与电路板一起使用的可控热传递介质系统及方法

专利名称：与电路板一起使用的可控热传递介质系统及方法
技术领域：
本发明涉及热交换系统，且更具体来说涉及用于集成电路的热交换系统。
背景技术：
电路板通常装备有用于冷却安装在此类板上的集成电路的热交换系统。例如，
主板一般出于冷却各种相关组件(例如，中央处理单元(CPU)、存储器电路、图形
处理器等)的目的而采用此热交换系统。为改进此类热交换系统的操作，热传递介 质(例如，热管等) 一般定位于电路板组件及/或任何相关热交换器之间。
到目前为止，前述热传递介质的使用在本质上是主动的，因此允许热传递介质 无条件地将热从电路板的一个区域传递到另一个区域。尽管在某些环境中，这可能 是在不需要的情况下可接受的，但也会出现其中其不被接受的其它情况。仅举例说 明，第一集成电路可产生比第二集成电路更多的热，且因此允许经由互连的热传递 介质来消散此热。然而，在其中第二集成电路具有较低温度阈值的情形中，此热传 递可能是不需要的。因此，需要解决这些及/或其它与现有技术相关联的问题。

发明内容
本文提供用于控制电路板组件之间的热传递的系统及方法。其中包含具有安装 于其上的组件的电路板。还提供用于控制所述组件之间的热传递的可控热传递介质。


图1A显示根据一个实施例装备有托架的热交换系统。
图1B显示根据一个实施例用于使外部空气在北桥电路与南桥电路附近流通的 热交换系统。
图2显示根据一个实施例用于传递来自电路板组件的热的系统。 图3显示根据一个实施例用于控制电路板的各种组件的示意图。 图4A-4B显示根据一个实施例用于使空气在北桥及/或南桥电路附近流通的气 流子系统。
图5图解说明其中可实施各先前实施例的各种构架及/或功能的实例性系统。
具体实施例方式
图1A显示根据一个实施例装备有托架的热交换系统100。如图显示，电路板102 装备有多个安装组件104。在各实施例中，此类组件可包含集成电路、电力子系统及 /或能够安装到电路板的任何其它组件。在一个可能实施例中，电路板可包含(例如) 主板。当然，电路板可包含任何适于支撑电路的板，及可能上文提及的任何其它组 件。
如进一步显示，托架106直接或间接耦合到电路板。如图所示，托架可呈现大 致平面配置。然而应注意，托架可采取提供用于热交换器的耦合的其它形式，如下 文即将显而易见。
在各种实施例中，托架与电路板之间的前述耦合可采取维持连接到电路板的托 架的任何所需形式。在一个实施例中，此类耦合可利用支架107 (例如，支柱等)来 提供，支架107整体耦合到托架的底面以与电路板耦合(例如，经由螺杆等)。当然， 涵盖其它实施例，其中此类耦合可采取满足上述定义的其它形式。
而且，热交换器108直接或间接地耦合到托架以用于传递来自组件的热。如图 显示，根据一个实施例，热交换器耦合到托架的顶面。然而，涵盖其它实施例，其 中热交换器可耦合到托架的其它部分(例如，沿侧面等)。
在本说明的背景中，前述热交换器可包含能够传递热的任何无源及/或有源热交 换器。此类热交换器的某些非限制性实例包含散热器、风扇、液体冷却设备等。
在使用中，热交换器的类型及其指定定位可以按容纳来自一个或一个以上组件 的所需热传递的任何所需方式来选择。这种配置可基于可能相依于电路板的设计/操 作及/或用户需要的任何所需因素。在一个实施例中，热交换器可能以可移除方式耦 合到托架，以允许热交换器相对于电路板上的各种组件的置换、重新排列及/或替换。
通过此设计，在一个实施例中，托架可至少参照电路板的电流模型(作为选择) 来标准化。进一步地，可承受电路板的用户在使用哪种类型的热交换器、如何参照 各种组件来定位热交换器等方面的灵活性。
在另一实施例中，热传递介质iio可耦合到热交换器之间以在二者之间传递热。
在本说明的背景中，热交换介质可包含能够在两个或两个以上电路板组件之间传递 热的任何介质(例如，经由对应的热交换器等)。在一个实施例中，此种热传递介质 可包含通过内部液体的蒸发和凝固来传递热的装置。此种热传递介质的实例可包含 (但当然不限定于)热管、蒸气室、热室等。
在各种实施例中，热传递介质可能或可能不与托架整合在一起。作为选择，热 传递介质甚至可以以可移除方式耦合到热交换器之间，以容纳热交换器的选择及定 位方面的多功能性。
在此实施例中， 一个或一个以上热传递介质控制器118可耦合到热传递介质。 在本说明的上下文中，热传递介质控制器可以是能够控制热传递介质的至少一个方
面的任何事物。例如，控制器可包含至少一个用于控制热传递介质中的热传递的阀。
在另一可选实施例中，传感器120可耦合到所述托架以供用于控制来自所述组
件中至少一者的热传递。尽管传感器显示为耦合到托架的顶面，但应注意，传感器 可以任一所需方式附装到托架(例如，到底面、经由延伸部件等)。在使用中，传感 器可结合系统中能够控制来自所述组件中至少一者的热传递的任一方面来使用。
在一个实施例中，传感器可用于控制一个或一个以上热交换器。例如，此种控 制可涉及激活、去激活、抑制、引导、及/或控制热交换器的任一其它方面。在另一 实施例中，传感器可用于控制热传递介质(例如，经由热传递介质控制器等)。
作为选择，在一个实施例中，传感器可耦合到托架，其中每一传感器与所述组 件的对应一者之间为固定距离。例如， 一个或一个以上第一传感器可以与第一组件 相距第一预定距离的距离而耦合到托架， 一个或一个以上第二传感器可以与第二组 件相距第二预定距离的距离而耦合到所述托架，且依此类推。在此实施例中，托架 上的传感器的此种配置可经标准化，以使得通过使用所述托架，可假设提供前述距 离。
在使用中，此类固定距离可因此视需要地允许热交换系统设计者"预特征化" 此类传感器。换句话说，由于可假设传感器与相关联组件之间的预定距离(通过使 用装备有传感器的托架)，并不一定需要校准热交换系统以容纳传感器到组件的距离 可随系统而变化的可能性。通过此设计，可避免针对完成的电路板对传感器的特性描述。
图1B显示根据一个实施例用于使外部空气在北桥电路和南桥电路附近流通的 热交换系统150。作为选择，本系统可能或可能不整合有参照图1A所述的上述特征 的一者。然而，系统当然可在所需要的任何环境中实施。还应注意，前述定义可应 用于本说明期间。
如图所示，电路板152装备有安装于其上的北桥电路154及南桥电路156。在 本说明的背景中，此种北桥电路可包含处理中央处理单元158、图形处理器装置160 和南桥电路之间的数据交易的任何电路。进一步地，南桥电路可包含管理例如集成 发展环境(IDE)总线和周边组件互连(PCI)总线(未显示)等板上装置的任何电 路。尽管本文已揭示北桥及南桥电路，但应注意，还涵盖与中央处理单元连通并控 制与任何存储器的交互作用的其它芯片组。
继续参照图1B，气流子系统162耦合到电路板以使外部空气在北桥电路与南桥 电路附近流通。在各种实施例中，此气流子系统(或其任一部分)可以固定方式或 以枢轴方式耦合到电路板。进一步地，气流子系统可耦合到北桥电路及/或南桥电路 上(如图所示)，或邻近此类组件。
在本说明的背景中，气流子系统可包含能够使空气在北桥电路和南桥电路附近 流通的任何系统。在一个实施例中，气流子系统包含风扇163。严格地作为选择，气 流子系统还可以包含其它热交换器。例如，如图显示，风扇可耦合到位于北桥电路 和南桥电路上方的散热器164。此散热器可采取任何所需形式。例如，其可附装到北 桥电路及/或南桥电路，且进一步提供用于支撑所述风扇的平台166。
为提供对外部空气的接入，在一个实施例中，气流子系统可进一步包含用于将 外部空气隧穿到风扇的管道168。在各实施例中，此管道可包含挠性或刚性软管。严 格作为选择，传感器(见图1A)可用于自动激活风扇。
为进一步增强气流子系统使外部空气流通的能力，其可视需要地耦合到额外的 气流子系统170 (例如，经由所述管道)。在使用中，此额外气流子系统可能能够使 外部气流在额外组件(不同于北桥/南桥电路)附近流通，所述额外组件包括例如电 力子系统、中央处理单元、存储器电路和图形装置等。为实现这一目的，额外气流 子系统还可以包含风扇172。
在一个实施例中，气流子系统可起到以额外气流子系统引导空气的方向引导空 气的作用。进一步地，外部空气可因此可用(否则可能不可用于在北桥/南桥电路附 近流通)，而不管北桥/南桥电路正位于主板中央。为此，并未首先在其它组件附近流 通(且因此被加热)的至少某些外部空气可用于冷却北桥及南桥电路。
应再次注意，图1A-1B的各种特征可能或可能不一起使用。现将列举其中可整 合此类特征的额外实施例。应极其注意，阐述下列资讯仅出于例示目的，而不应被 视为以任何方式加以限制。任一下述特征可视需要地整合或不整合有其它所述特征。
图2显示根据一个实施例用于传递来自电路板组件的热的系统200。作为选择， 本系统可能或可能不整合有参照图1A-1B的上述任一特征。然而，本系统当然可在 任一所需环境中实施。而且，前述定义可应用于本说明期间。
如图所示，电路板202包含于主板形式中。此电路板包含各种组件，包含中央 处理单元204、存储器电路206 (例如，DRAM等)、安装到相关联图形卡208上的 图形处理器、北桥电路210及南桥电路212。而且，额外组件可包含用于为电路板提 供电力的电力子系统214及用于介接大量输入/输出(I/O)装置(未显示)的端口接 tH 216。
应注意，上文列举的各组件可能或可能不具有专用热交换器。例如，中央处理 单元显示为装备有风扇217。进一步地，尽管未显示，但图形处理器还可以装备有专 用热交换器。
进一步包含耦合到电路板的托架218。在一个实施例中，托架可由刚性材料构 造。例如，托架可由印刷电路板(PCB)材料构造。当然，也涵盖其它材料(例如， 塑料等)的使用。
在所例示的实施例中，托架可包含第一线性部分220，其中第一端驻存于图形 卡上方(且可能与其接触)，且第二端终止于北桥电路处。如图所示，第一线性部分 驻存于南桥电路和部分北桥电路的上方且与其相接触。
进一步包含第二 U型部分222，其至少部分地环绕中央处理单元及相关联的风 扇。所述托架的第一线性部分和第二 U型部分彼此完整地连接到驻存于北桥电路上
方且与其相接触的中央部分224。如图所示，托架的中央部分具有类似于北桥电路的 大小及形状。尽管图2中显示指定的托架配置，但应注意到，托架的准确形状及大 小可作为电路板及相关联组件的设计的函数而变化。
如进一步显示，多个热交换器耦合到所述托架。具体来说，气流子系统以风扇 226的形式耦合到托架的中央部分。 一个可使用的实例性风扇将列举于图4A-4B中 图解说明的不同实施例的说明期间。
作为选择，风扇可耦合到为整个系统服务的中央气流子系统227。如图所示， 中央气流子系统已接入外部空气且起到使空气在多个系统组件上流通的作用。为向 风扇提供此外部空气，任一所需管道(例如，管等)可用于将来自中央气流子系统 的气流隧穿到风扇。作为选择，阀229可在沿所述管道的任一所需位置处定位，或 在其它用于控制此气流的位置处定位。
在使用中，风扇适于使空气在北桥电路及/或南桥电路附近流通。进一步地，此 空气可能或可能不包含由中央气流子系统提供的外部空气。在各种实施例中，可选 择性地基于任一手工及/或自动控制机械来整合外部空气。通过这一设计，可使得较 冷的空气在北桥电路及/或南桥电路附近流通。
而且，三个散热器228沿托架的第二U型部分的每一部分定位。如图所示，此 类散热器包含向外延伸的翼。作为选择，平面散热器230可安装于托架上与南桥电 路相接触的第一线性部分上。在使用中，所述平面散热器可用于在南桥电路和北桥 电路之间提供热连通。
尽管在图2中显示风扇和各种类型的散热器，但应极其注意，可在沿托架的不 同位置处使用不同类型的热交换器。为此，所产生的热交换器系统在设计上可以是 模块化的，且基于用户需要而允许不同配置。为促进此模块性，将各种热交换器附 装到托架的耦合机构可被标准化。
例如，在一个实施例中，常见的修剪机构可用于将热交换器附装到托架。在其 它实施例中，经通常配置的孔(例如，呈正方形配置的四个孔等)可形成于沿托架 的不同位置处，以允许附装所需要的热交换器。当然，本文列举此类耦合机构仅出 于例示性目的，且不应视为以任何方式进行限定。
作为额外选择，热传递介质可耦合到托架或与其整合在一起。例如，在一个实 施例中，托架本身可包含单个热管或诸如此类。当然，还涵盖其它实施例，其中热 管可附装到托架，且各种热交换器又可以耦合到所述热管。而且，在其它实施例中， 单独的分立热管可耦合到热交换器之间。在这一实施例中，此类分立热管可能或可 能不直接耦合到托架。出于在图3中图解说明的不同实施例的说明期间将很快变得 显而易见的原因， 一个或一个以上阀可沿所述热管定位，以控制热在热交换器之间 的传递。
为提供对上述组件的增强控制，可沿所述托架定位多个传感器232。尽管未显 示，但此类传感器可用于控制各种有源热交换器、前述阀及/或电路板中的任一其它
组件中的任一者。本文将在图3中图解说明的不同实施例的说明期间列举可使用的 一个实例性互连。
在一个实施例中，所述传感器可定位于与各种对应的电路板组件的固定距离处。 为实现这一目的，托架的配置可经标准化以容纳特定电路板设计及其组件。另外， 传感器可固定于沿托架的预定位置处。因此，由于组件到托架与传感器到托架之间 的相互关系是标准化的(且因此已知)，则传感器与对应组件之间的距离也是已知的。 这一特征又经杠杆作用以避免任何传感器特性描述，如先前列举。
图3显示根据一个实施例用于控制电路板的各种组件的示意图300。作为选择， 本示意图可能或可能不并入有上文参照图lA-2描述的任一特征。然而，本系统当然 可在任一所需环境中实施。而且，前述定义可适用于本说明期间。
如图所示，提供多个传感器302。所述传感器可包含能够产生指示从相邻电路 板组件散发的热的度数的信号的任何温度(例如，热)传感器。所述传感器的非限 制性实例可包含但当然不限于温度计、热电偶、温度敏感电阻(例如，热敏电阻等)、 双金属温度计、自动调温器等。
进一步提供多个热交换器304。例如，热交换器可包含例如风扇及/或液体冷却 设备等有源热交换器。出于将很快变得显而易见的原因，第一热交换器可具有对应 的第一传感器，其中第一热交换器和传感器两者均位于第一电路板组件附近。类似 地，第二热交换器可具有对应的第二传感器，其中第二热交换器和传感器两者均位 于第二电路板组件附近，且依此类推。
在使用中，此类热交换器可被激活及去激活。在另一可能的实施例中，热交换 器可用其它粒度(例如，低-中-高、等级1-10、沿连续范围等)来操作。在涉及支枢 式风扇等的实施例中，此风扇的方向可以按特定受控方式来自动定向。
继续参照图3，可利用一个或一个以上热传递介质(例如，热管等)来耦合热 交换器，以允许热在热交换器之间传递。作为进一步选择，多个阀306可沿热传递 介质定位以选择性地控制此热传递。在一个实施例中，所述阀可分别包含热阀，其 在热管的选定部分处施加递增数量的热(超出预定阈值)。此热阖值量导致热管停止 操作(例如，通过"烘干"热管等)。当然，还涵盖利用其它基于机械、化学、及/ 或电子机械的阀的其它实施例。
在使用中，所述阀可被打开以允许热传递，及被关闭以阻止此热传递。在另一 可能的实施例中，所述阀可用额外粒度来操作(例如，低-中-高，等级I-IO，沿连续 范围等)，类似于热交换器。而且，多个阀可被独立控制。
控制逻辑308耦合在传感器、热交换器和阀之间，以用于依据从传感器接收的 信号来控制热交换器和阀。在各种实施例中，控制逻辑可由操作系统(例如，操作 系统的基本输入/输出系统(BIOS)等)管理。在其它实施例中，控制逻辑可实施于 单独的集成电路平台上。另外，图3所示组件中的任一者可能或可能不接收来自电 路板的电力。
在所使用的一个实例中，控制逻辑适于响应于来自对应传感器的信号而激活热 交换器中的任何一者或一者以上，所述信号指示相关联组件的温度小于或大于预定 量。另外，可基于在电路板组件之间传递热(例如，经由热交换器等)的需要来对 阀进行激活或去激活。例如，在接收到指示与第一热交换器相关联的第一电路板组 件的第一温度已上升超出预定阈值，且与第二热交换器相关联的第二电路板组件的 第二温度降至低于另一预定阈值的信号时，可打开第一热交换器与第二热交换器之 间的阀来允许二者之间的热传递。
尽管未显示，图3中显示的各种组件还可以介接用于作为单个系统来结合工作 的额外热交换系统(例如，中央热交换系统、CPU热交换系统等)。另外， 一个或一 个以上阀可在其之间耦合，因此允许根据任一所需算法的受控热传递。
图4A是根据一个实施例用于使空气在北桥及/或南桥电路附近流通的气流子系 统400的透视图。作为选择，本气流子系统可实施于图1A-3的构架及/或功能的背景 下。例如，图2的风扇226可采取本气流子系统的形式。然而，本系统当然可在任 何所需环境中实施。而且，前述定义可应用于本说明期间。
如图4A中显示，本气流子系统包含具有大致平面配置的散热器402，其中第一 端具有用于耦合散热器在南桥电路上方的第一端的多个支架404。散热器进一步包含 具有与其耦合的外壳406的第二端。在一个实施例中，外壳可视需要地以枢轴方式 耦合到散热器的第二段以绕竖直轴旋转。作为选择，外壳还可以装备有用于耦合到 北桥电路上方的支架。
外壳经形成以呈现由底面、顶面和形成于二者之间的大量侧壁界定的大致立方 形配置。顶面具有形成于其中且具有向外延伸的盖的开口 408。此盖适于与管道(例 如，刚性或挠性管)啮合，用于允许将气流从中央气流子系统或外部孔口引导到本 气流子系统。
继续参照图4A,外壳的一个侧壁装备有用于使空气在北桥电路附近流通的风扇 410。具体来说，风扇可通过外壳内的多个热消散翼(未显示)将空气抽取通过外壳 顶面上的开口 。图4B是根据一个实施例沿线4B-4B所取的图4A的气流子系统的横 截面图。如图所示，前述翼412显示为保持与基本散热器相连通以在使用期间抽取 来自北桥电路的热。
图5图解说明其中可实施各先前实施例的各种构架及/或功能的实例性系统500。 例如，本实施例的一个或一个以上组件可安装于先前图示的电路板上。
如图所示，提供包含至少一个主处理器501的系统，其中主处理器501连接到 通信总线502。系统500还包含主存储器504。控制逻辑(软件)及数据存储在主存 储器504中，主存储器504可采取随机存取存储器(RAM)的形式。
系统还包含图形处理器506和显示器508，也就是计算机监视器。在一个实施
例中，图形处理器可包含多个着色器模块、光栅化模块等。每一前述模块甚至可位 于单个半导体平台上以形成图形处理单元(GPU)。
在本说明中，单个半导体平台可指单独整体式基于半导体之积体电路或晶片。 应注意，术语"单个半导体平台"还可指具有增强连接性的多晶片模组，其模拟晶 片上操作且对使用传统中央处理器(CPU)和汇流排实施方式做出显著改进。当然， 亦可按照使用者之期盼，单独地或者以半导体平台之各种组合形式布置各种模组。
系统500还可以包含辅助存储装置510。辅助存储装置包含(例如)硬盘驱动 器及/或可换式存储装置驱动器(其代表软盘驱动器、磁带驱动器、光碟驱动器等)。 可换式存储装置驱动器以众所习知的方式从可换式存储单元读取及/或向可换式存储 单元写入。
计算机程序或计算机控制逻辑算法可存储在主存储器及/或辅助存储装置中。在 执行时，此计算机程序使系统能够执行各种功能。存储器、存储装置及/或任何其它 存储装置均为计算机可读媒体的可能实例。
在一个实施例中，各先前图示的构架及/或功能可能以主处理器、图形处理器、 能够实现主机处理器和图形处理器的能力的至少一部分的集成电路(未显示)、芯片 组(也就是一组设计用于作为执行相关功能的单元等来工作及出售的集成电路)及/ 或任何其它用于所述事项的集成电路为背景来实施。
而且，各先前图示的构架及/或功能可能以通用计算机系统、电路板系统、专用 于娱乐目的的游戏控制台系统、应用指定系统、及/或任何其它所需系统为背景来实 施。例如，所述系统可采取桌上型计算机、膝上型计算机、及/或任何其它类型的逻 辑的形式。而且，所述系统可采取各种其它装置的形式，其包含但不限于个人数字 助理(PDA)装置、移动电话装置、电视等。
进一步地，尽管未显示，但所述系统可出于通信目的而耦合到网络(例如，电 信网络、局域网络(LAN)、无线网络、例如因特网等广域网络(WAN)、点对点网 络、电缆网络等)。
尽管上文已阐述各个实施例，但应了解，所述实施例仅以实例的方式而非限制 的方式提供。因此，较佳实施例的广度和范围不应受限于任何上文所述实例性实施 例，而应仅根据以下权利要求书及其等效内容来界定。
权利要求
1.一种系统，其包括电路板，其上安装有组件；及可控热传递介质，其用于控制所述组件之间的热传递。
2、 如权利要求1所述的系统，其中所述电路板包含主板。
3、 如权利要求l所述的系统，其中所述组件包含电力子系统、中央处理单元、 存储器电路、图形处理器、北桥电路及南桥电路中的至少一者。
4、 如权利要求1所述的系统，且其进一步包括耦合到所述组件的多个热交换器。
5、 如权利要求4所述的系统，其中所述可控热传递介质耦合于所述热交换器之间。
6、 如权利要求4所述的系统，其中所述热交换器包含散热器、风扇及液体冷却 设备中的至少一者。
7、 如权利要求4所述的系统，其中传感器用于控制所述热交换器中的至少一者。
8、 如权利要求l所述的系统，且其进一步包括安装到所述电路板的托架。
9、 如权利要求8所述的系统，其中所述可控热传递介质与所述托架整合在一起。
10、 如权利要求8所述的系统，其中所述可控热传递介质耦合到所述托架。
11、 如权利要求8所述的系统，其中所述可控热传递介质包含热管、蒸气室及 热室中的至少一者。
12、 如权利要求1所述的系统，且其进一步包括用于控制所述可控热传递介质 的至少一个方面的传感器。
13、 如权利要求1所述的系统，其中操作系统用于控制所述可控热传递介质的 至少一个方面。
14、 如权利要求1所述的系统，其中所述可控热传递介质包含用于控制所述热 传递的至少一个阀。
15、 如权利要求14所述的系统，且其进一步包括供用于控制所述阀的传感器。
16、 如权利要求14所述的系统，其中操作系统用于控制所述阀。
17、 如权利要求15所述的系统，其中多个所述传感器耦合到托架，其中所述传 感器中的每一者与所述组件中的对应一者之间具有固定距离。
18、 一种方法，其包括 提供上面安装有组件的电路板；及 利用可控热传递介质控制所述组件之间的热传递。
19、 一种设备，其包括可控热传递介质，其能够安装到电路板以用于控制所述电路板的组件之间的热 传递。
20、 如权利要求19所述的设备，其中所述组件包含电力子系统、中央处理单元、存储器电路、图形处理器、北桥电路及南桥电路中的至少一者。
全文摘要
本文提供用于控制电路板组件之间的热传递的系统及方法。其中包含上面安装有组件的电路板。还提供用于控制所述组件之间的热传递的可控热传递介质。
文档编号H05K7/20GK101374401SQ20081013336
公开日2009年2月25日 申请日期2008年8月11日 优先权日2007年8月20日
发明者志海·萨克·余, 汤米·C·李, 郑·H·基姆 申请人:辉达公司