基于直接接触流体的冷却模块的制作方法

基于直接接触流体的冷却模块
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2019年4月14日提交的临时专利申请62/833,745的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本公开涉及电子部件的冷却。


背景技术：

4.通过数据、机器学习、虚拟现实和人工智能的推升，对处理能力的需求不断增加。现代数据中心例如具有数百或数千个单独处理器(例如cpu、gpu或asic)的机架。在这种对更大计算能力的追求中，制造工艺的进步已允许芯片设计者构建具有更高算力密度的更小处理器。随着算力密度的增大，需要除去从这些装置散发出的热。
5.当前冷却计算机处理器的方法涉及通过使用热贴片将金属散热器(液体冷却或空气冷却)附接到处理器封装，然后将金属散热器紧固到位于搭载处理器的电路板上的标准安装图案。这些策略是有效的，但是具有不能与处理器算力进展同步的性能。此外，这些解决方案需要大的、笨重的、昂贵的金属散热器来帮助散热。它们的大尺寸和重量能够使处理器封装和电路板受到压力。这些散热器的持续增长进一步限制了数据中心、计算机机箱和专用印刷电路板中的处理器的可达到的封装密度。
6.传统的方法还使用热贴片将这些大的散热器热附接。使用热贴片将散热器附接到电子装置产生了一种组件，该组件具有依赖于将散热器连接到处理器封装的热贴片的耐久性和寿命的总体效果。该热贴片随着时间的劣化能够导致性能降低或装置失效。


技术实现要素：

7.因此，具有如下的处理器散热器是有用的：具有更高的热性能；具有紧凑的包装尺寸；消除了对热贴的需要；并且可与现有和将来的处理器机械安装规范一起使用。
8.一方面，基于直接接触的单相流体的冷却模块包括：歧管，其包括与流体出口流体联接的流体入口；以及歧管安装结构，其构造成将所述歧管固定到分离结构，使得所述歧管构造成对电子部件的表面形成流体密封，使得在所述流体和所述电子部件之间建立直接接触。
9.一些示例包括上述和/或以下特征之一、或其任意组合。在一个示例中，歧管安装结构位于待冷却的相邻电子部件的范围之外。在一个示例中，流体仅与电子部件的外表面接触。在一个示例中，为了更好的热传递，流体从入口到出口在电子部件内通过。在一些示例中，歧管安装结构构造成将歧管固定到印刷电路板。在一个示例中，歧管安装结构构造成将歧管固定到印刷电路板的处理器附件安装图案。
10.一些示例包括上述和/或以下特征之一、或其任意组合。在一个示例中，歧管安装结构包括预加载部件，以在电子部件上产生坚固的密封。在一个示例中，基于直接接触的流
体的冷却模块还包括歧管和电子部件之间的可压缩的密封元件，以促进液密密封。在一个示例中，歧管还包括内部肋或翼片，其增大了歧管暴露于流体的表面积或增强了流体流动，以增强热传递。在一个示例中，入口和出口与流体配件流体连通。在一个示例中，入口和出口与流体管道流体连通。
11.一些示例包括上述和/或以下特征之一、或其任意组合。在一些示例中，歧管还包括将入口和出口流体联接的流体充压部(fluid plenum)，并且其中充压部中的流体与电子部件的表面接触。在一个示例中，歧管还包括限定了多个孔的喷嘴板，所述多个孔构造成产生被导向电子部件的表面处的射流。在一个示例中，喷嘴板将流体充压部分成入口充压部和出口充压部，其中在出口充压部中的流体压力低于在入口充压部中的流体压力。在一个示例中，喷嘴板还限定了至少一个出口流体通道，该出口流体通道构造成将流体从歧管的出口充压部引导向流体出口。在一个示例中，能够围绕所述多个孔绘制边界，而不封闭任何出口流体通道。在一些示例中，所述孔在板的表面上包含倒角。在一个示例中，所述孔形成微射流喷嘴。在一个示例中，微射流喷嘴在基本垂直于喷嘴板的表面的方向上引导流体，以产生在垂直方向上具有实质高动量的流体流。在一个示例中，所述孔被构造成非均匀地遍及喷嘴板，以提供用于减小电子部件中的温度梯度的更有效的冷却。
附图说明
12.为了更好地理解本公开而参照附图，其中：
13.图1示出了布置于cpu并附接到cpu主板的基于直接接触流体的冷却模块的截面图。
14.图2示出了布置于cpu并附接到cpu主板的基于直接接触流体的冷却模块的俯视图。
15.图3示出了用于将流体输送到cpu封装的表面的基于直接接触流体的冷却模块的一个实施方式的等距视图。
16.图4示出了基于直接接触流体的冷却模块的一个实施方式的截面图，其中冷却流体被输送以接触cpu封装的外表面。
17.图5示出了基于直接接触流体的冷却模块的一个实施方式的仰视图，其中与cpu封装接触的流体填充腔可以具有冷却或流动增强特征。
18.图6示出了基于直接接触流体的冷却模块的另一实施方式的截面图，其中流体被供应到cpu封装用于在cpu封装内输送。
19.图7示出了用于处理器的基于直接接触流体的冷却模块的一个实施方式的仰视图，其中供应/接收储液器分开向cpu封装提供冷却剂流体/从cpu封装接收冷却剂流体。
20.图8示出了基于直接接触流体的冷却模块的另一实施方式的等距视图，该基于直接接触流体的冷却模块包含内部特征以在cpu封装的外表面上产生高性能微射流冷却。
21.图9示出了基于直接接触流体的冷却模块的一个实施方式的分解图，该基于直接接触流体的冷却模块包含内部特征以在cpu封装的外表面上产生高性能微射流冷却。
22.图10示出了具有cpu封装的外表面的微射流冷却的基于直接接触流体的冷却模块的一个实施方式的截面图。
23.图11示出了可以包括用于处理器的基于直接接触流体的冷却模块的一个部分的
储液器盖。
24.图12示出了图11的储液器盖的仰视图，示出了分开的入口和出口流体储液器部分。
25.图13示出了可以包括用于处理器的基于直接接触流体的冷却模块的一个部分的微射流安装板的等距视图。
26.图14示出了具有微射流冷却特征的微射流安装板的俯视图。
27.图15示出了具有微射流冷却特征的微射流安装板的仰视图。
28.图16示出了与电子装置和安装板接口连接的微射流直接接触流体模块的等距分解装配视图。
29.图17a和图17b以等距视图和仰视图示出了具有内置于储液器盖中的微射流特征的微射流直接接触流体模块的可选实施方式。
30.图18示出了在可选的微射流直接接触流体模块实施方式中的储液器盖的沿着图17a中的线18-18截取的截面图。
31.图19示出了在可选实施方式中用于附接到安装图案并形成密封的夹持板的等距视图。
32.图20示出了可选实施方式的等距分解装配视图。
33.图21a和图21b示出了包含微射流的直接接触流体模块的实施方式如何分布以提供不均匀的冷却。
34.图22a和图22b示出了如何构造包含微射流的直接接触流体模块的实施方式以具有用于改进的流体性能的倒角，其中图22b是沿着图22a的线22b-22b截取的截面图。
具体实施方式
35.本公开记载了设计成输送与计算机处理器封装的表面直接接触的冷却剂流体的具有集成流体模块的结构(例如，安装板)的使用。在一个示例中，该结构是安装板，其构造在紧固到用于处理器的主印刷电路板上的常见附件安装特征的情况下，形成对处理器封装的无泄漏密封。本公开还记载了基于直接接触流体的冷却模块的多个非限制性实施方式，包括用于冷却计算机处理器封装的外表面的那些实施方式。在印刷电路板上熔铸的通常可用的附件安装件能够用于引入一种紧凑的方式来输送与计算机处理器封装的外表面直接接触的冷却流体，同时在许多类型的处理器封装之间保持模块化。
36.许多计算机处理器组件涉及安装于印刷电路板的封装的半导体装置。封装该半导体装置是可以用于包括机械保护和热传递的多个目的的盖。关于热传递，该盖本身通常不足以散发来自处理器的热，于是附接大型、有翼片的金属散热器。这种方法导致复杂、低性能、大的总体实施。
37.还有其它方法涉及计算机处理器的液体冷却。这里，传统上通过使冷却液体经过由热贴或环氧树脂附接到处理器的具有翼片的导电金属热交换器来开发利用液体的更大热传递能力。这些方法也包括其它方法的分开的、大型散热器，但使用加压液体而不是空气作为冷却介质。这导致更有能力的热解决方案，但仍然使用依赖于热贴的大型、昂贵的金属封装来将热管理解决方案联接到装置。
38.与单独的液体热交换器相反，这里公开的直接接触冷却能够提供高性能的冷却，
而不需要热贴。例如，微射流冷却是一种用于冷却高功率装置的技术，其特征在于流体移动通过喷嘴以形成在一个方向上比另一个方向上具有实质上大得多的动量的小射流。当该高动量流体撞击表面时，其抑制该表面处的热边界层，在该点处产生非常高的热传递。已经证明微射流冷却技术产生超过200，000w/m2k的热传递系数，大于竞争方法的10倍(例如，微通道～20,000w/m2k)。这允许流体收集更多的热，而不需要附加的金属散热器或热贴。在美国专利申请公开2019/0013258和国际专利申请公开wo2019/018597中进一步记载了微射流冷却，其公开内容为所有目的的全部参考引入本技术。
39.在本公开的一个非限制性方面中，直接接触微射流冷却构造在具有用于计算机cpu的模块化安装件的流体模块内。在一个示例中，组件不是紧固到处理器，而是紧固到搭载处理器的印刷电路板。在安装期间，在流体模块和处理器之间形成无泄漏密封，其中通过微射流冲击在处理器封装的表面上产生直接接触流体冷却。这种方法产生了紧凑尺寸的高性能冷却，消除了对热贴的需求，并且不紧固到单独的处理器，而是紧固到许多印刷电路板上的现有安装特征，从而实现了更大的模块化。
40.本公开不限于使用微射流冷却。相反，本公开记载了计算机处理器(cpu、gpu、fpga、asic等)的直接接触流体冷却，其使用具有紧固到处理器主板的模块化安装件的流体模块，同时还对处理器封装的至少一个表面形成无泄漏密封。
41.图1示出了用于处理器(100)的基于直接接触流体的冷却模块的一个实施方式的截面图。歧管(101)布置于封装的计算机处理器(104)的上方。该封装的处理器(104)例如通过销(105)阵列布置于印刷电路板(102)。当然，可以使用将处理器(104)附接于电路板(102)的其它方法，包括不同方法的组合。该歧管构造有安装孔或其它特征，以允许紧固件(106)将歧管紧固到部件或结构(这里，印刷电路板(102))，并且不是机械地固定到处理器(104)。可以使用印刷电路板(102)上或内部的特征(103)来实现这种与印刷电路板(102)的紧固件附接。例如，这种特征(103)可以包括具有螺母的孔、四分之一圈凸轮锁或螺纹嵌件。为了广泛的适用性和模块性，紧固件(106)可以构造用于与标准处理器安装规范(例如，lga-2011、lga-1366或lga-2011或常见处理器附件安装图案(例如，80mm正方形图案))兼容。当然，其它方法也是可能的。
42.仔细选择将歧管(101)紧固到印刷电路板(102)的具体方法，以配合各处理器技术的现有电路板特征(103)。例如，螺纹螺钉(106)或四分之一圈紧固件可用作紧固方法。紧固件还可以包括将歧管预加载为抵靠处理器封装的特征，例如具有布置在歧管表面和紧固件支撑表面之间的压缩弹簧(107)。
43.当紧固到印刷电路板(102)时，歧管抵靠处理器封装的表面形成一个或多个无泄漏密封件(108)。在图1中，无泄漏密封件示出为在形成于歧管和处理器表面(111)之间的充压部(110)内包含流体。可以通过例如o形环、垫圈或弹性体材料来实现与处理器封装一起形成的一个或多个无泄漏密封件。
44.在操作中，加压流体源被供应到歧管。歧管包括一个或多个流体入口(109)以接收该加压流体源。流体填充并在通过一个或多个出口(112)离开歧管之前横穿内腔(110)。当从入口(109)流到出口(112)时，流体与处理器表面(111)直接接触并流过该表面。然后热在装置表面和流体之间传递。该热传递可用于冷却处理器，而不需要热贴片或油脂、或附加的大型的翼片散热器。歧管(101)还可以包括用于增加热传递面积或控制流体流动的内部肋
或翼片(113)。这种肋或翼片(113)可以从歧管延伸到流体中，或者一直延伸到装置表面。
45.在使用中，给予单相流体。该流体可以是任何合适的冷却剂，包括空气、水、乙二醇、丙二醇、乙醇、r134a、氨或任何其它流体。也可以使用两种以上这些流体的组合。
46.入口(109)和出口(112)可以是任何类型的。例如，它们还可以提供到/来自需要冷却的其它部件的传输。这种其它部件可以在组件的相邻部分中，并且可以利用经由管道到系统的其它部件的传输。入口和出口可以利用接头(例如倒钩、快速断开、压缩)、管道、歧管或任何其它合适的接口连接流体的方法进行接口连接。
47.图2示出了具有布置于印刷电路板(202)的直接接触流体歧管(201)的一个设备的俯视图。流体歧管(201)通过机械紧固件(206)和电路板上的互补特征(未示出)固定到电路板。处理器封装(203)布置于印刷电路板(202)，并且在电路板和流体歧管(201)之间。处理器封装(203)可以是例如cpu、gpu、asic或fpga的处理器封装。例如，也可以在电路板(202)上布置不与流体歧管机械或流体连通的其它部件(204)或电迹线(205)。
48.在流体歧管(201)和印刷电路板(202)之间的体积中，存在处理器封装(203)。流体歧管与处理器封装的至少一个表面接触并形成无泄漏密封。然而，流体歧管没有机械地紧固或固定到处理器封装。这使得电气部件上的机械应力最小化，并且通过替代地利用用于在许多电路板上熔铸的处理器封装的标准机械安装规范来简化安装架构。
49.图3示出了用于处理器的直接接触流体歧管的一个可能实施方式(300)的等距视图。歧管包括中央部(306)，该中央部包括用于入口和出口流体充压部的特征(由于视角而未示出)。安装凸缘(301)延伸超过中央流体增压部(306)，其尺寸设计成符合现有的附件安装图案。这种安装图案可以是例如80mm的正方形螺栓图案。可以使用机械紧固件(302)来实现对附件安装图案的紧固，该机械紧固件例如可以是机械螺钉、四分之一圈紧固件或螺栓。
50.可以包括其它特征以帮助将流体歧管机械紧固到电路板。例如，压缩弹簧(303)可以布置在安装板和紧固件之间，以在流体歧管和处理器封装之间提供压缩预加载，而不需要将紧固件头(302)支撑抵靠流体歧管凸缘(301)。这可用于防止由于过度扭转机械紧固件而使处理器封装应力过大。当然，也可以使用其它特征，例如包括垫片、支座、台肩螺钉或装订筒。
51.由于冷却是通过流体和待冷却装置之间的直接接触来实现的，因此即使是利用由非导热材料构成的歧管，也能够实现有效的热传递。可以由包括例如金属、陶瓷和塑料的各种材料制成模块化的、直接接触流体歧管。
52.在操作中，通过一个或多个流体入口(304)将流体供应到流体歧管，同时通过一个或多个流体出口(305)将流体排出。流体入口/出口可以是任何典型形式，例如包括倒钩配件、快速断开连接件、压接接头或管道尾管。
53.将单相流体给予流体歧管。该流体可以是任何合适的冷却剂，包括空气、水、乙二醇、丙二醇、乙醇、r134a、氨或任何其它流体。也可以使用两种以上这些流体的组合。
54.图4示出了用于处理器的直接接触流体歧管的截面图(300)。歧管(401)使冷却流体与封装的处理器(402)的外表面(407)直接接触。歧管不机械地固定到封装的处理器(402)。相反，紧固件(302)将歧管机械地固定到电路板(未示出)。紧固件(302)可以是如前所述的许多类型。在机械紧固期间，布置在歧管上的密封特征(403)(例如，o形环)在歧管(401)和封装的处理器(402)之间形成无泄漏密封。
55.通过外部的加压流体源供给冷却流体。流体通过一个或多个入口(304)进入歧管并填充入口充压部(406)。然后流体行进到与封装的处理器(402)上的表面(407)接触的储液器。该储液器由歧管(401)、处理器的一个或多个表面(407)和密封件(403)的一些组合来界定。在处理器(402)的表面(407)处，热从处理器传递到流体。然后，冷却流体通过穿过出口充压部(408)并通过一个或多个出口(305)离开歧管而离开歧管。
56.图5示出了用于处理器的直接接触流体歧管的一个实施方式(500)的仰视图。仰视图示出了被流体润湿的区域的可能构造。歧管(501)包括被流体润湿的中央部(503)。流体通过一个或多个流体入口(502)进入并填充润湿部(503)，然后通过一个或多个出口(505)离开。在入口(502)和出口(505)之间，在润湿部(503)中还可以布置用于增强热传递的特征。这些特征可以是例如包括翼片或肋(504)的区域增强件。一个或多个密封件(506)布置于歧管(501)的下表面，以有助于在润湿部(503)和外部之间产生无泄漏阻挡。
57.虽然在图4中将入口和出口之间的流体路径示为连续的储液器，但本公开并不限于这种构造。例如，图6示出了具有用于处理器的模块化安装件的流体歧管的另一实施方式，其中流体入口和出口不通过歧管连通。
58.如图6所示，利用组件(600)可以将歧管(601)布置在包括内部流动通道(607)的处理器封装(602)上，以便更好地冷却。流体通过一个或多个入口(605)进入组件(600)并填充入口充压部(606)。然而，这里，入口充压部(606)和出口充压部(608)中的流体不通过歧管(601)直接连通。相反，流体通过处理器封装(602)内部的流动通道(607)。这允许流体在通过一个或多个出口(609)离开之前在入口充压部(606)和出口充压部(608)之间移动。密封件(603)现在用于将入口流体和出口流体分开，以及防止入口流体泄漏到整个组件的外部。值得注意的是，歧管(601)在处理器(602)的范围外仍通过紧固件(604)机械地固定到电路板或其它基板(未示出)，而不是直接紧固到处理器。然而，在歧管(601)和处理器(602)之间形成了无泄漏的密封件(603)。
59.图7示出了用于处理器(700)的直接接触流体歧管的一个实施方式的仰视图。流体通过一个或多个入口(702)进入歧管(701)、填充入口充压部(703)。该进气充压部(703)是润湿的表面并且与处理器的表面连通，该表面也将被流体润湿。
60.密封件(704)在入口充压部(703)和出口充压部(705)之间形成阻挡。为了在入口充压部(703)和出口充压部(705)之间穿过，流体通过处理器封装内的流动通道或管道，例如图6所示的通道(607)。在通过处理器封装的内部并返回到歧管之后，流体填充出口充压部(705)并通过一个或多个出口(706)离开歧管。密封件(704)还在出口充压部(705)和组件的外部之间形成无泄漏阻挡。紧固件(707)将歧管(701)固定到组件，但在处理器的范围之外。
61.直接接触流体歧管不必是整体部件。组件可以允许在歧管内添加热传递增强特征。例如这种热传递增强特征可以包括微射流冷却。图8示出了具有内部微射流冷却特征(800)的多部分直接接触流体模块组件。
62.图8的多部件组件(800)包括微射流安装板(801)、储液器盖(803)、入口和出口(805)，以及固定到电路板的附件安装件的机械紧固件(802)。紧固件(804)也可用于将不同的部件附接在组件(800)内。
63.图9描绘了诸如图8所讨论的流体模块组件(800)的分解图。微射流安装板(801)例
如通过可具有预加载部件(903)的螺栓(802)与电路板形成主安装接口。储液器盖(803)形成了与微射流安装板(801)连通的不同的入口充压部和不同的出口充压部。储液器盖(803)和微射流安装板(801)例如可以通过紧固件(804)附接。流体配件(906)可用于将流体输送到组件中以及输送出组件。垫圈(904)用于建立流体密封。
64.图10示出了用于处理器的直接接触流体模块的一个实施方式(800)的截面图。本实施方式的特征在于还构造有处理器的直接接触微射流冷却的多部件组件。
65.微射流安装板(801)与储液器盖(803)一起形成了部分组件。例如可以利用机械紧固件(804)附接微射流安装板和储液器盖。至少两个内部容积由储液器盖和微射流安装板形成。用来自入口(1008)的流体填充至少一个内部容积。该进气充压部(1009)包含较高压力的入口流体。微射流喷嘴板(1010)将较高压力的入口充压部(1009)与较低压力的出口充压部(1012)分隔开。微射流喷嘴板(1010)包括一个或多个孔。这些孔的尺寸被仔细设计以平衡压降与热传递性能，但例如直径可以是200微米。孔的截面可以是圆形或者可以是其它形状。
66.当流体通过微射流喷嘴板(1010)时，冷却流体形成被导向封装的处理器(1002)的表面(1011)处的微射流。流体撞击封装的处理器的热传递表面(1011)并填充出口充压部(1012)。在该冲击过程中，热从处理器传递到流体。该过程提供了冷却流体和处理器封装的外表面之间的直接接触。这种方法消除了对导热油脂、光滑的热传递表面和任何附加导热层的需要。
67.密封件(1005和904)布置在流体模块组件上和流体模块组件内。这些密封件将入口流体与出口流体分隔开，并用于在包含在流体模块内的流体与外部之间形成无泄漏的阻挡。密封件可以是包括o形环、垫圈或弹性体化合物的多种类型。在本实施方式中，流体直接接触处理器封装(1002)的表面，但不像在其它实施方式中那样在处理器封装内穿透。
68.在所有实施方式中，微射流安装板(801)固定在处理器(1002)的范围之外。这种安装可以通过具有预加载元件(903)的螺栓(802)或通过其它技术。可以对印刷电路板(例如，对板的附件安装件)进行机械紧固。在所有实施方式中，微射流安装板(801)没有机械地紧固到处理器封装(1002)，而是对处理器封装(1002)的至少一个表面(1011)形成无泄漏密封。
69.图11示出了一个可能的组件(1100)的等距视图，该组件包括可用于多部件流体模块组件中的储液器盖(803)。在储液器盖(803)内形成至少两个分开的流体充压部。在最小情况下，这些充压部将用作部分入口充压部和出口充压部。在盖上也可以包括流体入口和出口装置，例如用于接头、管或其它适配器的流体口(1102)。
70.图12示出了包括储液器盖(803)的组件(1100)的示例的仰视图。至少两个充压部(1203、1204)形成在储液器盖内。例如，入口流体可以通过入口(1202)进入并填充入口充压部(1203)。在通过微射流喷嘴板之后，流体在通过一个或多个出口(1205)排出之前填充出口充压部(1204)。储液器盖(803)可以通过紧固件图案(1206)固定到微射流安装板。使用垫圈(904)在密封表面(1207)上形成密封。
71.图13示出了包括微射流安装板(801)的组件(1300)的一个示例的等距视图。组件(1300)是用于处理器的直接接触流体模块的一部分。流体模块可包括微射流安装板(801)以增加组件的热传递性能。微射流安装板(801)可以包括诸如将流体模块固定到电路板或
其它装配夹具上的机械紧固件(802)的特征。
72.在微射流安装板(801)的范围内存在入口充压部(1203)，入口充压部(1203)例如可以从储液器盖(803)供应流体。入口充压部(1203)包含较高压力的流体。微射流喷嘴板(1303)上的一个或多个孔将入口充压部与出口充压部分隔开。这些孔形成流体微射流，以在位于流体模块附近的处理器上产生直接接触流体冷却。在将热传递到微射流流体之后，流体横穿出口充压部(1204)。密封件(1005)在微射流安装板和相邻的处理器表面之间形成无泄漏阻挡。
73.图14示出了微射流安装板实例(1300)的俯视图。可以从形成至少两个充压部的储液器盖(803)供应流体。入口充压部(1203)引导流体通过微射流喷嘴板(1010)，形成撞击布置于微射流安装板(801)下方的处理器封装(1011)的表面的微射流。在该过程中，热被传递到流体，然后该流体被送回到一个或多个出口充压部(1204)中。
74.密封件(904)将入口充压部(1203)与出口充压部(1204)分隔开，并与外部形成无泄漏密封。如图14所示，可以使用多个密封件。
75.在图15中，在具有集成微射流冷却的流体模块的一个实施方式(1500)中，示出了微射流安装板(801)的下表面。该下表面是靠近被冷却的处理器的表面。流体借助于一个或多个微射流喷嘴(1502)通过微射流安装板(801)并填充出口充压部(1204)。从这些喷嘴流出的流体冲击处理器的直接接触表面、传递热并冷却电子装置。然后，该流体横穿出口充压部，通过出口充压部通道(1504)移动通过微射流安装板。用与处理器封装的表面直接接触的冷却流体润湿整个内部容积(即，出口充压部1204)。例如通过在处理器的范围之外的机械紧固件图案(1506)将微射流安装板固定到电路板。微射流安装板使用垫圈(1005)对处理器封装的表面形成无泄漏密封，但不机械地固定到处理器封装的表面。
76.图16从分解等距视图示出了图9至图15中所示的模块如何集成到组件(1600)中。诸如计算机处理器的发热元件(1002)布置于表面(1602)上，该表面可以是pcb或主板的表面。直接流体接触冷却模块(800)经由诸如预加载紧固件的附接机构(802)附接到与发热元件(1002)分开的附接特征(1603)。在操作中，冷却流体通过入口(1008)进入、穿过直接接触冷却模块(800)以直接接触发热元件(1002)，并通过出口(1608)排出。流体经由布置于直接接触冷却模块(800)的下侧的密封件(图中被遮挡)被包含在直接接触冷却模块(800)和发热元件(1002)之间。
77.图17至图20描绘了直接接触冷却模块的另一实施方式。图17a示出了形成部分直接接触冷却模块(2001)的冷却壳体(1701)的等距视图，并且图17b是形成部分直接接触冷却模块(2001)的冷却壳体(1701)的仰视图。冷却壳体(1701)包括入口(1702)和出口(1703)以及密封唇(1704)，该密封唇(1704)待与夹持板(1901)(图19)一起用于传递力以产生流体密封。冷却壳体(1704)具有与入口(1702)流体连通的微射流喷嘴(1705)，以及与出口(1703)流体连通的出口充压部通道(1706)。
78.图18示出了冷却壳体(1701)的局部等距截面图。在操作中，入口(1702)(被截面遮挡)与微射流喷嘴1705流体连通，流体通过微射流喷嘴1705冲击发热电子部件(2004)(图20)的表面。流体通过与出口(1703)流体连通的出口充压部通道(1706)排出。例如垫圈、o形环、粘合剂或其它的密封机构(1707)布置在冷却壳体(1701)的下表面上，以形成对发热电子部件(2004)的表面的密封。如果需要，则存在密封唇(1704)以例如经由夹持板(1901)接
受施加密封机构(1707)时的力。
79.图19示出了形成部分直接接触冷却模块(2001)的夹持板(1900)的实施方式。夹持板(1901)具有切口(1902)，切口(1902)旨在装配在冷却壳体(1701)周围，使得夹持板(1901)能够与冷却壳体唇(1704)配合。夹持板(1901)具有至少一个机构(1903)以接受紧固件或其它附接特征(2006)。
80.图20示出了如图17至图19所描绘的包括冷却壳体(1701)和夹持板(1901)的直接接触冷却模块(2001)如何集成到具有分解等距视图的组件(2000)中。诸如计算机处理器的发热元件(2004)布置在表面(2002)上，该表面可以是pcb或主板的表面。直接流体接触冷却模块(2001)经由诸如预加载紧固件的附接机构(2006)附接到与发热元件(2004)分开的附接特征(2003)。在操作中，冷却流体从入口(2007)进入、穿过直接接触冷却模块(2001)以直接接触发热元件(2004)，并通过出口(2008)排出。流体经由布置在冷却壳体(1701)的下侧的密封件(1707)(在图中被遮挡)被包含在直接接触冷却模块(2001)和发热元件(1604)之间。
81.直接接触冷却模块(1601)和(2001)是示例实施方式，本发明不限于所述的特定特征或形式。可以存在包含不同方法的直接接触冷却模块：形成流体密封、附接到pcb或基板上、将流体施加到发热部件上、形成直接接触冷却模块、将流体施加到直接接触冷却模块的内部和外部、在直接接触冷却模块的不同部分内建立流体连通等。
82.直接接触流体模块可以是多件式，或者可以是单体结构。可以经由o形环、垫圈、粘合剂、锡焊(soldering)、钎焊(brazing)、焊接或其它永久和非永久密封机构形成密封件。可以经由紧固件、支架、夹具、螺杆和翼形螺母、铆钉或其它附接机构来完成pcb附接。可以以多种不同方式将流体直接施加到待进行密封的装置表面上以实现冷却，所述方式包括表面的外部接触、渗透到表面中、完全穿过表面、或其它流体处理机构。可以通过流体配件、流体导管、直接管附接、伴随的流体歧管或其它流体输送技术来完成流体供应和排出。可以有不同的入口通道和出口通道的布局以从发热装置的表面输送和排出流体，诸如微射流喷嘴、大型非限制性入口通道、圆形出口通道、非圆形出口通道、单个出口通道、多个出口通道以及其它流体通道构造。区别不限于所列的那些，并且在不脱离本发明的范围的情况下，对于本领域的技术人员来说是显而易见的。
83.在某些实施方式中，微射流喷嘴可以布置成阵列，以便为不同尺寸范围的电子装置提供冷却。这种装置可以包含例如从5mm至50mm范围的长度尺度。因此，仔细选择喷嘴的尺寸、位置和分布，以提供整个装置的充分冷却。喷嘴可以布置成线性阵列、圆形阵列或用于帮助覆盖发热装置的表面的任何其它图案。喷嘴可以是分隔开很远的或靠近在一起的，例如在考虑诸如热传递和压降的平衡热流学时仔细选择其细节。
84.在某些电子装置中，热可能在待冷却的装置表面上不均匀地产生。因此，表面的这种产生更多热的部分更容易升温，有时称作“热点”。在这些情况下，有利的是将喷嘴集中在更靠近发热较高的热点的位置，同时在发热较低或不发热的阵列中具有更大稀疏度。与喷嘴均匀地布置在喷嘴板上的情况相比，由于使用相同量的流体流进行更好的冷却，因此这允许提高冷却效率。
85.除了喷嘴的分布之外，每个单独的喷嘴的尺寸和形状可以遍及阵列地变化，以平衡例如压力、流速和热传递与电子装置的发热特性的折衷。例如，具有较低热传递能力的一
组射流可以施加在低发热区域周围，而具有较高热传递能力的射流可以施加在热点附近。
86.图21a和图21b示出了用于使装置上的热点与微射流冷却的直接接触流体模块匹配的一种可能的实施方案。图21a中的发热装置(2101)可以在其内具有一个或多个比装置的其余部分具有更高散热性的区域(2102)。图21b中的微射流喷嘴板(2103)可以具有用于冷却装置(2101)的喷嘴阵列。具有喷嘴的不均匀分布可能是有益的，其中喷嘴可以以不均匀的方式(2104)配置以向装置热点(2102)提供更好的冷却。在其它区域中，例如，喷嘴分布可以具有更大稀疏度(2105)，可以是热负荷较低的地方，或者它们可以具有不同的形状或尺寸(2106)。这些不均匀的配置可以在装置上产生更均匀的温度。这减少了在具有不均匀散热的装置上热梯度的存在。
87.在这些和其它实施方式中，能够特别仔细地选择喷嘴的形状以优化热流性能，诸如压降、流速和热传递能力。图22a和图22b示出了一个实施方式，其中一层(2202)射流喷嘴板(2201)具有微射流喷嘴(2203)的阵列。如图22b所示，通过取喷嘴板(2201)的截面使喷嘴形状变得可见。通过在射流喷嘴(2203)上包括倒角边缘(2204)，能够通过在对流体流和热传递的影响最小的情况下减小压降来产生增强的流体流。注意，选择倒角的几何特征(诸如角度、深度和直径)以产生最佳的所需结果。
88.作为本公开的部分，流体模块提供了处理器的直接流体接触冷却。流体模块的特征在于安装件，该安装件构造成避免机械紧固到处理器封装，同时仍然与处理器封装上的表面形成无泄漏密封。机械紧固是例如利用现有的电路板安装件在处理器的范围之外进行的。该方法提供了直接接触流体冷却，使处理器封装上的机械应力最小化，并利用常见印刷电路板附件安装特征。直接接触流体模块使用处理器自身的一个或多个表面作为热传递界面来减少由处理器产生的热的热路径。直接接触流体模块被设计成与具有附件安装图案的印刷电路板上的许多通常可用的处理器封装一起使用。
89.在一个实施方式中，本公开论述了一种通过直接流体接触冷却进行计算机处理器的热管理的方法。首先，流体模块布置于计算机处理器上方。模块附接在模块和处理器的表面之间产生无泄漏密封，但不机械地紧固到处理器。冷却剂流体在模块内经过，与处理器的至少一个表面直接接触。在某些实施方式中，与处理器流体接触可以是撞击由模块形成的微射流的形式。在某些其它实施方式中，流体接触可以不限于外部处理器表面，而是可以与流过处理器内的通道的冷却剂一起发生。在每个实施方式中，热从处理器传递到与封装的处理器的表面直接接触的流体。流体然后离开模块。
90.本公开在范围上不受这里所述的特定实施方式的限制。实际上，除了这里所述的那些以外，从上述说明和附图中，本公开的其它各种实施方式和变型对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。因此，这种其它实施方式和变型旨在落在本公开的范围内。另外，尽管这里已经在用于特定目的的特定环境中在特定实施的背景中说明了本公开，但本领域的普通技术人员将认识到其实用性不限于此，并且为了任何目的，本公开可以有利地在任何数量的环境中实施。
91.因此，应考虑这里所述的本公开的全部范围和精神来解释所附的权利要求。