專利名稱：從單個(gè)擠制熱管制成的散熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及電子領(lǐng)域，尤其涉及從電子芯片上除去多余熱量。更特別的是，本發(fā)明涉及對具有熱管的散熱器的功能設(shè)計(jì)和制造方法。
背景技術(shù)：
在典型的個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)中，邏輯電路中的主要發(fā)熱部件是處理器，也稱為中央處理器(CPU)或微處理器(MP)。如圖1a所示，通過將處理器102上的針腳108對應(yīng)插入插座104，而將處理器102安裝到插座104上，所述插座被安裝在(印刷)電路板106上。隨著處理器的性能持續(xù)增加，處理器產(chǎn)生的熱量也同樣增加。所述熱量如果過多會(huì)導(dǎo)致處理器102或者其它類似的集成電路(IC)封裝出現(xiàn)故障或者徹底崩潰。
為了消除來自處理器102的熱量，通過束帶116或其它附接方式將具有散熱器底板112和多個(gè)散熱片114的散熱器(HS)110固定到處理器102上。來自處理器102的熱量被傳導(dǎo)到HS底板112和散熱片114，所述散熱片通過傳導(dǎo)和對流將熱量消散到散熱片114周圍的空氣中。為了在處理器102的頂部表面120和HS底板112之間提供熱傳導(dǎo)，使用散熱膏118，其通常為導(dǎo)熱硅或者被摻雜有例如金屬的填充物的填充烴類油脂。
如圖1a所示的散熱器110的主要問題是，它依賴于到周圍空氣的傳導(dǎo)，所述空氣可能充分或沒有充分地移動(dòng)以顯著導(dǎo)出熱量，這決定于散熱器附近的由風(fēng)扇引起的空氣流動(dòng)，所述風(fēng)扇位于包括處理器102的計(jì)算機(jī)中。為了幫助空氣流動(dòng)，現(xiàn)有技術(shù)提供了如圖1b所示的對散熱器的風(fēng)扇122的改進(jìn)。如圖所示，散熱器風(fēng)扇122包括繞軸126旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇葉片124。
隨著IC上的越來越多的晶體管和其它電子元件的密集，如圖1a-b所示的散熱器配置不足以消除來自例如所示處理器102的IC封裝的毀壞性熱量?，F(xiàn)有技術(shù)的熱量消除技術(shù)的下一步是發(fā)展結(jié)合充有傳熱流體的管的散熱器。這種散熱器被稱為熱管?，F(xiàn)在參考圖2a，示出了現(xiàn)有技術(shù)的熱管200。熱管200由相鄰于處理器102的熱管底板202組成，包括或不包括中間散熱膏118。如圖2a-c所示，管204附接到熱管底板202，從所述管204延伸出多個(gè)水平散熱片206。水平散熱片206以類似于圖1a-b中所述的散熱片114的方式的方式對流地從管204移走熱量。然而，熱管200還利用流體傳熱。
如圖2c所示，管204充滿了流體208，通過管蓋210將所述流體保持在管204中。如圖2c中的流動(dòng)箭頭所示，流體208在管204中垂直地循環(huán)。也就是說，當(dāng)流體208在管204的底部被加熱后，流體208朝著管204頂部的管蓋210上升，所述管204相鄰于熱管底板202，并從而相鄰于發(fā)熱的處理器102。當(dāng)流體208到達(dá)管蓋210時(shí)，流體208回流到管204的內(nèi)部側(cè)面。由于水平散熱片206從管204的側(cè)面提供了到周圍空氣的附加傳導(dǎo)/對流冷卻，從而管204的側(cè)面可以從流體208傳導(dǎo)走熱量。
盡管如圖2a-c所示的熱管200是對現(xiàn)有技術(shù)的散熱器的很大改進(jìn)，但是熱管200的結(jié)構(gòu)難于處理。必須獨(dú)立制造熱管200的每個(gè)部件，然后組裝整個(gè)熱管200。也就是說，必須獨(dú)立地制造熱管底板202、管204、水平散熱片206和管蓋210中的每個(gè)，然后將每一塊接合到一起以形成最終的熱管200。在對熱管200的制造/組裝工藝中最麻煩的步驟中的一步是將水平散熱片206附接到管204。在對準(zhǔn)管204的每個(gè)水平散熱片206后，將水平散熱片206焊接(通常使用熱焊或者類似工藝)到管204。該工藝昂貴、耗時(shí)、并且難于滿足質(zhì)量控制參數(shù)。
因此需要一種裝置和方法，用于制造可以更便宜地、更快速地并且更容易地滿足質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的熱管。

發(fā)明內(nèi)容
從而，本發(fā)明的目的在于一種用于冷卻集成電路的熱管。所述熱管包括管和徑向散熱片，其通過擠壓單塊例如導(dǎo)熱金屬的材料形成。每個(gè)徑向散熱片從管延伸出，并(優(yōu)選)在管的長度上延伸。每個(gè)徑向散熱片都具有垂直取向的子散熱片，所述子散熱片給徑向散熱片提供額外的對流表面面積。管內(nèi)具有內(nèi)部散熱片，其也是通過材料擠壓工藝形成。內(nèi)部散熱片對在管內(nèi)循環(huán)的傳熱流體提供了額外的傳導(dǎo)冷卻。
在下文的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的上述、及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


在所附權(quán)利要求書中將給出認(rèn)為是本發(fā)明特征的創(chuàng)造性特征。然而，通過結(jié)合附圖參考下文對說明性實(shí)施例的詳細(xì)描述，將最佳地理解本發(fā)明自身、以及本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式、其它目的和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1a-b示出了現(xiàn)有技術(shù)的散熱器；圖2a-c示出了現(xiàn)有技術(shù)的熱管；圖3a-b示出了本發(fā)明的熱管；圖3c示出了用于構(gòu)成本發(fā)明的熱管的單個(gè)擠制件；以及圖4示出了其中可以結(jié)合本發(fā)明的熱管的示例計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在參考圖3a-b，這里描述了一種創(chuàng)造性熱管300。熱管300由管302組成，多個(gè)外部散熱片304從所述管302延伸出。如圖3a所示，外部散熱片304沿管302的側(cè)面縱向地取向。
每個(gè)外部散熱片304具有多個(gè)子散熱片306，其優(yōu)選以基本正交的方向從外部散熱片304延伸出，使得外部散熱片304和子散熱片306如圖所示環(huán)繞管302形成風(fēng)車形。
管302的內(nèi)部具有內(nèi)部散熱片308，如同外部散熱片304沿管302的整個(gè)外部長度縱向延伸，所述內(nèi)部散熱片308也沿著管302的整個(gè)內(nèi)部長度延伸。管302的中間是蒸氣室310，冷卻流體通過所述蒸氣室能夠向上離開熱源，所述熱源例如下面圖4中所示計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的集成電路(IC)封裝件312。當(dāng)冷卻流體向上通過蒸氣室310時(shí)，冷卻流體被毛細(xì)材料314吸引到內(nèi)部散熱片308附近的空間。通過在管302的一端熔合(或者附接)底316、并在管302的第二端熔合管蓋318，而將冷卻流體容納在管302中。因此，冷卻流體以類似于圖2c所示的在管204中的方式在管302中循環(huán)，此外，毛細(xì)材料314通過將冷卻材料向管302的被冷卻的內(nèi)側(cè)面吸引而提供額外的冷卻作用。
可選的是，可以將風(fēng)扇320安裝到熱管300的上方，以促進(jìn)通過外部散熱片304和子散熱片306的空氣的流動(dòng)。為設(shè)置空氣間隙322以提供增大的進(jìn)氣口空間，可選地在管302的下端和底板316之間附接底板間隔環(huán)324。注意，將底板間隔環(huán)324附接到管302的開放端(未示出)，以允許冷卻流體可以移動(dòng)到達(dá)底板316。
可選的是，不使用插入的底板間隔環(huán)324，而將管302直接附接到底板316上，以使得熱管300的制造更加容易。然而，如果不包括底板間隔環(huán)324，就要注意確保有足夠的氣流例如通過如圖3b所示的通道326到達(dá)子散熱片306?？蛇x的是，可以將擠制外部散熱片304的下部加工(優(yōu)選切削)除去，以形成空氣間隙322而不需要底板間隔環(huán)324。從而，通過在安裝到底板316之前或之后簡單地切削擠制外部散熱片304的下部，從而需要將更少的部件焊接在一起(因?yàn)椴恍枰装彘g隔環(huán)324)。
現(xiàn)在參考圖3c，示出了單個(gè)擠制件328，其包括管302、外部散熱片304、子散熱片306和內(nèi)部散熱片308。在熱管300的制造中，通過擠壓單塊優(yōu)選為金屬的材料以形成如圖3c所示的截面形狀而形成單個(gè)擠制件328。所述擠壓工藝是材料擠壓領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何材料擠壓工藝。
然后切割單個(gè)擠制件328并且(優(yōu)選利用熱熔)將其安裝到底板316上。將毛細(xì)材料314插入管302的內(nèi)部，然后對所述管抽真空并充入冷卻流體。然后通過將管蓋318熔接到管302的頂端而將管302封頂。
現(xiàn)在參考圖4，示出了示例數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的方框圖，所述系統(tǒng)可以結(jié)合熱管300以用于冷卻，所述冷卻包括對例如所示中央處理器402的中央處理器的冷卻。
例如，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400可以是從紐約Armonk的國際商業(yè)機(jī)器公司(IBM)獲得的個(gè)人或者服務(wù)器計(jì)算機(jī)的其中之一。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400包括中央處理器(CPU)402，將其連接到系統(tǒng)總線408。在示例實(shí)施例中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400包括圖形適配器404，將其也連接到系統(tǒng)總線408，用于在顯示器406上給用戶提供界面信息。
連接到系統(tǒng)總線408的還有系統(tǒng)存儲(chǔ)器410和輸入/輸出(I/O)總線橋412。I/O總線橋412將I/O總線414耦合到系統(tǒng)總線408，傳遞和/或轉(zhuǎn)換從一個(gè)總線到另一個(gè)總線的數(shù)據(jù)處理。將外圍設(shè)備連接到I/O總線414上，所述外圍設(shè)備例如為可以是硬盤驅(qū)動(dòng)器的非易失性存儲(chǔ)設(shè)備416、以及可以包括通常的鼠標(biāo)、滾輪或者類似物的輸入設(shè)備418。
提供如圖4所示的示例實(shí)施例只是為了說明本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，可以在形式和功能上進(jìn)行多種改變。例如，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)400還可以包括緊湊型盤只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)或者數(shù)字多用途盤(DVD)驅(qū)動(dòng)器、聲卡和音頻揚(yáng)聲器、以及多個(gè)其它可選部件。所有這些變化都被認(rèn)為是包括在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
通過使用單塊擠壓材料來形成熱管的管和散熱片，大大縮短了制造時(shí)間而同時(shí)增加了品質(zhì)，這是因?yàn)椴槐貙ⅹ?dú)立的散熱片熔接到管。同樣，如果不將管和散熱片擠壓成單個(gè)單元，將內(nèi)部散熱片如本發(fā)明所述那樣安裝到管內(nèi)部是困難的、甚至不可實(shí)現(xiàn)。
盡管參考優(yōu)選實(shí)施例具體示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的多種改變。例如，除上述IC封裝，本發(fā)明還可以用于任何發(fā)熱裝置。
最后，注意到，盡管使用了例如“底部”和“頂部”這樣的術(shù)語來描述不同組件的空間方向和移動(dòng)，但是這些術(shù)語只是被一般性地使用，所述和要求的本發(fā)明包括這些一般描述的方向，但不限于“上/下”這樣的限定。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括熱管，其具有底板，其可以被定位為接近發(fā)熱的集成電路封裝；管，其具有連接到所述底板的第一端；多個(gè)外部散熱片，其被沿著所述管的側(cè)面縱向取向；所述管內(nèi)部的傳熱流體；以及管蓋，其用于密封所述管的第二端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括一個(gè)或多個(gè)被縱向附接到所述管的內(nèi)部的內(nèi)部散熱片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中一個(gè)或者多個(gè)所述外部散熱片包括至少一個(gè)從所述外部散熱片延伸出的子散熱片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中每個(gè)所述子散熱片在相同方向上從所述外部散熱片延伸出，使得所述子散熱片圍繞所述管形成風(fēng)車形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括毛細(xì)材料，其被定位在所述流體和所述管的內(nèi)壁之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的系統(tǒng)，還包括毛細(xì)材料，其被定位在所述流體和所述內(nèi)部散熱片之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，還包括風(fēng)扇，其被定位以使空氣流動(dòng)穿過所述外部散熱片。
8.一種熱管，包括底板，其可以被定位為接近發(fā)熱的集成電路封裝；管，其具有連接到所述底板的第一端；多個(gè)外部散熱片，其被沿著所述管的側(cè)面縱向取向；所述管內(nèi)的傳熱流體；以及管蓋，其用于密封所述管的第二端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的熱管，還包括一個(gè)或多個(gè)被縱向附接到所述管的內(nèi)部的內(nèi)部散熱片。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的熱管，其中一個(gè)或者多個(gè)所述外部散熱片包括至少一個(gè)從所述外部散熱片延伸出的子散熱片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的熱管，其中每個(gè)所述子散熱片在相同方向上從所述外部散熱片延伸出，使得所述子散熱片圍繞所述管形成風(fēng)車形。
12.根據(jù)權(quán)利要求8的熱管，還包括毛細(xì)材料，其被定位在所述流體和所述管的內(nèi)壁之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的熱管，還包括毛細(xì)材料，其被定位在所述流體和所述內(nèi)部散熱片之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求8的熱管，還包括風(fēng)扇，其被定位以使空氣流動(dòng)穿過所述外部散熱片。
15.一種形成熱管的方法，所述方法包括擠壓單塊的材料以形成管，以及多個(gè)外部散熱片，其被沿著所述管的外部側(cè)面縱向取向；將所述管的第一端耦合到底板；將傳熱流體充入所述管的內(nèi)部；以及將管蓋附接到所述管的第二端。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述被擠壓的單塊材料包括多個(gè)沿所述管的內(nèi)壁縱向延伸的內(nèi)部散熱片。
17.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述被擠壓的單塊材料包括至少一個(gè)從一個(gè)或多個(gè)所述擠制外部散熱片上延伸出的子散熱片。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括在用所述管蓋密封所述管的所述第二端之前，將毛細(xì)材料放置到所述流體和所述管的內(nèi)壁之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括在用所述管蓋密封所述管的所述第二端之前，將毛細(xì)材料放置到所述流體和所述內(nèi)部散熱片之間。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中所述被擠壓的材料是金屬。
全文摘要
一種用于冷卻集成電路的熱管。所述熱管包括管和徑向散熱片，它們通過擠壓例如導(dǎo)熱金屬的單塊材料而形成。每個(gè)徑向散熱片從管延伸出，并(優(yōu)選)沿管的長度延伸。每個(gè)徑向散熱片都具有垂直定向的子散熱片，它們?yōu)閺较蛏崞峁┝祟~外的熱對流表面面積。內(nèi)部散熱片位于管內(nèi)部，其也是在材料擠壓工藝中形成。這些內(nèi)部散熱片為在管內(nèi)循環(huán)的傳熱流體提供了額外的傳導(dǎo)冷卻。
文檔編號G06F1/20GK1783462SQ200510114899
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月1日
發(fā)明者R·R·沃爾福德, J·G·大福斯特, D·C·哈迪, D·S·基納 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司