CN114554785A - 用于液体冷却设备的内部通道设计 - Google Patents

Abstract

一种微处理器附接到冷却板。冷却板由两个相同的壳形成，每个壳在其中具有与一个或更多个流体通道和流体端口连通的流体腔室。两个壳附接到彼此，使得每个流体腔体的开放顶部面向另一个开放顶部，以使得两个流体腔体形成一个大腔体。翅片定位在流体腔体内部，以便在每两个翅片之间形成流体通道，用于冷却流体流动和从翅片移除热量。由两个壳形成的流体腔室被翅片分成在翅片之间的多个流体通道。

Description

用于液体冷却设备的内部通道设计

技术领域

本发明的实施例总体上涉及数据中心冷却。更具体地，本发明的实施例涉及用于微芯片的液体冷却的冷板。

背景技术

冷却是计算机***和数据中心设计中的一个重要因素。封装在服务器内部的诸如高性能处理器的高性能电子部件的数量稳步增加，从而增加了在服务器正常操作期间产生和散发的热量。如果在数据中心内使用的服务器在其中操作的环境被允许随着时间的推移而温度升高，那么该服务器的可靠性就会降低。维持适当的热环境对于数据中心中这些服务器的正常操作以及服务器的性能和寿命至关重要。它需要更有效且高效的冷却解决方案，尤其是在冷却这些高性能服务器的情况下。

液体冷却可实现以从诸如CPU和GPU的高端处理器移除热量。在这样的***中，处理器抵接用作散热器的冷板，其中液体在冷板内循环，以从冷板移除热量。已经提出了各种设计来产生液体在冷板内部流动的迂回路径，或者增加液体与冷板的内表面的接触面积。此类设计的考虑因素包括压力、流量、流动阻力、冷却能力、功耗、成本等。

发明内容

本发明第一方面实施例提供一种用于冷却微芯片的冷却板，包括：第一壳和第二壳，所述第一壳和所述第二壳均具有形成在其中的流体腔室，所述流体腔室具有实心底部和开放顶部，所述壳还具有与所述流体腔室流体连通的流体端口；多个翅片，每个翅片具有与所述流体腔室的长度匹配的长度和与所述流体腔室的深度相当的宽度；其中，所述第一壳附接到所述第二壳，使得所述第一壳的所述流体腔室的所述开放顶部面向所述第二壳的所述流体腔室的所述开放顶部；并且其中，所述多个翅片布置在所述第一壳的所述流体腔室和所述第二壳的所述流体腔室内部。

在一些实施例中，所述多个翅片包括第一组翅片和第二组翅片，并且其中，所述第一组翅片附接在所述第一壳的所述流体腔室内部，并且所述第二组翅片附接在所述第二壳的所述流体腔室内部。

在一些实施例中，所述第一组翅片与附接在所述第二壳的所述流体腔室内部的所述第二组翅片平行地附接在所述第一壳的所述流体腔室内部。

在一些实施例中，所述第一组翅片与附接在所述第二壳的所述流体腔室内部的所述第二组翅片垂直地附接在所述第一壳的所述流体腔室内部。

在一些实施例中，所述壳中的每一个还包括形成在所述流体腔室的所述实心底部中并与所述端口流体连通的流体通道。

在一些实施例中，所述冷却板还包括定位在所述第一组翅片和所述第二组翅片之间的挡板。

在一些实施例中，所述第一壳和所述第二壳中的每一个还包括二级流体通道，所述二级流体通道形成在所述流体腔室的所述实心底部中并与所述流体通道垂直地定向并与所述流体通道流体连通。

在一些实施例中，所述第一组翅片和所述第二组翅片中的至少一个附接成使得所述翅片中的每一个与所述流体腔室的所述实心底部形成锐角。

在一些实施例中，所述第一组翅片和所述第二组翅片附接成使得所述翅片交错，以使得所述第一组翅片的所述翅片中的每一个在所述第二组翅片的两个翅片之间对齐。

在一些实施例中，所述第一壳和所述第二壳中的每一个还包括形成在所述流体腔室的所述实心底部中并与所述端口流体连通的流体通道，其中，形成在所述第一壳中的所述流体通道具有与形成在所述第二壳中的所述流体通道不同的尺寸。

在一些实施例中，所述第一壳和所述第二壳的形状彼此相同。

在一些实施例中，所述第一壳和所述第二壳中的一个还包括形成在所述流体腔室的所述实心底部中的二级流体通道。

本发明第二方面实施例提供一种处理器和冷板组件，包括：冷板；微处理器，所述微处理器附接到所述冷板；其中，所述冷板包括：第一壳和第二壳，所述第一壳和所述第二壳均具有形成在其中的流体腔室，所述流体腔室具有实心底部和开放顶部，所述壳还具有与所述流体腔室流体连通的流体端口；多个翅片，每个翅片具有与所述流体腔室的长度匹配的长度和与所述流体腔室的深度相当的宽度；其中，所述第一壳附接到所述第二壳，使得所述第一壳的所述流体腔室的所述开放顶部面向所述第二壳的所述流体腔室的所述开放顶部；并且其中，所述多个翅片布置在所述第一壳的所述流体腔室和所述第二壳的所述流体腔室内部。

在一些实施例中，所述多个翅片包括第一组翅片和第二组翅片，并且其中，所述第一组翅片附接在所述第一壳的所述流体腔室内部，并且所述第二组翅片附接在所述第二壳的所述流体腔室内部。

在一些实施例中，所述壳中的每一个还包括形成在所述流体腔室的所述实心底部中并与所述端口流体连通的流体通道。

本发明第三方面实施例提供一种制造用于微芯片的冷板的方法，包括：形成第一壳和第二壳，并且在每个壳中形成流体腔室，所述流体腔室具有实心底部和开放顶部，并且在每个壳中还形成与所述流体腔室流体连通的流体端口；形成多个翅片，每个翅片具有与所述流体腔室的长度匹配的长度和与所述流体腔室的深度相当的宽度；将所述翅片附接在所述第一壳和所述第二壳中的至少一个的所述流体腔室内部；将所述第一壳附接到所述第二壳，使得所述第一壳的所述流体腔室的所述开放顶部面向所述第二壳的所述流体腔室的所述开放顶部。

在一些实施例中，形成所述多个翅片包括形成第一组翅片和形成第二组翅片，并且将所述翅片附接在所述流体腔室内部包括将所述第一组翅片附接在所述第一壳的所述流体腔室内部和将所述第二组翅片附接在所述第二壳的所述流体腔室内部。

在一些实施例中，所述第一组翅片附接成与所述第二组翅片垂直地定向。

在一些实施例中，所述第一组翅片和所述第二组翅片中的至少一个附接成使得每个翅片相对于所述流体腔室的所述实心底部以锐角定向。

在一些实施例中，所述方法还包括在所述流体腔室的所述实心底部处形成流体通道。

附图说明

本发明的实施例在附图的图中通过示例而不是限制的方式示出，在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。

图1是示出根据一个实施例的数据中心设施的示例的框图。

图2是示出根据一个实施例的电子机架的示例的框图。

图3是示出根据一个实施例的冷板配置的示例的框图。

图4是示出根据一实施例的冷却板的各种元件的分解图，而图4A是图4的冷却板的横截面。

图5示出了具有二级流体通道的实施例。

图6示出了具有带有平行翅片的二级流体通道的实施例。

图7示出了具有垂直翅片和二级流体通道的实施例。

图8示出了具有二级流体腔室的实施例。

图9示出了具有由短翅片形成的流体通道的实施例。

图10示出了根据一实施例的冷却板的横截面。

图11示出了根据另一实施例的冷却板的横截面。

图12示出了根据又一实施例的冷却板的横截面。

图13是示出用于制造冷却板的方法的实施例的流程图。

具体实施方式

将参照下面讨论的细节描述本发明的各种实施例和方面，并且附图将示出各种实施例。以下描述和附图是对本发明的说明，并且不应被理解为对本发明的限制。描述了许多具体细节，以提供对本发明的各种实施例的透彻理解。然而，在某些情况下，为了提供本发明的实施例的简明讨论，没有描述众所周知的或常规的细节。

在说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的不同地方出现的短语“在一个实施例中”不一定都指同一个实施例。

本文公开的实施例包括用于冷板的设计，其可以为各种应用提供高效冷却，同时简化生产并由此降低板的成本。各种设计可以涉及三个部分：其中具有液体腔室的两个主框架，主框架可以为相同的；以及定位在两个主框架的液体腔室内部的一组翅片。在描述冷却板的构造和特征之前，下面提供冷却板在其中实现的计算环境的一般描述。

图1是示出根据所公开的实施例的采用冷却板的数据中心或数据中心单元的示例的框图。在该示例中，图1示出了数据中心的至少一部分的俯视图。参考图1，根据一个实施例，数据中心***100包括一行或更多行信息技术(IT)部件、设备或仪器101-102的电子机架，诸如例如通过网络(例如，因特网)向各种客户端提供数据服务的计算机服务器或计算节点。在该实施例中，每行包括诸如电子机架110A-110N的电子机架的阵列。然而，可以实现更多或更少行的电子机架。典型地，行101-102平行对齐，前端面朝彼此，后端彼此背离，在其间形成过道103，以允许管理人员在其中行走。然而，也可以应用其他配置或布置。例如，两行电子机架可以背对背彼此面对，而不在它们之间形成过道，同时它们的前端彼此背离。电子机架的后端可以联接到房间冷却液体歧管。

在一个实施例中，电子机架(例如，电子机架110A-110N)中的每一个包括壳体，以容纳在其中操作的堆栈中布置的多个IT部件。电子机架可以包括冷却液体歧管、多个服务器插槽(例如，配置有相同或相似形状因数的标准搁架或机箱)、以及能够***服务器插槽和从服务器插槽中移除的多个服务器机箱(也称为服务器刀片或服务器搁架)。每个服务器机箱代表具有一个或更多个处理器、存储器和/或永久存储设备(例如，硬盘)的计算节点，其中计算节点可以包括在其中操作的一个或更多个服务器。处理器中的至少一个附接到液体冷板(也称为冷板组件)以接收冷却液体。此外，一个或更多个可选的冷却风扇与服务器机箱相关联，以向其中包含的计算节点提供空气冷却。请注意，冷却***120可以联接到多个数据中心***，例如数据中心***100。

在一个实施例中，冷却***120包括连接到建筑物/房屋容器外部的冷却塔或干式冷却器的外部液体环路。冷却***120可以包括但不限于蒸发冷却、自由空气、排散大的热质量和废热回收设计。冷却***120可以包括或联接到提供冷却液体的冷却液体源。

在一个实施例中，每个服务器机箱模块化地联接到冷却液体歧管，使得服务器机箱可以从电子机架移除，而不影响冷却液体歧管和电子机架中剩余的服务器机箱的操作。在另一实施例中，每个服务器机箱通过快速释放联接组件联接到冷却液体歧管，快速释放联接组件具有联接到柔性软管以将冷却液体分配到处理器的冷板的服务器液体入口连接器和服务器液体出口连接器。服务器液体入口连接器用于经由机架液体入口连接器从安装在电子机架的后端上的冷却液体歧管接收冷却液体。服务器液体出口连接器用于将携带从处理器交换的热量的较温或较热的液体经由机架液体出口连接器发送到冷却液体歧管，然后返回到电子机架内的冷却剂分配单元(CDU)。

在一个实施例中，设置在每个电子机架的后端上的冷却液体歧管联接到液体供应管线132(也称为房间供应歧管)，以从冷却***120接收冷却液体。冷却液体通过附接到处理器安装在其上的冷板组件的液体分配环路分配，以从处理器移除热量。冷板被配置成类似于散热器，其中附接或嵌入有液体分配管。携带从处理器交换的热量的所得的较温或较热的液体经由液体返回管线131(也称为房间返回歧管)传输回冷却***120。

液体供应/返回管线131-132被称为数据中心或房间液体供应/返回管线(例如，全局液体供应/返回管线)，其向行101-102的所有电子机架供应冷却液体。液体供应管线132和液体返回管线131联接到位于每个电子机架内的CDU的热交换器，形成一级环路。热交换器的二级环路联接到电子机架中的每个服务器机箱，以将冷却液体递送到处理器的冷板。

在一个实施例中，数据中心***100还包括可选的气流递送***135，以产生气流，使气流行进通过电子机架的服务器机箱的空气空间，以交换由于计算节点(例如，服务器)的操作而由计算节点产生的热量，并将交换热量的气流排放到外部环境或冷却***(例如，空气-液体热交换器)以降低气流的温度。例如，空气供应***135产生凉/冷空气的气流，以从过道103通过电子机架110A-110N循环，从而带走交换的热量。

凉气流通过电子机架的前端进入电子机架，而暖/热气流从电子机架的后端离开电子机架。带有交换的热量的暖/热空气从房间/建筑物中排出，或者使用诸如空气-液体热交换器的单独的冷却***进行冷却。因此，冷却***是液体-空气混合冷却***，其中由处理器产生的一部分热量经由相应的冷板由冷却液体移除，而由处理器(或其他电子器件或处理设备)产生的热量的剩余部分通过气流冷却移除。

图2示出了根据一个实施例的电子机架。电子机架200可以代表如图1所示的任何电子机架，诸如例如电子机架110A-110N。参考图2，根据一个实施例，电子机架200包括但不限于冷却分配单元(CDU)201、机架管理单元(RMU)202以及一个或更多个服务器机箱203A-203E(统称为服务器机箱203)。服务器机箱203可以分别从电子机架200的前端204或后端205***服务器插槽(例如，标准搁架)的阵列中。请注意，尽管这里示出了五个服务器机箱203A-203E，但是在电子机架200内可保持更多或更少的服务器机箱。还要注意，CDU 201、RMU 202和/或服务器机箱203的特定位置仅出于说明的目的而示出；也可实现CDU 201、RMU202和/或服务器机箱203的其他布置或配置。在一个实施例中，电子机架200可以向环境开放，或者部分地由机架容器容纳，只要冷却风扇能够产生从前端到后端的气流。

此外，对于服务器机箱203中的至少一些，可选的风扇模块(未示出)与服务器机箱相关联。风扇模块中的每一个包括一个或更多个冷却风扇。风扇模块可以安装在服务器机箱203的后端上或电子机架上，以产生从前端204流动，行进穿过服务器机箱203的空气空间，并在电子机架200的后端205处离开的气流。

在一个实施例中，CDU 201主要包括热交换器211、液体泵212和泵控制器(未示出)，以及一些其他部件，例如液体贮存器、电源、监控传感器等。热交换器211可以为液体-液体热交换器。热交换器211包括具有入口端口和出口端口的第一环路，第一环路具有联接到外部液体供应/返回管线131-132以形成一级环路的第一对液体连接器。联接到外部液体供应/返回管线131-132的连接器可以设置或安装在电子机架200的后端205上。液体供应/返回管线131-132(也称为房间液体供应/返回管线)可以如上所述联接到冷却***120。

此外，热交换器211还包括具有两个端口的第二环路，第二环路具有联接到液体歧管225(也称为机架歧管)以形成二级环路的第二对液体连接器，二级环路可以包括用于向服务器机箱203供应冷却液体的供应歧管(也称为机架液体供应管线或机架供应歧管)和用于将较暖的液体返回到CDU 201的返回歧管(也称为机架液体返回管线或机架返回歧管)。请注意，CDU 201可为任何种类的市售或定制的CDU。因此，本文将不描述CDU 201的细节。

服务器机箱203中的每一个可以包括一个或更多个IT部件(例如，诸如x86 CPU或ARM CPU的中央处理单元或CPU、通用/图形处理单元(GPU)、存储器和/或存储设备)。每个IT部件可以执行数据处理任务，其中IT部件可以包括安装在存储设备中、加载到存储器中并由一个或更多个处理器执行以执行数据处理任务的软件。服务器机箱203可以包括联接到一个或更多个计算服务器(也称为计算节点，例如CPU服务器和GPU服务器)的主机服务器(称为主机节点)。主机服务器(具有一个或更多个CPU)典型地通过网络(例如，因特网)与客户端对接，以接收对诸如存储服务(例如，诸如备份和/或恢复的基于云的存储服务)的特定服务的请求，以及对执行应用来执行某些操作(例如，图像处理、深度数据学***台的一部分)的请求。响应于该请求，主机服务器将任务分配给由主机服务器管理的计算节点或计算服务器(具有一个或更多个GPU)中的一个或更多个。计算服务器执行实际任务，可能在操作期间产生热量。

电子机架200还包括可选的RMU 202，其被配置成提供和管理供应给服务器203和CDU 201的电力。RMU 202可以联接到电源单元(未示出)以管理电源单元的功耗。电源单元可以包括必要的电路(例如，交流(AC)到直流(DC)或DC到DC功率转换器、电池、变压器或调节器等)，以向电子机架200的其余部件提供电力。

在一个实施例中，RMU 202包括优化模块221和机架管理控制器(RMC)222。RMC 222可以包括监视器，以监视电子机架200内各种部件(诸如例如计算节点203、CDU 201和风扇模块)的操作状态。具体地，监视器从各种传感器接收表示电子机架200的操作环境的操作数据。例如，监视器可以接收表示处理器、冷却液体和气流的温度的操作数据，这些数据可以经由各种温度传感器来捕获和收集。监视器还可以接收表示由风扇模块231和液体泵212产生的风扇功率和泵功率的数据，这些数据可与它们各自的速度成比例。这些操作数据被称为实时操作数据。请注意，监视器可以被实现为RMU 202内的单独模块。

基于操作数据，优化模块221使用预定优化函数或优化模型执行优化，以导出用于风扇模块231的一组最佳风扇速度和用于液体泵212的最佳泵速度，使得液体泵212和风扇模块231的总功耗达到最小，同时与液体泵212和风扇模块的冷却风扇相关联的操作数据在它们各自的设计规格内。一旦已经确定最佳泵速度和最佳风扇速度，RMC 222基于最佳泵速度和风扇速度来配置液体泵212和风扇模块231的冷却风扇。

作为示例，基于最佳泵速度，RMC 222与CDU 201的泵控制器通信，以控制液体泵212的速度，液体泵212进而控制供应到液体歧管225的冷却液体的液体流量，以分配到至少一些服务器机箱203。类似地，基于最佳风扇速度，RMC 222与风扇模块中的每一个通信，以控制风扇模块231的每个冷却风扇的速度，进而控制风扇模块的气流速率。请注意，风扇模块中的每一个可以用其特定的最佳风扇速度来单独控制，并且不同风扇模块和/或同一风扇模块内的不同冷却风扇可以具有不同的最佳风扇速度。

请注意，如图2所示的机架配置仅出于说明目的而示出和描述；其他配置或布置也可以是可适用的。例如，CDU 201可以为可选单元。服务器机箱203的冷板可以联接到机架歧管，机架歧管可以直接联接到房间歧管131-132，而不使用CDU。尽管未示出，但是电源单元可设置在电子机架200内。电源单元可以被实现为与服务器机箱相同或相似的标准机箱，其中电源机箱可以被***到任何标准搁架中，替换任何服务器机箱203。此外，电源机箱还可以包括电池备用单元(BBU)，以在主电源不可用时向服务器机箱203提供电池电力。BBU可以包括一个或更多个电池组，并且每个电池组包括一个或更多个电池单元，以及用于对电池单元进行充电和放电的必要的充电和放电电路。

图3是示出根据一个实施例的处理器冷板配置的框图。处理器/冷板组件300可以代表如图2所示的服务器机箱203的任何处理器/冷板结构。参考图3，处理器301被***到安装在印刷电路板(PCB)或主板302上的处理器插座上，印刷电路板或主板302联接到数据处理***或服务器的其他电子部件或电路。处理器301还包括附接到其的冷板303，冷板303联接到机架歧管，机架歧管联接到液体供应管线132和/或液体返回管线131。由处理器301产生的一部分热量经由冷板303被冷却液体移除。热量的剩余部分进入下方或上方的空气空间，其可以通过由冷却风扇304产生的气流移除。现在将描述冷板303的各种实施例。

图4是示出根据一实施例的冷却板的各种元件的分解图。在图4(以及本文的其他附图)中，各种元件示出为透明的，以便能够可视化内部结构，从而更好地理解设计。在该示例中，冷却板由两个壳410和412制成，这两个壳也称为主框架，在该示例中它们是相同的。另外，冷却板包括容纳在两个壳内的翅片模块420。壳410和412中的每一个可以由导热材料制成，例如铝或铜，并且流体腔室416和418分别形成在壳中。另外，每个壳具有形成在流体腔室的底部处的流体通道413和415。最后，流体端口417和419在相应流体腔室和相应壳的外部之间提供流体连通，以便循环来自冷却***的冷却流体。图4的局部放大图图示了在由线A-A所指示的横截面处的壳412的轮廓形状，并示出了流体腔室418和流体通道415的相对取向。壳410可以与壳412相同地制造，不同的是它在图4中示出为上下倒置。如在局部放大图中所示，流体腔室418具有实心底部、开放顶部和限定的深度。需要提及的是，虽然流体通道413、415以及流体端口417、419的横截面的形状可以变化，但是它们更常见地分别设计成半圆形和圆形。

翅片模块由多个翅片422形成，翅片422可以采取各种形状和数量。在该特定示例中，两组或两行翅片422平行地附接到挡板424。翅片尺寸设计成具有与流体腔室的深度相称的高度(或宽度)。以这种方式，当两个壳附接在一起时，翅片422可以接触流体腔室的底壁，如图4A所示。

图4A是在整个冷却板组装后沿着图4的B-B线截取的剖视图。也就是说，壳410已经附接到壳412，翅片组件420***由两个流体腔室416和418形成的空隙内部。顺便提及，由于两个壳是对称的，在图4A的示例中，一个壳旋转180°，使得端口417在一侧上，而端口419在冷却板的相对侧上。当然，如图4所示，两个端口可以在同一侧上。如图4A所示，翅片422从流体腔室418的底部延伸到流体腔室416的底部(或顶面)。因此，两个翅片422之间的每个空间形成翅片通道426。也就是说，经由一个端口(比如端口419)进入的流体将在通道415内部流动，然后将通过多个翅片通道分散到流体通道413，然后经由端口417离开。因为进入的流体是凉的，其用来将热量从冷却板输送走，从而从与冷却板接触的任何元件(例如微芯片)移除热量。

在一个示例中，翅片组件420附连到壳中的至少一个。例如，翅片可以焊接到壳中的一个，或者使用例如铟焊接剂冷焊。这提高了壳和翅片之间的热导率。另外，在该示例中，由于壳是对称的，所以当冷却板被组装时，流体通道413和415彼此面对。这可以导致冷却流体直接从一个通道413和415流向另一个通道，从而降低冷却效率。为了避免这种直接流动，在该示例中，挡板424设置在翅片422的中间，使得当组装时，它迫使冷却流体围绕它流动，从而防止从一个流体通道到另一个流体通道的直接流动。当然，虽然一些其它实施例可以显示为没有挡板，但是任何公开的实施例都可以实现为具有挡板。

图4的翅片模块420由平行布置的几对翅片(例如两组翅片)组成。当然，翅片模块可以使用宽度是每个流体腔室的深度的两倍的几个单翅片来制成。这样，在安装时，每个单翅片将从一个流体腔室的底部延伸到互补流体腔室的底部。另一方面，通过使用成对的翅片，每个翅片的宽度对应于一个流体腔室的深度，翅片的不同布置是可能的。以下实施例提供了一些示例。

图5示出了一个实施例，其中***一个流体腔室中的一组翅片与放置在互补流体腔室中的另一组翅片正交放置。图5示出了在最终组装之前的冷却板的两个半部。上半部由壳510组成，壳510具有***其流体腔室中的翅片522，并且具有通向端口517的流体通道513。请注意，在该示例中，流体通道513垂直于翅片522定向。为了使流体充分分布在流体腔室以及由翅片形成的流体通道内，提出了多流体通道设计。基本设计要求至少两个通道，一个一级流体通道和一个二级流体通道，但是可以形成更多的通道。一级流体通道是与流体端口相连的通道，并且二级流体通道是垂直于一级流体通道的通道。如果一级流体通道垂直于翅片，则不需要二级流体通道，但二级流体通道可以改善性能。如果一级流体通道与翅片平行，则二级流体通道是必需的结构。

以下设计考虑了不同类型的组合场景。在图5中，流体端口517和519垂直于翅片，因此二级流体通道不是必要的，但是有了更好。二级流体通道533垂直于一级流体通道(即主流体通道)513形成。二级流体通道533平行于翅片522定向，并且它用于辅助流体分配。互补壳512具有垂直于翅片定向的一级流体腔室516。因此，提供二级流体通道535，并且二级流体通道535垂直于一级流体通道(即主流体通道)515定向，用于辅助冷却剂流动。当两个壳510和512彼此附接时，翅片522垂直于翅片523定向，这增加了流动阻力，从而增强了热传递。同样，在该示例中，端口517和519中的每一个都垂直于翅片。

图6示出了冷却板的另一示例，其中每个壳包括一级流体通道(即主流体通道)和二级流体通道(即二级冷却通道)。这两个壳是相同的，并且图5和图6之间的区别在于组装。这两个端口在图5中组装在一起后处于垂直方向，但是在图6中在相同的方向上平行。在图6的实施例中，两组翅片彼此平行，这降低了流动阻力，从而降低了压力。除了取向上的改变之外，图6的实施例的元件与图5的元件相同，因此用相同的附图标记来标记。

在图6的实施例中，就像图5的实施例一样，端口垂直于翅片定位，这意味着最低要求是一个流体通道。然而，这不是一个要求。图7示出了一个实施例，其中一个端口垂直于翅片，而另一个端口平行于翅片。另外，在图7中，两组翅片彼此垂直布置，就像在图5的实施例中一样。同样，除了取向上的改变之外，图7的实施例的元件与图5的元件相同，因此用相同的附图标记来标记。从图5至图7所示的变型中，人们可以看到所公开的设计的强大优势，即两个壳可以彼此相同地制造，并且同一组翅片可以在各种取向上使用，以便提供不同的流动阻力/压力，从而提供不同的热传递能力，而不必重新设计或再制造零件。在一个壳中垂直的两个流体通道设计(一级和二级)为结构设计和组装提供了强大的灵活性的益处。

在图5至图7的实施例中，提供二级流体通道以能够辅助流体流出一级流体通道(即主流体通道)(图5、图6和图7中的535)，或者用作一级流体通道(即主流体通道)(例如图7中的533)。可以看出，通过这种设计，一级流体通道(即主流体通道)不必是与流体端口连接的一级流体通道。

图8示出了另一种替代方案，它不需要二级流体通道。在图8的示例中，底壳以与例如图4的实施例中所示的相同的方式构造，即，仅具有一个流体通道515。翅片523设置在流体腔室518内部，并且垂直于流体通道515定位。上壳510还具有***流体腔室516内部的翅片522。然而，上壳不是具有常规的二级流体通道，而是在翅片下方包括更宽的二级流体通道，其可以被称为二级流体腔室514。请注意，这主要旨在用于相变冷却用例中的上壳。翅片与流体腔室516的底部部分地接触。二级流体腔室514可以具有比一级流体腔室(即主流体腔室)516小的不同尺寸。二级流体腔室514连接到端口517。请注意，在该特定示例中，流体腔室516中的翅片平行于流体腔室518中的翅片，但是这不是强制性的，因为垂直布置也可以起作用。流体端口517可以在壳510的不同侧中。另外，值得注意的是，该实施例对于在冷却循环中采用相变的***特别有益。例如，冷却液体可以经由端口519进入，并且当冷却液体在到达顶壳的途中从翅片移除热量时，它可以相变为蒸气。因此，二级流体腔室514可以被配置成接收蒸气，与液相相比，蒸气可能需要膨胀的体积。

图9示出了另一示例，其中在壳中没有形成流体通道。相反，翅片被制成比流体腔室的长度短，从而形成通向端口的流体通道。图9的左侧示出了在最终组装之前的冷却板的元件，而右侧示出了在组装完成之后的冷却板。这里同样地，壳510和512中的每一个都可以制成相同的，具有形成在其中的流体腔室。流体腔室中的每一个在一侧上是封闭的，并且在另一侧上是开放的，使得当两个壳彼此附接时，两个流体腔室结合形成一个大的流体腔室。如图9所示，每个翅片522的宽度与流体腔室516的深度相同，但是长度比流体腔室516的长度短。因此，当翅片522组装在流体腔室516内部时，它们抵接流体腔室516的一侧，但是在流体腔室516的另一侧上留出空间540。因此，空间540实质上限定了流体通道，用于将流体分配到翅片之间的所有流体通道。请注意，虽然在图9中输入和输出端口两者在同一侧上，但是壳中的一个在组装之前可以旋转，使输入和输出端口在相对侧上。

图10示出了一实施例的侧剖视图，其中一组翅片垂直于另一组翅片。在图10中，底壳512具有在其顶侧处开放的流体腔室518。流体通道515形成在流体腔室的封闭底端处，并通向入口端口519。顶壳510包括在底部处开放的互补流体腔室516，使得当两个壳被组装时，两个流体腔室516和518形成一个大的流体腔室。流体通道513形成在流体腔室516的封闭底部处，并通向出口端口517。翅片522相对于流体腔室516的底部以倾斜角度或锐角附接在流体腔室516内部。翅片523附接在垂直于翅片522定向的流体腔室518内部。翅片523可以相对于流体腔室518的底部以倾斜角度或直角布置。如由点划线所示，流体经由入口端口519进入流体通道515。从流体通道515，流体通过翅片523之间和随后翅片522之间的空间分散，到达在顶部处的流体通道513，然后经由出口端口517离开。

图11示出了一实施例的侧剖视图，其中一组翅片与另一组翅片平行但倾斜。在图11中，底壳512具有在其顶侧处开放的流体腔室518。流体通道515形成在流体腔室518的封闭底端处，并通向入口端口519。顶壳510包括在底部处开放的互补流体腔室516，使得当两个壳被组装时，两个流体腔室516和518形成一个大的流体腔室。流体通道513形成在流体腔室516的封闭底部处，并通向出口端口517。请注意，在该示例中，端口517在入口端口519的相对侧中。由于两个壳相同且对称，不管怎样端口都可以对齐。翅片522相对于流体腔室516的底部以倾斜角度附接在流体腔室516内部，而翅片523附接在流体腔室518内部，平行于翅片522定向并与翅片522对齐。翅片523示出为相对于流体腔室518的底部以相反的倾斜角度布置，但是这仅仅是一个示例。如由点划线所示，流体经由入口端口519进入流体通道515。从流体通道515，流体通过翅片523之间和随后翅片522之间的空间分散，到达在顶部处的流体通道513，然后经由出口端口517离开。

图12示出了类似于图11中所示实施例的实施例，不同的是翅片523与翅片522交错，使得每个翅片523在两个翅片522之间对齐。否则，这两个实施例是相似的。

图13是示出用于制造冷却板的方法的实施例的流程图。在步骤600中，通过在每个壳中形成流体腔体或腔室，并形成与流体腔体流体连通的端口来制造壳。形成腔体可以通过例如铣削诸如铝或铜的金属的实心块来完成。在这个示例中，两个壳是相同的，每个壳具有带有实心底部和开放顶部的腔体(参见图4的局部放大图)，使得每个壳形成“盆”。如图所示，在一些实施例中，一个或更多个流体通道也形成在每个壳中，并且与端口流体连通。流体通道也可以通过铣削金属块形成。在步骤605中，形成翅片。如一些实施例中所示，翅片可以形成为两个单独的组。在其他实施例中，翅片可以通过例如在机加工过程中形成翅片的同时机加工流体腔体而形成为壳的一体部分。翅片尺寸设计成具有与腔体的长度匹配的长度和与腔体的深度匹配的宽度。请注意，当翅片在流体腔体内部以斜角附接时，翅片的宽度可以比腔体的深度稍大。

在步骤610中，翅片附接在至少一个壳的流体腔体的内部。通过使用导电剂的物理附接(例如通过焊接)可以获得更好的热导率。如果翅片一体地形成到壳，则可以跳过该步骤。在步骤615中，一个壳被翻转并放置在第二个壳上，使得两个腔体彼此面对以形成包围翅片的一个大腔体。这两个壳使用例如粘接、焊接、螺栓等彼此附接。在另一实施例中，翅片可以被设计为壳的一部分，而不是设计为单独的部分。

在前述说明书中，已经参照本发明的具体示例性实施例描述了本发明的实施例。显而易见的是，在不脱离如所附权利要求书中阐述的本发明的更广泛的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改。因此，说明书和附图被认为是说明性的，而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种用于冷却微芯片的冷却板，包括：

第一壳和第二壳，所述第一壳和所述第二壳均具有形成在其中的流体腔室，所述流体腔室具有实心底部和开放顶部，所述壳还具有与所述流体腔室流体连通的流体端口；

多个翅片，每个翅片具有与所述流体腔室的长度匹配的长度和与所述流体腔室的深度相当的宽度；

其中，所述第一壳附接到所述第二壳，使得所述第一壳的所述流体腔室的所述开放顶部面向所述第二壳的所述流体腔室的所述开放顶部；并且

其中，所述多个翅片布置在所述第一壳的所述流体腔室和所述第二壳的所述流体腔室内部。

2.根据权利要求1所述的冷却板，其中，所述多个翅片包括第一组翅片和第二组翅片，并且其中，所述第一组翅片附接在所述第一壳的所述流体腔室内部，并且所述第二组翅片附接在所述第二壳的所述流体腔室内部。

3.根据权利要求2所述的冷却板，其中，所述第一组翅片与附接在所述第二壳的所述流体腔室内部的所述第二组翅片平行地附接在所述第一壳的所述流体腔室内部。

4.根据权利要求2所述的冷却板，其中，所述第一组翅片与附接在所述第二壳的所述流体腔室内部的所述第二组翅片垂直地附接在所述第一壳的所述流体腔室内部。

5.根据权利要求2所述的冷却板，其中，所述壳中的每一个还包括形成在所述流体腔室的所述实心底部中并与所述端口流体连通的流体通道。

6.根据权利要求5所述的冷却板，还包括定位在所述第一组翅片和所述第二组翅片之间的挡板。

7.根据权利要求5所述的冷却板，其中，所述第一壳和所述第二壳中的每一个还包括二级流体通道，所述二级流体通道形成在所述流体腔室的所述实心底部中并与所述流体通道垂直地定向并与所述流体通道流体连通。

8.根据权利要求2所述的冷却板，其中，所述第一组翅片和所述第二组翅片中的至少一个附接成使得所述翅片中的每一个与所述流体腔室的所述实心底部形成锐角。

9.根据权利要求2所述的冷却板，其中，所述第一组翅片和所述第二组翅片附接成使得所述翅片交错，以使得所述第一组翅片的所述翅片中的每一个在所述第二组翅片的两个翅片之间对齐。

10.根据权利要求1所述的冷却板，其中，所述第一壳和所述第二壳中的每一个还包括形成在所述流体腔室的所述实心底部中并与所述端口流体连通的流体通道，其中，形成在所述第一壳中的所述流体通道具有与形成在所述第二壳中的所述流体通道不同的尺寸。

11.根据权利要求1所述的冷却板，其中，所述第一壳和所述第二壳的形状彼此相同。

12.根据权利要求1所述的冷却板，其中，所述第一壳和所述第二壳中的一个还包括形成在所述流体腔室的所述实心底部中的二级流体通道。

13.一种处理器和冷板组件，包括：

冷板；

微处理器，所述微处理器附接到所述冷板；

其中，所述冷板包括：

第一壳和第二壳，所述第一壳和所述第二壳均具有形成在其中的流体腔室，所述流体腔室具有实心底部和开放顶部，所述壳还具有与所述流体腔室流体连通的流体端口；

多个翅片，每个翅片具有与所述流体腔室的长度匹配的长度和与所述流体腔室的深度相当的宽度；

其中，所述第一壳附接到所述第二壳，使得所述第一壳的所述流体腔室的所述开放顶部面向所述第二壳的所述流体腔室的所述开放顶部；并且

其中，所述多个翅片布置在所述第一壳的所述流体腔室和所述第二壳的所述流体腔室内部。

14.根据权利要求13所述的组件，其中，所述多个翅片包括第一组翅片和第二组翅片，并且其中，所述第一组翅片附接在所述第一壳的所述流体腔室内部，并且所述第二组翅片附接在所述第二壳的所述流体腔室内部。

15.根据权利要求14所述的组件，其中，所述壳中的每一个还包括形成在所述流体腔室的所述实心底部中并与所述端口流体连通的流体通道。

16.一种制造用于微芯片的冷板的方法，包括：

形成第一壳和第二壳，并且在每个壳中形成流体腔室，所述流体腔室具有实心底部和开放顶部，并且在每个壳中还形成与所述流体腔室流体连通的流体端口；

形成多个翅片，每个翅片具有与所述流体腔室的长度匹配的长度和与所述流体腔室的深度相当的宽度；

将所述翅片附接在所述第一壳和所述第二壳中的至少一个的所述流体腔室内部；

将所述第一壳附接到所述第二壳，使得所述第一壳的所述流体腔室的所述开放顶部面向所述第二壳的所述流体腔室的所述开放顶部。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，形成所述多个翅片包括形成第一组翅片和形成第二组翅片，并且将所述翅片附接在所述流体腔室内部包括将所述第一组翅片附接在所述第一壳的所述流体腔室内部和将所述第二组翅片附接在所述第二壳的所述流体腔室内部。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一组翅片附接成与所述第二组翅片垂直地定向。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一组翅片和所述第二组翅片中的至少一个附接成使得每个翅片相对于所述流体腔室的所述实心底部以锐角定向。

20.根据权利要求16所述的方法，还包括在所述流体腔室的所述实心底部处形成流体通道。

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