KR102043576B1 - 전자 회로 카드 모듈에서의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현 - Google Patents

전자 회로 카드 모듈에서의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현 Download PDF

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Abstract

회로 카드 모듈(100)에 대한 모듈 커버(102) 및 히트 싱크(103) 중 하나 또는 둘 다는 바디(301), 바디의 에지들로부터 연장되고 바디와 함께 볼륨을 부분적으로 포위하는 측벽들(302), 바디의 반대편의 측벽들의 단부들로부터 볼륨으로부터 멀어지는 방향으로 돌출되는 플랜지들(303), 및 바디, 측벽들, 및 플랜지들 내의 오실레이팅 히트 파이프(304)에 의해 형성되는 멀티 레벨 냉각 구조물(300)을 포함한다. 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는 바디, 측벽들 각각의 길이, 및 플랜지들 각각의 일부를 반복적으로 가로지른다. 오실레이팅 히트 파이프는 오실레이팅 히트 파이프 내의 유체 슬러그들 및 증기포들의 상변화, 및 플랜지들 중 제1 플랜지에 인접한 증발기(308)와 플랜지들 중 제2 플랜지에 인접한 콘덴서(309) 사이의 유체 경로를 따른 유체 슬러그들 및 증기포들의 이동 둘 다를 통해 냉각을 제공한다.

Description

전자 회로 카드 모듈에서의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현
본 개시내용은 일반적으로 오실레이팅 히트 파이프들(oscillating heat pipes)에 관한 것이고, 보다 구체적으로는 3차원 볼륨과 연관된 냉각 구조물들 내의 오실레이팅 히트 파이프들에 관한 것이다.
프린트 배선판 어셈블리들(printed wiring board assemblies)과 연관된 오실레이팅 히트 파이프 구조물들은 일반적으로 얇은 직사각형 박스 내에 전체적으로 형성되는 "평면" 구조물들이며, 바디로부터 오프셋된 플랜지들에 의해 냉벽(coldwall)에 고정되고 냉각될 디바이스(들)를 수용하는 커버들을 위한 냉각 시스템들로서 그것들의 유용성을 제한한다.
회로 카드 모듈 내의 회로 카드 어셈블리의 반대쪽들에 있고 그것을 하우징(housing)하는 모듈 커버 및 히트 싱크 중 적어도 하나는 멀티 레벨 냉각 구조물을 포함한다. 멀티 레벨 냉각 구조물은 바디, 바디의 에지들로부터 바디에 90° 각도로 연장되며, 바디와 함께, 부분적으로 볼륨을 포위(enclosing)하는 측벽들, 바디의 반대편의 측벽들의 단부들로부터 볼륨으로부터 멀어지는 방향으로 측벽들에 90° 각도로 돌출되는 플랜지들, 및 바디, 측벽들, 및 플랜지들 내의 오실레이팅 히트 파이프를 포함한다. 오실레이팅 히트 파이프에 대한 유체 경로는 바디, 측벽들 각각의 길이, 플랜지들 각각의 일부를 반복적으로 가로지른다(traverse). 오실레이팅 히트 파이프는 오실레이팅 히트 파이프 내의 유체 슬러그들(fluid slugs) 및 증기포들(vapor bubbles)의 상변화(phase change), 및 플랜지들 중 제1 플랜지에 인접한 증발기와 플랜지들 중 제2 플랜지에 인접한 콘덴서 사이의 유체 경로를 따른 유체 슬러그들 및 증기포들의 이동 둘 다를 통해 냉각을 제공한다. 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는 바디, 및 측벽들 중 제1 측벽을 가로지르고 제1 플랜지 내로 연장되고, 제1 플랜지 내에서 U 형상으로 다시 제1 측벽으로 방향전환(turn)하고, 제1 측벽, 바디, 및 측벽들 중 제2 측벽을 가로지르고 제2 플랜지 내로 연장되고, 제2 플랜지 내에서 U 형상으로 다시 제2 측벽으로 방향전환하고, 제2 측벽, 바디, 및 제1 측벽을 가로지른다. 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는 바디로부터 측벽들 각각으로 및 측벽들 중 하나로부터 플랜지들 중 하나로 90° 방향전환한다. 플랜지들 중 적어도 하나 내의 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로의 일부는 바디 내의 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로의 일부로부터 오프셋된다. 바디 내의 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수평이고, 측벽들 내의 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수직이며, 플랜지들 내의 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수평이다. 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는 바디의 길이를 따라 평행한 트랙들 내에서 바디를 가로지른다. 회로 카드 어셈블리는 볼륨 내에서 적어도 부분적으로 수용되며, 회로 카드 어셈블리 상의 하나 이상의 컴포넌트가 멀티 레벨 냉각 구조물의 바디에 접촉한다.
바디, 바디의 에지들로부터 연장되고, 바디와 함께, 부분적으로 볼륨을 포위하는 측벽들, 및 바디의 반대편의 측벽들의 단부들로부터 볼륨으로부터 멀어지는 방향으로 돌출되는 플랜지들에 의해 형성되는 멀티 레벨 구조물 내에서, 냉각 방법은 바디, 측벽들, 및 플랜지들 내에 오실레이팅 히트 파이프를 제공하는 단계를 포함하며, 오실레이팅 히트 파이프에 대한 유체 경로는 바디, 측벽들 각각의 길이, 및 플랜지들 각각의 일부를 반복적으로 가로지른다. 방법은 또한 플랜지들 중 제1 플랜지에 인접한 증발기 및 플랜지들 중 제2 플랜지에 인접한 콘덴서를 제공하는 단계를 포함하고, 여기서 오실레이팅 히트 파이프는 오실레이팅 히트 파이프 내의 유체 슬러그들 및 증기포들의 상변화, 및 증발기와 콘덴서 사이의 유체 경로를 따른 유체 슬러그들 및 증기포들의 이동 둘 다를 통해 냉각을 제공한다.
회로 카드 모듈은 제1 볼륨을 부분적으로 포위하는 바디 및 측벽들, 및 플랜지들을 가지는 모듈 커버뿐만 아니라, 제1 볼륨에 인접한 제2 볼륨을 부분적으로 포위하는 바디 및 측벽들, 및 플랜지들을 포함하는 히트 싱크를 포함한다. 회로 카드 모듈은 제1 및 제2 볼륨들 내에 회로 카드 어셈블리를 하우징하고, 회로 카드 어셈블리 상의 적어도 하나의 컴포넌트는 모듈 커버 바디 및 히트 싱크 바디 중 하나와 접촉한다. 증발기는 모듈 커버 플랜지들 중 제1 모듈 커버 플랜지 및 히트 싱크 플랜지들 중 제1 히트 싱크 플랜지에 인접하여 배치되고, 콘덴서는 모듈 커버 플랜지들 중 제2 모듈 커버 플랜지 및 히트 싱크 플랜지들 중 제2 히트 싱크 플랜지에 인접하여 배치된다. 모듈 커버 바디, 모듈 커버 측벽들, 및 모듈 커버 플랜지들 내의 제1 오실레이팅 히트 파이프는 모듈 커버 바디, 모듈 커버 측벽들 각각의 길이, 및 모듈 커버 플랜지들 각각의 일부를 반복적으로 가로지르는 제1 유체 경로를 가진다. 히트 싱크 바디, 히트 싱크 측벽들, 및 히트 싱크 플랜지들 내의 제2 오실레이팅 히트 파이프는 히트 싱크 바디, 히트 싱크 측벽들 각각의 길이, 및 히트 싱크 플랜지들 각각의 일부를 반복적으로 가로지르는 제2 유체 경로를 가진다. 제1 및 제2 오실레이팅 히트 파이프들 각각은 각자의 오실레이팅 히트 파이프들 내의 유체 슬러그들 및 증기포들의 상변화, 및 증발기와 콘덴서 사이의 제1 및 제2 유체 경로들을 따른 유체 슬러그들 및 증기포들의 이동 둘 다를 통해 냉각을 제공한다.
구체적인 장점들이 위에 열거되었지만, 여러 가지 실시예들은 열거된 장점들의 일부 또는 전부를 포함하거나 어느 것도 포함하지 않을 수 있다. 또한, 다른 기술적 장점들이 후속하는 도면들 및 설명의 검토 후에 본 기술분야의 통상의 기술자에게 손쉽게 명백해질 것이다.
본 개시내용, 및 그 장점들의 보다 완전한 이해를 위해, 유사한 참조 부호들이 유사한 부분들을 나타내는 첨부 도면들과 함께 취해진 다음의 설명이 이제 참조된다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프들을 구현하는 전자 카드 모듈의 상이한 사시도들이다.
도 2는 모듈의 에지들에서 측벽들(sidewalls) 및 레일 접촉 플랜지들(rail contact flanges)을 가지는 전자 회로 카드 모듈 커버 내의 단일 평면 오실레이팅 히트 파이프 구현예의 단순화된 단면도(sectional view)이다.
도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른 모듈의 에지들에서 측벽들 및 레일 접촉 플랜지들을 가지는 전자 회로 카드 모듈 커버 내의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예의 단순화된 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예의 평면도(plan view)로서, 플로우 채널들 이외의 구조물은 가상선으로(in phantom) 도시되어 있다.
도 3c는 도 3a 및 도 3b의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예의 일부의 사시도로서, 플로우 채널들 이외의 구조물은 마찬가지로 가상선으로 도시되어 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시내용의 실시예에 따른 모듈의 에지들에서 측벽들 및 접촉 플랜지들을 가지는 전자 회로 카드 모듈 커버 내의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예를 형성하기 위한 프로세스를 예시하는 일련의 다이어그램들이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시내용의 실시예에 따른 모듈의 에지들에서 측벽들 및 접촉 플랜지들을 가지는 전자 회로 카드 모듈 커버 내의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예를 형성하기 위한 대안의 프로세스를 예시하는 일련의 다이어그램들이다.
예시적인 구현예들이 도면들에서 예시되고 이하에 기술되지만, 본 개시내용이, 현재 알려져 있는지에 무관하게, 임의의 수의 기술들을 사용하여 구현될 수 있다는 것을 처음에 이해해야 한다. 본 개시내용은 도면들에서 예시되고 아래에 기술되는 예시적인 구현예들 및 기술들로 결코 제한되어서는 안 된다. 부가적으로, 달리 구체적으로 언급되지 않으면, 도면들에 도시되는 물품들은 반드시 축척에 맞게 그려진 것은 아니다.
고전력 회로 카드 어셈블리들은 어셈블리에 장착된 컴포넌트들의 동작으로부터 야기되는 온도 증가들을 감소시키기 위해 더 나은 열 소산(thermal dissipation)을 점점 더 필요로 한다. 현재의 전자 카드 모듈들은 일반적으로 알루미늄, 구리, 산화베릴륨(beryllium oxide), 또는 그것들의 조합과 같은 고 열전도율 금속; 금속에 내장된 어닐링 열분해 그래파이트(annealed pyrolytic graphite)(APG); 금속 내에 내장된 위크-액션(wick-action) 히트 파이프들; 또는 금속 내의 오실레이팅 히트 파이프들 중 하나 이상으로부터 형성된 히트 싱크들 및 열 확산 커버들(thermal diffusion covers)을 사용하여 열을 확산시키고 궁극적으로 소산시키기 위해 병렬 열 전도 경로들(parallel heat conduction paths)을 생성한다. 알루미늄의 열전도율 상수보다 더 큰 열전도 상수 k를 갖는 금속들은 일반적으로 무게, 비용, 및/또는 제조 문제들을 야기한다. 어닐링 열분해 그래파이트는 비싸고, 한 방향(z)에서의 열전도 상수
Figure 112018041053972-pct00001
가 나머지 두 방향들(x 및 y)의 평면에서의 열전도 상수
Figure 112018041053972-pct00002
보다 훨씬 낮은 방향성 열전도율(directional thermal conductivity)을 가진다. 위크-액션 히트 파이프들은 종종, 평탄화(flattening)하더라도, 최대 요구 판 두께를 초과할 수 있는 최소 직경을 필요로 한다.
오실레이팅 히트 파이프들은, 멀티 보드 회로 카드 전자 모듈(multi-board circuit card electronics module)의 커버들 또는 히트 싱크 코어(heatsink core)와 같은 구조물 내의 열 전달을 향상시키기 위해 상변화 및 유체 운동(fluid motion) 둘 다를 이용한다. 콘덴서와 증발기 사이의 위크리스 플로우 채널들(wickless flow channels)을 통한 증기포/액체 슬러그 오실레이션과 결합된 액체로부터 증기 및 증기로부터 액체로의 상변화는 열 전달 및 냉각을 용이하게 한다. 그러나, 대부분의 오실레이팅 히트 파이프 설계들은 금속 히트 싱크 코어 또는 모듈 커버들에 내장된 기본적으로 평면인 플로우 채널들의 구조물로 구성된다. 오실레이팅 히트 파이프 플로우 채널 섹션들은 얇은 직사각형 박스 영역 내에 포함된다. 플로우 채널들이 직경(또는 단면적)을 가지더라도, 플로우 채널들의 중앙 경로는 실질적으로 2차원의 평면 구역 내에 있다.
오실레이팅 히트 파이프 플로우 채널들의 일반적으로 평면인 특성의 결과로서, 전자 회로 카드 모듈들에서 이들 구조물들의 사용은 종종 클램핑된 에지에 대한 비금속 열 전도 경로(base metal thermal conduction path to the clamped edge)에 의존한다. 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로로부터의 클램핑된 모듈 에지로의 전도 열 전달 경로(conduction heat transfer path)는 금속을 통과하고, 따라서 금속의 열 전도율에 제한된다. 측벽들 및 레일 접촉 플랜지들(rail contact flanges)을 갖는 전자 회로 카드 모듈 커버에서, 클램핑된 에지로부터 2차원 평면 오실레이팅 히트 파이프 구조물까지의 열저항(thermal resistance)은 커버에 사용되는 특정 금속, 및 측벽들 및 레일 접촉 플랜지들에서의 그 금속의 두께에 의존한다. 오실레이팅 히트 파이프들이 금속 단독에 비해 측방향 열 확산(lateral heat spreading)의 상당한 증가를 제공하기 때문에, (평면 오실레이팅 히트 파이프 확산기와 직렬을 이루는) 비금속의 에지 열 저항은 평면 오실레이팅 히트 파이프 확산기 열 저항과 비슷할 수 있다. 오실레이팅 히트 파이프들의 낮은 열 저항이 측벽들 전체에 걸쳐, 및 전자 회로 카드 모듈 커버의 클램핑된 에지들(레일 접촉 플랜지들)로, 그리고 그 안으로 연장되는 것이 바람직할 것이다.
냉벽(coldwall)과 접촉하는 표면 내로 직접적으로 유체 경로(여기서 "유체 경로"는 액체, 증기, 또는 그 둘의 조합에 대한 경로를 포함함)를 생성하기 위해 히트 싱크 또는 커버 에지들의 굴곡부를 통해 플로우 채널들을 감싸는 것은 히트 싱크 코어 또는 커버들의 평면부로부터 모듈 에지들까지의 열 저항을 상당히 감소시킬 것이다. 열 전달 경로는 2차원(또는 평면)보다는 3차원이 된다. 또한, 유체 채널들을 냉벽과 접촉하는 평면들 내로 연장하는 것은 오실레이팅 히트 파이프의 콘덴서 부분을 냉벽과 직접 접촉하게 둔다. 따라서 본 개시내용은 오실레이팅 유체/증기포들에 대한 경로를 냉벽에 클램핑된 모듈 에지 내로 직접적으로 연장한다. 전자 컴포넌트들로부터의 열의 제거를 향상시키는 코어 또는 커버들 내의 오실레이팅 히트 파이프는 모듈의 평면 섹션으로부터 측벽들을 통해 레일 접촉 플랜지들의 클램핑된 에지 표면들까지 코너들(corners)을 회전(turn)한다. 유체/증기 채널들은 코어 또는 커버의 클램핑된 부분 내로 연장되어, 콘덴서 부분이 냉벽과 직접 접촉하게 한다. 냉벽으로부터 오실레이팅 히트 파이프의 콘덴서까지의 열 저항이 상당히 감소된다.
도 1a 및 도 1b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프들을 구현하는 전자 카드 모듈의 상이한 사시도들이다. 전자 회로 카드 모듈(100)은 여러 가지 전자 컴포넌트들이 장착된 적어도 하나의(또는 임의적으로 하나보다 많은) 프린트 배선판(printed wiring board)(101)을 포함한다. 전자 카드 회로 모듈의 물리적 또는 기능적 무결성 중 어느 하나를 유지하기 위해, 그러한 전자 컴포넌트들은 일반적으로 분산 또는 확산되고, 궁극적으로는 소산되어야 하는 열의 소스이다. 사용을 위해 장착될 때, (멀티 카드 전자 회로 카드 모듈이 복수의 결합 커버들 및 단지 한 개 또는 두 개의 히트 싱크를 가지지만) 각각의 프린트 배선판(101)은 베이스(또는 "결합(bounding)") 커버(102)와 바람직하게는 하나 이상의 히트 싱크(103) 사이에 놓인다. 본 개시내용에서, 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 섹션들은 히트 싱크(103)의 코어, 및 전자 회로 카드 모듈(100)의 베이스 커버(102) 둘 모두에 포함된다.
일부 실시예들에서, 히트 싱크(103)는 히트 싱크(103)의 양 표면들에 접촉하는 프린트 배선판(101)(예를 들어, 메자닌(mezzanine) 전자 카드, 및 히트 싱크의 반대 면들 상의 메인 전자 카드), 및 공유 히트 싱크(103)로부터 반대되는 프린트 배선판들(101)의 면들 위의 베이스 커버들(102)을 갖는 스택 내에 중심에 위치할 수 있다.
본 개시내용에서 관심이 있는 실시예들에서, 베이스 커버(102) 및 히트 싱크(103) 중 하나 또는 둘 모두는 열린 박스 형태(open box shape)를 갖는다. 각자의 구조물들에 대한 바디(102a 및 103a)의 내부 부분은 열 소산을 필요로 하는 디바이스 표면 및/또는 공간의 볼륨에 접촉한다. 측벽들(102b 및 103b)은 바디(102a 및 103a)의 주변 에지들로부터 돌출되고, 프린트 배선판(101)의 일부 또는 전부가 수용되는 볼륨을 적어도 부분적으로 포위한다. 접촉 플랜지들(102c 및 103c)은 측벽들(102b 및 103b)의 단부들로부터 바디(102a 및 103a)로부터 가장 멀게 연장되고, 베이스 커버(102) 또는 히트 싱크(103)를 또 다른 구조물에 고정하기 위한 구조물을 제공한다. 도 1a 및 도 1b의 예시들에서 측벽들(102b 및 103b)이 바디들(102a 및 103a) 및 접촉 플랜지들(102c 및 103c)에 대체로 수직인 것으로 예시되고, 접촉 플랜지들(102c 및 103c)은 바디들(102a 및 103a)에 대체로 평행인 것으로 도시되지만, 예시적인 베이스 커버(102) 및 히트 싱크(103)의 부분들 간의 그러한 관계는 본 개시내용의 구조적 요구사항들이 아니다. 기울어진(angled)(예를 들어, 경사진 또는 찌그러진(battered)) 측벽들 및 기울어진(넓혀진(splayed) 또는 좁아진(narrowed)) 접촉 플랜지들이 또한 이용될 수 있다. 본 개시내용에서, 관심이 있는 구조물들은 (a) 접촉 플랜지들과 바디 사이에 오프셋을 포함하고(따라서 "멀티 레벨"), (b) 바디의 주변과 접촉 플랜지들 사이에서 연장되고 바디와 함께 부분적으로 포위된 볼륨을 형성하는 측벽들을 포함한다. 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 본 개시내용의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프들은 바디, 측벽들, 및 접촉 플랜지들 내에서 연장된다.
도 2 및 도 3a 내지 도 3c는 비교 목적들을 위해 서로 함께 고려될 수 있다. 도 2는 모듈의 에지들에서 측벽들 및 접촉 플랜지들을 갖는 전자 회로 카드 모듈 커버 내의 단일 평면 오실레이팅 히트 파이프 구현예의 단순화된 단면도이다. 도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른 모듈의 에지들에서 측벽들 및 레일 접촉 플랜지들을 가지는 전자 회로 카드 모듈 커버 내의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예의 단순화된 단면도이다. 도 3b는 도 3a의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예의 평면도로서, 플로우 채널들 외의 구조물은 가상선으로 도시된다. 도 3c는 도 3a 및 도 3b의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예의 일부의 사시도로서, 플로우 채널들 이외의 구조물은 마찬가지로 가상선으로 도시된다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 일반적인 베이스 커버 및 히트 싱크 구조물들의 이러한 단순화된 예시들에서, 관심이 있는 구조물들은 바디, 측벽들, 및 접촉 플랜지들을 포함한다. 도 2의 전자 카드 모듈 커버(200)는 열 소산을 필요로 하는 디바이스들 및/또는 볼륨들에 접촉하는 바디(201)를 포함한다. 바디(201)의 에지들에서 (도시된 예시에서) 바디(201)로부터 수직으로 연장되는 측벽들(202)이 돌출된다. 측벽들(202)의 단부들에 (도시된 예시 내에서) 측벽들(202)에 수직이고 바디(201)와 평행인 방향으로, 바디(201)의 영역으로부터 멀어지면서 외향 연장되는 접촉 플랜지들(203)이 있다. 접촉 플랜지들(203)은 전자 카드 모듈 커버(200)가 또 다른 구조물에 고정되는 것을 가능하게 하고, 그러한 또 다른 구조물은 본 개시내용에서 과도한 열이 소산될 수 있는 영역으로의 냉벽 인터페이스인 것으로 추측된다.
도 2의 예시에서, 오실레이팅 히트 파이프들(204)은 (단면을 무시하고) 본질적으로 2차원 또는 "평면"이고, 바디(201)에 의해 정의되는 얇은 직사각형 볼륨 내에만 배치된다. 그 결과, 에지들에서는, 전자 카드 모듈 커버(200)의 열 전도율이 측벽들(202) 및 접촉 플랜지들(203)을 형성하는 재료의 열 전도율에 제한된다. 따라서, 오실레이팅 히트 파이프들(204)을 제공하는 것으로부터의 향상된 열 전달 이점은 바디(201)의 영역에 제한된다. 따라서 바디(201)의 에지와 접촉 플랜지들(203)이 인접해 있는 냉벽 사이의 열 저항은 바디(201) 내의 열 저항보다 높고, 바디(201)의 중심으로부터 냉벽까지의 열 전도의 직렬 경로 내에서 가장 높은 값일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c의 전자 카드 모듈 커버(300)는 에지들에서 수직으로 돌출되는 측벽들(302), 및 측벽들(302)의 단부들로부터 수직으로 외향 연장되는 접촉 플랜지들(303)과 함께 바디(201)를 포함하여 도 2의 전자 카드 모듈 커버(200)와 동일한 일반적 구조물을 가진다. 그러나, 전자 카드 모듈 커버(300) 내에서, 오실레이팅 히트 파이프들(304)은 3차원이고, 바디(301), 측벽들(302), 및 접촉 플랜지들(303) 각각의 볼륨 내에서 연장된다. 2차원 오실레이팅 히트 파이프 유체 채널 경로는 3차원 시스템 내로 연장되어, 평면 커버 또는 히트 싱크 코어로부터 코너들을 통해 수직 구조물들 내로, 그리고 클램핑된 모듈 에지까지 내내 유체 플로우를 취한다. 단순성 및 명료성을 위해, 오실레이팅 히트 파이프들(304)에 대한 완전한 유체 경로의 오직 일부만이 도 3b 및 도 3c에 예시된다. 도 3a 내지 도 3c에서 도시된 바와 같이, 오실레이팅 히트 파이프들(304)은 전자 카드 모듈 커버(300)의 바디(301) 내의 수평 세그먼트들(horizontal segments)(305), 전자 카드 모듈 커버(300)의 측벽들(302) 내의 수직 세그먼트들(vertical segments)(306), 및 전자 카드 모듈 커버(300)의 접촉 플랜지들(303) 내의 수평 세그먼트들(307)을 포함한다.
전체적으로, 오실레이팅 히트 파이프들(304)에 대한 유체 경로는 "사행형(serpentine)"이고, 바디(301)의 폭을 가로질러, 측벽들(302) 중 제1 측벽의 길이를 통해, 그리고 접촉 플랜지들(303) 중 제1 접촉 플랜지 내로 계속적으로 연장되고, 이후 다시 제1 접촉 플랜지(303)를 통해 측벽들(302) 중 하나로, 제1 측벽의 길이를 통해, 그리고 바디(301)의 폭을 가로질러 측벽들(302) 중 반대편의 측벽으로 방향을 다시 반전시키기 위해 제1 접촉 플랜지(303) 내에서 U 형상으로 180° 방향전환한다. 오실레이팅 히트 파이프들(304)에 대한 사행형 유체 경로는 이후 측벽들(302) 중 제2 측벽, 및 접촉 플랜지들(303) 중 제2 접촉 플랜지를 통해 유사한 방식으로 계속되고, 전자 카드 모듈 커버(300)를 가로질러 반대 방향들로 앞뒤로 교대로 가로지른다. 도 3a 내지 도 3c의 예시에서, 오실레이팅 히트 파이프들(304)에 대한 유체 경로는 접촉 플랜지들(303) 내의 세그먼트들(307)의 U 형상 단부들로부터 측벽들(302) 내의 세그먼트들(306)로, 및 측벽들(302) 내의 세그먼트들(306)로부터 바디(301) 내의 세그먼트들(305)로 복수의 90° 방향전환을 가로지른다. 오실레이팅 히트 파이프들(304)에 대한 사행형 유체 경로의 교대하는 트랙들은 전자 카드 모듈 커버(300)의 길이의 실질적으로 전부를 따라 점증적으로(cumulatively) 연장된다. 증발기(308) 및 콘덴서(309)(도 3a에 도시되지 않음)는 접촉 플랜지들(303) 내의 세그먼트들(307)의 U 형상 단부들 아래에(또는 위에, 또는 감싸며) 형성될 수 있다.
접촉 플랜지들(303)이 바디(301)의 볼륨에 대해 오프셋되기 때문에, 오실레이팅 히트 파이프들(304)에 대한 유체 경로는 필수적으로 바디(301)를 포함하는 연장된 평면들을 넘어 연장된다. 도시된 예시에서, 세그먼트들(306)의 단면적은 세그먼트들(305)의 단면적에 (거의) 수직으로 배향되고, 세그먼트들(305)로 경계를 이루는 볼륨 밖으로 연장된다. (에지에서 더 많은 재료를 생성하고 에지에서 누설의 가능성을 최소화하기 위해, 측벽들(302) 및 그 안의 세그먼트들(306)은 바디(301)를 포함하는 연장된 평면들과의 수직에 대해 약간의 각도를 이루면서, 찌그러지는 방식으로 바디(301)로부터 밖으로 실제로 돌출될 수 있다). 마찬가지로, 도시된 예시에서, 세그먼트들(307)의 단면적은 세그먼트들(306)의 단면적에 수직으로 배향되고, 세그먼트들(306)로 경계를 이루는 볼륨 밖으로 연장되며, 일부 영역들에서 세그먼트들(305)의 단면적과 평행하다. 이 오실레이팅 히트 파이프들의 멀티 레벨 구성은 접촉 플랜지들(307)의 클램핑된 에지에 총 열 저항을 상당히 감소시킨다. 3차원 플로우 경로를 콘덴서 섹션(309)으로 연장하는 것은 콘덴서 섹션이 지지 구조물의 새시 립들(chassis ribs) 및 냉벽과 직접 접촉하여 놓이도록 한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 개시내용의 실시예에 따른 모듈의 에지들에서 측벽들 및 레일 접촉 플랜지들을 가지는 전자 회로 카드 모듈 커버 내의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예를 형성하기 위한 프로세스를 예시하는 일련의 다이어그램들이다. 바디(301), 측벽들(302), 및 접촉 플랜지들(303) 중 임의의 것의 섹션(400)은 도 4a 내지 도 4c에 의해 예시된 방식들로 형성될 수 있고, 그러한 구조물들 각각 내의 오실레이팅 히트 파이프들(304)은 동일한 방식으로 형성된다. (예를 들어) 약 6밀(mil) 두께인 메탈 테이프 또는 포일(foil)(401)의 길이들은 도 4a에 도시된 바와 같이 스태거된(staggered) 겹쳐져 있는(overlapping) 층들로 함께 초음파 용접(ultrasonically welded)된다. 오실레이팅 히트 파이프들의 단면적을 수용하는(accommodating) 두께에 도달할 때까지 층들이 부가된다. 다음으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 오실레이팅 히트 파이프 세그먼트(305, 306, 또는 307)에 대한 채널의 형태인 개구(402)는 메탈 테이프 길이들(401)의 부분들의 제거에 의해, 집합된 층들(aggregated layers) 내에 밀링되거나(milled) 다르게 형성된다. 예를 들어, 개구(402)는 폭 및 높이가 20 내지 40밀일 수 있다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 추가의 메탈 테이프 길이들(403)이 집합된 층들 위에 개구(402)에 걸쳐서 배치되고, 오실레이팅 히트 파이프 세그먼트(305, 306, 또는 307)를 형성하는 채널을 포위하기 위한 위치에서 초음파 용접된다.
도 4a 내지 도 4c와 관련하여 설명된 초음파 부가 제조 기술(ultrasonic additive manufacturing technique)은 메탈 폼들(metal forms)을 브레이징(brazing)하는 것에 의한 형성 동안의 수직 히트 파이프 세그먼트들의 차단(blocking) 또는 막힘(clogging)과 같이, 대안의 제조 기술들과 함께 발생하는 문제들을 피하는 것으로 발견되었다. 예를 들어, 중앙의 패터닝된(patterned)(예를 들어, 에칭된(etched)) 사행형 채널 플레이트 주위에 외부의 메탈 폼들을 브레이징할 때, 수직 섹션들 내의 유체 경로는 차단되는 경향이 있다. 그러나, 대안의 실시예들에서, 확산 접합(diffusion bonding) 또는 진공 브레이징은 상기 설명된 구조물들을 형성하기 위해 사용될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 개시내용의 실시예에 따른 모듈의 에지들에서 측벽들 및 접촉 플랜지들을 가지는 전자 회로 카드 모듈 커버 내의 멀티 레벨 오실레이팅 히트 파이프 구현예를 형성하기 위한 대안의 프로세스를 예시하는 일련의 다이어그램들이다. 명백히 언급되는 차이점들을 제외하면, 도 4a 내지 도 4c와 관련하여 상기 설명된 동일한 프로세스들 및 특성들이 적용 가능하다. 도 5a 내지 도 5c에 의해 예시된 방식으로 형성된 바디(301), 측벽들(302), 및 접촉 플랜지들(303) 중 임의의 것의 섹션(500)은 도 5a에 도시된 바와 같이 메탈 테이프(501 및 510)의 길이들을 스태거된 겹쳐져 있는 층들로 초음파 용접하는 것으로 시작된다. 메탈 테이프(501)와 다른 재료의 메탈 테이프(510)는 오실레이팅 히트 파이프 세그먼트(305, 306, 또는 307)에 대한 채널이 형성될 영역에서 사용된다. 도 5b에 도시된 바와 같이, 오실레이팅 히트 파이프 세그먼트(305, 306, 또는 307)에 대한 채널의 형태인 개구(502)는 메탈 테이프(510)의 집합된 층들의 일부 내에 밀링된다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 추가의 메탈 테이프 길이들이 집합된 층들 위에서 개구(502)에 걸쳐 배치되고, 오실레이팅 히트 파이프 세그먼트(305, 306, 또는 307)를 형성하는 채널을 포위하기 위한 위치에서 초음파 용접된다. 오실레이팅 히트 파이프 세그먼트(305, 306, 또는 307)를 형성하는 채널은 그 안의 유체 슬러그들/증기포들의 이동에 더 적합한 상이한 특성들을 가질 수 있는 메탈 테이프(510)의 재료로 효과적으로 라이닝된다. 섹션(500)의 나머지는 덜 비쌀 수 있거나, 더 나은 열 전도성을 가질 수 있는 메탈 테이프(501)의 재료로 형성된다.
본 개시내용은 히트 싱크 코어, 및 회로 카드 모듈의 모듈 커버들 중 하나 또는 둘 모두의 복수의 레벨들로의 오실레이팅 히트 파이프의 구현을 가능하게 한다. 오실레이팅 히트 파이프의 사행형 플로우 경로의 평면(수평) 유체 채널들은 모듈의 클램핑된 에지들로 (오프셋 구조물들에서) 수직으로 및 측면으로(laterally) 연장되어, 클램핑된 에지들에서 직접 접촉으로의 콘덴서의 이동을 허용한다.
본 명세서에 기술된 시스템들, 장치들, 및 방법들에 대해 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 수정들, 추가들, 또는 생략들이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 시스템들 및 장치들의 컴포넌트들은 통합되거나 분리될 수 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 시스템들 및 장치들의 동작들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 컴포넌트들에 의해 수행될 수 있고, 기술된 방법들은 더 많은, 더 적은, 또는 다른 단계들을 포함할 수 있다. 또한, 단계들은 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 이 문서에서 사용된 바와 같이, "각각(each)"은 집합의 각각의 멤버, 또는 집합의 하위 집합의 각각의 멤버를 지칭한다.
본 출원에서의 설명은 임의의 특정 요소, 단계, 또는 기능이 청구범위 범주 내에 포함되어야 하는 필수 또는 중요 요소라는 것을 암시하는 것으로 판독되어서는 안 된다: 특허 요지의 범주는 허여된 청구항들에 의해서만 정의된다. 더욱이, 기능을 식별하는 특정 어구가 뒤에 따라오는 "~하기 위한 수단" 또는 "~하기 위한 단계"라는 정확한 단어들이 특정 청구항에서 명시적으로 사용되지 않는 한 청구항들 중 어느 것도 첨부된 청구항들 또는 청구항 요소들 중 임의의 것과 관련하여 35 U.S.C. § 112(f)를 적용하려고 의도된 것이 아니다. 청구항 내의 "메커니즘", "모듈", "디바이스", "유닛", "컴포넌트", "요소", "부재", "장치", "머신", "시스템", "프로세서", 또는 "제어기"와 같은(그러나 이들로 제한되지 않음) 용어들의 사용은, 청구항들 자체의 특징들에 의해 추가로 수정 또는 강화된, 관련 기술분야의 통상의 기술자에게 알려져 있는 구조체들을 지칭하는 것으로 이해 및 의도되고, 35 U.S.C. § 112(f)를 적용하려고 의도된 것이 아니다.

Claims (20)

  1. 멀티 레벨 냉각 구조물로서,
    바디;
    상기 바디의 에지들로부터 연장되는 측벽들(sidewalls) - 상기 측벽들은 상기 바디와 함께 부분적으로 볼륨을 포위(enclose)함 -;
    상기 바디의 반대편의 측벽들의 단부들로부터 돌출되는 플랜지들(flanges) - 상기 플랜지들은 상기 볼륨으로부터 멀어지는 방향으로 돌출됨 -; 및
    상기 바디, 상기 측벽들, 및 상기 플랜지들 내의 오실레이팅 히트 파이프(oscillating heat pipe) - 상기 오실레이팅 히트 파이프에 대한 유체 경로는 상기 바디, 상기 측벽들 각각의 길이, 및 상기 플랜지들 각각의 일부를 반복적으로 가로지르고(traverse), 상기 오실레이팅 히트 파이프는 상기 오실레이팅 히트 파이프 내의 유체 슬러그들(fluid slugs) 및 증기포들(vapor bubbles)의 상변화(phase change), 및 상기 플랜지들 중 제1 플랜지에 인접한 증발기(evaporator)와 상기 플랜지들 중 제2 플랜지에 인접한 콘덴서(condenser) 사이의 상기 유체 경로를 따른 상기 유체 슬러그들 및 상기 증기포들의 이동 둘 다를 통해 냉각을 제공함 -
    를 포함하는, 멀티 레벨 냉각 구조물.
  2. 제1항에 있어서, 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는,
    상기 바디 및 상기 측벽들 중 제1 측벽을 가로지르고, 상기 제1 플랜지 내로 연장되고,
    상기 제1 플랜지 내에서 다시 상기 제1 측벽으로 U 형상으로 방향전환하고,
    상기 제1 측벽, 상기 바디, 및 상기 측벽들 중 제2 측벽을 가로지르고, 상기 제2 플랜지 내로 연장되고,
    상기 제2 플랜지 내에서 다시 상기 제2 측벽으로 U 형상으로 방향전환하고,
    상기 제2 측벽, 상기 바디, 및 상기 제1 측벽을 가로지르는,
    멀티 레벨 냉각 구조물.
  3. 제1항에 있어서, 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는 상기 바디로부터 상기 측벽들 중 각각의 측벽 내로, 및 상기 측벽들 중 하나의 측벽으로부터 상기 플랜지들 중 하나의 플랜지 내로 90° 방향전환하는, 멀티 레벨 냉각 구조물.
  4. 제1항에 있어서, 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로 중 상기 플랜지들 중 적어도 하나의 플랜지 내에 있는 부분은 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로 중 상기 바디 내에 있는 부분으로부터 오프셋되는, 멀티 레벨 냉각 구조물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 바디 내의 상기 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들(segments)은 수평이고, 상기 측벽들 내의 상기 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수직이며, 상기 플랜지들 내의 상기 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수평인, 멀티 레벨 냉각 구조물.
  6. 제1항에 있어서, 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는 상기 바디의 길이를 따라 평행한 트랙들 내에서 상기 바디를 가로지르는, 멀티 레벨 냉각 구조물.
  7. 회로 카드 모듈로서,
    제1항에 따른 멀티 레벨 냉각 구조물을 포함하고, 상기 멀티 레벨 냉각 구조물은 모듈 커버(module cover)를 포함하고, 상기 회로 카드 모듈은,
    상기 볼륨 내에 적어도 부분적으로 수용되는 회로 카드 어셈블리(circuit card assembly) - 상기 회로 카드 어셈블리 상의 하나 이상의 컴포넌트는 상기 멀티 레벨 냉각 구조물의 상기 바디에 접촉함 -; 및
    상기 모듈 커버의 반대편에서 상기 회로 카드 어셈블리에 인접한 히트 싱크(heat sink)
    를 더 포함하는, 회로 카드 모듈.
  8. 방법으로서,
    바디, 상기 바디의 에지들로부터 연장되고 상기 바디와 함께 부분적으로 볼륨을 포위하는 측벽들, 및 상기 바디의 반대편의 측벽들의 단부들로부터 상기 볼륨으로부터 멀어지는 방향으로 돌출되는 플랜지들에 의해 형성되는 멀티 레벨 구조물 내에서, 상기 바디, 상기 측벽들, 및 상기 플랜지들 내의 오실레이팅 히트 파이프를 제공하는 단계 - 상기 오실레이팅 히트 파이프에 대한 유체 경로는 상기 바디, 상기 측벽들 각각의 길이, 및 상기 플랜지들 각각의 일부를 반복적으로 가로지름 -; 및
    상기 플랜지들 중 제1 플랜지에 인접한 증발기 및 상기 플랜지들 중 제2 플랜지에 인접한 콘덴서를 제공하는 단계 - 상기 오실레이팅 히트 파이프는 상기 오실레이팅 히트 파이프 내의 유체 슬러그들 및 증기포들의 상변화, 및 상기 증발기와 상기 콘덴서 사이의 상기 유체 경로를 따른 상기 유체 슬러그들 및 상기 증기포들의 이동 둘 다를 통해 냉각을 제공함 -
    를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는,
    상기 바디 및 상기 측벽들 중 제1 측벽을 가로지르고, 상기 제1 플랜지 내로 연장되고,
    상기 제1 플랜지 내에서 다시 상기 제1 측벽으로 U 형상으로 방향전환하고,
    상기 제1 측벽, 상기 바디, 및 상기 측벽들 중 제2 측벽을 가로지르고, 상기 제2 플랜지 내로 연장되고,
    상기 제2 플랜지 내에서 다시 상기 제2 측벽으로 U 형상으로 방향전환하고,
    상기 제2 측벽, 상기 바디, 및 상기 제1 측벽을 가로지르는,
    방법.
  10. 제8항에 있어서, 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는 상기 바디로부터 상기 측벽들 중 각각의 측벽 내로, 및 상기 측벽들 중 하나의 측벽으로부터 상기 플랜지들 중 하나의 플랜지 내로 90° 방향전환하는, 방법.
  11. 제8항에 있어서, 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로 중 상기 플랜지들 중 적어도 하나의 플랜지 내에 있는 부분은 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로 중 상기 바디 내에 있는 부분으로부터 오프셋되는, 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 바디 내의 상기 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수평이고, 상기 측벽들 내의 상기 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수직이며, 상기 플랜지들 내의 상기 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수평인, 방법.
  13. 제8항에 있어서, 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는 상기 바디의 길이를 따라 평행한 세그먼트들 내에서 상기 바디를 가로지르는, 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 바디, 상기 측벽들, 및 상기 플랜지들은 모듈 커버를 형성하고, 상기 방법은,
    회로 카드 어셈블리를 상기 볼륨 내에 적어도 부분적으로 배치하는 단계 - 상기 회로 카드 어셈블리 상의 하나 이상의 컴포넌트는 상기 바디에 접촉함 -; 및
    상기 모듈 커버의 반대편에서 상기 회로 카드 어셈블리에 인접하여 히트 싱크를 배치하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  15. 제8항에 있어서,
    부가적 초음파 용접(additive ultrasonic welding)을 사용하여 상기 바디, 상기 측벽들, 및 상기 플랜지들을 형성하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  16. 회로 카드 모듈로서,
    제1 볼륨을 부분적으로 포위하는 바디 및 측벽들, 및 플랜지들을 포함하는 모듈 커버;
    상기 제1 볼륨에 인접한 제2 볼륨을 부분적으로 포위하는 바디 및 측벽들, 및 플랜지들을 포함하는 히트 싱크;
    상기 제1 볼륨 및 제2 볼륨 내의 회로 카드 어셈블리 - 상기 회로 카드 어셈블리 상의 적어도 하나의 컴포넌트는 모듈 커버 바디 및 히트 싱크 바디 중 하나와 접촉함 -;
    모듈 커버 플랜지들 중 제1 모듈 커버 플랜지 및 히트 싱크 플랜지들 중 제1 히트 싱크 플랜지에 인접한 증발기;
    상기 모듈 커버 플랜지들 중 제2 모듈 커버 플랜지 및 상기 히트 싱크 플랜지들 중 제2 히트 싱크 플랜지에 인접한 콘덴서;
    상기 모듈 커버 바디, 모듈 커버 측벽들, 및 상기 모듈 커버 플랜지들 내의 제1 오실레이팅 히트 파이프 - 상기 제1 오실레이팅 히트 파이프에 대한 제1 유체 경로는 상기 모듈 커버 바디, 상기 모듈 커버 측벽들 각각의 길이, 및 상기 모듈 커버 플랜지들 각각의 일부를 반복적으로 가로지름 -; 및
    상기 히트 싱크 바디, 히트 싱크 측벽들, 및 상기 히트 싱크 플랜지들 내의 제2 오실레이팅 히트 파이프 - 상기 제2 오실레이팅 히트 파이프에 대한 제2 유체 경로는 상기 히트 싱크 바디, 상기 히트 싱크 측벽들 각각의 길이, 및 상기 히트 싱크 플랜지들 각각의 일부를 반복적으로 가로지름 -
    를 포함하고,
    상기 제1 오실레이팅 히트 파이프 및 상기 제2 오실레이팅 히트 파이프는 각각의 오실레이팅 히트 파이프들 내의 유체 슬러그들 및 증기포들의 상변화, 및 상기 증발기와 상기 콘덴서 사이의 제1 유체 경로 및 제2 유체 경로를 따른 상기 유체 슬러그들 및 상기 증기포들의 이동 둘 다를 통해 냉각을 제공하는, 회로 카드 모듈.
  17. 제16항에 있어서, 제2 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는,
    상기 히트 싱크 바디 및 상기 히트 싱크 측벽들 중 제1 히트 싱크 측벽을 가로지르고, 상기 제1 히트 싱크 플랜지 내로 연장되고,
    상기 제1 히트 싱크 플랜지 내에서 다시 상기 제1 히트 싱크 측벽으로 U 형상으로 방향전환하고,
    상기 제1 히트 싱크 측벽, 상기 히트 싱크 바디, 및 상기 히트 싱크 측벽들 중 제2 히트 싱크 측벽을 가로지르고, 상기 제2 히트 싱크 플랜지 내로 연장되고,
    상기 제2 히트 싱크 플랜지 내에서 다시 상기 제2 히트 싱크 측벽으로 U 형상으로 방향전환하고,
    상기 제2 히트 싱크 측벽, 상기 히트 싱크 바디, 및 상기 제1 히트 싱크 측벽을 가로지르는,
    회로 카드 모듈.
  18. 제16항에 있어서, 제2 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로는 상기 히트 싱크 바디로부터 상기 히트 싱크 측벽들 중 각각의 히트 싱크 측벽 내로, 및 상기 히트 싱크 측벽들 중 하나의 히트 싱크 측벽으로부터 상기 히트 싱크 플랜지들 중 하나의 히트 싱크 플랜지 내로 90° 방향전환하는, 회로 카드 모듈.
  19. 제16항에 있어서, 제2 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로 중 상기 히트 싱크 플랜지들 중 적어도 하나의 히트 싱크 플랜지 내에 있는 부분은 제2 오실레이팅 히트 파이프 유체 경로 중 상기 히트 싱크 바디 내에 있는 부분으로부터 오프셋되는, 회로 카드 모듈.
  20. 제16항에 있어서, 상기 히트 싱크 바디 내의 상기 제2 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수평이고, 상기 히트 싱크 측벽들 내의 상기 제2 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수직이며, 상기 히트 싱크 플랜지들 내의 상기 제2 오실레이팅 히트 파이프의 세그먼트들은 수평인, 회로 카드 모듈.
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