JPH04132299A - 現場で交換可能な極低温冷却論理ユニット - Google Patents
現場で交換可能な極低温冷却論理ユニットInfo
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- JPH04132299A JPH04132299A JP2405103A JP40510390A JPH04132299A JP H04132299 A JPH04132299 A JP H04132299A JP 2405103 A JP2405103 A JP 2405103A JP 40510390 A JP40510390 A JP 40510390A JP H04132299 A JPH04132299 A JP H04132299A
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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
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１］
本発明は、極低温冷却装置の低温ヘッドに使用される極
低温冷却論理ユニットに関し、特にディジタル・コンピ
ュータの極低温冷却論理ユニットに関する。 ［０００２］
低温冷却論理ユニットに関し、特にディジタル・コンピ
ュータの極低温冷却論理ユニットに関する。 ［０００２］
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】いくつか
の論理構成要素が極低温冷却されてその作動速度を増大
する極低温冷却されたコンピュータは、当接術において
周知である。極低温冷却されたコンピュータにおいては
、論理構成要素は、極低温冷却装置の低温ヘッドと直接
接触状態に置かれカリ外部の環境から絶縁されることに
より冷却することができる。論理装置あるいは極低温冷
却装置の故障に対処するため、真空容器は分解できるよ
うにして論理構成要素を極低温冷却装置から分離できる
ように形成しなければならない。このことは、サービス
マンが真空容器を分解して論理構成要素を取外す前に低
温ヘッドが室温になるまでの時間を必要とするため、時
間がかかることになる。次いで、真空容器を再度組立て
ねばならず、また低温ヘッド周囲の空間内の真空を再形
成するため真空ポンプを使用しなければならない。その
上に、サービスマンが漏れを調べる容易な方法がない。 ［０００３］
の論理構成要素が極低温冷却されてその作動速度を増大
する極低温冷却されたコンピュータは、当接術において
周知である。極低温冷却されたコンピュータにおいては
、論理構成要素は、極低温冷却装置の低温ヘッドと直接
接触状態に置かれカリ外部の環境から絶縁されることに
より冷却することができる。論理装置あるいは極低温冷
却装置の故障に対処するため、真空容器は分解できるよ
うにして論理構成要素を極低温冷却装置から分離できる
ように形成しなければならない。このことは、サービス
マンが真空容器を分解して論理構成要素を取外す前に低
温ヘッドが室温になるまでの時間を必要とするため、時
間がかかることになる。次いで、真空容器を再度組立て
ねばならず、また低温ヘッド周囲の空間内の真空を再形
成するため真空ポンプを使用しなければならない。その
上に、サービスマンが漏れを調べる容易な方法がない。 ［０００３］
一般に、本発明は、低温ヘッドと熱的に接触状態に置か
れる熱伝導性筐体と、該熱伝導性部分と共働して低温ヘ
ッドから取外し可能な筐体を形成する熱的に絶縁された
絶縁筐体部分と、熱伝導性筐体部分と熱的に接触する筐
体内に取付けられた半導体論理回路とを含む極低温冷却
装置の低温ヘッドに使用される極低温冷却される論理ユ
ニットを提供するものである。望ましくは、熱的絶縁筐
体は、凹部、好ましくは円筒状凹部が形成されており、
該凹部には冷却ヘッドが収納され、また該筐体は真空容
器で形成され、絶縁材料のライニング、あるいはこれも
脱気された領域を画成する外壁部と内壁部とのいずれか
で形成される。筐体の熱伝導性部分を低温ヘッドと係合
するように押圧するための手段が設けられることが望ま
しい。 ［０００４］ 本発明によれば、論理構成要素は、現場で交換可能なユ
ニット（ＦＲＵ）として工場において真空容器内で組立
てて試験することができる。もし論理要素が故障すると
、真空容器ユニットは迅速に取外すことができ、また予
備品と交換することができ、更に故障ユニットを修理の
ため工場へ送り返すことができる。同じことは、極低温
冷却装置の故障にも該当する。もしこの極低温冷却装置
の故障が生じると、真空容器ユニットは容易に取外して
極低温冷却装置に再び組み付けることができる。 ［０００５］
れる熱伝導性筐体と、該熱伝導性部分と共働して低温ヘ
ッドから取外し可能な筐体を形成する熱的に絶縁された
絶縁筐体部分と、熱伝導性筐体部分と熱的に接触する筐
体内に取付けられた半導体論理回路とを含む極低温冷却
装置の低温ヘッドに使用される極低温冷却される論理ユ
ニットを提供するものである。望ましくは、熱的絶縁筐
体は、凹部、好ましくは円筒状凹部が形成されており、
該凹部には冷却ヘッドが収納され、また該筐体は真空容
器で形成され、絶縁材料のライニング、あるいはこれも
脱気された領域を画成する外壁部と内壁部とのいずれか
で形成される。筐体の熱伝導性部分を低温ヘッドと係合
するように押圧するための手段が設けられることが望ま
しい。 ［０００４］ 本発明によれば、論理構成要素は、現場で交換可能なユ
ニット（ＦＲＵ）として工場において真空容器内で組立
てて試験することができる。もし論理要素が故障すると
、真空容器ユニットは迅速に取外すことができ、また予
備品と交換することができ、更に故障ユニットを修理の
ため工場へ送り返すことができる。同じことは、極低温
冷却装置の故障にも該当する。もしこの極低温冷却装置
の故障が生じると、真空容器ユニットは容易に取外して
極低温冷却装置に再び組み付けることができる。 ［０００５］
まず図１において、本発明を盛り込んだシステム１０は
、現場で交換可能な極低温冷却ユニッ） （ＦＲＵ）１
２と、論理ユニッ） （ＦＲＵ１４）とを含む。 極低温冷却ユニット１２から取外し可能である論理ユニ
ット１４は、略々ドーム状の真空容器１６を含み、この
真空容器の熱絶縁部分は外壁部１８と内壁部２０とから
なる。壁部１８および２０は、適当な手段により環状の
底壁部２２に対して接合される。底壁部２２は、側壁部
２６と熱伝達プレート２８を含む土壁部とからなる円筒
状の凹部２４を支持する。凹部２４の熱伝達プレート２
８はチップ担体３０を支持し、この担体は各々が半導体
集積回路を含む１つ以上のコンピュータの論理チップ３
２を支持する。 典型的には、この半導体材料はＣＭＯ３あるいはガリウ
ム・ヒ素でよく、一方前記集積回路はコンピュータ・プ
ロセッサあるいはコンピュータ・メモリー、特にプロセ
ッサと関連するキャッシュ・メモリーを含む。チップ担
体３０は、チップ３２に近い膨張係数を有するシリコン
あるいはセラミックの如き材料からなることが望ましい
。チップ３２と底壁部２２により支持された１つ以上の
ケーブル・コネクタ３６との間に伸びる電気ケーブル３
４は、チップ３２と外部との間に電気的な接続を提供す
る。外壁部１８と内壁部２０間の外部領域３８および内
壁部２０内の内部領域４０は脱気される。しかし、最小
限度として、周囲環境から論理チップ３２を絶縁する真
空バリアが少なくとも１つは存在しなければならない。 ［０００６］ 熱伝達プレートク°８は、銅の如き熱伝達の非常によい
材料からなることが望ましい。真空容器１６の残りの壁
部１８．２０．２２．２６は、ステンレス鋼の如き適当
な構造材料からなるものでよい。 ［０００７］ 極低温冷却ユニット１２は、略々円筒状の極低温冷却低
温ヘッド４２を含み、その上部即ち拡張部は論理ユニッ
ト１４の凹部２４内に嵌合している。極低温冷却低温ヘ
ッド４２は内孔４４が形成され、その内部には環状の蓄
熱器４６とこの蓄熱器４６下方の環状の冷却器４８とが
配置されている。蓄熱器４６および冷却器４８の内側に
は円筒状スリーブ５０が配置され、往復運動する変位部
材５２を収容している。極低温冷却低温ヘッド４２の上
部には、極低温冷却低温ヘッド４２の上面が論理ユニッ
ト１４の熱伝達プレート２８に対して押圧される時、論
理ユニット１４の底壁部２２に当接する肩部５４を画成
する小径部が形成されている。以下に述べる付加的な変
更を除いて、極低温冷却ユニット１２は、当技術におい
て周知のタイプの従来の装置である。当技術において周
知のように、極低温冷却低温ヘッド４２の表面に沿って
温度勾配が存在し、熱伝達プレート２８に接する最も高
い部分が最も低温であり、肩部５４に隣接するより低い
部分は略々室温である。 ［０００８］ 極低温冷却低温ヘッド４２の上部と論理ユニット１４の
熱伝達プレート２８との間の境界面５８は、極低温冷却
ユニット１２と、論理ユニット・の一部である真空容器
１６との間の熱的な間隙を呈する。真空容器１６は、極
低温冷却低温ヘッド４２を周囲の大気から熱的に絶縁し
ている。境界面５８における熱抵抗は、できるだけ低く
維持されねばならない。真空容器１６を極低温冷却低温
ヘッド４２に対して取付けるため使用される方法は、境
界面５８における熱抵抗に対して大きな影響を持つこと
になろう。真空容器１６を極低温冷却低温ヘッド４２に
取付けるにはいくつかの方法がある。このため、極低温
冷却低温ヘッド４２と凹部２４の側壁部２６間の境界面
６０の一部あるいは全般にわたってねじを設けることが
でき、この２つの部分を一緒にねじ止めすることができ
る。あるいはまた、図２に示されるように、真空容器１
６の底壁部２２から突出するスタッド６２は、冷却器４
８の領域において極低温冷却低温ヘッド４２の拡張部分
の周囲に伸びるフランジ６４の穴内に嵌合することがで
きる。次に、スタッド６２のナツト６６を用いて、各部
分を一緒に堅く緊締することもできる。あるいは更にま
た、真空容器１６の底壁部２２は、冷却器４８の領域に
おける極低温冷却低温ヘッド４２と一致すると共に迅速
に取外せるねじ込みテーパ固定機構（図示せず）を持つ
こともできる。この機構は、圧力鍋の蓋と似たものであ
る。 あるいはまた、更に他の方法を用いて２つの部分を取付
けることもできる。更に、境界面５８が銅鋼、銅製の「
フィンガ」、しわ寄せした銅箔、等の如き熱伝達性増強
手段を含むこともできる。 ［０００９］ チップ担体３０と凹部２４の熱伝達プレート２８間の境
界面６８は、その熱抵抗値が最小限度でなければならな
い別の熱的間隙を呈する。この熱抵抗を最小限度にする
いくつかの方法のいずれも、チップ担体３０を熱伝達プ
レート２８に取付けるため用いることができる。このた
め、チップ担体３０は、真空容器１６に設けたねじを用
いてチップ担体３０の空隙穴に通して熱伝達プレート２
８に直接取付けることもできる。あるいはまた、チップ
担体３０は、クランプ装置により熱伝達プレート２８に
対して保持することもできる。更にこれに代わる方法と
して、チップ担体３０を前記プレート２８に対して直接
ハンダ付け、鑞付けあるいは糊付けすることもできる。 チップ担体３０を真空容器１６に取付けるため更に他の
方法を用いることもできる。 ［００１０１ 真空容器１６の底壁部２２と極低温冷却低温ヘッド４２
の肩部５４間の境界面７０は、図１に示した○−リング
・シール５６の如きシールを持ち、極低温冷却低温ヘッ
ド４２の拡張部分と真空容器１６との間の小さな空間内
で空気が循環することを阻止すべきである。もし空気の
循環がこの空間内で生じるならば、蓄熱器４６の周囲に
水分が凝結して凍結するおそれがあり、また更に極低温
冷却低温ヘッド４２上に空気が凝結して液化するおそれ
がある。 ［００１１］ 極低温冷却低温ヘッド４２が窒素を液化する温度で作動
するため、空間内の空気が壁部２６．２８、チップ担体
３０および論理チップ３２上に凝結し凍結することにな
る水分を含むことにより、論理チップ３２および真空容
器１６上の領域４０もまた室内の空気を含むことができ
ない。領域４０を脱気することは、このような状態が生
じることを阻止し、また上記の如く、熱伝達プレート２
８を含む容器１６の熱伝達部分を壁部１８．２０および
周囲の大気から熱的に絶縁する。 ［００１２］ 図３は、熱伝達プレートと極低温冷却ユニットの冷却低
温ヘッドとの間の接触の信頼性を改善するため、図１お
よび図２の丈夫な側壁部２６がしなやかなばね部材で置
換された修正論理ユニットを示している。更に、図３に
示した極低温冷却アセンブリ７２は、取外し可能な極低
温冷却ユニット７４および論理ユニット７６を含む。論
理ユニット７６は、ステンレス鋼の如き適当な構造材料
からなる外壁部８０を有する真空容器７８を含む。外壁
部８０は、その内表面が１層以上のアルミ処理されたマ
イラー（Ｍｙｌａｒ、商標）ポリマーの如き適当な絶縁
材料８２で内張すされている。外壁部８０は、これもス
テンレス鋼からなる底壁部８４に対して適当な手段によ
り接合される。極低温冷却ユニット７４の低温ヘッドは
、上方へ伸びる凹部に挿入されるように配置されており
、該凹部は、底壁部８４に形成された中心穴を通して凹
部の上端部で熱伝達プレート９０およびこの熱伝達プレ
ート９０を底壁部８４に接合する環状の弾性部材８８に
より画成される。前の実施例におけるように、熱伝達プ
レート９０は、銅の如き非常に熱伝導率のよい適当な材
料から作られるものでよいが、弾性部材８８はステンレ
ス鋼の比較的薄い板からなるものでよい。 ［００１３］ 熱伝達プレート９０は、担体３０と似ておりかつ極低温
冷却される論理装置９４を支持する論理チップ担体９２
を支持する。各ケーブル９６が、論理装置９４を底壁部
８４により支持されたコネクタ９８に電気的に結合し、
このコネクタ９８は更に外部ケーブル１０２の端部で支
持された外部コネクタ１００に取付けることができる。 極低温冷却ユニット７４により支持されたフランジ１０
６を介して底壁部８４の下側に形成されたねじ穴に向け
て上方へ伸びるボルト１０８が、論理ユニット７６を極
低温冷却ユニット７４に対して取外し自在に固定する。 フランジ１０６と論理ユニット７６の底壁部８４間で極
低温冷却ユニット７４の周囲に伸びる適宜材料の弾性０
−リング・シール１０４は、空気が弾性部材８８と極低
温冷却ユニット７４間の領域に侵入することを阻止する
。 ［００１４］ 弾性部材８８は、極低温冷却ユニット７４に対する論理
ユニット７６の取付けにより張力が課されている。この
負荷条件は、熱伝達プレート９０と極低温冷却五ニッー
ト７４の隣接面間の平行でない係合および遭遇する大き
な温度変動にわたってアセンブリ７２における異なる熱
的な膨張収縮の如き不一致を補償するに充分なたわみを
生じる。極低温冷却ユニット７４に対する論理ユニット
７６の取付は部に対する弾性部材８８の荷重は、熱伝達
プレート自体がある範囲の極低温冷却低温ヘッド面の傾
斜角度に整合するようにすることにより、また極低温度
まで下げられた時前記材料が接触する際、熱伝達プレー
ト９０と極低温冷却ユニット７４の低温ヘッド間の境界
面に沿って極低温冷却低温ヘッドを維持することにより
、該境界面における熱抵抗を低下させる。このため、各
部が室温にある間、各部が低温である時に必要とかれる
ポル）１０８（あるいは、他の取付は手段）の増し締め
をする必要もなく、論理ユニット７６を極低温冷却ユニ
ット７４上に取付けることを可能にする。これは、現場
の交換をより迅速カリ容易にする。また、熱伝達プレー
ト９０を低温ヘッドの色々な傾斜角度に一致させること
ができることは、係合面の角度を決定する際要求される
公差（許容誤差）を緩やかにする。 ［００１５］ 弾性部材８８は、張力が加えられる時に材料の弾性限界
を超えずに、その横断面積を小さくかつその軸方向寸法
を比較的大きく保持することにより、軸方向の熱伝達率
を最小限度に抑えるよう設計される。上記の如く、周囲
空気の循環はシール１０４により防止されるが、冷却ア
センブリ７２が一体にボルト締めされる時、このシール
はフランジ１０６と底壁部８４間に圧縮状態になる。こ
のシールの圧縮状態は、遭遇する温度変動にわたりボル
ト１０８上に予備負荷を維持する弾性部材８８の機能に
より維持される。しなやかなシール１０４はまた、フラ
ンジ１０６および底壁部８４における係合部分に対する
公差を緩和する。アセンブリ７２は、熱伝達プレート９
０と極低温冷却ユニット７４間の境界面において必要な
負荷を生じる標準的なトルクとなるように締め付けられ
るボルト１０８を含む。図１に示された実施態様と関連
して述べた如き他の取付は方法もまた用いることができ
る。 ［００１６］ 図４は、ケーブル・コネクタが図１乃至図３における如
く底部ではなく論理ユニットの側部から延長する図３に
示した実施態様の変形を示している。 図４に示した論理ユニット１１０は、適当な手段により
一体に接合される土壁部１１４特開平４−１３２２９９
（１Ｑ） と円筒状の側癖部１１６を有する真空容器１１２を含む
。壁部１１６の底部に支持されて外方に伸びるフランジ
１１８には、フランジ１１８および関連する壁部１１４
．１１６を有するユニット１１０の上部を側壁部と穴を
設けた下壁部の双方を有する下方部分１２２に取付ける
ボルト１２０を収納するために、フランジの周辺部に間
隔をおいて穴が形成されている。壁部１１４．１１６は
、図３に示した絶縁層８２と似た１つ以上の絶縁層１２
４によりその内面に沿って内張すされている。図３に示
した÷ニット７４の如き極低温冷却ユニット、下部１２
２の穴から図３の部材８８と似た弾性部材１２８および
図３のプレーと９０と似た熱伝達プレート１３０により
画成される凹部１２６に向って上方に挿入されることに
より、論理ユニット１１０に対して取付けられる。 ［００１７］ 熱伝達プレート１３０は、上記の如く０ＭＯ８あるいは
ガリウム・ヒ素で構成されるか、あるいは他の極低温技
術による論理モジュール１３２を支持している。ケーブ
ル・リテーナ１３４を介して論理モジュール１３２に固
定された各ケーブル１４０は、モジュール１３２を真空
容器の下部１２２の側壁部により支持されたコネクタ１
４２と電気的に結合される。図４Ａに示されるように、
モジュール１３２は熱伝達プレート１３０に固定された
支持フレーム１３８の内側に嵌合する。モジュール１３
２はプレート１３０と、前記モジュール上に支持フレー
ム１３８に対して固定されたクランプ・フレーム１３６
との間に挟持されている。クランプ・フレーム１３６は
また、ケーブル・リテーナ１３４をも支持する。 ［００１８］ コネクタ１４２は、壁部（下方部分）１２２に対する密
閉シールを形成する。論理ユニット１１０は、図３に示
した論理ユニット７６と似た方法で、穴１４１に挿入さ
れたボルト１０８により極低温冷却ユニット７４に対し
て固定される。真空容器１１２側のコネクタ１４２の位
置により、コネクタ１４２による電気的接続部と極低温
冷却ユニット７４のフランジ１０６およびボルト１０８
に対する機械的結合部間には大きな干渉は存在しない。 ［００１９］ フランジ１１８およびこのフランジにより支持された壁
部１１４．１１６は、サービスあるいは交換のために論
理モジュール１３２に接触する必要が生じると、ねじ１
２０を取外した後、真空容器１２２の下部から分離され
る。Ｏ−リング・シール１２１は、フランジ１１８と部
分１２２間の境界面に沿って配置され、筐体の一体性を
確保する。 ［００２０］ 図５は、論理ユニットに限定された極低温プール内の論
理チップの浸漬を行うため論理ユニットが倒置された変
形アセンブリを示している。特に、図５に示されたアセ
ンブリ１４４は、図１の極低温冷却ユニット１２と、そ
の上に取外し自在に取付けられた論理ユニット１４６と
を含む。論理ユニット１４６は、ユニット１４の外壁部
１８と同様の外壁部１５０とユニット１４の内壁部２０
と同様の内壁部１５２とを有する真空容器１４８を含み
、該容器には更に極低温液体の自蔵供給源を収容するた
めの凹部即ちウェル１５４が設けられている。真空容器
１４８はまた、図１の真空容器１６と同様な方法で極低
温冷却ユニット１２を収受するための凹部１５６を有し
、この凹部１５６は円筒状側壁部１５８と熱伝導率の非
常によい熱伝達プレート１６０とから形成される。ウェ
ル１５４内に取付けられたチップ担体１６２は、極低温
により冷却される論理チップ１６４を支持する。ケーブ
ル１６６は、チップ１６４を上壁部１５３により支持さ
れたコネクタ１６８に対して電気的に結合する。壁部１
５２と１５０間の外部領域１７０は脱気されることが望
ましいが、内部領域１７２は上壁部１５３により支持さ
れるホース１７６とコネクタ１７８により供給源１７４
からの窒素の如き液化し得るガスを受取る［００２１］ 熱伝達プレート１６０は、これまた丸味のある平坦かつ
円滑な極低温冷却ユニット１２の低温ヘッドと熱的に良
好に接触するように丸味があり、かつ平坦で円滑である
。図２および図３に示されたものと類似する論理ユニッ
ト１４６に対する取付は機構（図５には示さず）は、ユ
ニット１４６が極低温冷却ユニット１２に対して取付け
られる時、これら２つの面を一緒に固く押圧する。図１
に示した実施態様における如く、適当な熱伝達強化手段
がこれらの面の不充分さを補うように使用することがで
き、このような強化手段は、例えば、柔軟な薄い金属箔
、耐熱グリース、弾性マットを施した伝達材料等で形成
される。更に、壁部１５８は、図３および図４に示した
実施態様における如き薄い比較的弾性に富む部材で置換
することができる。 ［００２２］ 熱伝達プレー） １６０の厚さ方向への温度上昇は比較
的小さくなる。この場合、このプレートの内面（図５に
おける下面）における温度は７７°Ｋ、即ち極低温冷却
ユニット１２の使用により充分に冷却されたものより僅
かに低くすることができる。この温度においては、供給
源１７４からの窒素がプレート１６０上あるいはこのプ
レートから突出するフィン（図５には示さず）上に凝結
する。このように形成された液体窒素は、ウェル１５４
へ滴下して、プール１８０内の論理チップ１６４を浸漬
する。論理チップ１６４はこの時、７７°により僅かに
高い温度で作動する。 ［００２３］ 論理ユニット１４６は、それ自身が構成される時、窒素
ガスで充填されることが望ましい。極低温冷却ユニット
１２上に取付けられる時、供給源１７４からのホース１
７６がユニット１４６に取付けられる。次いで、極低温
冷却ユニット１２が投入されて、論理ユニット１４６内
の窒素ガスの液化を開始する。論理ユニット１４６内の
窒素が液化されると、ユニット内の圧力が低下し、より
多くの窒素ガスを供給源１７４から引き込む。この状態
は、論理チップ１６４が図５に示される如く液体窒素フ
ール１８０内に浸漬されるまで継続する。次いで、電源
が論理回路に供給され、プロセスが開始する。 ［００２４］ 望ましくは、論理ユニット１４６は、ユニット内部の圧
力が増加する時に、窒素ガスが逃がす逃し弁（図示せず
）を含むことが望ましい。この状態は、電源が切断され
るかあるいは論理ユニットの故障が生じて交換を必要と
する時に生じる。圧力は、液体窒素が窒素ガスになるに
伴い増加する。 ［００２５］ もし更に多くの論理ユニットが必要とされるならば、ウ
ェルを大きくすることができ、また種々のパッケージ装
置を浸漬することができる。このため図６においては、
論理ユニット１８４即ち図５の論理ユニット１４６に類
似するものは、その底部付近にカード１９０が配置され
た拡大ウェル１８８が設けられる変形された内壁部１８
６を含む。各チップ担体１９４は、図６に示されるよう
に液体窒素プール内に垂直方向に立つようにカード１９
０により支持された各コネクタ１９２に差し込まれる。 コネクタ１９２は、チップ担体１９４を機械的に支持す
ると共に、その間に電気的な結合を生じるように機能す
る。各チップ担体１９４は、１つあるいは望ましくは複
数の論理チップ１９６を支持する。各ケーブル１９８は
、チップ担体１９４と外部環境との間に電気的な結合を
生じる。 ［００２６］ 図７は、複数の論理ユニットを低温保持装置内に浸漬さ
れた各低温ヘッドに対して取り外し自在に固定すること
ができる本発明の別の実施態様を示している。図７に示
したシステム２００は、低温保持装置２０４の低温ヘッ
ド（図７には示さない）に対して取り外し自在に固定さ
れる複数の現場で交換可能な論理ユニット２０２を含む
。低温保持装置は当技術においては周知であるため、低
温保持装置２０４の構造および作動については、論理ユ
ニット２０２に関連しての使用に特定される変更を除い
て詳細には記述しない。極低温絶縁措置を施したダクト
２０６は、拡張部分２１０を有する極低温冷却装置２１
２の同様に極低温絶縁措置を施した低温ヘッド２０８お
よびモータ２１６により駆動される一コンプレッサ２１
４に対して低温保持装置２０４を接続する。低温保持装
置２０４と同様に、極低温冷却装置２１２は、当技術に
おいて周知のタイプのものであり、従って本文において
は詳細には記述しない。 次に図８を参照すると、低温保持装置２０４は、ステン
レス鋼の如き材料で形成された外壁部２１８と内壁部２
２０を含む。外壁部２１８および外壁部２２０間の領域
は、低温保持装置の壁部を介する熱伝達を最小限度に抑
えるため脱気される。低温保持装置２０４は、液体空気
、あるいは望ましくは極低温冷却装置２１２により冷却
される液体窒素の如き極低温液体のプール２２２を含む
。低温保持装置２０４の上面に形成された開口に取付け
られた各低温保持装置の低温ヘッド２２４は、ヘッド２
２４の上部を極低温度に維持するため下方に伸びるフィ
ン２２６（直線フィンあるいはピン型フィン）を有する
。断熱シール２２８を用いて各低温ヘッド２２４を低温
保持装置２０４の土壁部に対して定置することが望まし
い。各低温ヘッドの下方で外壁部２１８の下側に支持さ
れた各ブロック２３０は、その厚さの一部にわたりねじ
が設けられて低温ヘッド２２４の上面下方に皿穴に取付
はボルト（図示せず）を収受する。 ［００２７］ 各論理ユニット２０２は、外壁部２３２と内壁部２３４
を含むドーム状の上方部分を有し、その間の、領域が熱
伝達を最小限度に抑えるため脱気されることが望ましい
。あるいはまた、内壁部２３４は、図３および図４にお
ける如く１層の断熱材料で置換することもできる。壁部
２３２．２３４の下方縁部は、低温保持装置２０４の外
壁部２１８と係合する外方に伸びるソリッド（中実）ベ
ース即ちフランジ２３６に対して接合される。外壁部２
１８の下側に支持されたブロック２３０と同様なブロッ
ク２３８は、その厚さの一部にわたりねじが設けられ、
フランジ２３６に形成された開口を貫通する取付はボル
ト２４０を収受することにより、各論理ユニット２０２
を低温保持装置２０４に対して低温ヘッド上に取り外し
自在に固定する。少なくとも１つのＯ−リング・シール
２４２が、境界面に沿った熱伝達を最／ＪＸ限度に抑え
ると共に周囲空気を排除するため、フランジ２３６と外
壁部２１８間の周囲の境界面に沿って配置されることが
望ましい。各フランジ２３６の内面に対して固定された
弾性環状部材２４４は、銅の如き熱伝導性の非常によい
材料からなる熱伝達プレート２４６を収受するように上
方に延長する。図３に示された実施態様におけるように
、論理ユニット２０２が極低温保持装置の低温ヘッド２
２４に対して固定される時、弾性部材２４４に張力を課
し、これにより熱伝達プレート２４６の下面を極低温保
持装置の低温ヘッド２２４の上面と熱的に接触するよう
に押圧する。図３の実施態様と同様な方法で、熱伝達プ
レート２４６が適当な熱伝導性材料からなるチップ担体
２４８を支持する。チップ担体２４８は、１つ以上の論
理チップ２５０７−支持する。 ［００２８］ 図９は、図８に示された論理ユニット２０２に対する可
能な配線図を示している。図９に示された例においては
、チップ担体２４８から伸びるケーブル２５４がフラン
ジ２３６により支持された密閉シール２５６を通過して
、コネクタ２５８と結合される。コネクタ２５８は、低
温保持装置２０４の外壁部２１８に形成されたウェル２
６０に配置される。ケーブル２５４およびシール２５６
の数に応じて、】ウェル２６０は、極低温保持装置の低
温ヘッド２２４の軸心周囲に伸びる円筒状凹部あるいは
チャンネルを含むことができる。コネクタ２５８は、ケ
ーブル・グループ２６４と接続されたコネクタ２６２と
係合する。ケーブル・グループ２６４は、ウェル２６０
の底壁部と低温保持装置２０４の内壁部２２０間に伸び
る密閉シール２７２を下方に貫通する。ケーブル・グル
ープ２６４は、対応する論理ユニット２０２のチップ担
体２４８と接続するため隣接するシール２７２を上方へ
貫通する第１のケーブル（あるいは、ケーブル・グルー
プ）２６６を含むことができる。更に、ケーブル・グル
ープ２６４は、隣接する論理ユニット２０２間の内壁部
２２０および外壁部２１８間に伸びる密閉シール２７４
を上方へ貫通して外部との電気的接続を提供するためコ
ネクタ２７０を収受する１本以上のケーブル２６８を含
むことができる。 ［００２９］ ケーブル２６６．２６８および対応するコネクタを含む
ケーブル・グループ２６４は低温保持装置２０４と関連
付けられ、ケーブル２５４は対応する論理ユニット２０
２と関連付けられる。論理ユニット２０２が低温保持装
置２０４上に取付けられる時、これらは最初に、それら
のコネクタ２５８を対応するウェル２６０に挿入してこ
れらをコネクタ２６２と結合することにより電気的に結
合される。必要な電気的接続が行われた後、論理ユニッ
ト２０２はポル） ２４０を用いて低温保持装置２０４
に対して固定される。ケーブル２５４は、シール２５６
とコネクタ２５８間に充分な量の弛みが与えられている
。ウェル２６０を外部環境および低温保持装置２０４の
内側の双方から遮断するため、第２の０−リング・シー
ル２５２が、フランジ２３６の係合面と外壁部２１８間
でウェル２６０の半径方向内方にシール２４２の軸方向
内側に配置されることが望ましい
、現場で交換可能な極低温冷却ユニッ） （ＦＲＵ）１
２と、論理ユニッ） （ＦＲＵ１４）とを含む。 極低温冷却ユニット１２から取外し可能である論理ユニ
ット１４は、略々ドーム状の真空容器１６を含み、この
真空容器の熱絶縁部分は外壁部１８と内壁部２０とから
なる。壁部１８および２０は、適当な手段により環状の
底壁部２２に対して接合される。底壁部２２は、側壁部
２６と熱伝達プレート２８を含む土壁部とからなる円筒
状の凹部２４を支持する。凹部２４の熱伝達プレート２
８はチップ担体３０を支持し、この担体は各々が半導体
集積回路を含む１つ以上のコンピュータの論理チップ３
２を支持する。 典型的には、この半導体材料はＣＭＯ３あるいはガリウ
ム・ヒ素でよく、一方前記集積回路はコンピュータ・プ
ロセッサあるいはコンピュータ・メモリー、特にプロセ
ッサと関連するキャッシュ・メモリーを含む。チップ担
体３０は、チップ３２に近い膨張係数を有するシリコン
あるいはセラミックの如き材料からなることが望ましい
。チップ３２と底壁部２２により支持された１つ以上の
ケーブル・コネクタ３６との間に伸びる電気ケーブル３
４は、チップ３２と外部との間に電気的な接続を提供す
る。外壁部１８と内壁部２０間の外部領域３８および内
壁部２０内の内部領域４０は脱気される。しかし、最小
限度として、周囲環境から論理チップ３２を絶縁する真
空バリアが少なくとも１つは存在しなければならない。 ［０００６］ 熱伝達プレートク°８は、銅の如き熱伝達の非常によい
材料からなることが望ましい。真空容器１６の残りの壁
部１８．２０．２２．２６は、ステンレス鋼の如き適当
な構造材料からなるものでよい。 ［０００７］ 極低温冷却ユニット１２は、略々円筒状の極低温冷却低
温ヘッド４２を含み、その上部即ち拡張部は論理ユニッ
ト１４の凹部２４内に嵌合している。極低温冷却低温ヘ
ッド４２は内孔４４が形成され、その内部には環状の蓄
熱器４６とこの蓄熱器４６下方の環状の冷却器４８とが
配置されている。蓄熱器４６および冷却器４８の内側に
は円筒状スリーブ５０が配置され、往復運動する変位部
材５２を収容している。極低温冷却低温ヘッド４２の上
部には、極低温冷却低温ヘッド４２の上面が論理ユニッ
ト１４の熱伝達プレート２８に対して押圧される時、論
理ユニット１４の底壁部２２に当接する肩部５４を画成
する小径部が形成されている。以下に述べる付加的な変
更を除いて、極低温冷却ユニット１２は、当技術におい
て周知のタイプの従来の装置である。当技術において周
知のように、極低温冷却低温ヘッド４２の表面に沿って
温度勾配が存在し、熱伝達プレート２８に接する最も高
い部分が最も低温であり、肩部５４に隣接するより低い
部分は略々室温である。 ［０００８］ 極低温冷却低温ヘッド４２の上部と論理ユニット１４の
熱伝達プレート２８との間の境界面５８は、極低温冷却
ユニット１２と、論理ユニット・の一部である真空容器
１６との間の熱的な間隙を呈する。真空容器１６は、極
低温冷却低温ヘッド４２を周囲の大気から熱的に絶縁し
ている。境界面５８における熱抵抗は、できるだけ低く
維持されねばならない。真空容器１６を極低温冷却低温
ヘッド４２に対して取付けるため使用される方法は、境
界面５８における熱抵抗に対して大きな影響を持つこと
になろう。真空容器１６を極低温冷却低温ヘッド４２に
取付けるにはいくつかの方法がある。このため、極低温
冷却低温ヘッド４２と凹部２４の側壁部２６間の境界面
６０の一部あるいは全般にわたってねじを設けることが
でき、この２つの部分を一緒にねじ止めすることができ
る。あるいはまた、図２に示されるように、真空容器１
６の底壁部２２から突出するスタッド６２は、冷却器４
８の領域において極低温冷却低温ヘッド４２の拡張部分
の周囲に伸びるフランジ６４の穴内に嵌合することがで
きる。次に、スタッド６２のナツト６６を用いて、各部
分を一緒に堅く緊締することもできる。あるいは更にま
た、真空容器１６の底壁部２２は、冷却器４８の領域に
おける極低温冷却低温ヘッド４２と一致すると共に迅速
に取外せるねじ込みテーパ固定機構（図示せず）を持つ
こともできる。この機構は、圧力鍋の蓋と似たものであ
る。 あるいはまた、更に他の方法を用いて２つの部分を取付
けることもできる。更に、境界面５８が銅鋼、銅製の「
フィンガ」、しわ寄せした銅箔、等の如き熱伝達性増強
手段を含むこともできる。 ［０００９］ チップ担体３０と凹部２４の熱伝達プレート２８間の境
界面６８は、その熱抵抗値が最小限度でなければならな
い別の熱的間隙を呈する。この熱抵抗を最小限度にする
いくつかの方法のいずれも、チップ担体３０を熱伝達プ
レート２８に取付けるため用いることができる。このた
め、チップ担体３０は、真空容器１６に設けたねじを用
いてチップ担体３０の空隙穴に通して熱伝達プレート２
８に直接取付けることもできる。あるいはまた、チップ
担体３０は、クランプ装置により熱伝達プレート２８に
対して保持することもできる。更にこれに代わる方法と
して、チップ担体３０を前記プレート２８に対して直接
ハンダ付け、鑞付けあるいは糊付けすることもできる。 チップ担体３０を真空容器１６に取付けるため更に他の
方法を用いることもできる。 ［００１０１ 真空容器１６の底壁部２２と極低温冷却低温ヘッド４２
の肩部５４間の境界面７０は、図１に示した○−リング
・シール５６の如きシールを持ち、極低温冷却低温ヘッ
ド４２の拡張部分と真空容器１６との間の小さな空間内
で空気が循環することを阻止すべきである。もし空気の
循環がこの空間内で生じるならば、蓄熱器４６の周囲に
水分が凝結して凍結するおそれがあり、また更に極低温
冷却低温ヘッド４２上に空気が凝結して液化するおそれ
がある。 ［００１１］ 極低温冷却低温ヘッド４２が窒素を液化する温度で作動
するため、空間内の空気が壁部２６．２８、チップ担体
３０および論理チップ３２上に凝結し凍結することにな
る水分を含むことにより、論理チップ３２および真空容
器１６上の領域４０もまた室内の空気を含むことができ
ない。領域４０を脱気することは、このような状態が生
じることを阻止し、また上記の如く、熱伝達プレート２
８を含む容器１６の熱伝達部分を壁部１８．２０および
周囲の大気から熱的に絶縁する。 ［００１２］ 図３は、熱伝達プレートと極低温冷却ユニットの冷却低
温ヘッドとの間の接触の信頼性を改善するため、図１お
よび図２の丈夫な側壁部２６がしなやかなばね部材で置
換された修正論理ユニットを示している。更に、図３に
示した極低温冷却アセンブリ７２は、取外し可能な極低
温冷却ユニット７４および論理ユニット７６を含む。論
理ユニット７６は、ステンレス鋼の如き適当な構造材料
からなる外壁部８０を有する真空容器７８を含む。外壁
部８０は、その内表面が１層以上のアルミ処理されたマ
イラー（Ｍｙｌａｒ、商標）ポリマーの如き適当な絶縁
材料８２で内張すされている。外壁部８０は、これもス
テンレス鋼からなる底壁部８４に対して適当な手段によ
り接合される。極低温冷却ユニット７４の低温ヘッドは
、上方へ伸びる凹部に挿入されるように配置されており
、該凹部は、底壁部８４に形成された中心穴を通して凹
部の上端部で熱伝達プレート９０およびこの熱伝達プレ
ート９０を底壁部８４に接合する環状の弾性部材８８に
より画成される。前の実施例におけるように、熱伝達プ
レート９０は、銅の如き非常に熱伝導率のよい適当な材
料から作られるものでよいが、弾性部材８８はステンレ
ス鋼の比較的薄い板からなるものでよい。 ［００１３］ 熱伝達プレート９０は、担体３０と似ておりかつ極低温
冷却される論理装置９４を支持する論理チップ担体９２
を支持する。各ケーブル９６が、論理装置９４を底壁部
８４により支持されたコネクタ９８に電気的に結合し、
このコネクタ９８は更に外部ケーブル１０２の端部で支
持された外部コネクタ１００に取付けることができる。 極低温冷却ユニット７４により支持されたフランジ１０
６を介して底壁部８４の下側に形成されたねじ穴に向け
て上方へ伸びるボルト１０８が、論理ユニット７６を極
低温冷却ユニット７４に対して取外し自在に固定する。 フランジ１０６と論理ユニット７６の底壁部８４間で極
低温冷却ユニット７４の周囲に伸びる適宜材料の弾性０
−リング・シール１０４は、空気が弾性部材８８と極低
温冷却ユニット７４間の領域に侵入することを阻止する
。 ［００１４］ 弾性部材８８は、極低温冷却ユニット７４に対する論理
ユニット７６の取付けにより張力が課されている。この
負荷条件は、熱伝達プレート９０と極低温冷却五ニッー
ト７４の隣接面間の平行でない係合および遭遇する大き
な温度変動にわたってアセンブリ７２における異なる熱
的な膨張収縮の如き不一致を補償するに充分なたわみを
生じる。極低温冷却ユニット７４に対する論理ユニット
７６の取付は部に対する弾性部材８８の荷重は、熱伝達
プレート自体がある範囲の極低温冷却低温ヘッド面の傾
斜角度に整合するようにすることにより、また極低温度
まで下げられた時前記材料が接触する際、熱伝達プレー
ト９０と極低温冷却ユニット７４の低温ヘッド間の境界
面に沿って極低温冷却低温ヘッドを維持することにより
、該境界面における熱抵抗を低下させる。このため、各
部が室温にある間、各部が低温である時に必要とかれる
ポル）１０８（あるいは、他の取付は手段）の増し締め
をする必要もなく、論理ユニット７６を極低温冷却ユニ
ット７４上に取付けることを可能にする。これは、現場
の交換をより迅速カリ容易にする。また、熱伝達プレー
ト９０を低温ヘッドの色々な傾斜角度に一致させること
ができることは、係合面の角度を決定する際要求される
公差（許容誤差）を緩やかにする。 ［００１５］ 弾性部材８８は、張力が加えられる時に材料の弾性限界
を超えずに、その横断面積を小さくかつその軸方向寸法
を比較的大きく保持することにより、軸方向の熱伝達率
を最小限度に抑えるよう設計される。上記の如く、周囲
空気の循環はシール１０４により防止されるが、冷却ア
センブリ７２が一体にボルト締めされる時、このシール
はフランジ１０６と底壁部８４間に圧縮状態になる。こ
のシールの圧縮状態は、遭遇する温度変動にわたりボル
ト１０８上に予備負荷を維持する弾性部材８８の機能に
より維持される。しなやかなシール１０４はまた、フラ
ンジ１０６および底壁部８４における係合部分に対する
公差を緩和する。アセンブリ７２は、熱伝達プレート９
０と極低温冷却ユニット７４間の境界面において必要な
負荷を生じる標準的なトルクとなるように締め付けられ
るボルト１０８を含む。図１に示された実施態様と関連
して述べた如き他の取付は方法もまた用いることができ
る。 ［００１６］ 図４は、ケーブル・コネクタが図１乃至図３における如
く底部ではなく論理ユニットの側部から延長する図３に
示した実施態様の変形を示している。 図４に示した論理ユニット１１０は、適当な手段により
一体に接合される土壁部１１４特開平４−１３２２９９
（１Ｑ） と円筒状の側癖部１１６を有する真空容器１１２を含む
。壁部１１６の底部に支持されて外方に伸びるフランジ
１１８には、フランジ１１８および関連する壁部１１４
．１１６を有するユニット１１０の上部を側壁部と穴を
設けた下壁部の双方を有する下方部分１２２に取付ける
ボルト１２０を収納するために、フランジの周辺部に間
隔をおいて穴が形成されている。壁部１１４．１１６は
、図３に示した絶縁層８２と似た１つ以上の絶縁層１２
４によりその内面に沿って内張すされている。図３に示
した÷ニット７４の如き極低温冷却ユニット、下部１２
２の穴から図３の部材８８と似た弾性部材１２８および
図３のプレーと９０と似た熱伝達プレート１３０により
画成される凹部１２６に向って上方に挿入されることに
より、論理ユニット１１０に対して取付けられる。 ［００１７］ 熱伝達プレート１３０は、上記の如く０ＭＯ８あるいは
ガリウム・ヒ素で構成されるか、あるいは他の極低温技
術による論理モジュール１３２を支持している。ケーブ
ル・リテーナ１３４を介して論理モジュール１３２に固
定された各ケーブル１４０は、モジュール１３２を真空
容器の下部１２２の側壁部により支持されたコネクタ１
４２と電気的に結合される。図４Ａに示されるように、
モジュール１３２は熱伝達プレート１３０に固定された
支持フレーム１３８の内側に嵌合する。モジュール１３
２はプレート１３０と、前記モジュール上に支持フレー
ム１３８に対して固定されたクランプ・フレーム１３６
との間に挟持されている。クランプ・フレーム１３６は
また、ケーブル・リテーナ１３４をも支持する。 ［００１８］ コネクタ１４２は、壁部（下方部分）１２２に対する密
閉シールを形成する。論理ユニット１１０は、図３に示
した論理ユニット７６と似た方法で、穴１４１に挿入さ
れたボルト１０８により極低温冷却ユニット７４に対し
て固定される。真空容器１１２側のコネクタ１４２の位
置により、コネクタ１４２による電気的接続部と極低温
冷却ユニット７４のフランジ１０６およびボルト１０８
に対する機械的結合部間には大きな干渉は存在しない。 ［００１９］ フランジ１１８およびこのフランジにより支持された壁
部１１４．１１６は、サービスあるいは交換のために論
理モジュール１３２に接触する必要が生じると、ねじ１
２０を取外した後、真空容器１２２の下部から分離され
る。Ｏ−リング・シール１２１は、フランジ１１８と部
分１２２間の境界面に沿って配置され、筐体の一体性を
確保する。 ［００２０］ 図５は、論理ユニットに限定された極低温プール内の論
理チップの浸漬を行うため論理ユニットが倒置された変
形アセンブリを示している。特に、図５に示されたアセ
ンブリ１４４は、図１の極低温冷却ユニット１２と、そ
の上に取外し自在に取付けられた論理ユニット１４６と
を含む。論理ユニット１４６は、ユニット１４の外壁部
１８と同様の外壁部１５０とユニット１４の内壁部２０
と同様の内壁部１５２とを有する真空容器１４８を含み
、該容器には更に極低温液体の自蔵供給源を収容するた
めの凹部即ちウェル１５４が設けられている。真空容器
１４８はまた、図１の真空容器１６と同様な方法で極低
温冷却ユニット１２を収受するための凹部１５６を有し
、この凹部１５６は円筒状側壁部１５８と熱伝導率の非
常によい熱伝達プレート１６０とから形成される。ウェ
ル１５４内に取付けられたチップ担体１６２は、極低温
により冷却される論理チップ１６４を支持する。ケーブ
ル１６６は、チップ１６４を上壁部１５３により支持さ
れたコネクタ１６８に対して電気的に結合する。壁部１
５２と１５０間の外部領域１７０は脱気されることが望
ましいが、内部領域１７２は上壁部１５３により支持さ
れるホース１７６とコネクタ１７８により供給源１７４
からの窒素の如き液化し得るガスを受取る［００２１］ 熱伝達プレート１６０は、これまた丸味のある平坦かつ
円滑な極低温冷却ユニット１２の低温ヘッドと熱的に良
好に接触するように丸味があり、かつ平坦で円滑である
。図２および図３に示されたものと類似する論理ユニッ
ト１４６に対する取付は機構（図５には示さず）は、ユ
ニット１４６が極低温冷却ユニット１２に対して取付け
られる時、これら２つの面を一緒に固く押圧する。図１
に示した実施態様における如く、適当な熱伝達強化手段
がこれらの面の不充分さを補うように使用することがで
き、このような強化手段は、例えば、柔軟な薄い金属箔
、耐熱グリース、弾性マットを施した伝達材料等で形成
される。更に、壁部１５８は、図３および図４に示した
実施態様における如き薄い比較的弾性に富む部材で置換
することができる。 ［００２２］ 熱伝達プレー） １６０の厚さ方向への温度上昇は比較
的小さくなる。この場合、このプレートの内面（図５に
おける下面）における温度は７７°Ｋ、即ち極低温冷却
ユニット１２の使用により充分に冷却されたものより僅
かに低くすることができる。この温度においては、供給
源１７４からの窒素がプレート１６０上あるいはこのプ
レートから突出するフィン（図５には示さず）上に凝結
する。このように形成された液体窒素は、ウェル１５４
へ滴下して、プール１８０内の論理チップ１６４を浸漬
する。論理チップ１６４はこの時、７７°により僅かに
高い温度で作動する。 ［００２３］ 論理ユニット１４６は、それ自身が構成される時、窒素
ガスで充填されることが望ましい。極低温冷却ユニット
１２上に取付けられる時、供給源１７４からのホース１
７６がユニット１４６に取付けられる。次いで、極低温
冷却ユニット１２が投入されて、論理ユニット１４６内
の窒素ガスの液化を開始する。論理ユニット１４６内の
窒素が液化されると、ユニット内の圧力が低下し、より
多くの窒素ガスを供給源１７４から引き込む。この状態
は、論理チップ１６４が図５に示される如く液体窒素フ
ール１８０内に浸漬されるまで継続する。次いで、電源
が論理回路に供給され、プロセスが開始する。 ［００２４］ 望ましくは、論理ユニット１４６は、ユニット内部の圧
力が増加する時に、窒素ガスが逃がす逃し弁（図示せず
）を含むことが望ましい。この状態は、電源が切断され
るかあるいは論理ユニットの故障が生じて交換を必要と
する時に生じる。圧力は、液体窒素が窒素ガスになるに
伴い増加する。 ［００２５］ もし更に多くの論理ユニットが必要とされるならば、ウ
ェルを大きくすることができ、また種々のパッケージ装
置を浸漬することができる。このため図６においては、
論理ユニット１８４即ち図５の論理ユニット１４６に類
似するものは、その底部付近にカード１９０が配置され
た拡大ウェル１８８が設けられる変形された内壁部１８
６を含む。各チップ担体１９４は、図６に示されるよう
に液体窒素プール内に垂直方向に立つようにカード１９
０により支持された各コネクタ１９２に差し込まれる。 コネクタ１９２は、チップ担体１９４を機械的に支持す
ると共に、その間に電気的な結合を生じるように機能す
る。各チップ担体１９４は、１つあるいは望ましくは複
数の論理チップ１９６を支持する。各ケーブル１９８は
、チップ担体１９４と外部環境との間に電気的な結合を
生じる。 ［００２６］ 図７は、複数の論理ユニットを低温保持装置内に浸漬さ
れた各低温ヘッドに対して取り外し自在に固定すること
ができる本発明の別の実施態様を示している。図７に示
したシステム２００は、低温保持装置２０４の低温ヘッ
ド（図７には示さない）に対して取り外し自在に固定さ
れる複数の現場で交換可能な論理ユニット２０２を含む
。低温保持装置は当技術においては周知であるため、低
温保持装置２０４の構造および作動については、論理ユ
ニット２０２に関連しての使用に特定される変更を除い
て詳細には記述しない。極低温絶縁措置を施したダクト
２０６は、拡張部分２１０を有する極低温冷却装置２１
２の同様に極低温絶縁措置を施した低温ヘッド２０８お
よびモータ２１６により駆動される一コンプレッサ２１
４に対して低温保持装置２０４を接続する。低温保持装
置２０４と同様に、極低温冷却装置２１２は、当技術に
おいて周知のタイプのものであり、従って本文において
は詳細には記述しない。 次に図８を参照すると、低温保持装置２０４は、ステン
レス鋼の如き材料で形成された外壁部２１８と内壁部２
２０を含む。外壁部２１８および外壁部２２０間の領域
は、低温保持装置の壁部を介する熱伝達を最小限度に抑
えるため脱気される。低温保持装置２０４は、液体空気
、あるいは望ましくは極低温冷却装置２１２により冷却
される液体窒素の如き極低温液体のプール２２２を含む
。低温保持装置２０４の上面に形成された開口に取付け
られた各低温保持装置の低温ヘッド２２４は、ヘッド２
２４の上部を極低温度に維持するため下方に伸びるフィ
ン２２６（直線フィンあるいはピン型フィン）を有する
。断熱シール２２８を用いて各低温ヘッド２２４を低温
保持装置２０４の土壁部に対して定置することが望まし
い。各低温ヘッドの下方で外壁部２１８の下側に支持さ
れた各ブロック２３０は、その厚さの一部にわたりねじ
が設けられて低温ヘッド２２４の上面下方に皿穴に取付
はボルト（図示せず）を収受する。 ［００２７］ 各論理ユニット２０２は、外壁部２３２と内壁部２３４
を含むドーム状の上方部分を有し、その間の、領域が熱
伝達を最小限度に抑えるため脱気されることが望ましい
。あるいはまた、内壁部２３４は、図３および図４にお
ける如く１層の断熱材料で置換することもできる。壁部
２３２．２３４の下方縁部は、低温保持装置２０４の外
壁部２１８と係合する外方に伸びるソリッド（中実）ベ
ース即ちフランジ２３６に対して接合される。外壁部２
１８の下側に支持されたブロック２３０と同様なブロッ
ク２３８は、その厚さの一部にわたりねじが設けられ、
フランジ２３６に形成された開口を貫通する取付はボル
ト２４０を収受することにより、各論理ユニット２０２
を低温保持装置２０４に対して低温ヘッド上に取り外し
自在に固定する。少なくとも１つのＯ−リング・シール
２４２が、境界面に沿った熱伝達を最／ＪＸ限度に抑え
ると共に周囲空気を排除するため、フランジ２３６と外
壁部２１８間の周囲の境界面に沿って配置されることが
望ましい。各フランジ２３６の内面に対して固定された
弾性環状部材２４４は、銅の如き熱伝導性の非常によい
材料からなる熱伝達プレート２４６を収受するように上
方に延長する。図３に示された実施態様におけるように
、論理ユニット２０２が極低温保持装置の低温ヘッド２
２４に対して固定される時、弾性部材２４４に張力を課
し、これにより熱伝達プレート２４６の下面を極低温保
持装置の低温ヘッド２２４の上面と熱的に接触するよう
に押圧する。図３の実施態様と同様な方法で、熱伝達プ
レート２４６が適当な熱伝導性材料からなるチップ担体
２４８を支持する。チップ担体２４８は、１つ以上の論
理チップ２５０７−支持する。 ［００２８］ 図９は、図８に示された論理ユニット２０２に対する可
能な配線図を示している。図９に示された例においては
、チップ担体２４８から伸びるケーブル２５４がフラン
ジ２３６により支持された密閉シール２５６を通過して
、コネクタ２５８と結合される。コネクタ２５８は、低
温保持装置２０４の外壁部２１８に形成されたウェル２
６０に配置される。ケーブル２５４およびシール２５６
の数に応じて、】ウェル２６０は、極低温保持装置の低
温ヘッド２２４の軸心周囲に伸びる円筒状凹部あるいは
チャンネルを含むことができる。コネクタ２５８は、ケ
ーブル・グループ２６４と接続されたコネクタ２６２と
係合する。ケーブル・グループ２６４は、ウェル２６０
の底壁部と低温保持装置２０４の内壁部２２０間に伸び
る密閉シール２７２を下方に貫通する。ケーブル・グル
ープ２６４は、対応する論理ユニット２０２のチップ担
体２４８と接続するため隣接するシール２７２を上方へ
貫通する第１のケーブル（あるいは、ケーブル・グルー
プ）２６６を含むことができる。更に、ケーブル・グル
ープ２６４は、隣接する論理ユニット２０２間の内壁部
２２０および外壁部２１８間に伸びる密閉シール２７４
を上方へ貫通して外部との電気的接続を提供するためコ
ネクタ２７０を収受する１本以上のケーブル２６８を含
むことができる。 ［００２９］ ケーブル２６６．２６８および対応するコネクタを含む
ケーブル・グループ２６４は低温保持装置２０４と関連
付けられ、ケーブル２５４は対応する論理ユニット２０
２と関連付けられる。論理ユニット２０２が低温保持装
置２０４上に取付けられる時、これらは最初に、それら
のコネクタ２５８を対応するウェル２６０に挿入してこ
れらをコネクタ２６２と結合することにより電気的に結
合される。必要な電気的接続が行われた後、論理ユニッ
ト２０２はポル） ２４０を用いて低温保持装置２０４
に対して固定される。ケーブル２５４は、シール２５６
とコネクタ２５８間に充分な量の弛みが与えられている
。ウェル２６０を外部環境および低温保持装置２０４の
内側の双方から遮断するため、第２の０−リング・シー
ル２５２が、フランジ２３６の係合面と外壁部２１８間
でウェル２６０の半径方向内方にシール２４２の軸方向
内側に配置されることが望ましい
【図１】
本発明の一実施態様を示す部分図である。
【図２】
図１に示された装置の変更例を示す部分拡大断面図であ
る。
る。
【図３】
図１に示された実施態様の更に別の変更例を示す部分断
面図である。
面図である。
【図４】
図１に示された実施態様の更に他の変更例を示す部分断
面図であり、その熱伝達プレートおよび関連する構成要
素の分解図が図４Ａとして示されている。
面図であり、その熱伝達プレートおよび関連する構成要
素の分解図が図４Ａとして示されている。
【図５】
真空容器が論理装置が浸漬される液体窒素のプールを含
む本発明の一実施態様の部分断面図である。
む本発明の一実施態様の部分断面図である。
【図６】
多数のチップを液体窒素中に浸漬することを可能にする
ため、図５に示された実施態様の変更例を示す部分断面
図である。
ため、図５に示された実施態様の変更例を示す部分断面
図である。
【図７】
単一の極低温冷却低温ヘッドを用いて複数の論理ユニッ
トを冷却する別の実施態様を示す立面図である。
トを冷却する別の実施態様を示す立面図である。
【図８】
図７に示された装置の一部の拡大部分断面図である。
【図９】
図７および図８に示された装置の配線状態を示す拡大部
分断面図である。
分断面図である。
極低温冷却ユニット１４ 論理ユニット１６ 真空
容器 １８ 外壁部内壁部 ２２ 底壁部
２４ 凹部 ２６ 側壁部 ２８ 熱伝達プ
レートチップ担体 ３２ 論理チップ ３４
ケーブルケーブル・コネクタ ３８ 外部領域
４０ 内部領域極低温冷却低温ヘッド ４４ 内
孔 ４６ 蓄熱器 ４８ 冷却器円筒状スリー
ブ ５２ 変位部材 ５４ 肩部 ５６０−
リング・シール境界面 ６０ 境界面 ６４
フランジ ６８ 境界面 ７０ 境界面冷却装
置アセンブリ ７４ 極低温冷却ユニット７６
論理ユニット真空容器 ８０ 外壁部 ８２ 絶
縁材料 ８４ 底壁部 ８８ 弾性部材熱伝達
プレート９２ 論理チップ担体 ９４ 論理装置
９６ ケーブルコネクタ １００ 外部コネ
クタ １０２ 外部ケーブル０−リング゛・シール
１０６ フランジ
容器 １８ 外壁部内壁部 ２２ 底壁部
２４ 凹部 ２６ 側壁部 ２８ 熱伝達プ
レートチップ担体 ３２ 論理チップ ３４
ケーブルケーブル・コネクタ ３８ 外部領域
４０ 内部領域極低温冷却低温ヘッド ４４ 内
孔 ４６ 蓄熱器 ４８ 冷却器円筒状スリー
ブ ５２ 変位部材 ５４ 肩部 ５６０−
リング・シール境界面 ６０ 境界面 ６４
フランジ ６８ 境界面 ７０ 境界面冷却装
置アセンブリ ７４ 極低温冷却ユニット７６
論理ユニット真空容器 ８０ 外壁部 ８２ 絶
縁材料 ８４ 底壁部 ８８ 弾性部材熱伝達
プレート９２ 論理チップ担体 ９４ 論理装置
９６ ケーブルコネクタ １００ 外部コネ
クタ １０２ 外部ケーブル０−リング゛・シール
１０６ フランジ
【書類基】
【図１】
図面
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６１
【図７】
【図８】
【ＸＪ
【図９】
Claims (20)
- 【請求項１】 極低温ヘッドと熱的に接触状態に配置さ
れる熱伝導性筐体部分と、前記熱伝導性筐体部分と共働
して前記ヘッドから取外し自在な筐体を形成する断熱筐
体部分と、前記熱伝導性筐体部分と熱的に接触状態に前
記筐体内に取付けられる半導体論理回路とから構成され
ることを特徴とする極低温ヘッドに使用される極低温冷
却論理ユニット。 - 【請求項２】 前記論理回路が前記熱伝導性筐体部分に
取付けられていることを特徴とする請求項１記載のユニ
ット。 - 【請求項３】 前記筐体は前記ヘッドを収受する凹部が
形成されていることを特徴とする請求項１記載のユニッ
ト。 - 【請求項４】 前記凹部が円筒状であることを特徴とす
る請求項３記載のユニット。 - 【請求項５】 前記筐体を前記ヘッドに取り外し自在に
固定する手段を設けることを特徴とする請求項１記載の
ユニット。 - 【請求項６】 前記熱伝導性筐体部分を前記ヘッドと係
合するように押圧する手段を設けることを特徴とする請
求項１記載のユニット。 - 【請求項７】 弾性支持部を設けたことを特徴とする請
求項１記載のユニット。 - 【請求項８】 前記筐体の内部が脱気されていることを
特徴とする請求項１記載のユニット。 - 【請求項９】 前記断熱筐体部分が、外壁部と該外壁部
から内方に隔てられた内壁部とを含むことを特徴とする
請求項１記載のユニット。 - 【請求項１０】 前記内壁部と外壁部間の領域が脱気さ
れることを特徴とする請求項９記載のユニット。 - 【請求項１１】 請求項１に記載された論理ユニットと
低温ヘッドとを含むアセンブリにおいて、該論理ユニッ
トが、前記熱伝導性筐体部分を熱的接触態において前記
低温ヘッド上に取り外し自在に取付けられることを特徴
とするアセンブリ。 - 【請求項１２】 前記論理ユニットと前記低温ヘッド間
の境界面を封止する手段を設けたことを特徴とする請求
項１１記載のアセンブリ。 - 【請求項１３】 複数の隣接して配置された低温ヘッド
を設け、各論理ユニットがその上に取り外し自在に取付
けられることを特徴とする請求項１１記載のアセンブリ
。 - 【請求項１４】 極低温に冷却された液体のプールを有
する低温保持装置を設け、前記低温ヘッドが該液体中に
浸漬されることを特徴とする請求項１３記載のアセンブ
リ。 - 【請求項１５】 前記低温ヘッドが極低温冷却装置の低
温ヘッドであることを特徴とする請求項１記載のユニッ
ト。 - 【請求項１６】 前記論理回路を極低温液体のプールに
浸漬させることを特徴とする請求項１記載のユニット。 - 【請求項１７】 前記筐体内部に液化し得るガスを供給
する手段を設け、該ガスが前記熱伝導性筐体部分と接触
すると共に前記液化プールを形成することを特徴とする
請求項１６記載のユニット。 - 【請求項１８】 前記筐体内部と周囲の大気間の圧力差
を制限する手段を設けることを特徴とする請求項１６記
載のユニット。 - 【請求項１９】 複数の論理回路カードを前記プール内
に支持する手段を設けることを特徴とする請求項１６記
載のユニット。 - 【請求項２０】 極低温に冷却された液体のプールを保
有する低温保持装置と、該低温保持装置の内部から延長
する複数の隣接して配置された低温ヘッドとを設けてな
る装置であって、該低温ヘッドが前記液体中に伸びる部
分を有することを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/468,529 US5121292A (en) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | Field replaceable cryocooled computer logic unit |
| US468529 | 1990-01-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04132299A true JPH04132299A (ja) | 1992-05-06 |
Family
ID=23860178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2405103A Pending JPH04132299A (ja) | 1990-01-23 | 1990-12-21 | 現場で交換可能な極低温冷却論理ユニット |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5121292A (ja) |
| EP (1) | EP0439298A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04132299A (ja) |
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| US5251095A (en) * | 1992-07-31 | 1993-10-05 | International Business Machines Corporation | Low temperature conduction module for a cryogenically-cooled processor |
| US5323293A (en) * | 1992-12-18 | 1994-06-21 | International Business Machines Corporation | Arrangement for placing central processors and memory in a cryo cooled chamber |
| DE4332156A1 (de) * | 1993-09-22 | 1995-03-30 | Inst Luft Kaeltetech Gem Gmbh | Einrichtung zur autarken Kühlung hochtemperatursupraleitender Bauteile, vorzugsweise Sensoren |
| US5463872A (en) * | 1994-09-08 | 1995-11-07 | International Business Machines Corporation | High performance thermal interface for low temperature electronic modules |
| US8069675B2 (en) * | 2006-10-10 | 2011-12-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Cryogenic vacuum break thermal coupler |
| US8776542B2 (en) * | 2009-12-25 | 2014-07-15 | Canon Anelva Corporation | Cooling system |
| JP6916413B2 (ja) * | 2017-04-25 | 2021-08-11 | 株式会社島津製作所 | 電源一体型真空ポンプ |
| US11425841B2 (en) | 2019-09-05 | 2022-08-23 | International Business Machines Corporation | Using thermalizing material in an enclosure for cooling quantum computing devices |
| EP3869179A1 (en) * | 2020-02-18 | 2021-08-25 | IQM Finland Oy | Sample cell for handling and measuring sensitive samples in low temperature conditions |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3412320A (en) * | 1966-05-16 | 1968-11-19 | Varian Associates | Cryostat having an effective heat exchanger for cooling its input leads and other leak paths |
| US3812402A (en) * | 1972-12-18 | 1974-05-21 | Texas Instruments Inc | High density digital systems and their method of fabrication with liquid cooling for semi-conductor circuit chips |
| FR2368675A1 (fr) * | 1976-10-19 | 1978-05-19 | Telecommunications Sa | Perfectionnements aux dispositifs cryostatiques photodetecteurs |
| DE3471998D1 (en) * | 1983-04-15 | 1988-07-14 | Hitachi Ltd | Cryostat |
| JPH01156678A (ja) * | 1987-12-15 | 1989-06-20 | Fujitsu Ltd | 極低温ｌｓｉ試験方式 |
| US4907124A (en) * | 1988-09-01 | 1990-03-06 | Kaufman Lance R | Bolted circuit assembly with isolating washer |
| FR2638023B1 (fr) * | 1988-10-13 | 1992-07-31 | Telecommunications Sa | Dispositif cryostatique pour detecteur de rayonnements |
| JP2681288B2 (ja) * | 1988-11-02 | 1997-11-26 | 富士通株式会社 | 超伝導素子用パッケージ |
-
1990
- 1990-01-23 US US07/468,529 patent/US5121292A/en not_active Expired - Fee Related
- 1990-12-21 JP JP2405103A patent/JPH04132299A/ja active Pending
-
1991
- 1991-01-18 EP EP19910300412 patent/EP0439298A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0439298A3 (en) | 1992-11-19 |
| US5121292A (en) | 1992-06-09 |
| EP0439298A2 (en) | 1991-07-31 |
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