JPH05121611A

JPH05121611A - 電子部品冷却装置および方法

Info

Publication number: JPH05121611A
Application number: JP4099370A
Authority: JP
Inventors: Eric P Lovgren; エリツク・ピー・ラブグレン; Donald P Rearick; ドナルド・ピー・リーリツク; Clifford B Wells; クリフオード・ビー・ウエルズ
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1991-05-15
Filing date: 1992-04-20
Publication date: 1993-05-18
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: DE69203951T2; DE69203951D1; EP0514141A1; JPH0656868B2; US5159529A; EP0514141B1

Abstract

(57)【要約】【目的】電子機器を冷却するための複合液冷プレート
を提供する。【構成】複合液冷プレート１００は、好ましくはプラ
スチック製のコア１０２の片側または両側にある、好ま
しくは銅製の熱伝達プレート１３０、１４２を有する。
コアは熱伝達プレートの下の「高温」領域に水を送り、
それによって熱抵抗を非常に低くするための、フロー・
チャネル１１４を有する。【効果】銅またはその他の高熱伝導性材料の使用を、
熱伝導を必要とする領域だけに限定することによって、
軽量でコンパクトな複合液冷プレートが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に冷媒制御のシス
テムおよび方法に関し、より詳しくは電子機器用の複合
液冷プレートに関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータに見られる電子部品など、
多くの電子部品の信頼性は、温度の上昇に伴って低下す
ることが知られている。また、これらの電子部品の動作
特性はその動作温度の範囲全体にわたってかなり変化
し、したがってその性能が温度上昇とともにしばしば大
幅に低下することも知られている。

【０００３】部品がより低温に保たれている時は、その
部品を動作させるのに必要な電力はより少ないことがわ
かっている。しかし高温になると、このような装置は動
作するのにより多くの電力を必要とするようになり、遂
には実質的に使用できなくなる点にまで達する。これ
は、完全な故障に達するよりかなり前に発生する可能性
がある。

【０００４】実際には、ある電子部品の寿命は、それが
動作する温度に直接関係することが一般にわかってい
る。一般に、ある電子部品の寿命は、部品の動作温度が
１０℃下がる毎に２倍になると言われている。

【０００５】コンピュータで見られるような電子部品を
冷却するのにしばしば使用される一次装置は、ヒート・
シンクと呼ばれる。一般にヒート・シンクは、部品を熱
伝導できる位置に付着した大きな熱伝導プレートからな
る。よく使用される１つの熱伝導プレートは、コールド
プレートと呼ばれる。このコールドプレートは、液体冷
媒やガス冷媒などの冷却手段を冷却板の片側に付着し、
冷却される部品をコールドプレートの他の側に接触させ
て部品を冷却する。

【０００６】メインフレーム・コンピュータはしばし
ば、電力調整器などのコンピュータ部品を液体冷却する
ための装置を備えていた。これらの装置はしばしば、
「高温の」部品から液冷プレートに放熱することによ
り、コンピュータ部品を冷却する。電力調整器を冷却す
るためによく使用される設計に、米国マサチューセッツ
州ウェイクフィールドのＥＧ＆Ｇエンジニアリング社製
の「ウェイクフィールド液冷プレート」がある。このプ
レートは、１枚の押出し成形アルミニウム板から成り、
その底面に銅管の周りに圧着したフランジがある。この
銅管中に冷媒を通して、アルミニウム板を冷却する。

【０００７】ウェイクフィールド液冷プレートは比較的
安価な装置であるが、いくつかの短所がある。銅管とア
ルミニウム板の界面に大きな熱抵抗がある。この管は指
定の最小半径でしか湾曲できず、これによって面積当り
の管の個数と位置が決まる。この位置は「高温」部品の
下にあってもなくてもよい。実際には、このような方法
による管の圧着では、冷却能力が最大５０％変動するこ
とがわかっている。部品と冷媒との間の熱抵抗が低いほ
ど「高温」部品は低い温度で動作することがわかってい
る。熱抵抗を最小にするために、しばしば「高温」部品
を複数の冷媒管にわたって液冷プレートに付着する。し
かし管を使用すると、「高温」部品の位置を冷媒にどの
程度近づけられるかが制限される。また、部品を液冷プ
レートに付着する場合、部品取付けねじがウェイクフィ
ールド液冷プレートの管に当たらないようにしなければ
ならず、そのため全体のパッケージ密度が低くなる。

【０００８】電子機器の冷却に使用されるその他の装置
も、重大な短所をもつ。特に、これらの装置は重い材料
で作られることが多い。応用例によっては、この重量の
ために冷却システムが完全に使用不能になる。さらに、
これらの装置は、最大の熱伝達を必要とする領域への冷
媒の流れを最適化することはほとんどなかった。したが
って、複数の電子部品をこれらの装置で冷却する場合、
部品は、個々の部品の特定の冷却要件に関係なく冷却さ
れる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の背景
技術の諸問題を念頭に置いて開発された。本発明は、上
述の装置の諸問題を克服するのみならず、周知の電子機
器冷却の装置および方法ではこれまで達成されなかった
多くの利点を有する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、電子部品を冷
却するための冷媒制御システムを含む。冷媒制御システ
ムは、冷却の対象である電子部品に付着される熱伝導率
の高い第１熱伝達プレートと、冷媒を第１熱伝達プレー
トに送るための冷媒制御手段を含む。第１熱伝達プレー
トは銅製であることが好ましい。冷媒制御手段は第１熱
伝達プレートより低い熱伝導率を有し、所望の形状に成
形できるプラスチック材料で形成することが好ましい。
第１熱伝達プレートを冷媒制御手段に取り付けると、所
望の流れ特性の冷媒空洞がその間に形成される。

【００１１】本発明は、電子部品を付着できる熱伝導率
の高い第２熱伝達プレートをも含むことができ、この第
２熱伝達プレートは、冷媒制御手段に取り付けると、第
２冷媒空洞を形成する。また、２つの冷媒空洞を互いに
連絡し、その間に冷媒を流すこともできる。

【００１２】

【作用】本発明は、これから強調する多くの特徴と利点
を有する。本発明は、製造が容易で特に軽量な、電子機
器用の複合液冷プレートを特徴とする。銅またはその他
の高熱伝導性材料の使用を、複合液冷プレートの熱伝導
を必要とする領域だけに限定することによって、この複
合液冷プレートは比較的軽量でコンパクトな寸法に保た
れる。

【００１３】本発明の他の特徴は、最大の熱伝達を必要
とする領域に冷媒を送るための最適化された冷却経路を
提供することである。したがって、複数の電子部品を冷
却しようとする場合、各電子部品の個別の冷却要件を考
慮に入れて、本発明の複合液冷プレートを構成すること
ができる。複合液冷プレートの冷媒制御手段は、プラス
チック・コアであることが好ましく、液体を「高温」部
品の下のプレートに送るための冷媒フロー・チャネルを
有し、これによって「高温」部品と冷媒との間に短い伝
導経路を形成する。

【００１４】最終パッケージ設計を改善する際、まず冷
却しようとするコンピュータ（または他の装置）のレイ
アウトを決定し、次いで液冷プレートのチャネルを、最
大の熱伝導を必要とするプレートの適切な領域に経路指
定することによって、さらに利点が得られる。

【００１５】

【実施例】本発明は、複合液冷プレートを含む冷媒制御
システムである。後で詳しく論じるように、この液冷プ
レートは、できるだけ高い冷却能力を必要とするが、限
られたスペースでできるだけ軽量であることも必要な冷
却装置で、特に有用である。

【００１６】具体的には、本発明は、重い熱伝導性材料
の使用を、複合液冷プレートの熱伝達特性を必要とする
領域だけに限定するための、複合液冷プレートを有す
る。さらに、複合液冷プレートは、少なくとも１つの熱
伝達プレートと、冷媒が熱伝達プレートの最大の熱伝達
を必要とする選ばれた領域のみに接触するように構成さ
れた冷媒制御システムを有する。このようにすると、冷
媒が各電子部品に必要な冷却をもたらし、各電子部品の
冷却要件が満たされる。このようにして、各電子部品は
動作中、所定値以下の温度になる。さらにこの結果、所
望の冷却結果を達成するために使用される液体冷却の量
が最適になる。本発明の第１の実施例を図１〜図３に示
し、第２の実施例を図４に示す。複合液冷プレートの代
表的な寸法の値は、下記の本発明の好ましい実施例の説
明に示されている。これらの数値は、例示的な性質のも
のであり、本発明に対する制約と考えてはならない。こ
こでは２つの実施例を紹介するが、本発明を実施するた
めの他の実施例を考案することもできる。

【００１７】図１および図２で、液冷プレート１００
は、プレート１００の片側または両側に付着した電子部
品を冷却するために使用される。液冷プレート１００は
一般に、コア１０２、第１熱伝達プレート１３０、第２
熱伝達プレート１４２、および第３熱伝達プレート１５
２の４つの部品を含む。これから、それぞれについてさ
らに詳しく述べることにする。

【００１８】まず、液冷プレート１００中の冷媒の流れ
を制御する手段であるコア１０２について詳述する。コ
ア１０２は２つの具体的機能を有する。第１に、コア１
０２は、複合液冷プレート１００の熱伝導性要素より実
質的に軽量の材料で作られている。したがってコア１０
２は、複合液冷プレート１００の全重量をできるだけ小
さくするのに役立つ。第２に、コア１０２は、プレート
１００の「高温」領域（最大の熱伝達を必要とする領
域）が冷媒と接触するように、複合液冷プレート１００
中に冷媒を流すことができるように構成される。したが
って、複数の電子部品をプレート１００で冷却しようと
する場合、冷却する電子部品の個々の冷却要件を考慮に
入れてコア１０２を設計することができる。

【００１９】コア１０２は、近端部１０４、遠端部１０
６、頂部１０８、および底部１０９を有する長方形の形
状とすることが好ましい。長方形の形状が好ましいが、
冷却される部品およびプレート１００の周りの構造に適
合するものであれば、どのような形状を使用してもよ
い。コア１０２の代表的な高さは４インチ（約１０．２
ｃｍ）、代表的な長さは６．５インチ（約１６．５ｃ
ｍ）である。コア１０２は、近端部１０４、遠端部１０
６、頂部１０８、および底部１０９に沿って延びる第１
リップ１１０を有する。コア１０２は、底部１０９の上
をそれに沿って延びる第１フロースルー孔１２４を有す
る（図１）。コア１０２はまた、頂部１０８の下をそれ
に沿って延びる第２フロースルー孔１２５を有する（図
１）。

【００２０】コア１０２は、第１フロースルー孔１２４
と第２フロースルー孔１２５との間を延びリップ１１０
によって画定される中央壁１１２を有する。中央壁１１
２の代表的厚さは０．１５インチ（約０．３８ｃｍ）で
ある。中央壁１１２は、第１フロースルー孔１２４、第
２フロースルー孔１２５およびリップ１１０とあいまっ
て、第１フロー・チャネル１１４を画定する。また中央
壁１１２は、第１フロースルー孔１２４、第２フロース
ルー孔１２５および第２リップ２１０（図２）とあいま
って、第２フロー・チャネル２１７を画定する。フロー
・チャネル２１７は溝２１２、２１３を含む。チャネル
１１４および２１７の代表的な厚さは、（溝２１２、２
１３を含めずに）０．０８インチ（約０．２０ｃｍ）で
ある。溝２１２、２１３の代表的厚さは、０．０８イン
チ（約０．２０ｃｍ）である（したがって、中央壁１１
２の代表的厚さは、これらの領域で０．０７インチ（約
０．１８ｃｍ）に狭くなる）。中央壁１１２は位置合わ
せ孔１２２を有する。位置合わせ孔１２２は、第１チャ
ネル１１４から第２チャネル２１７まで延びることがで
きる。

【００２１】図２に示すように、コア１０２は、コア１
０２とあいまって冷媒が通過するルーメン２２８を形成
する、小片２２６を有する。小片２２６は、ルーメン２
２８を介して第２チャネル２１７から溝２１５、２１６
への連絡を可能にする。

【００２２】コア１０２は、コア１０２の近端部１０４
に取り付けられた２つのホース継手１１６を有する。ホ
ース継手１１６は、図では両方ともコア１０２の近端部
１０４にあるが、各ホース継手１１６がチャネル１１４
および２１７に通じている限り、ホース継手１１６の一
方または両方を、独立に、コア１０２の近端部１０４、
遠端部１０６、頂部１０８、または底部１０９に沿って
配置することもできる。ホース継手１１６はそれぞれ中
央ルーメン１１８を有し、これを通って冷却用液体がチ
ャネル１１４と２１７に移ることができる。

【００２３】コア１０２には取付け孔１２０があり、こ
れを使って外部構成要素を取り付けることができる。小
片２２６中に形成されたねじ孔１２１を使って、外部構
成要素を複合液冷プレート１００に取り付ける。取付け
孔１２０の具体的な形状を図１と図２に示すが、外部部
品の取付けを容易にするものである限り、どのような形
状も可能であり、また取付け孔１２０を省くこともでき
る。

【００２４】コア１０２は、ポリスルホンなどのプラス
チック材料で作ることが好ましい。一般にプラスチック
は、軽量で比較的安価であり、低コストで複雑な形状に
成形することができるので、好ましい。ポリスルホン
は、温度安定性が高く、好ましい冷媒である水を吸収し
ないので、好ましい。使用されるポリスルホンの具体的
な種類は、アモコ・パーフォーマンス・プロダクツ社製
の材料コードＰ１７００シリーズのＵｄｅｌ（商標）で
あることが好ましい。また、冷媒に対して不活性の材料
なら何を使用してもよい。ある材料が冷媒を汚染せず、
冷媒を吸収しない場合に、それは不活性であると判断さ
れる。

【００２５】さらに図１と図２を参照して、第１熱伝達
プレート１３０についてより詳しく説明する。第１熱伝
達プレート１３０は、長方形の形状とすることが好まし
い。熱伝達プレート１３０は、取付け面１３２とチャネ
ル面２３２をもつ。チャネル面２３２はコア１０２のチ
ャネル１１４に面し、コア１０２の近端部１０４から遠
端部１０６まで、頂部１０８から底部１０９まで延びて
いることが好ましい。第１熱伝達プレート１３０は取付
け孔１３６を有し、これを使って部品を取り付けること
ができる。取付け孔１３６は、図では特定の形状を有す
るが、コア１０２の取付け孔１２０の形状に適合するも
のである限り、どのような形状を使用してもよい。

【００２６】第１熱伝達プレート１３０はねじ取付け孔
１３８を有し、これに冷却すべき電子部品を取り付ける
ことができる。図では１４個のねじ取付け孔１３８があ
るが、冷却すべき電子部品が第１熱伝達プレート１３０
の取付け面１３２に適切に取り付けられる限り、どのよ
うな形状を使用してもよい。ねじ取付け孔１３８は、熱
伝達プレート１３０を通って円筒形ボス２４０中に延び
ている。円筒形ボス２４０は、熱伝達プレート１３０の
チャネル面２３２からコア１０２に向かって延びる突出
部である。ボス２４０は図では円筒状の物体として示さ
れているが、コア１０２の位置合わせ孔１２２に適合す
るものである限り、どのような形状を使用してもよい。
例えば、特定領域における熱伝達を強化するため、また
は曲げ剛さを増すため、あるいはその両方の目的でフィ
ンを使用することもできる。さらに、図では１４個の円
筒形ボス２４０が示されているが、コア１０２に適合す
るものである限り、いくつの円筒形ボスを使用してもよ
い。

【００２７】長方形の熱伝達プレート１３０が好ましい
が、冷却される部品、液冷プレート１００が置かれる周
りの構造、およびコア１０２の形状に適合するものであ
る限り、どのような形状を使用してもよい。熱伝達プレ
ート１３０用に選択される寸法と形状はまた、熱伝達プ
レート１３０がコア１０２に取り付けられ、ボス２４０
がコア１０２の位置合わせ孔１２２中に延びるときに、
コア１０２とあいまってコア１０２の近端部１０４から
遠端部１０６へと延びる第１冷媒空洞を形成するのに十
分なものでなければならない。

【００２８】さらに図１と図２を参照して、第２熱伝達
プレート１４２についてより詳しく説明する。第２熱伝
達プレート１４２は、取付け面２４４とチャネル面１４
４を有する。熱伝達プレート１４２は、長方形の形状と
することが好ましいが、冷却されるべき部品、液冷プレ
ート１００が置かれる周りの構造、およびコア１０２の
形状に適合するものである限り、どのような形状を使用
してもよい。図１に示すように、第２熱伝達プレート１
４２は、熱伝達プレート１４２のチャネル面１４４から
コア１０２に向かって延びる円筒形ボス１４８を有す
る。図には１２個の円筒形ボス１４８が示されている
が、コア１０２の位置合わせ孔１２２に適合するもので
ある限り、いくつの円筒形ボスを使用してもよい。例え
ば、特定領域における熱伝達を強化するため、または曲
げ剛さを増すため、あるいはその両方の目的でフィンを
使用することもできる。

【００２９】図２に示すように、熱伝達プレート１４２
はねじ取付け孔２５０を有し、これに冷却すべき電子部
品を取り付けることができる。ねじ取付け孔２５０は、
熱伝達プレート１４２の取付け面２４４を通って、ボス
１４８中に延びている。図ではこのようなねじ取付け孔
２５０が１２個示されているが、冷却すべき電子部品が
熱伝達プレート１４２の取付け面２４４に適切に取り付
けられる限り、いくつのねじ取付け孔２５０を使用して
もよい。熱伝達プレート１４２の寸法と形状は、熱伝達
プレート１４２がコア１０２に取り付けられ、ボス１４
８がコア１０２の位置合わせ孔１２２中に延びるとき、
チャネル２１７とあいまって第２冷媒空洞を形成するの
に十分なものである。

【００３０】次に、第３熱伝達プレート１５２について
より詳しく述べる。第３熱伝達プレート１５２は、取付
け面２５４とチャネル面１５４を有する。熱伝達プレー
ト１５２は、熱伝達プレート１５２のチャネル面１５４
からコア１０２に向かって延びる円筒形ボス１５８を有
する。図には５個の円筒形ボス１５８が示されている
が、コア１０２に適合するものであるかぎり、どのよう
な形状をいくつ使用してもよい。例えば、特定領域にお
ける熱伝達を強化するため、または曲げ剛さを増すた
め、あるいはその両方の目的でフィンを使用することも
できる。

【００３１】図２に示すように、熱伝達プレート１５２
はねじ取付け孔２６０を有し、これに冷却すべき電子部
品を取り付けることができる。図では５個のねじ取付け
孔２６０が示されているが、冷却すべき電子部品が熱伝
達プレート１５２の取付け面２５４に適切に取り付けら
れる限り、いくつのねじ取付け孔を使用してもよい。

【００３２】熱伝達プレート１５２も、長方形の形状と
することが好ましいが、冷却すべき部品、液冷プレート
１００の周りの構造、およびコア１０２の形状に適合す
るものであるかぎり、どのような形状を使用してもよ
い、。熱伝達プレート１５２の寸法と形状は、熱伝達プ
レート１５２がコア１０２に取り付けられ、ボス１５８
がコア１０２の位置合わせ孔１２２中に延びるとき、溝
２１５、２１６とあいまって冷媒空洞を形成するのに十
分なものである。

【００３３】次に、液冷プレート１００を適切に製造し
組み立てる方法について述べる。液冷プレート１００
は、熱伝達プレートの最大の熱伝達を必要とする領域に
冷媒を流すことができるように設計することが好まし
い。液冷プレート１００を構成する前に、まず冷却すべ
き各電子部品の冷却要件を決定する。コア１０２は、液
冷プレート１００の最大の熱伝達を必要とする選ばれた
領域に冷媒を流すことができるように、所望の形状に成
形することが好ましい。このようにすると、冷媒が各電
子部品に必要な冷却をもたらし、各電子部品の冷却要件
が満たされる。冷却要件は、各電子部品が所定の温度以
下で動作する時、満たされるものと判断する。この所定
の温度は、冷却すべき電子部品の最適動作条件に直接関
係する。したがって、それぞれ個別の冷却要件と個別の
最適動作条件を有する複数の電子部品を、各電子部品が
実際に所定の温度またはそれ以下に冷却されるように、
冷却することができる。コア１０２をその最適形状に構
成する際に、考慮すべき要素としては、熱伝達プレート
の液体冷媒と接触する表面領域と、冷却要件が満たされ
るように各表領域を適切に冷却するために必要な液体冷
媒の量が含まれる。したがって、複合液冷プレート１０
０の特定の領域により多量の冷媒が流されるように、コ
ア１０２を構成することができる。

【００３４】コア１０２は、成形することが好ましい。
というのは、（特に、コア１０２が複合チャネル構成１
１４、２１７を含む場合、）この方法はコア１０２を製
造するための最も安価な技法であり、かつ構造のそりに
つながるコア１０２内での応力の蓄積が最小だからであ
る。しかし、コア１０２は他の適当な従来から知られて
いる技法を用いて形成してもよい。コア１０２は、液冷
プレート１００をコンピュータなどの装置に適切に取り
付けたとき、最大の熱伝達を必要とする部品の下に冷媒
を流すためのチャネル１１４、２１７を形成するように
製造する。したがって、部品コストにほとんど影響する
ことなく、精巧なフロー・チャネル構成に対応できるよ
うに、コア１０２を製造することができる。例えば、液
冷プレート１００内で特定の流れ特性をもたらすため
に、チャネル２１７に、溝２１２、２１３を形成するこ
とができる。好ましい実施例における溝２１２、２１３
は、チャネル２１７内の流れの断面積をほぼ一定に維持
して、チャネル２１７の中にボス１４８が延びるのを補
償するように形成されている。

【００３５】熱伝達プレート１３０、１４２、１５２は
銅製であることが好ましい。プレート１３０、１４２、
１５２の代表的な厚さは０．１２５インチ（約０．３２
ｃｍ）である。銅が好ましいのは、熱伝導率が高い（約
４００Ｗ／ｍ・Ｋ）からである。しかしまた、熱伝達プ
レート１３０、１４２、１５２は、熱伝導率が１００Ｗ
／ｍ・Ｋ以上の他の熱伝導性材料で作成することもでき
る。熱伝達プレート１３０、１４２、１５２はまた、鋳
造物であることが好ましい。また、熱伝達プレート１３
０、１４２、１５２は、他の適当な従来から知られてい
る技法を用いて形成してもよい。

【００３６】ねじ取付け孔１３８、２５０、２６０は、
それぞれボス２４０、１４８、１５８中に穴あけするこ
とが好ましい。取付け面１３２、２４４、２５４は、表
面保護のために、すずやニッケルなどの材料でメッキす
る。ここではすずやニッケルを示したが、プレート１３
０、１４２、１５２に使用される材料に応じて、他の材
料を使用することもできる。チャネル面１４４、１５
４、２３２も、選ばれた領域をすずまたはニッケルでメ
ッキすることができる。プレート１３０、１４２、１５
２の臨界表面は、円滑性を出すために機械加工すること
ができる。熱伝達プレート１３０、１４２、１５２は、
接着剤を用いてコア１０２に接着することが好ましい。
別法として、熱伝達プレート１３０、１４２、１５２を
他の従来から知られている技法を用いてコア１０２に固
定してもよい。例えば、配置物をシールするためのＯリ
ングと、配置物を結合させるための（ボルトなどの）固
定手段の両方を用いて、熱伝達プレート１３０、１４
２、１５２をコア１０２に固定してもよい。熱伝達プレ
ート１３０、１４２、１５２をコア１０２と結合して液
冷プレート１００を形成したとき、ボス１４８、１５
８、２４０は、コア１０２の位置合わせ孔１２２と整列
して複合液冷プレート１００を形成し、チャネル１１４
が、熱伝達プレート１３０とコア１０２の間に第１冷媒
空洞を画定し、チャネル２１７が、コア１０２と、第２
熱伝達プレート１４２、第３熱伝達プレート１５２、小
片２２６の組合せとの間に第２冷媒空洞を画定する。フ
ロースルー孔１２４、１２５によって２つの空洞を互い
に連絡させることができ、また、フロースルー孔１２
４、１２５を意図的に閉鎖して、２つの空洞を分離させ
ておくこともできる。

【００３７】使用に際しては、液冷プレート１００を、
熱伝達プレート１３０に沿って冷却すべき第１部品に、
また熱伝達プレート１４２、１５２に沿って冷却すべき
第２部品（または第１部品）に取り付ける。図３では、
電子部品３００、３０２、３０４、３０５をプレート１
３０、１４２、１５２上に取り付けた、複合液冷プレー
ト１００が示されている。さらに、電子部品３０６を、
コア１０２の取付け孔１２０とプレート１３０の取付け
孔１３６に取り付ける。電子部品３０６は、電子部品３
０５を介してプレート１３０によって冷却される電子部
品３０８を含む。冷媒は、水であることが好ましいが、
第１ホース継手１１６中を通り、チャネル１１４、２１
７を通って流れ（それによって熱伝達プレート１３０、
１４２、１５２の選ばれた領域を冷却し）、その後第２
ホース継手１１６から出る。フロースルー孔１２４、１
２５によって、液体冷媒は第１チャネル１１４と第２チ
ャネル２１７の間を流れることができる。チャネル１１
４、２１７中を流れる冷媒は、熱伝達プレート１３０、
１４２、１５２の選ばれた「高温」領域を冷却し、これ
によって冷却すべき部品３００、３０２、３０４、３０
５と冷媒の間に比較的短い伝導経路を形成する。

【００３８】液冷プレート１００は、５０ｐｓｉの冷媒
圧で動作するように設計される。ただし、液冷プレート
１００の動作試験は１５０ｐｓｉで行う。水は最適の熱
伝達をもたらすので好ましい冷媒であるが、フルオリナ
ートまたは他の適当な冷媒を使用してもよい。熱伝達プ
レートの腐食が最小になるように、水または他の冷媒を
処理してもよい。

【００３９】図１ないし３に示した好ましい実施例で
は、複合液冷プレート１００は、プレート１００の片側
または両側に電子部品を取り付けやすくするために、コ
ア１０２の両側に熱伝達プレートが取り付けられている
が、電子部品を液冷プレート１００の片側だけに取り付
ける場合は、熱伝達プレート１４２、１５２をコア１０
２から除くことができる。この場合には、位置合わせ孔
１２２が部分的に閉じることになり（したがって、位置
合わせ孔１２２は中央壁１１２を通って第１チャネル１
１４から第２チャネル２１７までずっと延びることはな
く）、そのため第２チャネル２１７は不要になる。

【００４０】図４に、本発明の第２の実施例を示す。液
冷プレート４００は、一般にコア４０２、第１熱伝達プ
レート４１２、第２熱伝達プレート４１３、およびホー
ス継手４２６の基本部品を含む。そのそれぞれについて
これから詳述する。

【００４１】さらに図４を参照して、コア４０２につい
てさらに詳しく説明する。コア４０２は一般に長方形の
形状であり、ポリスルホンで作成することが好ましい
が、適当な他のプラスチック材料を使用してもよい、。
コア４０２は第１端４０４と第２端４０６を有する。コ
ア４０２はまた、その両側に冷媒フロー・チャネル４０
７を有する。図には特定の数と配置のフロー・チャネル
４０７が示されているが、プレート４１２、４１３の最
大の熱伝達を必要とする選ばれた領域に冷媒を流すこと
ができるようにコア４０３を構成するために、どんな配
置のフロー・チャネル４０７をいくつ使ってもよい。コ
ア４０２の第１端４０４に安定化バー４０８がある。コ
ア４０２の第２端４０６にはノッチ４１０がある。

【００４２】第１熱伝達プレート４１２と第２熱伝達プ
レート４１３について、さらに詳しく説明する。熱伝達
プレート４１２、４１３は互いに違っていてもよいが、
コスト軽減のため同じであることが好ましい。熱伝達プ
レート４１２、４１３は、長方形の形状とすることが好
ましいが、コア４０２および冷却すべき部品に適合する
ものである限り、どのような形状を使用してもよい、。
熱伝達プレート４１２、４１３はそれぞれ、冷却すべき
部品と接触して配置される外側面４１４、４１５を有す
る。ねじ孔（図示せず）を外側面４１４、４１５に加え
ることもできるが、ねじ孔がプレート４１２、４１３を
貫通して延びていなくてもよい。各熱伝達プレート４１
２、４１３は、それぞれコア４０２をその中に配置する
ための陥凹領域４１６、４１８を有する。陥凹領域４１
６は熱伝達プレート４１２の壁４１９によって画定され
る。陥凹領域４１８は熱伝達プレート４１３の壁４２０
によって画定される。熱伝達プレート４１２、４１３を
結合したとき、陥凹領域４１６、４１８は内部空洞を形
成する。

【００４３】陥凹領域４１６、４１８から延びる突出部
は図示していないが、ボス、フィン、構造リブなどの突
出部を陥凹領域４１６、４１８上に配置することができ
る。

【００４４】熱伝達プレート４１２、４１３はそれぞ
れ、壁４１９、４２０内に、ホース継手４２６に接続す
るための２つの半円形の凹み４２２、４２４を有する。
ホース継手４２６は、冷媒を通すための内部ルーメン４
２８を有する。

【００４５】液冷プレート４００を適切に製造し組み立
てる方法を、これから説明する。熱伝達プレート４１
２、４１３とホース継手４２６は、銅製であることが好
ましい。銅が好ましいのは、熱伝導率が高い（約４００
Ｗ／ｍ・Ｋ）からである。しかしまた、熱伝達プレート
４１２、４１３とホース継手４２６は、熱伝導率が１０
０Ｗ／ｍ・Ｋ以上のどんな材料で作成してもよい。また
熱伝達プレート４１２、４１３は機械加工することが好
ましい。しかしまた、他の適当な従来から知られている
技法を使用してもよい。外側面４１４、４１５は、その
表面をすずまたはニッケルでメッキすることが好まし
い。

【００４６】コア４０２は所望の形状に成形することが
好ましい。成形が好ましいのは、コア４０２内での応力
の蓄積が最小で、したがってコア４０２のそりが最小
の、安価な方法だからである。しかし、他の適当な従来
から知られている技法でコア４０２を形成してもよい。
チャネル４０７は、熱伝達プレート４１２、４１３の最
大の熱伝達を必要とする選ばれた領域に冷媒を流すこと
ができるように構成することが好ましい。安定化バー４
０８は、熱伝達プレート４１２、４１３の陥凹領域４１
６、４１８の長さと整合する長さに成形して、コア４０
２が、陥凹領域４１６、４１８によって位置決めされた
ときに熱伝達プレート４１２及び４１３内で動かないよ
うにすることが好ましい。次にコア４０２を熱伝達プレ
ート４１２と４１３との間に挿入する。ホース継手４２
６を、熱伝達プレート４１２、４１３の凹み４２２、４
２４内に配置する。次いで、ホース継手４２６を取り付
けた熱伝達プレート４１２、４１３をシールする従来の
金属被覆を使って、コア４０２をカプセル封じすること
が好ましい。（カプセル封じは、プレート４１２、４１
３内でコア４０２を全体的に密封することと定義され、
これにはホース継手４２６のルーメン４２８を通じての
みアクセスできる。）使用できる金属被覆法としては、
ろう付け、電子ビーム溶接、ハンダ付けがある。また、
接着剤を使ってプレート４１２、４１３をシールしても
よい。熱伝達プレート４１２とコア４０２のチャネル４
０７との間に、冷媒空洞が形成される。熱伝達プレート
４１３とコア４０２のチャネル４０７との間にも第２冷
媒空洞が形成される。複合液冷プレート４００は、冷媒
空洞がすべて互いに連絡し、これによって１つの拡大さ
れた冷媒空洞を形成するように設計されている。また、
いくつかの冷媒空洞が他の空洞から分離されるように、
コア４０２を設計することもできる。

【００４７】使用に際しては、液冷プレート４００を、
冷却すべき電子部品に取り付ける。水、フルオリナー
ト、または他の適当な液体などの冷媒が、第１ホース継
手４２６中を流れ、続いてコア４０２と熱伝達プレート
４１２、４１３の間に形成されチャネル４０７中を流
れ、第２ホース継手４２６から出る。チャネル４０７
は、熱伝達プレート４１２、４１３の最大熱伝達を必要
とする選ばれた領域に冷媒が接触できるように設計する
ことが好ましい。またプレート４００は、５０ｐｓｉの
冷媒圧力で動作するように設計されるが、圧力試験は最
大１５０ｐｓｉで行う。

【００４８】

【発明の効果】本発明により、製造が容易で特に軽量
な、電子機器用の複合液冷プレートが提供される。銅ま
たはその他の高熱伝導性材料の使用を、複合液冷プレー
トの熱伝導を必要とする領域だけに限定することによっ
て、この複合液冷プレートは比較的軽量でコンパクトに
保たれる。また本発明により、最大の熱伝達を必要とす
る領域に冷媒を送るための最適化された冷却経路が提供
される。したがって、複数の電子部品を冷却しようとす
る場合、各電子部品の個別の冷却要件を考慮に入れて、
本発明の複合液冷プレートを構成することができる。複
合液冷プレートの冷媒制御手段は、プラスチック・コア
であることが好ましく、液体を「高温」部品の下のプレ
ートに送るための冷媒フロー・チャネルを有し、これに
よって「高温」部品と冷媒との間に短い伝導経路を形成
する。最終パッケージ設計を改善する際に、まず冷却し
ようとするコンピュータ（または他の装置）のレイアウ
トを決定し、次いで液冷プレートのチャネルを、最大の
熱伝導を必要とするプレートの適切な領域に経路指定す
ることによって、さらに利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合液冷プレートの第１実施例の正面
分解透視図である。

【図２】図１の複合液冷プレートの第１実施例の背面分
解透視図である。

【図３】伝導冷却のために電子部品を両側に取り付け
た、図１の複合液冷プレートの側面斜視図である。

【図４】本発明の複合液冷プレートの第２実施例の正面
分解透視図である。

【符号の説明】

１００複合液冷プレート１０２コア１０４近端部１０６遠端部１０８頂部１０９底部１１０リップ１１２中央壁１１４第１チャネル１１６ホース継手１１８チャネル１２４第１フロースルー孔１２５第２フロースルー孔１３０第１熱伝達プレート１４２第２熱伝達プレート１４４チャネル面１５２第３熱伝達プレート１５４チャネル面

フロントページの続き (72)発明者ドナルド・ピー・リーリツクアメリカ合衆国12481、ニユーヨーク州シヨーカン、メアリー・ルー・レーン 15番地エイ (72)発明者クリフオード・ビー・ウエルズアメリカ合衆国12538、ニユーヨーク州ハイド・パーク、ヒルマン・ドライブ８番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（ａ）電子部品を付着できる、熱伝導率の
高い第１の熱伝達プレートと、（ｂ）前記第１熱伝達プレートの高い熱伝導率より低い
熱伝導率を有し、所望の形状に成形することのできるプ
ラスチック材料から形成された、前記第１熱伝達プレー
トに冷媒を送るための冷媒制御手段とを含み、前記第１熱伝達プレートを前記冷媒制御手段に付着する
と、それが冷媒と直接接触して第１の冷媒空洞を形成す
る、冷媒を用いて電子部品を冷却するための冷媒制御システ
ム。
【請求項２】さらに、電子部品を付着できる熱伝導率の
高い第２の熱伝達プレートを含み、前記第２熱伝達プレ
ートを前記冷媒制御手段に付着すると、それが冷媒と直
接熱的に接触して第２の冷媒空洞を形成する、請求項１
に記載の冷媒制御システム。
【請求項３】前記冷媒制御手段が、前記第１冷媒空洞と
前記第２冷媒空洞の間の連絡を可能にする手段を有す
る、請求項２に記載の冷媒制御システム。
【請求項４】前記冷媒制御手段が、前記第１熱伝達プレ
ートの最大の熱伝達を必要とする選ばれた領域のみに冷
媒が接触するように構成されたフロー・チャネルを有す
る、請求項１に記載の冷媒制御システム。
【請求項５】（１）液体冷媒によって冷却すべき各電子
部品の冷却要件を決定するステップと、（２）前記の各冷却要件が満たされるように、前記冷媒
制御システムの少なくとも２つの選ばれた領域に液体冷
媒を流して電子部品を冷却する、冷媒制御システムを構
成するステップと、（３）前記冷媒制御システム中に液体冷媒を通して、各
電子部品を冷却し、それによって各電子部品が所定の温
度以下で動作する前記の各冷却要件を満たすステップと
を含む、電子部品を冷却する方法。
【請求項６】前記ステップ（２）の冷媒制御システム
が、前記冷媒制御システムの少なくとも２つの選ばれた
領域に液体冷媒を流して、付属の電子部品を前記の所定
温度以下に保つための、少なくとも１つのチャネルを有
するように構成される、請求項５に記載の冷却方法。