KR102461709B1 - 침지 냉각 온도 제어 방법, 시스템, 및 장치 - Google Patents

침지 냉각 온도 제어 방법, 시스템, 및 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102461709B1
KR102461709B1 KR1020207025944A KR20207025944A KR102461709B1 KR 102461709 B1 KR102461709 B1 KR 102461709B1 KR 1020207025944 A KR1020207025944 A KR 1020207025944A KR 20207025944 A KR20207025944 A KR 20207025944A KR 102461709 B1 KR102461709 B1 KR 102461709B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
circuit card
energy transfer
thermal energy
transfer device
subassemblies
Prior art date
Application number
KR1020207025944A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20200120678A (ko
Inventor
마틴 브로크너 크리스티안센
레너드 조지 코로신스키
할란 크레이그 헤프너
스탠리 카츠요시 와카미야
키이스 알. 커크우드
Original Assignee
노스롭 그루먼 시스템즈 코포레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 노스롭 그루먼 시스템즈 코포레이션 filed Critical 노스롭 그루먼 시스템즈 코포레이션
Publication of KR20200120678A publication Critical patent/KR20200120678A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102461709B1 publication Critical patent/KR102461709B1/ko

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/44Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements the complete device being wholly immersed in a fluid other than air
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/203Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures by immersion
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16Constructional details or arrangements
    • G06F1/20Cooling means
    • G06F1/206Cooling means comprising thermal management
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2029Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a liquid coolant with phase change in electronic enclosures
    • H05K7/20372Cryogenic cooling; Nitrogen liquid cooling
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/2039Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating characterised by the heat transfer by conduction from the heat generating element to a dissipating body
    • H05K7/20518Unevenly distributed heat load, e.g. different sectors at different temperatures, localised cooling, hot spots
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20536Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating for racks or cabinets of standardised dimensions, e.g. electronic racks for aircraft or telecommunication equipment
    • H05K7/20627Liquid coolant without phase change
    • H05K7/20636Liquid coolant without phase change within sub-racks for removing heat from electronic boards
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2200/00Indexing scheme relating to G06F1/04 - G06F1/32
    • G06F2200/20Indexing scheme relating to G06F1/20
    • G06F2200/201Cooling arrangements using cooling fluid

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

회로 카드 환경에서 침지 냉각을 제공하기 위한 장치는 실질적으로 측방향-길이방향의 평면에 배향된 단일 회로 카드로 함께 연결된 제1 및 제2 길이방향으로 이격된 회로 카드 서브어셈블리들을 가지는 회로 카드를 포함한다. 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리는 각각 제1 및 제2 작동 온도를 갖고, 상기 제1 및 제2 작동 온도는 서로 다르다. 열 에너지 전달 디바이스는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들 중 선택된 하나와 상관된 회로 카드의 영역에 작동 가능하게 연결된다. 상기 열 에너지 전달 디바이스는 선택된 회로 카드 서브어셈블리에 제1 및 제2 작동 온도 중 각각 하나의 온도를 적어도 부분적으로 유도한다. 상기 열 에너지 전달 디바이스는 선택된 회로 카드 서브 어셈블리의 적어도 압도적 다수를 가로질러 겹치고 다른 회로 카드 서브어셈블리로부터 측방향으로 이격된다. 침지 냉각을 제공하는 시스템 및 방법도 제공된다.

Description

침지 냉각 온도 제어 방법, 시스템, 및 장치
본 출원은 2018년 3월 8일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/916019로부터 우선권을 주장하며, 이는 전체가 본원에 통합된다.
본 개시는 온도 제어 방법, 시스템 및 장치에 관한 것이고, 특히 회로 카드(circuit card) 환경에서 침지 냉각(immersion cooling)을 제공하기 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
회로 카드는 복수의 집적 회로("칩(chips)")를 포함하는 전자 장치의 어셈블리를 구축하기 위한 최신 기술이다. 이러한 어셈블리는, 유기 다층 적층 프린트 와이어 보드(PWB), 저온 동시-소성 세라믹(LTCC), 및 고온 동시-소성 세라믹(HTCC)의 여러 유형으로 분리될 수 있다. 이러한 각 기술을 사용하여 회로 카드 어셈블리가 제작되었다.
초전도 슈퍼 컴퓨터에서, 많은 연산 처리 집적 회로("칩")는 약 4K로 냉각되지만, 일부 메모리 칩은 대신 약 77K의 훨씬 더 따뜻한 작동 온도를 갖는다. 4K에서 냉각을 제공하는 것은 비용이 많이 드는 활동이므로 열 기생 부하(thermal parasitic load)를 줄이기 위해 초전도 슈퍼 컴퓨터 설계에 모든 노력이 기울여지고 있다. 여기에는 어셈블리를 진공 상태(대류 없음)에 배치하고, 코팅과 다층 절연을 사용하여 복사를 줄이고, 전체 어셈블리의 "핫 사이드(hot side)"와 "쿨 사이드(cool side)" 사이의 전도성 열 부하를 제한하는 것이 포함된다.
대규모 응용들(applications)의 경우, 최신 기술은 현재 각 극저온에 대해 듀어(dewar)를 사용하여 열 기생 부하를 피하면서 초전도 슈퍼 컴퓨터에 대해 원하는 작동 온도를 달성하는 문제를 해결한다. 4K 듀어는 액체 헬륨으로 유지되고, 77K 듀어는 액체 질소를 사용한다. 두 온도 측 사이의 신호는 케이블로 완료된다. 이 솔루션에는 디지털 관점에서 볼 때 긴 케이블이 필요하므로, 4K와 77K 구역 간에 상당한 지연이 발생하고, 4K 단계에서 더 긴 신호 경로에서 손실을 보상하기 위한 증폭기와 같지만 이에 국한되지 않는 더 많은 부품이 필요하다. 이러한 추가 부품은 상당한 전력을 소비하며 초전도 슈퍼 컴퓨터의 특정 설계를 실행 불가능하게 만든다.
소규모 응용들(applications)에서, 저온 냉각기(cryocooler)는 두 온도 모두에 사용될 수 있다. 상기 저온 냉각기의 중간 단계는 77K 플랫폼을 제공하고 상기 저온 냉각기의 마지막 단계는 4K 단계를 제공한다. 두 영역 간의 연결은 케이블로 완료된다. 이로 인해 두 온도 측이 더 가까워지지만, 이 접근 방식은 대규모 응용들로 확장할 수 없다.
일 실시예에서, 회로 카드 환경에서 침지 냉각(immersion cooling)을 제공하기 위한 장치가 설명된다. 상기 장치는 실질적으로 측방향-길이방향의 평면에 배향된 단일 회로 카드로 함께 연결된 제1 및 제2 길이방향으로 이격된 회로 카드 서브어셈블리들(circuit card subassemblies)을 포함하는 회로 카드를 포함한다. 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리에 평행한 측방향-길이방향 평면으로 배향된 횡으로 연장하는 카드 커넥터(card connector)에 의해 함께 연결된다. 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리는 각각 제1 및 제2 작동 온도를 갖는다. 상기 제1 및 제2 작동 온도는 서로 다르다. 열 에너지 전달 디바이스는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들 중 선택된 하나와 상관된 회로 카드의 영역에 작동 가능하게 연결된다. 상기 열 에너지 전달 디바이스는 선택된 회로 카드 서브어셈블리에 제1 및 제2 작동 온도 중 각각의 온도를 적어도 부분적으로 유도한다. 상기 열 에너지 전달 디바이스는 선택된 회로 카드 서브 어셈블리의 적어도 압도적 다수(supermajority)를 가로질러 겹치고(overlie) 다른 회로 카드 서브어셈블리로부터 측방향으로 이격된다.
일 실시예에서, 회로 카드 환경에서 침지 냉각을 제공하는 방법이 제공된다. 실질적으로 측방향-길이방향 평면에 배향된 단일 회로 카드로 함께 연결된 제1 및 제2 길이방향으로 이격된 회로 카드 서브어셈블리를 포함하는 장치가 제공된다. 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리는 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리에 평행한 측방향-길이방향 평면으로 배향된 횡으로 연장하는 카드 커넥터(card connector)에 의해 함께 연결된다. 열 에너지 전달 디바이스는 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리 중 선택된 하나의 적어도 압도적 다수를 가로질러 겹치고 다른 회로 카드 서브어셈블리로부터 측방향으로 이격된다. 상기 제1 회로 카드 서브어셈블리는 제1 작동 온도에서 작동하도록 구성된다. 상기 제2 회로 카드 서브어셈블리는 제1 작동 온도와 다른 제2 작동 온도에서 작동하도록 구성된다. 상기 열 에너지 전달 디바이스는 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리 중 선택된 하나에 작동 가능하게 연결된다. 상기 제1 및 제2 작동 온도 각각은 열 에너지 전달 디바이스와 함께 적어도 부분적으로 선택된 회로 카드 서브어셈블리에 유도된다.
일 실시예에서, 회로 카드 환경에서 침지 냉각을 제공하기 위한 시스템이 설명된다. 상기 시스템은 복수의 장치를 포함한다. 각 장치는 단일 회로 카드에서 서로 공간적으로 근접하게 유지되는 2개의 세로로 인접한 회로 카드 서브어셈블리들을 포함한다. 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리는 각각 제1 및 제2 작동 온도를 갖는다. 순환 냉각제형 제1 및 제2 열 에너지 전달 디바이스가 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리의 각각과 상관된 회로 카드의 영역을 가로지르게 겹치는 존재로 인한 두 회로 카드 하위 어셈블리 사이의 낮은 열적 기생 열전달과 함께, 상기 제1 및 제2 작동 온도는 서로 다르다. 상기 제1 및 제2 열 에너지 전달 디바이스는 제1 및 제2 작동 온도 중 각각의 온도를 각각의 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리에 적어도 부분적으로 유도한다. 하우징(housing)은 측방향-길이방향 평면에서 복수의 장치를 실질적으로 둘러싼다. 제1 냉각 유체 매니폴드는 제1 냉각 유체를 제1 열 에너지 전달 디바이스로 선택적으로 도입시키고, 제1 냉각 유체를 제1 열 에너지 전달 디바이스로부터 선택적으로 제거한다. 제2 냉각 유체 매니폴드는 제2 열 에너지 전달 디바이스로 제2 냉각 유체를 선택적으로 도입시키고, 제2 열 에너지 전달 디바이스로부터 제2 냉각 유체를 선택적으로 제거한다.
더 나은 이해를 위해, 첨부된 도면이 참조될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 양상의 정면 사시도이다.
도 2는 도 1의 양상의 다른 구성요소의 정면 사시도이다.
도 3은 도 1의 양상의 구성요소의 정면도이다.
도 4는 도 1의 양상의 전방 사시도 부분 절개도이다.
도 5는 도 1의 양상의 배면도이다.
도 6은 도 1의 라인 6-6을 따라 취한 단면도이다.
도 7은 도 1의 양상의 측면 사시도이다.
도 8은 도 1의 양상의 후방 사시도이다.
도 9는 도 1의 양상의 다른 구성요소의 배면도이다.
도 10은 도 9의 구성요소의 부분 배면도이다.
도 11은 도 9의 구성요소와 관련된 흐름도이다.
도 12는 도 1의 장치를 포함하는 시스템의 측면 사시도이다.
도 13은 도 12의 시스템의 분해 측면 사시도이다.
도 14는 도 12의 시스템의 후면 사시도이다.
도 15는 도 1의 양상을 포함하는 예시적 방법의 흐름도이다.
이 기술은 임의의 조합으로 다음과 같은 기능으로 본질적으로 구성되거나 포함한다.
도 1은 회로 카드 환경에서 침지 냉각을 제공하기 위한 장치(100)를 도시한다. 회로 카드(202)는 실질적으로 측방향-길이방향 평면에서 배향된 단일의 실질적으로 평면인 회로 카드(202)로 함께 연결된 제1 및 제2 길이방향으로 이격된 회로 카드 서브어셈블리들(204 및 206)을 각각 포함한다. 회로 카드 서브 어셈블리(204 및 206)는 도 2에 도시된 예와 같이 단일 백킹 기판(single backing substrate)(210) 상에 장착된 2개의 길이방향으로 이격된 IC 칩들의 그룹(208)을 포함할 수 있다.
다르게 말하면, 2개의 길이 방향으로 인접한 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)는 (장치(100)에 포함됨을 통해) 서로에 대해 공간적으로 매우 근접하게 유지될 수 있으며, 각각은 서로 다른 온도에서, 여기에 설명된 냉각 구조 중 적어도 하나와 제1 및 제2 회로 카드 서브 어셈블리(204 및 206) 사이에 길이방향으로 백킹 기판(backing substrate)(210)의 일부가 존재하기 때문에 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 사이의 낮은 열 기생 열전달과 함께 유지될 수 있다.
추가적으로 또는 대안적으로, 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 중 하나 또는 둘 모두는 (둘 중 하나는 도 3에 도시된 구조를 가질 수 있음) 도 3에 도시된 바와 같이 서브어셈블리 기판(312) 상에 장착된 적어도 하나의 IC 칩(208)을 포함할 수 있다. 서브어셈블리 기판(312)(IC 칩(208)이 그 위에 장착되기 전 또는 후에)은 이어서 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)에 대한 원하는 길이방향 간격을 달성하기 위해 백킹 기판(210) 상에 차례로 장착될 수 있다. 이 "모듈형" 구조(서브 어셈블리 기판(312)를 사용함)는 적어도 도 4 및 도 6에 도시되어 있으며, 간략화를 위해 이 논의의 나머지 부분에서 추정될 것이다. 여기서, 백킹 기판(210)은 하나의 적절한 측방향-길이방향 평면을 정의하는 것으로 고려될 것이다(예를 들어, 도면의 투시도를 허용하도록 기울어진 것 외에, 도 1의 페이지의 평면과 다소 일치하는 평면).
적합한 회로 카드(202)의 한 예는 2017년 5월 9일 출원된 미국 특허 제9,648,749호에서 제공되고 "회로 카드 어셈블리 및 이의 제공 방법"이라는 제목으로 여기에 그 전체가 참조로 포함된다. 회로 카드(202) 또는 그 일부의 존재는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)의 IC 칩(208) 사이에서 길이방향으로 자기(magnetic), 열(thermal) 및 복사 전송(radiation transmission) 중 적어도 하나를 제한하는데 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 백킹 기판(210)은 열 차폐 및 전자기 간섭("EMI") 차폐 용량으로 작용할 수 있다.
다시 말해, 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)는 평행한 측방향-길이방향 평면에서 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)에 배향된 측방향으로 연장하는 카드 커넥터(본원에서 백킹 기판(210) 및/또는 서브어셈블리 기판(312)으로 도시되고 설명됨)에 의해 함께 연결될 수 있다. 적어도 도 4 및 도 6의 배치와 같이, 각각의 회로 카드 서브어셈블리(204 및 205)는 서브어셈블리 기판(312)으로부터 횡 방향으로 연장하는 복수의 IC 칩(208)을 포함할 수 있다. 각각의 서브어셈블리 기판(312)은 카드 커넥터(여기서는 백킹 기판(210))에 가로질러 장착된다. 가로 방향은 도 1에서 페이퍼의 평면의 안쪽과 바깥쪽에 실질적으로 있다. 카드 커넥터(예를 들어, 백킹 기판(210))는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)의 서브어셈블리 기판(312)의 결합된 표면적보다 큰 표면적을 갖는다. 따라서, 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)는 상대적인 표면 영역에서의 이러한 불일치의 도움으로, 카드 커넥터의 길이방향으로 개재된 부분과 함께 길이방향으로 이격될 수 있다. 상기 카드 커넥터는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 중 어느 하나보다 열 전도성이 낮을 수 있고, 이는 일부 사용 환경에서 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 사이의 기생 열 전달을 방지하는데 도움이 될 수 있다.
단일 회로 카드(202)의 IC 칩(208)은 상이한 온도 요건을 가질 수 있다. 예를 들어, IC 칩(208)의 배열 길이방향의 최상부(도면의 방향에서)(예를 들어, 제1 회로 카드 서브어셈블리(204) 상에 있는 것)는 약 4K와 같은, 약 2-6K 범위의 원하는 작동 온도를 가질 수 있다. 유사하게, IC 칩(208)의 배열 길이방향 최하부(도면의 방향에서)(예를 들어, 제2 회로 카드 서브어셈블리(206) 상의 것들)는 약 77K와 같은, 약 75-79K 범위의 원하는 작동 온도를 가질 수 있다. 아래에 설명된 바와 같이, 장치(100)는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)에 대해 원하는 온도-차별(temperature-differential) 환경을 제공하는 것을 도울 수 있고, 백킹 기판(210)은 다른 에너지 중에서도 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 사이에서 길이방향으로 열 에너지 전달을 차단함으로써 열 효율을 도울 수 있다. 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 사이의 물리적 분리가 더 커지면 열 절연이 증가한다; 그러나, 신호 손실과 대기 시간도 증가한다. 당업자는 특정 사용 환경에 대한 최적의 분리를 결정하기 위해, 허용 가능한 신호 손실/대기 시간 및 열 절연 사이의 균형을 맞춰야 한다.
앞서 언급한 바와 같이, 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)는 각각 제1 및 제2 작동 온도를 가질 수 있다. 상기 제1 및 제2 작동 온도는 서로 다르다. 아래에서 상세히 논의될 열 에너지 전달 디바이스는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 중 선택된 하나와 상관된 회로 카드(202)의 영역에 작동하게 연결된다. 각각의 열 에너지 전달 디바이스는 열 에너지 전달 디바이스와 연관된 선택된 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206)에 제1 및 제2 작동 온도 중 각각 또는 적절한 온도를 적어도 부분적으로 유도한다. 상기 열 에너지 전달 디바이스는 도면에 도시된 바와 같이 선택된 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206)의 적어도 압도적 다수를 가로질러 겹치고 다른 회로 카드 서브어셈블리(206 또는 204)로부터 측면으로 이격된다. 필요에 따라, 각 장치(100)에 제공되는 하나 이상의 열 에너지 전달 디바이스가 있을 수 있다. 바람직하지 않은 열 흐름을 감소시키는 것을 돕기 위해, 회로 카드(202) 및 열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및/또는 116)는 집합적으로 진공 주변 환경에 포함될 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 열 에너지 전달 디바이스는 제1 열 에너지 전달 디바이스(114)일 수 있다. 장치(100)는 또한 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 중 다른 하나와 상관된 회로 카드(202)의 영역에 작동하게 연결된 제2 열 에너지 전달 디바이스(116)를 포함할 수 있다 (즉, 제1 열 에너지 전달 디바이스(114)가 상관되는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 중 선택된 하나가 아님). 제2 열 에너지 전달 디바이스(116)는 제1 및 제2 작동 온도 중 각각의 적절한 하나를 다른 회로 카드 서브어셈블리(206 또는 204)로 적어도 부분적으로 유도하기 위해 제공될 수 있다. 제2 열 에너지 전달 디바이스(116)는 다른 회로 카드 서브어셈블리(206 또는 204)의 적어도 압도적 다수를 가로질러 겹치고 선택된 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206)로부터 측으로 이격된다.
열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및/또는 116)는, 이 두 구조 사이의 열 전달을 돕기 위해, 도 6에 도시된 바와 같이 선택된 회로 카드 서브어셈블리(204 및/또는 206)의 적어도 일부와 직접 열 전도성 접촉을 할 수 있다. 일부 사용 환경에서, 열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및/또는 116)는 순환-냉각제 히트 싱크(circulating-coolant heat sink)일 수 있고; 이는 본원에서 도시되고 설명된 배치(arrangement)이다. 제1 및 제2 열 에너지 전달 디바이스(114 및 116)는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)가 아래를 가로질러 직접 보일 수 있도록, 전면에 투명한 부분 또는 "창(window)"(418)을 포함하는 것으로 도 4에 도시되어 있다. 당업자는 특정 사용 환경에 대해 원하는 대로, 창(418)과 함께 사용하기 위해 장치(100)를 쉽게 구성할 수 있다. 그러나, 이 창(418)은 원하는 대로 생략될 수 있으며, 아래 설명은 창이 존재하지 않는 것으로 가정할 것이다.
도 1 및 도 5-8은 조립된 장치(100)를 도시한다. 제1 및 제2 열 에너지 전달 디바이스(114 및 116)는 각각의 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)와 열적으로 유의미한 근접으로 배치된다. "열적으로 유의미한 근접"은 원하는 방향, 유형, 및 열 전달의 양을 촉진하는 "근접한" 구조 사이의 물리적 근접 정도를 나타내기 위해 본원에서 사용된다. 예를 들어, "열적으로 유의미한 근접"은 열 전도를 위한 직접 접촉 및 열 대류 및/또는 복사를 위한 이격 관계 중 하나 이상을 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
제1 및 제2 열 에너지 전달 디바이스(114 및 116)와 각각의 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 사이의 관계는 하나 이상의 마찰 끼워 맞춤(frictional fit), 접착제, 기계적 패스너(들) 또는 다른 부착 구조, 중력, 자기, 납땜/용접 등을 포함하고, 그러나 이에 제한되지 않는, 임의의 적절한 지원과 함께 임의의 원하는 방식으로 설정되고 유지될 수 있다. 제1 및 제2 열 에너지 전달 디바이스(114 및 116) 및 각각의 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)는 대신 외부 프레임 또는 지그(jig)에 의해 원하는 열적으로 유의미한 근접에 단순히 유지될 수 있다. 당업자는 특정 사용 환경에 대해 본 발명의 양상에 따른 적절한 장치(100)를 생산할 수 있을 것이다.
열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및 116)는 임의의 원하는 폼 팩터(form factor) 또는 구성을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 및/또는 백킹 기판(210)이 평면인 경우, 열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및 116)는 그러한 구조물에 열적으로 상당히 근접하게 배치되는 실질적으로 평면이거나 평평한 표면(예를 들어, "밑면")을 가질 수 있다. 도 7-8을 구체적으로 참조하면, 열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및 116)는 회로 카드(202)와 동일한 측방향-길이방향 평면에 적어도 부분적으로 위치되는 가로질러 연장하는 열 립(thermal lip)(720)을 포함할 수 있다. 즉, 열 립(720)의 적어도 일부는 회로 카드(202) 옆에 측면방향 및/또는 길이방향으로 위치하여, 열 립(720)이 도면에 도시된 바와 같이 나머지 열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및 116)와 관련하여 회로 카드(202)를 지나 "매달려(hangs)" 있도록 한다. 이러한 열 립(720)은 도면에 도시된 바와 같이 열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및 116)의 나머지 부분에 실질적으로 수직인 단순한 평면 연장일 수 있다. 이러한 배치는 회로 카드(202)에 대해 열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및 116)의 위치를 배향 및 등록하고, 이들 두 구조 사이의 슬라이딩 접촉을 방지하기 위해, 단순히 사용될 수 있다. 유사한 배향 목적 및/또는 열 에너지 전달 디바이스(들)를 회로 카드(202)에 "스냅(snap)" 또는 "클립(clip)" 하기 위해, 열 립(720)은 회로 카드(202)의 가장자리 주위를 감싸는 실질적으로 "C"형 또는 후크-형 구조의 적어도 일부를 대신 형성할 수 있다.
예시적인 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)는 도 9-11에서 장치(100)의 나머지로부터 분리된 것으로 도시된다. 도 9는 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)의 밑면(922)의 배면도이다. 이 밑면(922)은 제1 및/또는 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)에 열적으로 상당히 근접한 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)의 표면이다. 도시된 바와 같이, 밑면(922)은 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)와 회로 카드(202) 사이의 열 전달을 돕기 위해 하나 이상의 열 패드(thermal pads)(924)를 포함할 수 있다. 이들 열 패드(924)가 존재하는 경우, 대응하는 IC 칩(208)과 직접적으로 열 전달을 증가시키기 위해, 하나 이상의 IC 칩(208)의 위치 및/또는 풋프린트(footprint)와 각각 상관될 수 있다. 열 패드(924)는 또한 또는 그 대신에 IC 칩(208)과 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116) 사이의 유해한 접촉을 감소시키는 탄성 또는 완충 측면을 가질 수 있다.
도 10은 내부 구조를 보여주는 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)의 가상도이다. 도면에 도시된 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)는 냉각제 액체 공급 피팅(1026) 및 냉각제 증기 복귀 피팅(1028)을 포함한다. 냉각제 액체 공급 피팅(1026) 및 냉각제 증기 복귀 피팅(1028)은, 각각 유체 냉각제의 공급원(예를 들어, 듀어 플라스크(Dewar flask))으로부터의 공급(예를 들어, 액체 공급) 및 복귀(예를 들어, 증기 복귀) 라인에 임의의 원하는 방식으로 부착될 수 있다. 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)가 상이한 작동 온도(예를 들어, 4K 및 77K)를 가질 때, 상이한 냉각제가 각각의 열 에너지 전달 디바이스(114 및 116)에 공급될 수 있다는 것이 고려된다.
열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)는 또한 내부 공급 채널을 포함하는데, 이는 냉각제 액체 공급 피팅(1026) 및 내부 복귀 채널과 유체 연결되는 내부 액체 유동 채널(1030)일 수 있으며, 냉각제 증기 복귀 피팅(1028)과 유체 연결되는 내부 증기 유동 채널(1032)일 수 있다. (여기서 "액체"와 "증기"는 이러한 채널을 통과하는 유체의 대부분을 나타내기 위해 사용되지만, "액체" 채널은 또한 소수의 증기 비율을 포함할 수 있으며, 그 반대의 경우도 마찬가지임이 이해되어야 한다). 내부 액체 유동 채널(1030) 및 내부 증기 유동 채널(1032)은 실질적으로 도 11에 도시된 바와 같이 측방향-길이방향 평면 내에서 냉각제 이송 방향(CT)으로 회로 카드 서브어셈블리(204 및/또는 206)의 적어도 일부를 가로질러 액체 및 증기 냉각제 중 적어도 하나를 전달하기 위해 상호 유체 연통한다. 즉, 도 11의 흐름 화살표로 나타낸 바와 같이, 액체 냉각제일 수 있는 냉각제는 냉각제 액체 공급 피팅(1026)을 통해 내부 공급 채널(여기서는, 내부 액체 유동 채널(1030))로 펌핑(pumping)된다. 상기 냉각제는 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)의 내부를 통해 흐르고, 유동에 따라 적어도 부분적으로 증기 냉각제로 승화되며, 이는 냉각제 이송 방향으로 IC 칩(208)을 지나 상승하여 칩으로부터의 열을 제거한다. (증기 냉각제의 일부 또는 전부는 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)의 내부의 임의의 영역 또는 일부 내에 존재할 수 있으며; 예를 들어 핵 비등(nucleate boiling)은 냉각 과정에서 발생할 수 있다.) 액체로 남아있는 냉각제의 임의의 부분과 함께 증기 냉각제는 냉각제 증기 복귀 피팅(1028)을 통해 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)로부터 제거하기 위해 내부 복귀 채널(여기서는, 내부 증기 유동 채널(1032)를 통해 공급 방향에서 "뒤" 방향으로)을 통해 보내진다. 상기 냉각제는 복귀 방향으로부터의 음압(negative pressure) 및/또는 공급 방향으로부터의 양압(positive pressure) 하에 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)를 거쳐 가압 된다. 앞서 언급된 바와 같이, 냉각제의 적어도 일부는 열 에너지 전달 디바이스(114 및/또는 116)를 거쳐 이러한 사이클 동안 액체로 남아있을 수 있다는 것이 고려된다.
도 12-14는 회로 카드(202) 환경에서 침지 냉각을 제공하기 위한 시스템(1234)을 도시한다. 시스템(1234)은 복수의 장치(100)를 포함하는데, 이는 본원에서 도 1-11에 도시된 유형으로 도시되고 설명될 것이다. 장치(100)는 가로지르는 방향으로 서로 가깝게 "스택(stacked)" 되어 있고, 하나 이상의 인접한 장치(100)와 접촉할 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 하우징(1236)은 가로지르는 방향-길이 방향 평면에서 복수의 장치(100)를 실질적으로 둘러싼다. 즉, 각 장치(100)의 측면이 하우징(1236)으로부터 노출되어 냉각 유체, 전자/신호 및/또는 외부 에이전트에 대한 임의의 다른 유형의 적절한 연결이 이루어 지도록, 상기 하우징은 각각의 장치(100)의 적어도 일부의 상부 및 하부의 전방, 후방 및 가로질러 위치된다.
하우징(1236)은 원하는 대로 임의의 원하는 유체 흐름 및/또는 전기 통신 구멍 또는 피팅을 포함할 수 있는 하나 이상의 측면-캡(side-caps)(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 하우징(1236)의 개방된 측면을 가로 지르는 플레이트만큼 간단할 수 있는 이러한 측면-캡은 주변 조건으로부터의 보호를 포함하여 임의의 원하는 이유로 장치(100)를 수용하는 것을 도울 수 있다. 상기 측면-캡 및 하우징(1236)은 회로 카드(202) 및 열 에너지 전달 디바이스(들)(114 및 116)가 집합적으로 진공 주변 환경에 포함될 때 특히 유용할 수 있으며, 이는 하우징(1236) 및/또는 측면-캡에 의해 적어도 부분적으로 용이해질 수 있다. 대안적으로, 전체 시스템(1234)은 그 자체가 임의의 원하는 진공 주변 환경을 장치(100)에 제공하는 다른 인클로저(enclosure) 내에 위치될 수 있다는 것이 고려된다.
특히 이러한 설치가 측 방향 슬라이딩 운동을 통해 수행되는 경우, 하우징(1236) 내로 장치(100)를 슬롯팅(slotting) 하는 것을 돕기 위해 간격 지그(spacing jig)(1238)가 제공될 수 있다. 간격 지그(1238)가 존재하는 경우, 장치(100)가 하우징(1236)에 설치되면 시스템(1234)으로부터 제거될 수 있거나, 일부 사용 환경에서 시스템(1234)의 사용 중에 제자리에 남아있을 수 있다.
도 13은 시스템(1234)의 부분 분해도로서, 하나의 장치(100)가 제거되어 그 구성 부품으로 분해된 것으로 도시되어 있다. 하나 이상의 블록(1340)이 시스템(1234) 내의 기계적 간격 및/또는 댐핑(damping), 전기적 연결 및/또는 열 경로를 제공하는 것을 돕기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 13에 도시된 블록(1340)은 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206) 중 2개 이상과 적어도 하나의 백플레인(backplane) 사이를 연결하는 케이블 용 커넥터로서 동시에 기능할 수 있다(아래에서 설명됨). 장치 내에서 블록(1340) 또는 물리적 커넥터로 사용되는 모든 구조는 낮은 전도성 지지대 역할을 할 수 있으며, 고분자액정(liquid crystal polymer), 케블러(Kevlar), 또는 기타 낮은 전도성 재료 또는 기술일 수 있다.
랙 프레임(rack frame), 또는 웨지락(wedgelock)(1342)이 각 장치(100)에 제공되어 하우징(1236) 내에 장치(100)를 장착하는 것을 보조하고 및/또는 장치(100) 및/또는 하우징(1236) 사이의 진동을 감쇠 시킬 수 있다. 도 13은 또한 제1 열 에너지 전달 디바이스(114)로 제1 냉각 유체를 선택적으로 도입하고, 제1 냉각 유체를 제1 열 에너지 전달 디바이스(114)로부터 선택적으로 제거하기 위한 제1 냉각 유체 매니폴드(1344)를 개략적으로 도시한다. 도 13에도 개략적으로 도시된 제2 냉각 유체 매니폴드(1346)는 제2 열 에너지 전달 디바이스(116)에 제2 냉각 유체를 선택적으로 도입하고, 제2 냉각 유체를 제2 열 에너지 전달 디바이스(116)로부터 선택적으로 제거하기 위해 제공될 수 있다. 극저온학 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명의 양상의 특정 사용 환경에 적합한 냉각 유체 유동 경로, 공급 및 배관을 제공할 수 있을 것이다.
이제 도 14로 돌아가면, 시스템(1234)의 백플레인 측면이 보여 진다; 이는 도 12-13의 묘사 뒤쪽에서 보이지 않는 면이다. 도 14의 도면은 제1 또는 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206)의 블록(1240)이 각각의 제1 또는 제2 백플레인(1450 또는 1452)과 연결되어 있는 케이블링 인벨로프(cabling envelope)(1448)를 통한 전기 통신을 용이하게 하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지를 보여준다. 제1 및/또는 제2 백플레인(1450 및 1452)은 또한 원하는 대로 다수의 시스템(1234)을 함께 연결하는 것을 용이하게 할 수 있다. 커넥터(1464)는 제1 및/또는 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206)와 제1 및/또는 제2 백플레인(1450 및 1452)의 다양한 부분을 전력, 데이터, 전기 신호, 또는 기타 상호 연결 목적, 단방향 또는 양방향 전송을 위해 원하는 조합으로 함께 전기적으로 부착하도록 제공될 수 있다.
도 15는 앞서 논의된 바와 같이 장치(100) 및/또는 시스템(1234)을 사용하여 회로 카드(202) 환경에서 침지 냉각을 제공하는 예시적인 방법을 요약한 흐름도이다. 도 15의 제1 액션 블록(action block)(1554)에서, 장치(100)가 제공된다. 도 15의 제2 액션 블록(1556)에서, 제1 회로 카드 서브어셈블리(204)는 제1 작동 온도(예를 들어, 77K)에서 작동하도록 구성된다. 제3 액션 블록(1558)에서, 제2 회로 카드 서브어셈블리(206)는 제1 작동 온도와 상이한 제2 작동 온도(예를 들어, 4K)에서 작동하도록 구성된다. 열 대류 이유 때문에, 냉각기 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206)는 장치(100)가 실질적으로 수직 사용 위치에 배치될 때, 일반적으로 더 따뜻한 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206) 위에 위치될 것이다.
제4 액션 블록(1560)에서, 열 에너지 전달 디바이스(여기서, 제1 열 에너지 전달 디바이스(114))는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206) 중 선택된 하나에 작동 가능하게 연결된다. 그 다음, 제5 액션 블록(1562)에서, 제1 및 제2 작동 온도 중 각각 하나가 (제1) 열 에너지 전달 디바이스(114)를 사용하여 적어도 부분적으로 선택된 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206)로 유도된다. 도 15의 방법은 전술한 바와 같이 장치(100)를 시스템(1234)으로 조립하기 전, 조립하는 동안 또는 조립한 후에 수행될 수 있다. 도 15의 방법은 또한 또는 대신에 복수의 장치(100)와 유사하게 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있다.
제4 액션 블록(1560)의 동작과 직렬 또는 병렬로, 다른 열 에너지 전달 디바이스(여기서, 제2 열 에너지 전달 디바이스(116))는 마찬가지로 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206) 중 다른 하나에 작동 가능하게 연결될 수 있다. 본 설명의 명확성을 위해, 작동 연결은 제1/제2 지정에 관한 도 1-14와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이 만들어지는 것으로 추정될 것이다. 이 "제2 열 에너지 전달 디바이스(116)" 방식에서, 제1 및 제2 작동 온도 각각은 제2 열 에너지 전달 디바이스(116)를 사용하여 적어도 부분적으로 다른 회로 카드 서브어셈블리(204 또는 206)에 유도될 수 있으며, 제1 열 에너지 전달 디바이스(114)를 사용하는 제5 액션 블록(1562)에서의 동작과 유사하다.
도 15의 방법은 내부 액체 유동 채널(1030) 및 내부 증기 유동 채널(1032)을 상호 유체 연통시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 액체 및 증기 냉각제 중 적어도 하나는 내부 액체 유동 채널(1030)과 내부 증기 유동 채널(1032) 사이에서, 실질적으로 측방향-길이방향 평면 내에서 냉각제 전달 방향(CT)으로 회로 카드 서브어셈블리(204 및 206)의 적어도 일부를 가로질러 이송될 수 있다. 따라서, 여기에 도시되고 설명된 장치(100) 및/또는 시스템(1234)의 사용을 통해, 침지 냉각과 같은 온도 제어 방식이 원하는 대로 수행될 수 있다.
요소가 다른 요소에 "상에", "부착됨", "연결됨", "결합됨", "접촉" 등으로 지칭될 때, 그것은 다른 요소 또는 개재 요소에 바로 위에, 부착, 연결, 결합 또는 접촉하는 것도 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 반대로, 요소가 예를 들어, 다른 요소에 "직접 닿음", "직접 부착됨", "직접 연결됨", "직접 결합됨" 또는 "직접 접촉"으로 언급될 때, 중간 요소가 존재하지 않는다. 또한, "직접 인접한" 다른 피쳐(feature)에 배치된 구조 또는 피쳐에 대한 언급은 인접한 피쳐와 겹치거나 밑에 놓이는 부분을 가질 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이며, 반면에 "인접한" 다른 피처에 배치된 구조 또는 피처는 인접 피처와 겹치거나 밑에 있는 부분을 가질 수 없다.
도면에 예시된 바와 같이 "아래", "밑", "하부", "위", "상부" 등과 같은, 공간적으로 상대적인 용어는, 하나의 요소 또는 특징과 다른 요소(들) 또는 특징(들)의 관계를 설명하기 위해 설명의 편의를 위해 여기에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 묘사된 방향에 추가하여 사용 또는 작동중인 장치의 다른 방향을 포함할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도면의 디바이스가 반전된 경우, 다른 요소 또는 특징의 "아래" 또는 "밑"으로 설명된 요소는 다른 요소 또는 특징의 "위"로 배향되게 된다.
비록 용어 "제1", "제2" 등이 본원에서 다양한 요소를 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 요소는 이러한 용어에 의해 제한되어서는 안 된다는 것이 이해될 것이다. 이 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하는 데만 사용된다. 따라서, 아래에서 논의되는 "제1" 요소는 또한 본 개시 내용의 교시로부터 벗어나지 않고 "제2" 요소로 지칭될 수 있다. 동작(또는 단계)의 순서는 특별히 달리 지시하지 않는 한 청구항 또는 도면에 제시된 순서로 제한되지 않는다.
본 개시의 양상이 상기 예시적인 실시예를 참조하여 특히 도시되고 설명되었지만, 당업자는 다양한 추가 실시예가 고려될 수 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 장치를 사용하기 위해 위에서 설명된 특정 방법은 단지 예시적인 것이다; 당업자는 전술 한 장치 또는 그 구성 요소를 본원에 도시되고 설명된 것과 실질적으로 유사한 위치에 배치하기 위한 임의의 수의 도구, 단계의 시퀀스, 또는 다른 수단/옵션을 쉽게 결정할 수 있다. 본원에서는 온도 제어 예로서 냉각이 사용되지만, 당업자는 장치(100) 및/또는 시스템(1234) 또는 그와 실질적으로 유사한 구성을 사용하여 가열을 제공할 수 있다. 설명된 구조 및 구성요소 중 임의의 것은 단일의 일체의 또는 모놀리식(monolithic) 피스로 통합적으로 형성되거나 별도의 하위 구성 요소로 구성될 수 있으며, 이들 형성 중 하나는 임의의 적절한 스톡(stock) 또는 맞춤 구성요소 및/또는 임의의 적절한 재료 또는 재료의 조합을 포함한다. 설명된 구조 및 구성요소 중 임의의 것은 특정 사용 환경에 대해 원하는 대로 일회용이거나 재사용 가능할 수 있다. 임의의 구성 요소에는 재료, 구성, 해당 구성요소와 관련된 적어도 하나의 치수 등을 나타내는 사용자 인식 가능한 마킹이 제공될 수 있으며, 사용자가 인식할 수 있는 마킹은 특정 사용 환경에서 사용자가 유사한 구성 요소의 어레이에서 하나의 구성요소를 선택하는 데 도움이 된다. "미리 결정된(predetermined)" 상태는 조작되는 구조가 실제로 그 상태에 도달하기 전에 언제든지 결정될 수 있으며, "미리 결정(predetermination)"은 구조가 미리 결정된 상태를 달성하기 직전에 이루어진다. 본원에 설명된 특정 구성요소가 특정 기하학적 형상을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 본 개시 내용의 모든 구조는 임의의 적합한 형상, 크기, 구성, 상대적 관계, 단면적 또는 특정 적용에 바람직한 임의의 다른 물리적 특성을 가질 수 있다. 하나의 실시예 또는 구성을 참조하여 설명된 임의의 구조 또는 특징은 단독으로 또는 다른 구조 또는 특징과 조합하여 임의의 다른 실시예 또는 구성에 제공될 수 있으므로, 다른 모든 실시예들 및 구성들과 관련하여 논의된 모든 옵션들을 갖는 것으로 여기에서 논의된 실시예들 및 구성들 각각을 설명하는 것은 비실용적일 것이다. 이러한 특징들 중 임의의 것을 포함하는 디바이스 또는 방법은 아래의 청구범위 및 그와 동등한 것에 기초하여 결정된 바와 같이 본 개시의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.
다른 양상, 목적, 및 장점은 도면, 개시 및 첨부된 청구 범위의 연구로부터 얻을 수 있다.

Claims (21)

  1. 회로 카드 환경에서 침지 냉각을 제공하기 위한 장치에 있어서,
    실질적으로 측방향-길이방향 평면에 배향된 단일 회로 카드로 함께 연결된 제1 및 제2 길이방향으로 이격된 회로 카드 서브어셈블리들을 포함하는 회로 카드, 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리는 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리에 평행한 측방향-길이방향 평면에 배향된 측방향으로 연장하는 카드 커넥터에 의해 함께 연결되고, 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리는 각각 제1 및 제2 작동 온도를 갖고, 상기 제1 및 제2 작동 온도는 서로 다름; 및
    상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들 중 선택된 하나와 상관된 회로 카드의 영역에 작동 가능하게 연결되는 열 에너지 전달 디바이스, 상기 열 에너지 전달 디바이스는 선택된 회로 카드 서브어셈블리에 각각의 제1 및 제2 작동 온도를 적어도 부분적으로 유도하고, 상기 열 에너지 전달 디바이스는 선택된 회로 카드 서브 어셈블리의 적어도 압도적 다수를 가로질러 겹치고(overlie) 다른 회로 카드 서브어셈블리로부터 측방향으로 이격 됨;
    을 포함하는,
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 에너지 전달 디바이스는 제1 열 에너지 전달 디바이스이고, 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들 중 다른 하나와 상관 있는 회로 카드의 영역에 작동되게 연결된 제2 열 에너지 전달 디바이스를 포함하고, 상기 제2 열 에너지 전달 디바이스는 상기 제1 및 제2 작동 온도 중 각각 하나를 다른 회로 카드 서브어셈블리에 적어도 부분적으로 유도하며, 상기 제2 열 에너지 전달 디바이스는 다른 회로 카드 서브어셈블리의 적어도 압도적 다수를 가로질러 겹치고 선택된 회로 카드 서브 어셈블리로부터 측방향으로 이격되는,
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 에너지 전달 디바이스는 순환-냉각제 열 싱크인,
    장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 열 에너지 전달 디바이스는 냉각제 액체 공급 피팅 및 냉각제 증기 복귀 피팅을 포함하는,
    장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 열 에너지 전달 디바이스는 냉각제 액체 공급 피팅과 함께 유체 연결되는 내부 액체 유동 채널 및 냉각제 증기 복귀 피팅과 함께 유체 연결되는 내부 증기 유동 채널을 포함하고,
    상기 내부 액체 유동 채널 및 내부 증기 유동 채널은 실질적으로 측방향-길이방향 평면 내에서 냉각제 이송 방향으로 회로 카드 서브 어셈블리의 적어도 일부를 가로질러 액체 및 증기 냉각제 중 적어도 하나를 이송하기 위해 상호 유체 연통하는,
    장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 에너지 전달 디바이스는 선택된 회로 카드 서브어셈블리의 적어도 일부와 직접 열 전도성 접촉하는,
    장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로 카드 및 상기 열 에너지 전달 디바이스는 진공 주변 환경에 집합적으로 포함되는,
    장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    각각의 회로 카드 서브 어셈블리는 서브어셈블리 기판으로부터 가로질러 연장하는 복수의 IC 칩들을 포함하고, 각 서브어셈블리 기판이 카드 커넥터 상에 가로질러 장착되고, 상기 카드 커넥터는 제1 및 제2 회로 카드 서브 어셈블리들의 서브어셈블리 기판의 결합된 표면적보다 큰 표면적을 갖는,
    장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 카드 커넥터는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들보다 열 전도성이 낮은,
    장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 에너지 전달 디바이스는 회로 카드와 동일한 측방향-길이방향 평면에 적어도 부분적으로 위치하는 가로질러 연장하는 열 립을 포함하는,
    장치.
  11. 회로 카드 환경에서 침지 냉각을 제공하는 방법에 있어서,
    실질적으로 측방향-길이방향 평면에 배향된 단일 회로 카드에 함께 연결된 제1 및 제2 길이방향으로 이격된 회로 카드 서브어셈블리들, 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들은 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들에 평행한 측방향-길이방향 평면에 배향된 측방향으로 연장하는 카드 커넥터에 의해 함께 연결됨, 및
    상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들 중 선택된 하나의 적어도 압도적 다수를 가로질러 겹치고(overlie) 다른 회로 카드 서브어셈블리로부터 측방향으로 이격되는 열 에너지 전달 디바이스,
    를 포함하는 장치를 제공하는 단계;
    상기 제1 회로 카드 서브어셈블리를 제1 작동 온도에서 작동하도록 구성하는 단계;
    상기 제2 회로 카드 서브어셈블리를 제1 작동 온도와 다른 제2 작동 온도에서 작동하도록 구성하는 단계;
    상기 열 에너지 전달 디바이스를 상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들 중 선택된 하나에 작동하게 연결하는 단계; 및
    상기 제1 및 제2 작동 온도 각각 하나를 상기 열 에너지 전달 디바이스와 함께 적어도 부분적으로 선택된 회로 카드 서브어셈블리에 유도하는 단계;
    를 포함하는,
    방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    장치를 제공하는 단계는,
    상기 열 에너지 전달 디바이스를 제1 열 에너지 전달 디바이스처럼 제공하는 단계, 및
    상기 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들 중 다른 하나의 적어도 압도적 다수를 가로질러 겹치고 상기 선택된 회로 카드 서브어셈블리로부터 측방향으로 이격되는 제2 열 에너지 전달 디바이스를 제공하는 단계를 포함하고;
    상기 방법은,
    제2 열 에너지 전달 디바이스를 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들 중 다른 하나에 작동하게 연결하는 단계, 및
    제2 열 에너지 전달 디바이스와 함께 적어도 부분적으로 다른 회로 카드 서브어셈블리에 제1 및 제2 작동 온도의 각각 하나를 유도하는 단계를 더 포함하는,
    방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    장치를 제공하는 단계는 열 에너지 전달 디바이스에 냉각제 액체 공급 피팅 및 냉각제 증기 복귀 피팅을 제공하는 것을 포함하는,
    방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    장치를 제공하는 단계는,
    상기 열 에너지 전달 디바이스에 냉각제 액체 공급 피팅과 함께 유체 연결되는 내부 액체 유동 채널 및 냉각제 증기 복귀 피팅과 유체 연결되는 내부 증기 유동 채널을 제공하는 것을 포함하고;
    상기 방법은,
    내부 액체 유동 채널 및 내부 증기 유동 채널을 상호 유체 연통시키는 단계; 및
    내부 액체 유동 채널과 내부 증기 유동 채널 사이의 회로 카드 서브어셈블리의 적어도 일부를 가로질러서 실질적으로 측방향-길이방향 평면 내에서 냉각제 이송 방향으로 액체 및 증기 냉각제 중 적어도 하나를 이송시키는 단계;
    를 더 포함하는,
    방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    장치를 제공하는 단계는 열 에너지 전달 디바이스를 선택된 회로 카드 서브어셈블리의 적어도 일부와 직접 열 전도성 접촉으로 배치하는 것을 포함하는,
    방법.
  16. 제 11 항에 있어서,
    진공 주변 환경에서 회로 카드 및 열 에너지 전달 디바이스를 집합적으로 함유하는 것을 포함하는,
    방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    장치를 제공하는 단계는,
    각 회로 카드 서브어셈블리에 서브어셈블리 기판으로부터 가로질러 연장하는 복수의 IC 칩들을 제공하는 단계; 및
    카드 커넥터 상에 각각의 서브어셈블리 기판을 가로질러 장착하는 단계, 상기 카드 커넥터는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들의 서브어셈블리 기판들의 결합된 표면적보다 큰 표면적을 가짐;
    을 포함하는,
    방법.
  18. 제 12 항에 있어서,
    상기 제2 열 에너지 전달 디바이스를 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들 중 다른 하나에 작동하게 연결하는 단계는 회로 카드와 동일한 측방향-길이방향 평면에 적어도 부분적으로 열 에너지 전달 디바이스의 가로질러 연장하는 열 립을 위치시키는 것을 포함하는,
    방법.
  19. 회로 카드 환경에서 침지 냉각을 제공하기 위한 시스템에 있어서,
    복수의 장치;
    각각의 장치는, 단일 회로 카드 상에서 서로 공간적으로 근접하게 유지되는 2개의 길이방향으로 인접한 회로 카드 서브어셈블리들, 각각 제1 및 제2 작동 온도를 갖는 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들, 순환 냉각제형 제1 및 제2 열 에너지 전달 디바이스가 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들의 각각 하나와 상관된 회로 카드의 영역을 가로지르게 겹치는(overlie) 존재로 인한 두 회로 카드 하위 어셈블리들 사이의 낮은 열적 기생 열전달과 함께, 서로 다른 상기 제1 및 제2 작동 온도, 제1 및 제2 작동 온도 중 각각 하나의 온도를 각각의 제1 및 제2 회로 카드 서브어셈블리들에 적어도 부분적으로 유도하는 상기 제1 및 제2 열 에너지 전달 디바이스를 포함함;
    측방향-길이방향 평면에서 복수의 장치를 실질적으로 둘러싸는 하우징;
    제1 냉각 유체를 제1 열 에너지 전달 디바이스로 선택적으로 도입시키고, 제1 냉각 유체를 제1 열 에너지 전달 디바이스로부터 선택적으로 제거하는 제1 냉각 유체 매니폴드;
    제2 열 에너지 전달 디바이스로 제2 냉각 유체를 선택적으로 도입시키고, 제2 열 에너지 전달 디바이스로부터 제2 냉각 유체를 선택적으로 제거하는 제2 냉각 유체 매니폴드;
    를 포함하는,
    시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 작동 온도 중 하나는 2-6 K의 범위일 수 있고,
    상기 제1 및 제2 작동 온도 중 다른 하나는 75-79 K의 범위일 수 있는,
    장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 작동 온도 중 하나는 4K이고,
    상기 제1 및 제2 작동 온도 중 다른 하나는 77K인,
    장치.
KR1020207025944A 2018-03-08 2019-02-20 침지 냉각 온도 제어 방법, 시스템, 및 장치 KR102461709B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/916,019 2018-03-08
US15/916,019 US10438867B2 (en) 2018-03-08 2018-03-08 Immersion cooling temperature control method, system, and apparatus
PCT/US2019/018766 WO2019173051A1 (en) 2018-03-08 2019-02-20 Immersion cooling temperature control method, system, and apparatus

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200120678A KR20200120678A (ko) 2020-10-21
KR102461709B1 true KR102461709B1 (ko) 2022-11-01

Family

ID=65686945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020207025944A KR102461709B1 (ko) 2018-03-08 2019-02-20 침지 냉각 온도 제어 방법, 시스템, 및 장치

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10438867B2 (ko)
EP (1) EP3763178A1 (ko)
JP (2) JP7232838B2 (ko)
KR (1) KR102461709B1 (ko)
AU (2) AU2019229950B2 (ko)
CA (1) CA3091112C (ko)
WO (1) WO2019173051A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10782258B2 (en) 2018-09-04 2020-09-22 Northrop Grumman Systems Corporation Superconductor critical temperature measurement
US11647607B2 (en) * 2021-01-22 2023-05-09 Cisco Technology, Inc. Localized immersion cooling enclosure with thermal efficiency features

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100369717B1 (ko) * 1996-08-06 2003-06-18 가부시키가이샤 아드반테스트 전자디바이스실장프린트기판
US20090323286A1 (en) 2008-06-13 2009-12-31 Evga Corporation Apparatus for removing heat from pc circuit board devices such as graphics cards and the like
US20170142820A1 (en) * 2015-11-17 2017-05-18 Northrop Grumman Systems Corporation Apparatus and method for providing a temperature-differential circuit card environment

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4865331A (en) 1988-09-15 1989-09-12 Ncr Corporation Differential temperature seal
US4962444A (en) 1989-01-03 1990-10-09 Sunstrand Corporation Cold chassis for cooling electronic circuit components on an electronic board
JPH077188A (ja) 1993-06-18 1995-01-10 Hitachi Ltd 複合動作環境用実装装置
US5329428A (en) * 1993-06-21 1994-07-12 International Business Machines Corporation High-density packaging for multiple removable electronics subassemblies
DE10138711B4 (de) 2000-10-02 2009-12-31 Siemens Ag Kühlanordnung für in einem Gehäuse angeordnete Verlustwärme erzeugende elektrische Bauteile und elektrisches Gerät mit einer derartigen Kühlanordnung
US6616469B2 (en) 2001-03-12 2003-09-09 Tyco Electronics Logistics Ag Electrical and fluid interconnect
US6646879B2 (en) * 2001-05-16 2003-11-11 Cray Inc. Spray evaporative cooling system and method
US7236363B2 (en) 2003-09-22 2007-06-26 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Liquid cooled system module
JP2007049015A (ja) 2005-08-11 2007-02-22 Nec Corp 電子機器構造と、電子機器構造が用いられた電子機器
JP5149706B2 (ja) 2008-06-13 2013-02-20 三菱電機株式会社 開閉装置のトリップ操作回路の断線検出装置
FR2938774A1 (fr) 2008-11-27 2010-05-28 Parrot Dispositif de pilotage d'un drone
JP5223712B2 (ja) 2009-02-12 2013-06-26 パナソニック株式会社 圧縮機用電子回路装置
US9629280B2 (en) 2010-06-24 2017-04-18 Raytheon Company Multiple liquid loop cooling for electronics
WO2012029404A1 (ja) 2010-08-31 2012-03-08 日本電気株式会社 電子機器冷却システム
JP2012164874A (ja) 2011-02-08 2012-08-30 Toyota Motor Corp 冷却装置および冷却ユニット
US8780556B1 (en) 2012-03-26 2014-07-15 Lochheed Martin Corporation Fluid actuated cooling card retainer
KR102137294B1 (ko) 2012-09-25 2020-07-23 리퀴드쿨 솔루션즈, 인코포레이티드 액체 침지 전자 디바이스 어레이용 냉매 압력 및 유량 관리방법 및 장치
US20140316614A1 (en) 2012-12-17 2014-10-23 David L. Newman Drone for collecting images and system for categorizing image data
US20140240103A1 (en) 2013-02-22 2014-08-28 Thalmic Labs Inc. Methods and devices for combining muscle activity sensor signals and inertial sensor signals for gesture-based control
CN103426282A (zh) 2013-07-31 2013-12-04 深圳市大疆创新科技有限公司 遥控方法及终端
JP6155988B2 (ja) * 2013-09-02 2017-07-05 富士通株式会社 情報処理装置
JP2016054248A (ja) 2014-09-04 2016-04-14 富士通株式会社 冷却モジュール、冷却モジュール搭載基板および電子機器
CN107735900A (zh) * 2015-06-10 2018-02-23 金瑟姆股份有限公司 具有集成冷板组件的车辆电池热电装置
JP6627327B2 (ja) 2015-08-21 2020-01-08 日本電気株式会社 冷却装置および冷却方法
US9648749B1 (en) 2015-11-17 2017-05-09 Northrop Grumman Systems Corporation Circuit card assembly and method of providing same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100369717B1 (ko) * 1996-08-06 2003-06-18 가부시키가이샤 아드반테스트 전자디바이스실장프린트기판
US20090323286A1 (en) 2008-06-13 2009-12-31 Evga Corporation Apparatus for removing heat from pc circuit board devices such as graphics cards and the like
US20170142820A1 (en) * 2015-11-17 2017-05-18 Northrop Grumman Systems Corporation Apparatus and method for providing a temperature-differential circuit card environment

Also Published As

Publication number Publication date
US10438867B2 (en) 2019-10-08
EP3763178A1 (en) 2021-01-13
WO2019173051A1 (en) 2019-09-12
JP7232838B2 (ja) 2023-03-03
CA3091112A1 (en) 2019-09-12
JP2021515315A (ja) 2021-06-17
US20190279916A1 (en) 2019-09-12
CA3091112C (en) 2023-01-24
KR20200120678A (ko) 2020-10-21
AU2021202125A1 (en) 2021-05-06
AU2019229950A1 (en) 2020-09-03
JP2023017788A (ja) 2023-02-07
AU2019229950B2 (en) 2021-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7061689B2 (ja) コンパクト型回路カード環境での浸漬冷却を提供するためのデバイスおよび方法
US9456527B2 (en) Fabricating separable and integrated heat sinks facilitating cooling multi-component electronic assembly
US9818667B2 (en) Compute intensive module packaging
EP3378291B1 (en) Apparatus and method for providing a temperature-differential circuit card environment
JP2023017788A (ja) 浸漬冷却温度制御方法、システム、および装置
KR102468955B1 (ko) 강제 흐름 냉각 온도 제어 방법, 시스템, 및 장치
US10595441B1 (en) Method and apparatus for separating a thermal load path from a structural load path in a circuit board environment

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant