KR900002214B1 - 인쇄회로기판 조립체 - Google Patents

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KR900002214B1
KR900002214B1 KR1019850000461A KR850000461A KR900002214B1 KR 900002214 B1 KR900002214 B1 KR 900002214B1 KR 1019850000461 A KR1019850000461 A KR 1019850000461A KR 850000461 A KR850000461 A KR 850000461A KR 900002214 B1 KR900002214 B1 KR 900002214B1
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야마 고우지 가쯔
미쯔히꼬 나까다
수니찌 기구찌
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후지쓰가부시끼가이샤
야마모도 다꾸마
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Abstract

내용 없음.

Description

인쇄회로기판 조립체
제 1 도는 본 발명의 일실시예에 의한 인쇄회로기판 조립체의 일부의 수직횡단면도.
제 2 도는 제 1 도의 선 Ⅱ-Ⅱ를 따라 절취한 부분 횡단면도.
제 3 도는 제 1 도에 도시된 바와 같은 실시예의 전개사시도.
제 4 도는 본 발명의 다른 실시예에 의한 인쇄회로기판, 일부분의 수직횡단면도.
제 5 도는 제 4 도의 선 V - V 또는 V' - V'를 따라 절취한 부분횡단면도.
제 6a 내지 6f 도는 제 4 및 제 5 도에 보인 바와 같은 액체냉각판의 제조방법을 나타내는 부분평면도 및 횡단면도.
제 7 도는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 인쇄회로기판 조립체의 일부분의 수직횡단면도.
제 8 도는 제 7 도의 선 Ⅷ-Ⅷ 또는 Ⅷ'-Ⅷ'를 따라 취한 액체냉각판의 부분횡단면도.
제 9 도는 본 발명에 의한 기판의 일면에 장치된 집적회로칩들을 갖는 인쇄회로기판을 포함하는 인쇄회로기판 조립체의 수직 횡단면도.
제 10 도 및 11 도는 본 발명의 인쇄회로기판 조립체에 의해 적용된 쌍둥이 액체냉각 유동시스템의 개략도.
본 발명은 인쇄회로기판상에 장치된 반도체 칩들이나 집적회로칩들(IC)와 같은 전자회로 부품용 액체냉각 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 인쇄회로기판의 앞면과 뒷면상에 전자회로부품들을 장치하여 인쇄회로기판의 양면에 배치되는 액체냉각모듈들로 냉각시키도록된 인쇄회로기판 조립체에 관한 것이다.
인쇄회로기판 또는 기판들상에 장치된 회로부품들을 냉각시키기 위해 사용되는 대표적인 종래의 액체냉각판은 미국 특허 4155402호에 기술되어 있다. 이 액체냉각판 조립체에서는 열도전성으로된 병형가능 중간 대판 즉, 전기적으로 절연되는 변형가능 구조로된 액체냉각되는 냉각판이 인쇄회로기판상의 다양한 회로부품들과 가압 접촉상태로 배치되어 있어 회로부품들의 상대적인 높이나 형태가 다름에도 불구하고 긴밀한 접촉이 회로부품들과 항상 이루어질 수 있도록 되어 있다. 그러나, 종래의 액체냉각판 조립체는 액체냉각되는 냉각판이 변형가능 중간대판을 통하여 부품들과 압접상태가 될때 기판의 일면상에 장치된 회로부품들만이 냉각되도록 인쇄회로기판에 고정되도록 되어 있다. 즉, 인쇄회로기판은 그 기판의 일면에만 일방향 압력장용을 받게 되므로 결국 인쇄회로기판이 휘거나 편향되는 것을 피할 수가 없다.
따라서 인쇄회로기판상의 회로부품들은 기계적인 장력을 받지않을 수 없다. 더우기 인쇄회로기판의 싸이즈가 크면 클수록 인쇄회로기판이 더 휘게 되므로 기판의 면상에 배열된 모든 회로부품들을 균일하게 냉각시키는 것이 불가능하다. 또한 종래의 액체냉각판 조립체에서는 냉각판이 냉각판에 형성된 냉매순환통로들을 통하여 흐르는 냉매에 의해 냉각되며, 또한 냉매순환통로내에 흐르는 액체냉매와 회로부품들과 접촉되는 액체냉각판 조립체의 면 사이에는 여전히 두꺼운 고체판 층이 남아있다.
본 발명의 목적은 인쇄회로기판의 휘임이나 편향이 방지됨은 물론 인쇄회로기판상에 장치된 전자회로 부품들에 기계적 장력이 미치지 않도록 배치된 액체냉각모듈들을 갖는 인쇄회로기판 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 각각의 열전달판의 열제거효율을 증가시키도록 충분한 양의 액체냉매가 각각의 전자회로부품들과 접촉되는 조립체의 각각의 열전달판들로 유도될 수 있는 액체냉각모듈들을 갖는 인쇄회로기판 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면 적어도 하나의 전자회로부품을 각각 장치하고 있는 제 1 및 제 2 면을 갖는 인쇄회로기판과, 인쇄회로기판의 제 1 및 제 2 면들상에 장치된 전자회로부품들에 의해 발생되는 열을 제거하기 위해 인쇄회로기판의 양면상에 배치되는 한쌍의 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들을 포함하는 인쇄회로기판 조립체가 제공된다. 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들 각각은 인쇄회로기판의 연관된 제 1 또는 제 2 면으로부터 간격을 두고 떨어져 있는 식으로 배치되어 액체냉매를 가압 순환시키기 위한 통로수단을 갖고 있는 냉각판과, 상기 냉각판과 그와 연관된 인쇄회로기판의 제 1 또는 제 2 면사이에서 전자회로부품과 사실상 일렬로 개재되며, 냉각판으로부터 공급되는 액체냉매에 의해 냉각되고 그리고 전자회로부품과 압접되도록 배치되어 있는 열전달판을 그의 일단부에 갖고 있는 탄성 열전달수단을 포함한다.
이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 양호한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1 도를 참조하면, 인쇄회로기판 조립체 20은 반도체 칩과 같은 전자회로 부품들 26이 장치되는 제 1 면 24a와 제 2 면 24b를 갖는 인쇄회로기판 22를 포함한다. 반도체 칩들은 비포장된 칩 또는 포장된 칩들일 수 있다. 전자회로 부품들 26은 도선 28에 의해 제 1 및 제 2 면들 24a와 24b의 도체들에 전기적으로 연결되어 있다.
인쇄회로기판 조립체 20은 또한 인쇄회로기판 22의 제 1 면 24a쪽에 제 1 액체냉각모듈 30a를 그리고 제 2 면 24b쪽에 제 2 액체냉각모듈 30b를 포함하고 있다. 제 1 및 제 2 액체냉각모듈 30a와 30b는 동일한 구성으로서 인쇄회로기판 22로부터 격리되어 떨어져서 배치된 액체냉각판 32와 탄성열전달 유니트 40을 갖고 있는데, 이들 각각은 각각 연결된 전자회로부품 26과 일렬로 배치되어 있다.
액체냉각판 32는 압력하에 인입되는 액체냉매통로 34a와 액체냉매 배출통로 34b를 갖고 있다. 액체냉각판 32는 또한 연관된 탄성 열전달 유니트 40으로 인입되는 액체냉매를 각각 공급하기 위한 액체냉매공급헤드 36을 갖고 있다 .
각 액체냉매공급헤드 36은 통로 34a로부터 각각의 연관된 탄성열전달 유니트 40으로 액체냉매를 공급하기 위한 노즐 38을 갖고 있다. 공급된 액체냉매는 제 2 도에 화살표로 가장 잘 보인 바와 같이 노즐 38을 통하여 배출된 후 통로 34b로 복귀한다.
각각의 탄성열 전달 유니트 40은 벨로우즈(bellows)로서 구성된 중공탄성부재 42를 갖고 있다. 그 벨로우즈의 일단은 연관된 액체냉각공급헤드 36의 구멍주위 어떤 위치에서 냉각판 32에 고정되어 적당한 밀봉 부재에 의해 밀봉되어 있다.
중공탄성 부재 42의 타단은 바람직하게 박판부재로서 형성되는 변형가능열전달부재 46이 고정되는 열전달판 44에 의해 단단히 밀폐되어 있다. 따라서 중공탄성부재 42내부는 액체냉매공급헤드 36과 상호 유통하는 액체냉매 입수실 48이 된다.
각각의 변형가능 열전달부재 46은 제 1 및 제 2 액체냉각모듈 30a와 30b가 제 1 및 제 2 면 24a와 24b양쪽에 전자회로 부품들 26이 배치된 인쇄회로기판과 압축 접촉상태가 될때 전자회로부품 26의 면에 고정된 열전달판 50과 긴밀한 접촉상태에 있게 된다. 결과적으로, 발생된 열은 열전달판 50과 변형가능 열전달부재 46을 통하여 액체냉매 공급헤드 36으로부터 공급되어 열전달판에 부딪치는 액체냉매에 의해 냉각되는 열전달판 44로 전달되기 때문에 제 1 및 제 2 액체냉각모듈 30a와 30b는 인쇄회로기판 22의 제 1 및 제 2 면 24a와 24b상의 전자회로부품들 26으로부터 발생된 열을 제거해 준다.
각각의 탄성 열전달 유니트 40의 중공의 탄성부재 42는 열전달부재 46을 통하여 열전달판 44와 50간에서 안정된 접촉을 보장해 주도록 적당한 탄성계수를 갖고 있는 한편 높이가 약간씩 다른 전자회로부품들 26의 열을 흡수할 수 있도록 종래의 형성, 용접 및 전기증착 방법들에 의해 제조된 금속벨로우즈 또는 예를 들어 테트라풀루오에티렌으로 제조된 비금속 벨로우즈중 어느 것일 수 있다. 그렇지 않으면, 중공탄성부재 42는 동일한 적당한 탄성을 갖는 종래의 격막소자로 구성될 수도 있다.
각각의 탄성열전달 유니트를 40의 열전달판들 44는 동이나 동합금과 같은 높은 열도전성 재료로 제조하는 것이 좋다. 다른 한편 그 열전달판 50은 전자회로부품 26의 열팽창 계수와 동일하거나 거의 같은 계수를 갖는 열도전 또는 열방출재로 제조되어야 한다.
예를 들어, 만일 전자회로 부품들 26이 실리콘 웨이퍼 반도체장치들이나 갈리움 아세닉웨이퍼 반도체장치들을 내포하는 집적회로칩들일 경우 열전달판들 50은 몰리브데늄이나 구리의 합성 또는 몰리브데늄으로 제조된다.
변형가능 열전달부재들 46은 전기절연 열도전성이어야 하며 양호한 변경가능성을 갖고 있어야 하고 또한 실리콘 고무와 같은 접착제나 알루미나와 베릴리아와 같은 금속산화물 충전제로 구성될 수 있어야 한다.
액체냉매는 물, 불활성탄소 또는 액체 금속일 수도 있고, 또한 초당 0.5 내지 3m범위의 속도로 액체냉매 공급헤드들의 각 노즐들 38로부터 공급되는 것이 좋다. 더우기, 각 노즐 38의 내경이 "D"라고 가정하면 각 노즐 38의 구멍 단부로부터 각 연관된 열전달판 44의 표면까지의 거리는 2D 내지 4D로 선택되며, 각 열전달판 44의 직경은 4D 내지 8D로 선택되어야 적당한 냉각효과가 각 전자부품들에 이루어질 수 있음이 보장된다. 충돌하는 제트 열전달계수는 10,000 내지 30,000Kcal/㎠.h.℃인 것이 좋다.
제 3 도는 제 1 도와 제 2 도에 보인 인쇄회로기판 조립체 20의 분해도이다. 인쇄회로기판 조립체 20은 요구된 바와 같이 지지체 프레임 56과 뒷면판 58에 의해 지지된다. 즉, 양측면 24a와 24b상에 다수의 전자회로 부품을 갖는 인쇄회로기판 22는 지지 프레임 56내에 꼭 끼워져 제 1 및 제 2 액체냉각모듈 30a와 30b에 의해 순서적으로 샌드위치된다. 그 다음, 뒷면판 58은 모듈중 하나 예를 들어 모듈30b의 외측에 끼워진다. 마지막으로 인쇄회로기판 22, 제 1 및 제 2 액체냉각모듈 30a와 30b, 지지프레임 56과 뒷면판 58은 모두 나사들에 의해 함께 단단히 조여진다. 제 3 도에서, 표시번호 52와 54는 적당한 파이프를 통해 수압펌프와 같은 액체냉매 공급원으로 연결될 수 있는 액체인입파이프와 방열기와 같은 열교환 유니트에 연결될 수 있는 액체냉매 출력파이프를 각각 나타낸다.
상술한 배치의 인쇄회로기판 조립체 20에 의하면, 접촉시키는 압출력이 인쇄회로기판 22의 양면에 작용하기 때문에 인쇄회로기판의 양면에 고밀도로 장치된 열을 발생하는 전자회로부품들 26이 기계장력에 의해 인쇄회로기판이 바람직하지 못하게 휘거나 편향되지 않으면서 한쌍의 제 1 및 제 2 액체매체 모듈 30a, 30b의해 효과적으로 냉각될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 전자회로부품들 26은 심한 기계적 장력을 받지 않기 때문에 전자회로부품들과 인쇄회기판간의 전기적인 연결을 안정상태로 유지시키는 것을 보장해준다.
열전달판 44와 50간에 변형가능 열전달부재 46을 설비해 줌으로써 양면판 44와 50의 표면이 평탄치 않을지라도 효과적으로 흡수할 수 있다.
제 4 도와 제 5 도는 본 발명의 인쇄회로기판 조립체 20의 다른 실시예를 나타낸다. 제 4 도와 제 5 도에서, 동일 소자와 부품에 대해서는 전도면과 동일번호를 부여한다.
제 4 도와 제 5 도의 본 실시예와 제 1 내지 3도에 보인 것간의 큰 차이는 본 실시예의 각 액체냉각판 132에 대해 제공된 액체냉매 순환시스템의 구성에 있다.
제 4 도와 제 5 도에서, 제 1 및 제 2 액체냉각모듈 30a와 30b의 각각의 액체냉각판 132는 연관된 탄성열전달 유니트 40의 각 액체냉매 입수실 48과 일렬로 배치되어 상호유통되도록 배치된 다수의 액체냉매실 134를 갖고 있다.
각 액체냉매실 134는 제 4 도와 제 5 도에 보인 바와 같이 각 액체냉각판 132의 평평한 면에 대해 수직으로 배치된 원통형 요홈으로 형성된다.
두개의 인접한 액채냉매실 134는 두인접 액체냉매실 134의 각 중심축들을 포함하는 평면에 놓여있는 액체 냉매통로 136에 의해 상호 연결된다.
액체냉매통로 136은 각 액체냉매실 134의 중심축에 대해 기울어져 있다. 즉, 통로 136의 일단은 두 인접 액체냉매실들 134의 밀폐된 단부의 인접한 위치에서 개방되어 있고 액체냉매통로 136의 타단은 다른 액체냉매실 134의 개방단부 부근에서 개방되어 있다. 액체냉매통로들 136의 이러한 경사진 배치는 후술되는 바와 같이 이 통로들 136의 제조를 간략화한다. 노즐 138은 각 액체냉매통로 136의 단부에 부착되어 있어 통로 136으로부터 중공탄성부재 42의 액체냉매 입수실 48로 액체냉매를 공급한다.
그러면 공급된 액체냉매는 열전달판 44상에 충돌하여 그 판을 냉각시킨다. 그 다음 역체냉매는 열전달판 44로부터 액체냉매실 134로 되돌아와 연속하는 액체냉매통로 13으로 순환한다. 그후, 액체냉매는 다시 연속하는 노즐 138에 의해 공급된다. 제 4 도에 보인 화살표를 갖는 점선들은 제 1 및 제 2 액체냉각모듈 30a와 30b내의 액체냉매의 순환을 나타낸다.
즉, 액체냉매실 134와 액체냉매통로들 136은 직선방향으로 교호로 그리고 일련으로 배치되기 때문에 동일한 양의 액체냉매는 예정된 압력하에서 액체냉각실들 134와 액체냉각통로들 136을 통하여 순환한다. 따라서, 일련으로 배치된 액체냉매 공급헤드를 36의 각 노즐들 138은 동일한 양의 액체냉매를 각 탄성열전달 유니트들 40의 각 열전달판들 44로 공급해준다.
결과적으로, 공급된 액체냉매에 의한 각 열전달판들 44로 가해진 냉각효과는 동일해 질 수 있다. 이는 액체냉매공급원(제 4 및 5도에 도시안됨)으로부터 공급되는 액체냉매의 에정된 압력을 적당히 바꾸고 싶을 경우 액체냉매의 유체속도와 흐름의 레이놀드수를 원하는 값으로 각각 세트시키는 것이 가능함을 의미한다.
제6a 내지 6f도는 제 4 및 제 5 도에 보인 실시예에서 적용된 액체냉각판 132의 제조방법을 나타낸 것이다.
제6a, 6c 및 6e도는 제조방법의 각 단계들에서 액체냉각판의 평면도이고, 한편 제6b, 6d 및 6f도는 각각 대응하는 횡단면도이다.
제조방법의 제 1 단계에서 액체냉각판 132의 블랭크(blank) 132'는 예를 들어 제6a 및 6b도에 보인 바와 같은 종래의 천공기에 의해 예정된 공간에 다수의 구멍들 134'로서 형성된다. 구멍들 134'는 액체냉각실들 134로서 사용되기 위한 것이다. 구멍들 134'의 배치는 물론 인쇄회로기판 22(제 4 도)상의 전자회로소자들 26(제 4 도)의 배치에 의해 변경될 수도 있다.
제조방법의 제 2 단계에서, 제6c 및 6d에 보인 바와 같이 액체냉매통로들 136으로 사용하기 위한 경사진 구멍들 136'는 종래의 드릴머신이나 천공기로 뚫거나 천공한다. 각 구멍들 136'의 경사도는 드릴링커터나 천공커터가 상기 각 구멍들 134'로 부터 이웃하는 구멍 134'의 바닥을 향해 완만하게 들어가도록 선택된다.
경사각은 모든 구멍들 136'에 대해 동일하게 하는 것이 중요하다.제조방법의 제 3 단계에서 제6e와 6f도에 보인 바와 같이 노즐들 138로서 사용되는 굽혀진 튜브들 138'는 경사진 구멍들 136'에 단단히 삽입되어 고정된다. 따라서 액체냉각판 132의 제조가 완료된다. 굽혀진 튜브들 138'는 별도의 제조공정에 의해 제공된다.
전술한 것으로부터 알 수 있는 바와 같이 액체냉각판 132의 제조는 종래의 천공기나 드릴머신을 사용하여 쉽게 달성될 수 있다. 만일 중심을 가공하는 등의 기계공구들을 고도로 자동화할 경우, 액체냉각판들 132의 대량생산이 간단하고도 저렴하게 달성될 수 있다.
완성된 액체냉각판 132는 탄성열전달 유니트들 40(제 4 도)과 조립되어 한세트의 액체냉각모듈 30a 또는 30b가 완성된다.
제 7 도 및 제 8 도는 본 발명의 인쇄회로기판 조립체 20의 또 다른 실시예를 나타낸다.
제 7 도 및 제 8 도에서 제 4 도 및 제 5 도의 것과 동일한 표시번호들을 동일 소자들과 부품들을 나타낸다. 그러므로, 이하 제 4 도 및 제 5 도에 보인것과 제 7 도 및 제 8 도에 보인 본 실시예간의 다른점에 대해서만 설명한다.
본 실시예에서, 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들 30a와 30b의 액체냉각판들 232에 구비된 액체냉각시스템은 액체냉매가 각각의 연관된 탄성 열전달 유니트들 40을 향해 각각의 액체냉매 공급헤드를 36으로부터 소용돌이치면서 공급되는 식으로 구성된다. 각 액체냉각판 232에서, 두 인접 원통형 요홈형 액체냉각삭 234와 상호 유동적으로 유통하는 액체냉매 통로 236은 액체냉매통로 236의 축이 두 인접한 액체냉각실 234의 축들중 어느것과도 교차하지 않는 식으로 형성된다. 즉, 다른한편, 두 인접한 액체냉각실 234의 축들을 포함하는 수직평면은 두 인접액체냉매실 234간에 연장되는 액체냉매통로 236의 축과 교차한다.
또한 액체냉매통로 236은 점선으로된 화살표로 보인 액체냉매의 순환방향에 대해 내측으로 경사져 있다.
결과적으로, 액체냉매통로 236의 일단 238은 두 인접한 액체냉매실 234중 한 액체냉매실 234의 상류측 밀폐된 단부에 인접한 위치에서 개방되어 있으며, 액체냉각통로236의 타단 240은 다른 냉각실 234의, 하류측 입구근처에서 개방되어 있다.
액체냉각판 232에 형성된 액체냉매통로들 236의 상술한 배치는 각각의 탄성열전달 유니트들 40의 각각의 액체냉매 입수실들 48내에서 각 단부들 240으로부터 액체냉매가 고속소용돌이 흐름형태로 공급되는 것을 가능하게 해준다.
결과적으로, 액체냉매의 소용돌이 흐름은 각 열전달판 44의 대부분의 표면과 접촉되므로 그에 의해 열전달판 44에 충분한 냉각효과를 가해준다. 따라서, 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들 30a와 30b의 냉각성능이 증대된다.
제 7 도 및 제 8 도의 실시예에서는 각 액체냉각공급헤드 36에 노즐소자를 제공할 필요가 없음을 알 수 있다.
액체냉매공급헤드 36각각으로부터의 완전 소용돌이 흐름은 그 다음 하류측의 인접한 액체냉매헤드 36으로 흐르기 때문에 본 실시예의 액체냉매의 순환시스템은 제 4 도 및 제 5 도의 실시예의 순환시스템과 유사한 순환시스템으로 할 수 있음을 또한 알 수 있다.
이 단계에서, 제 4 도 및 제 5 도 또는 제 6 도 및 제 7 도에 나타낸 바와같은 액체냉매의 일련의 순환시스템을 갖는 액체냉각모듈 30a 또는 30b는 인쇄회로기판의 한쪽면 상에만 장치된 집적회로침들과 같은 전자회로 부품들에 사용될 수 있음을 알아야 한다.
제 9 도는 제 4 도와 제 5 도의 실시예의 액체냉각모듈 30a가 인쇄회로기판 22'의 한쪽면 24'상에 장치된 집적회로칩들 26'를 냉각시키도록 사용되는 대표적인 케이스를 나타낸다.
다른 방법으로는 제 7 도 및 제 8 도의 실시예의 액체냉각보듈들 30a 또는 30b가 인쇄회로기판 22'의 한쪽면 24'상에 장치된 집적회로칩들 26'를 냉각시키도록 사용될 수도 있다.
제 10 도는 제 4 도 및 제 5 도, 제 7 도 및 제 8 도 그리고 제 9 도의 3가지 실시예들중 하나에 의한 공급원으로부터 액체냉각모듈 30a 또는 30b의 각 액체냉각판으로 차가운 액체냉매의 공급과 방열기와 같은 액체냉매 열교환기 유니트를 향하여 액체냉각판으로부터 방출되는 액체냉매의 수집을 실현시키는 액체 냉매순환 시스템을 개략적으로 보이고 있다.
액체냉매 순환 시스템은 액체주인입통로 300, 액체주출구통로 304, 그리고 다수의 액체 분지로들 302a 내지 302n을 포함한다. 액체주인입통로 300은 예정된 압력하에 차가운 액체냉매를 도입시키기 위해 수압펌프와 같은 액체냉매 공급원에 연결되어 있는 한편 액체주출구통로 304는 방열기와 같은 액체 냉매 열교환기 유니트에 연결되어 있다. 액체분지통로들 302a 내지 302n은 모두 액체주인입통로 300과 액체주출구 통로 304사이에 상호 병렬로 배치되어 연결되어 있다.
그러므로, 차가운 액체냉매는 주인입통로 300으로부터 각각의 분지통로들 302a 내지 302n으로 공급되어 각 분지통로들 302a 내지 302n으로부터 방출된 액체냉매는 수집되어 주출구통로 304에 의해 방출된다. 이 단계에서, 분지 통로들 302a 내지 302n의 각각을 따라 제 4 도 내지 제 9 도의 3실시예들의 전술한 설명에 기술된 다수의 액체냉매공급헤드를 36이 배치되어 있음을 알 수 있다.
액체분지통로들 302a내지 302n은 각각 상이한 곡률들을 갖는 둥근 분지 코너들에 의해 액체주인입통로 300에 연결되어 있다. 액체분지통로들 302a 내지 302n은 또한 각각 둥근 수집코너들에 의해 액체주출구통로 304에 연결되어 있다. 액체분지통로들 302a 내지 302n의 코너들의 각 곡률들은 제 10 도에서 "Ra"내지 "Rn"으로 각각 나타나 있다. 또한 모든 액체분지 통로들 302a 내지 302n은 동일한 횡단면적을 갖고 있고 바람직하게 직경 "d"를 갖는 원형횡단면을 갖고 있다.
본 발명에서, 액체순환시스템의 설계는 다음 공식이 성립되도록 한다.
Ra 〉 Rb 〉 …………………………… 〉 Rn (분자측) ……………… (1)
(Ra - Rn)/d ≒ 0.1 내지 0.2 ………………………………………… (2)
여기서 n은 액체분지통로들의 수이다.
제 10 도의 액체순환시스템에서, 액체주인입통로 300으로부터 각각의 액체분지통로들 302a 내지 302n으로의 각 분지코너들과 각각의 액체분지통로들 302a 내지 302n으로부터 액체주출구통로 304의 각 수집코너들에서 발생하는 헤드의 손실 hB, hG는 다음 공식 (3)과 (4)에 정의된다.
hB : S= ζB.S.V2 B.S/2g = KB, SQ2B, S ……………………………………… (3)
(s = a, b, ……………, n)
hG : S= ζG.S.V2B,S/2g = KG, SQ2mG, S ………………………………… (4)
여기서, G, S2는 헤드의 수집손실 계수이고, QmB, S는 액체주인입통로 300내의 유량이며, VB.S는 액체주인입로 300내의 유속이며, QmG, S는 액체주출구로 304내의유량이며, VG.S는 액체주출구통로 304내의 유속이며, g는 중력이다.
이 단계에서 헤드의 분지손실과 헤드이 수집손실 계수들은 인접한 두 액체분지통로간의 간격이 작을경우 액체냉매의 분지흐름들의 상호충돌에 의해 나쁜영향을 받는다. 그러나 두 계수들은 일반적으로 각각의 분지 및 수집코너들에서의 주 통로 및 분지통로들내의 유량의 비와 주통로 및 분지통로들의 횡단면적의 비와 각 분지통로들의 직경들에 대한 각 코너들의 곡률들의 비에 따라 좌우된다.
상술한 매개변수들을 변화시켜줌으로써 분지코너나 합류코너에서의 헤드손실계수를 구할수 있는 기본 데이타를 얻기 위해 실험을 하였다. 그 결과 다음과 같은 근사한 공식 (5)를 얻었다.
ζS= (ζ0+ αe-8R5/d) (QS/Qm.s)γ(As/Am)δ ………………………… (5)
(ζ0, α,β,γ 및 δ는 각각 상수임)
공식(5)에서 QS는 분지통로의 유량이며, AS는 분지통로의 횡단면적이며, Am은 주통로의 횡단면적이며, d는 분지통로의 횡단면적 AS에 대응하는 분지통로의 직경이며, RS는 주통로와 분지통로들간의 연결부에서 코너의 곡률이다.
AS, Am과 d는 제 10 도의 순환시스템의 일정한 구성과 순환시스템내의 액체냉매의 흐름이 연속되는 상태를 고려해서 상수인것으로 고려될 수 있으므로 그때 만일 액체 냉매가 각 분지통로 302a, 302b ……… 또는 302n으로 동일하게 분배된다고 가정하면, 다음 공식 (6)과 (7)을 얻을 수 있다.
ζB.S= KB(ζB.0+αBe-8BR B.S/d){1/(n-s+1)}'B …………………………… (6)
ζG.S= KG(ζG.0+ αGe-βGRG.S/d) (1/s)'G ……………………………… (7)
따라서,
hB.S= K'B(ζB.0+αBe-βBR B.S/d) (n-s+1)2-r B/n2………………………… (8)
그리고,
hG.S= K'G(ζG.0+αGe-β GSG.S/d) (s)2-rG/n2……………………………… (9)
더우기, 액체주인입 또는 주출구통로내의 튜브마찰 손실이 분지통로들의 마찰손실과 분지 및 합류손실들에 비해 아주 작다고 가정하면, ζB.S≒0, ζG.S≒0이다. 만일 각 분지통로에 대해 액체냉매가 동일하게 분배된다면,hB.a≒hB.b≒………≒ hB.n그리고 hG.a≒hG.b≒………≒hG.n이다.
따라서,
eβB.(RB.S- RB.S+1)/d= {(n-s+1)/(n-S)}2-rB ……………………………… (10)
그리고,
eβG.(RG.S- RG.S+1)/d≒ {(s/(s+1)}2-rG …………………………………… (11)
따라서,
(RB.a- RB.n)/d≒ (2-rB)/(βB.log.n (the branching side : 분자측) ……… (12)
(RG.a- RG.n)/d≒ (γG-2)/β.G.log.n (the junction side : 합류측) ……… (13)
공식(12)와 (13)은 공식 (2)와 동일한 양식임을 알 수 있다. 결론적으로, 각 코너들의 곡률들 Ra내지 Rn을 변경시킴으로써 각 액체분지통로들 302a와 302n의 유량에서 20%의 비균일성을 제거하는 것이 가능하다. 따라서, 모든 액체분지 통로들내에 흐르는 액체냉매의 냉각효과는 동일함은 물론 안정될 수 있다.
제 11 도는 액체냉각판의 액체냉매의 공급 및 수집을 실시하는 다른 개량된 액체냉매 순환 시스템을 개략적으로 나타낸다.
제 11 도의 액체냉매시스템은 모든 액체 분지통로를 302a 내지 302n을 상호 연결하기 위해 액체보조통로 306을 추가로 제공한 것으로 제 10 도의 시스템의 개량이다. 액체보조통로 306은 각 통로의 중간지점에서 각 액체분지통로들 302a 내지 302n을 수직으로 교차하도록 배치됨을 알 수 있다.
액체보조통로 306의 설비는 각 액체분지통로들 302a 내지 302n내의 액체냉매의 압력을 균등화시켜줌을 알 수 있다.
다른 방법으로, 하나 이상의 액체보조통로 306이 제공될 수도 있다. 더우기, 만일 바람직하다면, 액체보조통로나 통로들 306은 액체분지통로들 302a 내지 302n중 몇개만 상호 연결되도록 배치될 수도 있다.
본 발명의 양호한 실시예들의 전술한 설명으로부터 본 발명에 의해서 여기서 기술된 액체냉각모듈들을 구비하고 있는 연쇄회로기판 조립체는 우수한 냉각성능을 갖고 있으며 그뿐만 아니라 저렴한 제조비용으로 쉽게 제조될 수 있다.

Claims (18)

  1. 적어도 하나의 전자회로부품을 장치하기 위한 제 1 및 제 2 면들을 갖는 인쇄회로기판과, 그리고, 상기 인쇄회로기판의 상기 제 1 및 제 2 면상에 장치된 상기 전자회로 부품에 의해 발생된 열을 제거하기 위해 상기 인쇄회로기판의 양측면상에 배치되는 한쌍의 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들을 포함하는 인쇄회로기판의 조립체를 구성하되, 상기 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들 각각은 상기 인쇄회로기판의 상기 제 1 및 제 2 면들중 연관된 것으로부터 격리되어 떨어져 있는 식으로 배치되어 액체냉매를 가압순환시키기 위한 통로수단을 갖는 냉각판과, 그리고 상기 전자회로부품과 실제 일렬로 상기 인쇄회로기판의 상기 제 1 및 제 2 면들중 연관된 것과 상기 냉각판 사이에 게재되는 탄성열전달수단을 포함하며, 상기 탄성열전달 수단은 그의 일단부에 상기 냉각판으로부터 공급된 상기 액체냉매에 의해 냉각되는 열전달판을 갖고 있으며 상기 전자회로부품과 압출 접촉상태로 배치되는 것이 특징인 인쇄 회로기판 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 인쇄회로기판의 상기 제 1 및 제 2 면들상의 상기 전자회로부품은 상기 반도체칩의 상기 상부면의 표면적보다 더 큰 표면적을 갖는 방열판이 부착되는 상부면을 갖는 반도체칩을 포함하며, 상기 방열판은 연관된 상기 탄성열전달수단의 상기 열전달판과 압축접촉 상태에 있는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  3. 제 2 항에서, 상기 탄성열전달 수단의 상기 열전달판(44)과 상기 반도체칩의 상기 방열판간에 개재되는 열전달박판을 더 포함하며, 상기 열전달박판은 그위의 압축력에 의해 변형가능한 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 열전달 및 방출판들은 각각 금속으로 제조되며, 상기 개재되는 열전달박판은 전기적으로 절연재로 제조되는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  5. 제 1 항에서, 상기 인쇄회로기판의 상기 제 1 및 제 2 면들상에 장치되는 상기 전자회로부품은 연관된 상기 탄성 열전달 수단의 상기 열전달판과 압축접촉되는 상면을 갖는 비포장된 칩을 포함하는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  6. 제 5 항에서, 상기 노출칩의 상면과 연관된 상기 탄성열전달수단, 상기 열전달판 사이에 게재되는 열전달박판을 더 포함하며, 상기 열전달박판은 그 위의 압축작용에 의해 변형되는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  7. 제 6 항에서, 상기 비포장된 칩은 예정된 전압을 갖도록 상기 인쇄회로기판의 상기 제 1 및 제 2 면들상에 각각 장치되며 연관된 상기 탄성열전달수단과 상기 열전달판은 금속으로 제조되며, 상기 개재된 열전달박판은 전기적인 절연재로 제조되는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  8. 제 1 항에서, 상기 냉각판은 압력을 갖는 상기 액체냉매의 흐름을 상기 탄성열전달 수단으로 공급하기 위한 적어도 하나의 액체냉매를 구비하고 있어 그에 의해 상기 탄성 열전달수단의 상기 열전달판을 냉각시켜주는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  9. 제 8 항에서, 상기 탄성열전달수단은 가압하에 상기 액체냉매의 상기 흐름을 입수하기 위한 중공실을 그들 사이에 한정해주는 두개의 격리된 구멍단부들을 갖는 유연성 및 탄성 중공부재를 포함하되, 상기 두 격리된 구멍단부들중 하나는 상기 액체냉매 공급헤드수단 주위의 상기 냉각판에 연결되고, 다른 것은 상기 열전달판에 의해 밀폐되는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  10. 제 1 하에서, 다수의 전자회로부품들은 상기 인쇄회로기판의 상기 각각의 제 1 및 제 2 면들상에 장치되며, 각각의 상기 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들은 인쇄회로기판의 상기 제 1 및 제 2 면들중 연관된 것의 상기 다수의 전자회로부품들과 일렬로 배치된 다수의 탄성열전달 수단을 포함하며, 그리고 상기 제 1 및 제 2 의 각 액체냉각모듈들의 상기 냉각판은 상기 통로수단으로부터 관련된 상기 다수의 탄성열전달수단으로 상기 액체냉매의 흐름을 가압 공급하기 위한 상기 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들 각각의 연관된 상기 다수의 탄성열전달 수단과 일렬로 배치된 다수의 액체냉매 공급헤드 수단을 포함하는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 각 냉각판의 상기 액체냉매 공급헤드 수단 각각은 관련된 상기 각 탄성열전달 수단에 유체적으로 연결되고 연관된 상기 각 탄성열전달 수단의 상기 열전달판에 의해 밀폐되는 냉매실을 포함하되, 상기 냉매실은 가압하에 상기 액체냉매를 도입시키기 위한 액체냉매 인입수단과 가압하에 상기 액체냉매를 그로부터 방출하기 위한 액체냉매 출구수단을 구비하고 있는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  12. 제 11 항에서, 상기 다수의 액체냉매공급헤드 수단의 상기 액체냉매 인입수단은 연관된 상기 탄성열전달 수단의 상기 열전달판들을 향해 상기 액체냉매를 공급하기 위해 각각 액체냉매 인입노즐을 포함하되, 상기 액체냉매 인입노즐들은 상기 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들의 상기 각 냉각판들에 형성된 통로수단의 단부에 단단히 고정되어 있는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  13. 제 12 항에서, 상기 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들의 상기 냉각판들내에 형성된 상기 통로수단들은 연관된 상기 탄성열전달수단의 상기 열전달판들에 대해 수직선에 대해 모두 경사져서 상호 평행하게 배치되는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  14. 제 11 항에서, 상기 제 1 및 제 2 액체냉각 모듈들의 각 냉각판들의 상기 각 액체냉매실들은 연관된 상기 탄성열전달 수단의 상기 열전달판에 수직인 중심축을 갖는 원통형실이며, 상기 원통형 액체냉매실의 상기 액체냉매 인입수단은 상기 중심축을 포함하는 평면으로부터 분리된 평면에 배치되어 있어 상기 액체냉매인입수단은 상기 액체냉매를 가압하에 소용돌이치면서 상기 원통형 액체냉매실로 도입할 수 있는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  15. 제 11 항에서, 상기 액체냉매공급헤드 수단의 상기 액체냉매실들은 상기 인쇄회로기판의 상기 제 1 및 제 2 면들중 연관된 것과 평행한 직선을 따라 서로 일렬로 배치되어 있어 상기 냉각판의 상기 통로수단을 경유하여 상기 액체냉매 출구수단의 유통부와 인접한 두개의 상기 액체냉매실들의 상기 액체냉매 인입수단을 통하여 일련으로 서로 유체적으로 상호유통하는 한 세트의 액체냉매실들을 형성하는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  16. 제 15항에서, 상기 액체냉매실의 다수세트가 상기 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들의 상기 각각의 냉각판들과 서로 평행하게 배치되는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  17. 제 16항에서, 상기 다수 세트의 액체냉매실들은 추가의 통로수단에 의해 상호 유체적으로 연결되어 있어 동일양의 상기 액체냉매가 가압하에서 상기 다수세트의 액체냉매실들을 통하여 흐르는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
  18. 제 17 항에서, 상기 제 1 및 제 2 액체냉각모듈들의 각각의 상기 각 냉각판의 상기 각 세트들의 액체냉매실들은 상이한 곡률들을 갖는 각각의 제 1 연결코너들을 통하여 공통핵체 인입통로에 연결되며, 상이한 곡률들을 갖는 각 제 2 연결코너들을 통하여 공통액체출구통로에 연결되며, 상기 공통액체인입통로는 액체냉매 공급원에 유체적으로 연결되며, 상기 제 1 및 제 2 연결코너들중 적어도 하나의 상기 곡률들이 결정되어 상기 액체냉매의 동일양이 가압하에서 상기 액체냉매세트들 각각을 통하여 흐르는 것이 특징인 인쇄회로기판 조립체.
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