散熱器和設(shè)置有散熱器的電子設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種用于冷卻發(fā)熱構(gòu)件的散熱器，該散熱器設(shè)置有對發(fā)熱構(gòu)件的外周邊緣部分進行冷卻的第一冷卻部件，和對發(fā)熱構(gòu)件的中央部分進行冷卻的第二冷卻部件，該第一冷卻部件配備有第一基部構(gòu)件，該第一基部構(gòu)件在其頂表面上具有第一翼片并且在其底表面處具有凹槽，該第二冷卻部件配備有能夠容置在凹槽中的第二基部構(gòu)件、設(shè)置在第二基部構(gòu)件的頂表面上并且插入設(shè)置在凹槽中的通孔的滑動構(gòu)件、設(shè)置在滑動構(gòu)件的自由端上的第二翼片以及設(shè)置在第二基部構(gòu)件內(nèi)側(cè)并且供給有冷卻水的冷卻水通道。本發(fā)明還涉及一種包括散熱器的電子設(shè)備。
【專利說明】散熱器和設(shè)置有散熱器的電子設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求于2012年8月3日提交的申請?zhí)枮?012-172883的日本專利申請的優(yōu)先權(quán)，并且其全部公開內(nèi)容通過參引并入本文。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請涉及一種散熱器，該散熱器放置于發(fā)熱元件上以防止發(fā)熱元件的溫度上升，并且本申請涉及一種設(shè)置有該散熱器的電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]在過去，設(shè)置在電子設(shè)備內(nèi)部的半導體特別是CPU封裝在工作期間會產(chǎn)生熱并且溫度變高，因此附接有散熱器以防止溫度過度上升。迄今，散熱器由鋁和具有良好導熱性的其他金屬材料形成。下述散熱器已經(jīng)成為主流:該散熱器包括置于發(fā)熱構(gòu)件上基部構(gòu)件，在該基部構(gòu)件上，設(shè)置了以預(yù)定的間隔伸出的大量翼片。
[0005]另一方面，如果電子設(shè)備性能變得更高，且由半導體封裝產(chǎn)生的熱量增加，則將必須提高散熱器的散熱效率，否則不再能夠防止半導體封裝溫度的上升。為此，出現(xiàn)了如下裝置:在該裝置中，利用了帕爾貼(Peltier)效應(yīng)的帕爾貼裝置附接至熱發(fā)生器的基部構(gòu)件的底部，并且直流(DC)電流流向帕爾貼裝置來控制散熱器冷卻性能。此外，在序列號為2010-232519的日本特許公開公報中公開了下述類型的散熱器:該類型的散熱器為了檢測半導體封裝的表面溫度在散熱器內(nèi)設(shè)置了獨立的溫度監(jiān)控器。
[0006]就這一點而言，近年來，隨著LSI (大規(guī)模集成電路)更高的工作頻率，在工作電流中存在更劇烈的瞬時變化(載荷波動)。因此，傳統(tǒng)的散熱器存的問題在于，半導體封裝的溫度控制已經(jīng)不可能。這是因為傳統(tǒng)散熱器的熱阻高并且冷卻控制范圍窄，因此半導體封裝的溫度控制已經(jīng)不可能。此外，如果半導體封裝的溫度控制是不可能的，則在半導體封裝的溫度測試時，很難抑制自身發(fā)熱直至達到裝置毀壞溫度。進一步地，如果高速溫度控制不能實現(xiàn)，則溫度測試條件(溫度、電壓等等)可能易于運行測試，但是問題在于不可能消除后面步驟中的故障率。不可能消除后面步驟中的故障率的原因在于溫度測試不能在“系統(tǒng)測試條件”下進行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]一方面，考慮到上述【背景技術(shù)】，本申請的目的是提供一種結(jié)構(gòu):該結(jié)構(gòu)可以處理半導體封裝或具有大的溫度變化的其他這種發(fā)熱構(gòu)件處的發(fā)熱溫度，因此使得能夠提供具有寬的冷卻范圍并且能夠高速響應(yīng)冷卻需求的散熱器。進一步，本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)置有散熱器的電子設(shè)備，該散熱器具有寬的冷卻范圍并且能夠高速響應(yīng)冷卻需求。
[0008]根據(jù)另一方面，提供了一種散熱器，該散熱器設(shè)置有第一冷卻部件和第二冷卻部件，該第一冷卻部件置于發(fā)熱構(gòu)件上并設(shè)置有:第一基部構(gòu)件，該第一基部構(gòu)件吸收發(fā)熱構(gòu)件的頂表面?zhèn)鹊耐庵苓吘壊康臒崃?；第一翼片，該第一翼片突出地設(shè)置在第一基部構(gòu)件的頂表面上；凹槽，該凹槽形成在第一基部構(gòu)件的底表面處；和通孔，該通孔形成在該凹槽中并且穿過至頂表面?zhèn)龋摰诙鋮s部件可以容置在凹槽中并且設(shè)置有:第二基部構(gòu)件，該第二基部構(gòu)件吸收發(fā)熱構(gòu)件的頂表面的中央部分的熱量；滑動構(gòu)件，該滑動構(gòu)件突出地設(shè)置在第二基部構(gòu)件上并且穿過該通孔；第二翼片，該第二翼片突出地設(shè)置在滑動構(gòu)件的前端側(cè)上；以及流體路徑，該流體路徑設(shè)置在第二基部構(gòu)件中并且使得從水冷機構(gòu)供給的冷卻劑循環(huán)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1A是布局圖，該布局圖示出了承載于載入電子設(shè)備的單元處的電路元件的構(gòu)型，以及本申請的、對形成發(fā)熱構(gòu)件的電路元件進行冷卻的散熱器的布局。
[0010]圖1B是示出了由圖1A中所示的半導體封裝形成的發(fā)熱構(gòu)件的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)的一個示例的截面圖。
[0011]圖2是示出了本申請第一實施方式的散熱器的外觀和附接有該散熱器的發(fā)熱構(gòu)件的立體圖。
[0012]圖3A是示出了本申請的第一實施方式的散熱器的構(gòu)型以及附接至發(fā)熱構(gòu)件的位置的分解立體圖。
[0013]圖3B是示出了圖3A所示的第二冷卻部件的構(gòu)型的立體圖。
[0014]圖4A是示出了在本申請的第一實施方式的散熱器附接至發(fā)熱構(gòu)件之前的狀態(tài)的側(cè)視圖。
[0015]圖4B是示出了在本申請的第一實施方式的散熱器附接至發(fā)熱構(gòu)件之后的狀態(tài)的側(cè)視圖。
[0016]圖5是說明下述環(huán)境的系統(tǒng)圖示:在該環(huán)境中，設(shè)置在本申請的第一實施方式的散熱器處的第一冷卻部件和第二冷卻部件處于工作中。
[0017]圖6A是示出了圖5所示溫度控制器關(guān)于第二冷卻部件所進行的控制的第一實施方式的流程圖。
[0018]圖6B是示出了圖5所示溫度控制器關(guān)于第二冷卻部件所進行的控制的第二實施方式的部分流程圖。
[0019]圖7是示出了圖5所示溫度控制器關(guān)于第二冷卻部件所進行的控制的流程圖，其中，在該控制中水冷單元的排量被降低。
[0020]圖8是示出了圖5所示的溫度控制器關(guān)于第一冷卻部件所進行的控制的流程圖。
[0021]圖9是示出了圖5所示溫度控制器關(guān)于第一冷卻部件所進行的控制的第二實施方式的流程圖以及示出了圖6B所示溫度控制器關(guān)于第二冷卻部件的所進行的控制的第二實施方式的流程圖。
[0022]圖10是示出了本申請的第二實施方式的散熱器的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0023]圖11是示出了本申請的第三實施方式的散熱器的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
【具體實施方式】
[0024]下面，將基于具體示例使用附圖來解釋本申請的實施方式。
[0025]圖1是示出了電路元件和散熱器50的布局的布局圖，該電路元件安裝在單元2上，該單元2安裝在電子設(shè)備I上，散熱器50對形成發(fā)熱構(gòu)件8的其中一個電路元件進行冷卻。發(fā)熱構(gòu)件8例如是半導體封裝8。在單元2上，設(shè)置有給半導體封裝8供給電力的電源3和用于冷卻半導體封裝8的風扇4。本申請的散熱器50包括冷卻水循環(huán)所通過的流體路徑，因此單元2設(shè)置有水冷單元6。
[0026]水冷單元6、電源3和溫度控制器5也可以設(shè)置在單元2的外側(cè)。另外，單元2可以設(shè)置有對風扇4和水冷單元6進行控制的溫度控制器5。此外，從電源3至半導體封裝8的供電電路設(shè)置有電流傳感器7，該電流傳感器7可以對流過電路的電流進行檢測。電流傳感器7的檢測值輸入至溫度控制器5。電子設(shè)備I的類型不做特別限制。
[0027]圖1B是示出了圖1A所示的半導體封裝(發(fā)熱構(gòu)件)8的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)的示例的截面圖。半導體封裝8包括基板80，該基板80上安裝有半導體芯片85、電容器84、熱敏電阻9等等。這些部件由框架81和蓋82覆蓋。此外，基板80上的電路通過焊錫球83連接至單元2上的電路。進一步，半導體芯片85的頂表面與蓋82的底表面之間設(shè)置有熱粘合材料86。而且，在該示例中，半導體芯片85具有內(nèi)置的熱敏二極管87。熱敏電阻9和熱敏二極管87檢測半導體封裝8的溫度。這些溫度檢測值輸入至圖1A所示的溫度控制器5。
[0028]熱敏電阻9和熱敏二極管87都檢測溫度。熱敏電阻9可以容易地直接將熱阻轉(zhuǎn)換為溫度。另一方面，熱敏二極管87定位在發(fā)熱構(gòu)件附近，因此得到了可靠的溫度值，但是得到溫度值需要計算公式，而且是不容易的。此外，根據(jù)半導體封裝，有時同時設(shè)置有熱敏電阻9和熱敏二極管87，而有時省略了熱敏電阻9和熱敏二極管87中的一者。因此，根據(jù)半導體封裝的狀態(tài)，可以使用熱敏電阻9和熱敏二極管87 二者，或者使用熱敏電阻9和熱敏二極管87中的任一者。
[0029]首先，將通過利用圖2和圖3解釋散熱器50的第一實施方式的構(gòu)型，該散熱器50附接至圖1A中所示的半導體封裝8。圖2是示出了圖1A所示的散熱器50的當從上方觀察時的外觀的立體圖，圖3A是分解了的散熱器50的當從下方觀察時的分解立體圖，以及圖3B是示出圖3A所示的散熱器50的一部分的當從上方觀察時的立體圖。
[0030]如圖2所示，本申請的散熱器50設(shè)置有第一冷卻部件10以及第二冷卻部件20，該第一冷卻部件10對半導體封裝8的外周邊緣部分進行冷卻，該第二冷卻部件20對半導體封裝8的中央部分進行冷卻。第一冷卻部件10包括第一基部構(gòu)件11，多個第一翼片12突出地設(shè)置在該第一基部構(gòu)件11上。第一翼片12平行于稍后解釋的冷卻空氣的流動方向以預(yù)定的間隔設(shè)置。第一冷卻部件10的中央部分具有沒有第一翼片12的部分。該部分處設(shè)置有第二冷卻部件20。在本實施方式的第一基部構(gòu)件11的底表面13處設(shè)置有凹槽14。凹槽14以與第一翼片12的設(shè)置方向相同的方向從第一基部構(gòu)件11的一個端面延伸至相反側(cè)的端面。凹槽14也可以僅設(shè)置在第一基部構(gòu)件11的底表面13的中央部分處。該示例在圖3A中示出。
[0031]在圖3A所示的實施方式中，第一基部構(gòu)件11的底表面13的中央部分設(shè)置有凹槽14。該凹槽14具有能夠容置第二冷卻部件20的第二基部構(gòu)件21的尺寸。在凹槽14內(nèi)，設(shè)置有穿過第一基部構(gòu)件11的通孔15和圍繞通孔15設(shè)置的導孔16。第二冷卻部件20附接至通孔15和導孔16。在第一實施方式中，通孔15為矩形形狀，而導孔16為圓孔。設(shè)置有四個導孔16。
[0032]第二冷卻部件20設(shè)置有第二基部構(gòu)件21、滑動構(gòu)件24和導引構(gòu)件25，在第二基部構(gòu)件21的內(nèi)側(cè)設(shè)置有形成冷卻水通道27的流體路徑，該滑動構(gòu)件24和該導引構(gòu)件25設(shè)置在第二基部構(gòu)件21上?；瑒訕?gòu)件24定形狀為能夠插入通過上述通孔15。在滑動構(gòu)件24的頂表面處，設(shè)置有以與第一翼片12相同方向突出的第二翼片22。導引構(gòu)件25定形狀為使其能夠插入通過上述導孔16。進一步，四個導引構(gòu)件25中的兩個是管道，冷卻水能夠通過該管道并且該管道分別連接至設(shè)置于第二基部構(gòu)件21處的冷卻水通道27的冷卻水的入口部分和出口部分。
[0033]此外，如圖3B所示，圍繞導引構(gòu)件25附接有由彈簧26構(gòu)成的彈性構(gòu)件。此外，在與設(shè)置于第二基部構(gòu)件21處的冷卻水通道27連通的導引構(gòu)件25處，附接有與在圖1A中說明并且承載冷卻水的水冷單元6連接的連接管道28。四個導引構(gòu)件25插入通過設(shè)置于凹槽14處的導孔16。連接管道28未連接至的兩個導引構(gòu)件25的前端具有附接于其上的鎖定構(gòu)件29 (參見圖10)，該鎖定構(gòu)件29防止導引構(gòu)件25在插入通過導孔16后從導孔16脫離。附接有連接管道28的導引構(gòu)件25的前端也可以具有附接于其上的鎖定構(gòu)件。由于這些鎖定構(gòu)件，第二冷卻部件20被保持處于從第一基部構(gòu)件11的凹槽14垂下的狀態(tài)。
[0034]由畫在圖3A所示的半導體封裝8的蓋82上的雙點劃線所圍繞的區(qū)域是附接至第二基部構(gòu)件21的部分，由畫在半導體封裝8的外側(cè)處的單點劃線的所圍繞的區(qū)域示出了第一基部構(gòu)件11所定位的部分。應(yīng)注意的是:在圖中，第二基部構(gòu)件21是以尺寸夸張的方式畫出的。由畫在半導體封裝8的蓋82上的雙點劃線示出的區(qū)域是實際上略小的區(qū)域。
[0035]如圖4A所示，處于從第一基部構(gòu)件11的凹槽14垂下的狀態(tài)的第二冷卻部件20的第二基部構(gòu)件21的底表面23在處于附接至半導體封裝8之前的狀態(tài)下從第一基部構(gòu)件11的底表面13向下突出。這是因為圍繞導引構(gòu)件25附接的彈簧26偏置第二基部構(gòu)件21，使其從凹槽14移開。應(yīng)注意的是，圖4A所示的散熱器50設(shè)置有在第一基部構(gòu)件11內(nèi)的散熱部17。散熱部17可以是簡單的空間，但是在散熱部17中插入將熱量傳輸至另一位置的熱管的冷卻部分能夠提高冷卻的效率。由通過容器連接的冷卻部件和加熱管組成的熱管的結(jié)構(gòu)是已知的，因此將省略更詳細的說明。
[0036]圖4B示出了下述狀態(tài):在該狀態(tài)中，圖4A所示的第一實施方式的散熱器50附接至半導體封裝8上。如果將散熱器50放置在半導體封裝8上，圍繞導引構(gòu)件25的彈簧26收縮，并且滑動構(gòu)件24移動穿過通孔，從而第二基部構(gòu)件21容置在凹槽14內(nèi)。進一步，在散熱器50附接至半導體封裝8上時的狀態(tài)中，第二基部構(gòu)件21完全容置于凹槽14內(nèi)，并且第二基部構(gòu)件21的底表面23變得與第一基部構(gòu)件11的底表面處于相同平面。即，第二基部構(gòu)件21的底表面23變成定位在與第一基部構(gòu)件11的底表面13的相同的平面上。
[0037]圖5為說明下述環(huán)境的系統(tǒng)圖示:在該環(huán)境中，設(shè)置在第一實施方式的散熱器50處的第一冷卻部件10和第二冷卻部件20處于操作中。圖2至圖4說明的第一實施方式的散熱器50的第一冷卻部件10和第二冷卻部件20在該圖中示意性畫出。進一步，位于風扇4那一側(cè)和滑動構(gòu)件24的相反一側(cè)處的第一翼片12被移除以便于理解第二冷卻部件20的存在。此外，為了闡明凹槽14的存在，凹槽14延伸至第一基部構(gòu)件11的端部。
[0038]第一冷卻部件10為使用來自風扇4的冷卻空氣的空氣冷卻型冷卻部件。風扇4的轉(zhuǎn)速由溫度控制器5根據(jù)由熱敏電阻9或設(shè)置在半導體封裝8內(nèi)側(cè)的熱敏二極管87檢測的半導體封裝8內(nèi)側(cè)的溫度來控制。第二冷卻部件20是使用來自水冷單元6的冷卻水的水冷卻型冷卻部件。從水冷單元6排出的冷卻水的量由溫度控制器5根據(jù)由電流傳感器7檢測的、從電源3供給至半導體封裝8的電流變化的檢測值來控制。
[0039]在半導體封裝8中，在設(shè)置有半導體芯片85的中央部分附近為高發(fā)熱表面。外周邊緣部分附近的溫度沒有象高發(fā)熱表面的溫度那樣高。而且，與當通過熱敏電阻9或熱敏二極管87或其他溫度傳感器檢測溫度變化相比，當通過電流傳感器7檢測電源3的操作電流的變化時，可以以更好的響應(yīng)和更快的速度的對半導體封裝8的溫度變化進行檢測。因此，在當前的應(yīng)用中，散熱器50設(shè)置有第一冷卻部件10和第二冷卻部件20，第一冷卻部件10制造成以低的速度冷卻半導體封裝8的外周邊緣部分，而第二冷卻部件20制造成以高的速度冷卻半導體封裝8的中央部分。
[0040]即，第一冷卻部件10根據(jù)半導體封裝8的溫度變化控制冷卻，而第二冷卻部件20根據(jù)半導體封裝8的工作電流的變化以高于第一冷卻部件10的速度(負載波動頻率或更高)控制半導體封裝8的冷卻。例如，低速控制周期為高速控制周期的N倍(N=5至20)。對于該冷卻控制，可以使用比例積分微分(PID)控制等等。此外，第一冷卻部件10主要通過空氣冷卻以低速冷卻半導體封裝8，而第二冷卻部件20通過水冷以高速冷卻半導體封裝8。為此，冷卻源之間沒有熱干擾并且冷卻損失可以控制在最小值。
[0041]此處，將利用從圖6至圖9的流程圖對通過圖5所示的溫度控制器5對散熱器50的第一冷卻部件10和第二冷卻部件20進行的低速冷卻控制和高速冷卻控制的示例進行說明。應(yīng)注意，作為冷卻控制，例如，將參照用于半導體封裝8的溫度測試的散熱器50的示例進行說明。半導體封裝8的溫度測試在預(yù)定時間內(nèi)進行，所以當預(yù)定時間結(jié)束時，冷卻控制也結(jié)束。
[0042]圖6A是示出了由圖5所示的溫度控制器5對第二冷卻部件20執(zhí)行的高速冷卻控制的第一實施方式(高速冷卻I)的流程圖。首先，在步驟601，指定構(gòu)成監(jiān)控值的半導體芯片(LSI)的工作電流的變化率“ik”。在下一個步驟602，判斷半導體封裝8的溫度測試的時間是否結(jié)束。如果測試時間結(jié)束(是)，此程序結(jié)束，但是如果其沒有結(jié)束(否)，則該程序繼續(xù)進行至步驟603。
[0043]在步驟603，判斷稍后說明的高速冷卻標記2是否打開。如果該高速冷卻標記2打開(是)，程序返回至步驟602，而如果高速冷卻標記2關(guān)閉(否)，程序繼續(xù)進行至步驟604。在步驟604，讀取來自電流傳感器7的電流監(jiān)控值并將其設(shè)為“i”。另外，在步驟605，判斷讀取值“i”為設(shè)定值“ik”或更大。如果步驟605的判斷為(讀取值“i”<設(shè)定值“ik”)(否)，程序返回至步驟602，而如果(讀取值設(shè)定值“ik”)(是)，程序繼續(xù)進行至步驟606。
[0044]在步驟606，水冷單元的排出量增加，并且流過散熱器50的第二冷卻部件20的冷卻水量增加(在步驟606，水冷卻泵的輸出增大以增加冷卻水量)。即，當由電流傳感器7檢測的電流檢測值大時，半導體封裝8的溫度增加。通過使流過散熱器50的第二冷卻部件20的冷卻水量增加，半導體封裝8被有力地冷卻。
[0045]圖7是流程圖，該流程圖與圖6A所解釋的增大水冷單元的排出量的高速冷卻I形成對比，解釋了使水冷單元的排出量下降的控制(高速冷卻2)。首先，在步驟701，判斷半導體封裝8的溫度測試的時間是否結(jié)束。如果測試時間結(jié)束(是)，則程序終止，而如果其沒有結(jié)束(否)，程序繼續(xù)進行至步驟702。
[0046]在步驟702，讀取來自電流傳感器7的電流監(jiān)控值并將其設(shè)為“t”。進一步，在步驟703，判斷是否讀取值“t”小于設(shè)定值“tk”。如果步驟703的判斷為(讀取值“t”<設(shè)定值“tk”)(是)，程序繼續(xù)進行至步驟704，而如果(讀取值“t”≥設(shè)定值“tk”)(否)，程序返回至步驟701。
[0047] 在步驟704，水冷單元的排出量減小，并且流過散熱器50的第二冷卻部件20的冷卻水量減少(在步驟704，水冷卻泵的輸出減少以減小冷卻水量)。即，當通過電流傳感器7檢測的電流檢測值小時，半導體封裝8的溫度下降。通過減少流過散熱器50的第二冷卻部件20的冷卻水量，半導體封裝8的冷卻減少。
[0048]圖6B是示出了圖5所示的溫度控制器5關(guān)于第二冷卻部件20所進行的高速冷卻控制的第二實施方式的流程圖。第二實施方式與第一實施方式不同之處僅在于在步驟606之后添加了步驟607這點上，因此除步驟607之外的其他部分的描述將被省略。在步驟607，高速冷卻標記I被打開，并且程序返回至步驟602。稍后將對該步驟607的控制進行說明，但是其與溫度控制器5關(guān)于第一冷卻部件10所進行的低速冷卻控制(低速冷卻2)的第二實施方式同時進行。
[0049]圖8是示出了圖5所示溫度控制器5關(guān)于第一冷卻部件10所進行的低速冷卻控制的第一實施方式(低速冷卻I)的流程圖。首先，在步驟801，指定測量半導體封裝的溫度的熱敏電阻的溫度檢測值的變化率“tk”，其中，該溫度檢測值的變化率“tk”形成監(jiān)控值。在下一步驟802，判斷半導體封裝8的溫度測試時間是否結(jié)束。如果測試時間結(jié)束(是)，此程序結(jié)束，但是，如果其未結(jié)束(否)，程序繼續(xù)進行至步驟803。
[0050]在步驟803，從熱敏電阻9讀出溫度監(jiān)控值，并且對若干監(jiān)控值求平均值，而且將結(jié)果記為“t”。在下一個步驟804，判斷求平均值是否完成。如果完成(是)，程序繼續(xù)下一步驟805，而如果未完成(否)，程序返回至步驟803，并且步驟803的過程被重復。
[0051]在步驟805，判斷讀取值(平均值)“t”是否為設(shè)定值“tk”或更高。當步驟805的判斷為(讀取值“t”<設(shè)定值“tk”)(否)，程序繼續(xù)進行至步驟807—在此風扇的流量減少——，然后程序返回至步驟802。另一方面，當步驟805的判斷為(讀取值“t” ≥設(shè)定值“tk”)(是)，程序繼續(xù)進行至步驟806——在此風扇的流量增加——，然后程序返回至步驟802。
[0052]在溫度控制器5關(guān)于第一冷卻部件10所進行的低速冷卻I的控制中，在步驟803對熱敏電阻9檢測的溫度的若干監(jiān)控值求平均值，并且將結(jié)果用做讀取值“ t ”。即，風扇的流量不是直接地被改變了熱敏電阻9讀出的溫度監(jiān)控值。而是，對若干監(jiān)控值求平均值，并且平均值用于調(diào)整風扇的流量。因此，與在第二冷卻部件20處的、根據(jù)電流傳感器的監(jiān)控值立即調(diào)整冷卻水量的冷卻控制周期相比，在第一冷卻部件10處的冷卻控制周期較長。在低速冷卻控制的第一實施方式中，例如，對10個監(jiān)控值求平均值，并且平均值用于控制風扇。該風扇以高速冷卻的周期的至少10倍的周期進行控制。
[0053]圖9是示出了圖5所示溫度控制器5關(guān)于第一冷卻部件10所進行的低速冷卻控制的第二實施方式(低速冷卻2)的流程圖。溫度控制器5關(guān)于第一冷卻部件10進行的低速冷卻控制(低速冷卻2)的第二實施方式與溫度控制器5關(guān)于第二冷卻部件20進行的高速冷卻控制的第二實施方式同時進行。
[0054]首先，在步驟901，指定測量半導體封裝的溫度的熱敏電阻的溫度檢測值的變化率“tk”，其中，該溫度檢測值的變化量“tk”形成監(jiān)控值。在下一步驟902，判斷半導體封裝8的溫度測試是否結(jié)束。如果測試時間結(jié)束(是)，此程序結(jié)束，但如果其未結(jié)束(否)，程序繼續(xù)進行至步驟903。
[0055]在步驟903，判斷高速冷卻標記I是否打開。高速冷卻標記I在圖6B中所解釋的溫度控制器5關(guān)于第二冷卻部件20所進行的高速冷卻控制的第二實施方式的步驟607中被打開。此外，當高速冷卻控制標記I打開(是)時，程序繼續(xù)進行至步驟904，但當該標記為未打開(否)時，程序繼續(xù)進行至步驟800。在步驟800，執(zhí)行如圖8所解釋的溫度控制器5關(guān)于第一冷卻部件10所進行的低速冷卻控制的第一實施方式(低速冷卻I)的控制的步驟803至步驟807，并且程序返回至步驟902。[0056]另一方面，當高速冷卻控制標記I打開而使得程序繼續(xù)進行至步驟904時，讀取來自電流傳感器7的電流的監(jiān)控值并且將其用做“i”。進一步，在步驟905，判斷讀取值“i”是否為設(shè)定值“ik”或更小。當步驟905的判斷為(讀取值“i”>設(shè)定值“ik”)(否)，程序繼續(xù)進行至步驟908，而當其為(讀取值“i”設(shè)定值“ik”)(是)時，程序繼續(xù)至步驟906。
[0057]當程序繼續(xù)進行至步驟906時，來自電流傳感器7的電流的監(jiān)控值“i”為設(shè)定值“ik”或更小，并且半導體封裝8的溫度下降。因此，在這種情況下，在步驟906，風扇的流量減小，并且，在下一步驟907，高速冷卻標記I關(guān)閉，且程序返回至步驟902。另一方面，當程序繼續(xù)進行至步驟908，來自電流傳感器7的電流的監(jiān)控值“i”大于設(shè)定值“ik”，并且半導體封裝8的溫度是高的。
[0058]因此，這種情況下，為了防止高速冷卻I工作，在步驟908，高速冷卻標記2設(shè)置為打開狀態(tài)。在此之后，在步驟909，風扇的流量增加，且程序繼續(xù)至步驟910。在步驟910，執(zhí)行圖7所示出的高速冷卻2。當高速冷卻2完成時，程序繼續(xù)進行至步驟911。在步驟911，高速冷卻標志2關(guān)閉，然后程序繼續(xù)進行至步驟907。
[0059]執(zhí)行該操作是因為，當電流的讀取值“i”大于在以高速冷卻的周期5至20倍的周期操作的低速冷卻時的設(shè)定值時，高速冷卻中使用的水冷能力(這里，意味著能夠被冷卻的熱量)是不足的。即，當水冷能力不足時，增加能夠冷卻大量熱的風扇的流量以提高總體的冷卻能力。在此之后，通過高速周期監(jiān)控溫度，并且調(diào)整水冷部件的冷卻能力來獲得所需的溫度。
[0060]在此控制中，通過增大風扇的流量，第二冷卻部件20也被來自風扇的大量冷卻空氣沖擊，因此即使減少來自水冷單元6的冷卻水的排放量，仍可以在第二冷卻部件20處進行高速冷卻。
[0061]應(yīng)當指出的是利用以上所描述的散熱器50的第一冷卻部件10和第二冷卻部件20的低速冷卻控制和高速冷卻控制的示例僅是一個例子。用于根據(jù)半導體封裝8的溫度上升獨立地控制第一冷卻部件10和第二冷卻部件20的冷卻控制不限于本實施方式。
[0062]圖10是圖示出了本申請的第二實施方式的散熱器50A的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。第二實施方式的散熱器50A與第一實施方式的不同之處在于下述方面:第一翼片12從第一基部構(gòu)件11的、處于滑動構(gòu)件24沿冷卻空氣流動方向的上游側(cè)和下游側(cè)處的表面移除。第二實施方式的散熱器50A的結(jié)構(gòu)的其他部分與第一實施方式的散熱器50相同，因此相同的組成構(gòu)件將以相同的附圖標記標示，并且將省略其說明。
[0063]圖11是圖示出了本申請第三實施方式的散熱器50B的結(jié)構(gòu)的平面圖。第三實施方式的散熱器50B定形狀為矩形，其中，當在俯視圖中觀察時，與第二實施方式的散熱器50A相比，該矩形在冷卻空氣的流動方向上具有較短的長度。此外，在滑動構(gòu)件24與第一翼片12之間的空間設(shè)置有輔助翼片18。這點不同于第二實施方式的散熱器50A。第三實施方式的散熱器50B的構(gòu)型的其他部分與第二實施方式的散熱器50A相同，因此相同的組成構(gòu)件以相同的附圖標記表示，并且省略其說明。
[0064]如上所述，本發(fā)明的散熱器其特征在于散熱器在結(jié)構(gòu)上由高速冷卻部件和低速冷卻部件形成，即，兩種形式的冷卻部件，該兩種形式的冷卻部件連接至相互不同的冷卻源使得能夠?qū)崿F(xiàn)獨立冷卻控制。由于這種結(jié)構(gòu)，冷卻源(運動或釋放)之間不在有直接的熱干涉，并且熱損失可以保持到最小值，因此可以將高速冷卻部件與低速冷卻部件的能力差保持到最大范圍。
[0065]因此，本申請的散熱器可以用于冷卻具有局部高熱部分的發(fā)熱構(gòu)件，并且通過高速冷卻部件冷卻高熱部分，從而有效防止發(fā)熱構(gòu)件的溫度上升，特別是伴隨LSI更高工作頻率的容易經(jīng)受載荷瞬間波動影響的半導體封裝。即，可以高速地將溫度控制在設(shè)定溫度范圍內(nèi)，而不會達到半導體封裝的封裝破壞溫度。
[0066]另外，高速冷卻部件在上述實施方式中描述為利用冷卻水的水冷系統(tǒng)和結(jié)合空氣冷卻和水冷卻系統(tǒng)的混合冷卻系統(tǒng)，但是作為用于高速冷卻部件的冷卻系統(tǒng)，也存在相變冷卻等等。對于低速冷卻部件，空氣冷卻系統(tǒng)是足夠的。進一步，低速冷卻部件和高速冷卻部件的布局可以根據(jù)發(fā)熱構(gòu)件中的高熱部件的位置適當?shù)馗淖?。此外，本申請的散熱器能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)熱電路元件在控制于例如125°C的高溫的狀態(tài)中的測試，因此可以提高發(fā)熱電路元件的質(zhì)量。
[0067]盡管上文已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的一些示例性實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解:在實質(zhì)上不偏離本發(fā)明的新穎教示和優(yōu)點的情況下，示例性實施方式中可以有許多修改。因此，所有這些修改都意在包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種散熱器，所述散熱器設(shè)置有: 第一冷卻部件，所述第一冷卻部件置于發(fā)熱構(gòu)件上，并且所述第一冷卻部件設(shè)置有:第一基部構(gòu)件，所述第一基部構(gòu)件吸收所述發(fā)熱構(gòu)件的頂表面?zhèn)鹊耐庵苓吘壊糠值臒崃?；第一翼片，所述第一翼片突出地設(shè)置在所述第一基部構(gòu)件的所述頂表面上；凹槽，所述凹槽形成在所述第一基部構(gòu)件的底表面處；以及通孔，所述通孔形成在所述凹槽中且穿過至所述頂表面?zhèn)?，以? 第二冷卻部件，所述第二冷卻部件能夠容置在所述凹槽中，并且所述第二冷卻部件設(shè)置有:第二基部構(gòu)件，所述第二基部構(gòu)件吸收所述發(fā)熱構(gòu)件的所述頂表面的中央部分的熱量；滑動構(gòu)件，所述滑動構(gòu)件突出地設(shè)置在所述第二基部構(gòu)件上且穿過所述通孔；第二翼片，所述第二翼片突出地設(shè)置在所述滑動構(gòu)件的前端側(cè)上；以及流體路徑，所述流體路徑設(shè)置在所述第二基部構(gòu)件中并且使得從水冷機構(gòu)供給的冷卻劑循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器，其中， 所述第二基部構(gòu)件以能夠通過至少兩個導引構(gòu)件相對于所述第一基部構(gòu)件提升的方式附接，以及 所述導引構(gòu)件中的兩個導引構(gòu)件的第一端連接至所述流體路徑的入口部分和出口部分，并且第二端連接至所述水冷機構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的散熱器，其中， 圍繞所述導引構(gòu)件在所述凹槽與所述第二基部構(gòu)件之間設(shè)置有彈性構(gòu)件，所述彈性構(gòu)件沿移動離開所述凹槽的方向偏置所述第二基部構(gòu)件， 當所述散熱器置于所述發(fā)熱構(gòu)件上時，所述彈性構(gòu)件收縮并且所述第一基部構(gòu)件的底表面和所述第二基部構(gòu)件的底表面變成相同平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的散熱器，其中， 在所述第一基部構(gòu)件的內(nèi)側(cè)圍繞所述凹槽定位設(shè)置有散熱部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的散熱器，其中， 在所述散熱部處設(shè)置有熱管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的散熱器，其中， 所述發(fā)熱構(gòu)件為放置于單元上的半導體封裝， 在將電流傳送至所述半導體封裝的電路處設(shè)置有電流傳感器，以及控制器根據(jù)所述電流傳感器的電流檢測值改變從所述水冷機構(gòu)至所述第二基部構(gòu)件的冷卻劑供給量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的散熱器，其中， 在所述散熱器附近設(shè)置有將冷卻空氣供給至至少所述第一冷卻部件的風扇， 在所述半導體封裝處設(shè)置有對所述半導體封裝的溫度進行檢測的溫度傳感器，以及 所述控制器根據(jù)所述溫度傳感器的溫度檢測值驅(qū)動所述風扇。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的散熱器，其中， 在所述控制器處，所述溫度傳感器的溫度檢測器的檢測周期為所述電流傳感器的電流檢測周期的10倍或更長。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的散熱器，其中， 在所述控制器處，所述溫度傳感器的溫度檢測器的檢測周期為所述電流傳感器的電流檢測周期的5至20倍或者更長。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的散熱器，其中， 所述第一翼片和所述第二翼片平行于來自所述風扇的冷卻空氣的流動方向突出地設(shè)置在所述第一基部構(gòu)件和所述滑動構(gòu)件上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的散熱器，其中， 所述第一基部構(gòu)件的、位于所述滑動構(gòu)件的沿所述冷卻空氣的流動方向的上游側(cè)和下游側(cè)處的表面是平面。
12.一種電子設(shè)備，包括內(nèi)側(cè)容納有發(fā)熱構(gòu)件的單元，所述發(fā)熱構(gòu)件包括半導體封裝，所述半導體封裝具有附接至其上的根`據(jù)權(quán)利要求1所述的散熱器。
【文檔編號】H05K7/20GK103582393SQ201310337217
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月3日
【發(fā)明者】岡本智美, 山田博 申請人:富士通株式會社