专利名称：用于电脑硬件的冷却系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于电脑硬件的冷却系统，更具体而言，涉及用于电脑硬件的双向热量解决方案。
背景技术：
图1是现有技术中的冷却系统100的等距视图，该冷却系统例如用于冷却电脑系统中的发热电子装置，比如图形处理单元(GPU)。如图所示，冷却系统100特别的包括吹风机/风扇106，散热片109以及底板111。通常，冷却系统100例如利用具有热特性的热粘接剂或油脂热耦合到GPU，以便于将GPU产生的热量传输到底板111。冷却系统100可以包括散热罩(未示出)，该散热罩尤其防止颗粒及其它污染物进入吹风机/风扇106，并防止来自吹风机/风扇106的空气逸出冷却系统100。该散热罩结合散热片109以及底板111限定出多个空气通道108。
吹风机/风扇106被构造成强制空气流过底板111上的空气通道108，以使得GPU产生的热量转移到空气中。然后，加热的空气排出冷却系统100，如流线114所示，从而将GPU产生的热量散发到外部环境当中。该过程将GPU冷却，以防止该装置在运行当中过热。本领域技术人员将会理解，空气通道108通常构造成，以最有效地散除GPU的热量的方式将吹风机/风扇106吹动的空气经底板111上方导引到外部环境当中。
图2示出计算设备200的示意图，例如是个人电脑、服务器或主机，其中包含用于冷却GPU216的传统冷却系统100。如图所示，计算设备200包括外壳201，该外壳中容纳一个母板204。安装在母板204上的是中央处理单元(CPU)206，用于冷却CPU206的处理器冷却器208，用于将热量从计算设备200散除的系统风扇210，以及一个或多个周边元件扩展接口(PCI)卡212，每一个都和外壳201的背面部分中的槽接口连接。母板204还包括一个图形卡202，该卡能够使得计算设备200快速处理图形相关数据，以用于图形密集应用领域，比如博弈应用。图形卡202包括一个印制电路板(PCB)，在该板上，安装比如存储芯片等等之类的多个电路元件(未示出)。此外，图形卡200包括GPU216，安装到图形卡202的一面上，用于处理图形相关数据。
因为GPU216的计算需求通常是相当重要的，因此，GPU216趋于在运行期间产生大量热量。如果所产生的热量没有很好地散除，则GPU216的性能会下降。基于该原因，用于散除GPU216的热量的冷却系统100被耦合到GPU216。
使用冷却系统100的一个缺点是，吹风机/风扇106通过散热片109产生一个不等速度型面，导致通过每一个散热片109中部的空气比通过每一个散热片109上部和下部的空气多。这导致了从每一个散热片的上部和下部转移到空气的热量较少，从而使得冷却系统100的整体效率降低。
另一个缺点是，冷却系统100内指定的吹风机/风扇的尺寸使得吹风机/风扇必须相对高速运行，以产生冷却系统100的热传导表面区域上方所必需的空气流。高速运行会产生大量不必要的噪声，这对于计算设备200的使用者来说是讨厌的。
还有一个缺点，那就是，传统的采用吹风机/风扇的冷却系统被证明不能满足日益增长的散热需求，该需求来自图形卡性能的快速发展。进一步加重该问题的是，当图形卡变得越来越强大时，冷却系统可以占据的空间依旧没有变。因此，需要对冷却系统的效率进行实质性的改进，以和图形卡的不断发展保持同步。可以预见，会依次出现大范围的改进或甚至对传统冷却系统进行重新设计。
因此，现有技术需要一种更为有效的冷却系统，用于高性能发热电子装置，比如GPUs。
发明内容
在一个实施例中，提供一种用于冷却发热电子装置的系统。该系统可以安装到电路板的第一侧。该系统包括第一组散热片、强制空气流过第一组散热片的风扇以及第一热管，该热管将热量从发热电子装置导入第一组散热片。
所公开的冷却系统的一个优点是，它使得热量更加均匀地穿过散热片分布，使得空气流更加均匀地穿过散热片表面分布。该设计增加了在将热量从发热电子装置转移到空气当中的过程中使用的散热片有效表面面积，从而使得冷却系统更加有效。
因此为了详细理解本发明的上述被列举的特征，将参照实施例来更加具体的描述之前仅简要说明的本发明内容，其中一些实施例在附图中被说明。但是，应当注意，附图仅仅描述本发明的典型实施例，因此不能认为限制了本发明的范围，因为本发明可以是其它等同效果的实施例。
图1是现有技术中用于冷却发热电子装置的系统的等距视图。
图2是现有技术中采用图1的现有冷却系统的计算系统的示意图。
图3A-I是根据本发明的一个实施例的、用于冷却发热电子装置的冷却系统或其部件的多个视图。图3A是冷却系统的等距视图。图3B和3C是冷却系统的分解等距视图。图3D是组装好的冷却系统的平面图。图3E和3F是组装好的冷却系统的侧视图。图3G是用于冷却系统的系统基座的底部视图。图3H是用于冷却系统的散热板的视图。图3I是用于冷却系统的风扇的部分示意图。该冷却系统的罩从图3A和3D-3F中省略，以便于阐述。
具体实施例方式
在描述部件时采用的参考方向，比如顶部和底部，都是为了方便起见，而不是要以任何方式限制本发明的实施例。
图3A-I是根据本发明的一个实施例的、用于冷却发热电子装置的冷却系统300或其部件的多个视图。该冷却系统的罩305从图3A和3D-3F中省略，以便于阐述。参照图3B，如图所示，冷却系统300热耦合并结构性耦合到印刷电路板(PCB)，比如图形卡320或图2的图形卡202。图形卡320在顶侧安装有GPU345和其它部件，比如存储单元347a-d。图形卡320还可以包括底侧上的存储单元(未示出)。优选的，图形卡320构造成经一个标准周边元件扩展接口(PCI)槽连接到个人电脑(如图2的计算设备200)。进而，冷却系统300构造成，当它安装到图形卡320上时，冷却系统300和图形卡320将基本适配到个人电脑的两个标准PCI槽中。在可选实施例中，冷却系统300可以构造成与任何类型的PCB连接，用于冷却安装在电路板上的发热电子装置，比如图形加速接口(AGP)卡。
参照图3B和3C，冷却系统300非限制性地包括罩305、支架310、前一组散热片315a、后一组散热片315b、热管330a-d、系统基座350、散热板340、背板375、以及风扇，风扇包括叶轮325、风扇马达(未示出)、风扇基座335以及绝缘衬垫365。罩305和叶轮325由塑料制成。散热板340由导热材料制成，最好是铜。两组散热片315a，b、热管330a-d、系统基座350以及背板375由导热材料制成，最好是铝。风扇基座335由金属制成，最好是铝。绝缘衬垫365由绝热材料制成，比如高温塑料或陶瓷。
设置在GPU345顶侧的是散热板340。散热板340的底侧热耦合到GPU345，以使得热量从GPU345导入散热板340。设置在散热板340顶侧的是热管330a-d。热管330a-d热耦合到散热板340、系统基座350以及散热片315a、b，从而将热量从散热板340和系统基座350导入散热片315a、b。也设置在散热板340顶侧的是系统基座350。热管330a-d容纳在系统基座350的外壳部分350n内，并由系统基座的平台部分350o支承，下面将进一步详细描述。平台部分350o内部形成有为每一个热管330a-d设置的凹槽。
参照图3G和3H，热管330a-d容纳在各个通道350g-j中，这些通道形成在系统基座350的外壳部分350o的底侧中。散热板340容纳在凹槽350k中，该凹槽形成在系统基座350的底侧中。散热板340具有两个耳部340a，b，每一个耳部均具有设置其中的两个孔。耳部340a，b容纳在系统基座350的底侧中形成的对应凹槽350a，b中。设置在各个凹槽350a，b中的是两个销，它们固定到各个耳部340a，b中的两个孔中，从而将散热板345耦合到系统基座350。也形成在系统基座350底侧上的是四个凸起350c-f。凸起350c-f的尺寸和位置对应于存储单元347a-d，从而系统基座350将热量从存储单元导出，从而冷却存储单元347a-d。
回到图3B和3C，图形卡320设置在系统基座350和背板375之间。这三个部件的每一个都具有多个紧固件对应孔，以安装系统基座350和背板375到图形卡320，紧固件比如是螺钉。背板375还可以在其顶侧具有多个凸起(未示出)，其位置对应于图形卡320的底侧上的存储单元(未示出)的位置。
系统基座350具有延伸部分350l。该延伸部分350l具有阶梯形状，用于容纳散热片315b的对应阶梯形状。延伸部分350l具有接线片350m，其接纳紧固件以固定系统基座350到支架310上，该支架构造成固定图形卡320到电脑底盘(未示出)。通过这种方式连接系统基座350到支架使得系统震动和摆动产生的能量从冷却系统300转移到电脑底盘。该接线片还将系统基座350接地到电脑底盘，从而保护图形卡320上的电子部件。穿通支架310设置的是多个槽355，这些槽使得空气能够在叶轮325作用下强制穿过散热片315b，从而排出电脑后部。
设置在系统基座350的延伸部分350l上的是后一组散热片315b。穿过散热片315b并基本垂直于各个单独散热片的是上部后热管330c和下部后热管330d。热管330c，d热耦合到散热片315b，从而将热量从散热板340和系统基座350导入各个单独散热片。散热片315b在其底部可以是开口的，从而使得一些空气流到下面的图形卡320的其它部件。
前一组散热片315a设置在图形卡320的前部上和系统基座350的唇部上。散热片315a具有阶梯形状，其对应于位于图形卡320的对应部件上的特定电子元件的形状。这样的结构使得散热片315a热耦合到这些电子元件。通过叶轮325使得空气强制流过散热片315a排出到电脑的底盘。上部前热管330a和下部前热管330b穿过散热片315a，基本垂直于每一个单独散热片。热管330a，b热耦合到散热片315a，从而将热量从散热板340和系统基座350导入各个单独散热片。散热片315b在其底部可以是开口的，从而使得一些空气流到下面的图形卡320的其它部件。在一个实施例中，一个或多个这些其它部件可以具有它们各自的一组散热片380。
下部热管330b，d在散热片靠近叶轮325的位置穿过各个散热片315a，b的下部，而上部热管330a，c在散热片远离叶轮的位置穿过各个散热片315a，b的上部。让每一组散热片的两个热管以这种成对角线的方式地设置可以使热量更均匀地穿过散热片分布。更均匀的热量分布增加了系统的有效热传导面积，从而使得冷却效率更高。
叶轮325设置在各组散热片315a，b之间。叶轮325被构造成向下和向外推动空气通过散热片315a，b，从而产生涡流效果，这在下面将进一步详细描述。相同的，叶轮325由塑料制成。使用塑料叶轮325降低了冷却系统300产生的噪音等级。优选的，叶轮325的直径大于或等于图形卡320的宽度的三分之二(更优选的是四分之三，最优选的是百分之八十五，不包括图形卡320的连接器部分)。拥有这样一个大叶轮325可以在较低风扇速度下产生较高空气流。
将风扇325设置在冷却系统300的中部，从而可以利用两组散热片315a，b和四个热管进行双向冷却流动。通过利用两组散热片，有效散热面积(也就是，空气强制通过的散热片的总表面面积)相对于现有冷却系统而言大大增加。进而，利用两组散热片增加了有效散热面积，而不必大大增加通过散热片的流阻，例如，当更长散热片添加到标准的单一方向冷却系统设计时，会增加该流阻。
如上参照现有吹风机/风扇来进行描述，由传统吹风机/风扇产生的速度轮廓沿散热片高度方向不相等，导致空气流到散热片上方时穿过该散热片的表面面积会出现不相等的热传导。该现象导致在散热片和空气之间进行低效热传导。然而，在本发明的一个或多个实施例中，叶轮325构造成推动空气向下和向外通过散热片315a，b。通常，向下强制流动的空气会偏离从而向上离开系统基座350。该向上偏离的空气然后在罩305的底面作用下再次向下偏离。重复的向上和向下偏离产生一个涡流效应，使得空气以涡流模式流过散热片315a，b。通过穿过每一个单独散热片的表面更均匀的气流分布，该涡流效应增加了热传导效果，即，从散热片315a，b到散热片上方流过的空气的热传导。散热片315a，b和空气之间的这种增加的热传导使得相对于现有技术的设计获得更大的冷却能力，其中该空气通过叶轮325而强制通过散热片315a，b。
参照图3I，叶轮325以某种方式耦合到风扇基座335，即，可以相对于风扇基座335自由旋转。也耦合到风扇基座335的是风扇PCB370，其包括用于风扇马达(未示出)的电子装置。风扇马达设置在叶轮325的盘芯部分下方。绝缘衬垫365设置在风扇基座335和系统基座350之间。绝缘衬垫365使风扇基座335热绝缘于系统基座350，从而防止塑料叶轮325因高温出现故障。风扇基座335和绝缘衬垫365具有孔，该孔对应于系统基座350上的孔，接纳比如螺钉的紧固件，从而将风扇基座335连接到系统基座350。罩305基本封闭散热片315a，b。罩305具有多个孔，其对应于系统基座350中的孔，接纳紧固件(未示出)，以将罩连接到系统基座。
塑料叶轮325、双向空气流(由热管330a-d产生)、涡流效应以及热管330a-d的对角线布置，均有助于获得一种比现有技术的设计更有效和/或更安静的冷却系统300。这种效率的增加来源于增加每一个散热片的有效传热面积，这是通过穿过每一个散热片更均匀地分布由热管330a-d传导的热量来完成的；也来源于增加散热片315a，b和强制流过散热片315a，b的空气之间的热传导，这是通过穿过每一个散热片的表面更均匀地分布气流来完成的。因此，对于一个给定的图形卡320，风扇可以在比现有技术的吹风机/风扇更低速度下运行来提供所需的冷却。本发明的实施例可以实现一个或多个这些特性。
虽然前面描述了本发明的实施例，但是，也可以设计出其它更多的实施例，而不会脱离其基本范围，该范围由随后的权利要求来确定。
权利要求
1.一种用于冷却发热电子装置的系统，该系统可以安装到电路板的第一侧，该系统包括第一组散热片；可操作以强制空气流过第一组散热片的风扇；以及第一热管，该热管将热量从发热电子装置导入第一组散热片。
2.如权利要求1所述的系统，其中第一热管穿过第一组散热片设置。
3.如权利要求1所述的系统，还包括第二热管，该第二热管将热量从发热电子装置导入第一组散热片。
4.如权利要求3所述的系统，其中所述热管穿过第一组散热片设置，第一热管设置在第一组散热片的第一位置，第二热管设置在第一组散热片的第二位置，以及第二位置和第一位置相对。
5.如权利要求4所述的系统，其中第二位置和第一位置成对角线关系。
6.如权利要求1所述的系统，还包括第二组散热片；以及第二热管，该第二热管将热量从发热电子装置导入第二组散热片，其中风扇可操作以强制空气通过两组散热片，以及风扇设置在两组散热片之间。
7.如权利要求6所述的系统，还包括第三热管，该第三热管将热量从发热电子装置导入第一组散热片；以及第四热管，该第四热管将热量从发热电子装置导入第二组散热片。
8.如权利要求6所述的系统，其中第一组散热片将设置在电路板的第一侧的背部，以使得通过第一组散热片的空气流将排出电脑底盘，而第二组散热片将设置在电路板的前部，以使得通过第二组散热片的空气流将排入电脑底盘。
9.如权利要求7所述的系统，其中每一个热管都穿过它们相应组的散热片设置，第一和第三热管设置在它们相应组散热片的每一个的第一位置，第二和第四热管设置在它们相应组散热片的每一个的第二位置，以及每一个第二位置都和每一个第一位置相对。
10.如权利要求9所述的系统，其中每一个第二位置和每一个第一位置成对角线关系。
11.如权利要求1所述的系统，还包括底座，该底座将热量从电路板上的存储单元导入第一热管。
12.如权利要求11所述的系统，其中底座具有接线片，该接线片用于将底座连接到电脑底盘。
13.如权利要求11所述的系统，还包括绝缘衬垫，该绝缘衬垫可以使风扇叶轮热绝缘于底座。
14.如权利要求11所述的系统，其中底座和第一组散热片均具有阶梯形状，以容纳电路板上的不同元件。
15.如权利要求11所述的系统，其中风扇可以强制至少一部分空气流向底座，以产生涡流穿过散热片。
16.如权利要求6所述的系统，其中这样构造系统，以使得当系统安装到电路板的第一侧时，风扇的中心线基本对准发热电子装置的中心线。
17.如权利要求1所述的系统，其中这样构造系统，以使得当系统安装到电路板的第一侧时，系统和电路板将基本适配到个人电脑的两个标准周边元件扩展接口(PCI)槽中。
18.如权利要求1所述的系统，其中第一组散热片均具有阶梯形状，以容纳电路板上的不同元件。
19.如权利要求1所述的系统，其中风扇叶轮由塑料制成。
20.如权利要求1所述的系统，其中风扇叶轮的直径大于或等于电路板的宽度的三分之二。
21.如权利要求1所述的系统，还包括罩，其基本封闭该系统。
22.如权利要求1所述的系统，其中电路板是周边元件扩展接口(PCI)卡，整个系统装配到该卡上。
全文摘要
本发明代表了电脑硬件的冷却系统领域的一项重要进步。在一个实施例中，提供一种用于冷却发热电子装置的系统。该系统可装配到电路板的第一侧。该系统包括第一组散热片、强制空气流过第一组散热片的风扇以及第一热管，该热管将热量从发热电子装置导入第一组散热片。所公开的冷却系统的一个优点是，它使得热量更加均匀的穿过散热片分布，使得空气流更加均匀地穿过散热片表面分布。因此，该设计增加了在将热量从发热电子装置转移到空气当中的过程中使用的散热片有效表面面积，从而使得冷却系统更加有效。
文档编号G06F1/20GK1818827SQ200610008970
公开日2006年8月16日 申请日期2006年1月20日 优先权日2005年1月21日
发明者Z·斯特凡诺斯基 申请人:恩维蒂亚公司