JPS59145548A - 液体により浸漬され冷却される電子的集合体 - 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】 発明の背景 本発明は一般的には、電子的集合体 （ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａ８ｓｅｍｂｌｉｅｓ　）お
よびそのための冷却システムに関する。本発明は種々の
電子分野に応用可能であるが、最も重要な用途は高速度
、高容量の計算機、時にはスーパーコンピュータと呼ば
れるもの、であると信ぜられ、不明４１＋１　？８にお
ける発明の好適実施例についての記述はそのような計９
機への応用を説明している。

極めて高速度の計算機の開発に際して、；ｔｌ算機集合
体の物理的寸法を減少させることに向けて多大の努力が
払われたが、その理由は、最大相互接続路長による信号
伝送遅れが計ｎ機の最大クロック率を制限し、したがっ
て計算機の動作速度を制限するからである。最近におい
ては、利用可能な世代の論理および記憶用集積回路は、
ナノ秒領域のクロック率でスイッチングを行うことがき
るが、そのようなりロック率で計算機に使用されるため
には、回路間の最長相互接続路の最大長は非常にＩ　　
　　　　短い距離、例えば、４ナノ秒動作用のねじれ電
線対の場合においては、約４０．６４（１）（１６イン
チ）に制限されねばならぬ。

集積回路技術の進歩Ｇこよりチップあたりの論理ゲート
Ｊ５よび記憶回路の数が増大した装置が脚造されるよう
になり、スーパーコンピュータに要求される極めて多数
の論理および記憶回路を、４０６４（至）（１６インチ
）または同程度の短い電線長の相互接続距離を許容する
１つの区域内に集合させることを理論的に可能にした。

都合の悪いことに、前述の理論的に可能な高密度は、そ
のように高密度に集合された回路から発生する相当の量
の熱を効果的Ｇこ除去することなしには、実際には、達
成することができない。中、−のエミッタ結合論理回路
用集積回路は１ワツトまでのエネルギーを熱として発散
することができる。高密度のパッケージングによれば、
そのような集積（ロ）路の充分な数を縦２５４鍋（１イ
ンチ）、横１０．１６歯（４インチ）、長さ２０３２α
／１（８インチ）のモジュールに収容することが可能で
ある。そのようなモジュールの多数を、所望の結果を得
るためＧこ相互密接に配置バすることが考慮される場合
に、発散される熱の量が利用可能な冷却技術をはかるに
越えることに注意せねばならぬ。

電子工学分野において電子的部品および回路を冷却する
ための幾つかの技術が開発されてきた。

空気冷却方式および強制空気冷却方式が不適切となる場
合には、液体又は冷媒が充填された低濡棒体又は低温プ
レートシャーシ一部材が、回路モジュールを支持し該回
路モジュールから熱を除去するために開発された。譲受
人に譲渡された米国特許第４１２００２１号には、冷媒
により冷却される低温棒体を用いた冷却システムが開示
され、該低温棒体は回路板が取付けられるプレートの縁
部を受入れる溝および固定手段を有する。（ロ）路部品
から発生ずる熱は対流および伝導により低温プレートへ
、次いで低温棒体へ伝達される。この技術は、それが意
図する目的に対しては極めて成功したものであるが、前
述のような極めて高密度の、かつ熱発生を伴う装置に対
しては不充分なものである。

不活性な液体中に浸漬することにより電子的部品を冷却
することは電子工学の幾つかの領域において種々の形式
により実用されてきた。電子的部品浸漬用に適した不活
性液体を利用することが可能であり、例えば、３Ｍ（ス
リーエム）社により製造されるＦｌｕｏｒｉｎｅｒｔ　
（フルオリナート）と呼ばれる弗化炭素製品を利用する
ことが可能である。

これらの液体は、種々の用途に役立つよう種々の沸点を
もつものとして得ることができる。１つの普通の用途は
、試験の目的のために単一の部品を隔離するために該姫
−の部品をそのような液体中に置くことである。大電力
用の整流器にもまた、浸漬冷却が適用されてきている。

庁１算機回路モジュールであって、幾つかの回路板が封
鎖された容器内に装着されそれによりに１算機システム
のモジュールを形成するもの、が提案されてきている。

該モジュールは不活性な液体を充填されており、該不活
性な液体は有核沸騰により回路から熱を除去し該モジュ
ールの壁体に再凝縮させる。該回路からの熱は次いて、
該モジュールの外被体上に形成されたフィンにより周囲
の争気へ伝達される。

浸漬冷却方式は、空気冷却方式に比べて、液体が気体に
比べてより大なる熱伝導率およびより大なる熱容量をも
つという点から、大なる利点を有する。しかし、回路を
流体中に浸漬するというだけでは、前述のような極めて
高密度の、大形のシステムにおける熱の問題を解決する
には不充分である。電子的集合体を機械的、電気的に構
成にするにあたり、極めて大なる密度の集結および回路
部品から・の液体による効果的な熱除去を可能ならしめ
るようにし、かつ集合体を補修または更新のために取扱
いやすいものにすることが必要である。

発明の概要 本発明は、改良された、浸漬冷却される高密度の電子的
集合体を提供し、該改良された電子的集合体は、大形の
瞬時利用可能のランダムアクセスメモリをもつ大容量の
計算機の極めて高速度の動作を可能にし、該電子的集合
体はすべて極めてコンパクトな容イ責内に収容され、液
体の浸漬および循環システムと結合され、それにより極
めて大なる熱発生の取扱いに成功したものである。

本発明の１つの観点によれ゛ば、回路板の積重体として
形成された回路要素が設けられ、回路板を支持し積重体
を順次にしかし積重体間に冷却剤流を形成する手段が設
けられ、全構造体は全体を冷却剤液体中に浸漬するため
の容器又はタンク内に収容される。流体を積重体の１つ
おきに供給し積重体の他方から復帰させ、積重体の回路
板の間に回路板を横切っての冷却剤流を形成する手段が
設けられる。

１つの好適な形態においては、冷却剤流通コラムの一つ
おきにスタンドパイプが配侃され、それにより冷却剤が
、積重体を通流しスタンドパイプに沿って上昇し、次い
で上端から流出した後、復帰するようになっている。

本発明の１つの好適な形態によれば、冷却剤流入コラム
の一つおきには分配マニホルドとして役立つキャップつ
きスタントノぐイブが設けられ、該スタンドパイプは全
長に沿い複数個の孔を有し、それにより積重体のすべて
の回路板に対し均一な冷却剤分配を与える。

本発明の他の観点によれば、積重体の回路板は複数個の
モジュールとして配植され、該モジュールの各個は複数
個の回路板を具備し、該回路板はその上に取付けられた
電子回路部品を包含し、ｔＵ数個のスペーサ又はジャン
パーピンにより間隔をおいた関係で固着され、該スペー
サ又はジャンパ−ビンはまた隣接する回路板間の電気的
接続を構成する。好適には、回路部品は列状に配置され
それにより回路板の各個を横切っての冷却剤流のための
ヂャンネルを形成する。スペーサは高密度の集結用の長
さのものが選定されるが、回路部品間の充分な間隔およ
び冷却剤流用の空間は諦保される。回路板の一方の端部
にはコネクタが設けられそれにより他の回路板に対する
電線装置による相ｌＬ接続が行われ、回路板の他方の端
部には電柳接続部が設けられる。

本発明の１つの好適な形態においては、該モジーールの
稍Ｑｊ体の鈎数個が設けられ、該（青取体のための支持
手段が積重体を一般的に放射状に配置ぺするために設け
られ、該放射状配置は、コネクタ端部は相互に隣接しセ
クター形状の冷却材流通コラムは間に位置づけられるよ
うな配置であり、それにより積重体に対する冷却剤循環
か形成される。

また、コラムを通って冷却剤を循環させ、それにより回
路板を横切って通流させ、かつ再循環用冷却剤を冷却す
るための外部手段が設けられる。

実施例 本発明による液体により浸漬され冷却される電子的集合
体は、超高速、大容ｈ１．デジタル計算機について以下
に添付図面により説明する。本発明によれば、計ｎ機に
使用されるすべての電気回路板及び配線は第１図にて番
号１０て示された適切な容器（又はタンク）内に取付け
られ、該容器には計ｙ、ｔ［の電気回路が浸漬される不
活性液状冷却剤が収容される。容器はいずれか適切な形
状をとることが可能であるが、好適Ｏこは断面形状が多
角形の柱形状が用いられ、これは複数個の平坦状パネル
１５で作られ、該パネルは各々乗置および水平なフレー
ム部材１ろおよび１４による骨組により支持される。フ
レーム部利およびパネルは適切な形状の平坦状基台部材
１１の周囲に支持され、カバー１２もまた設けられる。

計算機の保守の便宜上、パネル１５は計算機に着手する
ために撤去可能となっている。好適には、パネルは通常
保守および冷却材の供給、復帰（除去）を補助するため
に透明な材料で作られる。

基台部材は、以下により詳細に説明するが、配線用のｉ
Ｍ路および容器への冷却剤の出入を可能ならしめるため
、いくつかの穴が設けられる。冷却剤循環用注入管１８
、冷却剤源用注出管１９、およびポンプ注入、注出中に
容器から冷却剤を供給、除去する一対の冷却剤供給管２
０．２１は第１図においてその接続が対称的に示されて
いる。基台部材１１はまた、交流電源用の配線通路（電
力供給バス）および計算機のデータ入出カラインのため
の１数個の孔（穴）を有し、該配線のいく本かについて
は第１図に番号１７により対称的に示される。第１図を
こ示ずいくつかの導管は概略的に示したものであること
をことわっておく。

好適には、計算機に用いられるすべての回路板、すなわ
ち、１つ又はそれ以上の中央処理ユニ、ト、これに関連
するすべての論理ゲート回路、および犬容最ランダム・
アクセス・メモリ、は容器１０因に配置される。計算機
の外部に設けられ比較的低速で動作する入出力処理装置
および大容量記憶回路袋間は回路板に基台１１を通る入
出カラインにより接続される。云いかえれば、高速にて
動作する必要のあるすべての論理回路および記憶装置は
容器内に極めて接近して配置される。

さらに、論理回路および記憶装置への供給電源もまた次
のような理由から容器内に設けられる。

すなわち、供給電源もまた不用なかなりの量の熱を発生
することと、供給電源を論理回路および記憶装置に物理
的に極めて接近して設けることにより配線の長さと接地
抵抗を減するためである。

泪算機の保守の便宜上、供給電源は容器１０の下部に、
記憶装置および論理回路は上部に配置することが好まし
い。さらに、水平フレーム部材１４は電源およびその他
の回路との分割線上の近くに配置され、冷却材のレベル
を供給電源のレベルおよび水平フレーム部材１４のレベ
ルに降下させた後Ｑこ回路板へ着手するために上方パネ
ルの撤去を可能ならしめる。このことは、論理回路およ
び記憶装置は電源よりも頻繁に保守又は更新を必要とす
るという理由から、保守上の効率向−トのために設けら
れる。

本発明の実施例についての詳細な説明に先立って、’ｆ
ｌｆ子的集金的集合体冷却剤循環についての概略を第２
図および第１２図により説明する。第１２図は第１図に
示す容器のカバーを撤去した場合の上面図を示し、図か
ら明らかなように、１６１６９重体（スタック）の回路
モジュールがあるが、このうち６個について番号３０α
、３０ｂおよび３０Ｃを付与しである。これらスタック
は以下に説明するように供給電源又は複数個の水平回路
板を具備するモジュールから成る。モジュールのスタッ
クの各々はスタックのいずれかの側面に隣接した垂直支
持フレーム３１．３２＆こより支持される。第１２図を
明確にするために付与査号は２゜６のスタ、りに関連し
た要素のみに与えられているが、スタック６０α、３０
１５．および３０Ｃに関連した要素の形状は繰り返すも
のであることが理解されると思う。

モジュール支持フレーム６１および３２は冷却剤の通流
を可能ならしめるようないくつかの穴を有する平板状構
造であって垂直方向に設けられている。隣接支持体上に
モジー−ルのスタックを支持するための手段が設けられ
る。支持体は計算機の中央部の周囲に所定の形状で配置
され、これは、互に隣接する論理回路コネクタ端末と共
にモジュールスタックの放射状配列を形成し集合体の中
央部分へ面するように配置される。隣接するモジュール
スタックの間は番号６６および３４で示すようにセクタ
ー形（扇形）又は三角形状の領域が形成され、これは垂
直冷却剤通流コラムを形成する。

注入コラムは番号６６により示され、計算機の周囲で注
出コラム３４と交互に設けられる。注出コラＡ３４Ｌｔ
ｉＪコラム内に配置されたスタンドパイプを有する。ス
タンドバイブ３５もまた扇形又は三角形状であるか、冷
ｆｄｌ剤か頂上へ上置しスタンドバイブの頂上を越えて
その中心へ流れ落ちるようにスタンドバイブろ５と隣接
するモジュール支持体３１．３２の間の空間６６を設け
るためにコラム６４よりも小さくなっている。好適には
、これらの穴は冷却剤の除去のためにスタンドバイブロ
５の長手方向に沿って設けられる。

本発明の実施例において、ふた付のスタンドバイブ３８
の形態の分配マニホルドはスタックのすべてのレベルに
ついてモジュールへの新規な冷却剤の供給を補助するた
めに注入コラム６３内にて使用される。ふたのされたス
タンドバイブ３８は通常、その頂部の封止用のふたを除
いては注出スタンドバイブロ５と同じ形状を有する。こ
れらは、基台の液体注入口上に配置され、その長手方向
に沿って側面に複数個の穴が設けられる。これらの穴に
よって冷却剤が注入コラム６３内の分配領域３９に満さ
れ隣接するモジュールスタックに冷却剤を供給する。

冷却剤循環穴２２は垂直冷却剤コラム用の扇形領域内の
基台１１上に設けられる。基台１１の下のパイプ１１に
よって適切な接続がなされ、コラム３６の冷却注入口お
よびふた付スタンドバイブロ８として、又はコラム３４
の冷却剤注出１コおよびスタンドバイブ３５として循環
穴２２に接続する。

収容される計Ｗ機のサイズに依存するものであって、１
６スタツクすべて必要とするものではない。必要とされ
るスタックの数は配置される記・臆装置のサイズお−、
よび計算機が単一の処理装置が多重の処理装置かに依存
する。例えば、４スタック計算機、８スタック計算機又
は１６スタツク計算機が考えられる。１６スタツクより
小さい計算機が使用される場合には容器はもちろんその
空間又は不用な側について完全な多角形ではなく近似的
に楕円状の断面となるように設けられる。又、角度等を
適切に変えることにより１６スタ、りよりも大きいか又
は小さい数を有する放射線状の形状を設けることも可能
である。しかしながら、１６スタツク以上を包含するま
で外形を開放することは中央領域内の最大相互接続路長
を増大することになる。

さらに第２図において、４スタ、り泪舒：櫨又はより犬
なる４スタック計ｐ機について凸、略的に示す。隣接す
る複数対の垂直モジュール支ｒ−ｔフレーム３１．３２
は扇形の垂直冷却剤ａ流コラムを形成するようにその内
側端部が収束するように示される。ふた付スタンドバイ
ブロ８を包含する６個所の供給コラム３３が、注出スタ
ンドパイプ３５を各々包含する対をなず戻りコラムろ４
と交互に示される。

一対の循環ポンプ４０．４１およびこれに対応する熱交
換器４２．４３が容器内に浸漬された計算機を通して液
状冷却剤を循環させるために設けられる。ポンプ４ｏは
熱交換器４２を通して冷却剤を循環させ、冷却剤は水又
は他の冷却媒体により冷却される。、８ガ１された冷力
１剤はパイプ４４を硬 通して流れ、パイプは第２図に示すように供給コラム６
６の左右に冷却剤を供給するために分岐する。スタンド
バイブロ５の１つからの液体は戻りパイプ４５至経てポ
ンプ４０へ通流する。同様に、他方のスタンドバイブロ
５の底部からの液体はパイプ４７を経てポンプ４１へ通
流し、熱交換器４６およびパイプ４６を経て他方の注入
コラムろ３へ冷却剤を送出する。

第１２図に示すように相対するモジュール支持フレーム
の間のスタックに配置された電源モジュールおよび論理
回路および記憶装置については冷却剤通流を示すために
第２図からは削除した。冷却剤は垂直冷却剤コラム６６
において容器に入り、矢印にて示すように、すべてのモ
ジュールおよびモジュールを形成するすべての水平回路
板の間の複数の通路を水平方向に通流する。モジュール
の間の流れにおいて、冷却剤は各回路要素により発生さ
れる熱を吸収する。冷却剤のいくらかの量は注出スタン
ドパイプ３５における穴を通して流れ、またある量はス
タンドパイプの外側のコラム３４の領域６６において上
方に垂ＩＭに流れ、しかる後スタンドパイプ３５の頂上
を越えて降下し熱交換器を経て再循環する。注入コラム
６６の作用は新規な、均等に冷却された冷却剤をスタッ
クの上下スヘテノモシュールに提供することにある。い
くらかの爪の冷却剤はこまかい蒸気状の泡を形成するよ
うに加熱されるが、スタンドバイブロ５を経て吸収され
再凝結される。

液体−液体形熱交換器が熱交換器４２．４３として使用
され、水道用水が冷却用として使用され、例えば、約１
０ｔＺ’に冷却を維持する。もちろん、他の形式の熱交
換器又は冷却サイクル装置も使用し得る。さらに補助的
な循環ポンプ、熱交換器および管路が第２図に示す４ス
タック以上の大なる計算機システム用のスタックおよび
コラムに対して設けられる。代りにより大なる容量のユ
ニットが他のスタックを通して循環するために使用され
る。

第６図は、第２図と類似しているが、第２図に示す冷却
剤循環システムよりもむしろ冷却剤注入注出ポンプシス
テムを示している。第３図において、冷却剤注入注出ス
タンドパイプ２４は第１２図の容器の基台に示す４個の
冷却剤供給、除去穴２３の１つと共に示されている。ま
た、第３図には４スタック計算機のモジュール支持フレ
ーム６１および６２の対を概略的に示す。貯蔵タンク５
０は便宜上、複数個の小形貯蔵タンク５１からなり屯−
貯蔵タンクを形成するようにその基台にもうけられた開
口部を通してパイプ５２によって相互に接続される。ス
タンドパイプ５６は貯蔵タンク内に貯蔵タンクの頂部の
付近でぶだ以下の位置にその頂部開口があるように設け
られる。スタンドパイプ５６の底部は貯蔵タンクと通じ
ずにタンク内のスタンドパイプ２４にパイプ５４を経て
接続される。

供給／除去穴２６はパイプ５５により接続され、注出ポ
ンプ５６の入口および注入ポンプ５７の出口へ分岐する
。パイプ５２による貯蔵タンク５゜の底部における接続
部はパイプ５Ｂに接続され、注入ポンプ５７の入口およ
び注出ポンプ５６の出口へ分岐する。

貯蔵タンク５０に貯蔵される以前に冷却剤が最初に計算
機の収容された容器１０に満されるための注入動作の間
、ポンプ５７は稼！’Ｊ　シ、ポンプ５６は停止する。

ポンプ５７は冷却剤を貯蔵タンクから供給／除去穴２３
へ貯蔵タンクへ満すためにイル給する。計算機容５１０
から押出された空気はスタンドパイプ２４を経て逃げ、
冷却剤がより下部にあるように容積を満たすごとく貯蔵
タンク５０内の圧力を等化する。スタンドパイプ２４は
またタンクの満杯を防１１〕する。タンクが満杯になる
と、第２図に示す循環システムがスタートし、電、源が
計算機回路に供給される。注入動作は注入Ｎ路が循環作
用を補うので、循環システノ＼がオンすると同時に維持
される。スタントノぐイブ２４は循環スタンドパイプ５
５よりもわずかＯこ高く、計算機の動作により形成され
る蒸気を弱める補助を行う。前述した様に、冷却剤は回
路素子」二を循環するので、いくらかの蒸気泡が形成さ
れ、これらは容器の頂部に上昇し、典型的動作として頂
部に小さな蒸気ボケ、トを形成する。スタントノぐイブ
２４は蒸気を弱める補助をし、最終的Ｇこは他の液体と
共に再凝結される。

保守のためにシステムから注出する上で、電源が計算機
から除去された後に注入および循環システムは停止され
、注出ポンプ５６がスタートする。

冷Ｊ：（Ｉ剤が供給／除去穴２ろから貯蔵タンク５０へ
転送され、スタンドパイプ２４および５３、およびこれ
らの相互接続パイプ５４は液体冷却剤が転送されるよう
に圧力を中立化するために空気又は蒸気の排除を可能に
する。

本発明によれば、論理回路および記憶装置は第４図乃至
第７図に示されるようにモジュールに形成される。各モ
ジュールは、本実施例では１モジー−ル当り８回路板が
使用されたが、複数板の回路板を積層したものから成る
。番号６０は論理又は記憶モジュールをボす。８板の個
々の回路板６１は、以下に説明する理由から、互に近接
しつ＼かつ回路板上に取付けられる集積回路６２および
その他の素子の公差を考慮した間隔に配置ｔされる。第
４図に示すように、集積回路６２は回路板上に列をなし
て配列され、これＱこより液体通路として隣接する列の
間のチャネル６６を提供する。

回路板６・１ば従来技術により構成され、好適には、計
算機の特定部分に対する特定の記憶又は論理機能適用の
ための各種回路を接続する要求として、信号線の多層構
造を具備する。いくつかの信号線により各回路板の一方
の端部に沿って配線され多重ピンコネクタ６４により接
続される。

モジー−ル内の隣接する回路板の間の信号線の相互接続
は機械的スペーサとしても提供されるジャンパービンに
より行われる。

第６図乃至第９図により詳細に示すように、複数個のジ
ャンパービン６５，６６が設けられる。

これらは相対する回路板間に設けられ対をなす回路板の
穴の間に１７！ｉｉ定され、回路板間の信号伝達ばかり
か機械的なスペーサおよびモジュール内で回路板相互の
安全を確保するために提供される。ジャンパービン６５
および６６は２揮釦使用され、特にビン６５は「スター
ター」ビンとして使用される。ピン６５および６６のい
ずれも柱身部分６７、柱身部分６７の先端の直径の小さ
い先端部分６８、および柱身部分６７と先’Ａｔ４部分
６８の間の肩部分６９を有する。スタータービン６５は
他にさらに先端部分６８および肩部分６９をその相対す
る側に有し、一方、ジャンパービン６６は先端部分６８
を受容するための凹み又はソケットを有する。確実に固
定するために凹み７０を有する端部に溝が設けられる。

実使用上、ジャンパービン６５．　６６は第７ＦＡに示
すよりも集積回路に比べて非常に小さく、図ではかなり
誇張されて示されている。

各々の回路板上（こジャンパービンの単一パターンを設
けるよりも、使用された数およびそれらの位置から、ど
この信号経路が必要な隣接回路板にジャンプするかの配
慮により指令されるように変えられる。信号が２枚の隣
接回路板間のみが必要とされるようにジャンプする場合
には、重−のスタータービン６５が第７図の中央に示す
ごとく使用される。ジャンパー接続が同じ位置において
６個又はそれ以上の回路板間で必要とされる場合には、
スタータービン６５が使用され、その先端が１つの回路
板を通して突出し、ジャンパービン６６かピン６５の上
に固定されて次の回路板に接続され、このようにして多
くの回路板が接続される。各々の場合に、ジャンパーの
先端部分は回路板に設けられた隙間穴７１および肩部分
６９又は凹み７０の端部周囲を経て突出し、回路板に対
して突出しそして穴の周囲の信号線と接続される。

各々の回路板は最初にジャンパービンの位置に合ぜて穴
があけられメッキされる。モジュールが回路板ごとに組
立てられるので、ピンはモジュールをｇ　（Ｉｉｆｆす
るすべてのスタックが組立てられるまで挿入され半田付
される。典型的には、多くの数のジャンパーピンが各種
の回路板の種々の位置に必要とされかつ設けられ、その
結果、最終的なモジュールは互に確実に保持されジャン
パーピンの集合により正確に間隔が保たれる。

コネクタ６４に相対するモジュールの端部には、電源用
に複数個の接続が、第４図および第５図に示すように設
けられる。これらはピンプラグ７４を有する複数本の７
４℃源線の形体をとる。論理回路に結合されるエミッタ
は計ｆｉ＞機のに６庫動作に使用されるので、接地、マ
イナス２ボルト、およびマイナス５．２ボルトの６電源
接続が使用される。好適な形体において、複数のリード
線７７および′７８はずべて接地され、リード線７５お
よび７６のグループは負電源に各々接続される。第５図
かられかるようにリード線７５のグループはクランプブ
ロック７９に接続される７本のリード線からなり、機械
的な支持と電源接続の１つに対する回路板上の電気的接
触を提供するためにモジュールを介して８０個のボルト
により保持される。同様に、クランプブロックおよびボ
ルトはその他の供給電源および接地へのリード線のため
に設けられる。

本発明の好適な形ρξとして、集積回路のずべての列は
各回路板上に完全に満される。特定のモジュールの回路
膜ｉｔが集積回路パッケージの数として定数より少ない
回路板について行われた場合には、全問となった位置に
ついては「ダミー」回路か挿入される。これは集積回路
列および回路板上の均一な通流チャネル６６、およびす
べてのモジュールへの液体流の抵抗を維持するためにモ
ジュール内のすべての回路板を維持するために行われ、
かつ、回路板上の液体流の滞留をなくそうとする低い液
体流抵抗の局部的通路の発生を防止するために行われる
。「ダミー」回路は物理的に空間を埋める回路板であっ
て不良品か用いられるが、勿論電源には接続されない。

第１０図および第１１図に示す電源モジュールは、計算
機のスタックにするような機械的な設計の便宜上、第４
図および第５図の論理回路および記憶装置と同じ幅にす
ることが好ましい。実施例に示すように、電源モジュー
ルは論理回路および記憶装置よりも多少長くまた厚みに
おいて薄くなっている。各電源モジュールは金属板８１
から成り、半導体整流器８２が取付けられる。金属板８
１は供給電源の接地用に用いられる。図に示すように変
成器およびその他の構成要素が金属板８１の中央に設け
られ、コネクタ８ろがモジュールの一方の端部に取（＝
ｌけられる。このコネクタはモジュールに交流電源を供
給するために使用される。電源モジュールの他方の端部
には、一対の上方向のタブ８４が設けられ計算機の接地
に接続される。マイナス電源は他方のタブ８５から供給
され、計算機アセンブリの供給電源に接続される。

第１４．１５および１６図には、さらに詳細に集合体の
？ｉ７（造が示されている。各モジュールスタックはい
くつかの論理回路又は記憶装置と共に垂直方向にいくつ
かの電源モジュールスタックから成る。しかしながら、
モジュールは物理的に互に凹みを有せずすべて骨組によ
り支持されており、骨組は他の部材と共に接続され支持
される垂直方向の対をなすモジュール支持フレーム部材
６１゜３２を包含する。第１４図に示すように、接地用
に設けられる垂直方向Ｕ字形チャネル部材９０は各三角
形状冷却剤通流コラムの広い方の端部に配置される。モ
ジュール支持フレーム３１および６２はボルト締めされ
る。又、電源モジュールの接地タブ８４は第１４図には
示されていないが接地のためにボルト締めされる。さら
に、各種の論理回路および記憶モジュールからの接地用
リード線７７および７８は接地バー９０の側面に設けら
れた穴に挿入される。接地バー９０の外側に絶縁材を介
して電源供給バー９１および９２が設けられ２種類の負
電源を供給する。これらの電源供給バーもその側面に電
源リード８７５．７６から論理および記憶モジュールに
電源を供給するためのピンプラグ７４受容のための穴が
設けられる。第１４図には示されていないが、各スタッ
クの下部には適切な電源モジュールはバー９１および９
２に確保された電源タブ８５を有する。モジュールスタ
ック頂部１ｆｉ９６は対をなすモジュール支持体３１．
３２の間に伸張しかつ確保されこの間のスタックを規定
する。また、モジュールスタック中間板９７が設けられ
、また、モジュール配線、り底部板９８が垂直モジュー
ル支持体間を接続しかつ確保する。底部板は容器の基台
１１に確保される。

ｈｔｌ述したように、垂面モジュール支持フレーム３１
および６２は液体冷却剤の比較的制限されない通流を提
供するために穴が設けられ、これにより、冷却剤はモジ
ュールの周囲を通流することができる。さらに、溝が設
けられこれらの溝は旬理および記憶モジュールを支持す
るためのナイロン案内１０１を受容する。より下方にお
いて、電源モジュールは垂直支持体３１．３２に設けら
れた複数の支持ビン１０２により支持さｎる。扇形の乗
置冷却剤通流コラムの前面および狭い部分において、隣
接する支持フレーム３１および６２は頂点部材１１０に
て境界をなしている。これらの頂点部材１１０は回路板
上のコネクタ６４と掛合するモジュール−モジュール配
線のコネクタ１２０を確保し、また、電源モジュール上
のコネクタ８６と掛合するコネクタ１６０を確保するた
めに使用される。

第１４図に示すように、各頂点部材１１０は隣接支持フ
レーム３１．３２の縁を受りるために刻み目が設けられ
、これによりありつぎ結合によって確保される。計算機
の中央領域に指向する頂点部材１１０の他の縁は第１５
図に示すように複数の溝１１１を有する。これらの溝は
条片１２１を取イ」けるコネクタを受容し、その各々は
接着されたコネクタを有する。条片１２１は１Ｉ７ｉ：
接するスタック間の角度配向に対応する角度における各
々の側の対をなす穴を有する。これらは頂点部材の溝１
１１に配置され、条片を取付けるコネクタを捕獲する穴
を通るピン１１２および１１ろにより確保される。スペ
ーサ１１４はピン１１６と共に条片間に配置される。こ
の方法によりコネクタ１２０は頂点部材１１０によって
モジュール支持フレームに保持される。これらは、モジ
ュールがスタックに配置されるときモジュールの回路板
上にてコネクタ６４と掛合する。

頂点部ｔＡ’　１１０は電源モジュールの長手方向に適
合するようにより下方に向って設けられる。さらに頂点
部材１１０は溝１２４を有し、これらは条片１６１を取
付ける電源コネクタを受容する。

また、これらは隣接するスタック上の取付けられた条片
と重なり合う穴を有し、ビン１２５により互に確保され
る。条片１ろ１はコネクタ１ろ０を有し、該コネクタに
は交流電源の接続を電流モジュールへ接続可能にするコ
ネクタ８６と１＋）合するように確保される。

スタンドバイブロ５は冷却剤の上昇領域ろ６を提供する
ためにｌｖ：ｆ接するスタ、り間の扇形領域より小さい
くさび形に樹脂により形成される。スタンドパイプの内
部には基台部材１１の冷却剤循環穴２２の方向へ冷却剤
の下方向通路が設けられる。

スタンドパイプ３５は、番号ろ７で示されるように接地
線のチャネル部分の内側へその背面端部にてボルト締め
される。スタンドパイプろ５の下部は基台１１の冷却剤
循環穴２２を覆う。

注入液体用コラムのふた（＝Ｉスタンドパイプろ８は、
スタンドパイプ３８がその頂部がふたにより封止され点
を除いては、注出スタンドバイブロ５と同一の構造を有
し、同じ方法により取付けられる。スタンドパイプ３８
はまた基台の注入口２２を覆うように配置される。注入
スタンドバイブロ８および注出スタンドバイブロ５はそ
の側面に複数の穴を有する。穴の数、間隔および大きさ
は特定の設計の要望により冷却剤通流に従って選択され
るか、好適な実施例としては、個々の穴はスタックの個
々のモジュールの間隔に対応してスタンドバイブロ５お
よびろ８に沿って間隔をもって配積″される。

注入コラム３６の場合に、スタンドパイプ３８は基台の
注入口２２からの液体の流入を受ける分配マニホルドと
して提供され、コラムの領域３９ヲ通シてすべてのレベ
ルにろいて均一な新しい冷却剤通流を分配する静止圧を
提供しかつスタックのすべてのレベルに導入される冷却
剤の等しい量を確保するために流れを制限する。注出ス
タンドバイブロ５の場合には、液体の一部はスタンドバ
イブの側面の穴により領域６６から注出され、一部は領
域ろ６の頂点への伝達によりスタンドバイブロ５からあ
ふれるように部分的に駆動される。

導管２６の何本かは第１２１Ｎに示すように、基台１１
から上方へ容器内の計算機との配線を行うために伸張す
る。電源バス（配線）を包むこれらの導管２６は底面か
ら離れて伸張しそこの配線は電源モジュールへのコネク
タ１ろＯ上へ伸長する。

適切な封止材料が、配線が液体中に現われるパイプの頂
点の周囲にて用いられる。他の導管は計算機へのデータ
人出力用であり、そこからの配線はコネクタ１２０へ伸
長し接続される。図面を簡単にするために示されていな
いが、多くの数の配線がスタック内のモジュールからモ
ジュールへ、また他のスタックのモジュールへ伸長し、
すなわち、コネクタに隣接する計算機容器内の領域は種
々の方向に配線されたワイヤによりかなりの範囲が占有
される。

計算機を保守する上で必要な場合には、上述したように
液体を注出し容器のパネルを除去した後に、該当するモ
ジュールに対するピンプラグ７４の形体の電源接続は各
々の電源配線（電源配線はカラーコード化されているの
でホット側か接地側かは明らか）から除去され、モジュ
ールは集合体の外側にυ［出され、コネクタ１２０から
コネクタ６４を取りはずす。電源モジュールＬｌ同時に
各々の電源線および接地バーからその出力タブのボルト
をゆるめ、それを引き出ずことにより除去され、コネク
タ１３０からコネクタ３８を取りはずす。

再挿入はこれと逆の手順により行われる。

動作上、容器１０を通して循環される液体は、垂直モジ
ュール支持フレーム３１．３２の穴を経て、さらに、モ
ジー−ルを経て隣接する回路板の間をすべての回路要素
に接触するように全体的に水平に通流する。モジュール
の規則的な列およびチャネルの配列はモジュールを通し
て流れる冷却剤の循環を、補助する。集積Ｍ路バ、ケー
ジの縁、そのコネクタピン、それらの間の間隙、および
他の描成要素の包含、等すべての場合について適切な熱
除去を行うために十分にじよう乱および混合される。補
助的なしよう乱も勿論性われるが、回路板への液体流の
ゆるやかな流を犠牲にすると十分な熱除去はむつかしい
。回路板における冷却剤の通流割合は単位秒当り２５．
４ｙｕ＋（ｉインチ）が適切であり、この場合、冷却剤
が約２１Ｃで入り約３１ｔＺ’で流出し、回路板上で約
５４Ｃを越える点はない。

発明の効果 本発明は電子的集合体の超高密度パッケージにおいてそ
こに発生する熱を効果的に除去することにより、信号伝
搬路を極端に短くし計算機の高速化大容量化を図ること
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例が適用される計算機の側面図
であって冷却材流体タンクの図が含まれるもの、 第２図は本発明の一実施例が適用される計算機用の冷却
材循環システムおよび冷却相流路を概略的にあられす図
、 第３図は第２図装置における冷却利用の上向きポンプシ
ステムおよび下向きポンプシステムを１既略的にあられ
ず図、 第４図および第５図は本発明の一実施例が適用される計
算機集合体用の回路モジュールのそれぞれ上面図および
側面図、 第６図は第４図装置のＶＩ　−ＶＩ線からみた拡大され
た部分的立面図、 第７図は第４図および第５図における回路モジュールの
回路板間の相互接続および支持構造の詳細を示す拡大さ
れた断面図、 第８図および第９図はいずれも第７図装置におけるジャ
ンパーピンおよびチップ部分を示す図、第１０図および
第１１図は本発明の一実施例が適用される計算機用の電
源モジー−ルのそれぞれ上面図および側面図、 第１２図は第１図装置の水平断面を示す断面図、第１６
図は第１２図におけるＸＩＩＴ　−Ｘ、ＴＩｉ線からみ
た拡大された断面図、 第１４図は第１図におけるｘｉｖ　−ｘｒｖ線からみた
拡大された部分的水平断面を示す断面図であって、回路
モジュール積重体および隣接する冷却材供給および復帰
コラムの関係をあられす図、第１５図は第１２図のｘｖ
−ｘｖ線に沿う拡大された垂直断面を示す断面図であっ
て、冷却材復帰用スタンドパイプを通る断面を示すもの
、第１６図は第１２図のｘｖ−＋　−ｘｖｒ線に沿う拡
大された垂直断面を示す断面図であって、穿孔されたモ
ジュール支持用フレームを示す図である。 （符号の説明） １０・・・容器、１１・・・基台、１２・・・カバー、
１６゜１４・・・フレーム部材１．１５・・・パネル、
１７・・・配線管、１８・・・注入Ｉｔ￥、１９・・・
注出管、２０．２１・・・冷却剤供給管、６０α、３０
ｈ、　　ろＯｃ・・・回路モジュー／”、５１．３２・
・・垂直支持フレーム、６３゜６４・・・コラム、３５
．３８・・・スタンドパイプ、４０．４１・・・循環ポ
ンプ、４２．１３・・・熱交換器、５０・・・貯蔵タン
ク、６０・・・論理および記憶モジュール、６１・・・
回路板、６２・・・集積回路、６５．６６・・・ジャン
パーピン。 特許出願人 クレイ　リサーチ。 インコーホレイティド 特許出願代理人 弁理士　青　木　　　朗 弁理士西舘和之 弁理士　松　　下　　操 弁理士山口昭之 弁理士西山雅也 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　　＋６　　　　　　　　　／θｌｊ／シ　　
　　　　ＩＩ 手続補正書く方式） ％式％ １、事件の表示 昭和５８年　特許願　　第２１５１５５−号２、発明の
名称 液体により浸漬され冷却される’ｉｊｉ、子的ｆ、Ｐ、
合体３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　クレイ　リーリーーヂ、　インコーホレイテ
ィド４、代理人 ル 昭和５９年２月２８日（発秋：へ） ６、補正の対象 （１）願■の「出願人の代表者」の欄 （２）委任状 （３）明細１■− （４）図面 ７　、　　ｉｉｉ　、’Ｅの内容 （１，）（２）　　別紙の通り （３）明イ用■の浄書（内容に変更々し）（４）図面の
浄搭（〃） ８、添阿づ宍万ｊの目録 （１）訂正頼”Ｊ’（１１山

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　液体により浸漬され冷却される電子的集合体であ
   って、該集合体は、 容器 １ｆ４１１隔をおいた回路板の積重体の複数個、該積重
   体を該容器内に順番に積重体間に冷却剤コラムを形成す
   るように間隔をおいて配置する手段、および、 該積重体に隣接する該コラムの幾つかに冷却剤を供給す
   る手段および該コラムの他のものから冷却剤を復帰させ
   る手段であって積重体の両側における冷却剤供給と冷却
   剤復帰は該積重体を通し該回路板を横切っての冷却剤循
   環を確立しそれにより該回路板上の回路部品を冷却する
   もの、を具（１Ｆ！する、液体により浸漬され冷却され
   る電子的集合体。 ２　該冷却剤を供給し該冷却剤を復帰させる手段は該コ
   ラムに交互に接続され・る、特許請求の範囲第１項記載
   の液体により浸漬され冷却される電子的集合体。 ろ、該回路板の積重体は該容器内において順番に配置さ
   れ、該配置は、冷却剤コラムを間に形成するように一方
   の端部は相互に隣接し他方の端部は相互に離隔するとい
   う少くとも部分的には放射状パターンの配置である、特
   許請求の範ＩＪｆ’ｌ第１項記載の液体により浸漬され
   冷却される電子的集合体。 ４　該コラムから冷却剤を復帰させる手段は該コラム内
   に配置されたスタンドパイプを特徴する特許請求の範囲
   第１項記載の液体により浸漬され冷却される電子的集合
   体。 ５　該コラ台に冷却剤を供給する手段は該コラム内にお
   ける分配マニホルドを包含し、該分配マニホ／ｌｚドは
   全長に沿って分布された複数個の液体出口を有する、特
   許請求の範囲第１項記載の液体により浸漬され冷却され
   る電子的集合体。 ６　該助回路板は複数個のモジュールにグループ化され
   集合させられ、該モジュールの各個は相接近して配置さ
   れ相互された回路板の複数個を特徴する特許請求の範囲
   第１項記載の液体により浸漬され冷却される電子的集合
   体。 Ｚ　該モジュールは複数個の回路板を具備し、該回路板
   は複数個のジャンパーピンにより相接近した配置に保持
   され、該ジャンパーピンは隣接する回路板間に延び該回
   路板にはんだ付けされている、特許請求の範囲第１項記
   載の液体により浸漬され冷却される電子的集合体。 ８、該回路板は複数個の集積回路を包含し、該集積回路
   は列状に該回路板に固着され、該集積回路間に規則的な
   冷却剤流通チャンネルが形成される、特許請求の範囲第
   １項記載の液体に浸漬され冷却される電子的集合体。 ９　該積重体およびコラムは垂直に配置され、該回路板
   は水平に配置される、特許請求の範囲第１項記載の液体
   に浸漬され冷却される電子的集合体。 １０、液体により浸漬され冷却される電子的集合体であ
   って、該集合体は、 容器、 回路板の積車体の複数個、 該積重体を該容器内に、一般的に積重体が他の積重体に
   隣接するが該他の積重体から離隔しそれにより積重体間
   に冷却剤流通コラムを形成するパターンにおいて配置す
   る手段、 該コラムの一つおきに冷却剤流を供給する手段、該冷却
   剤コラムの他方から冷却剤流分復帰させそれにより該積
   車体を通り該積重体における回路板を横切って冷却剤循
   環を形成し該回路板上の回路部品を冷却する手段、 を具備する、液体により浸漬され冷却される電子的集合
   体。 １１　　該液体を供給する手段は該供給コラム内に前筒
   された長形の分配マニホルドを包含し、該マニホルドは
   全長に沿い複数個の出口孔を有し、それにより該スタ、
   りのすべての位置において回路板に対し均一な冷却剤流
   を供給するようになっている、特許請求の範囲第１０項
   記載の液体により浸漬され冷却される電子的集合体。 １２、該冷却材を復帰させる手段は該冷却剤復帰コラム
   内に配置されたスタンドパイプを包含し、それにより、
   積重体を通流する冷却剤は該スタンドパイプを越える流
   体により復帰させられるようになっている、特許請求の
   範囲第１０項記載の液体により浸漬され冷却される電子
   的集合体。 １３、該スタンドパイプは全長に沿って分布された複数
   個の孔を包含しそれにより冷却剤を冷却剤除去コラムか
   ら復帰させるようになっている、特許請求の範囲第１２
   項記載の液体により浸漬され冷ＪＪＩされる電子的集合
   体。 １４、該容器の外部に設けられ該冷却剤供給および冷却
   剤復帰手段に接続された、冷却剤コラムおよび循環用の
   ポンプ手段を特徴する特許請求の範囲第１０項記載の液
   体により浸漬され冷却される電子的集合体。 １５、液体により浸漬され冷却される電子的集合体であ
   って、該集合体は、 液体冷却剤を保持する容器、 相接近して配信された回路モジュールの垂直４１２重体
   の複数個であって、該垂直積重体の各個が水平方向に＃
   隔された回路板の複数個を具備するもの、 該積車体を順番に配置する手段であって、該配置は、セ
   クター形状のコラムを間に形成するように一方の端部は
   相互に隣接し他方の端部は相互に離隔するという該容器
   内における少くとも部分的には放射状パターンの配置で
   あるモ（７）、該モジュールの一方の端部に固着された
   接続手段であって積車体のモジュール間の信号の相互接
   続路を形成するもの、 該コラムの一つおきに冷却剤を供給する手段、および、 該コラムの他方のものから冷却剤を復帰させる手段であ
   って、該回路板を横切り該モジュール積重体を通って冷
   却剤の循環を形成させ、それにより該回路板上の回路部
   品を冷却するもの、を具備する、液体により浸漬され冷
   却される電子的集合体。 １６　　該冷却剤を復帰させる手段は冷却剤復帰コラム
   内に配置された垂１μスタントノぐイブの複数個、およ
   び該容器から該スタンドパイプを通して冷却剤を復帰さ
   せる手段を特徴する特許請求の範囲第１５項記載の液体
   により浸漬され冷却される電子的集合体。 １Ｚ　該冷却剤供給手段は該冷却剤供給コラム内に配置
   されたキャップつき分配マニホルドを包含し、該マニホ
   ルドは、内部に設けられた複数個の孔であって冷却剤を
   該積重体のすべてのモジュールに分配するものを有する
   、特許請求の範囲第１５項に記載の液体により浸漬され
   冷却される電子的集合体。 １８　　該容器内に該冷却剤復帰コラムのスタンドパイ
   プより高く配置された追加のスタントノぜイブ、および
   、該追加のスタンドパイプに接続され該容器の上部から
   の冷却剤蒸気を復帰させる手段、をさらに包含する特許
   請求の範囲第１６項記載の液体により浸漬され冷却され
   る電子的集合体。 １９複数個の電力供給バス、該電力１共給バスを該容器
   内において該積重体の離隔した端部に隣接して該端部間
   に配置する手段、および該電力供給バスを該回路モジュ
   ールに接続する接続手段をさらに包含する、特許請求の
   範囲第１５項記載の液体により浸漬され冷却される電子
   的集合体。 ２０　　該積重体における該モジュールの幾つかけ電力
   供給回路を包含し、交流電力を該容器内の該電力供給回
   路に供給する手段、および該電力供給回路を該電力供給
   バスに接続する手段をさらに包含する、特許請求の範σ
   ＩＩ第１９項記載の液体により浸漬され冷却される電子
   的集合体。