JPH04226058A - 熱伝達システム - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品と、コールド
シート、複数のマニフォールド層、及びばねから構成さ
れる冷却ハットを含む流動性冷媒との間の熱伝達を行う
冷却構造体に関する。各マニフォールド層は、冷媒供給
及び冷媒返送用の分岐した階層構造のコンジットを含む
。高度に平行かつ流線形の流れが得られるため、小さな
液圧差で多量の流体が流れる。ばねがあるときは、冷却
ハットを冷却される表面と密着させる。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】高速コン
ピュータ及びその他の高速電子システムは、しばしば多
数の集積回路チップのアセンブリを必要とし、各チップ
は多数の能動デバイスを含み、多数のチップが密接して
隔置される。そのようなデバイス、特にバイポーラ・ト
ランジスタ・デバイスは、通常の動作中に、きわめて大
きな電力密度を放散する。このようなデバイスが正常に
電子的に動作するには、低い動作温度が必要であり、そ
のためには電力密度の十分な冷却が必要である。逆に言
うと、デバイス及び集積回路チップの最高許容動作温度
が、現在利用できる限られた冷却能力とあいまって、許
容電力密度、回路密度、及びシステム速度を制限してい
る。デバイス及び集積回路チップの冷却法の改良によっ
て、許容電力密度、回路密度、及びシステム速度が向上
する。

【０００３】従来技術は、多数の冷却形態を含んでいる
。これまでに提案されている１つの冷却形態は、ばねで
回路チップに押しつけた金属板を使用する方法である。 これは、米国特許第４３８１０３２号に開示されている
。集積回路パッケージに強制的にはめ込んだ湾曲して移
動可能な隔膜を使用する熱交換器が、米国特許第４３４
１４３２号に開示されている。電子回路を冷却するため
の別の形態の熱交換器は、液体冷媒が循環する通路を提
供するものであり、前記冷媒が柔軟な壁に接触し、この
壁が冷却される回路に押しつけられる。これは、米国特
許第４０７２１８８号に開示されている。別の形態の熱
交換器は、コートされたばねで回路チップに押しつけた
金属の樹枝状結晶を利用したものである。これは、米国
特許第４２５４４３１号に開示されている。さらに別の
形態の熱交換器は、電気回路から熱を引き出すために、
膜で形成され、熱流体材料で満たされたピロウ状構造体
を使用するものである。これは、米国特許第４０９２６
９７号に開示されている。また、従順なディンプルを付
けたウェーハが、電子回路などの熱源とヒート・シンク
との間の圧力によって変形されるものもある。これは、
米国特許第４１５１５４７号に開示されている。回路チ
ップと冷却装置の間に挟まれた単一の材料層を開示する
その他の米国特許には、米国特許第４０６９４９７号、
米国特許第４２３３６４５号、第４５４６４０９号、第
４５６１０１１号、第４６０７２７７号、第４６１２６
０１号、第４６３９８２９号、及び第４４６２４６２号
がある。熱界面における液体とくぼみ形空洞の使用は、
米国特許第４５６７５０５号に開示されている。 熱界面におけるコンフォーマル・コーティングと液体の
複合構造体の使用は、米国特許第４３２３９１４号に開
示されている。冷却法に関する諸問題の理論的検討は、
ＩＥＥＥ　　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　　Ｄｅｖｉｃｅｓ　　
Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．ＥＤＬ−２、Ｎｏ．５、Ｍａ
ｙ　　１９８１に所載のＤ．Ｂ．Ｔｕｃｋｅｒｍａｎ及
びＲ．Ｆ．Ｗ．Ｐｅａｓｅの論文“Ｈｉｇｈ　　Ｐｅｒ
ｆｏｒｍａｎｃｅ　　Ｈｅａｔ　　Ｓｉｎｋｉｎｇ　　
Ｆｏｒ　　ＶＬＳＩ”に示されている。米国特許第４６
０２３１４号、及び第４２５８４１１号は、半導体デバ
イスとヒート・シンクの間に配置された柔軟な熱伝導体
を開示している。 米国特許第３６２６２５２号は、ヒート・シンクと電子
装置の間に配置された熱伝導性粒子を詰めたシリコーン
・グリースを開示している。

【０００４】周知のサーマル・ジョイントは、チップと
冷却手段の間に配置された単一の薄いオイル層である。 粗大サーマル・ジョイントは、チップと冷却手段の間の
ドライ・ジョイントである。このようなサーマル・ジョ
イントは、小さな凹凸の所でのみ接触を行い、その他の
すべての場所では、小さな空気ギャップがあり、熱伝導
性がよくない。

【０００５】前述の様々な冷却システムは、現代の電子
システム、特に「マルチ・チップ・モジュール」内に密
接して実装されたバイポーラ・チップには不適当である
。したがって、ピストン・リンケージ冷却システムが使
用されてきている。このような冷却システムの１例は、
ＩＢＭ　　Ｊｏｕｒｎａｌ　　ｏｆ　　Ｒｅｓｅａｒｃ
ｈａｎｄ　　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ、Ｖｏｌ．２６、
Ｎｏ．１、１９８２年１月に記述されている。記述され
た配置では、約１００個のバイポーラ半導体チップが、
それぞれ下向きにボンディングされている。多数の小さ
な半田ボールが、各チップを共通のプリント回路に接続
する。これらの半田ボールは、「被制御コラプス・チッ
プ・コネクタ」（いわゆるＣ４コネクタ）であり、プリ
ント回路は「多層セラミック」基板である。これらのチ
ップに隣接して冷却ハットがある。各チップは、水冷金
属ブロック内のソケット内に配置された小さなピストン
に隣接する。各チップが動作中に発生する熱が除去され
る。熱は、チップの背面から小さいギャップを横切って
ピストンの先端に伝わり、ピストンの長さに沿って、ギ
ャップを横切ってソケットに伝わり、金属ブロックを通
り、最後に対流によって流水中に放出される。いくつか
の修正例では、ピストンの先端は、チップとの熱的接触
をよくするために平坦にされ、チップとピストンの間に
はオイルがあり、ピストンとソケットの間にはサーマル
・ペーストがある。これらの修正例は、冷却能力をある
程度向上させる。

【０００６】ピストンは、そのソケット内で移動できる
ように設計されており、製造上の公差及び熱による歪み
を補償することができる。チップの高さの変動を補償す
るために、ピストンは、ソケット内でチップ表面に垂直
な方向にスライドすることができる。チップの傾斜の変
動を補償するために、ピストンは、ソケット内で傾斜で
きるように設計されている。（不均一な熱膨張による）
横方向の歪みを補償するために、ピストンの先端は、チ
ップ表面上方で横方向にスライド、またはそのソケット
内でわずかに回転または横方向にスライドすることがで
きる。各種のコンプライアンス・モードによって、チッ
プ間の変動のために大きな応力が、したがって損傷が生
じないようになっている。しかしながら、コンプライア
ンス・モードを達成するには、チップとピストンの間、
及びピストンとソケットの間に十分な間隙が必要である
。

【０００７】従来技術の冷却方式は、欠点及び制限を含
んでいる。多数のチップが１つのマルチチップ・モジュ
ール上に密接して実装されている高電力密度チップから
熱を効果的に除去するには、各チップから冷媒への「緊
密な」熱経路が必要である。この緊密な熱経路という要
件は、上述のコンプライアンス・モードで必要とされる
ような「柔軟な」経路の要件と衝突する。脆いＣ４コネ
クタを保護するために、冷却システムは大きな応力を加
えてはならない。残念ながら、製造上のばらつきの結果
、チップ高さ及び傾斜にかなり大きな差が出る。また、
熱膨張の差によって、完全に剛体のシステムが過剰な応
力を発生するほど、システム構成要素の幾何形状が大き
く歪む。温度変化により、チップ、基板、及び冷却ハッ
トの熱膨張または収縮が起こる。熱膨張は、関係する材
料に応じて変わり、一般に各要素ごとに異なる。スター
ト・アップ及びクール・ダウン時には、温度及び膨張が
一様でなく、やはり不均等な熱膨張及びその結果生じる
熱的歪みを生ずる。補償されない場合、各要素間の相互
接続部に損害を与える応力が発生する。たとえば、基板
表面に平行に不均等な熱的歪みが生じると、せん断応力
が生じ、ついにはＣ４ボールの故障をもたらす。このよ
うな故障モードを防止しなければならない。

【０００８】電子システムが進歩し続けるに従って、上
述したピストン・リンケージ及びその他の冷却システム
は不適当になってくる。ある場合には、熱抵抗が大きく
なりすぎる。他の場合には、その冷却方法で、変動及び
歪みに対処するのに十分なコンプライアンスが提供され
ないことがある。さらに別の場合には、多数のチップを
含むマルチチップ・モジュールに適用するとき、冷却方
法が複雑になりすぎる。

【０００９】一般的な問題の１例は、ピストン冷却で見
られる設計上の衝突である。熱伝達を向上させるには、
通常、より緊密な間隙、公差、及び平滑さ（チップから
ピストンの先端へ、及びピストンからソケットへ）が必
要である。これとは対照的に、十分な運動及び経済的な
製造のためには、より柔軟な間隙などをもつ設計が有利
である。

【００１０】部分的な解決法は、各要素間（すなわちチ
ップとピストンの間、またはピストンとソケットの間）
の隙間に、オイルまたは熱的機能の高いペーストを使用
するものである。別の部分的な解決法は、ピストンとブ
ロックの形をそれらの接触面積が増加するように作り直
す、より精巧な幾何形状を設計するものである。たとえ
ば、金属ブロックに隣接する面積が増加するようにピス
トンの形を作り直す。しかしながら、これらの解決法は
、利点はあるものの、設計上の衝突を完全には解決しな
い。

【００１１】単一チップ・モジュールをプリント回路板
と組み合わせて、多数のチップを密接して実装するため
に使用することもある。１例は、１つのチップ接続、リ
ード線及びプラスティック製ハウジングを含むデュアル
・インライン・パッケージである。この単一チップ・モ
ジュールを、共通のプリント回路板上に装着する。ある
応用例では、単一チップ・モジュールをプリント回路板
とともに使用して、密接なチップ充填密度及び高いチッ
プ電力密度を実現することができる。このような設計を
使用しても、きわめて高い性能のときには、高い熱伝導
性のための「緊密な経路」の要件と、冷却システムの要
素の機械的コンプライアンスのための「柔軟な経路」の
要件の間で設計上の衝突が生じる。

【００１２】さらに、冷却流体と電子部品の間で熱を伝
達するためのコールド・プレートの使用に関する従来技
術もある。通常、コールド・プレートは、厚い金属板か
ら構成され、流体の流れる金属パイプがその金属板の背
面に結合されている。熱を発生する電子部品は、金属板
の正面に熱的に結合される。この熱的結合は、電子部品
と金属板の間に配置された熱伝導性材料の使用によって
向上する。このような材料は、グリースまたはシリコー
ン中に分散された熱伝導性の微粒子である。

【００１３】別のコールド・プレート構造体は、厚い銅
板を含み、水の流れる通路がその銅板に直接加工されて
いる。これらの通路は、加工された銅板に結合された別
の板によって閉じられる。

【００１４】通常、電子部品は、コールド・プレート上
に個別に装着され、各電子部品は他の電子部品との間に
比較的柔軟な電気接続をもつ。他の場合には、電子部品
を、まず単一の回路板上で組み立てる。次に、回路板及
び電子部品アセンブリを、コールド・プレートと密着さ
せる。コールド・プレートは、マルチチップ・モジュー
ルを冷却する際に限界がある。良好な熱接触のために必
要な緊密な経路と、電子部品の剛体基板への電気接続を
保護するのに必要な柔軟な経路の間で設計上の衝突があ
る。

【００１５】フレキシブルな形のコールド・プレート、
たとえば複数の柔軟な金属ベロウを有する金属シートの
形のコールド・プレートが存在する。この場合、１つの
ベロウが、冷却される各電子部品と結合される。サーマ
ル・ジョイントで、ベロウを各電子部品に結合する。流
体ジェットが各ベロウを通って流れ、電子部品から伝達
された熱を除去する。良好な熱伝達を実現するには、各
流体ジェットは相当の流れを必要とする。したがって、
ベロウからベロウへ流れを直列に連結するために小さな
パイプが使用される。多重ベロウ式コールド・プレート
の欠点は、かなりの労力と費用を要する構造が必要なこ
と、及びアセンブリと結合線が液漏れを起こしやすいこ
とである。多数の電子部品が互いに接近した位置にある
場合、組立て及びボンディング工程はさらに困難になる
。さらに、波形ベロウを介する液流系は、かなりの流圧
を必要とする。

【００１６】米国特許第４７３０６６６号（具体的には
図３、９、１０）は、冷却ハットを教示している。冷却
ハットの正面層は、大きな柔軟な金属シートであり、熱
伝達を向上させるためのフィン及び溝を含む。

【００１７】流体論理システム及びそれらの構造の分野
にも従来技術がある。プレート内の空洞と通路から構成
される流体論理ゲートが考案されている。これらのプレ
ートは、成形または化学的加工によって効率的に製造す
ることができる。単一のプレートに、多数のこのような
ゲートを一緒に接続することができる。多数のプレート
を積層することによって、大きな流体論理システムを構
成することが可能である。この構成法によって、しばし
ば「流体ＩＣ」と略称される「流体論理用の集積回路」
が製造される。流体ＩＣ構成法を用いると、流体論理回
路の製造が容易になる。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、集積回路チッ
プなどの電子部品と、流動性冷媒、特に水との間で優れ
た熱伝達、ならびに優れた製造可能性、及び低コストの
製造と組立てを実現する冷却構造体に関する。また冷却
ハットは、基板の高さ、傾斜、曲がり、及び反りの製造
上のばらつきを補償する。応用例によっては、またチッ
プの高さとチップの傾斜の製造上のばらつき、ならびに
熱によって誘起された歪みがあることもある。本発明は
また、チップと基板の間の電子的接続に対する応力、特
に上記の製造上のばらつきによって引き起こされる応力
をも軽減する。冷却は、圧力降下の低い十分な冷媒の流
れを使用し、この冷媒を、電子部品から確実にシールす
ることによって達成される。

【００１９】「コンプライアンス」という用語は、冷却
される電子部品、及び冷却システム自体の「ばらつきの
補償」及び「応力の減少」を意味すると理解されたい。

【００２０】以下の説明及び図面は、水平プリント回路
板または基板上に装着された集積回路チップの水冷に関
するものである。ただし、本発明は、その他の電子部品
、基板配向、流体にも、また非電子部品間の熱伝達にも
適用することができる。たとえば、プリント回路カード
またはプリント回路板上の個別に実装されたチップを冷
却するために本発明を適用することができる。また本発
明は、高温の流体から低温の部品への熱伝達にも有用で
ある。

【００２１】本発明は、通常、コールドシート、いくつ
かのマニフォールド層、ばね、及び外部シェルを含み、
加熱された部品からの熱を除去するためにサーマル・ジ
ョイントと一緒に使用される冷却ハットに関する。

【００２２】コールドシートは通常、冷媒が流れる領域
内に狭いフィンと溝を有する薄い金属シートである。こ
れらの溝は狭いので、冷媒は薄い熱境界層をもつ。これ
らのフィン及び溝は、有効熱伝達面積を倍増する。コー
ルドシートは、熱伝達を改良することに加えて、冷媒を
冷却される部品から分離する。別法として、冷媒がコー
ルドシートに隣接するギャップ中を流れる、フィンなし
コールドシートを使用することもできる。

【００２３】良好な熱伝達のためには、十分な冷媒の流
れが、熱をもった部品から熱を対流によって除去するこ
とが必要である。一般に、狭く長い溝の全長に沿って冷
媒をポンプで送るには、かなりの圧力を必要とする。本
発明は、流れが高度に平行かつ流線化されるので、低い
圧力で十分な流れを実現する。

【００２４】マニフォールドは、何層ものコンジットで
構成され、トポロジ的に分岐した階層構造の形をとる。 好ましいマニフォールド・システムは、きわめて大きな
供給ポート、同じ方向を向いたいくつかの大きな供給ダ
クト、それぞれ前記の大きな供給ダクトの方向に垂直な
方向に配置された多数の中間供給チャネル、それぞれ前
記の大きな供給ダクトの方向に平行な方向に配置された
きわめて多数の小さな供給毛細管、それぞれ前記の中間
供給チャネルの方向に平行な方向に配置された、コール
ドシートに沿ったギャップ内の無数の微細な溝、それぞ
れ前記の供給毛細管の方向に平行な方向に配置されたき
わめて多数の小さな戻り毛細管、それぞれ前記の中間供
給チャネルの方向に平行な方向に配置された多数の中間
戻りチャネル、それぞれ前記の大きな供給ダクトに平行
な方向で配置されたいくつかの大きな戻りダクト、及び
きわめて大きな戻りポートを含む。

【００２５】「供給」という用語は、冷媒源と冷却され
る加工品の間の流路に位置するコンジットを意味し、「
戻り」という用語は、冷却される加工品と冷媒貯蔵タン
クの間の流路に位置するコンジットを意味する。

【００２６】隣接するコンジットの段間には、供給コン
ジットを供給コンジットに連結し、戻りコンジットを戻
りコンジットに連結する碁盤の目状のヴァイア・パター
ンがある。これらのヴァイアは、供給コンジットを戻り
コンジットに連結しない。マニフォールドは、通常、い
くつかの層として構成され、各層は供給コンジット層と
戻りコンジット層を交互に含む。薄い層は、毛細管を形
成する。中間層は、チャネルを形成する。厚い層は、ダ
クトを形成する。各層は、通常、合成ゴムの単一片とし
て成形される。

【００２７】低圧で十分な流れを実現するには、液体運
動量を保存することが必要である。流れの断面積を変え
れば一般に流速が変化し、運動量を失う。これを防止す
るために、流速を実際上一定に保つ。「ある段における
全供給断面積」という用語は、各供給コンジットの面積
と、その段のトポロジ的に平行な流れのセグメントの量
の積を意味する。「ある段における全戻り断面積」とい
う用語も、戻りコンジットに関して同様に定義される。 全流れ断面積は、（各段のコンジットの本数とサイズの
両方を考えた場合）溝、毛細管、チャネル内でほぼ一様
である。ダクトは、マニフォールドからポートへの断面
の不可避的な変化が最小になるようにテーパ形にする。 このテーパは、各ダクトに沿った勾配のある流れに合致
する。渦は液体運動量を消費するので、ダクト及びポー
トの移行部及び屈曲部は流線形にする。

【００２８】シェルは冷却システムを包んで保護し、ば
ねをマニフォールド層に押しつける。マニフォールド、
コールドシート、サーマル・ジョイント、チップ、基板
は、緩やかな力で互いに強制的に接触させられる。

【００２９】冷却ハットは、基板の曲がり及び反りに対
抗するためにわずかに曲がるように設計されている。コ
ールドシートは、中間の薄さ（またはより薄い）であり
、したがって本質的に半柔軟性である。マニフォールド
層は、軟らかい素材から製造されるので、曲がることが
できる。この曲がりは、大きな応力を生じないで起きる
。

【００３０】冷却ハット内では、製造及び組立ての寸法
及び公差はクリティカルではない。２つの互いに直交す
る構造体は水平に自己位置合せされる。隣接する層間の
対合面は、水平な平面をなし、したがって垂直に自己位
置合せされる。

【００３１】コールドシート及びマニフォールド層はそ
れぞれ、「グローバル」である。すなわち、各コールド
シート及びマニフォールド層が、基板上のすべてのチッ
プを冷却する働きをする。特に大きな基板の場合には、
コールドシート及びマニフォールド層は、複数のチップ
とともに使用されるが、必ずしもすべてのチップととも
に使用されるわけではない。その場合でも、基板上に多
数のチップがあるのとは対照的に、冷却ハット部片は二
三個あるだけである。成形した後、対応するマニフォー
ルド層は、追加の労力をほとんど要せずに製造される。 自己位置合せにより、層の公差が補償される。その結果
、高度な製造可能性のある冷却ハットが得られる。

【００３２】サーマル・ジョイントは、各集積回路チッ
プからの熱をコールドシートによく伝導しなければなら
ない。サーマル・ジョイントにより、冷却ハットとチッ
プの間の組立て、及び（必要ならば）再加工と再組立て
が可能になる。場合によっては、サーマル・ジョイント
は、チップの傾斜及び高さの変動、あるいは横方向の熱
的歪みによる応力及び損傷の回避をもたらす。本発明は
、これらの機能を満たす任意のサーマル・ジョイントと
ともに使用することができる。

【００３３】本発明は、構造と構成の両面で、流体用の
プリント回路及び集積回路に類似している。この冷却ハ
ットは、全体的な基板の高さ、傾斜、曲がり、反りの変
動を補償することに加えて、熱伝達、製造可能性、シー
リング、及び低圧力をもたらす。

【００３４】この冷却ハットは、個々のチップの高さ及
び傾斜の変動に対しては限られたコンプライアンスをも
たらし、横方向の熱的歪みについてはほとんどコンプラ
イアンスをもたらさない。応用例でこれらのモードのコ
ンプライアンスが必要とされる場合は、このようなコン
プライアンスはサーマル・ジョイント設計によって実現
すべきである。

【００３５】したがって、本発明の主目的は、複数のコ
ンジットの段を含むマニフォールドを含む冷却構造体を
提供することである。

【００３６】本発明の別の目的は、熱伝達のための平行
なトポロジの流線形の冷媒の流れをもつ冷却構造体を提
供することである。

【００３７】本発明のその他の目的は、付属の図面を参
照しながら以下の説明を読まれれば、より明らかになる
はずである。

【００３８】

【実施例】図面、具体的には図１を参照すると、本発明
の好ましい実施例の主要部分が示されている。これらの
主要な部品は、電子アセンブリ１０、サーマル・ジョイ
ント１２、コールドシート１４、毛細管シート１６、チ
ャネル・シート１８、ダクト・ブロック２０、ポート２
２、外部部品２４、及び冷媒流体である。各部分につい
て以下で詳細に説明する。

【００３９】図１の電子アセンブリ１０は、プリント回
路配線５４を含む基板５２への電気接続５０を有する、
複数の集積回路チップ４８を含む。

【００４０】サーマル・ジョイント１２は、各チップ４
８からの熱を冷却ハットのコールドシート１４に伝える
。従来技術で周知の各種のサーマル・ジョイントを使用
することができる。

【００４１】コールドシート１４は、複数のフィン５６
を含む。それらのフィンは、図１、図４、図５、図６、
図７に立面図で示されている。これらの図のコールドシ
ート１４の上方には、微細なフィン５６、及び微細な溝
５８がある。熱は、冷媒の底面６０へ伝わり、脚部６２
を経て微細なフィン５６を上り、対流によって微細な溝
５８に流れ込み、そこで熱は、前記溝中を流れる冷媒に
よって除去される。最良の結果を得るため、密接して隔
置された微細な薄い矩形フィンが使用される。

【００４２】別の実施例は、フィンなしコールドシート
を使用するものである。供給ノズル及び戻りノズルを含
むフェースシートが、コールドシートに向き合って（コ
ールドシートが図に示されたように配向しているときに
は上方にも）配置され、スペーサまたはその他の手段が
コールドシートとフェースシートの間のギャップを寸法
決めするために使用される。冷媒流体は、コールドシー
トとフェースシートの間のギャップを通って流れる。コ
ールドシートは、局所的に平坦でもよく、また流体の攪
はん及び熱伝達を促進するためのテクスチャまたは構造
を有してもよい。

【００４３】この実施例によれば、フェースシートは、
毛細管シート、チャネル・シート、またはダクト・ブロ
ックと異なってもよく、それらと合体、位置合せ、また
は一致してもよい。

【００４４】外部部品は、図１、及び図４ないし図７の
立面図に見える。外部部品は、ばね６６を圧縮するシェ
ル６４を含む。その結果、軟らかい予測可能な圧縮が得
られ、ダクト・ブロック２０がチャネル・シート１８に
押しつけられ、次にこのチャネル・シートが、毛細管シ
ート１６、コールドシート１４、サーマル・ジョイント
１２、及び電子アセンブリ１０に押しつけられる。シェ
ルは、冷却システム全体を包み、シールドする。

【００４５】図２は、流体の流れのトポロジの単純化し
た概略図である。冷媒は、次の順序で冷却システム中を
流れる。最初に、冷たい供給冷媒（矢印２６で示す）が
、大きな供給ポート２８から中にはいる。次に冷媒は、
分流して複数（図では２つ）の供給ダクト・セグメント
３０に流入する。次に、供給冷媒は、複数の供給チャネ
ル・セグメント３２を経てチャネル・シートに流入する
。次に、供給冷媒は、多数の供給毛細管セグメント３４
を経て毛細管シートに流入する。最後に、供給冷媒は、
フィン付きコールドシートの溝とフィンの間、またはフ
ィンなしコールドシートに沿ったギャップ内の、無数の
微細なセグメント３６を経てコールドシート（図示せず
）に沿って流れる。冷たい供給冷媒は、コールドシート
から熱を吸収して、暖かい戻り冷媒になる。この戻り冷
媒は、毛細管シート内を流れ、多数の戻り毛細管セグメ
ント３８を通って戻りチャネル・シートに向かい、複数
の戻りチャネル・セグメント４０を経てダクト・ブロッ
クに達し、戻りダクト・セグメント４２を通って流れる
。最後に、暖かい戻り冷媒（矢印４４で示す）は、大き
な戻りポート４６を通って系から出る。閉じた系では、
戻り冷媒は冷却されて、貯蔵タンクに戻る。このタンク
から冷媒は系内を再循環する。図をわかりやすくするた
めに、図２は多少単純化しすぎている。たとえば、図２
は、２分木を図示しているが、実際の流れのトポロジは
様々な分岐比をもつ。図２は、ただ１つの平面内の流れ
を示すが、実際の流れは３次元的である。本発明の１つ
の態様では、マニフォールド・コンジットの液圧階層と
コールドシートの間に協力関係がある。相補的コールド
シートは、静液圧をサーマル・ジョイントを介してチッ
プ及び電気接続点に伝達する。大きな液圧が存在すると
、電気接続は疲労しがちになる。本発明の液圧階層は、
穏やかな液圧で十分な冷却流体の流れを可能にすること
によって、そのような疲労を防止する。

【００４６】図３は、ポート、ダクト、及びチャネルの
トポロジを示すが、毛細管、溝、またはギャップは図示
していない。図３では、好ましい実施例の分岐トポロジ
が示され、その幾何形状は好ましい実施例を近似してい
る。分岐トポロジの水平面への投影図について以下で説
明する。供給ダクト３０は、その供給ダクトが連結され
ている供給チャネル３２とは異なる垂直平面内にある。 これらの供給ダクトは、戻りチャネル４０にはつながっ
ていない。この不連続性は、戻りチャネルの線の中断に
よって表現されている。見やすくするために、図３には
、毛細管または溝を示していない。供給ポート２８及び
戻りポート４６は、図３の平面に垂直である。

【００４７】図３ないし図１４は、冷却ハットの同じ実
施例の異なる図及び部分を示す。

【００４８】チャネル・シートは、図４及び図５の立面
図、図２及び図３のトポロジ図に最もよく示されており
、図１、図６、及び図７に部分的に見える。図４で、供
給冷媒は、供給チャネル・ヴァイア３０を通って各供給
チャネル３２に流れる。次に、冷媒は、上述したように
、供給毛細管３４、コールドシートの溝５８、戻り毛細
管３８を通って流れる。図５で、戻り冷媒は、戻りチャ
ネル・ヴァイア４２を通り戻りチャネル４０を通って流
れる。

【００４９】毛細管シート１６は、図６及び図７の立面
図に最もよく示されている。図６で、戻り冷媒は、戻り
毛細管３８を通って戻りヴァイア４２に流れる。

【００５０】ダクト・ブロックは、図６及び図７の立面
図、図２及び図３のトポロジ図に最もよく示されており
、図１、図４、図５の立面図に部分的に見える。図６で
、供給冷媒は、上述したように供給ダクト３０、供給チ
ャネル３２、供給毛細管３４、コールドシートの溝５８
、戻り毛細管３８、及び戻りチャネル４０を通って流れ
る。図７では、戻り冷媒は、戻りダクト４２から流れ出
る。

【００５１】供給ポート２８及び戻りポート４６は、図
８の立面図、図９の平面図、図２及び図３のトポロジ図
に示されている。供給冷媒は、上述したように順に供給
ポート２８、供給ダクト３０、供給チャネル、供給毛細
管、コールドシートの溝、戻り毛細管、戻りチャネル、
戻りダクト４２を通って流れる。戻り冷媒は、戻りポー
ト４６を通って系から出る。

【００５２】本発明の以下の説明では、「段」は、単一
のサイズ及び単一の極性（供給または戻り）のすべての
コンジットを意味する。したがって、供給ポート、供給
ダクト、供給チャネル、供給毛細管、溝、戻り毛細管、
戻りチャネル、戻りダクト、戻りポートは、それぞれ別
々の段である。「ヴァイア」は、段間の流体の流れを接
続する。「マニフォールド」は、毛細管シート、チャネ
ル・シート、ダクト・ブロック、及びポートの全体を指
す。「流れのトポロジ」は、すべての段及びヴァイアを
通る流れを指す。

【００５３】冷媒は、大きな段のコンジットと小さな段
のコンジットの間のヴァイアを通って流れる。各コンジ
ットはヴァイアを有し、各ヴァイアは、より大きなコン
ジットと多数のより小さいコンジットの間の流れの頂点
である。供給ヴァイアは、供給コンジットを隣接する段
の供給コンジットに接続し、戻りヴァイアは、戻りコン
ジットを隣接する段の戻りコンジットに接続する。供給
コンジットと戻りコンジットの間の流れの接続だけは、
コールドシートに隣接する溝を介して行われる。

【００５４】図６で、供給冷媒は、供給チャネル３０か
ら毛細管供給ヴァイア３４を通って供給毛細管３６に流
れる。類似のパターンは、供給冷媒及び戻り冷媒のチャ
ネル、毛細管、溝内でも発生する。

【００５５】ヴァイアは、図１０、図１１、図１２、図
１３の平面図にも示されている。チャネル供給ヴァイア
６８は、図１０の平面図に見えるように、供給チャネル
・シート７０内で碁盤の目状のパターンを形成する。チ
ャネル戻りヴァイア７２は、チャネル・シート７０内で
相補的な碁盤の目状のパターンを形成する。図１２及び
図１３で、毛細管シートは、スケールはより小さいが類
似のヴァイアのパターンをもつ。

【００５６】好ましい実施例では、基板は、５１ｍｍ×
５１ｍｍの電子的に活性な領域を有する。３６個の集積
回路チップがあり、各々のサイズは４．５ｍｍ×４．５
ｍｍで、６×６のアレイを形成し、ピッチは８．５ｍｍ
×８．５ｍｍである。電子回路アセンブリを冷却するた
め、冷却ハットの好ましい実施例は、以下の寸法を有す
る。隣接するコンジット間のピッチとしては、溝ピッチ
＝０．０５ｍｍ、毛細管ピッチ＝０．５３１ｍｍ＝８．
５ｍｍ／１６、チャネル・ピッチ＝２．１５２ｍｍ＝８
．５ｍｍ／４、ダクト・ピッチ＝８．５ｍｍ、ポート・
ピッチ＝約５１ｍｍ＝８．５ｍｍ×６である。その他の
すべての寸法は、これらのピッチから誘導される。セグ
メントの長さとしては、溝＝０．５３１ｍｍ、毛細管＝
２．１２５ｍｍ、チャネル＝８．５ｍｍ、ダクト＝５１
ｍｍである。すなわち、各段のセグメントの長さは、次
のより大きな段のピッチに等しい。コンジットの幅とし
ては、溝＝０．０２５ｍｍ、毛細管＝０．２６５ｍｍ、
チャネル＝１．０６２５ｍｍ、ダクト＝４．２５ｍｍで
ある。すなわち、ある段のコンジット幅は、その段のピ
ッチの半分に等しい。コンジットの高さとしては、溝＝
０．１ｍｍ、毛細管＝０．４ｍｍ、チャネル＝１．５ｍ
ｍであり、ダクトは１０ｍｍから０ｍｍにテーパ形にな
っている。各ポートは、直径１２．７ｍｍで丸い。 高さについては、以下で流線化に関連して検討する。

【００５７】この冷却システムは、最適の熱伝達、高信
頼性のシーリング、及び低い応力を達成する。したがっ
て、小さな圧力差で十分な流れを達成することが望まし
い。圧力・流れ曲線は、２つの項をもつ。粘性抵抗は、
流れに比例して増加し、主として微細な溝内での抵抗に
よるものである。慣性抵抗は、流れの２乗に比例して増
加し、主として流れの速度の変化または渦の生成による
、液体運動量の変化によるものである。溝は狭く、コー
ルドシートは大きい。したがって、コールドシートの全
長に沿って十分な冷媒を直接ポンプで送る場合、かなり
の圧力が必要となるはずである。その代わりに、上述し
た流れのトポロジは流れを平行にする。したがって、か
なりの流れの密度でも、小さな圧力差しか必要でない。

【００５８】流れの系において、流れの速度が不均一で
あると、一般に液体の運動量密度が浪費され、慣性抵抗
を生ずる。たとえば、波形ベロウは、不均一な流れの断
面を有する。したがって、このようなベロウを通る流れ
は、かなり大きな慣性抵抗をもつ。

【００５９】慣性抵抗を最小にするには、全流速が、実
際上一様でなければならない。図２に示すような単純化
しすぎた場合では、全流れ断面及び流速は一様である。 実際の実施例では、各コンジットの幅は、そのピッチの
５０％である。したがって、２つのコンジット段の間の
オーバーラップは、冷却されるコールドシート面積の２
５％である。ただし、このオーバーラップの１／４だけ
が、供給コンジットと戻りコンジットの間にある。した
がって、供給ヴァイア面積は、コールドシート面積の１
／４×１／４＝１／１６＝６．２５％である。しかし、
冷媒がヴァイアに入るときは、「毛管収縮」作用が働い
て有効面積が約４．５％に減少する。

【００６０】各コンジットについて、流れの断面は、そ
のコンジットがサービスするコールドシート面積の約４
．５％である。同じことであるが、各段の全供給断面は
、全コールドシート面積の約４．５％である。コンジッ
ト内、特にダクト内では、流速はその長手方向に沿って
変化する。したがって、コンジットの断面を、変化する
流速に比例してテーパ形にしなければならない。このテ
ーパリングは、図４及び図５のダクトによって示してあ
り、またそれほどはっきりしていないが、図６及び図７
のチャネルにも見られる。図８の供給ダクトでもはっき
り見える。

【００６１】図１２は、複数の列の供給毛細管ヴァイア
１０２、及びそれと交互の列の戻り毛細管ヴァイア１０
４を含むチャネル・シート１００の上面図を示す。図１
３は、シート１００の底面図を示す。この図では、供給
毛細管１０６及び戻り毛細管１０８は、線で示され、ヴ
ァイア１０２、１０４は円で示されている。

【００６２】図１４は、密接して隔置された溝９４を含
むコールドシート９２の上面図である。図が見やすいよ
うに、これらの溝の一部分だけが示されている。

【００６３】図３１は、冷却ハットの透視図である。第
１の段２１６は、供給ポートと戻りポート、及びそれら
に結合したダクト・セグメントを含む。第２の段２１８
は、ヴァイア、供給チャネル、及び戻りチャネルを含む
。第３の段２２０は、フィン及び溝つきのコールドシー
トを含む。図が見やすいように、図３１には、毛細管を
図示しておらず、フィン及び溝の寸法を誇張して示して
ある。また、マニフォールド自体ではなくコンジットが
図示されている。

【００６４】図１５、図１６、図１７は、単純化した冷
却ハットの流体力学的挙動を概略的に示したものである
。図１５では、単一の供給ダクト７４が、流体を長い溝
７６に、次いで単一の戻りダクト７８に送る。溝７６を
通る適切な流れを保証するには、かなりの圧力差が必要
である。図１６では、単一の供給ダクト７４が、流体を
多数の供給チャネル８０に送り、供給手段８０が流体を
多数の短い溝セグメント８２に送る。ここから流体は、
多数の戻りチャネル８４に流れ、次いで戻りダクト７８
を通る。粘性抵抗は、図１５に示した構成に比べて低下
する。しかしながら、この配置は、流れが鋭角に曲がっ
て渦を生じ、２乗に比例する慣性抵抗を増大させる。図
１７に示した実施例は、溝及びチャネルを通る流れのテ
ーパリング及び流線化を含み、２乗に比例する慣性抵抗
をかなり減少させる。したがって、図１７の実施例は、
好ましい構造の供給チャネル８６である。冷媒は、供給
ダクト７４からテーパ形の短い溝セグメント８８を通っ
て戻りチャネル９０に流れ、戻りダクト７８を通って出
る。戻りチャネルは、流線化のため、かどのある壁では
なくカーブした壁をもつ。

【００６５】渦が流体内に形成されると、液圧が浪費さ
れる。したがって、各移行、特にホースからポート、さ
らにダクトへの移行を流線形にしなければならない。位
置ずれ及び成形性により、異なる層間のヴァイアの流線
化は困難になる。また、成形部品から「フラッシュ」、
すなわち余分な材料を取り除くことが望ましい。冷却ハ
ットを組み立てる際に、腐食による流線化を実施するこ
とができる。

【００６６】腐食による流線化は、コールドシートなし
でマニフォールド層を組み立てることによって実行され
る。液体窒素（または微細な研磨剤を混合した流体）を
供給ポート内にポンプで送り込み、供給毛細管から排出
する。またその液体を戻りポートにポンプで戻し、戻り
毛細管から排出する。この流れは、腐食を起こし、ヴァ
イアにおける流線化を改善する。液体窒素は、ゴムのマ
ニフォールドを脆くして腐食を促進する。つづいて、冷
却システムを完全にすすいで、腐食物質（及び残留する
研磨剤）を除去する。最後に、コールドシートを取り付
ける。こうして獲られた流線形ヴァイアによって、面積
比は６．２５％により近くなる。その結果、この面積比
に達するために、より背の高いコンジットを使用する。 ときには、前述した流体力学的理想値が得られないこと
がある。たとえば、各段内の全断面積が、少なくともポ
ートの断面積と同じ大きさにされる。慣性抵抗は、通常
、最高速度、及び最小の全流れ面積によって支配される
。またテーパリング及び流線化は、より大きなコンジッ
ト及びより大きなヴァイアで最も重要である。そこでは
慣性力が比較的大きく、粘性減衰力は比較的小さい。 したがって、レイノルズ数は比較的大きくなる。

【００６７】必要な冷却密度がより小さい場合、流れを
減少させることができる。粘性抵抗は、その１乗に比例
して減少し、慣性抵抗は２乗に比例して減少する。この
ような場合、マニフォールド設計を理想値から変更する
ことができ、緩やかに平行なトポロジだけが必要である
。同様に、慣性抵抗及び流線化の効果もより小さくなる
。

【００６８】上述した冷却ハット実施例は、水を使用す
る場合に最適であり、大きな熱容量、大きな熱伝導性、
及び低い粘性をもち、その結果、室温付近での冷却に高
性能が得られる。しかし、幾何形状を変更すれば、他の
冷媒を使用することもできる。たとえば、水に比べて、
パーフルオロカーボンその他の誘電液体冷媒は、比熱が
より小さい。したがって、沸騰のない冷却、または沸騰
を補助するために「サブ・クーリング」を使用する冷却
の場合には、誘電性液体を使用する誘電体冷却と同等な
冷却を行うのに、水よりも大きな流れが必要である。高
密度で充填した多数の高電力チップの冷却には、良好な
流れのトポロジ、断面設計、及び流線化が必要である。

【００６９】高性能を得るには、流れの断面積を大きく
することが望ましくなる。コンジットの幅のコンジット
・ピッチに対する比が、たとえば７５％と大きくなり、
したがって面積比は、０．７５×０．７５／４＝１４％
に増加する。

【００７０】柔軟性を得るには、コールドシートは、中
程度の薄さ、またはより薄くすべきである。好ましい実
施例は、通常、約３７５μｍの厚さの金属シートで、エ
ッチングまたは精密切削によってフィン及び溝を加工し
たものである。マニフォールド部片は、成形合成ゴムな
どの軟らかい素材から作成すべきである。好ましいマニ
フォールドの素材は、過酸化物硬化剤を含み、塩素また
はイオウを含まないエチレンプロピレンジエンモノマー
である。この物質は、水中で化学的に不活性であり、そ
の硬度は容易に調節することができる。マニフォールド
層同士は、「加硫後接着」によって接合される。このよ
うにゴムは、それ自身接着剤として働くので、接着剤を
加える必要がない。別法として、マニフォールドを、プ
ラスチック素材を使って製造することもできる。

【００７１】コールドシートは、モリブデン、ステンレ
ス・スチール、銅、チタン、ニッケル、及び各種の金属
の組み合わせ（合金または層のいずれかとして）を含む
金属で製造することができる。各金属は、熱伝導性、剛
性、弾性限界、化学的不活性度、及び加工容易性が異な
る。また、化学的にエッチングしたシリコン・ウェーハ
からコールドシートを製造することも可能である。しか
しながら、このようなエッチングしたシリコン・ウェー
ハのコールドシートは脆く、マニフォールドに装着した
とき、このエッチングしたシリコン・ウェーハのコール
ドシートは、容易に破壊することがある。したがって、
エッチングしたシリコンのコールドシートは、比較的固
いマニフォールドとともに使用することが好ましい。

【００７２】上記の冷却ハットは、大きな応力を生じず
に、垂直の変動に適合する。冷却ハット層は、一様に予
想よりかなり厚くまたは薄くなることがある。これは、
おそらく硬化中のゴムの収縮によるものであろう。にも
かかわらず、冷却ハット層は、水平面に沿って一緒に結
合されているので、うまく組み立てることができる。冷
却ハット層は、局所的に予想よりもわずかに厚くまたは
薄くなることがある。この厚さの偏差は、穏やかなばね
の力によって曲がる軟らかい素材のマニフォールドを使
用することによって補償される。この冷却ハットは、電
子アセンブリに対するグローバルな垂直変位または傾斜
に対処する。というのは、この冷却ハットは、シェル内
に柔軟に装着され、ばねが冷却ハットを穏やかに電子ア
センブリに押しつけるからである。これは図１８に示さ
れている。代表的な場合、約０．５ｍｍの変位が補償さ
れる。この冷却ハットは、その冷却ハット内、または電
子アセンブリ内のグローバルな曲がりまたは反りに対処
する。マニフォールド層は、その素材が軟らかく、コー
ルドシートの厚さが柔軟になるように選択されるので、
柔軟である。コールドシートが比較的に硬い素材から製
造されている場合でも、それは少なくとも半柔軟性とな
る程度には薄い。冷却ハットは少なくとも半柔軟性であ
るので、図１９に示すように、ばねの力によってわずか
に曲がる。冷却ハットは一般に、基板を横切る大きな曲
がりに適合する。代表的な場合、冷却ハットは、約２０
ｍの曲率半径を補償することができる。これは、１００
ｍｍの弦における１２５μｍの矢（円弧の中点から弦の
中点までの距離）に等しい。冷却ハットが半柔軟性であ
るため、チップ間の傾斜及び高さのわずかな変動に対処
するためのコンプライアンスも限られている。これは、
図２０に示されている。代表的な場合、冷却ハットは、
約２０ｍの曲率半径を補償することができる。これは、
８．５ｍｍの弦における１μｍの矢に等しい。この冷却
ハットは、水平方向の位置ずれの影響を受けない。好ま
しい実施例では、コールドシートは、活性領域を横切る
フィン及び溝の一様なパターンを有し、この活性冷却領
域を横切って一様な流体の流れの密度がもたらされる。 このように、チップと冷却ハットの間に大きな位置ずれ
があっても、チップの冷却性能は低下しない。マニフォ
ールド内部では、流体は、隣接する段内で直交する方向
に流れる。したがって、隣接する段間に多少の位置ずれ
があっても、（エッジ付近を除き）適切な流れが得られ
る。

【００７３】本明細書では、「コンプライアンス」とい
う用語は、剛体ピストンの運動でコンプライアンスをも
たらす従来技術の「ピストン冷却」ではなく、曲げるこ
とによって補償する機能を意味する。

【００７４】本発明の目的は、製造の容易さを提供する
ことである。すなわち、製造及び組立てが、僅かな労力
で、低コストで、製造上の変動の影響を受けずに達成さ
れる。これらの目的は、いくつかの明かな構造上及び構
成上の特徴によって達成される。各冷却ハット構成要素
は、アセンブリ内のすべてのチップにサービスする層で
ある。冷却ハットは、一般に比較的少ない層しか含まな
い。各層は、リソグラフィーによってコールドシート内
にフィン及び溝を製作するためのマスクを含む「マスタ
」、及び各マニフォールド層を製作するための成形ダイ
を使用して、効率的に製造される。マスタができると、
後続の層の複製は、ほとんど労力を要さず、低コストで
でき、冷却ハットによって冷却されるチップの数にはほ
とんど依存しない。マスタを使用して製作することによ
って、二三の重要な寸法に適合することが大いに保証さ
れる。したがって、低コスト冷却ハットのプロセス・ウ
ィンドウは大きく、層当たりの歩留まりは高い。多数の
チップを有する電子アセンブリでは、１チップ当たりの
冷却コストは低い。

【００７５】これとは対照的に、従来技術のピストン冷
却では、各チップがピストン及びシリンダを必要とし、
チップの数にほぼ正比例して労力とコストが増加した。 また、チップの電力密度が大きくなれば、一般に各ピス
トン及びシリンダを、それに反比例して緊密な公差で製
造する必要がある。

【００７６】本発明の顕著な特徴は、概念的に統合する
ことができる。流体論理システムの構造及び構成は、１
９６０年代に短期間全盛であった。流体論理システムは
、しばしば流体用のプリント回路または集積回路のよう
に構成され、しばしば「流体集積回路」または「フリュ
イディックス」と呼ばれた。本発明の冷却ハットは、フ
リュイディックスの構造及び構成を冷却に応用している
点で新規である。これは、元来の流体論理回路から遠く
離れた役割である。

【００７７】以上、冷却ハットを、よく分離されたチッ
プ、すなわちピッチが８．５ｍｍの４．５ｍｍチップに
関して述べた。しかしながら、この冷却ハットを用いる
と、活性領域全体にわたる一様な冷却が可能である。す
なわち、本冷却ハットは、各チップを接近して肩を寄せ
て装着した、局所電力密度及び全面積は同じであるが、
より高密度の電子アセンブリを冷却することができる。 この冷却ハットはまた、高い電力密度を有するウェーハ
を冷却することができる。

【００７８】一般に、コールド・プレート上の溝幅は、
冷却される局所電力密度を温度降下で割った商に反比例
する。その結果得られる幅により、溝のピッチ及び溝の
セグメント長さが規定される。一般に、最も粗大な段の
ピッチは、基板の幅に近似する。この２つの極端な段の
間で、中間段を段内で補間しなければならない。その１
例は、比が４の指数関数的段である。各段の全流れ断面
積は、電力密度を温度降下で割った商に比例する。した
がって、層の数は、電力密度を温度降下で割った商を含
む、電子アセンブリの諸パラメータに対数的に依存する
。

【００７９】したがって、層の数は、電力密度及び全電
力を含む、電子アセンブリの諸パラメータに対数的に依
存する。逆にいうと、二三の層を有する冷却ハットで、
指数関数的に多数のチップを有する大きな電子アセンブ
リを冷却することができる。

【００８０】多くの場合、さらに少ない層でも十分であ
る。ポート、ダクト、チャネル、及び溝をもつが、毛細
管はもたない冷却ハットを考えてみる。これは、適度に
低い粘性抵抗でかなりの冷却をもたらす。しかしながら
、毛細管を追加すると、粘性抵抗は下がり、より微細な
溝及びより良好な冷却が可能になる。次に、電力密度が
数倍小さい別の電子アセンブリを考えてみる。そのよう
なアセンブリは、数倍粗いコールドシート、及びより少
ない段を有するマニフォールドを備えた冷却ハットで冷
却することができる。細部に応じて３段、２段、さらに
はただ１段のマニフォールドで、電子アセンブリを冷却
することができる。

【００８１】場合によっては、予測可能な大きな変動に
対処するため、冷却システムを変更または「個別化」す
べきことがある。しばしば、電力または電力密度は、チ
ップごとにかなり異なる。場合によっては、チップ間の
同期及び通信のために、チップ間の温度差を最小にする
ことが必要となる。したがって、低電力密度チップを過
度に冷却することは避けるべきである。また、過度の冷
却は冷媒の流れを浪費する。多くの場合、チップは、基
板上に緊密に実装されていず、したがってコールドシー
ト上方の一様な冷却及び流れに無駄が出る。各チップに
隣接するコールドシート領域に冷却及び冷媒の流れを集
中することが好ましい。

【００８２】場合によっては、チップごとに発生する電
力が異なり、サイズも異なることがある。この問題に対
する１つの解決方法は、低い電力または低い電力密度を
有するチップへの冷媒の流れを少なくすること、及びチ
ップに隣接しないコールドシート領域への流れの密度を
小さくすることによって、冷媒の流れ及び冷却密度を空
間的に調節するものである。１つのそのような実施例が
図２１に示されている。コールドシート１４と微細なマ
ニフォールド１６の間に、薄いチップ１１６と厚いチッ
プ１１８の上方にそれぞれ小さい孔１１２と大きな孔１
１４を有するテープ層１１０がある。各孔の面積は、関
連する個々のチップの電力に適合するように「個別化」
される。せん孔は、レーザ・アブレーションによって行
なえる。この方法は、各種の電子アセンブリの組合せ用
のハットを製造するため、容易にかつ安価に変更するこ
とができる。打抜き法は、テープに孔を形成するための
より柔軟性の少ない代替法である。

【００８３】もう１つの個別化された冷却実施例は、フ
ィン及び溝のパターンを局所的に変更するものである。 たとえば、冷却が不要な領域の溝をなくす。別の代替実
施例は、冷却を個別化するためにマニフォールドの最も
微細な段のコンジットのパターンを変更するものである
。しかしながら、後者の解決方法では、一般に個別化さ
れたマスクまたは金型が必要となる。このため、異なる
電子アセンブリの組合せがあるとき、冷却ハットの製造
工程が複雑になる。

【００８４】場合によっては、チップ間に予想可能なか
なりの高さの差があることがある。たとえば、メモリ・
チップと論理チップの高さが異なることがある。また、
プリント回路カード上に個別に実装されたチップ用の電
子アセンブリは、しばしば様々な高さのパッケージを混
用する。たとえば、ある電子アセンブリで、異なる高さ
の集積回路チップとコンデンサを混用することがある。

【００８５】図２１は、コールドシート１４と薄い方の
チップ１１６の間にボタン１２０を追加することによる
、チップ高さが異なる問題に対するある解決方法を示す
。垂直方向のチップ高さの差に対処する別の方法は、型
押ししたコールドシートまたは垂直方向に個別化された
ダクト・ブロックを使用するものである。

【００８６】応用例によっては、１方向でコンパクトさ
を要し、別の方向ではスペースを要することがある。話
がわかりやすいように、コールドシートは水平面内にあ
り、ダクトは図の左から右に流れると仮定する。垂直方
向でコンパクトにするため、水平ポートはダクトと同一
平面にある。図２２は、流体が、図のように供給チャネ
ル１２６及び戻りチャネル１２８内にある、供給ポート
１２２から戻りポート１２４に流れる実施例を示す。共
に図２３は、流体が供給ポート１３０から供給チャネル
１３２を通って戻りチャネル１３６へ、さらに戻りポー
ト１３４へと、図のように下から上に流れる実施例を示
す。図２４は、図のように流体が供給ポート１３８を上
から下の方向に流れて、戻りポート１４０に入り下から
上に流れる実施例を示す。これとは対照的に、水平方向
で最大にコンパクトにするには、垂直ポートをダクトの
直接上方に垂直方向に配置する。

【００８７】コンジットは、垂直方向または水平方向あ
るいは両方向でテーパ形にすることができる。図４及び
図５は、水平方向でコンパクトにするのを助ける、垂直
方向のテーパリングを示す。図２２、図２３、図２４は
、垂直方向でよりコンパクトにするための、水平方向の
テーパリングを示す。

【００８８】場合によっては、いくつかの段を単一片に
統合することができる。これらの段は、同一平面にあっ
ても同一平面になくてもよいが、いずれにしても同時に
製造する。しばしば、このような統合を行うと、構成コ
ストは低下するが、成形性は複雑になる。ポート及びダ
クトは、単一片に統合することができる。両面製造法（
特に成形）を用いると、統合が容易になる。下端にチャ
ネル、中間にヴァイア、上端にポート及びダクトを有す
るマニフォールド層を成形することができる。別の集積
片で、ポートをふたに接続する。ポート及びふたのピー
スが、ダクトの上端及びチャネル・ピースを覆う。別の
実施例は、毛細管とチャネルを統合するものである。 すなわち、１つの層は、下端に毛細管、中間に毛細管ヴ
ァイア、上端にチャネルを有する。次のマニフォールド
層は、下端にチャネル・ヴァイア、上端にダクトとポー
トを有する。次のマニフォールド層は、下端にチャネル
・ヴァイア、上端にダクトとポートを有する。極端なも
のでは、同一平面の溝、ダクト、及び溝を統合する単一
層を有する。したがって、製造は、完全に統合され、最
小になる。しかしながら、このような層は、フィンと同
じ材料、通常は金属で製作しなければならず、これによ
って、大きな流れ断面と薄い半柔軟な部分の間に衝突が
生じる。また、チャネル領域及びダクト領域のために、
フィン及び溝用の面積が減少する。しかし、製造は、統
合され、最小になる。製造及び組立ての工程に応じて、
段を統合する方法には他にも多数の方法がある。一般に
、統合を行うと、部品数及び製造コストが減少し、各マ
ニフォールド層内の位置合せが保証される。それでも、
層間の位置合せには注意が必要である。

【００８９】別個の部品中のいくつかの段、またはいく
つかの同一平面にない段を有する１つの部品、またはい
くつかの同一平面の段を有する１つの部品の構成につい
て以下に説明する。

【００９０】場合によっては、１つの段を、いくつかの
部分から作成することがある。たとえば、きわめて大き
な水平チャネル・シートは、いくつかのチャネル・シー
トを水平に添え継ぎすることによって製造する。

【００９１】好ましい実施例では、図２５に示すように
、信頼性の高い制御された圧縮をもたらすために、異な
るばね１４２を設ける。その結果、余分なハードウェア
のコストはかかるが、垂直のコンプライアンスが得られ
る。場合によっては、ばねを、ハットの他の部分と統合
することができる。たとえば、金属ばね１４２のまわり
にゴムのダクト・ブロック１４４が成形される。もっと
統合を進めたものでは、金属ばねを省略しマニフォール
ドの素材の弾性を利用する。ただし、「ゴムのクリープ
」（非弾性変形または遅い流れ）は弾性力をゆっくり弱
めないので、この場合には注意が必要である。別の実施
例は、シェルまたはコールドシートの弾力性を使用する
ものである。すなわち、シェルまたはコールドシートを
、電子アセンブリに向かってわずかに凸形になるように
製造する。別のバージョンでは、コールドシートの上端
と下端の間の液圧・気圧差を使用する。関連したバージ
ョンでは、電子アセンブリを排気する。残念ながら、静
液圧は、オン／オフ・サイクル中に変化する。

【００９２】好ましい実施例は矩形パターンのコンジッ
トを示すが、おそらく自己位置合せ性はいくぶん失われ
ようが、他のパターンを使用することもできる。その他
の配置は、同心円及び放射状の線の格子を含むものであ
る。複素解析関数理論によって、その他の多数の好適な
格子を構成することができる。

【００９３】さらに一般的には、連続する段が、局所的
に直交する必要はない。たとえば、連続する段を、ある
角度、通常は６０度で配向することができる。すなわち
、第１段は、供給ダクトと戻りダクトの間で交互に、０
度で走るダクトを含む。次の段は、供給チャネルと戻り
チャネルの間で交互に、６０度のチャネルを含む。次の
段は、１２０度のフィン及び溝を含む。別の例では、コ
ンジットは、ある段内で不均等に隔置されてよく、また
は互いに正確に平行である必要はない。当業者なら、多
数のより有用なコンジット・パターンを容易に見つける
ことができよう。

【００９４】場合によっては、極端な垂直方向のコンパ
クトさが最も重要なことがある。図２５は、両面ハット
を示す。ダクト・ブロック１４４は、図２２に示したよ
うな同一平面のポート及びダクトを有する。ただし、両
面ダクト・ブロックは、ダクト・ブロック１４４の上端
表面１４６及び下端表面１４８に開いたダクトを有する
。また、このブロックの中間には、上端方向及び下端方
向に同時に押しつけるばね１４２がある。下端表面１４
８に隣接して、下端チャネル１５０、下端毛細管１５２
、及び下端コールドシート１５４を有する層がある。 上端表面１４６に隣接して、上端チャネル１５６、上端
毛細管１５８、及び上端コールドシート１６０を含む逆
転された層がある。このハットの応用については、以下
で説明する。追加の特徴を用いると、薄くするのが容易
になる。たとえば、ダクト幅とピッチの比を大きくして
、ダクトの高さをより小さくする。あるいは、各段を、
垂直方向にではなく、水平方向にテーパ形にする。 また各ポートを、円形ではなく矩形にする。また、上述
したように、個別化された流れによって、浪費される冷
媒の流れを最小にすることができる。場合によっては、
電子アセンブリ１個当たりの電力が大きくなく、したが
って冷媒の流れ、全流れ断面積、及びダクトの高さを小
さくすることができる。また、所望の電力密度に応じて
、より少ない段数で十分なこともあり、またいくつかの
段を同一平面にすることもできる。

【００９５】本発明は、チップとコールドシートの間で
横方向のスライドが可能な、異なるサーマル・ジョイン
トとともに使用することができる。好ましいジョイント
は、冷却目標、及びチップ共平面性の度合いによって変
わる。融通性のあるコンプライアントなサーマル・ジョ
イントは、高熱伝導性素材の厚い層、及び潤滑剤のより
薄い層の２つの層を有する。このようなコンプライアン
トなジョイントは、高度の冷却が必要であり、チップ同
士が同一平面にないときに最も有利である。熱によって
装入される様々なペーストが開発されている。その一例
は、窒化アルミニウムの微粒子を混ぜた合成オイルであ
る。ペースト・ジョイントは、チップ同士が一般に同一
平面にあり、中程度の冷却密度で十分なときに有利であ
る。別のジョイントは、潤滑剤単独である。このような
潤滑剤の一例は、オイルと極薄の接着防止コーティング
からなる薄い層である。代表的な潤滑剤は、化学蒸着に
よって付着させた水素化不定形炭素のコーティングを有
するポリ脂肪族オレフィン・オイルである。この潤滑剤
だけのジョイントは、チップ同士が完全に同一平面にあ
り、コールドシートが特別に柔軟（薄い）であり、中程
度の冷却密度で十分な場合に有用である。

【００９６】米国特許第４５６７５０５号は、コールド
シートの底面に小さなくぼみ形空洞をもつオイルを使用
するジョイントを記載している。すなわち、毛細管引力
によって、コールドシートとチップが互いに引きつけら
れ、ばねの必要が軽減される。このようなジョイントは
、本発明において有用である。しかしながら、このよう
なジョイントはそれ自体、限られた垂直コンプライアン
スしか提供せず、したがって同一平面のチップ、及び底
面上のボタン内にくぼみ形空洞を有する柔軟な（薄い）
コールドシートが有利である。いくつかの特別な場合に
は、スライドできないジョイントも使用できる。

【００９７】本発明では、冷却ハット及びサーマル・ジ
ョイントは、相補的なコンプライアンス・モードを提供
する。用途に応じて、両方のモードが様々な程度に必要
となる。したがって、冷却ハットとサーマル・ジョイン
トは共存できる。

【００９８】サーマル・ジョイントは、横方向の変動、
特に熱で誘発されて異なる歪みに適合するようにスライ
ドする。サーマル・ジョイントは、各チップの垂直変動
、すなわちチップの高さ及び傾斜の変動に適合するよう
にギャップを満たす。これとは対照的に、サーマル・ジ
ョイントそれ自体は、モジュール全体を横切るきわめて
大きな垂直変動に対処するには不十分である。

【００９９】冷却ハットは、大きな距離にまたがる、す
なわちモジュールの表面全体を横切る垂直変動、すなわ
ちグローバルな高さ、グローバルな傾斜、グローバルな
曲がりに対するコンプライアンスを提供する。冷却ハッ
トは、横方向のコンプライアンスをほとんど提供せず、
またチップの垂直方向の変動に対するコンプライアンス
をきわめてわずかしか提供しない。

【０１００】好ましい実施例では、熱伝達流体は水であ
る。しかしながら、この冷却ハットは「雑食性」である
。用途に応じて、この冷却ハットを、各種の流体及び各
種の動作モードで使用することができる。それには以下
のようなものがある。水、パーフルオロカーボンその他
の誘電性液体を含めて、温度を変えることによって熱を
伝達する液体。その他の流体には、液体窒素、液体ヘリ
ウムその他の極低温流体、高圧液化炭酸ガスその他の加
圧液化ガス、液体ガリウムその他の液体金属、空気、ヘ
リウム、窒素または気体炭酸ガスを含めて、温度を変え
ることによって熱を伝達する気体、吸熱に関連して断熱
膨張する圧縮気体を含めて、圧力を変えることによって
熱を伝達する気体、沸騰性パーフルオロカーボンその他
の沸騰性誘電性液体、または液体窒素その他の沸騰する
極低温液体を含めて、沸騰によって熱を伝達する流体（
沸騰流体は、機械的に、または泡膨張によって、または
泡の浮力によってポンプで送ることができる）、液体が
蒸発し、気体になり、凝縮し、毛管作用によって戻るヒ
ート・パイプ・モード、小さな融解可能な粒子を有する
スラリ、または蒸発可能な微細液滴を有するミスト、液
体、気体または沸騰流体を含む極低温流体を含めて、相
変化によって熱を伝達する混合物が含まれる。その例は
、液体窒素、液体ヘリウム、及び冷却ヘリウム・ガスで
ある。「流れる流体」という用語は、上記の熱伝達モー
ド及び流体クラスのすべてを指すものと理解されたい。

【０１０１】好ましい冷媒は、用途、性能目標、ホース
とシーリングの設計、及び冷却システムに応じて変わる
。

【０１０２】いずれの場合にも、フィン及び溝の幾何形
状を、冷媒及びコールドシートのパラメータ、たとえば
それらの熱伝導率の比に対して最適化しなければならな
い。一般的に、深さとピッチの比は、熱伝導率の比の平
方根にほぼ比例する。長いフィン、短いフィン、ピン型
フィン、先細フィン、千鳥形フィンなどを含めて、各種
のフィン及び溝の形状が、本発明を実施する際に有用で
ある。

【０１０３】ある種のパワー半導体は、きわめて高い電
力密度を放散し、冷却によって制限される。その一例は
、高電力発電及び送電に使用される大電力シリコン制御
整流器（ＳＣＲ）である。場合によっては、用途によっ
て積極的な冷却が経済的に引き合うことがある。最良の
冷却のためには、コールドシートは、ＳＣＲに直接接触
するサーマル・ジョイントをもつべきである。半導体は
もろいので、半導体を支持するために冷却ハットを剛体
にする。

【０１０４】ウェーハ規模集積（ＷＳＩ）が最終的に複
雑な電子システム用として実用的になるかどうかは今後
の問題であるが、本冷却ハットはＷＳＩの冷却にも使用
することができる。

【０１０５】ある種の太陽電力システムは、きわめて大
きなレンズまたは鏡を使用し、太陽光を光電セル上に集
中する。したがって、光電セルは、小型で経済的にする
ことができ、効率が高くてきわめて高い電力密度が得ら
れる。しかしながら、光電セルの効率は、一般に温度が
上昇するにつれて低下する。したがって、冷却が決定的
に重要である。図２６に示すように、入射太陽光は、集
光器１６２によって屈折される。集光された太陽光は、
太陽電池１６４によって吸収され、電線１６６中に電力
を発生する。太陽電池１６４は、サーマル・ジョイント
１６８、次いで本発明の冷却ハットによって冷却される
。１つの実施例は、コールドシート１７０、毛細管シー
ト１７２、チャネル・シート１７４、ダクト・ブロック
１７６、ポート（図示せず）、及びブレース１７８を含
む。この図は、わかりやすいように単純化してある。 集光器１６２は拡大レンズとして図示されているが、よ
り実用的な集光レンズは、フレネル・レンズ、集光鏡、
反射トラフ、または非結像集光器である。また、この図
では、太陽電池及び冷却系を誇張し、光学系部分の相対
的サイズ及び集光比を過小に図示してある。実際には、
光学系部分は、相対的により大きく、集光系はずっと大
きい。通常、冷却及び冷媒の流れを太陽電池に隣接する
小さい領域に集中することが望ましい。たとえば、上述
したように、流れを制限するために、すなわち冷却法を
個別化するために、コンジットを局所的に修正する。サ
ーマル・ジョイントのタイプは、太陽電池技術に依存す
る。サーマル・ジョイントはコンプライアントなジョイ
ントでよい。その他の場合には、コールドシートとして
も機能する共通のシート上に直接太陽電池を製作する。 さらに別の場合には、比較的固いコールドシート及び冷
却ハットを使用する。

【０１０６】上述の配置の利点は、コストが低いこと、
製造性がよいこと、及びきわめて高い電力密度と小さな
温度上昇で大きな領域が冷却できることである。良好な
冷却によって、２つの異なる半導体からなるきわめて高
い効率の「積層」電池が可能になる。幅広いバンドギャ
ップを有する半導体は、短波長光子を容易に集めること
ができ、狭いギャップの半導体はより多数の長波長光子
を集めることができる。狭いギャップの半導体は、特に
冷却を要し、良好な冷却が非常に有利になる。

【０１０７】以下の応用例は、冷却ハットが電気抵抗性
電子放散によって加熱された装置だけでなく、冷却一般
に有用であることを例示するものである。

【０１０８】高速コンピュータ・システムの設計及び構
成においては、多数の高電力ＩＣチップを共通の基板上
に密着して装着することが重要である。特にバイポーラ
ＩＣチップを使用する場合には、高密度冷却が最重要の
手段になる。この冷却は、本発明によって有利に達成す
ることができる。好ましい実施例では、最適の冷却を行
うために、コールドシートは微細な溝及びフィンを有す
る。きわめて良好な冷却をもたらす別の好ましい実施例
では、冷媒がコールドシートに隣接して流れるとき攪拌
及び熱伝達を促進するために、スペーサまたは同等な手
段、及びテクスチャまたはその他の構造を有するコール
ドシートがある。さらに別の好ましい実施例では、良好
な冷却を可能にするために、スペーサまたは同等な手段
、及びコールドシートがある。冷媒がコールドシートに
隣接するギャップを通って流れるとき、熱が除去される
。

【０１０９】この冷却ハットは、比較的化学的に不活性
な液体冷媒とともに使用することができる。そのような
冷媒には、パーフルオロカーボン液体（３Ｍ社の商標「
フルオリナート」など）や液体窒素が含まれる。上述し
た冷却ハット設計は、冷媒パラメータに適合するように
多少最適化し直すと有用である。また、図２７に示すよ
うに、冷媒が不活性であるため、冷媒が直接電子アセン
ブリに接触する専用冷却ハットの実現が可能となる。 グローバルなコールドシートの代りに、それぞれチップ
１８２に結合された多数の離散小セグメント１８０を使
用する。マニフォールドは、毛細管シート１８４、チャ
ネル・シート１８６、ダクト・ブロック１８８、ポート
（図示せず）から構成する。マニフォールドをコールド
シート・セグメント１８０に緩やかに押しつける外部構
成要素がある。

【０１１０】図２７に示した実施例では、コールドシー
ト・セグメント１８０は各々、独立に移動する。それら
のセグメントは、グローバルな金属シートの一部ではな
く、マニフォールドに結合されていない。この構造は、
横方向の移動を、したがってラテラル・コンプライアン
スを可能にする。必要ならば、潤滑剤または粘着防止コ
ーティングあるいはその両方をマニフォールドの底部に
加えて、ラテラル・コンプライアンスを促進することが
できる。また、コールドシート・セグメントとマニフォ
ールドの間の構造は、分解及び再組立てのための便利な
境界となる。

【０１１１】サーマル・ジョイント１９０は、チップと
その個々のコールドシート・セグメントの間の熱接触及
び垂直接続を提供する。したがって、サーマル・ジョイ
ントは、比較的固く、比較的永久的なものにする。１つ
の実施例は、優れた熱接触を提供する半田の濡れた層で
ある。しかしながら、サーマル・ジョイントの熱伝導性
は、不活性冷媒液体の不十分な熱伝導性によって相殺さ
れる。

【０１１２】この冷却ハットは、プリント回路カード上
に個別に実装されたチップを冷却することができる。図
２８及び図２９は、ある実施例の立面図を示す。水平な
プリント回路板１９２は、水平に装着されたチップ１９
４’または垂直に装着されたチップ１９４”を有する。 各チップは、熱伝導性を高めるため、サーマル・ジョイ
ント素材でコートされている。熱は垂直に装着されたチ
ップ１９４”から、弾力のある金属エキステンダ１９６
を経て金属コールドシート１９８に伝えられる。コール
ドシートは、プリント回路板１９２上のチップ１９４’
及び１９４”を含む電子アセンブリの非平面性に合うよ
うに打ち出し、または曲げる。チャネル、ダクト、及び
ポートを含む成形されたゴムのマニフォールド・ブロッ
ク２００がある。シェル２０２は、ばねの作用を提供す
る。

【０１１３】図３０は、マニフォールド２００の平面図
を示す。冷たい供給冷媒が、供給ポート２０４から供給
ダクト２０６を経て、多数の供給チャネル２０８を通っ
て流れる。次に、冷媒が、コールドシートに隣接して流
れ、ここで熱を吸収する。次に、暖かい戻り冷媒が、多
数の平行な戻りチャネル２１０、及び戻りダクト２１２
を通って流れ、戻りポート２１４から出る。

【０１１４】一般に、この冷却ハットの発明は、プリン
ト回路カードまたはプリント回路板上に実装されたチッ
プ、ならびにマルチチップ・モジュール内の裸のチップ
の冷却に適用することができる。もちろん、熱伝達は、
チップ・パッケージの内部熱抵抗によって制限される。

【０１１５】ある種の電子システムでは、電子アセンブ
リを緊密なピッチで装着することが望ましい。図２５に
、薄い両面ハットが示されている。上端側面及び下端側
面上にサーマル・ジョイントを設けて使用すれば、この
冷却ハットで、隣接する２つの電子アセンブリを冷却す
ることができる。

【０１１６】ある種の応用例では、上述したように、比
較的不活性な冷媒を使用し、直接接触冷却専用の両面ハ
ットが可能となる。コールドシート・セグメントからマ
ニフォールドへの接触は、サーマル・ジョイントを妨げ
ずに各電子アセンブリを現場で個別に交換するための、
現場交換可能ユニットの境界を提供することができる。 この冷却ハットは、それぞれが基板の両面上に複数の構
成要素を有し、アセンブリ間のピッチが緊密な、多数の
電子アセンブリの冷却を可能にする。この構造は、特に
、多数の平行処理要素を有する超大型コンピュータに適
している。

【０１１７】

【発明の効果】この発明によれば、製造が容易で、被冷
却対象の集積回路チップ等の電子部品との整合性に優れ
、当該電子部品を効果的に冷却することができる流体冷
却ハットを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例の部分切断側面図であ
る。

【図２】流体の流れのトポロジを示す図である。

【図３】コンジット層の上面図である。

【図４】本発明を実施するのに有用な冷却ハットの供給
ダクト及び毛細管の部分切断側面図である。

【図５】本発明を実施するのに有用な冷却ハットの戻り
ダクト及び毛細管の部分切断側面図である。

【図６】本発明を実施するのに有用な冷却ハットの供給
チャネルの部分切断側面図である。

【図７】本発明を実施するのに有用な冷却ハットの戻り
チャネルの部分切断側面図である。

【図８】ポートを有するダクト・ブロックの側面図であ
る。

【図９】ポートを有するダクト・ブロックの底面図であ
る。

【図１０】チャネル・シートの上面図である。

【図１１】チャネル・シートの低面図である。

【図１２】毛細管シートの上面図である。

【図１３】毛細管シートの底面図である。

【図１４】溝つきコールドシートの上面図である。

【図１５】単純化した冷却ハットの流体力学的挙動を示
す、微細な溝つきプレートの上面図である。

【図１６】単純化した冷却ハットの流体力学的挙動を示
す、微細な溝つきプレートの上面図である。

【図１７】単純化した冷却ハットの流体力学的挙動を示
す、微細な溝つきプレートの上面図である。

【図１８】グローバルな基板の傾斜及びオフセットに対
するコンプライアンスを示す本発明の別の好ましい実施
例の側面図である。

【図１９】グローバルな基板の曲率に対するコンプライ
アンスを示す本発明の別の好ましい実施例の側面図であ
る。

【図２０】局所的な循環歪みに対するコンプライアンス
を示す本発明の好ましい実施例の側面図である。

【図２１】本発明の別の好ましい実施例の部分切断側面
図である。

【図２２】ダクト・ブロックの上面図である。

【図２３】別のダクト・ブロックの上面図である。

【図２４】さらに別のダクト・ブロックの上面図である
。

【図２５】両面冷却ハットの側面図である。

【図２６】集中太陽電池用の冷却ハットの側面図である
。

【図２７】化学的に不活性な冷媒と共に使用するための
本発明の好ましい実施例の側面図である。

【図２８】基板上の個々の構成部品を冷却するための冷
却システムの端面図である。

【図２９】図２８に示したマニフォールド・システムの
拡大図である。

【図３０】図２８に示した冷却ハットの平面図である。

【図３１】冷却ハットの単純化した透視図である。

【符号の説明】

１０　　電子部品アセンブリ １２　　サーマル・ジョイント １４　　コールドシート １６　　毛管シート １８　　チャネル・シート ２０　　ダクト・ブロック ２２　　ポート ２４　　外部部品 ４８　　集積回路チップ ５６　　フィン ５８　　溝 ６４　　ジェル ６６　　ばね

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】構成要素と熱を伝導する位置関係にある柔
   軟なコールドシートと、流体をトポロジ的に平行な分岐
   した段中で案内するための手段を有すると共に、前記コ
   ールドシートに結合された柔軟なマニフォールドとを含
   む、熱を放散する構成要素と流れる流体の間で熱を伝達
   するための流体冷却ハット。
2. 【請求項２】前記の柔軟なコールドシートが金属である
   、請求項１に記載の流体冷却ハット。
3. 【請求項３】前記の柔軟なコールドシートが溝及びフィ
   ンを含む、請求項２に記載の流体冷却ハット。
4. 【請求項４】前記の柔軟なコールドシートが平滑である
   、請求項１に記載の流体冷却ハット。
5. 【請求項５】前記の柔軟なコールドシートがテクスチャ
   をもつ、請求項１に記載の流体冷却ハット。
6. 【請求項６】さらに、前記構成要素と前記コールドシー
   トの間に配置されたサーマル・ジョイントと、前記コー
   ルドシートを前記サーマル・ジョイントに押しつけて密
   着接触させるための手段とを含む、請求項１に記載の流
   体冷却ハット。
7. 【請求項７】前記サーマル・ジョイントが、スライドを
   容易にするための手段を含む、請求項６に記載の流体冷
   却ハット。
8. 【請求項８】前記サーマル・ジョイントが、前記構成要
   素と前記コールドシートの間のギャップを満たすための
   手段を含む、請求項６に記載の流体冷却ハット。
9. 【請求項９】前記マニフォールドが高分子である、請求
   項１に記載の流体冷却ハット。
10. 【請求項１０】前記マニフォールドがマスタ・パターン
    を用いて製造される、請求項９に記載の流体冷却ハット
    。
11. 【請求項１１】前記マニフォールドがさらに、供給コン
    ジットの中心から戻りコンジットの中心までの距離が実
    質的に４ｍｍ以下となるように配置された、供給コンジ
    ット及び戻りコンジットを含む、請求項１に記載の流体
    冷却ハット。
12. 【請求項１２】コンジットが段をなして配置されている
    、流体をトポロジ的に平行な分岐した階層中で案内する
    ための、コンジット手段を含むマニフォールド、コネク
    タ手段の少なくとも１つを横切る流体の流れの速度を一
    定に維持するための手段を含む、連続した段を結合する
    コネクタ手段とを含む、複数の熱を放散する構成要素か
    ら流れる流体へ熱を伝達するための請求項１に記載の流
    体冷却ハット。
13. 【請求項１３】前記コールドシートに前記の複数の構成
    要素の垂直位置を補償させるように配置された手段と、
    流体を平行な分岐した階層中で案内するための、コンジ
    ット手段を含むマニフォールドとを含む、複数の構成要
    素からコールドシートへ、続いて流れる流体へ熱を伝達
    するための請求項１に記載の流体冷却ハット。
14. 【請求項１４】前記コンジット手段の少なくとも１つが
    テーパ形の断面をもつ、請求項１２に記載の流体冷却ハ
    ット。
15. 【請求項１５】両面コールドハットを形成するように第
    ２の向き合って配置されたコールドシートを含む、請求
    項１３に記載の流体冷却ハット。
16. 【請求項１６】前記のフィン及び溝のパターンが、前記
    複数の構成要素の個々の電力に適合するために個別化さ
    れている、請求項３に記載の流体冷却ハット。