JP2007121286A

JP2007121286A - 電気回路又は電子回路を冷却するためのウォータブロック

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Publication number: JP2007121286A
Application number: JP2006281384A
Authority: JP
Inventors: John W Andberg; ダブリュウアンドバーグジョン; Noriyuki Sugihara; スギハラノリユキ
Original assignee: Verigy Singapore Pte Ltd
Current assignee: Verigy Singapore Pte Ltd
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2007-05-17
Also published as: KR20070044786A; DE102006033226B4; TW200718343A; DE102006033226A1; CN1956648A; US20070089858A1

Abstract

【課題】費用をかけて溝を加工する必要が無く、製造コストを低減できる、冷却用の装置を提供すること。
【解決手段】回路基板に搭載される電気的部品又は電子的部品の発する熱を除去するウォータブロック２００とそれに付随する冷却管２３０とを備える。冷却管２３０は接着剤あるいは他の適切な材料によってウォータブロック２００に取り付けられる。このことにより、従来のように、ウォータブロック２００の表面に溝を加工し、その中に冷却管２３０を配置する必要がなくなる。このようにウォータブロック２００と冷却管２３０とを設計することで、ウォータブロック２００内に費用をかけて溝を加工する必要が無く、製造コストを低減できる。
【選択図】図４

Description

本発明は電気回路及び電子回路を冷却する装置に関し、特に、ウォータブロックとその配管を用いて当該回路を冷却するための、装置、システム、及び方法に関する。

製造業者は、フラッシュメモリチップの機能性と信頼性を保証するため、フラッシュメモリチップを消費者に出荷する前にテストするのが一般的である。このようにフラッシュメモリチップをテストするために一般に使用されるシステムの１つとして、アジレント（Ａｇｉｌｅｎｔ）製のＶ５４００アパッチテスタがある。

図１に示すように、Ｖ５４００アパッチテスタ１００は、例えば、テストヘッド１１０と、テストヘッド１１０に電力、冷却水、及び圧縮空気（図示せず）を供給する支持ラック１２０と、テスタ１００向けのユーザインタフェースとして作用するコンピュータワークステーション１３０と、を含んで構成されている。マニピュレータ１４０は、テストヘッド１１０を支持すると共に、その位置決めを行う。支持ラック１２０は、マニピュレータ１４０に取り付けられ、テストヘッド１１０と交流電力、冷却水、及び圧縮空気との間を仲介する役割を負う。テスタ１００には支持ラックを追加することもできる。図１に示すアジレント製Ｖ５４００テスタ１００は、Ｆｌａｓｈ、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、スタックドメモリデバイスをテストすることができる。

テストヘッド１１０は、システムの重要な部品であり、テスタエレクトロニクスを含んで構成されている。例えば、図１に示すテスタ１００は、最大で４,６０８のチャネルと１４４の独立したテストサイトを提供し、最大で１４４の独立したデバイスを非同期的にテストすることができる。テストヘッドの電子的要素は、種々の被試験デバイス（ＤＵＴ）に電力を供給し、測定を行なう。

テストエレクトロニクスがさらに高速化及び高密度化されるにつれて、テストヘッド１１０とそこでテストされる回路の発する内部熱を除去することが大きな課題となっている。一世代前のテスタ１００では、空冷を行うだけで十分であったが、クロック速度が増すにつれ、信号経路長が重要な課題となっている。経路長をできるだけ小さくすることで、過去５年間で小型化が進み、現世代の自動試験装置を空冷するのはもはや実用的でないという程にまでなった。クロック速度と共に熱の生成が増すため、高速化することで問題が悪化する。より高速のピンカウントテスタも標準となってきており、テスタにおいて必要とされる熱出力放散の総量もさらに増大している。

これらの要因により、液体冷却は、モデムテストの電子部品が生成した熱を除去する唯一の実用的方法とはいかないまでも、数少ない方法の中の１つになってきている。２０ｆｔ^３未満の量を有するハイピンカウントテスタが約４０ｋＷから約８０ｋＷの熱量を生成し得ることを念頭に置くと、発熱による問題の大きさがよくわかる。

一般に、最も信頼性の高い液体冷却法は、浸漬冷却とは対照的に、冷却液をテスタ１００及びテストヘッド１１０のエレクトロニクスから隔離しようとするものである。このことはウォータブロックを用いて達成される（「冷却板」とも称する）。能動回路をＰＣボードに搭載した後、これをウォータブロックに搭載する。場合によっては、特定の部品をウォータブロックに直接搭載して冷却を強化することもある。種々の搭載方法を使用することができ、ＰＣボードの上部又は底部がウォータブロックと接触するようにしてもよい。多くのマシンでは、スペースの最小化、又は高価な部品(即ちウォータブロック）のより完全に使用のいずれかのために、ウォータブロックの両側に回路を搭載している。作動流体は水あるいは何らかの他の液体であり得る。一般に選択される作動流体の中で水は冷却性能が最も高いが、種々のことを考慮すれば、用途によっては水の使用を避けた方がよい場合もある。

ウォータブロックは、アルミニウム又は銅等の熱伝導性が高く、加工の容易な金属から構成するのが一般的である。金属内に形成した流路に水あるいは別の液体を流すことにより、熱の除去を行う。これは比較的簡単なプロセスであるように見えるが、検討すべきことが多い。例えば、ウォータブロックには大きい内部流路を有するものもあれば、断面の小さい流路を有するものもある。熱伝達を考慮すれば、最も効果的に熱を除去するために、一般に流路を小さくして液体速度を非常に速くする方が良い。そのようにすれば、液体を注入するのにより大きい力が必要となるが、熱の除去は助長される。なお、水流路の位置を調整する力を働かせることで、電力損失に対する要求の高い又は温度に対する要求の強い所定の領域又は装置の冷却を助長することができる。

ほとんどのウォータブロックは、作動流体が金属ブロックと直接接触するスタイルとなっている。１つのかかるウォータブロックでは、アルミニウムプレートに、その中央面を通るように長い穴が開けられている。かかる穴には注入管と排出管が接着され、注入管及び排出管はＵ型の戻し管を形成する。クラムシェル（ｃｌａｍｓｈｅｌｌ）のように、２枚のプレート中に対応する蛇行流路をフライス加工し、２つの部分を接着し、注入管と排出管を追加することによって、このタイプのウォータブロックを、別のスタイルで製造してもよい。

しかしながら、注入管と排出管を形成したウォータブロックは、接着した接合部のいずれかにおいて漏れを生じるおそれがある。注入管と排出管の接合部をろう付けするという選択肢もあるが、その場合にはろう付け用の合金が存在することで腐食が生じる可能性を伴う。

ウォータブロックに液体冷却を提供する別の手段は「チューブ・イン・スラブ」と称するウォータブロックのスタイルを使用することである。接合部における漏れ発生の可能性を排除するために、液体の流路を１つの連続した管とする。このようなウォータブロックのスタイルでは、蛇行した流路がウォータブロック内に設けられ、プレート内にはその輪郭をたどるように管が形成される。管の全長をプレート内におさめることで、液体の流路に接合部のないウォータブロックが形成される。流路の断面と管の断面については、管を溝におさめる際にそれらが密着するようにする。スタイルによっては、管とブロックとの接触をさらに強化するために、挿入後に管を変形させる。物理的な接触に加え、管とブロックとの間に熱伝達を助長する材料が配置される。このような場合には熱充填エポキシを使用することが多いが、管を定位置にろう付けしたり、あるいはサーマルグリースで管を囲んだりする場合もある。エポキシ、接着剤、ろう付け材料、又はグリースの目的は、ブロックと管の外面との間の熱伝導を強化することであるが、それらが存在しなければ、微細な空隙が生じてしまう。

チューブ・イン・スラブ構造には多くの利点があり、そのような構造をとるには製造コストが高さという障壁が存在する。ブロックを所定のサイズと形状に加工した後、その中に適切な溝を配する必要がある。溝とまったく同じ形状を有するように管を曲げる必要もある。充填剤を溝内に注入し、管をその中に押し込み、最後に表面を再切断して、絞り出された充填剤を除去しなければならない。次世代のテスタを経済的に製造するには、単位面積あたりの冷却コストを大幅に低減する必要がある。

従来技術による典型的なウォータブロックを図２及び図３の断面図で示す。図２は「スラブ・イン・チューブ」構造のウォータブロック２００の１タイプの断面図を示しており、断面を示す溝３００が比較的厚いプレート内に配されることで、ウォータブロック２００が形成されている。溝３００はその中に冷却管２３０を収容できるサイズであり、冷却管２３０は、内腔２４０、内面２６０、及び外面２５０を有する。熱伝導性エポキシ又は他の適切な材料２９０を溝内に注入し、冷却管２３０を溝３００内に挿入して、冷却管２３０を溝３００内に下方向にスエージ加工することによって、冷却管２３０の外面２５０を溝３００の内面３１０に押すように作用させて、溝３００の内面３１０と冷却管２３０の外面２５０を密着させる。このように密着させることで接着層が確実に薄くなり、熱伝達が促進される。次いで、ウォータブロック２００の上面２１０をフライカッティングして平面となるようにする。

図３は、冷却管２３０を接着する材料２９０を用いずに、冷却管２３０を溝３００（図２の溝３００の形状と異なる形状を有する）内にスエージ加工して構成された、別のスタイルのウォータブロック２００を示している。図３では、溝３００の鋭角な角とその内面３１０に対して、冷却管２３０の外面２５０が確実に係合する。このような設計により、冷却管２３０を内部面３１０に対して十分に変形させて、優れた熱伝達を提供することができる。なお、図３に示すウォータブロック２００の設計では、冷却管２３０の外面２５０の上部が、ウォータブロック２００の略平らな第１の面２１０より下に位置している。

また、図２及び図３で示すウォータブロック２００の２つの構成は、比較的厚いという欠点を共通して有しているが、この厚みは、冷却管２３０をウォータブロック内に配置又は押し込む際に冷却管２３０に加わる拡張力に耐えるために必要である。当然のことながら、ウォータブロック２００はフライス加工される溝３００より厚くしなければならない。従って、溝３００を超える厚みをウォータブロック２００に持たせておき、スエージ加工中又はスエージ加工後にウォータブロック２００の平面性を維持しなければならない。

図２及び図３を参照してわかるように、ウォータブロック２００、溝３００、及び冷却管２３０を精巧で複雑な形態及び形状とすれば、ウォータブロック２００を製造及び組立てするコストが大幅に増大することは、当業者に自明である。このようなウォータブロック、溝、及び冷却管は、ウォータブロック２００及び冷却管２３０が使用中に受ける熱的及び機械的応力が大きいために、精巧な形状及び形態をとる必要がある。さらに、チューブ・イン・スラブ構造のウォータブロックにかかるコストの大部分は、冷却管をウォータブロックに配置するための加工作業と、その後の接着剤の除去によるものである。

図２及び図３で示すウォータブロック２００、溝３００、及び冷却管２３０を複雑な形状及び形態で形成すること、そしてそれらを製造するために費用のかかる方法及び材料を使用することにより、製造コストが増大することがわかる。

このような点に鑑みて、本発明は、ウォータブロック内に費用をかけて溝を加工することなく、冷却管をウォータブロックに取り付けることができる、簡易な手段を提供する。

このような問題を解決するため、請求項１に記載の本発明は、回路基板における、熱を発する少なくとも１つの電気又は電子回路を冷却する装置であって、前記回路基板と係合するように又は前記回路基板と隣接するように構成した第１の面を含むものであって、少なくとも第２の面をさらに含む、第１のウォータブロックと、少なくとも第１の内腔と外面とを含むものであって、前記少なくとも第１の内腔が、前記冷却管から又は前記冷却管を通って前記外面へと液体が漏出しないように液体を運ぶ構成とされる、第１の冷却管と、を備え、前記第１の冷却管が、前記ウォータブロックの前記第２の面と動作上係合すると共に前記第２の面に取り付けられ、前記ウォータブロックの前記第２の面が、前記少なくとも第１の冷却管を収容する空間、凹部、若しくは溝を含まず、前記第１の冷却管が、前記液体が前記冷却管を流れる際に前記電気又は電子回路の発する熱の少なくとも一部を除去するように構成される、装置（ウォーターブロック）として構成されている。

また、請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記第１の面が、前記回路基板の少なくとも一部に取り付けられるように構成されることを特徴とする。

また、請求項３に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記冷却管の前記外面の一部が、前記ウォータブロックの前記第２の面に取り付けられるように構成されることを特徴とする。

また、請求項４に記載の本発明は、請求項３に記載の本発明において、前記冷却管の前記外面の前記一部が略平坦であると共に、前記ウォータブロックの前記第２の面上に係合するように又は位置するように構成されることを特徴とする。

また、請求項５に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、請求項１に記載の本発明において、前記第２の面と前記冷却管との間に熱伝導性の材料が配置されることを特徴とする。

また、請求項６に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記ウォータブロックに前記冷却管を収容する溝が存在しないことを特徴とする。

また、請求項７に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記ウォータブロックは、アルミニウム、セラミック含有材料、ステンレス鋼、銅、亜鉛、アルミニウム−シリコンカーバイド、及び合金、並びに前記材料全ての組み合わせ若しくは混合物を含む群から選択される材料を含むことを特徴とする。

また、請求項８に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記第１の冷却管が、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、亜鉛、及び合金、並びに前記材料全ての組み合わせ又は混合物を含むことを特徴とする。

また、請求項９に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、接着剤、エポキシ、熱伝導性接着剤、前記ウォータブロックに前記冷却管を取り付けるための固定具、少なくとも１つのボルト、少なくとも１つのねじ、ろう付け、はんだ付け、溶接、及びクリンピングの少なくとも１つ、並びに前記いずれかの組み合わせ又は混合物によって、前記第１の冷却管が前記ウォータブロックに取り付けられることを特徴とする。

また、請求項１０に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明において、前記液体が、水、クーラノール、ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）誘電冷却液、合成炭化水素油、エチレングリコール、及びエチレングリコール／水混合物を含む群から選択されることを特徴とする。

本発明の範囲には、前述の部品、装置、及びシステムを作製し、それらを使用する種々の方法が、さらに含まれる。

本発明の冷却管とウォータブロックの種々の実施形態により、製造及び材料のコストが低減される。従って、液体冷却技術を使用して電気又は電子回路を冷却する従来の手段及び方法に関連するコストを低減できる。例えば、本発明の種々の実施形態の多くは、ウォータブロックの加工とそれに付随するコストを削減し、溝内に管を挿入してスエージ加工するのにかかる時間を削減し、スエージ加工後の除去作業を無くし、１つ以上のウォータブロックの１つ以上の側面に取り付けられる、低コストで「特徴の無い」冷却管を使用する。

本発明の上記及びその他の態様は、本発明の好適な実施形態に関する以下の詳細な説明を読み、また添付の図面を参照することより明らかとなろう。なお図面中、同様の部分については同じ参照番号を付して示している。

本明細書及び特許請求の範囲における使用に際し、用語「ウォータブロック」は、プレート状の部材を指し、それを介する熱エネルギーの伝達を促進する熱特性を備えた材料から形成される。用語「冷却管」は、少なくとも１つの内腔中で液体を運ぶことのできる部材を指し、前記液体は外部の熱エネルギー源から前記冷却管を介して熱エネルギーを移送する。「略平面状の第１の面」とは、冷却管が取り付けられるウォータブロックの面を指し、この第１の面は略平らな面を形成するが、その上に配置される、又はその中に加工若しくは刻印される隆線又は冷却用のフィンによって平坦でなくなることもある。

本発明の種々の実施形態の多くは、加工作業を削減することにより製造コストを低減するウォータブロックを提供する部品、装置、システム、及び方法に関する。このような実施形態では、シートメタル又は別の適切な熱伝導性材料から形成される比較的特徴の無いプレート又はウォータブロック２００を、高度に加工された従来のプレート若しくは上述のチューブ・イン・スラブ構造のウォータブロックに替えて使用する。本発明のウォータブロック２００の多くの実施形態は、ＰＣＢをウォータブロック２００に搭載するためのねじ穴若しくはねじ式挿入部等の機構を有するものの、これらは、従来のように溝を高精度にフライス加工する技術に比べると、非常に低コストである。

本発明の種々の実施形態の多くは、比較的低コストで適切な大きさにせん断され得るシートメタルからウォータブロック２００を構成できるようにしたことで、加工コストをさらに低減することができる。図４に示すように、本発明の１つの実施形態では、溝３００を配してその内に冷却管２３０を配置するのではなく、冷却管の外面２５０の一部をわずかに平坦化して、シートメタルのウォータブロック２００に取り付ける。本発明の幾つかの実施形態では、冷却管２３０に蛇行した屈曲部を形成した後に、Ｄ形状又はＯ形状の断面となるように冷却管２３０を平坦化するが、例えば円形、楕円形、長方形、及び正方形等の他の形状の断面を考慮してもよい。

ここで図４及び図５を参照すると、冷却管２３０の少なくとも１つの側面を平坦化することで、冷却管２３０の外面２５０がウォータブロック２００の略平坦な第１の面２１０と係合する表面領域が増大する。そのことで、接着性と熱伝達が促進される。冷却管２３０を第１の面２１０に固定するのに使用する接合材料の熱伝導性が比較的低い場合には（何らかの熱伝導性エポキシを使用した場合など）、冷却管２３０と第１の面２１０とが接合する外面２５０の表面領域を比較的大きくすることで、冷却管２３０の内腔２４０を流れる水により生じる熱抵抗が低下する。冷却管２３０が第１の面２１０と広い領域で接触するようにすることで熱流束も促進され、これによってフィン効果（管周囲に流れる熱の抵抗）が低下する。

本発明の幾つかの実施形態では、低重量で熱伝導性の高いアルミニウム合金を含むシートメタルでウォータブロック２００を形成する。冷却管２３０をウォータブロック２００と同じ合金又は材料で形成する必要は無い。本発明が実用的及び経済的に使用される大抵の用途では、典型的な動作状態の下、冷却管２３０とウォータブロック２００が異なるように膨張しても、深刻な応力が熱的に誘導されることはない。場合によっては、ウォータブロック２００を形成するために使用するシートメタルは、熱伝導性が高いことから銅とするのが好ましい。しかし、アルミニウムと銅以外の材料を使用して、ウォータブロック２００を形成してもよく、その例としては、セラミック含有材料、ステンレス鋼、亜鉛、ニッケル、熱伝導性プラスチック、アルミニウム−シリコンカーバイド複合材料、及び合金、並びに前述のもの全てものの組み合わせ若しくは混合物のみならず、熱伝導性プラスチック及び複合材料等を挙げるが、これらに限定しない。

さらに図５及び図６を参照すると、本発明の方法の多くの実施形態では、接合材料２９０として熱伝導性エポキシを選択することが最良であるが、多種多様な他の材料及び方法を使用して、冷却管２３０をウォータブロック２００に取り付けることができる。このような材料と方法の中には、接着剤含有材料、適切な熱伝導性材料、発泡体、コーキング材、テープ、接着剤、はんだ付け、及びろう付け等がある。

さらに、主に取り付け手段として、又は張力を緩和させる手段として、ブラケット又はクリップ（図示せず）を用いて、冷却管２３０をウォータブロック２００に固定し、冷却管２３０を上面２１０に対して保持するようにしてもよい。ブラケット又はクリップは、ボルト、ねじ、若しくは接着剤によりウォータブロック２００に固定される脚部若しくは部分を有し得る。このような場合、熱的に充填されるグリースあるいは熱的に界面となるパッドを外面２５０と第１の面２１０との間に配置することで、熱伝導を促進することができる。非電導性又は絶縁性ではあるが、熱伝導性を有する材料を外面２５０と第１の面２１０との間に配置することで、ウォータブロック２００から冷却管２３０を電気的に絶縁することができる。

冷却管２３０中で使用する液体は水であることが好ましいが、クーラノール（ＣＯＯＬＮＯＬ）（エクソン（ＥＸＸＯＮ）製造の特殊冷却液）、ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）誘電冷却液、合成炭化水素油、エチレングリコール、エチレングリコール／水混合物、あるいは他の任意の適切な冷却液の中の１つ以上であり得る。

本発明の好適な実施形態では、冷却管２３０をウォータブロック２００に固定した後、ウォータブロック２００から不要物を除去する取付け後工程はほとんど乃至は全く必要無い。例えば本発明の好適な実施形態では、冷却管２３０をウォータブロック２００に取り付ける際に、重要な領域に材料が押し出されることがないため、一般に除去作業が必要無い。

また、本発明の好ましい実施形態では、従来技術のように、冷却管２３０を高精度で屈曲させて、チューブ・イン・スラブ構造のウォータブロック２００内に加工した溝３００に冷却管２３０を嵌合させる必要のあるものとは違い、ウォータブロック２００の第１の面２１０を比較的特徴の無い略平坦な面とすることで、冷却管２３０の屈曲若しくは断面又は表面２１０の平面性に多少の欠陥があっても、典型的には冷却管２３０又はウォータブロック２００の適切な動作には何ら影響が無い。また、冷却管２３０をシームレスの一体構造とすることで、漏れの可能性を無くす、若しくは低減する用途において、本発明のチューブ・オン・プレート構造を使用することができる。

本発明のチューブ・オン・プレート構造による方法及び装置の一実施形態では、大きなプレートから適切なシートメタルプレートをせん断してウォータボック２００を形成する。冷却管２３０は屈曲させて適切な蛇行形状とするが、この形状は所定の熱伝達目標を達成するように構成する。従って、予期される熱流束と温度状態とによって、冷却管２３０のループを均一にも不均一にもすることができる。さらに、冷却管２３０を限界熱放出部材に隣接して配置するように構成してもよい。用途によっては、冷却管２３０を面外に出るように構成してもよい。このように冷却管が面外へと「飛び出る」場合には、冷却管２３０がぶら下がった状態とならないようにすることが好ましく、ブラケット、クランプ、若しくはクリップ等の何らかの適切な手段により、ウォータブロック２００に固定する。

本発明の一部の方法及び装置においては、冷却管２３０をまず屈曲させて好適な蛇行構成とした後、外面２５０の一部を平坦化して断面が楕円形又はＤ型となるようにする。冷却管２３０は、平坦化することで面外へと不適切に出てしまう可能性を最小にするために、屈曲させて適切な輪郭とした後に平坦化するのが好ましい。次いで、冷却管２３０の平坦化した部分に沿ってサーマルエポキシを供給するが、これは、エポキシを混合すると共にかかる平坦化した部分にエポキシを正確に供給する供給ロボットによって行うことが好ましい。最後に、エポキシが硬化して凝固するまで、冷却管２３０を適度な均一な力でウォータブロック２００の第１の面２１０に対して加圧し、保持する。ウォータブロック２００を点検し、１つ以上のＰＣＢ上を搭載するために、適切な穴を開ける。前述のステップ全てを行う際、加工又は手作業は皆無に近い。そのため、コストが低減される。

冷却管２３０をろう付けによってウォータブロック２００の第１の面２１０に取り付ける際には、冷却管２３０の平坦化した部分に硬質はんだを接着剤として塗布する、又は、硬質はんだをめっきする。冷却管２３０をクランプ、ブラケット、又はクリップによってウォータブロック２００に固定する場合には、供給又はスクリーニングプロセスを使用して、冷却管２３０又は第１の面２１０の適切な部分にサーマルグリースを的確に供給し、塗布する。ウォータブロック２００を形成するにはシートメタルプレートを使用するが、より厚いプレートを使用してウォータブロック２００を形成してもよく、用途によってはそれが好適な場合もある。

製造コストがより低いことに加え、本発明は機械的な利点も有している。現在使用されている「チューブ・イン・スラブ」構成の方法では、ウォータブロック２００にいくらか歪みが生じるが、このような歪みの程度は軽いものから重いものまであると共に、使用する方法と材料とによって変化する。全ての主な加工は、配された溝３００内に冷却管２３０を押し込む前に完了してしまうため、このような歪みが生じると、平坦化と特徴の配置に困難が生じてしまう。本発明では、冷却管２３０を溝に押し込んだりスエージ加工を行ったりということは行わないため、このような困難が生じることはない。

本発明の種々の実施形態は、形状が比較的スリムである又は薄型であるという特徴を有している。このような実施形態では、ウォータブロック２００の厚さ２７０、２７０ａ、２７０ｂは比較的薄いため、ウォータブロック／ＰＣＢアセンブリ２９５の総厚２８０を比較的薄くすることができる。図５、図６、及び図７を参照されたい。

図６及び図７に示すように、回路基板３２０を冷却する必要はあるものの、回路基板３２０には大型のウォータブロックを使用できる十分なスペースも容積もない。従って本発明の代替実施形態では、回路基板３２０の熱放散が比較的低い場合に、冷却管２３０を回路３２０の外周に配することを一般に行うが、これは必須ではない。図６及び図７を参照されたい。本発明の別の代替実施形態では、回路基板３２０を収容し、その周りに周辺部を形成するための凹部を一部分に設けたシートメタルプレート又は他の適切な材料を使用して、ウォータブロック２００を形成するが、この実施形態については以下でより詳細に記載する。

図６のウォータブロック２００を形成するのに適切な材料は、その熱抵抗が低いことから銅とするが、他の適切な金属、合金、及び材料を使用してもよい。冷却管２３０を回路基板３２０の外周に沿って搭載するが、その際、ＰＣＢの電気／電子回路が搭載されるのと同じ側に冷却管２３０を搭載すれば、回路基板の底面上の空間を二倍に使用できるため、好ましい（図６参照）。なお、図６のウォータブロック２００におけるシートメタルのいくつかの領域に、その裏面側の部品を搭載するため、比較的容易に穴をあけることができる。

本発明においてスペース及び容量節約型の構成を提供する、さらに別の手段を図７に示すが、ここでは回路基板３２０の両側に電気／電子回路及び部品３３０が搭載されている。本発明の実施形態では、回路基板３２０上に搭載した部品３３０の表面と係合するように表面２２０ａ及び２２０ｂを構成することにより、かかる部品の上側を最適に冷却できる（空気冷却用の部品によくあるケースである）。冷却管２３０を回路基板３２０の周辺に配置し、接着剤２９０ａ及び２９０ｂによってウォータブロックの２つの第１面２１０ａ及び２１０ｂに接着することは、必須ではないが好適である。ウォータブロック２００ａ及び２００ｂは、回路基板３２０の両面における部品３３０の発する熱を放散する。

部品又はウォータブロックが平坦でないと、部品３３０とウォータブロック２００ａ及び２００ｂとの間に小さな間隙が生じることがあるが、かかる間隙にサーマルインタフェース材を配して間隙を埋めることで、熱伝導性を向上させることができる。本発明の別の実施形態では、ボルト、ねじ、接着剤、又は他の締結手段を適切に配置して機械的に圧力をかけ、表面２２０ａ及び２２０ｂを部品３３０の底面及び上面とそれぞれ係合させて、熱伝導性を高めることができる。熱流束とサイズの要件によって、冷却管２３０を回路基板３２０を取り囲むように配置したり、又は回路基板３２０の一面、二面、若しくは三面に冷却管２３０を配置したりすることも可能である。

本発明の範囲には、本発明のウォータブロック２００と冷却管２３０を作製し、それらを使用する種々の方法が含まれる。

本明細書中ではウォータブロック２００と冷却管２３０の特定の実施形態について記載及び開示したが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明の多くの変形及び代替実施形態を構成又は実施することができることは明らかであろう。従って、本発明の範囲は本明細書で開示した特定の実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲及びそれに相当するものにより決定されると理解されたい。従って、特許請求の範囲で定義される本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本明細書で開示した本発明の特定の実施の形態を変形及び変更することが可能である。

従来技術のアジレント製Ｖ５４００アパッチメモリチップテスタを示す図である。従来技術のウォータブロックとそれに付随する溝及び冷却管の第１の実施形態の概略断面図である。従来技術のウォータブロックとそれに付随する溝及び冷却管の第２の実施形態の概略断面図である。本発明の実施の形態に係るウォータブロックとそれに付随する冷却管の第１の実施形態を示す図である。本発明の実施の形態に係るウォータブロックとそれに付随する冷却管の第２の実施形態を示す図である。本発明の実施の形態に係るウォータブロックとそれに付随する冷却管の第３の実施形態を示す図である。本発明の実施の形態に係るウォータブロックとそれに付随する冷却管の第４の実施形態を示す図である。

符号の説明

２００ウォータブロック
２３０冷却管
３２０回路基板

Claims

回路基板における、熱を発する少なくとも１つの電気又は電子回路を冷却する装置であって、
前記回路基板と係合するように又は前記回路基板と隣接するように構成した第１の面を含むものであって、少なくとも第２の面をさらに含む、第１のウォータブロックと、
少なくとも第１の内腔と外面とを含むものであって、前記少なくとも第１の内腔が、前記冷却管から又は前記冷却管を通って前記外面へと液体が漏出しないように液体を運ぶ構成とされる、第１の冷却管と、を備え、
前記第１の冷却管が、前記ウォータブロックの前記第２の面と動作上係合すると共に前記第２の面に取り付けられ、
前記ウォータブロックの前記第２の面が、前記少なくとも第１の冷却管を収容する空間、凹部、若しくは溝を含まず、
前記第１の冷却管が、前記液体が前記冷却管を流れる際に前記電気又は電子回路の発する熱の少なくとも一部を除去するように構成される、装置。
前記第１の面が、前記回路基板の少なくとも一部に取り付けられるように構成される、
請求項１に記載の装置。
前記冷却管の前記外面の一部が、前記ウォータブロックの前記第２の面に取り付けられるように構成される、
請求項１に記載の装置。
前記冷却管の前記外面の前記一部が略平坦であると共に、前記ウォータブロックの前記第２の面上に係合するように又は位置するように構成される、
請求項３に記載の装置。
前記第２の面と前記冷却管との間に熱伝導性の材料が配置される、
請求項１に記載の装置。
前記ウォータブロックに前記冷却管を収容する溝が存在しない、
請求項１に記載の装置。
前記ウォータブロックは、アルミニウム、セラミック含有材料、ステンレス鋼、銅、亜鉛、アルミニウム−シリコンカーバイド、及び合金、並びに前記材料全ての組み合わせ若しくは混合物を含む群から選択される材料を含む、
請求項１に記載の装置。
前記第１の冷却管が、アルミニウム、ステンレス鋼、銅、亜鉛、及び合金、並びに前記材料全ての組み合わせ又は混合物を含む、
請求項１に記載の装置。
接着剤、エポキシ、熱伝導性接着剤、前記ウォータブロックに前記冷却管を取り付けるための固定具、少なくとも１つのボルト、少なくとも１つのねじ、ろう付け、はんだ付け、溶接、及びクリンピングの少なくとも１つ、並びに前記いずれかの組み合わせ又は混合物によって、前記第１の冷却管が前記ウォータブロックに取り付けられる、
請求項１に記載の装置。
前記液体が、水、クーラノール、ポリアルファオレフィン（ＰＡＯ）誘電冷却液、合成炭化水素油、エチレングリコール、及びエチレングリコール／水混合物を含む群から選択される、
請求項１に記載の装置。