专利名称：具有受控冷却的计算机系统的制作方法
背景技术：
1)发明领域本发明一般涉及计算机系统，并且更具体地，涉及用来冷却计算机系统的微电子管芯的系统。
2)相关技术的讨论当半导体器件(例如，处理器和处理元件)在较高的数据率和较高的频率下持续地运行时，它们一般消耗较大的电流，并且产生较多的热。除了别的以外，为了可靠性的原因，希望将这些器件的运行维持在某些确定的温度范围内。常规的热传递机制已经将这样的器件的运行限制到较低的功率水平，较低的数据率和/或较低的操作频率。由于尺寸和位置的制约以及热的限制，常规的热传递机制已经限制了热传递的能力。
本发明通过参考附图的实施例的方式来描述，其中图1是说明根据本发明实施方案的计算机系统的组件的框图；图2是当受控于图1的计算机系统的控制器时，电动机电压和热电(thermoelectric)电压的曲线图；以及图3是说明计算机系统更多组件的框图。
具体实施例方式
提供了一种计算机系统以及它的冷却方法。蒸汽腔充当来自微电子管芯的热的热散器。热电模块用来冷却蒸汽腔并且维持所述蒸汽腔的正常运转(functioning)，从而使所述微电子管芯保持被冷却。控制器从5个温度传感器接收输入，并且利用所述输入来控制到热电模块的电流和到电动机的电压/电流，所述的电动机驱动风扇并且提供额外的冷却。电流传感器允许所述控制器来监视并限制提供给所述热电模块的功率。
附图中的图1示出了根据本发明的实施方案的计算机系统10的组件，包括计算机处理器12，用于所述计算机处理器12的冷却装置14，以及用于所述冷却装置14的控制装置16。
计算机处理器12包括封装衬底18和微电子管芯20，所述微电子管芯20被安装至所述封装衬底18。微电子管芯20具有形成在其中的微电子电路。封装衬底18为微电子管芯20提供结构支撑。封装衬底18还具有金属线，信号、功率和地线可以通过所述金属线提供给微电子管芯20。微电子管芯20在所述电路运行时发热。为了避免由于过高的温度造成对所述电路的损害，必须去除微电子管芯20生成的热，优选地以受控的方式来除去。
冷却装置14包括蒸汽腔22、热电模块26、散热器28、风扇30和电动机32。
蒸汽腔22位于微电子管芯20之上，以便热能够从微电子管芯20通过蒸汽腔22的下壁来传导。蒸汽腔22具有比微电子管芯20更大的占用面积(footprint)，并且充当使来自微电子管芯20的热散开的热散器。蒸汽腔22在它的壁的内表面上具有毛细结构(wickingstructure)，并且充满能够凝结到所述毛细结构上或者从所述毛细结构蒸发的流体。从微电子管芯20传导的热使所述流体从蒸汽腔22下壁上的毛细结构蒸发，并且所述流体然后在蒸汽腔22上壁上的毛细结构上凝结。然后，已凝结的流体在所述毛细结构中流回到下壁，在所述下壁，它再一次被蒸发。为了保持处理器12在预定的温度以下，必须精确地控制蒸汽腔22下壁的温度。
热电模块26的下陶瓷板33位于蒸汽腔22之上。热从蒸汽腔22的上壁通过电绝缘的下陶瓷板33传导到下陶瓷板33的上表面。下陶瓷板33的上表面处于比它的下表面更低的温度下。
热电模块26还包括位于下陶瓷板33之上的热电组件35。热电组件35典型地是多个掺杂的半导体组件。当电流被提供给半导体组件时，所述半导体组件可以泵送热，并且泵送热的方向取决于所述半导体组件的掺杂剂类型和电流的方向。热电模块在本领域是公知的，因此不在这里详细地描述。足以说，电流34被提供给热电模块26，这一点使得热电组件35将热从下陶瓷板33泵送到热电模块26的电绝缘上陶瓷板37。于是，热电模块26的上表面要比它的下表面更热。
散热器28包括热板36以及从所述热板36伸出的多个翅38。热板36位于热电模块26的上表面之上。热从热电模块26的上表面通过热板36传导到翅38，热可以从所述翅对流传递(convect)到周围空气。
风扇30被耦合到电动机32，以便在电流40被提供给电动机32时，电动机32旋转风扇30。取决于翅38和空气的温度，风扇30将空气吹到翅38上，这一点提高了从翅38的热传递。
控制装置16包括控制器42、结温度(junction temperature)传感器43、冷侧(cold-side)温度传感器44、热侧(hot-side)温度传感器46、环境湿度传感器47、环境温度传感器48和电流传感器50。
结温度传感器43典型地位于微电子芯片20之中。冷侧温度传感器44典型地位于热电模块26的下陶瓷板33的上表面上。热侧温度传感器46典型地位于上陶瓷板37的下表面上。结、冷侧、和热侧温度传感器43、44和46全部被连接到控制器42，并且分别提供反馈给微电子芯片温度以及热电模块26的底部和顶部温度的控制器42。控制器42可以基于结、冷侧和热侧温度传感器43、44和46传感的温度来控制提供给热电模块26的电流34。当微电子芯片20的温度接近预定的最高值时，结温度传感器43提供指示给控制器42，在这种情况下，提供给热电模块26的电流被增大。由冷侧和热侧温度传感器44和46传感的温度之间的差异表示被热电模块26泵送的热的程度。控制器42可以控制电流34，以将结温度传感器43传感的温度保持在预定范围内。代替结温度传感器43或者除结温度传感器43以外，衬底温度传感器可以位于封装衬底18上并提供温度反馈给控制器42。
环境湿度传感器47向控制器42提供周围空气中湿度百分比的数据。环境温度传感器48也被连接到控制器42，以向控制器42提供由环境温度传感器48在远离图中所示的其他组件的位置传感的空气温度的反馈。湿度百分比和环境温度的组合读数(combinedreading)允许控制器42来计算周围空气的含湿量。控制器42以避免在冷部分(cold part)上的冷凝(condensation)的方式来调节到热电模块26的电流。例如，由冷侧温度传感器44探测的下陶瓷板33的温度将与周围空气更高的含湿量成比例地被保持在更高的温度。
电流传感器50探测提供给热电模块26的电流34的大小(magnitude)。电流传感器50被连接到控制器42，以便控制器42接收电流34大小的反馈。基于热电模块的电阻，控制器42可以计算提供给热电模块26的电压(R＝V/I)。控制器42还可以控制提供给电动机32的电流40。提供给电动机32的电流的增大将归因于提供给电动机32的电压的提高。
图2示出了电动机电压和热电电压可以如何被控制器42控制。电动机电压和热电电压中的每一个可以随微电子管芯20在冷却需求上的增加而线性地提高。热电电压可以被控制器42限制在12伏，以便当需要比预定的量更多的冷却时，只提高电动机电压。热电模块本来就效率低，因此需要大量的功率。然而，功率可以通过限制给热电模块26的功率并提供更多的功率给电动机32来节省(conserve)。足够量的功率仍然被提供给热电模块26，以便保持下陶瓷板33在足够低的温度，从而确保处理器12的温度保持在预定的最高温度以下。
由此可以看到，蒸汽腔22充当了来自微电子管芯20的热的热散器。热电模块26用来冷却蒸汽腔22并维持所述蒸汽腔22的正常运转，并且使处理器12的温度保持在预定的最高温度以下。在这个实施方案中，控制器42从5个温度传感器43、44、46、47和48接收输入变量，并且利用所述输入变量来控制到热电模块26的电流34和到电动机32的电流40，所述电动机32驱动风扇30并提供额外的冷却。电流传感器50允许控制器42来监视并限制提供给热电模块26的功率。
附图中的图3示出计算机系统10更多的组件。计算机系统10还包括总线112，所述总线112已经连接到处理器12、缓存存储器116、主存储器118、软盘驱动器120、致密盘只读存储(CD-ROM)驱动器122、硬盘驱动器123、具有带显示区域的屏的监视器124、键盘126和鼠标128。以程序形式的指令表可以被储存在，例如，致密盘上，并且可以装载在CD-ROM驱动器122中。所述程序的指令可以被加载到缓存存储器116和主存储器118中，而更多的所述指令可以驻留在致密盘上以及在硬驱动器的硬盘上。可以使用软盘驱动器120或者硬盘驱动器123，而不是CD-ROM驱动器122，将指令加载到计算机系统10。所述指令可以被处理器12以确保所述程序正确执行的逻辑形式来读。用户可以利用鼠标128或者键盘126来进行交互(interact)。相应的信号可以通过鼠标128或者键盘126来生成。所述信号通过总线112来传送，并且最终到达处理器12，所述处理器12响应于所述信号来修改所述程序的执行。处理器12执行所述程序导致控制如何将储存在主存储器118、缓存存储器116、硬盘驱动器123或者CD-ROM驱动器122中的信息显示在监视器124的显示区域上。
尽管已经描述并且在附图中示出了某些示例性的实施方案，但应该理解，这样的实施方案对本发明仅仅是说明性的，而不是限制性的，而且本发明不受限于所示出和描述的具体构造和布局，因为本领域普通技术人员可以进行多种修改。
权利要求
1.一种计算机系统，包括微电子管芯，所述微电子管芯具有形成在其中的集成电路；热电模块，所述热电模块被热耦合到所述微电子管芯，以便当电流被提供给所述热电模块时从所述微电子管芯泵送热；冷侧温度传感器，所述冷侧温度传感器在所述热电模块的一侧；以及控制器，所述控制器被连接到所述温度传感器，以接收所述温度传感器的温度指示来作为到所述控制器中的输入，所述控制器基于所述输入来控制提供给所述热电模块的所述电流。
2.如权利要求1所述的计算机系统，还包括蒸汽腔，所述蒸汽腔在所述微电子管芯和所述热电模块之间；以及所述蒸汽腔中的流体，所述流体在热从所述微电子管芯传递到所述流体时蒸发，并且在热从所述流体传递到所述热电模块时凝结。
3.如权利要求2所述的计算机系统，其中所述冷侧温度传感器是在所述蒸汽腔和所述热电模块的热电组件之间。
4.如权利要求2所述的计算机系统，还包括热板，所述热板被热耦合到所述热电模块，其中，所述热电模块在所述微电子管芯和所述热板之间；以及热侧温度传感器，所述热侧温度传感器在所述热板的所述热电模块侧上，并且与所述微电子芯片相对，所述控制器被连接到所述热侧温度传感器，以接收在所述热侧温度传感器处的温度指示，所述控制器基于来自所述热侧温度传感器的输入来控制提供给所述热电模块的电流。
5.如权利要求2所述的计算机系统，还包括所述微电子管芯中的结温度传感器，所述控制器被连接到所述结温度传感器，以接收在所述结温度传感器处的温度指示，所述控制器基于来自所述结温度传感器的输入来控制提供给所述热电模块的电流。
6.如权利要求5所述的计算机系统，还包括环境温度传感器，所述环境温度传感器探测远离所述微电子管芯和所述热电模块的空气的环境温度，所述控制器被连接到所述环境温度传感器，以接收在所述环境温度传感器处的温度指示，所述控制器基于来自所述环境温度传感器的输入来控制提供给所述热电模块的电流。
7.如权利要求6所述的计算机系统，还包括环境湿度传感器，所述环境湿度传感器探测远离所述微电子管芯和所述热电模块的空气的环境湿度，所述控制器被连接到所述环境湿度传感器，以接收在所述环境湿度传感器处的湿度指示，所述控制器基于来自所述环境湿度传感器的输入来控制提供给所述热电模块的电流。
8.如权利要求2所述的计算机系统，还包括环境温度传感器，所述环境温度传感器探测远离所述微电子管芯和所述热电模块的空气的环境温度，所述控制器被连接到所述环境温度传感器，以接收在所述环境温度传感器处的温度指示，所述控制器基于来自所述环境温度传感器的输入来控制提供给所述热电模块的电流。
9.如权利要求1所述的计算机系统，还包括环境温度传感器，所述环境温度传感器探测远离所述微电子管芯和所述热电模块的空气的环境温度，所述控制器被连接到所述环境温度传感器，以接收在所述环境温度传感器处的温度指示，所述控制器基于来自所述环境温度传感器的输入来控制提供给所述热电模块的电流。
10.如权利要求6所述的计算机系统，还包括风扇；以及电动机，所述电动机被耦合到所述风扇以旋转所述风扇，以便所述风扇在功率被提供给所述电动机时冷却所述微电子管芯，所述控制器控制提供给所述电动机的功率，以便在给所述热电模块的功率达到预定的最高值时，限制给所述热电模块的功率并且加快风扇速度。
11.如权利要求4所述的计算机系统，还包括风扇；以及电动机，所述电动机被耦合到所述风扇以旋转所述风扇，以便所述风扇在功率被提供给所述电动机时冷却所述微电子管芯，所述控制器控制提供给所述电动机的功率，以便在给所述热电模块的功率达到预定的最高值时，限制给所述热电模块的功率并且加快风扇速度。
12.如权利要求2所述的计算机系统，还包括风扇；以及电动机，所述电动机被耦合到所述风扇以旋转所述风扇，以便所述风扇在功率被提供给所述电动机时冷却所述微电子管芯，所述控制器控制提供给所述电动机的功率，以便在给所述热电模块的功率达到预定的最高值时，限制给所述热电模块的功率并且加快风扇速度。
13.如权利要求1所述的计算机系统，还包括风扇；以及电动机，所述电动机被耦合到所述风扇以旋转所述风扇，以便所述风扇在功率被提供给所述电动机时冷却所述微电子管芯，所述控制器控制提供给所述电动机的功率，以便在给所述热电模块的功率达到预定的最高值时，限制给所述热电模块的功率并且加快风扇速度。
14.如权利要求1所述的计算机系统，其中所述集成电路是处理器的电路，还包括连接到所述处理器的存储器和输入/输出设备。
15.一种计算机系统，包括微电子管芯，所述微电子管芯具有形成在其中的集成电路；热电模块，所述热电模块被热耦合到所述微电子管芯，以便当电流被提供给所述热电模块时从所述微电子管芯泵送热；热板，所述热板被热耦合到所述热电模块，其中，所述热电模块在所述微电子管芯和所述热板之间；热侧温度传感器，所述热侧温度传感器在所述热板的所述热电模块侧上；以及控制器，所述控制器被连接到所述热侧温度传感器，以接收在所述热侧温度传感器处的温度指示来作为到所述控制器中的输入，所述控制器基于所述输入来控制提供给所述热电模块的电流。
16.如权利要求15所述的计算机系统，还包括蒸汽腔，所述蒸汽腔在所述微电子管芯和所述热电模块之间；以及所述蒸汽腔中的流体，所述流体在热从所述微电子管芯传递到所述流体时蒸发，并且在热从所述流体传递到所述热电模块时凝结。
17.如权利要求16所述的计算机系统，还包括在所述蒸汽腔和所述热电模块之间的冷侧温度传感器，所述控制器被连接到所述冷侧温度传感器，并且基于来自所述冷侧温度传感器的输入来控制提供给所述热电模块的电流。
18.一种计算机系统，包括微电子管芯，所述微电子管芯具有形成在其中的集成电路；热电模块，所述热电模块被热耦合到所述微电子管芯，以便当电流被提供给所述热电模块时从所述微电子管芯泵送热；以及环境温度传感器，所述环境温度传感器探测远离所述微电子管芯和所述热电模块的空气的环境温度；控制器，所述控制器被连接到所述温度传感器，以接收所述温度传感器的环境温度的指示来作为进入所述控制器中的输入，所述控制器基于所述输入来控制提供给所述热电模块的所述电流。
19.如权利要求18所述的计算机系统，还包括蒸汽腔，所述蒸汽腔在所述微电子管芯和所述热电模块之间；以及所述蒸汽腔中的流体，所述流体在热从所述微电子管芯传递到所述流体时蒸发，并且在热从所述流体传递到所述热电模块时凝结。
20.如权利要求19所述的计算机系统，还包括在所述蒸汽腔和所述热电模块之间的冷侧温度传感器，所述控制器被连接到所述冷侧温度传感器，并且基于来自所述冷侧温度传感器的输入来控制提供给所述热电模块的电流。
21.一种计算机系统，包括微电子管芯，所述微电子管芯具有形成在其中的集成电路；热电模块，所述热电模块被热耦合到所述微电子管芯，以便当功率被提供给所述热电模块时从所述微电子管芯泵送热；风扇；电动机，所述电动机被耦合到所述风扇以旋转所述的风扇，以便所述风扇冷却所述微电子管芯；输入设备；以及控制器，所述控制器被连接到所述输入设备，以从所述的探测器接收变量作为进入所述控制器中的输入，所述控制器基于所述输入来控制提供给所述热电模块和给所述电动机的功率，以便在给所述热电模块的功率达到预定的最高值时，限制给所述热电模块的功率并且加快风扇速度。
22.如权利要求21所述的计算机系统，还包括蒸汽腔，所述蒸汽腔在所述微电子管芯和所述热电模块之间；以及所述蒸汽腔中的流体，所述流体在热从所述微电子管芯传递到所述流体时蒸发，并且在热从所述流体传递到所述热电模块时凝结。
23.如权利要求22所述的计算机系统，还包括在所述蒸汽腔和所述热电模块之间的冷侧温度传感器，所述控制器被连接到所述冷侧温度传感器，并且基于来自所述冷侧温度传感器的输入来控制提供给所述热电模块的电流。
24.一种方法，包括运行微电子管芯中的集成电路，以便所述微电子管芯生成热；提供电流给热电模块，以便所述热电模块从所述微电子管芯泵送热；以及基于来自以下至少一个的输入来控制所述电流(i)所述微电子管芯和所述热电模块之间的冷侧温度传感器；(ii)在所述热电模块的侧上与所述微电子管芯相对的热侧温度传感器；(iii)探测远离所述微电子管芯和所述热电模块的空气的环境温度的环境温度传感器；(iv)提供给所述热电模块的电流。
25.如权利要求24所述的方法，还包括从所述微电子管芯传递所述热到蒸汽腔中的流体，以便所述的蒸汽蒸发；以及从所述流体传递所述热到所述热电模块，以便所述流体凝结。
26.如权利要求25所述的方法，其中所述电流基于(i)来控制，所述冷侧温度传感器位于所述蒸汽腔和所述热电模块之间。
27.如权利要求24所述的方法，其中所述电流基于(ii)来控制，所述热侧温度传感器位于所述热电模块和散热器的翅之间，所述热从所述热电模块传导到所述散热器。
28.如权利要求24所述的方法，其中所述电流基于(iii)来控制，所述热侧温度传感器位于所述热电模块和散热器的翅之间，所述热从所述热电模块传导到所述散热器。
29.如权利要求24所述的方法，其中所述电流基于(iv)来控制，在所述电流达到预定的最高值时，限制所述电流并且加速冷却所述微电子管芯的风扇。
30.如权利要求24所述的方法，其中所述电流基于(i)、(ii)、(iii)和(iv)中的一个以上来控制。
全文摘要
提供一种计算机系统和它的冷却方法。蒸汽腔充当来自微电子管芯的热的热散器。热电模块用来冷却所述蒸汽腔并维持所述蒸汽腔的正常运转，从而使所述微电子管芯保持被冷却。控制器从5个温度传感器接收输入，并且利用所述输入来控制到所述热电模块的电流和到电动机的电压/电流，所述电动机驱动风扇并提供额外的冷却。电流传感器允许所述控制器来监视并限制提供给所述热电模块的功率。
文档编号G06F1/20GK1890878SQ200480036214
公开日2007年1月3日 申请日期2004年10月6日 优先权日2003年10月10日
发明者约安·索休科, 格雷戈里·克莱斯勒, 拉维·玛哈简 申请人:英特尔公司