JPH08213526A - 回路パック - Google Patents
回路パックInfo
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- JPH08213526A JPH08213526A JP7305274A JP30527495A JPH08213526A JP H08213526 A JPH08213526 A JP H08213526A JP 7305274 A JP7305274 A JP 7305274A JP 30527495 A JP30527495 A JP 30527495A JP H08213526 A JPH08213526 A JP H08213526A
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- circuit pack
- cooling
- delivery system
- cooling fluid
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- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
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- H01L23/467—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing gases, e.g. air
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- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/095—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00 with a principal constituent of the material being a combination of two or more materials provided in the groups H01L2924/013 - H01L2924/0715
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- H01L2924/09701—Low temperature co-fired ceramic [LTCC]
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高出力回路パックが発生する熱を十分に放散
させる冷却システムを実現する。 【解決手段】 統合された閉ループ冷却システムを回路
パックに設ける。回路パックは、基板と、基板上にマウ
ントされた少なくとも１つの熱発生素子と、少なくとも
１つの熱発生素子のうちの所定のものに対して熱伝導関
係にあるように設けられた冷却ユニットと、冷却ユニッ
トへおよび冷却ユニットからの冷却流体の配送を行う配
送システムと、基板に結合され配送システムおよび冷却
ユニットを通じて冷却流体を循環させる冷却流体移動器
とからなる。熱交換器および冷却流体貯蔵器を配送シス
テムに結合し、統合閉ループ冷却システムの性能を向上
させることができる。配送システムは、単一パスとする
ことも多岐管とすることも可能である。
させる冷却システムを実現する。 【解決手段】 統合された閉ループ冷却システムを回路
パックに設ける。回路パックは、基板と、基板上にマウ
ントされた少なくとも１つの熱発生素子と、少なくとも
１つの熱発生素子のうちの所定のものに対して熱伝導関
係にあるように設けられた冷却ユニットと、冷却ユニッ
トへおよび冷却ユニットからの冷却流体の配送を行う配
送システムと、基板に結合され配送システムおよび冷却
ユニットを通じて冷却流体を循環させる冷却流体移動器
とからなる。熱交換器および冷却流体貯蔵器を配送シス
テムに結合し、統合閉ループ冷却システムの性能を向上
させることができる。配送システムは、単一パスとする
ことも多岐管とすることも可能である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱デバイスの冷
却に関し、特に、統合閉ループ冷却システムを有する回
路パックに関する。
却に関し、特に、統合閉ループ冷却システムを有する回
路パックに関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路のようなマイクロエレクトロニ
クスデバイスの動作によって発生する熱を効果的に放散
させることは、そのようなデバイスが使用される回路の
性能を最適化する際の重要事項である。性能を最適化す
ることに加えて、効果的な熱放散は、そのようなデバイ
スの寿命を長くし、デバイスおよび全システムの両方の
信頼性を向上させる。
クスデバイスの動作によって発生する熱を効果的に放散
させることは、そのようなデバイスが使用される回路の
性能を最適化する際の重要事項である。性能を最適化す
ることに加えて、効果的な熱放散は、そのようなデバイ
スの寿命を長くし、デバイスおよび全システムの両方の
信頼性を向上させる。
【０００３】ＩＣデバイスは一般にプラスチックパッケ
ージに封入された活性半導体ダイを含む。プラスチック
パッケージは、ダイに対する機械的保護を提供し、動作
中にダイが発生する熱を放散させる。ＩＣデバイスは、
相互接続され、プリント回路板のような共通の基板上に
マウントされて、回路パックを形成する。一般に高い熱
伝導率を有する金属からなるヒートシンクが各パッケー
ジの外表面に取り付けられ、熱放散を助ける。このよう
なヒートシンクは、共通のプラットフォーム上に配列さ
れた細長いフィンのアレイを利用することが多い。プラ
ットフォームは、ＩＣパッケージの上部に接着されるか
あるいは機械的に取り付けられる。冷却流体（例えば空
気）が、強制または自然対流によってＩＣパッケージお
よびヒートシンクから熱を導き去る。
ージに封入された活性半導体ダイを含む。プラスチック
パッケージは、ダイに対する機械的保護を提供し、動作
中にダイが発生する熱を放散させる。ＩＣデバイスは、
相互接続され、プリント回路板のような共通の基板上に
マウントされて、回路パックを形成する。一般に高い熱
伝導率を有する金属からなるヒートシンクが各パッケー
ジの外表面に取り付けられ、熱放散を助ける。このよう
なヒートシンクは、共通のプラットフォーム上に配列さ
れた細長いフィンのアレイを利用することが多い。プラ
ットフォームは、ＩＣパッケージの上部に接着されるか
あるいは機械的に取り付けられる。冷却流体（例えば空
気）が、強制または自然対流によってＩＣパッケージお
よびヒートシンクから熱を導き去る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】残念ながら、このよう
な冷却方式の冷却容量は制限されているため、応用例に
よっては、今日の高出力回路パックが発生する熱を十分
に放散させることができないことがある。
な冷却方式の冷却容量は制限されているため、応用例に
よっては、今日の高出力回路パックが発生する熱を十分
に放散させることができないことがある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記のような、回路パッ
クにおける十分な熱放散の必要性は、本発明によれば、
統合された閉ループ冷却システムを回路パックに設ける
ことによって解決される。このような回路パックは、基
板と、基板上にマウントされた少なくとも１つの熱発生
素子と、少なくとも１つの熱発生素子のうちの所定のも
のに対して熱伝導関係にあるように設けられた冷却ユニ
ットと、冷却ユニットへおよび冷却ユニットからの冷却
流体の配送を行う配送システムと、基板に結合され、配
送システムおよび冷却ユニットを通じて冷却流体を循環
させる冷却流体移動器とからなる。
クにおける十分な熱放散の必要性は、本発明によれば、
統合された閉ループ冷却システムを回路パックに設ける
ことによって解決される。このような回路パックは、基
板と、基板上にマウントされた少なくとも１つの熱発生
素子と、少なくとも１つの熱発生素子のうちの所定のも
のに対して熱伝導関係にあるように設けられた冷却ユニ
ットと、冷却ユニットへおよび冷却ユニットからの冷却
流体の配送を行う配送システムと、基板に結合され、配
送システムおよび冷却ユニットを通じて冷却流体を循環
させる冷却流体移動器とからなる。
【０００６】本発明の実施例では、熱交換器および冷却
流体貯蔵器が配送システムに結合され、本発明の応用例
において、統合閉ループ冷却システムの性能を向上させ
る。
流体貯蔵器が配送システムに結合され、本発明の応用例
において、統合閉ループ冷却システムの性能を向上させ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の原理を実現する
閉ループ冷却システムの概略ブロック図である。図示し
たように、流体は、熱伝達段１１５および熱放散段１２
０を結合する閉ループ１１０を通じて流体移動装置１０
０によって連続的に循環される。このシステムは「閉じ
ている」。その理由は、冷却流体はシステムから出るこ
とがないためである。熱源（図示せず）からの熱は、熱
伝達段１１５で流体に伝達され、熱放散段１２０で流体
によって放散される。
閉ループ冷却システムの概略ブロック図である。図示し
たように、流体は、熱伝達段１１５および熱放散段１２
０を結合する閉ループ１１０を通じて流体移動装置１０
０によって連続的に循環される。このシステムは「閉じ
ている」。その理由は、冷却流体はシステムから出るこ
とがないためである。熱源（図示せず）からの熱は、熱
伝達段１１５で流体に伝達され、熱放散段１２０で流体
によって放散される。
【０００８】図２は、本発明による統合閉ループ冷却シ
ステムを有する回路パックの実施例の外観図である。図
３は、回路パック５の概略ブロック図である。はじめに
注意すべき点であるが、ここで使用する「回路パック」
という用語は、一般に、プリント回路板のような共通の
基板上にマウントされ電気的に相互接続された複数の集
積回路（ＩＣ）からなるデバイスを指す。このようなデ
バイスは「カード」あるいは「ボード」と呼ばれること
も多く、一般に、コンピュータ、テレビジョン、電話交
換機などのようなさらに大きい電子システム内のスロッ
トに装着される。パーソナルコンピュータのモデムカー
ドおよびビデオボードは回路パックの周知の例である。
さらに、ここで使用する「統合閉ループ冷却システム」
という用語は、閉ループ冷却システムが所望の冷却機能
を実行するためには回路パックの外部の電源以外のシス
テムまたは素子に接続する必要がなく回路パック内に直
接に組み込まれているような構成を指す。また、注意す
べき点であるが、以下では、閉ループ冷却は、異なる回
路パックに配置された素子に対する電子システムレベル
の冷却を行うように、回路パックから少なくとも部分的
には離れて位置する装置を使用する熱発生素子に設けら
れ、一般に集中化されている。
ステムを有する回路パックの実施例の外観図である。図
３は、回路パック５の概略ブロック図である。はじめに
注意すべき点であるが、ここで使用する「回路パック」
という用語は、一般に、プリント回路板のような共通の
基板上にマウントされ電気的に相互接続された複数の集
積回路（ＩＣ）からなるデバイスを指す。このようなデ
バイスは「カード」あるいは「ボード」と呼ばれること
も多く、一般に、コンピュータ、テレビジョン、電話交
換機などのようなさらに大きい電子システム内のスロッ
トに装着される。パーソナルコンピュータのモデムカー
ドおよびビデオボードは回路パックの周知の例である。
さらに、ここで使用する「統合閉ループ冷却システム」
という用語は、閉ループ冷却システムが所望の冷却機能
を実行するためには回路パックの外部の電源以外のシス
テムまたは素子に接続する必要がなく回路パック内に直
接に組み込まれているような構成を指す。また、注意す
べき点であるが、以下では、閉ループ冷却は、異なる回
路パックに配置された素子に対する電子システムレベル
の冷却を行うように、回路パックから少なくとも部分的
には離れて位置する装置を使用する熱発生素子に設けら
れ、一般に集中化されている。
【０００９】本発明の統合閉ループ冷却システムを有す
る回路パックはいくつかの利点を有する。（１）電子シ
ステムの修理が単純化される。システム内のある回路パ
ックが故障した場合、置換回路パックを直ちに装着する
ことができる。その理由は、配管接続を切断し、置換を
実行するために中央冷却システムへの配管接続を行う必
要がないためである。さらに、置換回路パックの装着後
に冷却システム保全試験を実行する必要がなく、システ
ム停止時間を短縮することができる。（２）冷却システ
ムの修理が容易になる。冷却システムは電子システム内
の複数の回路パックにわたって分散しているため、本発
明によれば、冷却流体漏出のような故障は単一の回路パ
ックに限定される。（３）冷却システム容量の最適化が
容易になる。冷却容量と需要の間のほぼ理想的な整合が
本発明を使用して実現される。その理由は、冷却の改善
を必要とする回路パックのみ冷却すればよいためであ
る。これは、従来の集中冷却構成とは顕著に異なる点で
ある。従来の構成は一般に、「最悪の場合」の冷却状況
をサポートするように設計されており、その結果、ほと
んどの典型的な設備では冷却容量が過剰となっている。
（４）電子システムの設計および実装が容易になる。電
子システム内の各回路パックが統合冷却システムを有す
るため、集中冷却システムに存在するような、冷却流体
の供給源および帰路への近さに関して心配することがな
くなる。（５）コストが減少する。電子システムの設計
時間、ならびに冷却システムの診断および修理の時間が
短縮されることにより、大幅なコスト節減が実現され
る。容量最適化もまた冷却システム素子のコストを縮小
する。これらおよびその他の利点は、以下の本発明の詳
細な説明から明らかとなる。
る回路パックはいくつかの利点を有する。（１）電子シ
ステムの修理が単純化される。システム内のある回路パ
ックが故障した場合、置換回路パックを直ちに装着する
ことができる。その理由は、配管接続を切断し、置換を
実行するために中央冷却システムへの配管接続を行う必
要がないためである。さらに、置換回路パックの装着後
に冷却システム保全試験を実行する必要がなく、システ
ム停止時間を短縮することができる。（２）冷却システ
ムの修理が容易になる。冷却システムは電子システム内
の複数の回路パックにわたって分散しているため、本発
明によれば、冷却流体漏出のような故障は単一の回路パ
ックに限定される。（３）冷却システム容量の最適化が
容易になる。冷却容量と需要の間のほぼ理想的な整合が
本発明を使用して実現される。その理由は、冷却の改善
を必要とする回路パックのみ冷却すればよいためであ
る。これは、従来の集中冷却構成とは顕著に異なる点で
ある。従来の構成は一般に、「最悪の場合」の冷却状況
をサポートするように設計されており、その結果、ほと
んどの典型的な設備では冷却容量が過剰となっている。
（４）電子システムの設計および実装が容易になる。電
子システム内の各回路パックが統合冷却システムを有す
るため、集中冷却システムに存在するような、冷却流体
の供給源および帰路への近さに関して心配することがな
くなる。（５）コストが減少する。電子システムの設計
時間、ならびに冷却システムの診断および修理の時間が
短縮されることにより、大幅なコスト節減が実現され
る。容量最適化もまた冷却システム素子のコストを縮小
する。これらおよびその他の利点は、以下の本発明の詳
細な説明から明らかとなる。
【００１０】以下で詳細に説明する回路パック５のさま
ざまな素子は、回路パック上に統合された閉ループ冷却
システムを実現するように十分に小型であることが意図
されているが、当業者には明らかなように、さまざまな
素子の特定のサイズおよび寸法は、圧力および流速のよ
うな動作パラメータとともに、本発明の個々の応用例に
依存する。すなわち、素子の特定のサイズおよび寸法な
らびに動作パラメータは、熱伝達および流体力学の一般
的に既知の原理に基づいて容易に選択される。
ざまな素子は、回路パック上に統合された閉ループ冷却
システムを実現するように十分に小型であることが意図
されているが、当業者には明らかなように、さまざまな
素子の特定のサイズおよび寸法は、圧力および流速のよ
うな動作パラメータとともに、本発明の個々の応用例に
依存する。すなわち、素子の特定のサイズおよび寸法な
らびに動作パラメータは、熱伝達および流体力学の一般
的に既知の原理に基づいて容易に選択される。
【００１１】図２および図３に示したように、回路パッ
ク５は、基板１５上に配置された複数の熱発生素子１０
を有する。また、回路パック５は、一般に回路パック内
で使用されるその他のさまざまな電気的および機械的素
子（図示せず）を有する。熱発生素子１０は、例えば、
集積回路デバイスである。基板１５は代表的にはプリン
ト回路板である。各熱発生素子１０には冷却ユニット１
２が装備される。冷却ユニット１２は、熱発生素子と熱
伝導接触する。冷却ユニットは、熱発生電子素子から熱
を除去し、さらにある種の冷却流体を利用するための設
備を有する。冷却ユニットは周知であり、例えば、米国
特許第４，５５８，３９５号（発明者：ヤマダ(Yamada)
他）に記載された冷却部材である。あるいは、冷却ユニ
ットは、例えば、本願の基礎となる米国出願と同日の米
国出願（発明者：ケイ．アザー(K. Azar)）に記載され
たように、素子１０のパッケージ内に統合されることも
可能である。冷却ユニット１２は、例えば、銅、スチー
ル、およびアルミニウムのような高い熱伝導率を有する
金属を使用して形成される。あるいは、冷却ユニット１
２は、プラスチック、ガラス、またはセラミック材料を
使用して形成することも可能である。注意すべき点であ
るが、各熱発生素子１０はそれぞれ固有の冷却ユニット
１２とともに図示されているが、冷却ユニット１２は、
複数の熱発生素子１０を冷却するようなサイズおよび配
置とすることも可能である。
ク５は、基板１５上に配置された複数の熱発生素子１０
を有する。また、回路パック５は、一般に回路パック内
で使用されるその他のさまざまな電気的および機械的素
子（図示せず）を有する。熱発生素子１０は、例えば、
集積回路デバイスである。基板１５は代表的にはプリン
ト回路板である。各熱発生素子１０には冷却ユニット１
２が装備される。冷却ユニット１２は、熱発生素子と熱
伝導接触する。冷却ユニットは、熱発生電子素子から熱
を除去し、さらにある種の冷却流体を利用するための設
備を有する。冷却ユニットは周知であり、例えば、米国
特許第４，５５８，３９５号（発明者：ヤマダ(Yamada)
他）に記載された冷却部材である。あるいは、冷却ユニ
ットは、例えば、本願の基礎となる米国出願と同日の米
国出願（発明者：ケイ．アザー(K. Azar)）に記載され
たように、素子１０のパッケージ内に統合されることも
可能である。冷却ユニット１２は、例えば、銅、スチー
ル、およびアルミニウムのような高い熱伝導率を有する
金属を使用して形成される。あるいは、冷却ユニット１
２は、プラスチック、ガラス、またはセラミック材料を
使用して形成することも可能である。注意すべき点であ
るが、各熱発生素子１０はそれぞれ固有の冷却ユニット
１２とともに図示されているが、冷却ユニット１２は、
複数の熱発生素子１０を冷却するようなサイズおよび配
置とすることも可能である。
【００１２】また、回路パック５は配送システム２０を
有する。配送システム２０は、本発明のこの実施例で
は、隣り合う冷却ユニット１２の間に直列に接続された
複数の冷却パイプセグメント２２からなる。冷却パイプ
セグメント２２は、冷却流体を運ぶことができるよう
な、多くの周知の管のうちの任意のものから形成され
る。すなわち、冷却パイプセグメント２２は、例えば、
スチール、ステンレススチール、銅、アルミニウム、プ
ラスチック、またはそれらの組合せである。冷却パイプ
セグメント２２は、流体漏れがないように冷却ユニット
１２に結合される。例えば、この結合は、冷却ユニット
１２および冷却パイプセグメント２２に選択される個々
の材料に応じて、縫い合わせ、接着剤による接着、鑞付
け、溶接、はんだ付け、摩擦接合、鋳型形成、または圧
着とすることが可能である。
有する。配送システム２０は、本発明のこの実施例で
は、隣り合う冷却ユニット１２の間に直列に接続された
複数の冷却パイプセグメント２２からなる。冷却パイプ
セグメント２２は、冷却流体を運ぶことができるよう
な、多くの周知の管のうちの任意のものから形成され
る。すなわち、冷却パイプセグメント２２は、例えば、
スチール、ステンレススチール、銅、アルミニウム、プ
ラスチック、またはそれらの組合せである。冷却パイプ
セグメント２２は、流体漏れがないように冷却ユニット
１２に結合される。例えば、この結合は、冷却ユニット
１２および冷却パイプセグメント２２に選択される個々
の材料に応じて、縫い合わせ、接着剤による接着、鑞付
け、溶接、はんだ付け、摩擦接合、鋳型形成、または圧
着とすることが可能である。
【００１３】冷却流体移動器２６は、吸入ポート２７お
よび放出ポート２８を有し、図示のようにこれらのポー
トを通じて冷却パイプセグメント２２に結合され、単一
パスの閉ループ冷却システムを実現する。冷却流体移動
器２６は、例えば、ポンプ、サイフォン、タービン、ま
たはコンプレッサである。これらの装置は既知であり、
本発明に適用するために適当なサイズを有する。冷却流
体移動器２６は、連続的なループとして、冷却パイプセ
グメント２２および冷却ユニット１２を通じて冷却流体
（図示せず）を循環させることにより、熱発生素子１０
が発生する熱が冷却ユニット１２において冷却流体に伝
達されるようにする。冷却流体は、気体または液体のい
ずれでもよい。液体は気体に比べて熱伝導率が高いた
め、冷却流体は水のような液体とすることが好ましい。
本発明の応用例によっては、冷却流体として、不活性で
電気伝導性のない液体が好ましいこともある。適当な液
体の冷却流体には、スリーエム社(3M Corporation)によ
ってFLUORINERT FC-77という名称で市販されているもの
がある。
よび放出ポート２８を有し、図示のようにこれらのポー
トを通じて冷却パイプセグメント２２に結合され、単一
パスの閉ループ冷却システムを実現する。冷却流体移動
器２６は、例えば、ポンプ、サイフォン、タービン、ま
たはコンプレッサである。これらの装置は既知であり、
本発明に適用するために適当なサイズを有する。冷却流
体移動器２６は、連続的なループとして、冷却パイプセ
グメント２２および冷却ユニット１２を通じて冷却流体
（図示せず）を循環させることにより、熱発生素子１０
が発生する熱が冷却ユニット１２において冷却流体に伝
達されるようにする。冷却流体は、気体または液体のい
ずれでもよい。液体は気体に比べて熱伝導率が高いた
め、冷却流体は水のような液体とすることが好ましい。
本発明の応用例によっては、冷却流体として、不活性で
電気伝導性のない液体が好ましいこともある。適当な液
体の冷却流体には、スリーエム社(3M Corporation)によ
ってFLUORINERT FC-77という名称で市販されているもの
がある。
【００１４】当業者には理解されるように、冷却流体に
よって運ばれる熱は、冷却パイプセグメント２２および
冷却流体移動器２６を通じて循環する間に自然対流によ
って周囲環境に放散する。冷却パイプセグメント２２の
長さおよび直径と、流体移動器２６のサイズおよび材料
組成とに依存して、この熱放散は、特に強制対流を利用
する場合には大きくなる。さらに、外部ヒートシンクを
冷却パイプセグメント２２および冷却流体移動器２６に
取り付け、これらの素子の有効熱放散表面積を増大させ
ることができる。一方、応用例によっては、図４に示し
たように、閉ループ冷却システム内に熱交換器３４を含
め、冷却流体からの熱の放散をさらに高めることが好ま
しい。熱交換器は周知であり、例えば、コイル状の管、
フィンを有する管、プレート、シェル付き管、およびＵ
字型管のデザインがある。熱交換器３４は、図４に示し
たように、複数の列のフィンを有する管のデザインであ
る。熱交換器３４は、空冷または水冷のいずれも可能で
ある。空冷の場合、自然対流または強制対流のいずれを
利用することも可能である。
よって運ばれる熱は、冷却パイプセグメント２２および
冷却流体移動器２６を通じて循環する間に自然対流によ
って周囲環境に放散する。冷却パイプセグメント２２の
長さおよび直径と、流体移動器２６のサイズおよび材料
組成とに依存して、この熱放散は、特に強制対流を利用
する場合には大きくなる。さらに、外部ヒートシンクを
冷却パイプセグメント２２および冷却流体移動器２６に
取り付け、これらの素子の有効熱放散表面積を増大させ
ることができる。一方、応用例によっては、図４に示し
たように、閉ループ冷却システム内に熱交換器３４を含
め、冷却流体からの熱の放散をさらに高めることが好ま
しい。熱交換器は周知であり、例えば、コイル状の管、
フィンを有する管、プレート、シェル付き管、およびＵ
字型管のデザインがある。熱交換器３４は、図４に示し
たように、複数の列のフィンを有する管のデザインであ
る。熱交換器３４は、空冷または水冷のいずれも可能で
ある。空冷の場合、自然対流または強制対流のいずれを
利用することも可能である。
【００１５】また、図４に示したように、閉ループ冷却
システム内に冷却流体貯蔵器３６を含めることが好まし
いこともある。冷却流体貯蔵器３６は、冷却目的で利用
可能な流体の体積を増大させることにより、冷却システ
ムの冷却容量を増大させるように作用し、冷却ユニット
１２から戻る冷却流体と、貯蔵器３６に保持される冷却
流体の間の混合を促進するために使用される。このよう
な冷却流体貯蔵器は周知である。必要に応じて、従来の
ヒートシンクを冷却流体貯蔵器３６に取り付け、冷却流
体にさらに熱放散路を与えることも可能である。冷却流
体貯蔵器３６には、周知のフィルタ構成を装備して、冷
却流体３２から汚染物質またはその他の外来物質を除去
することも可能である。
システム内に冷却流体貯蔵器３６を含めることが好まし
いこともある。冷却流体貯蔵器３６は、冷却目的で利用
可能な流体の体積を増大させることにより、冷却システ
ムの冷却容量を増大させるように作用し、冷却ユニット
１２から戻る冷却流体と、貯蔵器３６に保持される冷却
流体の間の混合を促進するために使用される。このよう
な冷却流体貯蔵器は周知である。必要に応じて、従来の
ヒートシンクを冷却流体貯蔵器３６に取り付け、冷却流
体にさらに熱放散路を与えることも可能である。冷却流
体貯蔵器３６には、周知のフィルタ構成を装備して、冷
却流体３２から汚染物質またはその他の外来物質を除去
することも可能である。
【００１６】図５は、本発明による配送システムのもう
１つの実施例の図である。配送システム８０は、主供給
多岐管８２および主帰還多岐管８３からなる。熱交換器
３４は図５にも示されている。もちろん、図３に示した
本発明の実施例からもわかるように、熱交換器３４はオ
プションである。二次供給ライン８４および二次帰還ラ
イン８６は、図示したように、それぞれ主供給多岐管８
２および主帰還多岐管８３を冷却ユニット１２に結合す
る。冷たい冷却流体は流体移動器２６から主供給多岐管
８２内に放出され、そこで冷却ユニット１２を通じて循
環する。その後、熱い冷却流体が、図示のように、主帰
還多岐管８３を通じて熱交換器３４に戻る。多岐管およ
び供給ラインは、図２を参照して説明した上記の冷却パ
イプセグメント２２と同じ材料から形成することが可能
である。上記の多岐管配送構成は、例えば、基板１５上
の熱発生素子１０のレイアウトが、冷却パイプの直列接
続を妨げるような場合に有用である。あるいは、状況に
よって上記の単一パスシステムが不均一な冷却となるこ
とが認識される場合、多岐管配送構成は、冷却ユニット
１２に均一な冷却を提供するために好ましい。
１つの実施例の図である。配送システム８０は、主供給
多岐管８２および主帰還多岐管８３からなる。熱交換器
３４は図５にも示されている。もちろん、図３に示した
本発明の実施例からもわかるように、熱交換器３４はオ
プションである。二次供給ライン８４および二次帰還ラ
イン８６は、図示したように、それぞれ主供給多岐管８
２および主帰還多岐管８３を冷却ユニット１２に結合す
る。冷たい冷却流体は流体移動器２６から主供給多岐管
８２内に放出され、そこで冷却ユニット１２を通じて循
環する。その後、熱い冷却流体が、図示のように、主帰
還多岐管８３を通じて熱交換器３４に戻る。多岐管およ
び供給ラインは、図２を参照して説明した上記の冷却パ
イプセグメント２２と同じ材料から形成することが可能
である。上記の多岐管配送構成は、例えば、基板１５上
の熱発生素子１０のレイアウトが、冷却パイプの直列接
続を妨げるような場合に有用である。あるいは、状況に
よって上記の単一パスシステムが不均一な冷却となるこ
とが認識される場合、多岐管配送構成は、冷却ユニット
１２に均一な冷却を提供するために好ましい。
【００１７】図６は、本発明による配送システムのもう
１つの実施例を示す。配送システム９０は、複数の冷却
ループ９２からなる。各冷却ループは、冷却ユニット１
２を流体移動器２６および熱交換器３４に図示のように
結合し、多重ループ配送システムを実現する。説明を明
確にするため、３個の冷却ユニット１２のみが配送シス
テムに結合しているように図示されている。このような
配送システムは、上記の単一パス配送システムおよび多
岐管配送システムには適しない回路パックレイアウトに
適合するために有用である。もちろん、当業者には理解
されるように、このような状況では、上記の配送システ
ムのさまざまな組合せを利用することが可能である。複
数の流体移動器、冷却流体貯蔵器、および熱交換器を単
一の回路パック上に組み込むことも可能である。
１つの実施例を示す。配送システム９０は、複数の冷却
ループ９２からなる。各冷却ループは、冷却ユニット１
２を流体移動器２６および熱交換器３４に図示のように
結合し、多重ループ配送システムを実現する。説明を明
確にするため、３個の冷却ユニット１２のみが配送シス
テムに結合しているように図示されている。このような
配送システムは、上記の単一パス配送システムおよび多
岐管配送システムには適しない回路パックレイアウトに
適合するために有用である。もちろん、当業者には理解
されるように、このような状況では、上記の配送システ
ムのさまざまな組合せを利用することが可能である。複
数の流体移動器、冷却流体貯蔵器、および熱交換器を単
一の回路パック上に組み込むことも可能である。
【００１８】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の統合閉ルー
プ冷却システムを有する回路パックはいくつかの利点を
有する。（１）電子システムの修理が単純化される。シ
ステム内のある回路パックが故障した場合、置換回路パ
ックを直ちに装着することができる。その理由は、配管
接続を切断し、置換を実行するために中央冷却システム
への配管接続を行う必要がないためである。さらに、置
換回路パックの装着後に冷却システム保全試験を実行す
る必要がなく、システム停止時間を短縮することができ
る。（２）冷却システムの修理が容易になる。冷却シス
テムは電子システム内の複数の回路パックにわたって分
散しているため、本発明によれば、冷却流体漏出のよう
な故障は単一の回路パックに限定される。（３）冷却シ
ステム容量の最適化が容易になる。冷却容量と需要の間
のほぼ理想的な整合が本発明を使用して実現される。そ
の理由は、冷却の改善を必要とする回路パックのみ冷却
すればよいためである。これは、従来の集中冷却構成と
は顕著に異なる点である。従来の構成は一般に、「最悪
の場合」の冷却状況をサポートするように設計されてお
り、その結果、ほとんどの典型的な設備では冷却容量が
過剰となっている。（４）電子システムの設計および実
装が容易になる。電子システム内の各回路パックが統合
冷却システムを有するため、集中冷却システムに存在す
るような、冷却流体の供給源および帰路への近さに関し
て心配することがなくなる。（５）コストが減少する。
電子システムの設計時間、ならびに冷却システムの診断
および修理の時間が短縮されることにより、大幅なコス
ト節減が実現される。容量最適化もまた冷却システム素
子のコストを縮小する。
プ冷却システムを有する回路パックはいくつかの利点を
有する。（１）電子システムの修理が単純化される。シ
ステム内のある回路パックが故障した場合、置換回路パ
ックを直ちに装着することができる。その理由は、配管
接続を切断し、置換を実行するために中央冷却システム
への配管接続を行う必要がないためである。さらに、置
換回路パックの装着後に冷却システム保全試験を実行す
る必要がなく、システム停止時間を短縮することができ
る。（２）冷却システムの修理が容易になる。冷却シス
テムは電子システム内の複数の回路パックにわたって分
散しているため、本発明によれば、冷却流体漏出のよう
な故障は単一の回路パックに限定される。（３）冷却シ
ステム容量の最適化が容易になる。冷却容量と需要の間
のほぼ理想的な整合が本発明を使用して実現される。そ
の理由は、冷却の改善を必要とする回路パックのみ冷却
すればよいためである。これは、従来の集中冷却構成と
は顕著に異なる点である。従来の構成は一般に、「最悪
の場合」の冷却状況をサポートするように設計されてお
り、その結果、ほとんどの典型的な設備では冷却容量が
過剰となっている。（４）電子システムの設計および実
装が容易になる。電子システム内の各回路パックが統合
冷却システムを有するため、集中冷却システムに存在す
るような、冷却流体の供給源および帰路への近さに関し
て心配することがなくなる。（５）コストが減少する。
電子システムの設計時間、ならびに冷却システムの診断
および修理の時間が短縮されることにより、大幅なコス
ト節減が実現される。容量最適化もまた冷却システム素
子のコストを縮小する。
【図１】本発明の原理を実現する閉ループ冷却システム
の概略ブロック図である。
の概略ブロック図である。
【図２】本発明による統合閉ループ冷却システムを有す
る回路パックの実施例の外観図である。
る回路パックの実施例の外観図である。
【図３】図２の回路パックの概略ブロック図である。
【図４】熱交換器および冷却流体貯蔵器を有する本発明
の実施例の図である。
の実施例の図である。
【図５】多岐管配送システムを有する本発明の実施例の
図である。
図である。
【図６】多重ループ配送システムを有する本発明の実施
例の図である。
例の図である。
５ 回路パック １０ 熱発生素子 １２ 冷却ユニット １５ 基板 ２０ 配送システム ２２ 冷却パイプセグメント ２６ 冷却流体移動器 ２７ 吸入ポート ２８ 放出ポート ３４ 熱交換器 ３６ 冷却流体貯蔵器 ８０ 配送システム ８２ 主供給多岐管 ８３ 主帰還多岐管 ８４ 二次供給ライン ８６ 二次帰還ライン ９０ 配送システム ９２ 冷却ループ １００ 流体移動装置 １１０ 閉ループ １１５ 熱伝達段 １２０ 熱放散段
Claims (21)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板上にマウントされた少なくとも１つの熱発生素
子と、 前記少なくとも１つの熱発生素子のうちの所定のものに
対して熱伝導関係にあるように設けられた冷却ユニット
と、 前記冷却ユニットへおよび前記冷却ユニットからの冷却
流体の配送を行う配送システムと、 前記配送システムおよび前記冷却ユニットを通じて前記
冷却流体を循環させる少なくとも１つの冷却流体移動器
とからなり、 前記冷却ユニット、前記配送システム、および前記冷却
流体移動器は、回路パックに対する統合閉ループ冷却シ
ステムとなるように前記基板に結合されていることを特
徴とする回路パック。 - 【請求項２】 前記配送システムに結合され、前記冷却
流体から熱を除去する少なくとも１つの熱交換器をさら
に有することを特徴とする請求項１の回路パック。 - 【請求項３】 前記配送システムに結合され、前記冷却
流体の供給源となる少なくとも１つの貯蔵器をさらに有
することを特徴とする請求項１の回路パック。 - 【請求項４】 前記冷却流体が気体であることを特徴と
する請求項１の回路パック。 - 【請求項５】 前記冷却流体が液体であることを特徴と
する請求項１の回路パック。 - 【請求項６】 前記冷却流体が不活性で電気伝導性のな
い液体であることを特徴とする請求項１の回路パック。 - 【請求項７】 前記配送システムが単一パス配送システ
ムであることを特徴とする請求項１の回路パック。 - 【請求項８】 前記単一パス配送システムが、隣り合う
冷却ユニットを結合する複数のパイプセグメントを有す
ることを特徴とする請求項７の回路パック。 - 【請求項９】 各パイプセグメントが、スチール、ステ
ンレススチール、銅、アルミニウム、プラスチック、ま
たはこれらの組合せからなる群から選択される材料から
形成されることを特徴とする請求項８の回路パック。 - 【請求項１０】 前記流体移動器が、ポンプ、サイフォ
ン、コンプレッサ、およびタービンからなる群から選択
されることを特徴とする請求項１の回路パック。 - 【請求項１１】 前記冷却ユニットが、前記少なくとも
１つの熱発生素子のうちの所定のものから熱を除去する
手段を有することを特徴とする請求項１の回路パック。 - 【請求項１２】 前記配送システムが多岐管配送システ
ムであることを特徴とする請求項１の回路パック。 - 【請求項１３】 前記多岐管配送システムが、少なくと
も１つの主供給多岐管と、少なくとも１つの主帰還多岐
管と、各冷却ユニットをそれぞれ前記少なくとも１つの
主供給多岐管および少なくとも１つの主帰還多岐管に結
合する二次供給ラインおよび二次帰還ラインとを有する
ことを特徴とする請求項１２の回路パック。 - 【請求項１４】 前記多岐管およびラインは、スチー
ル、ステンレススチール、銅、アルミニウム、プラスチ
ック、またはこれらの組合せからなる群から選択される
材料から形成されることを特徴とする請求項１３の回路
パック。 - 【請求項１５】 前記複数のパイプセグメントのうちの
所定のものに結合された少なくとも１つのヒートシンク
をさらに有することを特徴とする請求項７の回路パッ
ク。 - 【請求項１６】 前記多岐管およびラインのうちの所定
のものに結合された少なくとも１つのヒートシンクをさ
らに有することを特徴とする請求項１３の回路パック。 - 【請求項１７】 前記冷却流体移動器に結合された少な
くとも１つのヒートシンクをさらに有することを特徴と
する請求項１の回路パック。 - 【請求項１８】 前記熱交換器に結合された少なくとも
１つのヒートシンクをさらに有することを特徴とする請
求項２の回路パック。 - 【請求項１９】 前記貯蔵器に結合された少なくとも１
つのヒートシンクをさらに有することを特徴とする請求
項３の回路パック。 - 【請求項２０】 前記配送システムが、単一パス配送シ
ステム、複数管配送システム、および多岐管配送システ
ムの組合せからなることを特徴とする請求項１の回路パ
ック。 - 【請求項２１】 前記冷却ユニットが、前記少なくとも
１つの熱発生素子とともにパッケージとして統合的に形
成されることを特徴とする請求項１の回路パック。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US33222394A | 1994-10-31 | 1994-10-31 | |
| US332223 | 1994-10-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08213526A true JPH08213526A (ja) | 1996-08-20 |
Family
ID=23297269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7305274A Pending JPH08213526A (ja) | 1994-10-31 | 1995-10-31 | 回路パック |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0709885A3 (ja) |
| JP (1) | JPH08213526A (ja) |
| KR (1) | KR960015698A (ja) |
| AU (1) | AU3446195A (ja) |
| CA (1) | CA2161823A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005310152A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Hewlett-Packard Development Co Lp | 効率的に空間を利用するための、複数の熱交換器を有する液体ループ |
| WO2014038179A1 (ja) * | 2012-09-05 | 2014-03-13 | パナソニック株式会社 | 冷却装置、これを搭載した電気自動車、および電子機器 |
| JP2014116385A (ja) * | 2012-12-07 | 2014-06-26 | Panasonic Corp | 冷却装置およびこれを搭載した電気自動車および電子機器 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998003997A1 (en) * | 1996-07-22 | 1998-01-29 | Northrop Grumman Corporation | Closed loop liquid cooling within rf modules |
| US9279340B2 (en) | 2010-03-23 | 2016-03-08 | General Electric Company | System and method for cooling gas turbine components |
| IT201800000950A1 (it) | 2018-01-15 | 2019-07-15 | St Microelectronics Srl | Dispositivo incapsulato di potenza con migliorate capacita' di dissipazione del calore e migliori prestazioni termiche |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59200495A (ja) | 1983-04-27 | 1984-11-13 | 株式会社日立製作所 | マルチチツプ・モジユ−ル |
| US4791983A (en) * | 1987-10-13 | 1988-12-20 | Unisys Corporation | Self-aligning liquid-cooling assembly |
| JPH0682941B2 (ja) * | 1987-10-22 | 1994-10-19 | 富士通株式会社 | 冷却液供給装置 |
| JPH03208398A (ja) * | 1990-01-10 | 1991-09-11 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
| US5177666A (en) * | 1991-10-24 | 1993-01-05 | Bland Timothy J | Cooling rack for electronic devices |
| JPH05121610A (ja) * | 1991-10-29 | 1993-05-18 | Nec Commun Syst Ltd | 液体冷却方式 |
| US5316077A (en) * | 1992-12-09 | 1994-05-31 | Eaton Corporation | Heat sink for electrical circuit components |
| JPH0794648A (ja) * | 1993-09-27 | 1995-04-07 | Hitachi Ltd | 集積回路の冷却装置 |
-
1995
- 1995-10-24 EP EP95307538A patent/EP0709885A3/en not_active Withdrawn
- 1995-10-25 AU AU34461/95A patent/AU3446195A/en not_active Abandoned
- 1995-10-30 KR KR1019950039470A patent/KR960015698A/ko not_active Application Discontinuation
- 1995-10-31 CA CA002161823A patent/CA2161823A1/en not_active Abandoned
- 1995-10-31 JP JP7305274A patent/JPH08213526A/ja active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005310152A (ja) * | 2004-04-19 | 2005-11-04 | Hewlett-Packard Development Co Lp | 効率的に空間を利用するための、複数の熱交換器を有する液体ループ |
| WO2014038179A1 (ja) * | 2012-09-05 | 2014-03-13 | パナソニック株式会社 | 冷却装置、これを搭載した電気自動車、および電子機器 |
| JP2014116385A (ja) * | 2012-12-07 | 2014-06-26 | Panasonic Corp | 冷却装置およびこれを搭載した電気自動車および電子機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR960015698A (ko) | 1996-05-22 |
| EP0709885A3 (en) | 1997-08-27 |
| EP0709885A2 (en) | 1996-05-01 |
| CA2161823A1 (en) | 1996-05-01 |
| AU3446195A (en) | 1996-05-09 |
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