JP3085438B2 - 冷却モジュール - Google Patents
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
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- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、空冷または水冷による
冷却モジュール、具体的には、ワークステーション・デ
バイスから大型の並列処理システムにわたる広い範囲の
コンピュータ・システムに使用できる融通性の高い冷却
装置に関する。本発明により、低コストで信頼性の高い
冷却装置を提供し、コンピュータの設置場所において、
システム・ダウンをともなうことなく、冷却能力の融通
性を向上させることができる。
冷却モジュール、具体的には、ワークステーション・デ
バイスから大型の並列処理システムにわたる広い範囲の
コンピュータ・システムに使用できる融通性の高い冷却
装置に関する。本発明により、低コストで信頼性の高い
冷却装置を提供し、コンピュータの設置場所において、
システム・ダウンをともなうことなく、冷却能力の融通
性を向上させることができる。
【０００２】
【従来の技術】今日、客先のワークステーションの設置
は、複数のコンピュータ・システムをつなげて使用する
傾向が強くなっている。典型的には、ローカルエリア・
ネットワーク（LAN）の形態をとることにより、ユーザ
間の協働を容易にし、各々のコンピュータ・システムを
最大限有効利用することができるようにしている。さら
に、ワークステーション群をいくつか結合させて疎結合
並列処理システムを形成する場合もある。また、多数の
ワークステーション・プロセサをまとめて実装して大型
の並列処理スーパー・コンピュータ・システムを構成す
る場合もある。上記のことから、電子回路板レベルのサ
ブ・アセンブリを結合して大型機を構成することが今日
のコンピュータ業界の１つの傾向といえる。
は、複数のコンピュータ・システムをつなげて使用する
傾向が強くなっている。典型的には、ローカルエリア・
ネットワーク（LAN）の形態をとることにより、ユーザ
間の協働を容易にし、各々のコンピュータ・システムを
最大限有効利用することができるようにしている。さら
に、ワークステーション群をいくつか結合させて疎結合
並列処理システムを形成する場合もある。また、多数の
ワークステーション・プロセサをまとめて実装して大型
の並列処理スーパー・コンピュータ・システムを構成す
る場合もある。上記のことから、電子回路板レベルのサ
ブ・アセンブリを結合して大型機を構成することが今日
のコンピュータ業界の１つの傾向といえる。
【０００３】従って、ワークステーション、ワークステ
ーション・クラスター、あるいは並列処理システムにこ
れらのサブ・アセンブリを使用して構成が組めるように
することは非常に望ましいことである。しかし、これら
の多様なシステムの冷却要求はそれぞれ異なる。それに
もかかわらず、広い範囲の計算機デバイスをカバーし、
しかも融通性が高く、フィールドでアップグレードで
き、しかも費用が高くない冷却方法が望まれている。
ーション・クラスター、あるいは並列処理システムにこ
れらのサブ・アセンブリを使用して構成が組めるように
することは非常に望ましいことである。しかし、これら
の多様なシステムの冷却要求はそれぞれ異なる。それに
もかかわらず、広い範囲の計算機デバイスをカバーし、
しかも融通性が高く、フィールドでアップグレードで
き、しかも費用が高くない冷却方法が望まれている。
【０００４】先進的なプロセサ回路モジュールを冷却す
る可能性の１つは、平行に配置した熱伝導性プレート
（フィンともいう）をヒートシンクとして使うことであ
る。電子部品から発生した熱は、プレートの中に導か
れ、縦横比の大きいプレートの間の流路内の強制的な空
気の流れの中を通って消散される。将来のシステムで、
モジュールあたりの電力レベルが増えるにつれ、独立し
ているか大きなLANの一部であるかを問わず、限られた
ワークスペースに置かれた多くのシステムから消散され
た熱が合わされると、システムが設置されている部屋の
空調装置の能力を超えることが起こる。このような場合
に、中央冷却材分配装置からの冷却水を使って液体冷却
方式に切り換えることが望ましい。また、このような場
合に、大規模な並列処理システムを冷却するのに、サブ
・アセンブリによって空冷か水冷かを選択できればなお
望ましい。
る可能性の１つは、平行に配置した熱伝導性プレート
（フィンともいう）をヒートシンクとして使うことであ
る。電子部品から発生した熱は、プレートの中に導か
れ、縦横比の大きいプレートの間の流路内の強制的な空
気の流れの中を通って消散される。将来のシステムで、
モジュールあたりの電力レベルが増えるにつれ、独立し
ているか大きなLANの一部であるかを問わず、限られた
ワークスペースに置かれた多くのシステムから消散され
た熱が合わされると、システムが設置されている部屋の
空調装置の能力を超えることが起こる。このような場合
に、中央冷却材分配装置からの冷却水を使って液体冷却
方式に切り換えることが望ましい。また、このような場
合に、大規模な並列処理システムを冷却するのに、サブ
・アセンブリによって空冷か水冷かを選択できればなお
望ましい。
【０００５】冷却要求は最初にシステムを設置したとき
から存在するが、大規模な並列処理システムのようにプ
ロセサの数が増えていく場合を考えると、冷却能力に融
通性を持たせることが望ましいことがわかる。比較的小
型のシステムから出る熱量全体は環境中に消散させる
か、あるいは、建物の空調装置で制御することはでき
る。しかし、小さな体積中に何百何千というプロセサの
サブ・アセンブリを実装した大型システムから出る熱量
はあまりに大きすぎ（数百キロワット）、部屋の空気環
境に直接消散させることは無理になる。
から存在するが、大規模な並列処理システムのようにプ
ロセサの数が増えていく場合を考えると、冷却能力に融
通性を持たせることが望ましいことがわかる。比較的小
型のシステムから出る熱量全体は環境中に消散させる
か、あるいは、建物の空調装置で制御することはでき
る。しかし、小さな体積中に何百何千というプロセサの
サブ・アセンブリを実装した大型システムから出る熱量
はあまりに大きすぎ（数百キロワット）、部屋の空気環
境に直接消散させることは無理になる。
【０００６】また、熱力学の観点から見ると、薄いプレ
ートを使用したヒートシンクは、空冷および水冷（また
は他の液体または冷却剤）双方用に最適化はできない。
従来、この限界のために、広い範囲の性能レベル（ワー
クステーションから大規模の並列処理プロセサ群）のコ
ンピュータ・システムをカバーする冷却装置の設計には
限界があった。
ートを使用したヒートシンクは、空冷および水冷（また
は他の液体または冷却剤）双方用に最適化はできない。
従来、この限界のために、広い範囲の性能レベル（ワー
クステーションから大規模の並列処理プロセサ群）のコ
ンピュータ・システムをカバーする冷却装置の設計には
限界があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、コンピュー
タ・システム用の、空気冷却または液体冷却による変換
可能な冷却モジュールを提供することを目的とする。
タ・システム用の、空気冷却または液体冷却による変換
可能な冷却モジュールを提供することを目的とする。
【０００８】本発明は、また、ワークステーションから
大規模な並列処理システムに至る広い範囲のコンピュー
タ・システムに使用できる、単一の冷却装置を提供する
ことを目的とする。
大規模な並列処理システムに至る広い範囲のコンピュー
タ・システムに使用できる、単一の冷却装置を提供する
ことを目的とする。
【０００９】本発明はさらに、客先のコンピュータ・シ
ステム設置用の冷却装置のコストを下げることを目的と
する。
ステム設置用の冷却装置のコストを下げることを目的と
する。
【００１０】本発明はまた、客先のコンピュータ・シス
テムのシステム・ダウンの時間を大幅に増やさずに、フ
ィールドでのアップグレードができる冷却装置を提供す
ることを目的とする。
テムのシステム・ダウンの時間を大幅に増やさずに、フ
ィールドでのアップグレードができる冷却装置を提供す
ることを目的とする。
【００１１】本発明はさらにまた、コンピュータ・シス
テムの信頼性を上げ、システムの性能を向上すること、
即ち同じコンピュータ・システムでも例えばクロック周
波数を上げることにより、より高いパワーレベルのシス
テムを使用する可能性を増やすことを目的とする。
テムの信頼性を上げ、システムの性能を向上すること、
即ち同じコンピュータ・システムでも例えばクロック周
波数を上げることにより、より高いパワーレベルのシス
テムを使用する可能性を増やすことを目的とする。
【００１２】最後に、広い範囲のコンピュータ・システ
ムで使用されている部品の数を減らし製造コストを下げ
ることも本発明の目的である。
ムで使用されている部品の数を減らし製造コストを下げ
ることも本発明の目的である。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、変換可能な冷
却モジュールを提供することにあり、この冷却モジュー
ルは熱移転のための１つのベース部を備え、このベース
部に固定され互いに平行に配置された熱伝導性の複数の
プレートが、プレートの間に流体流路を画定する。さら
に、この冷却モジュールには、上記の複数のプレートに
直交するように配置された流路分離プレート手段があ
り、プレート間を通る流体流路を２つの異なる流路に分
ける役割をする。これは、この冷却モジュールを囲むア
ダプターの覆いと一緒に使うときに有用なものである。
却モジュールを提供することにあり、この冷却モジュー
ルは熱移転のための１つのベース部を備え、このベース
部に固定され互いに平行に配置された熱伝導性の複数の
プレートが、プレートの間に流体流路を画定する。さら
に、この冷却モジュールには、上記の複数のプレートに
直交するように配置された流路分離プレート手段があ
り、プレート間を通る流体流路を２つの異なる流路に分
ける役割をする。これは、この冷却モジュールを囲むア
ダプターの覆いと一緒に使うときに有用なものである。
【００１４】本発明の１つの具体化は、上記の冷却モジ
ュールが空気流路アダプターを備え、この空気流路アダ
プターは、流路の一端に配置された空気移動手段と、プ
レートの周囲を少なくとも部分的に覆う覆いを持ち、覆
いは流路の他端で環境に開かれているものである。この
アダプターが変換可能な冷却モジュールと共に、上述の
ベース部に熱接触している電子回路サブ・アセンブリを
空気または他の気体で冷却する装置機構を提供する。
ュールが空気流路アダプターを備え、この空気流路アダ
プターは、流路の一端に配置された空気移動手段と、プ
レートの周囲を少なくとも部分的に覆う覆いを持ち、覆
いは流路の他端で環境に開かれているものである。この
アダプターが変換可能な冷却モジュールと共に、上述の
ベース部に熱接触している電子回路サブ・アセンブリを
空気または他の気体で冷却する装置機構を提供する。
【００１５】さらに本発明で、空気流路アダプターの覆
いを取り外し可能にして、上記のプレートとベース部に
密封可能状に配置できる覆いを備えた液体流路アダプタ
ーと変換できるようにする。この覆いにより、プレート
と流路分離プレート手段が一緒になって、プレートの集
合体を通る複数の流路を画定できるように構成する。本
発明の１つの望ましい具体化では、上記の液体流路アダ
プターの覆いにより、液体冷却材（水や冷却材）の流路
が、プレートを通る第１の流路と、その後流路分離プレ
ート手段の反対側を通る逆の方向の流路が作られる。
いを取り外し可能にして、上記のプレートとベース部に
密封可能状に配置できる覆いを備えた液体流路アダプタ
ーと変換できるようにする。この覆いにより、プレート
と流路分離プレート手段が一緒になって、プレートの集
合体を通る複数の流路を画定できるように構成する。本
発明の１つの望ましい具体化では、上記の液体流路アダ
プターの覆いにより、液体冷却材（水や冷却材）の流路
が、プレートを通る第１の流路と、その後流路分離プレ
ート手段の反対側を通る逆の方向の流路が作られる。
【００１６】作業上は、空気流路アダプターの覆いをは
ずし、液体流路アダプターの覆いと簡単に変換できるよ
うにする。従って、上記の設計により、客先に既に設置
され稼働している冷却装置をフィールドで変換できるよ
うにし、システムの設置環境の中断を最小にする。
ずし、液体流路アダプターの覆いと簡単に変換できるよ
うにする。従って、上記の設計により、客先に既に設置
され稼働している冷却装置をフィールドで変換できるよ
うにし、システムの設置環境の中断を最小にする。
【００１７】
【実施例】図１に本発明の冷却モジュール１０の等角図
を示す。冷却モジュール１０は、複数の電子チップデバ
イス２１が搭載されている電子回路板２０とともに使わ
れてヒートシンクの役割を果たす。これらのデバイスか
ら発生した熱は熱伝導によりヒートシンク・ベース１４
（図５に詳細を示す）に移転される。チップ２１とヒー
トシンク・ベース１４の間に配置された薄い熱伝導性の
ペーストの層を使用することにより熱伝導をさらに向上
させることが望ましい。典型的には熱伝導性のペースト
は約5ミル（127ミクロン）の厚さの層として配置され、
その結果、熱伝導性は有意に向上する。
を示す。冷却モジュール１０は、複数の電子チップデバ
イス２１が搭載されている電子回路板２０とともに使わ
れてヒートシンクの役割を果たす。これらのデバイスか
ら発生した熱は熱伝導によりヒートシンク・ベース１４
（図５に詳細を示す）に移転される。チップ２１とヒー
トシンク・ベース１４の間に配置された薄い熱伝導性の
ペーストの層を使用することにより熱伝導をさらに向上
させることが望ましい。典型的には熱伝導性のペースト
は約5ミル（127ミクロン）の厚さの層として配置され、
その結果、熱伝導性は有意に向上する。
【００１８】主たる熱消散機構として熱伝導性プレート
１１がヒートシンク・ベース１４に固定されている。複
数のプレート１１が相互に平行に置かれ、プレートの間
に空気または水の流れの流路を画定する。プレート１１
は図１に示すように高い縦横比を持つように構成するの
が望ましい。こうすることにより、冷却モジュール１０
から流体の流れまでの熱移転のための表面積を大きくす
ることができ、さらに、流体の流れを複数の異なる方向
の流れに区分けるのに役立つ。
１１がヒートシンク・ベース１４に固定されている。複
数のプレート１１が相互に平行に置かれ、プレートの間
に空気または水の流れの流路を画定する。プレート１１
は図１に示すように高い縦横比を持つように構成するの
が望ましい。こうすることにより、冷却モジュール１０
から流体の流れまでの熱移転のための表面積を大きくす
ることができ、さらに、流体の流れを複数の異なる方向
の流れに区分けるのに役立つ。
【００１９】さらに、冷却モジュール１０が頂面プレー
ト１３を持てば構造的に堅固にすることができ、特に高
い縦横比の流路がある場合に有用である。プレート１１
は熱伝導性の高い銅のような物質であることが望まし
い。そのような熱伝導性の優れた物質を使うことによ
り、背の高い、効率の良いプレートが可能になり、通常
の銅または真鍮による配管や要素部品を持つ水冷装置と
両立できる（ガルバニック腐食を起こさない）。
ト１３を持てば構造的に堅固にすることができ、特に高
い縦横比の流路がある場合に有用である。プレート１１
は熱伝導性の高い銅のような物質であることが望まし
い。そのような熱伝導性の優れた物質を使うことによ
り、背の高い、効率の良いプレートが可能になり、通常
の銅または真鍮による配管や要素部品を持つ水冷装置と
両立できる（ガルバニック腐食を起こさない）。
【００２０】プレート１１はヒートシンク・ベース１４
に硬ろう付け、半田付け、その他の通常の方法で付ける
ことができる。ヒートシンク・ベース１４も熱の流れを
よくするために銅のような物質を有することが望まし
い。いままでの記述では、冷却モジュール１０のいくつ
かの部分について述べたが、この構造物は、金属鋳造、
あるいは、下記の文献に記載されているプレートの薄層
化（以下ラミネートまたはラミネーション）の技術によ
って製造することができる。「ヒートシンクによる電子
モジュールの冷却装置」（"Cooling Package with Flow
Through Heat Sinks for Single and Multiーchip Micr
oelectronic Circuit Modules", M. J. Ellsworth, D.
T. Vader, IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol.
34, No.3,pages 290ー293）、「ラミネート・ヒートシン
ク」（"Laminate Heat Sink", H.V. Mahaney, D. T. Va
der, IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 35,
No. 4A, pages 378ー379）、「高さの異なるフィンを備
えたラミネート・ヒートシンク」（"Laminated Heat Si
nk with Variable Fin Heights", IBM Technical Discl
osure Bulletin, Nol. 36, No. 4, pages 43ー44）。
に硬ろう付け、半田付け、その他の通常の方法で付ける
ことができる。ヒートシンク・ベース１４も熱の流れを
よくするために銅のような物質を有することが望まし
い。いままでの記述では、冷却モジュール１０のいくつ
かの部分について述べたが、この構造物は、金属鋳造、
あるいは、下記の文献に記載されているプレートの薄層
化（以下ラミネートまたはラミネーション）の技術によ
って製造することができる。「ヒートシンクによる電子
モジュールの冷却装置」（"Cooling Package with Flow
Through Heat Sinks for Single and Multiーchip Micr
oelectronic Circuit Modules", M. J. Ellsworth, D.
T. Vader, IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol.
34, No.3,pages 290ー293）、「ラミネート・ヒートシン
ク」（"Laminate Heat Sink", H.V. Mahaney, D. T. Va
der, IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 35,
No. 4A, pages 378ー379）、「高さの異なるフィンを備
えたラミネート・ヒートシンク」（"Laminated Heat Si
nk with Variable Fin Heights", IBM Technical Discl
osure Bulletin, Nol. 36, No. 4, pages 43ー44）。
【００２１】本発明の機能上重要なものとして、プレー
ト１１に直交するように配置された流路分離プレート手
段１２がある。分離プレート手段１２は、以下に説明す
るアダプターの覆いと共に使用されるときに、２つの流
路を画定するための機構を提供するものである。分離プ
レート手段１２は、空冷装置を水冷装置にアップグレー
ドするときに重要な役割を果たす。
ト１１に直交するように配置された流路分離プレート手
段１２がある。分離プレート手段１２は、以下に説明す
るアダプターの覆いと共に使用されるときに、２つの流
路を画定するための機構を提供するものである。分離プ
レート手段１２は、空冷装置を水冷装置にアップグレー
ドするときに重要な役割を果たす。
【００２２】本発明の冷却モジュールは、送風装置（フ
ァン）を組み込んだ覆いと共に使用できることは勿論だ
が、覆いなしのファンと使うこともできる。後者の使用
の仕方は冷却要求が比較的軽いか、または、外枠即ち実
装壁がプレートの間の空気の流れを方向づける機能を部
分的または全体的に果たすときに使うことができる。し
かし、よりよく方向づけられた空気の流れを作るため
に、後で覆いをつけることもできる。
ァン）を組み込んだ覆いと共に使用できることは勿論だ
が、覆いなしのファンと使うこともできる。後者の使用
の仕方は冷却要求が比較的軽いか、または、外枠即ち実
装壁がプレートの間の空気の流れを方向づける機能を部
分的または全体的に果たすときに使うことができる。し
かし、よりよく方向づけられた空気の流れを作るため
に、後で覆いをつけることもできる。
【００２３】図１に示したものは、分離プレート手段１
２が一枚しかないが、プレートを複数枚使用して、より
多くの異なる流路をつくることも可能である。このよう
に配置しても、それぞれの流れが隣接する流路に流れを
供給する必要はない。これらのいくつかの構成上の変化
によってコスト、複雑さおよび密封エリアの増大対、流
路に沿ったより均一な温度傾斜との間のトレードオフを
とることができる。
２が一枚しかないが、プレートを複数枚使用して、より
多くの異なる流路をつくることも可能である。このよう
に配置しても、それぞれの流れが隣接する流路に流れを
供給する必要はない。これらのいくつかの構成上の変化
によってコスト、複雑さおよび密封エリアの増大対、流
路に沿ったより均一な温度傾斜との間のトレードオフを
とることができる。
【００２４】図１に示した冷却モジュールの１つの有意
な利点は、向上した冷却能力が提供できる別個の覆いと
共に使用する上で適合性が高いことである。図２に示す
ように、冷却モジュール１０（隠れて見えない）は、両
端に開いている覆い３０によって囲まれている。しか
し、覆い３０の１部は例えばモータ駆動のファンによる
空気移動デバイス即ち送風装置３２が付いているのが望
ましい。このようにして、送風装置３２によって、図１
に示した縦横比の大きいチャネルを通って、空気が強制
されて流れる。また、冷却装置に高い信頼性を持たせる
ためには、図２に示す構成では空気移動手段を二重にす
ることが望ましい（そのような手段が空気流路の入口と
出口に配置されている場合を除いて）。従って、１つの
空気移動手段が故障した場合、補足的な空気の流れを第
２の空気流路機構が行うことができる。この第２の機構
は、１つのファンが故障しても、同じ冷却能力が維持で
きるようにパワーを増やした設計にしておくのが望まし
い。従って、送風装置は、１つはプレート１１の上流
に、他方は下流に付けてプッシュ／プル関係のペアにつ
くることが望ましい。こうすることによって、冷却装置
の信頼性と使用可能性を確実にできる。このようにし
て、２つのうち１つの送風装置が故障しても、それによ
る損失を補うように、もう１つの送風装置が回転数を高
めて動くので、冷却モジュールはいつでも十分に機能す
るように設計される。図２に示すように、覆い３０は、
ヒートシンク・ベース１４に付けられるように結合板３
１を備えていることが望ましい。
な利点は、向上した冷却能力が提供できる別個の覆いと
共に使用する上で適合性が高いことである。図２に示す
ように、冷却モジュール１０（隠れて見えない）は、両
端に開いている覆い３０によって囲まれている。しか
し、覆い３０の１部は例えばモータ駆動のファンによる
空気移動デバイス即ち送風装置３２が付いているのが望
ましい。このようにして、送風装置３２によって、図１
に示した縦横比の大きいチャネルを通って、空気が強制
されて流れる。また、冷却装置に高い信頼性を持たせる
ためには、図２に示す構成では空気移動手段を二重にす
ることが望ましい（そのような手段が空気流路の入口と
出口に配置されている場合を除いて）。従って、１つの
空気移動手段が故障した場合、補足的な空気の流れを第
２の空気流路機構が行うことができる。この第２の機構
は、１つのファンが故障しても、同じ冷却能力が維持で
きるようにパワーを増やした設計にしておくのが望まし
い。従って、送風装置は、１つはプレート１１の上流
に、他方は下流に付けてプッシュ／プル関係のペアにつ
くることが望ましい。こうすることによって、冷却装置
の信頼性と使用可能性を確実にできる。このようにし
て、２つのうち１つの送風装置が故障しても、それによ
る損失を補うように、もう１つの送風装置が回転数を高
めて動くので、冷却モジュールはいつでも十分に機能す
るように設計される。図２に示すように、覆い３０は、
ヒートシンク・ベース１４に付けられるように結合板３
１を備えていることが望ましい。
【００２５】図３に、別の具体化として、水冷に使用す
るのにふさわしい覆いを設置した様子を示す。覆い４０
は、冷却モジュール１０（隠れて見えず）を囲み、供給
マニホールド４２に通ずる液体注入口４６と、マニホー
ルド４４から出ている排水口４７を備えていることが望
ましい。図３の覆い４０の裏側にマニホールド部４３が
あり、これが、マニホールドの上部から液体の流れを受
け、同じ液体の流れを冷却モジュールの底部に供給す
る。
るのにふさわしい覆いを設置した様子を示す。覆い４０
は、冷却モジュール１０（隠れて見えず）を囲み、供給
マニホールド４２に通ずる液体注入口４６と、マニホー
ルド４４から出ている排水口４７を備えていることが望
ましい。図３の覆い４０の裏側にマニホールド部４３が
あり、これが、マニホールドの上部から液体の流れを受
け、同じ液体の流れを冷却モジュールの底部に供給す
る。
【００２６】内部的には、マニホールド４２と４４は流
路分離プレート手段１２（図１）によって区切られてい
るので、液体が直接的にその間を流れることがない。覆
い４０はヒートシンク・ベース１４に密封して付くよう
に結合板４１を持つのが望ましい。このようにして、冷
却モジュール１０を通る流路が、第１の方向とその後逆
の方向につくられる。このようにして、冷却モジュール
１０と覆い４０とにより第１の方向の流路と逆の方向の
流路が画定される。液体の流れは図３に示した流れが望
ましく、こうすることによって、ヒートシンク・ベース
１４に熱接触している電子回路要素に対して均一性の高
い冷却プロセスを提供することができる。
路分離プレート手段１２（図１）によって区切られてい
るので、液体が直接的にその間を流れることがない。覆
い４０はヒートシンク・ベース１４に密封して付くよう
に結合板４１を持つのが望ましい。このようにして、冷
却モジュール１０を通る流路が、第１の方向とその後逆
の方向につくられる。このようにして、冷却モジュール
１０と覆い４０とにより第１の方向の流路と逆の方向の
流路が画定される。液体の流れは図３に示した流れが望
ましく、こうすることによって、ヒートシンク・ベース
１４に熱接触している電子回路要素に対して均一性の高
い冷却プロセスを提供することができる。
【００２７】冷却機能は実質的に冷却モジュール１０に
よって達成できるので、覆い３０と４０は重合体物質で
作ることができる。その種の物質にはポリカーボネート
樹脂のようなプラスチックがある。覆いそのものは軽量
の非熱伝導性物質で作られたものでよく、注入式塑造法
を含むコストの低い通常の大量生産に向く方法で製造で
きる。
よって達成できるので、覆い３０と４０は重合体物質で
作ることができる。その種の物質にはポリカーボネート
樹脂のようなプラスチックがある。覆いそのものは軽量
の非熱伝導性物質で作られたものでよく、注入式塑造法
を含むコストの低い通常の大量生産に向く方法で製造で
きる。
【００２８】覆いの内表面および分離手段１２の存在に
より、複数の直列の流路が冷却モジ ュール１０に作ら
れ、プレート１１の高さが非常に高い場合には、プレー
ト１１の底部に液体の流れを制限するようにはたらく。
プレート１１の底部に液体の流れが制限されるというこ
とは、水冷のプレートの最適な高さは、空冷に必要なプ
レートの高さよりも典型的には低いという方向に是正さ
れる。
より、複数の直列の流路が冷却モジ ュール１０に作ら
れ、プレート１１の高さが非常に高い場合には、プレー
ト１１の底部に液体の流れを制限するようにはたらく。
プレート１１の底部に液体の流れが制限されるというこ
とは、水冷のプレートの最適な高さは、空冷に必要なプ
レートの高さよりも典型的には低いという方向に是正さ
れる。
【００２９】図３に示した例は、流れを止める障害物の
ない、２つのパスからなる熱消散の機構の例を示したも
のである。熱はプレートから、冷却材分配装置から供給
された冷却水（必要に応じて別の冷却剤）の中にはきだ
される。水冷される全てのモジュールの熱量は合わされ
て、冷却材分配装置を通って消散する。
ない、２つのパスからなる熱消散の機構の例を示したも
のである。熱はプレートから、冷却材分配装置から供給
された冷却水（必要に応じて別の冷却剤）の中にはきだ
される。水冷される全てのモジュールの熱量は合わされ
て、冷却材分配装置を通って消散する。
【００３０】図４に、コンピュータあるいは電子システ
ムに、覆い４０と複数の冷却モジュール１０を使って冷
却水を供給する本発明の１つの具体化を示す。冷却マニ
ホールド５０が導管５６を介して覆い４０の注入口４６
に接続されている。同様に、暖水の排水口マニホールド
５１が導管５７を介して覆い４０の排水口４７に接続さ
れている。上述したように、これが望ましい流路の方向
である。
ムに、覆い４０と複数の冷却モジュール１０を使って冷
却水を供給する本発明の１つの具体化を示す。冷却マニ
ホールド５０が導管５６を介して覆い４０の注入口４６
に接続されている。同様に、暖水の排水口マニホールド
５１が導管５７を介して覆い４０の排水口４７に接続さ
れている。上述したように、これが望ましい流路の方向
である。
【００３１】図５に、ヒートシンク・ベース１４と電子
回路要素のサブ・アセンブリ２０の間の熱界面を示す。
図５から分かるように、ヒートシンク・ベース１４には
１つまたは複数の高くなった部分２９があり、チップ２
１と密接な熱接点を持つようになっている。さらに、図
５に示すように、熱伝導性ペースト２７がチップ２１と
ヒートシンク・ベース１４の間に配置されている（熱伝
導性ペーストの層２７の厚さは寸法どうりに描いてな
く、その役割と位置をよりよく示すために誇張してあ
る）。チップからヒートシンクへの熱接触は熱伝導性ペ
ーストの使用に限らず、ピストンやオイル装置を使用し
ても可能であることをつけ加えておきたい。
回路要素のサブ・アセンブリ２０の間の熱界面を示す。
図５から分かるように、ヒートシンク・ベース１４には
１つまたは複数の高くなった部分２９があり、チップ２
１と密接な熱接点を持つようになっている。さらに、図
５に示すように、熱伝導性ペースト２７がチップ２１と
ヒートシンク・ベース１４の間に配置されている（熱伝
導性ペーストの層２７の厚さは寸法どうりに描いてな
く、その役割と位置をよりよく示すために誇張してあ
る）。チップからヒートシンクへの熱接触は熱伝導性ペ
ーストの使用に限らず、ピストンやオイル装置を使用し
ても可能であることをつけ加えておきたい。
【００３２】ヒートシンク１４の下面が輪郭に沿ってい
る理由の１つは、図５に示したようにデバイス２８のよ
うな電子回路部品の存在があるからである。この種のデ
バイスには、キャパシタ、電源デバイス、レジスタ、あ
るいは、チップ２１より高くなった形状を示す表面部品
等がある。さらに、スペーサ２６を使用して、複数の要
素の寸法上の公差という観点から、熱ペースト２７の必
要な厚さおよび密封手段２５の圧縮を確実にすることも
望ましい。さらにまた、Cーリング、Oーリング、あるい
は、他の適切なエラストマー物質からなる密封手段２５
を使用して、ヒートシンク・ベース１４と基板２０の間
を密封することも望ましい具体化である。電子サブ・ア
センブリ２０とヒートシンク・ベース１４はモジュール
・ベース板２２を介して機械的に結合される。ヒートシ
ンク・ベース１４は押さえねじ２３によって電子サブ・
アセンブリ２０につけられる。一方、スペーサ２６がヒ
ートシンク・ベース１４と電子サブ・アセンブリ２０の
間で圧縮されて、電子サブ・アセンブリがベース・プレ
ートの舌状部２４に対して堅固に維持される。
る理由の１つは、図５に示したようにデバイス２８のよ
うな電子回路部品の存在があるからである。この種のデ
バイスには、キャパシタ、電源デバイス、レジスタ、あ
るいは、チップ２１より高くなった形状を示す表面部品
等がある。さらに、スペーサ２６を使用して、複数の要
素の寸法上の公差という観点から、熱ペースト２７の必
要な厚さおよび密封手段２５の圧縮を確実にすることも
望ましい。さらにまた、Cーリング、Oーリング、あるい
は、他の適切なエラストマー物質からなる密封手段２５
を使用して、ヒートシンク・ベース１４と基板２０の間
を密封することも望ましい具体化である。電子サブ・ア
センブリ２０とヒートシンク・ベース１４はモジュール
・ベース板２２を介して機械的に結合される。ヒートシ
ンク・ベース１４は押さえねじ２３によって電子サブ・
アセンブリ２０につけられる。一方、スペーサ２６がヒ
ートシンク・ベース１４と電子サブ・アセンブリ２０の
間で圧縮されて、電子サブ・アセンブリがベース・プレ
ートの舌状部２４に対して堅固に維持される。
【００３３】図５は、ヒートシンク・ベース１４が、電
子回路板２０の上のチップ２１と接触する熱吸収皿の役
を果たす様子を示す。しかし、高くなった部分２９のよ
うなエリアに対して別のキャップを用意し、特定のチッ
プデバイスのサブ・アセンブリに組み合わせることも可
能である。その種のキャップは平坦面を持たせ、ヒート
シンク・ベース１４の対応する平坦面と直接組み合わせ
るのがよい。
子回路板２０の上のチップ２１と接触する熱吸収皿の役
を果たす様子を示す。しかし、高くなった部分２９のよ
うなエリアに対して別のキャップを用意し、特定のチッ
プデバイスのサブ・アセンブリに組み合わせることも可
能である。その種のキャップは平坦面を持たせ、ヒート
シンク・ベース１４の対応する平坦面と直接組み合わせ
るのがよい。
【００３４】以上から、図１に示した冷却モジュール
は、空冷および水冷の両方に適合できるので上記の目的
が達成できる。特に、同一のプレート・アセンブリが回
路部品からの熱を移転され、空冷／水冷両方の冷却機構
を果たす。こうすることにより、ワークステーション、
ワークステーション・クラスターおよび大規模の並列処
理システムに使われる回路モジュールの実装が同一であ
るゆえに、開発及び製造コストを大幅に減らすことがで
きる。冷却方式をどちらかにするかは製造段階において
工場で選択してもよいが、フィールドで保守要員によっ
て容易に変換することもできる。あるコンピュータの設
置では、空調で１台のワークステーションから始めて、
後で複数台のワークステーションに拡大したため、合計
発熱量が部屋の空調装置の能力を超えてしまうことがあ
ろう。このような場合、客先の設置場所で、保守要員が
空冷の覆いをはずし、より能力の大きい水冷の覆いと冷
却材分配装置に取り替えることができる。熱力学的に
は、同一のプレート・アセンブリが空冷／水冷両方に同
時に最適化することはできないが、それにもかかわら
ず、本発明の利点は、多様性、拡張性、低コストという
コンピュータ設置の要求を満たすことができることにあ
る。単一の設計で多くのコンピュータ・システムとその
環境の要求をカバーし、客先のコンピュータ設備が新規
のシステムあるいは複数のシステムに拡張しても、これ
に容易に応じられるので、開発／製造のコストが削減で
きる。システムを拡張しても新たな冷却モジュール機器
の購入が不要であり、また製造コストの削減はユーザに
換言できるので、コストが下げられる。
は、空冷および水冷の両方に適合できるので上記の目的
が達成できる。特に、同一のプレート・アセンブリが回
路部品からの熱を移転され、空冷／水冷両方の冷却機構
を果たす。こうすることにより、ワークステーション、
ワークステーション・クラスターおよび大規模の並列処
理システムに使われる回路モジュールの実装が同一であ
るゆえに、開発及び製造コストを大幅に減らすことがで
きる。冷却方式をどちらかにするかは製造段階において
工場で選択してもよいが、フィールドで保守要員によっ
て容易に変換することもできる。あるコンピュータの設
置では、空調で１台のワークステーションから始めて、
後で複数台のワークステーションに拡大したため、合計
発熱量が部屋の空調装置の能力を超えてしまうことがあ
ろう。このような場合、客先の設置場所で、保守要員が
空冷の覆いをはずし、より能力の大きい水冷の覆いと冷
却材分配装置に取り替えることができる。熱力学的に
は、同一のプレート・アセンブリが空冷／水冷両方に同
時に最適化することはできないが、それにもかかわら
ず、本発明の利点は、多様性、拡張性、低コストという
コンピュータ設置の要求を満たすことができることにあ
る。単一の設計で多くのコンピュータ・システムとその
環境の要求をカバーし、客先のコンピュータ設備が新規
のシステムあるいは複数のシステムに拡張しても、これ
に容易に応じられるので、開発／製造のコストが削減で
きる。システムを拡張しても新たな冷却モジュール機器
の購入が不要であり、また製造コストの削減はユーザに
換言できるので、コストが下げられる。
【００３５】
【発明の効果】上記のように本発明により、低コストで
信頼性の高い冷却装置を提供し、コンピュータ・システ
ムがワークステーションから大規模の並列処理システム
に拡張しても、コンピュータ・システムの設置場所で、
長時間のシステム・ダウンをともなうことなく、空冷方
式から水冷方式に冷却能力を上げることができる。
信頼性の高い冷却装置を提供し、コンピュータ・システ
ムがワークステーションから大規模の並列処理システム
に拡張しても、コンピュータ・システムの設置場所で、
長時間のシステム・ダウンをともなうことなく、空冷方
式から水冷方式に冷却能力を上げることができる。
【図１】本発明による変換可能な冷却モジュールで、電
子回路板とともに使われる様子を示す等角図。
子回路板とともに使われる様子を示す等角図。
【図２】図１に示した変換可能な冷却モジュールと共に
使う空気流路アダプターの覆いを示す等角図。
使う空気流路アダプターの覆いを示す等角図。
【図３】図１で示した変換可能な冷却モジュールと共に
使う液体流路アダプターを示す等角図。
使う液体流路アダプターを示す等角図。
【図４】本発明の冷却装置を使用したコンピュータ・シ
ステムを示す等角図。
ステムを示す等角図。
【図５】ベースプレートと電子部品サブ・アセンブリの
間の関係と界面を示す断面拡大図。
間の関係と界面を示す断面拡大図。
１０ 冷却モジュール（ヒートシンク） １１ 熱伝導性プレート １２ 流路分離プレート手段 １３ 頂面プレート １４ ヒートシンク・ベース ２０ 電子回路板 ２１ 電子チップデバイス ２２ 冷却モジュール・ベースプレート ２３ 押さえねじ ２５ 密封手段 ２６ スペーサ ２７ 熱伝導性ペースト ２８ デバイス ２９ 高くなった部分 ３０、４０ 覆い ３１、４１ 結合板 ４２、４４ マニホールド ４６ 液体注入口 ４７ 液体排出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デレジェ アゴナファー アメリカ合衆国 12601 ニューヨーク 州 ポーキプシー キャロルストリート 15 (72)発明者 ティモシー メリル アンダソン アメリカ合衆国 12603ー3312 ニュー ヨーク州 ポーキプシー ノースアンダ ソンアベニュー ４ (72)発明者 グレゴリー マーティン クライスラー アメリカ合衆国 12601ー1213 ニュー ヨーク州 ポーキプシー メイハードラ イブ 11 (72)発明者 リチャード チャオファン チュ アメリカ合衆国 12601 ニューヨーク 州 ポーキプシー サンレイン ４ (72)発明者 ロバート エドワード サイモンズ アメリカ合衆国 12603 ニューヨーク 州 ポーキプシー シャムロックサーク ル 16 (72)発明者 デイヴィッド テェオドール ヴェイダ ー アメリカ合衆国 17055 ペンシルバニ ア州 メカニスクブルグ パークリッジ ドライブ 611 (56)参考文献 特開 平３−276788（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−61150（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−21490（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭62−23091（ＪＰ，Ｙ２) 特公 昭48−22666（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/36 H05K 7/20
Claims (1)
- 【請求項１】 液体冷却あるいは空気冷却に変更可能な
電子回路要素用の冷却モジュールであって、 ベース・プレートと、 上記ベース・プレートの一方の面側に上記ベ−ス・プレ
ートに実質的に垂直でかつ相互に平行に配置され、流体
の流路を画定する複数の熱伝導性プレートと、 上記ベ−ス・プレートの他方の面側と密封領域を形成す
るように配置され、上記密封領域内で上記ベース・プレ
ートの上記他方の面側と熱伝導的にキャップ部が接触し
ている回路モジュールを装着した電子回路板と、 上記熱伝導性プレートに実質的に直交して取り付けら
れ、上記熱伝導性プレートの間を通る少なくとも２つの
第１および第２の流体流路を画定する流路分離プレート
とを有し、 上記ベース・プレートは液体流路アダプタまたは空気流
路アダプタを選択的に取り付ける手段を有し、 上記液体流路アダプタは上記熱伝導性プレートおよび上
記流路分離プレートにより形成された流体流路を画定す
るために上記冷却モジュールの開放部を密封可能状に囲
う覆いと該覆いに結合され上記ベース・プレートに取り
付け可能な結合板を有し、 上記空気流路アダプタは上記流体流路の一方の側におい
て空気移動手段を含み、上記流体流路の他方の側におい
て環境に開放され、さらに上記ベース・プレートに取り
付け可能な結合板を有する冷却モジュール。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/111,675 US5370178A (en) | 1993-08-25 | 1993-08-25 | Convertible cooling module for air or water cooling of electronic circuit components |
| US08/111,675 | 1993-08-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0798195A JPH0798195A (ja) | 1995-04-11 |
| JP3085438B2 true JP3085438B2 (ja) | 2000-09-11 |
Family
ID=22339845
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06132498A Expired - Fee Related JP3085438B2 (ja) | 1993-08-25 | 1994-05-24 | 冷却モジュール |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5370178A (ja) |
| EP (1) | EP0641023B1 (ja) |
| JP (1) | JP3085438B2 (ja) |
| DE (1) | DE69430159T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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