7.2)變?yōu)?個鰭片(7.3≤W≤8.1)然后又變4個鰭片(8.2≤W≤15.0)。其原因可以通過對涉及圖14和圖17的參數(shù)，即對不同的NA值的Δp1對W繪圖，并且在該圖上覆蓋Δp2對W的類似曲線上來理解。后一個曲線比前一個曲線更凹，因此隨著W增加，Δp2曲線首先在一個方向上與曲線Δp1交叉，然后在另一個方向上與曲線Δp1交叉。由于該數(shù)學(xué)解選擇鰭片個數(shù)來滿足等式(31)，因此這種十字交叉(criss-crossing)特性當(dāng)然會產(chǎn)生圖14和17所示的奇特結(jié)果。
折疊散熱器的其它變形 圖18示出示例性折疊散熱器的一個變形1852，其中每一個臂狀物1027都由一系列交替的縫隙1853和小片(tab)1854組成。類似的技術(shù)可用于在此描述的其它折疊散熱器。每個小片1854優(yōu)選以其局部冷卻的DRAM上方為中心。狹窄的縫隙1853只稍微降低臂狀物1027的總濕潤表面面積，但是可以在小片1854的剩余表面上達(dá)到更好的對流熱傳輸，因為在臂狀物1027上流動的空氣1855的邊界層在每個小片1854的前緣1856重新開始，從而可能導(dǎo)致比沒有縫隙時更高的熱傳輸系數(shù)，雖然要以稍高的壓力降為代價。
圖19A、19B、19C示出示例性折疊散熱器設(shè)置的變形1957，其中折疊散熱器冷卻設(shè)置922中的前折疊散熱器923和后折疊散熱器924被冷卻DIMM電路卡503上生熱器件的各種更小的子集的分段散熱器所代替。具體地說，前折疊散熱器923被兩個前DRAM折疊散熱器1958和一個集線器芯片折疊散熱器1959所代替。類似地，后折疊散熱器924被兩個后DRAM折疊散熱器1960所代替。在DIMM電路卡503的前面，該分段散熱器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是雙重的首先集線器芯片507可以在故障情況下被單獨到達(dá)(access)，而不會干擾DRAM上的散熱器。其次，前端的前DRAM折疊散熱器1958和集線器芯片折疊散熱器1959比前折疊散熱器923的結(jié)構(gòu)簡單，因為小散熱器不包含用于容納可能不同厚度的DRAM和集線器的不共面的DRAM段1032和集線器芯片段1033(圖10B)。在DIMM卡的背面，具有兩個更小后DRAM折疊散熱器1960相對于一塊后折疊散熱器924的優(yōu)點在于，以更低的熱對流面積為代價，更小的后DRAM折疊散熱器1960暴露出集線器芯片507的背面，由此允許通過在模塊和/或系統(tǒng)測試過程中通過接觸進(jìn)行集線器芯片的電探測，以及故障的診斷測試，如果需要的話。
圖20A、20B和20C示出圖19所示的示例性折疊散熱器設(shè)置1957的變形。在圖20所示的混合冷卻設(shè)置2061中，集線器芯片折疊散熱器1959被小的鰭片式集線器芯片散熱器2062代替。折疊和鰭片式散熱器的混合使用在可用于集線器散熱器的x尺寸2063(圖20C所示)大到足以讓鰭片式集線器芯片散熱器2062勝過相等尺寸的折疊散熱器時是合適的，而可用于DRAM散熱器的更小的x尺寸2064使得前DRAM折疊散熱器1958勝過相等尺寸的鰭片式散熱器。示例性的實施例包括疊層存儲器件結(jié)合一個或多個集線器的使用，疊層存儲器件通常會導(dǎo)致部件高度與平面存儲器件相比增大。
圖21示出可由本發(fā)明示例性實施例實現(xiàn)的折疊散熱器的兩個變形，例如圖9示出的。在第一變形中，皺褶式散熱器2165由一塊折疊片狀金屬制成，包括基部2166以及多個皺褶，每個皺褶包括上升部2167、頂部2168、下降部2169和(除了最大負(fù)值z的皺褶之外)底部(foot)2170。每個底部2170與基部2166接觸以保證它們之間良好的熱接觸。因此，該皺褶形成n個閉合氣流通道2171，每個通道由基部2166、一個上升部2167、一個頂部2168和一個下降部2169界定。皺褶還形成n-1個開放的氣流通道2172，每個通道2172在三個側(cè)面上由基部2166、一個上升部2167和一個下降部2169包圍。片狀金屬折疊的順序通過注意到該片狀金屬在基部2166的-y邊緣具有第一端2173，在-z最遠(yuǎn)端下降部2169的+x邊緣上具有第二端，使得片狀金屬的兩端在轉(zhuǎn)角2174相遇來解釋。皺褶式散熱器2165的示例性實施例提供對流表面(例如基部2166、上升部2167、頂部2168和下降部2169)，其中比折疊散熱器如前折疊散熱器923或后折疊散熱器924的臂狀物1027更短的熱路徑長度將該對流表面連接到熱源(即DRAM)，從而皺褶式散熱器2165的有效鰭片效率η高于折疊散熱器923和924的鰭片效率η。此外，皺褶式散熱器2165利用開放通道2172提供簡化的附著，這可用于容納在散熱器和生熱器件之間施加力以達(dá)到散熱器和生熱器件之間良好的粘附接觸的工具。此外，皺褶式散熱器2165比具有片狀金屬的懸臂折層(fold)的折疊散熱器923和924更高低不平，該懸臂折層可能無意中會彎曲。
圖21的示例性實施例包括折疊散熱器，如用于冷卻生熱器件的皺褶式散熱器2165。皺褶式散熱器2165包括基本上平坦的基部2166，用于以熱接觸的方式附著到生熱器件的基本上平坦的暴露表面上。皺褶式散熱器2165還包括多個與基部2165接觸的皺褶，用于形成閉合的氣流通道。每個皺褶包括上升部2167、頂部2168、下降部2169和底部2170。上升部2167具有近端和遠(yuǎn)端。上升部2167的近端從基部2166基本上以直角伸出。頂部2168具有近端和遠(yuǎn)端，其中頂部2168的近端從上升部2167的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出。下降部2169具有近端和遠(yuǎn)端，其中下降部2169的近端從頂部2168的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出并朝著基部2166延伸。與基部2165平行并與之接觸的底部2170具有近端和遠(yuǎn)端，其中底部2170的近端從下降部2169的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出。底部2170的遠(yuǎn)端和下一個上升部2167的近端接觸。皺褶式散熱器2165由連續(xù)的金屬片材形成。
圖21還示出可由本發(fā)明的示例性實施例實現(xiàn)的第二折疊散熱器變形多個小DRAM散熱器2175覆蓋相同數(shù)目的DRAM，使得每個散熱器恰好覆蓋一個DRAM。每個小DRAM散熱器2175是前DRAM折疊散熱器1958的縮微版。示出了九個這樣的小DRAM散熱器2175的陣列。與前DRAM折疊散熱器1958相比，這些小DRAM散熱器2175在幾個DRAM沒有共面的上表面時是更有利的，因為這樣一來前DRAM折疊散熱器1958和該幾個DRAM之間的粘附層無法在每個位置都像期望的那么薄以最小化導(dǎo)熱阻抗。相反，覆蓋單個DRAM的每個小DRAM散熱器2175可以將其自身適應(yīng)于該散熱器所覆蓋的DRAM，并由此實現(xiàn)具有最小導(dǎo)熱阻抗的薄粘附層。小DRAM散熱器2175的一個缺點是多個小DRAM散熱器必須組裝起來，由此導(dǎo)致更高的制造成本。
圖22示出可由本發(fā)明的示例性實施例實現(xiàn)的第三折疊散熱器變形類似于皺褶式散熱器2165的皺褶式蓋帽散熱器2276，不同之處在于散熱器2276中的片狀金屬沒有在邊緣2173結(jié)束；而是該片狀金屬在朝著-x方向的折層中繼續(xù)下去，由此形成附加的上升部或下降部2277，并進(jìn)一步在朝著+z方向的折層中繼續(xù)下去以形成平行于基部2166的蓋子2278，并且延伸到蓋帽散熱器2276的整個z維。蓋子2278與每個頂部2168接觸以保證它們之間良好的熱接觸。蓋帽散熱器2276比未蓋帽的皺褶式散熱器2165更為有利，因為蓋子2278在其封閉原本未閉合的通道的地方提供了附加的濕潤面積2279，因此蓋子提供了更低的對流熱阻抗。但是在某些應(yīng)用中，蓋帽散熱器2276與皺褶式散熱器2165相比可能是不利的，因為蓋帽散熱器2276可能具有太高的壓力降。
圖23示出可由本發(fā)明的示例性實施例實現(xiàn)的另一前折疊散熱器923的變形不易碎(crush resisant)的折疊散熱器2380，其每個臂狀物1027都通過添加多個指狀物(finger)2381而被防止偶然朝著基部1025偏斜。每個指狀物2381相對于一個臂狀物1027基本上以直角伸出并朝著基部1025延伸，而且每個指狀物恰好長到足以幾乎接觸基部1025。因此，施加在+x方向上的諸如F的力不會導(dǎo)致臂狀物1027實質(zhì)上的偏斜。
多個指狀物2381有效地將不易碎的折疊散熱器2380的氣流開口EFGJ(圖11B)分為兩個氣流通道2382，每一個通道在不易碎的折疊散熱器2380的DRAM段1032中具有s1×r的尺寸，在不易碎的折疊散熱器2380的集線器芯片段1033中具有s2×r的尺寸。但是，從空氣動力學(xué)的角度來看，這兩個氣流通道2382不是分離的；它們通過從每個臂狀物1027延伸出去的多個指狀物2381之間的空隙彼此連通，并因此在空氣動力學(xué)上看起來就像一個未分開的通道。這樣，多個狹窄的指狀物2381優(yōu)于單個寬的指狀物，因為中間具有空隙的狹窄指狀物2381保留了折疊散熱器的低壓力降，而單個寬的指狀物將增大該壓力降，因為這樣的話圖11B中的開口EFGJ會被真的分成兩半，從而導(dǎo)致更小的水壓直徑。
在圖23中，可以施加給每個指狀物2381而不使該指狀物彎曲的力F的最大值Fmax通過公知的適用于固定自由柱狀物的歐拉彎曲公式給出， 其中E是指狀物材料的楊氏模量，I是a乘t矩形橫截面的面積轉(zhuǎn)動慣量，其中I＝at3/12。因此， 適用于DIMM冷卻應(yīng)用的典型值是E＝70Gpa(鋁)，a＝5mm，s＝2.5mm，t＝0.3mm，因此Fmax＝311N＝70lb。這是很大的力，表明在諸如操作或裝運的典型情況下該結(jié)構(gòu)非常不可能由于指狀物2381的彎曲而出現(xiàn)故障。
可以施加給每個指狀物2381而不使該指狀物被壓縮的最大力FY由下式給出 FY＝σYA，(64) 其中σY是材料的屈服應(yīng)力，A是該指狀物的橫截面面積。
對于稱為“5052”的可彎曲鋁合金來說，σY＝90Mpa。對于上面給出的典型尺寸，A＝at＝1.5E-6m2，因此FY＝135N＝30lb。FY小于Fmax，這意味著指狀物2381會在彎曲之前屈服。但是FY仍然很大，因此指狀物2381在諸如搬運或裝運的典型情況下不太可能被其它機械結(jié)構(gòu)損壞。
向前折疊散熱器923添加指狀物2381以產(chǎn)生不易碎的散熱器2380(類似地，向后折疊散熱器924添加這樣的指狀物2381)排除了前面結(jié)合圖10A描述的掃帚形狀的工具1028的使用。圖24示出包括兩個叉2484的U形工具2483，該叉通過縫隙2485分開并且該U形工具2483可以插入到前折疊散熱器923的+y端，另一方面，相同的U形工具2483可以插入前折疊散熱器923的-y端。對于兩個U形工具2483中的每一個，兩個叉2484跨騎兩行指狀物2381，并且合適地配合到兩個氣流通道2382中。也就是說，每個叉2484的x維尺寸s1*稍小于將基部1025與前折疊散熱器923的DRAM段1032中的臂狀物1027分立的內(nèi)尺寸s1(圖23)。在其開口端，叉具有嵌接的底表面，從而造成容納前折疊散熱器923的集線器芯片段1033中的臺階的x維尺寸s2*減小，如前面結(jié)合圖10B所述。
最后，每個叉2484的z維尺寸r*稍小于將肩狀物1026與指狀物2381分開的內(nèi)尺寸r(例如參見圖23)。由此，U形工具2483的叉2383很容易在不易碎的散熱器2380的氣流通道2382中滑動。但是，由于臂狀物1027和U形工具2483之間的x方向上的空隙s1-s1*很小，因此最適宜強度的壓力分布p1(y，z)(圖24)通過產(chǎn)生臂狀物1027的輕微偏斜而封閉了該空隙，由此允許壓力分布p1(y，z)經(jīng)過U形工具2483的厚度、經(jīng)過散熱器基部1025并最后經(jīng)過將不易碎的散熱器2380結(jié)合到DRAM上的粘附層傳遞。由于該壓力由此傳遞給粘附層，而且所施加的壓力分布p1(y，z)的yz變化由于U形工具2483的厚度而在粘附層中被均勻化，獲得具有低熱阻抗的薄的、均勻的粘附層。
如果集線器芯片段1033中的臂狀物1027與DRAM段1032中的臂狀物不共面，而是為了容納厚的集線器芯片而朝著-x方向移位(在圖24中向上)，則U形工具2483和集線器芯片段1033中的散熱器臂狀物1027之間的x空隙將不再小。因此不可能在集線器芯片段1033中將壓力p2經(jīng)過散熱器臂狀物1027傳遞給U形工具2483并因此傳遞給散熱器基部1025下面的粘附層，因為臂狀物1027和工具2483之間的大的x空隙無法通過臂狀物1027的輕微偏斜來閉合。因此，可能需要對集線器芯片段1033中的兩個臂狀物1027的每一個臂狀物打上多個孔2586，使得在粘附層中獲得良好結(jié)合所需要的壓力p2可以經(jīng)過這些孔直接施加在U形工具2483的上表面。
圖25示出可由本發(fā)明的示例性實施例實現(xiàn)的前折疊散熱器923的另一變形箱形梁散熱器2587，其中臂狀物2588基本上與基部2589相同長度，使得指狀物2590在肩狀物2591的附近基本上覆蓋肩狀物2591。圖25還對比地示出縮短的不易碎的散熱器2592，其類似于不易碎的折疊散熱器2380，不同之處在于其只覆蓋一組前DRAM 506。箱形梁散熱器2587由于其簡單的形狀可以由折疊片狀金屬(這樣的具有薄壁的形狀不能很容易地擠壓出)廉價地形成而變得有利。但是，箱形梁散熱器2587與縮短的不易碎的散熱器2592相比有不利之處，即因為肩狀物2591沒有連接到臂狀物2588，只提供一條從基部2589到臂狀物2588的高熱導(dǎo)率導(dǎo)熱路徑2593。相反，不易碎的散熱器2592具有兩個從基部2596到臂狀物2597的高熱導(dǎo)率路徑2594和2595。由此箱形梁散熱器2587在熱性能上比不易碎的散熱器2592差。箱形梁散熱器2587的熱弱勢可以通過將指狀物2580焊接或銅焊到肩狀物2591來消除，但是這樣做會顯著增加大批量制造時的制造成本。因此，盡管箱形梁散熱器2587具有簡單的形狀，不易碎的散熱器2592還是優(yōu)選的。
與傳統(tǒng)的散熱器相比，在此公開的折疊散熱器示例性實施例的優(yōu)點之一是折疊散熱器非常不容易形成散熱器金屬到下面的電路卡503上的電路部件的暴露金屬的電短路。該優(yōu)點適用于在此公開的所有折疊散熱器實施例，包括上面的923(圖9A)、924(圖9B)、1852(圖18)、1958(圖19A)、1960(圖19B)、2165(圖21)、2175(圖21)、2278(圖22)和2380(圖23)。例如，圖26A示出扁平散熱器713和其冷卻的下面的電路卡503的視圖；圖26示出與諸如前折疊散熱器923的折疊散熱器示例性實施例相同的視圖。實際上，電路卡503的表面上的電部件，如表面安裝電容器2687通常具有非?？拷崞鞯南卤砻娴膸щ姷慕饘俸更c2688；即在圖26A的情況下是扁平散熱器713的下表面2689，或者在圖26B的情況下是前折疊散熱器923的下表面2690。傳統(tǒng)的扁平散熱器713的對流表面714不能抵御導(dǎo)致其下表面2689偏移成與金屬焊點2688電接觸的力，由此導(dǎo)致不期望的電短路和可能的電路故障。相反，前折疊散熱器923的對流表面1025受到拱形臂狀物1027的保護(hù)，從而可以抵御使其偏移的力。作用在臂狀物1027上的力傳遞給肩狀物1026，這提供了硬度。由此，折疊散熱器的示例性實施例非常不容易產(chǎn)生到諸如電容器2687的附近電部件的電短路，這是本發(fā)明實施例的一個重要的實踐優(yōu)點。
與很多傳統(tǒng)的鰭片式散熱器相比，在此公開的新穎散熱器的另一個優(yōu)點在于可以在任一個臂狀物如前折疊散熱器923的臂狀物1027(圖9A)、后折疊散熱器924的臂狀物1027(圖9B)或不易碎的折疊散熱器2380的臂狀物1027(圖23)上容納粘附性的標(biāo)識標(biāo)記。在DIMM工業(yè)中，例如表明DIMM及其組成部分DRAM的特性的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)記是多達(dá)31個字符的序列，如“1GB 1Rx4 PC2-3200F-333-10-C0”，它們用小到8個點的類型打印，在這種情況下該標(biāo)記的尺寸大約是5×45mm。當(dāng)DIMM在x方向上嚴(yán)密包裝時，該尺寸的標(biāo)記不適用于傳統(tǒng)鰭片式散熱器的任何暴露表面，因為鰭片式散熱器的x尺寸太小以致于不能在任何鰭片上放置標(biāo)記。但是，5×45mm的標(biāo)記很容易安裝在新穎折疊散熱器的任何一個外臂狀物1027上，由此滿足工業(yè)標(biāo)記要求。注意這樣的標(biāo)記沒有明顯改變散熱器的熱性能，因為它只占據(jù)散熱器的對流面積的大約2％。還要注意上面給出的該標(biāo)記的尺寸和內(nèi)容只是示例，是可以改變的。
與傳統(tǒng)的扁平散熱器713相比，在此公開的新穎折疊散熱器的另一個優(yōu)點是在為了重做和診斷探測的目的而可能被移除的情況下。移除可以利用U形工具2483(圖24)作為杠桿來完成，從而繞z軸施加扭矩以便將散熱器從下面的DIMM和集線器芯片撬起來?？商鎿Q地，U形工具2483可以用作扳手，從而繞x軸施加扭矩以便使散熱器圍繞下面的芯片扭轉(zhuǎn)，由此導(dǎo)致粘附結(jié)合的失效。在任何一種情況下，為了增加扭矩，期望U形工具2483在y方向上做得比圖24所示的要長。優(yōu)選的移除技術(shù)取決于將散熱器結(jié)合到芯片的粘附層。利用U形工具2483，如果粘附層是典型的熱帶如Chomerics T412則移除是比較容易的。注意傳統(tǒng)的扁平散熱器713無法經(jīng)受這樣的移除技術(shù)，因為其扁平結(jié)構(gòu)不能容納必要的工具。
比較冷卻設(shè)置922和816的數(shù)值模擬 為了進(jìn)一步證明當(dāng)W小時折疊散熱器冷卻設(shè)置922比傳統(tǒng)的鰭片式散熱器冷卻設(shè)置816優(yōu)越，可以采用本領(lǐng)域公知的計算流體動態(tài)模擬(CFD)。這些模擬求解支配流體的質(zhì)量、動量和能量傳輸?shù)墓仁?連貫性，Navier-Stokes和能量)，以及支配固體中熱傳導(dǎo)的等式。該結(jié)果預(yù)測流體中的速度、壓力和溫度場，以及固體如熱源(例如集線器芯片和DRAM)中的溫度分布。在此報告的CFD模擬是利用FluentCorporation許可的計算機程序“Icepak”來進(jìn)行的。CFD模擬在此用于兩個目的 (1)為了驗證針對圖11的簡單幾何形狀由圖12-17舉例示出的數(shù)學(xué)解，由此針對該簡單幾何形狀證明在W小時折疊散熱器1144、1145比鰭片式散熱器1136、1141優(yōu)越。
(2)為了調(diào)查更為復(fù)雜的、實際的幾何形狀，如具有集線器芯片507和多個DRAM的DIMM電路卡503，其中集線器芯片507和DRAM具有不同的厚度，從而產(chǎn)生圖10B所示的前折疊散熱器923。這些情況中的數(shù)值結(jié)果針對比簡單幾何形狀更為實際的幾何形狀證明在W小的應(yīng)用中，折疊散熱器優(yōu)于鰭片式散熱器。
對簡單幾何形狀的數(shù)學(xué)解的CFD模擬的比較 對于鰭片式散熱器基部厚度b＝1.00mm和鰭片厚度f＝0.50mm，圖27用寬度W的函數(shù)將βA和βB的數(shù)學(xué)解(分別作為圖13和圖16中的最低曲線示出)與使用相同的所有參數(shù)值的數(shù)值CFD模擬比較，所有參數(shù)值都在前面的“數(shù)學(xué)分析的示例結(jié)果”一節(jié)中列出。該數(shù)學(xué)結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果一致，從而對兩種技術(shù)都給予信任，而且證明對于重要的應(yīng)用如嚴(yán)密間隔的DIMM來說，本發(fā)明折疊散熱器的示例性實施例與傳統(tǒng)的鰭片式散熱器相比更為有利。
對于寬度W＝6.7mm和鰭片式散熱器鰭片厚度f＝0.50mm來說，圖28針對鰭片式散熱器基部厚度b的3個值比較βA和βB的數(shù)學(xué)解和數(shù)值模擬解。所有其它參數(shù)都與圖27的相同。在此，數(shù)學(xué)解表現(xiàn)出比數(shù)值解更依賴于b，但是當(dāng)W小時都得到基本的結(jié)論β＞1，因此兩種方法都清楚地確認(rèn)在這些應(yīng)用中折疊散熱器更為優(yōu)越。
針對更實際幾何形狀的CFD模擬 為了模擬更復(fù)雜和更實際的幾何形狀，如具有集線器芯片和多個DRAM的DIMM卡，采用以下假設(shè)行近空氣速度U0＝3m/s；進(jìn)入空氣溫度＝25℃；DIMM卡尺寸x×y×z＝1.27×133.35×38mm；DRAM卡間距Ψ＝11mm；DRAM尺寸x×y×z＝1.2×11.0×11.5mm；集線器芯片尺寸x×y×z＝19.5×23.5×2.25mm；每個DIMM卡有40個DRAM，每個0.35W；每個DIMM卡有一個6W的集線器芯片，因此每個DIMM卡的總功率是20W。在這些假設(shè)下模擬以下4種情況 情況1圖6所示的配置，包括在集線器芯片507上的傳統(tǒng)集線器芯片鰭片式散熱器817和在DRAM 506、509上沒有散熱器。鰭片式散熱器參數(shù)(使用圖11A的標(biāo)注)是b＝1.25mm，f＝0.62mm，λ＝2.625mm，散熱器總尺寸(x×y×z)＝19.5×29.5×5.35mm。
情況2圖7所示的扁平散熱器冷卻設(shè)置712，在集線器芯片507和DRAM 506、509上包括現(xiàn)有技術(shù)的單片扁平散熱器713。片狀金屬厚度是0.8mm。
情況3圖9所示的折疊散熱器冷卻設(shè)置922，在前DRAM 506和集線器芯片507上包括新穎的前折疊散熱器923，在后DRAM 509上包括后折疊散熱器924。片狀金屬厚度是0.3mm。
情況4圖20所示的配置，在前DRAM 506和后DRAM 509上分別包括新穎的折疊散熱器1958、1960，在集線器芯片507上包括傳統(tǒng)的鰭片式散熱器2062。片狀金屬厚度是0.3mm。
這4種情況的結(jié)果總結(jié)在圖29所示的表格中；每種情況的細(xì)節(jié)在圖30-33中以圖形示出。
圖29證明對于DIMM電路卡503的實際模型，就像數(shù)學(xué)考察的簡單模型一樣在此公開的折疊散熱器使得DRAM和集線器芯片的溫度明顯低于傳統(tǒng)的散熱器。假定ΔT是高于25℃空氣進(jìn)入溫度的溫度上升。該表格最右邊的3列分別給出在DIMM卡503的正表面505上的DRAM芯片506、DIMM卡503的后表面508上的DRAM芯片509以及DIMM卡503的正表面505上的集線器芯片507所經(jīng)歷的ΔT的最大值。該表格的行對應(yīng)于上述情況1到情況4所示的四種不同散熱器設(shè)置。表格的第二列指出示出這4種散熱器設(shè)置的幾何形狀的圖編號；第4和第5列指定每種情況中使用的散熱器的類型。
如圖29的第三列所示，圖30-33分別示出情況1-4的數(shù)值模擬的一些細(xì)節(jié)。在每張圖中，上面的圖形是位于DIMM卡503的正表面505上的前DRAM芯片506和集線器芯片507的朝著+x方向看去的示意圖，而下面的圖形是位于DIMM卡503的后表面508上的后DRAM芯片509的同樣朝著+x方向看去的示意圖。在每個附圖的上面的圖形中，前DRAM芯片506和集線器芯片507的輪廓用實線示出以表明它們在所示視圖中可以看見。相反，在每個附圖的下面的圖形中，后DRAM芯片509的輪廓用虛線示出以表明它們在所示視圖中隱藏在DIMM卡503后面。進(jìn)入的冷卻空氣3091從兩個圖形的左邊進(jìn)入。當(dāng)DRAM和集線器芯片被上面指明的功率加熱時，其中發(fā)展出取決于所使用的散熱器配置的穩(wěn)定狀態(tài)溫度分布。對于由情況1-4代表的任一種散熱器配置，設(shè)TFj是通過CFD模擬在第j個前DRAM(j＝1，...，18)內(nèi)求出的最大穩(wěn)定狀態(tài)溫度；設(shè)TRk是在第k個后DRAM(k＝1，...，22)內(nèi)求出的最大穩(wěn)定狀態(tài)溫度；設(shè)TH是在集線器芯片內(nèi)求出的最大穩(wěn)定狀態(tài)溫度。在情況1-4中，分別在圖30-33的上面的圖形中給出18個最大前DRAM溫度TFj和最大集線器芯片溫度TH，而在圖30-33的下面的圖形中給出22個最大后DRAM溫度TRk。每個最大溫度都寫在生熱器件的輪廓內(nèi)部該最大溫度發(fā)生的地方，并在其發(fā)生的位置上給出黑點。
圖30-33所示的溫度TFj、TH、TRk和圖29最右邊3列示出的溫度差異ΔTF、ΔTR、ΔTH之間的關(guān)系如下所示 ΔTH≡TH-T0.(67) 圖30示出集線器芯片鰭片式散熱器817在冷卻集線器芯片507時很有效；其溫度低于DRAM的溫度，盡管其功率更高。最熱的DRAM是在84℃，剛剛低于85℃的最大建議溫度。DRAM溫度非常不同，盡管每個DRAM消耗相同的功率。這些差異主要是由于環(huán)境空氣的局部溫度導(dǎo)致的。例如，上游DRAM(圖30的左側(cè))比下游的DRAM(圖30的右側(cè))更冷，因為后者周圍的空氣由于被上游部件加熱而更熱。對于下流DRAM的上面兩行更是如此，該下游DRAM由被集線器芯片507的很大功率加熱的空氣冷卻。
將圖31與圖30比較，表明圖31的單片扁平散熱器713-其幾何形狀在圖7示出-實際上是比幾何形狀在圖6中示出的圖30的設(shè)計更差的冷卻方案。傳統(tǒng)知識認(rèn)為扁平銅散熱器應(yīng)當(dāng)擴散熱量以降低峰值溫度，但是該效果實際上是最小的-84℃的峰值DRAM溫度只降低到82℃。相反，通過朝著DRAM的銅散熱器傳導(dǎo)的集線器芯片的很大的熱負(fù)載實際上使大多數(shù)DRAM比沒有散熱器時(就像在情況1中那樣)更熱。同時，集線器芯片507在情況2(84℃)中比在情況1(62℃)中熱得多，因為單片扁平銅散熱器不像鰭片式散熱器611那樣有效。
圖33與圖30的比較詳細(xì)示出對于嚴(yán)密封裝在一起的實際DIMM卡來說，如圖19所示的折疊散熱器示例性實施例(例如923，924)動態(tài)地產(chǎn)生比現(xiàn)有技術(shù)解決方案更低的DRAM溫度，而且產(chǎn)生與現(xiàn)有技術(shù)鰭片式散熱器情況下(62℃)近似相同的集線器芯片溫度(63℃)。最大DRAM溫度從84℃到58℃減小了26℃，同時平均溫度從70.8℃到53.7℃減小了17.1℃。這些冷卻優(yōu)點當(dāng)DIMM卡間距Ψ(在該示例中11mm)進(jìn)一步減小時更為突出。這種冷卻性能的明顯改善表明新穎的折疊散熱器可能對更小的DIMM卡間距值Ψ非常重要，這種值對于現(xiàn)有技術(shù)的冷卻機制來說幾乎不可能。
圖33(情況4)與圖30(情況1)的比較證明圖20所示的替換新穎散熱器設(shè)置也比現(xiàn)有技術(shù)的解決方案優(yōu)越，在圖20中DRAM通過折疊散熱器冷卻，而集線器芯片通過傳統(tǒng)的鰭片式散熱器冷卻。與沒有散熱器的84℃和單片扁平散熱器的82℃相比，最大DRAM溫度是60℃。
分析結(jié)論 總之，數(shù)值模擬和數(shù)學(xué)分析都表明當(dāng)可用于相對的DIMM之間的散熱器的間距W(如圖11A和11B所示)低于閾值W*時，在此公開的新穎折疊散熱器具有優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)冷卻方案的顯著優(yōu)點。在圖27假定的條件下，例如該閾值是W*≈11mm，該閾值可以轉(zhuǎn)換為DIMM卡間距Ψ的閾值Ψ*＝14.3mm，假設(shè)DIMM卡503的典型厚度是1.27mm，DRAM卡506、509的典型厚度是1.0mm。也就是說，在圖27所假定的條件下，當(dāng)DIMM卡間距Ψ小于14.3mm時新穎的折疊散熱器更有利，該優(yōu)勢隨著Ψ的減小而擴大。如果Ψ很大，則傳統(tǒng)的鰭片式散熱器仍然是優(yōu)選的。例如，如果如圖27所假設(shè)的可以以基部厚度b＝1.0mm來制造鰭片式散熱器，則在Ψ大于14.3mm時它們比折疊散熱器優(yōu)越。但是，如果鰭片式散熱器基部厚度b的最低可制造值大于1.0mm，則在此公開的新穎折疊散熱器在更寬范圍的Ψ上都是更有利的，包括大于14.3mm的值。由于現(xiàn)有技術(shù)的計算機典型地追求遠(yuǎn)小于14.3mm的DIMM卡間距Ψ，因此在此公開的折疊散熱器在工業(yè)上具有很大的重要性，而且在生熱部件嚴(yán)密封裝的其它工業(yè)中也十分重要。
關(guān)于存儲器件的背景信息 由于存儲器件的冷卻構(gòu)成本發(fā)明的重要工業(yè)應(yīng)用，因此有必要討論其特殊之處。存儲器件通常定義為主要由存儲器(存儲)單元如DRAM(動態(tài)隨機存取存儲器)、SRAM(靜態(tài)隨機存取存儲器)、FeRAM(鐵電隨機存取存儲器)、MRAM(磁隨機存取存儲器)、閃存和按照電、光、磁、生物或其它手段的形式存儲信息的其它形式的隨機存取和相關(guān)存儲器組成的集成電路。動態(tài)存儲器件類型可以包括異步存儲器件，如FPM DRAM(快頁模式動態(tài)隨機存取存儲器)、EDO(擴展數(shù)據(jù)輸出)DRAM、BEDO(脈沖串EDO)DRAM、SDR(單數(shù)據(jù)率)同步DRAM、DDR(雙數(shù)據(jù)率)同步DRAM或任何未來預(yù)計的器件如DDR2、DDR3、DDR4，和通?；谝韵嚓P(guān)DRAM的基本功能、特征和/或接口為基礎(chǔ)的相關(guān)技術(shù)如圖形RAM、視頻RAM、LP RAM(低功率DRAM)。
存儲器件可以按照芯片(管芯)和/或各種類型和配置的單芯片或多芯片封裝的形式使用。在多芯片封裝中，存儲器件可以與其它器件類型如其它存儲器件、邏輯芯片、模擬器件和可編程器件封裝在一起，也可以包括無源器件如電阻器、電容器和電感器。
模塊支持器件(例如緩沖器、集線器、集線器邏輯芯片、寄存器、PLL、DLL、非易失性存儲器等)可以由多個單獨的芯片和/或部件組成，可以作為多個獨立的芯片組合在一個或多個襯底上，可以組合到單個封裝或甚至集成到單個器件中一基于工藝、功率、空間、成本和其它折衷。此外，一個或多個各種無源器件如電阻器、電容器可以基于工藝、功率、空間、成本和其它折衷集成到支持芯片封裝中，或集成到襯底、電路板或其原始卡中。這些封裝可以包括集成的散熱器或其它冷卻增強措施，它們可以進(jìn)一步附著到中間載體上或其它附近載體或熱去除系統(tǒng)。
存儲器件、集線器、緩沖器、寄存器、時鐘器件、無源器件和其它存儲器支持器件和/或部件可以通過各種方法添加到存儲器子系統(tǒng)和/或集線器，這些方法包括焊接互聯(lián)、導(dǎo)電粘附、插接結(jié)構(gòu)、壓力接觸或其它可以通過電、光或替換手段實現(xiàn)兩個或更多器件之間的聯(lián)系的方法。
如上所述，本發(fā)明的實施例可以用計算機實現(xiàn)的過程和用于實施這些過程的器件的形式來體現(xiàn)。本發(fā)明的實施例還可以用包含體現(xiàn)在有形介質(zhì)中的指令的計算機程序代碼的形式體現(xiàn)，該有形介質(zhì)例如是軟盤、CD-ROM、硬盤驅(qū)動器或任何其它計算機可讀存儲介質(zhì)，其中當(dāng)該計算機程序代碼加載到計算機中并由計算機執(zhí)行時，該計算機變成用于實施本發(fā)明的器件。本發(fā)明可以用計算機程序代碼的形式體現(xiàn)，不管該代碼是存儲在存儲介質(zhì)上、加載到計算機中和/或由計算機執(zhí)行，還是在一些傳輸介質(zhì)上傳送，如在電導(dǎo)線或電纜上，穿過光纖或者通過電磁輻射，其中當(dāng)該計算機程序代碼加載到計算機中并由計算機執(zhí)行時，該計算機變成用于實施本發(fā)明的設(shè)備。在通用微處理器上執(zhí)行時，該計算機程序代碼段配置該微處理器以建立具體的邏輯電路。
雖然參照示例性實施例描述了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解可以進(jìn)行各種修改，元件也可以替換成等價物而不會脫離本發(fā)明的范圍。此外，為了將具體的情況或材料與本發(fā)明的講述內(nèi)容相適應(yīng)可以進(jìn)行很多修正而不會脫離本發(fā)明的基本范圍。因此，本發(fā)明不限于在此作為實施本發(fā)明的最佳方式公開的具體實施例，而是要包括所有落入所附權(quán)利要求范圍的實施例。此外，術(shù)語第一、第二等的使用不說明任何順序或重要性，只是用于將不同的元件區(qū)分開來。
權(quán)利要求
1.一種用于冷卻生熱器件的折疊散熱器，該折疊散熱器包括
基本上平坦而且具有第一端和第二端的基部，該基部被設(shè)計為以熱接觸的方式附著到一個或多個生熱器件的基本上平坦的暴露表面；
兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的肩狀物，所述肩狀物的近端從所述基部的第一端和第二端基本上以直角伸出；以及
兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的臂狀物，所述臂狀物的近端從所述肩狀物的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，使得所述基部、肩狀物和臂狀物形成由連續(xù)金屬片材制成的幾乎閉合的矩形管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的折疊散熱器，其中基部的兩個或更多個片段不平坦，由此允許折疊散熱器附著到具有不同高度的兩個或更多個生熱器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的折疊散熱器，其中每個臂狀物包括一系列交替的縫隙和小片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的折疊散熱器，還包括一個或多個指狀物，每個指狀物具有近端和遠(yuǎn)端，所述指狀物的近端從所述臂狀物的遠(yuǎn)端基本上以直角朝著基部伸出，使得所述指狀物的遠(yuǎn)端并所述基部的第一端和第二端之間靠近所述基部，由此產(chǎn)生不易碎的散熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的折疊散熱器，其中臂狀物包括一個或多個孔，以允許力直接施加到散熱器的基部上以有助于將該散熱器附著到生熱器件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的折疊散熱器，還包括用于允許插入工具的空隙，該工具有助于將該散熱器附著到生熱器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的折疊散熱器，其中所述工具還有助于將所述散熱器從生熱器件移除。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的折疊散熱器，其中臂狀物的背對基部的表面包括標(biāo)記信息。
9.一種組件，包括
一個或多個生熱器件，每個生熱器件具有基本上平坦的暴露表面；以及
由連續(xù)金屬片材形成的、用于冷卻所述生熱器件的折疊散熱器，該折疊散熱器包括
具有第一端和第二端的基部，該基部基本上平行于一個或多個生熱器件的基本上平坦的暴露表面并且以熱接觸的方式附著到該表面；
兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的肩狀物，所述肩狀物的近端從所述基部的第一端和第二端基本上以直角伸出；以及
兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的臂狀物，所述臂狀物的近端從所述肩狀物的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，使得所述基部、肩狀物和臂狀物形成幾乎閉合的矩形管。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的組件，還包括與不接觸所述折疊散熱器的一個或多個生熱器件的平坦表面接觸的鰭片式散熱器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的組件，還包括與不接觸所述折疊散熱器的一個或多個生熱器件的平坦表面接觸的扁平散熱器。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的組件，其中所述折疊散熱器恰好附著到一個生熱器件。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的組件，其中所述折疊散熱器利用粘合劑附著到一個或多個生熱器件，該粘合劑允許為了探測和移除一個或多個生熱器件的一個或多個目的而被移除。
14.一種存儲器模塊，包括
一個或多個生熱器件，每個生熱器件具有基本上平坦的暴露表面，該生熱器件包括集線器和一個或多個存儲器件；以及
由連續(xù)金屬片材形成的、用于冷卻生熱器件的折疊散熱器，該折疊散熱器包括
具有第一端和第二端的基部，該基部基本上平行于一個或多個生熱器件的基本上平坦的暴露表面，并以熱接觸的方式附著到該表面；
兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的肩狀物，所述肩狀物的近端從所述基部的第一端和第二端基本上以直角伸出；
兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的臂狀物，所述臂狀物的近端從所述肩狀物的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，使得所述基部、肩狀物和臂狀物形成幾乎閉合的矩形管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的存儲器模塊，其中所述折疊散熱器恰好附著到一個集線器或一個存儲器件。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的存儲器模塊，其中所述折疊散熱器附著到一個或多個集線器或者附著到一個或多個存儲器件。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的存儲器模塊，還包括與不接觸所述折疊散熱器的一個或多個生熱器件的平坦表面接觸的鰭片式散熱器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的存儲器模塊，其中所述鰭片式散熱器與一個或多個集線器接觸。
19.一種用于冷卻生熱器件的折疊散熱器，該折疊散熱器包括
基本上平坦并被設(shè)計為以熱接觸的方式附著到生熱器件的基本上平坦的暴露表面的基部；以及
多個與所述基部接觸的皺褶，用于形成閉合的氣流通道，每個皺褶包括
具有近端和遠(yuǎn)端的上升部，該上升部的近端從基部基本上以直角伸出；
具有近端和遠(yuǎn)端的頂部，該頂部的近端從上升部的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出；
具有近端和遠(yuǎn)端的下降部，該下降部的近端從頂部的遠(yuǎn)端基本上以直角朝著所述基部伸出；以及
基本上平行于所述基部并與所述基部接觸的底部，該底部具有近端和遠(yuǎn)端，底部的近端從下降部的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，底部的遠(yuǎn)端連接到鄰近皺褶的上升部的近端，從而該折疊散熱器由連續(xù)的金屬片材形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的折疊散熱器，還包括基本上與基部平行并且與每個皺褶的頂部接觸的蓋子。
全文摘要
一種用于冷卻生熱器件的折疊散熱器。該折疊散熱器包括具有第一端和第二端的基本上平坦的基部。該基部被設(shè)計為以熱接觸的方式附著到一個或多個生熱器件的基本上平坦的暴露表面。該折疊散熱器還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的肩狀物。肩狀物的近端從基部的第一端和第二端基本上以直角伸出。該折疊散熱器還包括兩個各自具有近端和遠(yuǎn)端的臂狀物。臂狀物的近端從肩狀物的遠(yuǎn)端基本上以直角伸出，使得所述基部、肩狀物和臂狀物形成由連續(xù)金屬片材制成的幾乎閉合的矩形管。
文檔編號H05K7/20GK101193545SQ20071018700
公開日2008年6月4日 申請日期2007年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月29日
發(fā)明者田淑榮, 肖恩·霍爾, 保羅·W.·考特尤斯 申請人:國際商業(yè)機器公司