JPH04233798A - 回路基板冷却装置 - Google Patents
回路基板冷却装置Info
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- JPH04233798A JPH04233798A JP18960691A JP18960691A JPH04233798A JP H04233798 A JPH04233798 A JP H04233798A JP 18960691 A JP18960691 A JP 18960691A JP 18960691 A JP18960691 A JP 18960691A JP H04233798 A JPH04233798 A JP H04233798A
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Classifications
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
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】
【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、基板の全トポロジー
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、基板の全トポロジー
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、２９
、３１を含み、これらはそれぞれカード１５、２０、２
５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１５、２０、２
５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、２９
、３１を含み、これらはそれぞれカード１５、２０、２
５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１５、２０、２
５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５４
、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５４
、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 ｍ
ｍ 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。
ｍ 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。
【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 ｍ
ｍ 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 ｍ
ｍ 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
Claims (7)
- 【請求項１】複数の回路基板と、各々がそれを通じて冷
却剤流体を循環させるために、少なくとも１つの入口管
と１つの出口管とを有する、複数の冷却薄膜と、を含む
、密に離間された回路基板を冷却するための冷却システ
ムであって、前記の冷却薄膜は、圧力下では前記の回路
基板の表面トポロジーに順応できる壁を有し、前記冷却
薄膜の各々は、前記の複数の回路基板のうちの２つの隣
接回路基板の対抗面によって形成されたギャップの中に
挿入され、そして前記の冷却剤流体の循環は、前記回路
基板間の前記冷却薄膜を加圧して、この冷却薄膜の壁を
前記の回路基板のトポロジーに順応させ、前記の加圧は
前記回路基板と冷却薄膜との接触面積を最大にする、こ
とを特徴とする冷却システム。 - 【請求項２】前記の入口管及び出口管の幅が、隣り合う
回路基板の対抗面間のギャップ幅より小さく、そして前
記の入口管及び出口管は、前記回路基板の４つのエッジ
において前記基板の間の相互接続を可能にするために実
質的に前記回路基板の４隅で前記ギャップに入る、請求
項１に記載の回路基板冷却システム。 - 【請求項３】隣接する前記回路基板の各々の少なくとも
１つのエッジで接続するために複数の接続部を有する複
数母板と、前記複数の回路基板を囲むハウジングを形成
するために、隣接する母板のエッジを取り付ける複数の
サイド・レールを有する前記回路基板と前記母板を支え
るフレームと、をさらに含む、請求項１に記載の回路基
板冷却システム。 - 【請求項４】前記の冷却薄膜の材料が、ポリウレタン、
フルオロハロカーボン、または金属とプラスチックの積
層物から成る群から選択される、請求項２に記載の回路
基板冷却システム。 - 【請求項５】前記の冷却材流体が、空気、水、フルオロ
カーボン、シリコン油、液体窒素から成る群から選択さ
れる、請求項２に記載の回路基板冷却システム。 - 【請求項６】前記の冷却薄膜の材料がメタル・ウール充
填物を含み、前記冷却薄膜の熱伝導率を向上させる、請
求項２に記載の回路基板冷却システム。 - 【請求項７】前記のサイド・レールの各々が複数のセク
ションから成り、前記のセクションの各々は、前記母板
に取り付けられた前記複数回路の１つに対応し、前記の
セクションの各々は隣接して取り付けられ、前記のセク
ションの各々は、前記ハウジングから取外し可能で、前
記セクションに対応する前記回路基板の前記ハウジング
からの除去を可能にする、請求項３に記載の回路基板冷
却システム。
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 true JPH04233798A (ja) | 1992-08-21 |
| JP2514281B2 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) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012501544A (ja) * | 2008-09-02 | 2012-01-19 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 電子部品システム・キャビネット用の冷却システム |
Families Citing this family (5)
| 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 |
| 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 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Family Cites Families (2)
| 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 |
| 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
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2012501544A (ja) * | 2008-09-02 | 2012-01-19 | インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション | 電子部品システム・キャビネット用の冷却システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2514281B2 (ja) | 1996-07-10 |
| EP0472269A2 (en) | 1992-02-26 |
| DE69112543D1 (de) | 1995-10-05 |
| EP0472269A3 (en) | 1992-04-08 |
| EP0472269B1 (en) | 1995-08-30 |
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