CN1528017A - 用于集成电路的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于安装在印刷电路板上的插槽中的一块或更多块集成电路的冷却装置，其中每块集成电路都由基于压缩机的冷却元件进行冷却。每块集成电路的表面上都放置了冷却元件，该冷却元件是由蒸发器以具有盖子和突起冷却棒的外壳的形式构成的。通过结束于外壳中入口短管(24)的供应管(22，23)，将冷却液提供给外壳(15)，其中供应管是这样构造的：当冷却液进入外壳内部时，将改变其方向，诸如90°。冷却液通过与入口短管(22)同中心的出口短管(25)，从外壳返回。供应管的直径小于入口短管(24)和出口短管(25)的直径，这意味着冷却液的冷却以及由此而来的冷却棒的冷却都发生在外壳中，所述的冷却将传送到单独的IC。为了避免在冷却过程中形成冷凝物，根据本发明，外壳相对于印刷电路板是固定的，在外壳(15)与印刷电路板(3)之间将放置诸如丁基橡胶的密封材料。为了附加的密封，可以将后法兰盘固定在印刷电路板的后表面，在此区域内有连接到IC的导线，所述后法兰盘将使用丁基橡胶来对印刷电路板进行密封。

Description

用于集成电路的冷却装置

技术领域

本发明涉及用于安装在印刷电路板的插槽中的集成电路的冷却装置，其中冷却元件放置在集成电路上，并且冷却装置和集成电路与外壳中的周围环境绝热，该外壳的边缘相对于印刷电路板是固定的。

背景技术

近几年，由于半导体技术的发展，集成电路(所谓的IC)的冷却得到了更广泛的运用。技术发展的一个例子是PC系统，其中，作为计算机的中央元件的处理器经常提高其性能。例如，其计算速度几乎是逐月增加的。

但是，情况是这样的：操作越快速的IC，就必须给其提供越大的功率。相反地，这意味着，由于IC性能的增强得在更低的温度下，所以需要释放更多的热量。

使用现在公知的基于压缩机的IC冷却系统，会造成被冷却的IC周围的冷凝的问题。典型地，试图通过加热区域的方法来补救这个问题，其中这些加热的区域如果不被加热，则都将会被冷凝。

因此，从US 6,054,676可知，如专利中所述，集成电路的冷却带来了集成电路周围冷凝的问题，从而可能造成使它所靠近的信号路径或者它所插入的插槽短路的危险。

为了避免冷凝的问题，可以插入一个加热IC周围区域的加热元件，期望能够使冷凝的问题最小化。

由于很多原因，对试图冷却的区域的临近区域进行加热是非常不适宜的。有一个原因是，实际上，加热元件对IC周围环境进行加热也将会增加IC的温度，而这又意味着，如果加热不能被忽略的话，冷却就不可能如它所能够的那样有效。

由于相同的原因，因为冷凝的问题，给定的集成电路的活动冷却不进行本地加热，将因此得到比在集成电路周围进行加热的情况中所能获得的更高的性能。

因此，本发明的目标是解决诸如被冷却到例如-40℃或更低温度的处理器的集成电路周围的冷凝的形成的问题。

本发明的目标可以由权利要求1的介绍部分所述类型的冷却装置获得，其特征在于，在外壳和印刷电路板之间放置了阻止液体传输渗透的密封材料。

因此可以确保，包括在更低温度中可以冷凝的水蒸气的周围空气不能渗透到被冷却区域的周围。

进一步，如权利要求2所述，如果冷却元件由外壳组成，在该外壳的空腔中放置一个具有凸起冷却棒的盖子，其有使用盖子的所述外壳都是由蒸发器形成的，蒸发器具有用于冷却液的供应管、入口短管和出口短管，在棒间的空间里引入了聚乙烯泡沫，由此获得非常有效的冷却效果，这将使形成冷凝的风险最小化，那么这将是十分有好处的。

为了进一步预防冷凝的形成，并对集成电路或处理器进行强冷却，如权利要求3中所述，如果具有底部的底法兰盘固定在印刷电路板的下面，此区域内提供了连向集成电路的导线，同时在底法兰盘与印刷电路板之间还提供了密封材料，那么这将是十分有好处的。

因此，放置处理器插槽的印刷电路板上的导线也可以有效地保护以防止冷凝的形成。

在权利要求5-7中，对密封材料的适当实施例作了限定。

注意，如权利要求4中所述，在这种连接中，如果密封材料具有低于-50℃的玻璃化温度的话，那么可以确保密封材料保持在塑性状态。

此外，如权利要求7中所述，如果密封材料是诸如乙烯-丙烯-二烯烃共聚物(也被称作丁基橡胶)的弹性材料的话，那么这种密封材料在需要阻挡环境空气的处理器的密封方面，将是非常有效的。

为了确保集成电路的意义明确的冷却，如权利要求8中所述，如果构造用于在蒸发器中将冷却液供应到入口短管的供应管，以使冷却液在进入入口短管时改变其方向(例如，90°)，并且使入口短管和出口短管的直径大于供应管的直径，那么这将是十分有好处的。

这将导致，在蒸发器中形成“稳态”流以及良好混合的冷却液与水蒸气的混合物，其中水蒸气将处于液体之上。

当从普通的、基于压缩机的冷却系统对多块集成电路进行冷却时(其中，不考虑能量供应的数量，希望集成电路上具有相同的温度条件)，如权利要求9中所述，如果通过冷却液的本地加热来产生使冷却液的液体运动减速的气泡，从而调整单独IC电路的蒸发器中的流速和冷却液的数量，以完成IC的温度控制，可能会使温度条件统一。

因此，普通压缩机供应的冷却液将根据IC中的温度条件或温度差，被分布在合并的蒸发器之间。

控制几块IC之间的温度条件的另一种方法是，如权利要求10中所述，更特别地，通过调整包含在冷却装置中并且连接到它们各自冷凝器上的冷却鼓风机的旋转速度，从而进行温度控制，来提供一个装置。

附图说明

本发明将根据附图得到更全面的解释，其中

图1示出了根据本发明的、用于集成电路的冷却装置在拆卸状态下的结构的实施例。

图2在放大图中，示出了包含在图1装置中的蒸发器。

图3示出了根据本发明的、用于两块集成电路冷却的、处于封闭系统中的冷却装置的第一基本装置。

图4示出了根据本发明的、用于两块集成电路冷却的、处于封闭系统中的冷却装置的第二基本装置，和

图5示出了用于图3的实施例中的加热元件的结构。

具体实施方式

在图1中，数字1表示组成支架的部分或者其它类似物的一个机壳部件。

机壳上安装了印刷电路板3，印刷电路板3上特别安装了插槽5，所述插槽在中央支撑着集成电路6。锁钩7沿着插槽5的边缘排列，其作用将在后面说明。

15表示其上可提供盖子14的外壳，它组成了根据本发明的冷却装置中的蒸发器，该外壳将在后面得到解释。正如同时将看到的，外壳15由通孔组成，其中的一个通孔用19表示，其可容纳螺钉17，18。最后，法兰盘16被放置在外壳15的上表面，用于容纳供应冷却液的管道，正如将结合图2所解释的。

这些螺钉17，18可以旋拧到孔中，其中一个孔用13示出，该孔位于锁扣部件11之中，锁扣部件具有沿着它的两个边的槽12，所述槽具有使锁钩7啮合到插槽5上的能力。

正如此外将看到的，图1示出了密封材料8，它用于使印刷电路板3沿着插槽的外围连接到它的一面，使外壳15的低边缘连接到它的另一面上，或者如所示，可以选择地(但不一定非要)连接法兰盘9的一面。在这种情况中，法兰盘9的另一个面将连接一个附加的密封材料10，而此密封材料10又连接着外壳15的低边缘。

从图1中的基卡3及其以上所示出的部件是通过下面的方式装配起来的：

使得具有槽12的锁扣部件11将锁钩7啮合在插槽5上，之后，螺钉17，18穿过通孔19旋拧到锁扣部件11上的螺纹部件13上。这样，所有的部件都在印刷电路板3上被夹在了一起，因此集成电路6的表面可以连接到外壳15的盖子14上的冷却面28的低表面。

由于用于夹着的外壳15和印刷电路板8之间、可以是丁基橡胶的密封材料不允许液体透过，因此它可以确保，当提供可能使集成电路表面温度降低到-40℃以下的冷却液时，不会在外壳15内形成冷凝物。这是因为丁基橡胶形成了对周围环境的整个紧密的防护罩，从而具有了使包含大量水蒸气的周围空气不能通过印刷电路板和外壳之间的通道进入到外壳内部的性质。

此外，为了确保不在外壳内形成冷凝物，可以在提供了集成电路电连接的区域内，在印刷电路板的低表面上放置一个附加的盖子2，可以通过在印刷电路板3和盖子4之间提供密封丁基橡胶法兰盘，从而使得所述附加的盖子2对于印刷电路板密封。

现在，可以结合图2更全面地解释，在根据本发明的冷却装置中作为蒸发器的、具有盖子14的外壳15是如何构建的。

正如将看到的，外壳15具有内腔27以及可以插入供应管22的边缘，所述供应管沿着23示出的边缘延伸到外壳中的、与外壳的内腔27相通的入口短管24。

此外，也与外壳的内腔27相通的出口短管25环绕着供应管22延伸。

在图2的底部示出了图1中的盖子14。这个盖子具有多个冷却棒21，冷却棒的长度比外壳15的内腔27的深度略短一些。盖子用于在外壳15的内腔27中放置，使得冷却棒不会碰撞到底部。

可以选择地将聚乙烯泡沫引入到具有盖子的外壳中，使得所有的空气都从外壳的内腔27中被排出。

如前面所提及的，通过把图1中示出的部件夹起来，使得盖子的底部接触到集成电路6的上表面。

通过下面的方式来实现冷却的产生：

液体冷却剂从压缩机供应到供应管22，将它从供应管进一步通过管23传送到入口短管24，在这里流动的方向改变了90°。当冷却液进入到了具有更低压力的外壳内腔27中时，温度会显著地下降，并且将在内腔27中形成液体和水蒸气的混合物，其中水蒸气位于液体的顶部。

水蒸气(也许是液体)从内腔27返回到压缩机，然后再次从压缩机流入到供应管22，由此，冷却处理可以以公知的方式继续进行。

在正常环境中，冷却处理会形成冷凝物，但是由于外壳内腔与周围空气隔绝，而且在内腔中又额外提供了聚乙烯泡沫，所以不会形成冷凝物。

图3示出了闭合冷却系统中的装置，其中有两个IC电路(未示出)将要通过与IC电路(未示出)接触的蒸发器30和31来进行冷却。以与图1和2所示相同的方式来构建蒸发器。35表示通往压缩机(未示出)的出口连接。32表示来自压缩机(未示出)的冷却连接，所述冷却液通过两条分支供应到它们各自的可控制的加热元件36，37(将结合图5对其结构进行解释)，并进一步通过连接33，34供应到供应管(未示出)以输送到蒸发器30，31。

温度信号通过导线38，39从蒸发器(或者最好从未示出的IC电路)传送到控制单元29，控制单元29将向加热元件36和37发射控制信号。

图3中的装置以下面的方式工作：

例如，如果蒸发器30具有比蒸发器31更低的温度，向加热冷却液的加热元件36发送信号的控制单元29将记录下温度差，由此，在分支33中将产生泡沫，使得流向蒸发器30的冷却液减速，此时，因为流向两个蒸发器的总流速是常数，所以流向蒸发器31的冷却液的流动将加速。

图4示出了图3的实施例的一个变种，两个鼓风机接收来自控制单元42的控制信号，该控制信号是在来自蒸发器45，46的温度信号的基础上形成的，其中蒸发器45，46连接到它们各自的IC电路(未示出)上。这些温度信号通过导线43，44被提供给控制单元，之后，通过控制所示风扇40，41的旋转速度，控制单元可以调整向蒸发器45，46的流动。正如将要看到的，蒸发器通过出口短管47与压缩机相通。此装置相对于图3装置的不同在于：每个蒸发器都连接到它自己的冷凝器48，49上，从压缩机通过管50反馈。因此，没有必要使用用来加热冷却液从而使得它的流动减速的加热元件。因此，能量的利用也会比图3的实施例更好些，但是用元件来构造可能会更加昂贵。

图5示出了包含在图3装置中的加热元件的结构，也就是图3装置的参考数字36和37所指示的元件的结构。

正如将要看到的，加热元件包含冷却液供应管53，它将装配到圆拱顶蒸汽室55与插入到圆拱顶蒸汽室中的加热表面部件54之间的空间中，并将其放在出口短管56中。加热表面部件54中心插入了加热元件52，加热元件52通过放置在圆拱顶蒸汽室55与加热表面部件54之间的管51，来接收用于加热冷却液的能量。

Claims (10)

1.一种用于安装在印刷电路板的插槽中的集成电路(6)的冷却装置，其中冷却元件(14)放置在所述集成电路(6)之上，并且其中所述冷却装置和所述集成电路与外壳(15)中的周围环境绝热，该外壳的边缘相对于印刷电路板是固定的，所述冷却装置的特征在于，在外壳和印刷电路板之间提供了阻止液体传输渗透的密封材料。

2.根据权利要求1所述的冷却装置，其中所述冷却元件是基于压缩机的，其特征在于，所述冷却元件由所述外壳(15)形成，在此外壳的内腔中放置了具有凸起冷却棒(21)的盖子，具有附带的盖子的所述外壳由用于冷却液的供应管(22)，入口短管(24)和出口短管(25)的蒸发器形成，并且在所述冷却棒之间的空间里引入了聚乙烯泡沫。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其特征在于，具有底部的底法兰盘(2)固定在所述印刷电路板之下，在此区域之中提供了连接到所述集成电路的导线，并且在所述底法兰盘与所述印刷电路板之间提供了密封材料。

4.根据权利要求1-3所述的冷却装置，其特征在于，所述密封材料具有低于-50℃的玻璃化温度。

5.根据权利要求1-4所述的冷却装置，其特征在于，所述密封材料对于组成所述外壳的材料诸如聚氧化甲烯或铝，具有很好的粘着性，对于涂上了包含树脂诸如环氧丙烯酸酯树脂的物质的装配板表面也有很好的粘着性。

6.根据权利要求1-5所述的冷却装置，其特征在于，所述的密封材料在37.5摄氏度具有较低的，优选地，低于82.10^-13的水蒸气的渗透系数，所述均为国际单位制系统的单位。

7.根据权利要求1-6所述的冷却装置，其特征在于，所述密封材料是弹性材料，诸如也称为丁基橡胶的乙烯-丙烯-二烯烃共聚物。

8.根据权利要求2-7所述的冷却装置，其特征在于，构建了在所述蒸发器内向入口短管(24)供应冷却液的所述供应管(22，23)，以使当所述冷却液进入到所述入口短管时，可以改变其流动的方向，例如90°，并且所述入口短管(24)和所述出口短管(25)的直径都大于所述供应管的直径。

9.根据权利要求1-8所述的冷却装置，用于使用普通的、基于压缩机的冷却装置对两块或更多块IC进行冷却，冷却液从普通的、基于压缩机的冷却装置传送到所有所述的IC，其中每块IC都通过相连的蒸发器独立地被冷却，其特征在于，通过对冷却液进行本地加热，产生能够降低冷却剂液体运动速度的气泡，来调整独立的IC电路的蒸发器中的流速和冷却液的量，从而进行所述IC的温度控制。

10.根据权利要求2-7所述的冷却装置，其特征在于，通过调整包含在所述冷却液装置中并且连接到它们各自的冷凝器上的冷却鼓风机的旋转速度，来进行所述的温度控制。

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