专利名称：用于表征在非均匀热负荷下的热特性的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及表征用于电子部件的冷却装置和冷却组件的特性，尤其涉及一种表征在非均匀热负荷下的冷却装置的热特性的设备和方法。
背景技术：
在过去的十多年中，微处理器的性能有了显著改进。为了实现器件性能中的这种改进，电路的密度增大。在更小尺寸的芯片上制造出越来越多的晶体管。这继而导致组件功率密度成指数级地增大，并且预计这种趋势会持续到可预知的将来。芯片组件所消耗的几乎所有的电能都被作为热量释放到周围环境中，这从而给冷却装置和冷却组件带来巨大的负担。
现有的冷却技术通常利用空气或水将热量从芯片上带走。具有热管或蒸汽室的热沉通常用在气冷装置中，而小型或微型冷板在水冷中是最主流的。这些装置经由热界面连接到硅芯片上。在许多冷却组件中，可区分为三种部件i)冷却装置；ii)冷却组件和芯片之间的导热界面；以及iii)芯片或半导体器件本身。下面对每种部件进行进一步说明。在下文中，为了便于说明，冷却装置被称为热沉(heat sink)，它可以包括风扇、铜散热片、冷板、小型通道、小型导管、微型通道、微型导管以及其它类似结构。冷却组件包括冷却装置、电子器件如半导体芯片，以及芯片与冷却装置之间的热界面材料。
图1和2分别示出现有技术的气冷式和液冷式芯片。参照图1，气冷片式热沉102连接到硅芯片104上。热沉102包括多个由高导热材料例如铜或铝制成的散热片106。该片式结构使表面积最大，将热量从芯片上吸走并传递到周围环境108中。热沉102还可包括具有吸液芯(wick)结构且位于散热片106和芯片104之间的内部热管110，以及位于热管110和芯片104之间的导热板112。最后，导热界面114——例如油脂、环氧树脂或焊料——将热沉102连接到芯片104上，并允许热量从芯片104传递到热沉102上。为了便于引用，整个结构100被称为冷却“组件”。
参照图2，其中示出液冷式热沉202连接到硅芯片104上。液冷式热沉202是不必依赖外部环境进行散热的密封环境，但具有用于液体循环的路径。液体能够将部分热量带到冷却器或某种其它的吸热器(可以是环境)。液冷式热沉202通过导热界面114连接到芯片104上。与图1中所示的类似，图2的冷板202是实际的冷却装置，而整个结构200被称为冷却组件。冷却组件200包括界面114和芯片104。应该指出，冷板202包括小型通道、微型通道、小型导管和微型导管以及其它形式的大型/小型/微型冷板。
除了由于上述的晶体管密度增加而导致的总体功耗增加外，微处理器和其它电路的性能得到优化，这导致器件上有高热区域或范围。这些区域显示出很高的功率密度，从而导致芯片上有“热点”。图3是示出现有技术芯片的功率分布的功率图。图4示出当使用现有技术的结构冷却器件104时，由图3的功率图得到的现有技术的冷却装置的表面上的温度分布。芯片功率分布的空间不均匀性导致通过导热界面114与芯片相接触的冷却装置的表面上的功率和温度相应地不均匀。这种现象对冷却装置的热性能产生不利影响，冷却装置通常被设计成在空间上更加均匀的热负荷下工作并对被进行试验。
热管110或蒸汽室具有蒸发器部分(未示出)，该部分利用已知的通过使驻留的液体蒸发或沸腾的液相变化。这使得从芯片表面上吸走大量的热。蒸发和沸腾的速率均受到与发生相变的液体相接触的表面上的热通量大小和热通量分布的显著影响。尤其是，在该器件的高功率密度区域处，热管110的冷却能力下降。因此，当使用热管或蒸发室来冷却微处理器或电子器件时，如果芯片的功率密度很不均匀，则在芯片和界面上方的蒸发器区域内的沸腾和/或蒸发也将是不均匀的。所得到的冷却用传热系数是取决于蒸发器表面上的局部热通量分布的函数。
为了示出该原理，图5示出现有技术的满负荷工作的硅芯片104。芯片104具有三个不同的功率密度区低功率密度区502、中功率密度区504和高功率密度区506。容纳液体508的热管110直接位于芯片104上方并连接到该芯片上。液体508沸腾的区域514位于该热管110内并直接位于芯片104的中功率密度区504上方。在此处，相变迅速发生，并且热管110的冷却效应最大。直接位于工作芯片104的低功率密度区502上方的区域512是冷却液体508(通常是水)内的相变很少的区域，因此对芯片104的冷却降低。最后，在直接位于芯片104的高功率密度区506上方的区域516，液体508内产生过量的蒸汽。过量的蒸汽的产生形成蒸汽覆盖层518，该蒸汽覆盖层阻止液体508与板112接触和有效地从板112驱散热量，从而导致冷却装置110的冷却系数迅速降低。
图6是示出现有技术中的沸腾或蒸发冷却系数是如何随输入功率密度变化的曲线图。沿该曲线的三个点612、614和616对应于图5中的相同区域512、514和516。在图6内，可以看到冷却系数随功率密度增大，直到其达到最优值614，之后冷却系数迅速减小。
因此，在这些情况下，了解冷却装置在非均匀芯片热负荷下的热行为并为此进行设计是有利的。为了能够了解和设计，希望表征和测量这些冷却装置在这种空间上非均匀的芯片功率条件下的性能。另外，芯片功率密度依赖于应用，即，其活动特性。因此，同一芯片在不同应用下会具有不同的功率密度。因此，还需要为灵活的或动态变化的功率图进行设计。
发明内容
简言之，根据本发明，公开了这样一种方法和设备，其用于向冷却装置施加非均匀热负荷，以及测量和表征(i)仅冷却装置；(ii)整个冷却装置组件(即冷却装置、导热界面和芯片)；和(iii)仅导热界面的热性能。本发明的方法和设备不需要使测量设备物理连接到试验器件上，从而在使用用于施加功率的电阻加热器、热电偶以及用于温度测量的IR热成像仪时可提供很多优点。文中所公开的方法和设备还可以迅速改变试验器件上的热点或高功率密度点。
在一个实施例中，本发明包括一种用于表征用于处理器件的工作的冷却装置的热特性的装置，其中该装置包括工作的冷却装置、施加(应用)到该冷却装置上的至少一个区域的局部热源，以及用于测量温度分布的温度探测器。
该冷却装置是通常用于冷却计算应用中的微处理器的类型，它被联接(耦合)到电子器件上以便带走该电子器件在工作过程中的热量。该冷却装置的示例性实施例是热管、蒸汽室、冷却叶片，或由一组大型通道、微型通道、小型通道、微型管道、小型管道和/或风扇组件冷却的冷板。该冷却装置还可以是可用于冷却计算机芯片或其它类似电子器件的其它结构。
通过使用热发生器向该冷却装置施加局部热，该热发生器可以是激光器、聚光灯、定向对流热流发生器、发热元件、电磁辐射器或任何其它能够产生并传递聚焦热的器件。在一个实施例中，热发生器是激光器，并使用光束分裂用光学元件(Wollaston棱镜)将由激光器产生的激光束分为两路，以便冷却装置获得两个单独的聚焦加热区域。聚焦热源还可重新定位并施加于该装置上的多个位置，从而可以识别每个区域内的非均匀加热的效果。
在本发明的另一实施例中，还使用偏热源(bias heat source)向冷却装置施加偏热。偏热源向该冷却装置的较大区域施加或多或少均匀的热量，并可用热气枪或能够向整个区域施加均匀热量的任何其它类似的装置实现。在其它情况下，可使用非常轻微地聚焦的紫外线灯或二极管激光阵列。与单个聚焦热源相比，增加偏热可与聚焦热源一起更接近地模拟电子器件的热特性。实际上，在一个实施例中，偏热是通过使电子器件或“试验芯片”联接到冷却装置上并使该试验芯片在均匀的发热方式下工作而产生的。在使用试验芯片的实施例中，来自激光器或其它热发生器的聚焦热可被施加到试验芯片本身上的位置。
温度探测器可以是光子探测器，其接收冷却装置上的区域的热图像并利用该热图像来确定该装置上的温度。一个示例是IR热成像仪或荧光成像仪(其中施加到冷却装置的分子的荧光或磷光寿命取决于温度)和/或CCD相机，其检测该装置的取决于温度的热反射率。
在又一实施例中，该冷却装置覆盖有黑体涂层，以有助于吸收激光束并增大该冷却装置的发射率，这改善了温度测量。在其它实施例中，试验芯片覆盖有黑体涂层。在另外的实施例中，一层黑体涂层位于试验芯片和冷却装置之间，以便测量芯片和冷却装置之间的导热界面。
附图用于进一步示出不同的实施例并说明根据本发明的各种原理和优点，在各个附图中相同的参考标号指示相同的或功能类似的元件，并且这些附图与下面的“具体实施方式
”一起结合在说明书中并形成说明书的一部分；图1是联接到电子器件的现有技术的热沉的横截面图；图2是联接到电子器件的现有技术的热沉的第二实施例的横截面图，具体为液冷式冷板；图3是工作的现有技术的电子器件的三维功率分布图；图4是连接到工作的电子器件的工作的现有技术的冷却装置的三维温度分布图；图5是联接到电子器件的现有技术的工作的热管的横截面图；图6是示出冷却装置的一个实施例，即具有蒸汽室的气冷式热沉的冷却系数随电子器件的功率密度变化的现有技术的曲线图；图7是示出在负荷下且发出热量的现有技术的电子器件的方块图；图8是示出图7的电子器件产生的热分布的示例性的现有技术的图；图9是工作的图1的现有技术的热沉的横截面图；图10是根据本发明的实施例的装在冷却单元内的工作的热管、向热管施加聚焦热源以及用热探测器检测热特性的横截面图；图11是根据本发明的实施例的使用Wollaston棱镜将单个激光束分成两个激光束的图解说明；
图12是根据本发明的实施例的通过向热管施加热源的不同功率水平而产生的温度分布的图解说明；图13是根据本发明的实施例的装在冷却单元内的工作的热管、向该热管施加聚焦热源和偏热源，以及用热探测器检测热特性的横截面图；图14是根据本发明的实施例的装在冷却单元内的工作的热管、通过导热界面向联接到该冷却单元的试验芯片施加热源，以及用热探测器检测热特性的横截面图；图15是根据本发明的实施例的通过导热界面联接到电子器件的热沉的横截面图，示出如何测量该热界面材料之间的温差；图16是根据本发明的实施例的用于测量满负荷工作的电子器件的温度和功率分布的系统的方块图。
具体实施例方式
应该理解，这些实施例仅是文中的创新性教导的多个有利的应用中的示例。一般地，本申请的说明书中作出的陈述并不必然对多个所要求权利的发明中的任何一个构成限制。此外，某些陈述可应用于某些发明特征，而不应用于其它发明特征。通常，除非另外说明，否则单个元件可以是复数个，反之亦然，并且这不失一般性。在附图中，相同的标号在多个视图中均指示相同的部件。
尽管说明书的结尾是限定被认为具有新颖性的本发明的特征的权利要求书，但是应该认为，通过研究下面结合附图的说明可更好地理解本发明，在附图中使用与前面相同的参考标号。
电子器件图7示出现有技术的电子器件104(前面在图1中已示出)，该器件具有发出热量的顶面702。所示出的具体器件是由无源元件(例如电阻、二极管、电容或电感)和/或有源元件(例如门电路和晶体管)组成的电子器件。该电子器件包括存储器件、专用的和通用的微处理器、微控制器等。这些电子器件是在具有使用电流和/或光和/或其它电磁波的内部通信路径的有机和无机电路上构建的。热量的发出如从器件104上升的箭头704、706和708所示。应该指出，热量704、706和708来自电子器件104的顶面702上的不同位置。通常，热量是器件104在工作条件下功率损耗的产物，因此热量与功率成比例地增加。
热量和功率分布图8是图7的器件产生的温度分布的示例性的现有技术的图解说明。图8示出电子器件104的顶面702上存在的非均匀温度分布。电子器件104的顶面702分为三个不同的阴影区802、804和806。每个阴影区802、804和806指示一个温度区间。例如，阴影区802是指约75-90摄氏度的温度区间，阴影区804是指约55-75摄氏度的温度区间，阴影区806是指约30-55摄氏度的温度区间。因此，相对于电子器件104的顶面702上的其它温度，区域802代表热耗散最集中的区域，称为“热点”。开发和设计冷却装置中的难题是除去过多的热量以及热和功率负荷中的非均匀性。
冷却装置下面说明本发明的一个示例性实施例。参照图1，气冷片式热沉组件102连接到硅芯片104上。热沉组件102包括多个由导热材料例如铜或铝制成的冷却叶片106。该片式结构使表面积最大，其将热量从芯片104上吸走，并排放到周围环境108中。热沉组件102还可包括位于冷却叶片106和芯片104之间的内部热管或蒸汽室结构110，以及位于热管110和芯片104之间的导热板112。最后，导热界面114——例如油脂、环氧树脂、焊料或液态金属糊状物——将热沉102连接到芯片104上，并使得热量可以从芯片104传递到热沉102。
在另一实施例中，该冷却装置是液冷式热沉202。液冷式热沉202是不必依赖外部环境进行散热的密封环境，但具有用于液体在芯片104上方循环的路径。液体能够将部分热量带到冷却器或某种其它吸热器。液冷式热沉也通过导热界面114连接到芯片上。可利用冷却单元的入口和出口之间的温差并结合流量(体积或质量流量)来确定从激光吸收的功率。
热管参照图9，其中示出现有技术的热管110。热管是可快速且有效地将热量从一处传递到另一处的器件。蒸汽室110包括围绕毛细吸液芯材料904的密封室902、被称为蒸汽核912的用于蒸汽流的中央腔室，以及工作流体906(通常为水)。密封室902将工作流体906与外部环境隔离开。因此，室902应该是防漏的，能保持其壁两侧的压力差，并可从工作流体906传递热量或将热量传递到工作流体906。
蒸汽核的主要作用是将蒸汽从吸收蒸发潜热的蒸发器区传递到释放此热量的冷凝器区，从而可实现从蒸汽室的一个部分到另一个部分的热传递。吸液芯材料904的主要作用是产生毛细压力，以将工作流体从在管110的任一端的冷凝器部分908传输到蒸发器部分910，该蒸发器部分位于连接到管110上的热源104附近。吸液芯材料904是多孔的，并且可形成传递热量并通过吸液芯材料904内的毛细管驱使冷凝物回到蒸发器部分910的蒸发-冷凝循环。
当将热量施加在沿密封室902的外表面的一处或多处时，液体906蒸发或沸腾，并进入蒸汽状态。在该过程中，液体906积聚蒸发潜热。液体906在气态形式的压力较高，并经由室902内的蒸汽核被吸到冷却器处，在该处发生冷凝。这样，热量从热管110的输入端910传递到输出端908。
用于表征冷却装置在高度非均匀热负荷下的温度特征的方法和设备下面将首次表明，表征满负荷工作的冷却装置在高度非均匀热负荷下的降温能力的特性是可能的。从下面的说明中可以明显看到，当该装置满负荷工作时，外部热源和用于测量所得温度的器件允许表征该冷却装置的热特性。
图10是示出本发明的一个实施例的横截面图。图10示出冷却装置1002，该装置包括部分封装热管110的水冷式冷却单元1008。图10中还示出热发生器1004以及用于测量温度分布的部件1006。
温度探测器可使用任何类型的热探测器，但是光子探测器能够准确地和远程地测量装置上的温度分布。光子探测器探测包含电子器件的发光的光子，该发光可能取决于温度。在另一个方案中，可利用光学反射率。在此情况下，宽频带灯(优选LED)照亮表面1010，CCD相机测量反射率的变化。光子使光学反射率随温度变化。在本说明书的其余部分，对使用相机1006的红外探测进行示出和说明，但是，重要地是应该指出，其它类型的光子探测和光子探测器也在本发明的实质范围和精神内。为了改善IR温度测量，可使用黑体涂层。典型的涂层是黑漆。在某些情况下，涂覆的黑体涂层必须非常薄，以便确保不会显著干扰热测量。在本发明的其它实施例中，可使用其它的温度传感技术，例如热反射和荧光成像。
所示的红外相机1006的作用是捕捉冷却装置1002在操作期间的热信息。更具体地，红外相机1006能够捕捉随局部热源1004的位置而变化的热管110的表面1010的热信息。因此，红外相机1006捕捉和记录每个温度读数的热信息和位置信息。这样可形成热管110的表面1010的热分布曲线图。在图10中，表面1010可覆盖有黑体涂层。例如，相机1006可识别从局部热源施加到热管110的表面1010上的热量分布。该分布可根据所施加的热源的功率水平和冷却装置1002的冷却特性而变化。
热源仍参照图10，其示出热源1004正被施加到热管110的表面1010上。在一个实施例中，热源1004是聚焦激光束，但是，许多其它用于向装置1002施加热功率的技术和器件也同样可以用于实现本发明的目的，其中包括利用热对流、热传导或热辐射或这三种方式的组合工作的接触式和非接触式的加热方法。这些加热方法包括激光、聚光灯、电阻加热器、定向对流流动和热元件。通过仅使激光束略微聚焦在1mm2的面积上，仅5W的激光就可容易地实现500W/cm2(的功率密度)。如果需要更高的峰值功率密度，则可使光束更密集地聚焦或者使用功率更高的激光。可使用标准光束分析仪来表征“聚焦”的激光束的强度分布。黑体涂层可大大促进吸收并控制表面1010上的激光功率的吸收。该吸收可通过使用标准光探测器监控反射和入射光的量来独立地测量，其中假定透射光非常少(这是很好的假设)。
如上所述，芯片104可具有一个或多个温度最高的“热点”，该“热点”需要由冷却装置降低热量。因此，可确定冷却装置将如何处理温度和位置变化的热点，聚焦热源1004被施加到所选择的冷却装置1002的表面1010的区域上，来模拟热点。光束1012可瞄准表面1010上的不同位置，以测试多个热点区域。
因为某些芯片通常具有一个以上的热点，所以希望在给定时间将一个以上的聚焦加热激光束施加到该表面。图11示出使激光束1012射入Wollaston棱镜1100的热源1004。Wollaston棱镜在本技术领域内是公知的，该棱镜能够接收单个输入光束1012并生成两个输出光束1102和1104。通过使用一个或多个Wollaston棱镜，单个激光1004可产生多个热点。重要的是应该知道，也可使用本技术领域内的一般技术人员公知的其它光束分裂元件。
参照图12，图中分别示出在1瓦到5瓦的不同激光功率下所测得的现有技术的热管110的五个温度分布，用于模拟电子器件的高功率密度区。图像大小是35mm×35mm，原始激光点1202示出1/e2全宽度上的1.95mm和1.61mm的高斯分布。因为如图10所示，激光束1012没有垂直入射到热管110的表面1010，所以激光点1202是长形的。从图12中的一组5个图像可见，随着功率增大，热点即最高温度区域的尺寸也增大。但是，冷却装置越有效，则在给定功率下热点将越小。了解特定冷却装置的这种特性化信息可进行最有效的和最优的设计。
尽管至此已结合冷却单元冷却系统示出和说明了本发明，但是其它实施例也同样可以实现。例如，可用简单的热沉或热沉/风扇组件代替该冷却装置。
黑体涂层在某些情况下，优选用薄的黑体涂层覆盖热管表面1010。该涂层有助于吸收激光束，并增加冷却装置的发射率，这可改善温度测量。该涂层优选尽可能地薄，以便不会改变冷却装置的热行为。已表明可被有利地使用的一些好的黑体涂层是黑漆、位于粗糙(比所检测到的黑体辐射的波长更粗糙)表面上的Cr涂层，或者碳涂层。(涂层)厚度应小于0.1微米，这足以增强发射率和吸收激光。
偏热在图13所示的实施例中，除了使用激光1004生成热点外，还利用定向热气枪1302的热量向热管110的表面1010施加偏热通量。可使用高功率的紫外线灯或激光二极管阵列代替热气枪1302来提供偏热通量。增加偏热可更好地模拟实际应用中的情况，因为大多数电子器件104不是形成单个热点，而是通常器件104的整体都远高于环境温度。为了避免热气枪对冷却单元1008散射加热，设置屏蔽件1304，以将热气枪1302的热空气与冷却单元1008阻隔开。
再参照图13，可以看到，在本发明的一个实施例中，在冷却单元1008内设置有槽1306和1308，以便插入热电耦(未示出)。该槽位于冷却单元1008的相对端上，以便该热电耦可监控热管边界的温度。在另一实施例中，测量液体906在入口1310与出口1312之间的温差以及液体906的流量(体积或质量流量)，以确定被冷却装置1002吸收的功率量。入口和出口之间的液体906的温度的升高直接对应于冷却装置1002所吸收的功率。在又一实施例中，测量吸液芯温度，以进一步表征冷却装置1002的特性。
表征整个冷却组件在非均匀热负荷下的温度特性如上所述并且如图14所示，可将试验芯片104物理连接到冷却装置1002上。此外，可使用导热界面测量整个冷却组件的温度。在此实施例中，该试验芯片在硅芯片104的电路侧具有加热器(朝向相机1006，但该图中未示出)。然后，来自加热装置1004的热量被直接施加在试验芯片104上。如果向加热器施加功率，则试验芯片可提供偏热。定向热量在芯片上形成热点，然后该热量被热传递到热管110。
通过测量104的电路侧(朝向相机1006)的热分布，可以表征包括芯片和热界面(未示出)的整个冷却组件的特性。例如，如果在激光所施加的热点处的温度变高，则可以确定冷却装置不能从芯片104除去足够的热量。或者，如果热点的温度保持较低，则可知该冷却装置能够带走至少部分由激光施加的热量，并且在实际应用中，具有类似热点的工作的电子器件将不会破坏性地加热该器件上的相邻区域。
表征热界面两侧的温差特性参照图15，其示出本发明的另一实施例，其中试验芯片104连接到冷却装置1002上。在此实施例中，试验芯片104由透明材料例如硅制成。油界面1502设置在试验芯片104和冷却装置1002之间，以有利于在这两个器件之间实现有效的热联接。此外，黑体涂层1504设置在油界面1502和冷却装置1002之间，第二黑体涂层1506部分地覆盖试验芯片104的与朝向冷却装置1002的表面相对的表面。足够薄而不会影响热性能的各种涂层可有助于在电子器件的不同位置吸收激光束，并控制使用IR相机进行的温度测量。
图15中所示的构型可用于表征实际应用中的热界面材料1502的特性。在一个实施例中，使用试验芯片104的加热器1508加热界面1502。通过测量在1502和1506处的热分布，可推断出热界面材料和104两侧的温差，结合试验加热器的电功率，可得到热阻。在另一实施例中，可用黑体涂层覆盖104和1502之间的界面表面。在这种情况下，可测量恰好在热界面两侧的温差。总体思想是，通过在不同的位置涂覆黑体涂层，可单独测量冷却组件的单个元件。另外，施加在冷却组件的不同部分的激光1004有助于测量在非均匀热负荷下的热反应。
用于计算热测量值的计算机系统图16示出根据本发明的用于测量冷却装置的热特性的系统1600。根据本发明，该系统1600包括计算机1602和计算机可读介质1604，该计算机可读介质储存该计算机可执行的指令。计算机1602连接到支撑冷却装置1002的桌子1606上。热源1004和红外相机1006位于装置1002上方。
通过将计算机可读介质1604放置在计算机1602内，计算机1602可读取存储在介质1604上的指令，并控制系统1600来测量冷却装置1002的热特性。在一个实施例中，热源1004和相机1006相对于装置1002在X-Y方向上移动。在第二实施例中，桌子1606使装置1002相对于相机1006和热源1004在X-Y方向上移动。在又一实施例中，相机1006和热源1004能够彼此独立地移动。在任一实施例中，计算机1602都能够控制该移动。
计算机1602能够与温度探测器1006通信，并记录装置100上的区域的温度值。然后，计算机可快速处理该信息，并求解用于表征该冷却装置的特性的方程。
尽管已示出和说明了本发明的优选实施例，但是很清楚，本发明并不限于此。对于本领域内的技术人员，可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内，实现许多修改、改变、变型、替代和等效物。
权利要求
1.一种用于表征用于电子器件的工作的冷却装置的热特性的设备，该设备包括工作的冷却装置；施加到该冷却装置上的至少一个区域的局部热源；以及用于测量该冷却装置上的温度分布的温度探测器。
2.根据权利要求1的设备，其特征在于，该冷却装置包括热管、蒸汽室、冷板、小型通道、微型通道和风扇/泵/压缩机中的至少一个。
3.根据权利要求1的设备，其特征在于，该设备还包括施加于该冷却装置的偏热源。
4.根据权利要求3的设备，其特征在于，该偏热源包括电磁辐射器和定向对流热流发生器中的至少一个。
5.根据权利要求1的设备，其特征在于，该设备还包括至少一个用于将激光束分裂成至少两路以便为该冷却装置上的多个区域提供局部热源的光束分裂用光学元件。
6.根据权利要求1的设备，其特征在于，该温度探测器包括IR热成像仪、荧光成像仪和CCD相机中的至少一个。
7.根据权利要求1的设备，其特征在于，该冷却装置上的区域至少部分地覆盖有黑体涂层，以增强温度测量。
8.一种用于表征工作的冷却装置组件的热特性的设备，该设备包括作为冷却组件的一部分的用于冷却电子器件的工作的冷却装置；热联接到该冷却装置的试验芯片；施加到该试验芯片上的至少一个区域的局部热源；以及用于测量该冷却组件上的温度分布的温度探测器。
9.根据权利要求8的设备，其特征在于，该冷却装置包括热管、蒸汽室、冷板、小型通道、微型通道和风扇/泵/压缩机中的至少一个。
10.根据权利要求8的设备，其特征在于，该试验芯片包括电阻加热器，以提供偏热。
11.根据权利要求8的设备，其特征在于，该设备还包括至少一个用于将激光束分裂成至少两路以便向该冷却装置上的多个区域提供局部热源的光束分裂用光学元件。
12.根据权利要求8的设备，其特征在于，该温度探测器包括热电阻传感器和热电偶传感器中的至少一个。
13.根据权利要求12的设备，其特征在于，该热电阻传感器和热电偶传感器中的至少一个嵌置在该试验芯片上。
14.根据权利要求8的设备，其特征在于，该温度探测器包括IR热成像仪和热反射器中的至少一个。
15.根据权利要求8的设备，其特征在于，该设备还包括涂覆在该试验芯片的区域上以助于温度测量的黑体涂层。
16.根据权利要求8的设备，其特征在于，该设备还包括设置在该试验芯片和冷却装置之间的热界面材料。
17.根据权利要求16的设备，其特征在于，该设备还包括设置在该试验芯片和冷却装置中的至少一个上以便测量该热界面两侧的温差的黑体涂层。
18.一种用于表征用于电子器件的工作的冷却装置的热特性的方法，该方法包括使冷却装置工作；将局部热源施加到该工作的冷却装置上的至少一个区域；以及测量该冷却装置的温度分布。
19.根据权利要求18的方法，其特征在于，该冷却装置包括热管、蒸汽室、冷板、小型通道、微型通道和风扇/泵/压缩机中的至少一个。
20.根据权利要求18的方法，其特征在于，该方法还包括将偏热源施加到该冷却装置。
21.根据权利要求18的方法，其特征在于，该偏热源包括电磁辐射器和定向对流热流发生器中的至少一个。
22.根据权利要求18的方法，其特征在于，该方法还包括将激光束分裂成至少两路，以便将局部热源提供给该冷却装置上的多个区域。
23.根据权利要求18的方法，其特征在于，该温度探测器包括IR热成像仪、荧光成像仪和CCD相机中的至少一个。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于，该方法还包括用黑体涂层覆盖该冷却装置上的至少一个区域，以增强温度测量。
25.根据权利要求18的方法，其特征在于，该方法还包括将试验芯片联接到该冷却装置。
26.根据权利要求25的方法，其特征在于，该试验芯片包括电阻加热器，以提供偏热。
27.根据权利要求26的方法，其特征在于，将热电阻传感器和热电偶传感器中的至少一个嵌置在该试验芯片上。
28.根据权利要求25的方法，其特征在于，该方法还包括将黑体涂层涂覆在该试验芯片的至少部分区域上，以有利于温度测量。
29.根据权利要求18的方法，其特征在于，测量温度分布包括用光子探测器接收该冷却装置上的区域的热图像；以及利用该冷却装置上的区域的热图像来确定温度。
30.根据权利要求18的方法，其特征在于，该方法还包括测量入口和出口的水温以及进入和离开该冷却装置的水速，以确定被该冷却装置吸收的功率。
31.一种用于表征用于电子器件的工作的冷却装置的热特性的计算机程序产品，该计算机程序产品包括可由处理电路读取并存储有由该处理电路执行以便实施以下方法的指令的存储介质，其中该方法包括使冷却装置工作；将局部热源施加到该工作的冷却装置上的至少一个区域；测量该冷却装置的温度分布。
32.根据权利要求31的计算机程序产品，其特征在于，该冷却装置包括热管、蒸汽室、冷板、小型通道、微型通道和风扇中的至少一个。
33.根据权利要求31的计算机程序产品，其特征在于，该方法还包括将偏热源施加到该冷却装置。
34.根据权利要求31的计算机程序产品，其特征在于，该偏热源包括电磁辐射器和定向对流热流发生器中的至少一个。
35.根据权利要求31的计算机程序产品，其特征在于，该方法还包括将激光束分裂成至少两路，以便向该冷却装置上的多个区域提供局部热源。
36.根据权利要求31的计算机程序产品，其特征在于，该温度探测器包括IR热成像仪、荧光成像仪和CCD相机中的至少一个。
37.根据权利要求36的计算机程序产品，其特征在于，该方法还包括用黑体涂层覆盖该冷却装置上的至少一个区域，以增强温度测量。
38.根据权利要求31的计算机程序产品，其特征在于，该方法还包括将试验芯片联接到该冷却装置上。
39.根据权利要求38的计算机程序产品，其特征在于，该试验芯片包括电阻加热器，以提供偏热。
40.根据权利要求39的计算机程序产品，其特征在于，将热电阻传感器和热电偶传感器中的至少一个嵌置在该试验芯片上。
41.根据权利要求38的计算机程序产品，其特征在于，该方法还包括将黑体涂层涂覆在该试验芯片的至少部分区域上，以有利于温度测量。
42.根据权利要求31的计算机程序产品，其特征在于，测量温度分布包括用光子探测器接收该冷却装置上的区域的热图像；以及利用该冷却装置上的区域的热图像来确定温度。
43.根据权利要求31的计算机程序产品，其特征在于，该方法还包括测量入口和出口的水温以及进入和离开该冷却装置的冷却液的流量，以确定被该冷却装置吸收的功率。
全文摘要
一种用于实时表征满负荷工作的冷却装置(1002)的热特性的方法和设备。将热源(1004)施加到冷却装置(1002)上的一个或多个区域，以对该冷却装置进行非均匀加热。红外(IR)温度成像仪(1006)探测和测量热源(1004)在该冷却装置(1002)上的热分布，以便表征该冷却装置(1002)的热特性。
文档编号G06F1/20GK1790689SQ20051011755
公开日2006年6月21日 申请日期2005年11月4日 优先权日2004年11月5日
发明者H·F·哈曼, M·K·利延加, J·A·莱西, R·R·施密特 申请人:国际商业机器公司