JP2514281B2 - 回路基板冷却装置 - Google Patents
回路基板冷却装置Info
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- cooling
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- circuit
- circuit boards
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- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
- H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
- H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
- H05K7/20536—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
- H05K7/20627—Liquid coolant without phase change
- H05K7/20636—Liquid coolant without phase change within sub-racks for removing heat from electronic boards
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- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に電気構成要素の
収納と取付けの分野に関し、より詳しくは、効率的な冷
却と相互接続のための密にパックされた集積回路基板の
格納に関する。
収納と取付けの分野に関し、より詳しくは、効率的な冷
却と相互接続のための密にパックされた集積回路基板の
格納に関する。
【０００２】
【従来技術】集積回路技術によって、回路の製造者は、
ますます多数の電気装置をより小さなシリコン・チップ
に配置出来るようになっている。同様に、これらのチッ
プは、ますます高密度の回路基板の上にパッケージされ
て取り付けられる。より小さな面積の回路基板の中によ
り多数の装置を実装することは、回路性能の著しい向上
につながる。これはまた、回路がこのような高性能で動
作できるように回路を十分に低い温度に維持することに
関連する、重要な問題にもつながる。典型的には、回路
や回路基板は強制空気によって冷却される。しかしなが
ら、回路基板から熱を効率的に除去するには、回路基板
全体において均一な高い熱除去率が必要である。強制空
気システムは、回路の密度が高くなると、これらの要件
を満足させるには困難がある。はっきりいえば、基板の
間に十分な空気の流れができるように、基板の間に比較
的大きな空間が必要となる。さらにまた、空気を基板の
間に通して基板の表面を冷却できるように、基板の両端
は開いたまま（すなわち、相互接続などの障害物がない
よう）にしておかなければならない。このことは、前記
の両端が電気的接続のためには利用できないので、基板
の間の相互接続性を低下させることになる。
ますます多数の電気装置をより小さなシリコン・チップ
に配置出来るようになっている。同様に、これらのチッ
プは、ますます高密度の回路基板の上にパッケージされ
て取り付けられる。より小さな面積の回路基板の中によ
り多数の装置を実装することは、回路性能の著しい向上
につながる。これはまた、回路がこのような高性能で動
作できるように回路を十分に低い温度に維持することに
関連する、重要な問題にもつながる。典型的には、回路
や回路基板は強制空気によって冷却される。しかしなが
ら、回路基板から熱を効率的に除去するには、回路基板
全体において均一な高い熱除去率が必要である。強制空
気システムは、回路の密度が高くなると、これらの要件
を満足させるには困難がある。はっきりいえば、基板の
間に十分な空気の流れができるように、基板の間に比較
的大きな空間が必要となる。さらにまた、空気を基板の
間に通して基板の表面を冷却できるように、基板の両端
は開いたまま（すなわち、相互接続などの障害物がない
よう）にしておかなければならない。このことは、前記
の両端が電気的接続のためには利用できないので、基板
の間の相互接続性を低下させることになる。
【０００３】高密度集積回路を冷却するための従来技術
による試みは、まず２つの点に絞られた。第１点は、回
路の動作中に集積回路を冷却剤の中に浸すことである。
この冷却法の長所は、冷却剤の熱伝達係数が空気のそれ
より数桁高いことである。冷却剤は、大量の熱を除去す
ることができ、したがって回路の温度を適切な範囲に容
易に維持することができる。この冷却法に係わる問題点
は、冷却剤自体が集積回路の電気的性能と信頼性に影響
し得ることである。冷却剤中への浸漬において、回路接
続部及び回路が冷却剤中への浸漬のみならず、冷却剤の
腐蝕作用への耐性も必要である。さらに、１つの容器で
の浸漬では、システムを完全に遮断して複数基板システ
ムの単一基板を作用させる必要がある。これは、電気シ
ステムを冷却して使用するには高価で複雑な方法であ
る。
による試みは、まず２つの点に絞られた。第１点は、回
路の動作中に集積回路を冷却剤の中に浸すことである。
この冷却法の長所は、冷却剤の熱伝達係数が空気のそれ
より数桁高いことである。冷却剤は、大量の熱を除去す
ることができ、したがって回路の温度を適切な範囲に容
易に維持することができる。この冷却法に係わる問題点
は、冷却剤自体が集積回路の電気的性能と信頼性に影響
し得ることである。冷却剤中への浸漬において、回路接
続部及び回路が冷却剤中への浸漬のみならず、冷却剤の
腐蝕作用への耐性も必要である。さらに、１つの容器で
の浸漬では、システムを完全に遮断して複数基板システ
ムの単一基板を作用させる必要がある。これは、電気シ
ステムを冷却して使用するには高価で複雑な方法であ
る。
【０００４】従来技術の第２点では、集積回路を流体の
流れが入った熱伝導性金属体の近くに置くことに関す
る。この流体流れは熱を除去するが、集積回路を冷却剤
の中に浸漬するものではない。このシステムの長所は、
冷却剤中への集積回路浸漬の信頼性の問題を無くするこ
とである。この冷却法による問題は、回路からの熱除去
が浸漬技法ほど効率的でないことである。この冷却効率
不足の原因は、前記の金属体が集積回路と、集積回路か
ら急速に熱を奪い取るに十分な面積で接触していないこ
とである。冷却表面積の不足は、基板全体に吸熱器を製
造する複雑性に由来する。すなわち、基板の全表面形状
に対して流体チャネルを安価に製造することがあまりに
困難なため、回路モジュールの頂部のみが冷却される。
流体チャネルはまた、所定数の電子モジュールを実装す
る流体チャネル／基板組立品の数を最少にするために、
一般的に大きな平面の回路基板の上で使用されるだけで
ある。この結果、信号が、別の基板との間の短い距離よ
りずっと長い単一基板上の距離を通じて伝送されるの
で、信号伝送時間が長くなる。相互接続された複数の基
板の三次元配列は、二次元の平面配線と比較して、信号
時間を短くする。
流れが入った熱伝導性金属体の近くに置くことに関す
る。この流体流れは熱を除去するが、集積回路を冷却剤
の中に浸漬するものではない。このシステムの長所は、
冷却剤中への集積回路浸漬の信頼性の問題を無くするこ
とである。この冷却法による問題は、回路からの熱除去
が浸漬技法ほど効率的でないことである。この冷却効率
不足の原因は、前記の金属体が集積回路と、集積回路か
ら急速に熱を奪い取るに十分な面積で接触していないこ
とである。冷却表面積の不足は、基板全体に吸熱器を製
造する複雑性に由来する。すなわち、基板の全表面形状
に対して流体チャネルを安価に製造することがあまりに
困難なため、回路モジュールの頂部のみが冷却される。
流体チャネルはまた、所定数の電子モジュールを実装す
る流体チャネル／基板組立品の数を最少にするために、
一般的に大きな平面の回路基板の上で使用されるだけで
ある。この結果、信号が、別の基板との間の短い距離よ
りずっと長い単一基板上の距離を通じて伝送されるの
で、信号伝送時間が長くなる。相互接続された複数の基
板の三次元配列は、二次元の平面配線と比較して、信号
時間を短くする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電子
装置のパッケージ密度を向上させることである。
装置のパッケージ密度を向上させることである。
【０００６】本発明のさらに１つの目的は、密にパック
された回路基板を効率的に冷却することによって、パッ
ケージ密度を向上させることである。
された回路基板を効率的に冷却することによって、パッ
ケージ密度を向上させることである。
【０００７】本発明の別の１つの目的は、密にパックさ
れた回路基板を均一に冷却することである。
れた回路基板を均一に冷却することである。
【０００８】本発明のなお１つの目的は、冷却剤が回路
基板構成要素に物理的に接触することなく、密にパック
された回路基板を冷却することである。
基板構成要素に物理的に接触することなく、密にパック
された回路基板を冷却することである。
【０００９】本発明のなお別の目的は、回路基板の間の
相互接続性を向上させることである。
相互接続性を向上させることである。
【００１０】本発明のなおさらに１つの目的は、密にパ
ックされた回路基板の上の回路間の信号遅延時間を短縮
することである。
ックされた回路基板の上の回路間の信号遅延時間を短縮
することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、回路基板構成
要素を冷却流体にさらすことなく、回路基板から熱を除
去するための、より大きな表面接触面積を提供する。こ
れは、隣接する回路基板の間の熱伝導可撓薄膜を圧縮す
ることによって達成される。この可撓薄膜は冷却流体を
含み、この流体は可撓薄膜をポンプによって送入、送出
される。薄膜は、回路基板構成要素を冷却流体から隔離
し、個別の回路基板の表面に適合するに十分な可撓性を
持つ。薄膜の可撓性によって、構成要素は冷却剤が回路
基板と直接接触しているかのように、じゃま板として作
用できるので、薄膜を通過する冷却流体は回路構成要素
から熱を均一に除去する。薄膜はまた、熱伝導性がある
ので、回路基板からの熱を流体に効率的に伝える。薄膜
材料の熱伝導率が高いほど、回路基板に必要な冷却剤の
流量は少ない。詳しくは、薄膜は、熱伝導率が高く、冷
却剤の浸透性に対して高い抵抗性を持つ材料で形成され
ている。
要素を冷却流体にさらすことなく、回路基板から熱を除
去するための、より大きな表面接触面積を提供する。こ
れは、隣接する回路基板の間の熱伝導可撓薄膜を圧縮す
ることによって達成される。この可撓薄膜は冷却流体を
含み、この流体は可撓薄膜をポンプによって送入、送出
される。薄膜は、回路基板構成要素を冷却流体から隔離
し、個別の回路基板の表面に適合するに十分な可撓性を
持つ。薄膜の可撓性によって、構成要素は冷却剤が回路
基板と直接接触しているかのように、じゃま板として作
用できるので、薄膜を通過する冷却流体は回路構成要素
から熱を均一に除去する。薄膜はまた、熱伝導性がある
ので、回路基板からの熱を流体に効率的に伝える。薄膜
材料の熱伝導率が高いほど、回路基板に必要な冷却剤の
流量は少ない。詳しくは、薄膜は、熱伝導率が高く、冷
却剤の浸透性に対して高い抵抗性を持つ材料で形成され
ている。
【００１２】個々の薄膜は、隣接する回路基板の間に挟
まれ格納されており、流体圧と回路基板間隔の組合せが
薄膜の回路基板表面への適合を維持している。ハウジン
グ内の個々の回路基板は、エッジ・コネクタ（すなわち
辺コネクタ）と４つの側面全てで電気的に接続され、ま
たハウジングから個別に取外し可能である。冷却薄膜へ
の流体流は、薄膜の縁部分を通じて、また回路基板の４
隅で回路基板の間に維持されている。回路基板間のこの
冷却薄膜積層物は、各々がそれぞれ電気的接続と冷却連
結を有し、高い熱除去能力があるために、回路基板上の
回路構成要素の効率的なパッケージを可能にする。さら
に、流体流が冷却薄膜の隅に固定されるので、回路基板
の４つのエッジ（すなわち辺）全ては、他の回路基板と
の相互接続に利用できる。この追加の相互接続適応性
は、本発明によるパッケージ密度をさらに高める。
まれ格納されており、流体圧と回路基板間隔の組合せが
薄膜の回路基板表面への適合を維持している。ハウジン
グ内の個々の回路基板は、エッジ・コネクタ（すなわち
辺コネクタ）と４つの側面全てで電気的に接続され、ま
たハウジングから個別に取外し可能である。冷却薄膜へ
の流体流は、薄膜の縁部分を通じて、また回路基板の４
隅で回路基板の間に維持されている。回路基板間のこの
冷却薄膜積層物は、各々がそれぞれ電気的接続と冷却連
結を有し、高い熱除去能力があるために、回路基板上の
回路構成要素の効率的なパッケージを可能にする。さら
に、流体流が冷却薄膜の隅に固定されるので、回路基板
の４つのエッジ（すなわち辺）全ては、他の回路基板と
の相互接続に利用できる。この追加の相互接続適応性
は、本発明によるパッケージ密度をさらに高める。
【００１３】
【実施例】図１は、本発明による好ましい実施例の断面
図を示す。頂部母板１０はエッジ・コネクタ２７、２
９、３１を含み、これらはそれぞれカード１５、２０、
２５の頂部エッジに結合している。板１５、２０、２５
は、片側または両側に取り付けられた集積回路を有す
る。冷却薄膜３５は、基板１５、２０の間で圧縮され
る。冷却薄膜４０は、基板２０、２５の間で圧縮され
る。基板１５、２０、２５は側エッジと底エッジを有
し、これらのエッジはそれぞれ側母板８と６（図示せ
ず）に結合し、そして底母板４（図示せず）に結合して
いる。母板４、６、８は、母板１０と同じ方法で、板１
５、２０、２５と結合している。
図を示す。頂部母板１０はエッジ・コネクタ２７、２
９、３１を含み、これらはそれぞれカード１５、２０、
２５の頂部エッジに結合している。板１５、２０、２５
は、片側または両側に取り付けられた集積回路を有す
る。冷却薄膜３５は、基板１５、２０の間で圧縮され
る。冷却薄膜４０は、基板２０、２５の間で圧縮され
る。基板１５、２０、２５は側エッジと底エッジを有
し、これらのエッジはそれぞれ側母板８と６（図示せ
ず）に結合し、そして底母板４（図示せず）に結合して
いる。母板４、６、８は、母板１０と同じ方法で、板１
５、２０、２５と結合している。
【００１４】図２は、本発明による好ましい実施例の１
部分の側面図を示す。母板４、６、８、１０は、複数の
エッジ・コネクタ２７を通じて集積回路１５を保持す
る。エッジ・コネクタ２７、２９、３１は、一般的には
（しかし必ずではない）板１５、２０、２５の両側を母
板４、６、８、１０に結合させる。これらの母板は、サ
イド・レール部材４５を通じて母板のエッジで互いに機
械的に結合されている。冷却薄膜３５は、回路基板１５
に対抗して設けられている。冷却薄膜３５には、４つの
流体管５０、５２、５４、５６がある。各管はサイド・
レール部材４５の中の開口４７にかん合している。いっ
たんハウジングの外側が母板４、６、８、１０によって
形成されると、前記の管は従来の冷却剤供給ポンプ・シ
ステム（図示せず）に連結される。ポンプ・システムは
一般的には、必要ではないが、再循環を行っている。流
体管５０、５２は冷却流体を冷却薄膜３５の中にポンプ
給送する。流体管５４、５６は冷却流体を冷却薄膜３５
からポンプ送出する。冷却流体は、空気、水、または油
やクロロフルオロカーボンなどの誘電液を含めて、種々
の流体とすることができる。流体は冷却薄膜３５を通じ
てポンプ給送され、薄膜は回路板１５上の電気的構成要
素と接触し、こうして、構成要素から生じる熱は流体に
伝達されて、回路基板から除去される。
部分の側面図を示す。母板４、６、８、１０は、複数の
エッジ・コネクタ２７を通じて集積回路１５を保持す
る。エッジ・コネクタ２７、２９、３１は、一般的には
（しかし必ずではない）板１５、２０、２５の両側を母
板４、６、８、１０に結合させる。これらの母板は、サ
イド・レール部材４５を通じて母板のエッジで互いに機
械的に結合されている。冷却薄膜３５は、回路基板１５
に対抗して設けられている。冷却薄膜３５には、４つの
流体管５０、５２、５４、５６がある。各管はサイド・
レール部材４５の中の開口４７にかん合している。いっ
たんハウジングの外側が母板４、６、８、１０によって
形成されると、前記の管は従来の冷却剤供給ポンプ・シ
ステム（図示せず）に連結される。ポンプ・システムは
一般的には、必要ではないが、再循環を行っている。流
体管５０、５２は冷却流体を冷却薄膜３５の中にポンプ
給送する。流体管５４、５６は冷却流体を冷却薄膜３５
からポンプ送出する。冷却流体は、空気、水、または油
やクロロフルオロカーボンなどの誘電液を含めて、種々
の流体とすることができる。流体は冷却薄膜３５を通じ
てポンプ給送され、薄膜は回路板１５上の電気的構成要
素と接触し、こうして、構成要素から生じる熱は流体に
伝達されて、回路基板から除去される。
【００１５】図１及び図２に示す電子回路板パッキング
の形式は、回路基板から熱を除去するには極めて効率的
である。このパッキング形式によって、基板の間の空間
は非常に小さくすることができる。したがって、電子回
路の容積的パッキング密度は、空冷システムと比較して
高い。この高効率の理由は、回路基板間に直接的に閉じ
込められた強制流体流にある。回路基板が互いに接近し
ていても、入口ノズル５０、５２、及び出口ノズル５
４、５６により、回路基板間の活動的な流体流は維持さ
れる。従来型のシステムでは、回路板どうしの密な接近
は、冷却流体（水、空気などのいずれか）の直接の流れ
を阻害し、従ってシステムの熱除去能力の大きな制限と
なる。
の形式は、回路基板から熱を除去するには極めて効率的
である。このパッキング形式によって、基板の間の空間
は非常に小さくすることができる。したがって、電子回
路の容積的パッキング密度は、空冷システムと比較して
高い。この高効率の理由は、回路基板間に直接的に閉じ
込められた強制流体流にある。回路基板が互いに接近し
ていても、入口ノズル５０、５２、及び出口ノズル５
４、５６により、回路基板間の活動的な流体流は維持さ
れる。従来型のシステムでは、回路板どうしの密な接近
は、冷却流体（水、空気などのいずれか）の直接の流れ
を阻害し、従ってシステムの熱除去能力の大きな制限と
なる。
【００１６】本発明のパッケージ構造は、ハウジングの
隅を通過する冷却流体流によって、回路基板が回路相互
接続用の４つのエッジをすべて利用することができるの
で、高い容量密度を有する。したがって、電子回路を高
度に相互接続された三次元構成でパッケージすることが
できる。この三次元相互接続構造は、回路用の適切な温
度範囲を維持するために使用される平面パッケージによ
って起こる信号伝送遅延を減少させる。信号伝送遅延の
減少は、これらの信号遅延の駆動に要する動力を減少さ
せ、したがって回路冷却能力をさらに向上させる。
隅を通過する冷却流体流によって、回路基板が回路相互
接続用の４つのエッジをすべて利用することができるの
で、高い容量密度を有する。したがって、電子回路を高
度に相互接続された三次元構成でパッケージすることが
できる。この三次元相互接続構造は、回路用の適切な温
度範囲を維持するために使用される平面パッケージによ
って起こる信号伝送遅延を減少させる。信号伝送遅延の
減少は、これらの信号遅延の駆動に要する動力を減少さ
せ、したがって回路冷却能力をさらに向上させる。
【００１７】本発明では、冷却薄膜は、回路基板表面に
対して圧力を与える。この圧力は、薄膜表面を回路基板
表面に適合させるのみならず、回路基板の間の流体の流
速を促進するものである。出口ノズル流に対して入口ノ
ズル流を増加させると、圧力と流体流速が増加し、した
がって熱除去率が増加する。制御された流体流速は、従
来技術に較べて、本発明の熱除去効率を著しく向上させ
る。さらに冷却剤と適合薄膜は、個々の電気的構成要素
と隣接する、または対面する構成要素から発する磁界か
ら隔離するためのシールドを提供する。
対して圧力を与える。この圧力は、薄膜表面を回路基板
表面に適合させるのみならず、回路基板の間の流体の流
速を促進するものである。出口ノズル流に対して入口ノ
ズル流を増加させると、圧力と流体流速が増加し、した
がって熱除去率が増加する。制御された流体流速は、従
来技術に較べて、本発明の熱除去効率を著しく向上させ
る。さらに冷却剤と適合薄膜は、個々の電気的構成要素
と隣接する、または対面する構成要素から発する磁界か
ら隔離するためのシールドを提供する。
【００１８】図２は本発明の１つの実施例を示す。流体
流は頂部から底部に向かい、２つの頂部入口ノズルと２
つの底部出口ノズルの計４つのノズルから生ずる。これ
らのノズルの数、配置、及び大きさを、流速つまり循環
速度を増加させるために変えることができる。たとえ
ば、１つの入口ノズルと出口ノズルを冷却薄膜の頂部エ
ッジの上に置き、１つの入口ノズルと出口ノズルを薄膜
の底部エッジの上に置くことができる。ノズル配置の他
の変形としては、入口を薄膜の側部に置き、出口を薄膜
の頂部エッジと底部エッジに置くことである。さらに、
ノズルの大きさは流体流を増減するために変化させるこ
ともできる。しかしながらノズルの形状は、ノズルが基
板の間の空間を最小にするように、加圧状態の薄膜の幅
よりも広くなく、回路基板間の空間幅より小さく、流体
流を維持するように最大の断面積を有する、というもの
でなければならない。図２に示すノズルは、この基準を
満たすように長円形であり、図１に示すように 5.08 mm
の基板間ピッチを容易にする。
流は頂部から底部に向かい、２つの頂部入口ノズルと２
つの底部出口ノズルの計４つのノズルから生ずる。これ
らのノズルの数、配置、及び大きさを、流速つまり循環
速度を増加させるために変えることができる。たとえ
ば、１つの入口ノズルと出口ノズルを冷却薄膜の頂部エ
ッジの上に置き、１つの入口ノズルと出口ノズルを薄膜
の底部エッジの上に置くことができる。ノズル配置の他
の変形としては、入口を薄膜の側部に置き、出口を薄膜
の頂部エッジと底部エッジに置くことである。さらに、
ノズルの大きさは流体流を増減するために変化させるこ
ともできる。しかしながらノズルの形状は、ノズルが基
板の間の空間を最小にするように、加圧状態の薄膜の幅
よりも広くなく、回路基板間の空間幅より小さく、流体
流を維持するように最大の断面積を有する、というもの
でなければならない。図２に示すノズルは、この基準を
満たすように長円形であり、図１に示すように 5.08 mm
の基板間ピッチを容易にする。
【００１９】冷却薄膜３５は、厚さ 0.0508 mm のポリ
エステルを基材とするポリウレタン膜で形成されてい
る。薄膜材料の選定は、材料関連の要素を考慮したシス
テムに対する相対的重要性に依存する。ポリウレタン膜
は高価ではなく、容易に加熱封止でき、非常に順応性が
あり、また強度が高い。ポリウレタン材料より高い熱伝
達を要求するシステムでさえも、金属とプラスチックの
積層物を薄膜材料として容易に採用できる。積層物は、
一連のポリウレタン膜の間に一連の金属膜をはさみ込ん
だものである。この積層物は比較的高い熱伝導率を有す
るが、順応性は低い。薄膜材料として有用な他の材料
は、パリレン膜、フルオロハロカーボン、及びプラスチ
ック強化腐食金属フォイルである。薄膜材料の選択はま
た、冷却剤材料の選択によっても影響される。水はポリ
エステルを基材とするポリウレタンとは反応しないの
で、薄膜材料と共存できる。空気を用いることもでき
る。これとは逆に、フルオロカーボン、シリコン油、ま
たは液体窒素などの他の利用可能な冷却流体は、薄膜材
料と反応することがあり、冷却流体と薄膜材料のいずれ
もが劣化し、したがってシステムの冷却効率を減ずる。
冷却薄膜３５はまた、アルミニウム、銅、またはステン
レス鋼などの熱伝導率の高い材料のメタル・ウール・タ
イプの充填物を有することもある。この材料の薄膜内壁
に対する自然のばね力が、薄膜壁の熱伝導率を高めるこ
とになる。このような熱伝導率の向上は、ポリマー・タ
イプまたは金属タイプの薄膜材料のいずれにも有用であ
る。
エステルを基材とするポリウレタン膜で形成されてい
る。薄膜材料の選定は、材料関連の要素を考慮したシス
テムに対する相対的重要性に依存する。ポリウレタン膜
は高価ではなく、容易に加熱封止でき、非常に順応性が
あり、また強度が高い。ポリウレタン材料より高い熱伝
達を要求するシステムでさえも、金属とプラスチックの
積層物を薄膜材料として容易に採用できる。積層物は、
一連のポリウレタン膜の間に一連の金属膜をはさみ込ん
だものである。この積層物は比較的高い熱伝導率を有す
るが、順応性は低い。薄膜材料として有用な他の材料
は、パリレン膜、フルオロハロカーボン、及びプラスチ
ック強化腐食金属フォイルである。薄膜材料の選択はま
た、冷却剤材料の選択によっても影響される。水はポリ
エステルを基材とするポリウレタンとは反応しないの
で、薄膜材料と共存できる。空気を用いることもでき
る。これとは逆に、フルオロカーボン、シリコン油、ま
たは液体窒素などの他の利用可能な冷却流体は、薄膜材
料と反応することがあり、冷却流体と薄膜材料のいずれ
もが劣化し、したがってシステムの冷却効率を減ずる。
冷却薄膜３５はまた、アルミニウム、銅、またはステン
レス鋼などの熱伝導率の高い材料のメタル・ウール・タ
イプの充填物を有することもある。この材料の薄膜内壁
に対する自然のばね力が、薄膜壁の熱伝導率を高めるこ
とになる。このような熱伝導率の向上は、ポリマー・タ
イプまたは金属タイプの薄膜材料のいずれにも有用であ
る。
【００２０】集積回路基板１５、２０、２５は、それぞ
れエッジ・コネクタ２７、２９、３１を介して、母板１
０の頂部エッジに連結されている。エッジ・コネクタ
は、当技術分野では一般であるエラストマ・タイプの高
密度エッジ・コネクタである。これらのコネクタは物理
的に、回路基板の間の空間をせまくすることができる。
コネクタ２７は母板１０に取り付けられており、母板１
０の上に形成された回路パターンをコネクタ２９または
３１などの他のコネクタに相互接続する。同様に、母板
４、６、８も、エッジ・コネクタ２７、２９、３１を互
いに他のエッジ・コネクタ及び回路基板と接続する。比
較的低効率の空冷には基板の間の空間は必要としないの
で、パッケージの物理的寸法は小さくなる。基板の間の
空間への、及びその空間からの空気流を供給するために
は基板のエッジは使用されないので、相互接続性は増加
する。したがって、基板は２つではなく４つのエッジ全
てに接続部を有する。相互接続性の増加は、パッケージ
の寸法もさらに小さくする。典型的には、離間距離は図
１に示すように、5.08 mm の回路基板ピッチまで減少す
ることができ、各基板は高さ 1.524 mm の電気的構成要
素を有する。
れエッジ・コネクタ２７、２９、３１を介して、母板１
０の頂部エッジに連結されている。エッジ・コネクタ
は、当技術分野では一般であるエラストマ・タイプの高
密度エッジ・コネクタである。これらのコネクタは物理
的に、回路基板の間の空間をせまくすることができる。
コネクタ２７は母板１０に取り付けられており、母板１
０の上に形成された回路パターンをコネクタ２９または
３１などの他のコネクタに相互接続する。同様に、母板
４、６、８も、エッジ・コネクタ２７、２９、３１を互
いに他のエッジ・コネクタ及び回路基板と接続する。比
較的低効率の空冷には基板の間の空間は必要としないの
で、パッケージの物理的寸法は小さくなる。基板の間の
空間への、及びその空間からの空気流を供給するために
は基板のエッジは使用されないので、相互接続性は増加
する。したがって、基板は２つではなく４つのエッジ全
てに接続部を有する。相互接続性の増加は、パッケージ
の寸法もさらに小さくする。典型的には、離間距離は図
１に示すように、5.08 mm の回路基板ピッチまで減少す
ることができ、各基板は高さ 1.524 mm の電気的構成要
素を有する。
【００２１】回路基板と母板は、構造的に４つのサイド
・レール４５及び２つのエンド・プレート６０によって
接続され、図３に示すパッケージ・フレーム１００を形
成する。サイド・レール４５は、２つのエンド・プレー
ト６０への取付けによって三次元構造を形成する。反対
側に面するエンド・プレート６０は、サイド・レール４
５によって接合されたそれぞれの隅を有する。各サイド
・レール４５は２つの母板１０のエッジと結合するの
で、４つのサイド・レール４５によってエッジに接合さ
れた４つの母板１０は１つの容積を囲む。サイド・レー
ル４５は９０度の角度の断面を有し、押出し成形された
アルミニウムなどで作られることがある。各サイド・レ
ールは複数の長さ方向のセクションで形成され、各セク
ションは、その２つの隣接セクションにねじまたは他の
方法で着脱可能に接合されている。これは図４に示され
ており、ここではセクションｉ−１、ｉ、ｉ＋１が端ど
うしで接合され、サイド・レール４５を形成する。この
実施例はセクション当り１つの基板を有するが、セクシ
ョン当りもっと多くの基板を有することもできる。各セ
クション間の各接続はまた、１つのスロットを形成し
て、基板の隅で単一基板を構造的に保持する。スロット
は適切に個々の基板を離間させ、エッジ・コネクタの構
造サポートの先に、基板のための追加の構造サポートを
提供する。サイド・レール４５の各セクションは、薄膜
からの冷却剤管のための開口４７を有する。セクション
当り２つ以上の基板を使用する場合には、各基板の間に
冷却薄膜を維持するために、冷却剤管のためにより多く
のスロットを準備しなければならない。基板を外すに
は、サイド・レール４５を基板用のセクションで取り外
す。各基板に対する冷却は個々の薄膜によって維持され
るので、冷却システムの全体が前記の動作によって影響
されることはない。
・レール４５及び２つのエンド・プレート６０によって
接続され、図３に示すパッケージ・フレーム１００を形
成する。サイド・レール４５は、２つのエンド・プレー
ト６０への取付けによって三次元構造を形成する。反対
側に面するエンド・プレート６０は、サイド・レール４
５によって接合されたそれぞれの隅を有する。各サイド
・レール４５は２つの母板１０のエッジと結合するの
で、４つのサイド・レール４５によってエッジに接合さ
れた４つの母板１０は１つの容積を囲む。サイド・レー
ル４５は９０度の角度の断面を有し、押出し成形された
アルミニウムなどで作られることがある。各サイド・レ
ールは複数の長さ方向のセクションで形成され、各セク
ションは、その２つの隣接セクションにねじまたは他の
方法で着脱可能に接合されている。これは図４に示され
ており、ここではセクションｉ−１、ｉ、ｉ＋１が端ど
うしで接合され、サイド・レール４５を形成する。この
実施例はセクション当り１つの基板を有するが、セクシ
ョン当りもっと多くの基板を有することもできる。各セ
クション間の各接続はまた、１つのスロットを形成し
て、基板の隅で単一基板を構造的に保持する。スロット
は適切に個々の基板を離間させ、エッジ・コネクタの構
造サポートの先に、基板のための追加の構造サポートを
提供する。サイド・レール４５の各セクションは、薄膜
からの冷却剤管のための開口４７を有する。セクション
当り２つ以上の基板を使用する場合には、各基板の間に
冷却薄膜を維持するために、冷却剤管のためにより多く
のスロットを準備しなければならない。基板を外すに
は、サイド・レール４５を基板用のセクションで取り外
す。各基板に対する冷却は個々の薄膜によって維持され
るので、冷却システムの全体が前記の動作によって影響
されることはない。
【００２２】
【発明の効果】本発明は、密にパックされた回路基板を
効率的に冷却し、パッケージ密度を向上させることがで
きる。
効率的に冷却し、パッケージ密度を向上させることがで
きる。
【図１】本発明による好ましい実施例の断面図である。
【図２】本発明による好ましい実施例の側面図である。
【図３】本発明のパッケージ・フレーム１００を示す図
である。
である。
【図４】本発明のサイド・レール４５を示す図である。
４ 母板 ６ 母板 ８ 母板 １０ 母板 １５ 回路基板 ２０ 回路基板 ２５ 回路基板 ２７ エッジ・コネクタ ２９ エッジ・コネクタ ３１ エッジ・コネクタ ３５ 冷却薄膜 ４５ サイド・レール ５０ 流体管の入口ノズル ５２ 流体管の入口ノズル ５４ 流体管の出口ノズル ５６ 流体管の出口ノズル ６０ エンド・プレート １００ パッケージ・フレーム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−178348（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−211257（ＪＰ，Ａ) 実開 昭57−17198（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−53990（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭53−164654（ＪＰ，Ｕ)
Claims (4)
- 【請求項１】各々が少なくとも３つの辺および３つの隅
を持ち、隣接する相互間に一定の空間を形成するように
１つのフレームに取り付けられた複数の回路基板と、 前記回路基板の間の前記空間に挿入された、前記複数の
回路基板の表面形状と前記回路基板間空間とに整合でき
る単一表面、および冷却剤流体を循環させるための少な
くとも１つの入口ノズルおよび１つの出口ノズルを有す
る複数の冷却薄膜と、 前記複数の回路基板の各々の少なくとも１つの辺を接続
するための接続部を有する複数の母板と、 前記複数の回路基板に対し直角の位置関係をなすように
前記複数の母板および前記複数回路基板を支える、前記
フレームに備えられた複数のサイド・レールと、 を備
え、前記の冷却剤流体は、前記複数の冷却薄膜内を循環
する際、前記複数の冷却薄膜の各々を加圧して、この加
圧が前記回路基板と冷却薄膜の前記表面との接触面積を
増加するようにした回路基板冷却装置。 - 【請求項２】前記冷却薄膜の表面が、ポリウレタン、フ
ルオロハロカーボン、および金属およびプラスチックの
積層物からなる群から選択される請求項１記載の回路基
板冷却装置。 - 【請求項３】前記冷却剤流体が、空気、水、フルオロカ
ーボン、シリコン油、液体窒素からなる群から選択され
る請求項１記載の回路基板冷却装置。 - 【請求項４】前記複数の冷却薄膜の少なくとも１つが、
前記冷却薄膜の熱伝導率を向上させるためのメタル・ウ
ール充填物を含む請求項１記載の回路基板冷却装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US57044190A | 1990-08-21 | 1990-08-21 | |
| US570441 | 1990-08-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04233798A JPH04233798A (ja) | 1992-08-21 |
| JP2514281B2 true JP2514281B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=24279661
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3189606A Expired - Lifetime JP2514281B2 (ja) | 1990-08-21 | 1991-07-04 | 回路基板冷却装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0472269B1 (ja) |
| JP (1) | JP2514281B2 (ja) |
| DE (1) | DE69112543D1 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SE504430C2 (sv) * | 1995-06-20 | 1997-02-10 | Ericsson Telefon Ab L M | Magasin |
| DE10004474B4 (de) * | 2000-02-02 | 2006-04-13 | Rittal Gmbh & Co. Kg | Kühlvorrichtung |
| US6690578B2 (en) * | 2000-02-02 | 2004-02-10 | Rittal Gmbh & Co. Kg | Cooling device |
| GB2360578A (en) * | 2000-03-22 | 2001-09-26 | Continental Microwave Ltd | Cooling electric circuits |
| US7872867B2 (en) * | 2008-09-02 | 2011-01-18 | International Business Machines Corporation | Cooling system for an electronic component system cabinet |
| US10111363B2 (en) * | 2014-12-04 | 2018-10-23 | Microsoft Technology Licensing, Llc | System for effectively transfering heat from electronic devices and method for forming the same |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2345626C3 (de) * | 1973-09-10 | 1978-05-24 | Siemens Ag, 1000 Berlin Und 8000 Muenchen | Einrichtung zum Kühlen elektronischer Geräte |
| JPS5717198U (ja) * | 1980-07-04 | 1982-01-28 | ||
| JPS57178348A (en) * | 1981-04-27 | 1982-11-02 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Cooling unit for semiconductor integrated circuit device |
| JPS57211257A (en) * | 1981-06-23 | 1982-12-25 | Hitachi Ltd | Cooling device for semiconductor device |
| US4594862A (en) * | 1984-01-21 | 1986-06-17 | British Aerospace Public Limited Company | Heat transfer arrangement |
-
1991
- 1991-06-14 EP EP19910305394 patent/EP0472269B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1991-06-14 DE DE69112543T patent/DE69112543D1/de not_active Expired - Lifetime
- 1991-07-04 JP JP3189606A patent/JP2514281B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE69112543D1 (de) | 1995-10-05 |
| EP0472269A2 (en) | 1992-02-26 |
| EP0472269B1 (en) | 1995-08-30 |
| JPH04233798A (ja) | 1992-08-21 |
| EP0472269A3 (en) | 1992-04-08 |
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