TW201526775A - 用於電子裝置的節省空間之熱管理系統 - Google Patents

Abstract

一種熱管理系統包含一分配板固定且平行於電路板。所述電路板具有固定在其上的模組且分配板在其內表面界定一區域以固定或其他方式與模組熱接觸。熱導管嵌入在分配板中包含模組上的部分及電路板上的部分自模組朝外。熱導管的部分自模組朝外可以是基本上垂直於電路板及分配板之間的氣流方向。模組可以位於更靠近電路板的一邊緣且熱導管可根據相鄰邊緣延伸至電路板的相對邊緣。一個朝內的表面可包含朝電路板延伸的散熱鰭片，且散熱鰭片可以是電路板的輪廓。

Description

用於電子裝置的節省空間之熱管理系統

本發明涉及一種用於冷卻電子裝置的系統及方法，並且更具體地涉及電子裝置固定在可安裝在計算裝置的機架的卡。

在許多情況下，電子裝置的設計中的一個關鍵問題是處理由電子裝置所產生的大量的熱。由於矽電晶體的尺寸越來越小，矽中的每個單位體積產生的熱也隨之增加。

作為一個例子，一個工業標準100G長距離高密度波長多工器（Dense Wave Division Multiplexing, DWDM）模組（稱為100G LH 多源協定（multi-source agreemen, MSA）模組）在5英吋乘7英吋的面積產生90至100瓦特的熱。為了處理這個熱，一個高大的散熱器及高氣流被使用。然而，高大的散熱器從被安裝的模組向外延伸至機架中的相鄰插槽，從而減少了可用於其他部件的插槽數量。

在此揭露的熱管理系統提供一種改進的方式來冷卻電子組件，特別是100G LH MSA模組。

本發明揭露一種用於電子裝置的節省空間之熱管理系統。

首先，本發明揭露一種熱管理系統，此系統包含：組件、模組、分配板及熱導管。其中，組件用以固定在電路板，所述組件分布於一區域；模組用以固定在電路板的組件之間，並且占用區域的第一部分；分配板用以與模組熱接觸且固定在模組，並且電路板具有設置在分配板及電路板之間的模組，分配板平行於電路板且延伸到區域的第二部分，區域的第二部分大於區域的第一部分且包含區域的第一部分；以及熱導管用以與分配板熱接觸。

另外，本發明揭露一種熱分配板，包含：第一部分、散熱鰭片及熱導管。其中，第一部分通過熱分配板的第一表面界定，且可與電子模組的表面形成接口，第一表面界定第二部分獨占第一部分；散熱鰭片延伸自第一表面的第二部分；以及熱導管嵌入在熱分配板且各包含延伸過第一部分的第一部件及延伸過第二部分的第二部件。

以下將配合圖式及實施例來詳細說明本發明之實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題並達成技術功效的實現過程能充分理解並據以實施。容易理解的是，本發明一般所述和圖中所示意的組件，可以佈置和設計在各種不同的配置中。因此，本發明實施例以下列更詳細的描述，如在圖中所示意，並非意在限制本發明的範圍，如申請專利範圍，而是僅為根據本發明當前構思的實施例的某些代表性的例子。目前描述的實施例將通過參閱附加圖式得到最好的理解，其中相同的部件在各處用相同的標號。

本發明已被開發以響應本領域的當前狀態，並且特別地響應於本領域中還沒有被完全由當前可用的設備和方法解決這些問題和需求。因此，本文所公開的實施方式提供了一種改進方法，用以在空間有限時，從電子組件去除熱量。

請參閱第1圖及第2圖，一個電子裝置10可包含一電路板12以及固定在其上的一個或多個組件14。所述組件14可具有固定在其上的各散熱器16。所述組件14可以是在正常操作期間產生熱量的矽晶片或其他裝置。各種其他無源組件（電阻、電感及電容）和有源組件（電晶體、晶片、放大器等等）也可以固定在電路板12。在一些實施例中，所述裝置可包含一個或多個模組18，其使用大量功率並因此產生大量的熱。如上所述一個100G LH MSA模組就是這樣一個組件。然而，模組18也可以是任何其他發熱組件，如：通用處理器、圖形處理單元（graphics processing unit, GPU）或其他相似物。

在所示實施例中，所述模組18耦合輸出信號到一個或多個光纖20，將模組18連接到一個或多個輸出端口22。所述裝置10可如此界定其他端口，舉例來說，裝置10可包含一個收發器24界定一端口28。對於此揭露而言，收發器24可以是一個小型可熱插拔（small form-factor pluggable, SFP）收發器、XFP（10 Gbps的SFP版本）收發器或CFP（100 Gbps的SFP版本）收發器。在所示實施例中，收發器24是以CFP實現。所述收發器24也可以是本領域中已知的任何其他可插拔光收發器，如：CFP2及CFP4模組，其仍處於規劃階段。所述收發器24可插入接收器26安裝至電路板12。所述端口（22、28）可凸出自或能無障礙通過固定在電路板的背板30，所述端口及端口的類型只是示範性的示意。裝置12包含本領域中已知的輸入及輸出端口可裨益於本文所揭露的實施例。

分配板32固定在電路板12且基本上與其共同延伸，舉例來說，分配板32可平行於電路板12且基本上佔據平行於電路板12的平面之相同區域，舉例來說，通過分配板32在其邊緣的量，從電路板12的最近邊緣向外或向內延伸可小於10%、較好小於5%、以及最好小於在平面的電路板的最長尺寸的1%。如所示的實施例可清楚看到，分配板32沿著一個或多個邊緣可具有電路板12的精確尺寸（製造公差內）。

在一些實施例中，特別是在電路板12比模組18大得多時，分配板32的尺寸和形狀不符合電路板12，而從模組18至少一個方向向外延伸。

所述分配板32與模組18熱接觸，為了方便此接觸，所述分配板32可直接定到模組18。舉例來說，對於100G LH MSA模組，用於將散熱器固定至模組18的緊固件之標準圖樣（pattern）是由標準規範所定義。相對地，分配板32可使用相同圖樣的緊固件固定至模組18。舉例來說，緊固件34（如：螺釘）可插入穿過分配板的孔洞36且固定在由模組18界定的孔洞38（如：螺紋孔）中。所述緊固件34，如：螺紋間距及其分布，可符合工業規格用於模組18的散熱器緊固件圖樣。

分配板32可替代地或附加地固定在電路板12。舉例來說，一個或多個緊固件40（如：螺釘）可通過界定在沿著分配板32邊緣的孔洞42插入以及透過背板30界定的孔洞44（如：螺紋孔）接合。在一些實施例中，孔洞44可透過背板30的凸緣46界定。分配板32可附加地或替代地固定在電路板12上的各種其他位置。

分配板32可界定一個或多個孔洞48以允許一個或多個散熱器50固定到一個或多個安裝在電路板12的其他組件。舉例來說，所示散熱器50有助於去除來自收發器24的熱能。舉例來說，緊固件52可接合由收發器24中的接收器26界定的孔洞54（如：螺紋孔）、或電路板12的一些其他部分或固定到電路板12的結構。

在一些實施例中，熱能可另外透過後方散熱器56從模組18去除。所述後方散熱器56可固定到裝置10使電路板12設置在後方散熱器56及模組18之間。所述後方散熱器56可界定凸部58其大小可以通過電路板12延伸至模組18與其熱接觸。凸部58的部分或全部的表面面向模組18可覆蓋熱傳導材料（如：有機矽聚合物、導熱膏或相似物），其可容納表面粗糙或相對於模組18不對準的表面。另外，模組18與凸部58介面的一部分表面覆蓋有熱傳導材料。

散熱器56可透過緊固件60（如：螺釘）穿過散熱器56延伸及結合電路板12及／或模組18的方式固定到電路板12及模組18或兩者其中之一。

請參閱第3圖及第4圖，在一些實施例中，電路板12可安裝到一個板件64，如：金屬板件64，其提供結構鋼度給電路板12。所述金屬板件64可平行於電路板且可基本上與其共同延伸。舉例來說，通過板件64在其邊緣的量，從電路板12的最近邊緣向外或向內延伸可小於10%、較好小於5%、以及最好小於在平行於電路板12的平面的電路板最長尺寸的1%。

後方板件64可界定一個孔洞66以接受凸部，在所示實施例中，孔洞66其大小適合接受整個散熱器56，即具有符合散熱器56加上間隙的周長以允許插入到孔洞66。電路板12可界定孔洞68或接受緊固件62及同樣界定孔洞70以接受凸部58，使得凸部可被設置以熱接觸模組18。

在一些實施例中，凸部58可在散熱器56的另一側上具有相應的凹部72。在一些實施例中，從凹部72延伸的散熱器56之散熱鰭片74可大於相鄰凹部72的散熱鰭片76，使得散熱鰭片74與一些平面相互齊平，如：當散熱器56如文中所述被固定在此時，平行於電路板12的平面。

第4圖可清楚看到，電路板12可具有與其耦合的一個或多個端口78且位於背板30的相對面。這些端口78可方便裝置10耦合至使用它的裝置、供電至裝置10或執行一些其他功能。

板件64可固定在計算機服務器機架的機架插槽或一些其他裝置。一個或多個緊固件，如：快速拆卸，緊固件80可固定到背板30及板件64或兩者其中之一，以選擇性地固定裝置10於插槽內。緊固件80可以是本領域中已知用於固定電子裝置10於標準化插槽內的任何固定件。

第5圖示意分配板32朝內的表面，即面向電路板12，朝內的表面可界定一個區域82對應模組18。所述區域82可被塗覆或覆蓋熱傳導層，如：矽聚合物層、散熱膏或相似物。所述區域82其大小可基本上相同於當分配板32固定到模組18時的接合表面。舉例來說，區域82其大小符合模組18的上表面加上一些公差（如：0.1至1毫米或近似）允許自由插入模組18接合所述區域82。

所述區域82可被界定為朝內的表面的區域，其未佔用散熱鰭片84。分配板32可具有多個從其延伸朝向電路板12的散熱鰭片84。分配板32可界定第一邊緣86位於背板30以及相對的第二邊緣88平行於第一邊緣。散熱鰭片84至少一部分的每一散熱鰭片基本上（在正負5度內）與第一邊緣86及第二邊緣88或兩者其中之一對準，其也可對應穿過電路板12及分配板32之間的空間的空氣流動方向。

如第5圖所示意，一些散熱鰭片90或散熱鰭片84的部分90比其他散熱鰭片92或散熱鰭片92的部分還要短。散熱鰭片84的不同高度可以容納固定到電路板12的組件。在一些實施例中，朝內的表面的一個或多個區域94可不具有散熱鰭片84固定在其上。這樣的區域可對應到組件的位置，那裡沒有散熱鰭片的空間。舉例來說，如第1圖至第4圖所示意，當分配板32固定到電路板12，組件14具有自己的散熱器16固定在其上可能設置在相應的非散熱鰭片區域上。在一些實施例中，當分配板固定在其上，一個或多個非散熱鰭片區域94可設置於安裝在電路板12的電源。在這樣的實施例中，此非散熱鰭片區域94可具有矽聚合物、散熱膏或其他高導熱材料的覆蓋以便從電源傳遞熱量到此非散熱鰭片區域94。

請參閱第6圖，分配板32（distributor）可具有多個熱導管（96、98）安裝在其上或嵌入其中。熱導管（96、98）可以是本領域中已知的任何熱導管。如本領域已知，熱導管通常包括內襯有吸附材料（wicking material）的通道或管子。所述通道或管子部分地填充有液體，其具有在裝置的工作溫度範圍內的汽化溫度（vaporization temperature）以進行冷卻。所述吸附材料吸引液體到管子或通道的區域，其中液體被蒸發（導管的熱端）且蒸氣凝結在導管的冷卻端。液體的蒸發熱因此用於吸收在熱端的熱且在冷卻端釋放熱量。

熱導管（96、98）從模組18延伸至分配板32的區域，其未定位在模組18。舉例來說，熱導管（96、98）可具有其長度的30%～70%在模組18上，以及其長度的30%～70%位於電路板12的其他區域上。在一些應用中，模組18被定位在更靠近分配板32的一邊緣86。相對地，熱導管（96、98）可以從鄰近的邊緣86延伸至鄰近的邊緣88。舉例來說，其中在邊緣86及邊緣88之間的距離沿著垂直方向上的邊為X。一個或多個熱導管（96、98）最靠近邊緣86及邊緣88或兩者其中之一的部分可以是X的10%內，較佳為5%，且更佳為2%。

模組18基本上可阻止氣流跨過分配板32及電路板12之間。因此，氣流100的一部分通過分配板32及電路板12之間的間隙，其非入射（incident）在模組18所以可通暢流過。與此相反，氣流102入射到模組18上可以從模組18引導離開。透過路由熱導管（96、98）朝向邊緣88，每一熱導管（96、98）的至少一部分沿著氣流100及氣流102的路徑定位。所述熱導管（96、98）的至少一部分，如：其30%～70%之間，可基本上垂直於未阻礙空氣流的方向，如：在20度、較佳為10度以及更佳為5度之內的垂直。

在所示實施例中，熱導管96垂直於邊緣（86、88）且延伸到孔洞48的一側。熱導管98包含第一部分定位在模組18上的分配板32之第一側，所述第一部分平行於邊緣（86、88），以及第二部分定位在分配板32的相對側垂直於邊緣（86、88），並且沿著孔洞48的相對側延伸。熱導管98的彎曲部分如圖所示連接第一部分和第二部分。

所示配置是熱導管（96、98）的一個配置例子，其他配置也可被使用。特別是模組18被定位在電路板12上的更中央，熱導管（96、98）可以從模組18上朝向邊緣（86、88）延伸到上述鄰近的邊緣（86、88）內。

請參閱第7圖，在替代實施例中，多個熱導管104可具有兩端位於包含邊緣88的分配板的一側，以及每一熱導管104在端部之間的部分延伸跨過模組18。舉例來說，熱導管104可以是U形，U形底部更靠近邊緣86且U形的雙腿朝向邊緣88延伸。

請參閱第8圖，裝置10可被插入在機架106，如：計算機機架、伺服器機架或其相似物。機架106可界定多個插槽限定插槽寬度或間距110。舉例來說，插槽108可符合先進電信運算架構（Advanced Telecommunications Computing Architecture, ATCA）規範，其具有1.2英吋的間距110。

文中所揭露的分配板32有助於省卻鰭片式散熱器112固定到模組18從所示模組向外延伸的散熱鰭片。所述散熱器112將增加寬度114且導致裝置10佔據多個插槽108。因此，更多裝置可以被放置在單一機架106同時仍滿足各裝置的冷卻需求。

第8圖示意一些風扇116位於機架底部且迫使空氣向上通過裝置10，如：沿著散熱鰭片84的長軸固定到分配板32。所述風扇116可任意配置且迫使空氣向上通過裝置10、吸取空氣向下通過裝置10（如：與第6圖所示相反）。風扇116可附加地設置在裝置10上且任意迫使空氣向下通過裝置10或吸取空氣向上通過裝置10。

本發明可以以其他特定形式體現而不背離其精神或本質特徵。所描述的實施例在所有方面都被認為僅是說明性的，而不是限制性的。因此，本發明的範圍由所附權利要求指明，而不是由前面的描述。所有改變的含義和權利要求的等效的範圍內都是在其範圍之內。

10‧‧‧裝置
12‧‧‧電路板
14‧‧‧組件
16‧‧‧散熱器
18‧‧‧模組
20‧‧‧光纖
22‧‧‧端口
24‧‧‧收發器
26‧‧‧接收器
28‧‧‧端口
30‧‧‧背板
32‧‧‧分配板
34‧‧‧緊固件
36、38‧‧‧孔洞
40‧‧‧緊固件
42、44‧‧‧孔洞
46‧‧‧凸緣
48‧‧‧孔洞
50‧‧‧散熱器
52‧‧‧緊固件
54‧‧‧孔洞
56‧‧‧散熱器
58‧‧‧凸部
60、62‧‧‧緊固件
64‧‧‧板件
66、68‧‧‧孔洞
70‧‧‧孔洞
72‧‧‧凹部
74、76‧‧‧散熱鰭片
78‧‧‧端口
80‧‧‧緊固件
82‧‧‧區域
84‧‧‧散熱鰭片
86、88‧‧‧邊緣
90、92‧‧‧散熱鰭片
94‧‧‧區域
96、98‧‧‧熱導管
100、102‧‧‧氣流
104‧‧‧熱導管
106‧‧‧機架
108‧‧‧插槽
110‧‧‧間距
112‧‧‧散熱器
114‧‧‧寬度
116‧‧‧風扇

第1圖係為根據本發明實施例結合熱管理系統的電子組件之分解圖。 第2圖係為第1圖的電子組件及分配板之等距視圖。 第3圖係為第1圖的電子組件及分配板的相對側之等距視圖。 第4圖係為第1圖的電子組件及分配板的相對側之分解圖。 第5圖係為根據本發明實施例的分配板的內表面之等距視圖。 第6圖係為根據本發明實施例的分配板之側視圖。 第7圖係為根據本發明實施例的分配板的替代實施例之側視圖。 第8圖係為根據本發明實施例的電子組件及分配板結合機架之後視圖。

10‧‧‧裝置

12‧‧‧電路板

14‧‧‧組件

16‧‧‧散熱器

18‧‧‧模組

20‧‧‧光纖

22‧‧‧端口

24‧‧‧收發器

26‧‧‧接收器

28‧‧‧端口

30‧‧‧背板

32‧‧‧分配板

34‧‧‧緊固件

36、38‧‧‧孔洞

40‧‧‧緊固件

42、44‧‧‧孔洞

46‧‧‧凸緣

48‧‧‧孔洞

50‧‧‧散熱器

52‧‧‧緊固件

54‧‧‧孔洞

56‧‧‧散熱器

58‧‧‧凸部

60、62‧‧‧緊固件

Claims (20)

1. 一種熱管理系統，該系統包含： 多個組件，用以固定在一電路板，該些組件分布於一區域； 一模組，用以固定在該電路板的該些組件之間，並且占用該區域的一第一部分； 一分配板，用以與該模組熱接觸且固定在至少一該模組，並且該電路板具有設置在該分配板及該電路板之間的該模組，該分配板平行於該電路板且延伸到該區域的一第二部分，該區域的該第二部分大於該區域的該第一部分且包含該區域的該第一部分；以及 多個熱導管，用以與該分配板熱接觸。
2. 根據申請專利範圍第1項之熱管理系統，其中該系統更包含自該分配板向該電路板延伸的多個散熱鰭片，該些散熱鰭片界定在該區域的一第三部分，其不包括該區域的該第一部分且向外延伸自該區域的該第一部分。
3. 根據申請專利範圍第2項之熱管理系統，其中該些組件具有不同高度，並且該些散熱鰭片具有不同高度以符合該些組件。
4. 根據申請專利範圍第1項之熱管理系統，其中該些熱導管嵌入在該分配板中。
5. 根據申請專利範圍第1項之熱管理系統，其中該些熱導管從該區域的該第一部分延伸到該區域的該第三部分。
6. 根據申請專利範圍第5項之熱管理系統，其中該區域的該第一部分靠近該區域的一第一邊緣；以及 其中該些熱導管從該區域的該第一部分延伸朝向與該區域的該第一邊緣相對的一第二邊緣。
7. 根據申請專利範圍第6項之熱管理系統，其中該些熱導管各包括一筆直部分垂直於該第二邊緣且位於相鄰的該第二邊緣。
8. 根據申請專利範圍第6項之熱管理系統，其中該分配板更界定一孔洞其大小接受所述組件的一組件，該孔洞定位在該模組及該第二邊緣之間；以及 其中，該些熱導管在該孔洞周圍延伸。
9. 根據申請專利範圍第7項之熱管理系統，其中該電路板安裝在具有一空氣源的一機架內，其中所述筆直部分係基本垂直於氣流方向，由穿過該電路板的該空氣源引導。
10. 根據申請專利範圍第7項之熱管理系統，其中該些熱導管包含一第一熱導管，該第一熱導管垂直於該第二邊緣沿著一整體範圍以及第二熱導管，每一第二熱導管包含： 一第一部分，垂直於該第二邊緣且位於該區域的該第三部分； 一第二部分，平行於該第二邊緣且位於該區域的該第一部分；以及 一第三部分，該第三部分為彎曲且在該第一部分及該第二部分之間延伸。
11. 根據申請專利範圍第6項之熱管理系統，其中該些熱導管為U形且每一熱導管包含終端部分垂直於該第二邊緣。
12. 根據申請專利範圍第1項之熱管理系統，其中更包含一背板沿著該電路板的一邊緣固定且界定多個端口，該分配板固定至該背板。
13. 根據申請專利範圍第1項之熱管理系統，其中更包含一導熱墊片設置在該分配板及該模組之間。
14. 根據申請專利範圍第1項之熱管理系統，其中該電路板在該區域的該第一部分界定一孔洞、一散熱器固定在所述電路板及該模組至少其中之一，並且與通過該孔洞的該模組熱接觸。
15. 根據申請專利範圍第14項之熱管理系統，其中該散熱器界定一凸部固定至且延伸自一第一表面，以及多個散熱鰭片固定至與該第一表面相對的一第二表面，該凸部其大小穿過該孔洞延伸。
16. 根據申請專利範圍第1項之熱管理系統，其中更包含一機架界定多個插槽沿著一橫向方向分布且具有一插槽間距，該電路板及該分配板固定在所述插槽其中之一。
17. 根據申請專利範圍第1項之熱管理系統，其中該模組為100G長距離多源協定模組。
18. 一種熱分配板包含： 一第一部分，通過該熱分配板的一第一表面界定，且尺寸可與一電子模組的一表面形成接口，該第一表面界定一第二部分獨占該第一部分； 多個散熱鰭片延伸自該第一表面的該第二部分；以及 多個熱導管嵌入在該熱分配板且各包含延伸過該第一部分的一第一部件及延伸過該第二部分的一第二部件。
19. 根據申請專利範圍第18項之熱分配板，其中該第一部分接近該熱分配板的一第一邊緣而非相對的一第二邊緣；以及 其中所述熱導管從該第二部分朝向該第二邊緣延伸。
20. 根據申請專利範圍第18項之熱分配板，其中該分配板更界定一孔洞其大小可以接受該些組件其中之一，該孔洞定位在該模組及該第二邊緣之間；以及 其中該些熱導管在該孔洞周圍延伸。