(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１表面（６）、第２表面（８）、複数の出入り口を有する少なくとも１つの熱吸収室（９）及び前記複数の出入り口のそれぞれに１つずつ接続された複数の放熱室（１０）を有するヒートスプレッダ（２）であって、前記少なくとも１つの熱吸収室（９）は前記第１表面（６）に熱接触しており、そして前記放熱室（１０）は前記第２表面（８）に熱接触し且つ前記少なくとも１つの熱吸収室（９）に流体接続している前記ヒートスプレッダ（２）と、
前記ヒートスプレッダ（２）の前記第１表面（６）に熱接触して配置された少なくとも１つの半導体回路（１）と、
前記熱吸収室（９）及び前記放熱室（１０）を満たす冷却流体（１３）と、
前記冷却流体（１３）を流動させる少なくとも１つのアクチュエータ（３）と、
前記冷却流体（１３）が複数の流れのパターンで前記少なくとも１つの熱吸収室（９）を通って流動されるように前記少なくとも１つのアクチュエータ（３）のための少なくとも１つの制御信号を発生するコントローラ（１９）とを備え、
更に、
前記半導体回路若しくは前記第１表面の平均温度を調べる手段と、
前記平均温度よりも高い温度を有する前記半導体回路上の少なくとも１つのホット・スポットの位置を調べる手段と、
前記第１表面上の規定位置に対して前記ホット・スポットの前記調べられた位置をマッピングする手段とを備え、
前記コントローラは、
前記マッピングされた前記ホット・スポットの位置を通過するように１つの放熱室から前記熱吸収室を通り他の放熱室に至る前記冷却流体の第１の流れのパターンを発生するための第１の制御信号を前記アクチュエータに供給し、
前記冷却流体をこれが流れ出した元の放熱室に戻すために、前記他の放熱室から前記熱吸収室を通り前記１つの放熱室に至る前記冷却流体の第２の流れのパターンを発生するための第２の制御信号を前記アクチュエータに供給し、前記第１の制御信号と前記第２の制御信号を交互に発生する、冷却装置。
【請求項２】
前記熱吸収室（９）及び前記放熱室（１０）に網目構造が設けられ、前記熱吸収室の網目構造は高密度であり、前記放熱室の網目構造は低密度である、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記ヒートスプレッダ（２）が、少なくとも２つの放熱室（１０ａ、１０ｂ）及び少なくとも２つのアクチュエータ（３）を有し、前記コントローラ（１９）が２つの互いに異なる流れのパターンを使用して前記冷却流体（１３）を流動させ、第１の流れのパターンにおいて、第１放熱室（１０ａ）から前記少なくとも１つの熱吸収室（９）を通り第２放熱室（１０ｂ）に至る前記冷却流体（１３）の流れが生成され、第２の流れのパターンにおいて、前記第２の放熱室（１０ｂ）から前記少なくとも１つの熱吸収室（９）を通り前記第１放熱室（１０ａ）に至る前記冷却流体（１３）の流れが生成される、請求項１記載の冷却装置。
【請求項４】
前記ヒートスプレッダ（２）が、４つの放熱室（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ）及び少なくとも２つのアクチュエータ（３）を有し、前記コントローラ（１９）が、４つの互いに異なる流れのパターンを使用して前記冷却流体（１３）を流動させ、第１の流れのパターンにおいて、第１放熱室（１０ａ）から前記少なくとも１つの熱吸収室（９）を通り第３放熱室（１０ｃ）に至る前記冷却流体の流れが生成され、第２の流れのパターンにおいて、第２放熱室（１０ｂ）から前記少なくとも１つの熱吸収室（９）を通り第４放熱室（１０ｄ）に至る前記冷却流体の流れが生成され、第３の流れのパターンにおいて、前記第３放熱室（１０ｃ）から前記少なくとも１つの熱吸収室（９）を通り前記第１放熱室（１０ａ）に至る前記冷却流体の流れが生成され、第４の流れのパターンにおいて、前記第４放熱室（１０ｄ）から前記少なくとも１つの熱吸収室（９）を通り前記第２放熱室（１０ｂ）に至る前記冷却流体の流れが生成される、請求項１記載の冷却装置。
【請求項５】
前記ヒートスプレッダ（２）が、前記少なくとも１つの熱吸収室（９）の周りに放射状に配置され且つそれぞれがアクチュエータ（３）を有する複数の放熱室（１０）を有し、
そして前記コントローラ（１９）が、複数の互いに異なる流れのパターンを使用して前記冷却流体（１３）を流動させて、前記少なくとも１つの熱吸収室（９）を通る放射状方向で前記冷却流体（１３）を往復移動させる、請求項１記載の冷却装置。
【請求項６】
前記ヒートスプレッダ（２）が、前記少なくとも１つの熱吸収室（９）及び少なくとも２つの放熱室（１０）からなる流体的に相互接続された複数の室のネットワークを含み、
前記ネットワークが前記少なくとも１つのアクチュエータ（３）にそれぞれ接続された複数の流路を有し、そして前記コントローラ（１９）が、複数の流れのパターンを使用して前記ネットワークの少なくとも２つの互いに異なる流路に沿って前記冷却流体（１３）を流動させる、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの放熱室（１０）が、前記少なくとも１つのアクチュエータ（３）に結合された少なくとも１つの膜（２０）を有し、前記少なくとも１つのアクチュエータ（３）が、前記少なくとも１つの放熱室（１０）から若しくは前記少なくとも１つの放熱室（１０）へ前記冷却流体を流動させるように前記少なくとも１つの膜（２０）を動作させる、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記冷却装置が、前記半導体回路の温度を検出する少なくとも１つの第１温度検出器を有し、前記少なくとも１つの第１温度検出器が前記コントローラ（１９）に結合されており、そして前記コントローラ（１９）が、前記半導体回路の検出された温度に基づいて、少なくとも１つの制御信号を発生する、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記冷却装置が更に、前記少なくとも１つの放熱室（１０）の温度を検出する少なくとも１つの第２温度検出器を有し、前記少なくとも１つの第２温度検出器が前記コントローラ（１９）に結合され、そして前記コントローラ（１９）が、前記少なくとも１つの放熱室（１０）の検出された温度に基づいて、少なくとも１つの制御信号を発生する、請求項８に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記半導体回路が、それぞれに温度検出器が設けられている複数の領域を有し、前記複数の温度検出器が前記コントローラ（１９）に結合されており、そして前記コントローラ（１９）が、前記複数の領域のうちの少なくとも１つの領域に対応する少なくとも１つのホット・スポット（２１）を位置を同定する、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記ヒートスプレッダ（２）が、それぞれに温度検出器が設けられている複数の放熱室を有し、前記複数の温度検出器が前記コントローラ（１９）に結合されており、そして前記コントローラ（１９）が、前記ヒートスプレッダ（２）の少なくとも１つの低温の放熱室を同定し、前記少なくとも１つの低温の放熱室は前記複数の放熱室の平均温度よりも低い温度を有し、そして前記コントローラ（１９）が、前記冷却流体（１３）の流れが前記少なくとも１つの流れのパターンで前記少なくとも１つの低温の放熱室を源としてここから始まるように前記少なくとも１つの同定された低温の放熱室に基づいて少なくとも１つの制御信号を発生する、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記ヒートスプレッダ（２）が、少なくとも２つの物理的に互いに分離された前記冷却流体（１３）の流路を有し、第１の流れのパターンにおいて、前記冷却流体（１３）が第１の流路を使用して前記熱吸収室（９）を通って流動され、そして第２の流れのパターンにおいて、前記冷却流体（１３）が第２の流路を使用して前記熱吸収室（９）を通って流動される、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記第２表面は、前記第１表面よりも大きく且つ外部冷却媒体に接し、
前記熱吸収室及び前記放熱室は、流体相互接続により接続されており、そして
前記放熱室は、前記アクチュエータに接続されて前記冷却流体の第１の流れのパターン若しくは前記冷却流体の第２の流れのパターンを生じるポンプ素子を有する、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのポンプ素子が、前記少なくとも１つの放熱室（１０）内に配置された少なくとも１つの膜（２０）を有する、請求項１３に記載の冷却装置。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの熱吸収室（９）若しくは前記放熱室（１０）が、少なくとも１つの室壁を有し、該室壁が、該室壁及び前記冷却流体（１３）の間の熱交換を増大するための表面積増大構造を有する、請求項１３又は請求項１４に記載の冷却装置。
【請求項１６】
前記熱吸収室（９）が、前記冷却流体（１３）を流すための互いに物理的に分離された少なくとも２つの流路を有する、請求項１３乃至請求項１５のいずれか１項に記載の冷却装置。
【請求項１７】
前記熱吸収室（９）が、少なくとも４つの流体相互接続（１１）のための少なくとも４つの出入り口を有し、前記出入り口のそれぞれが前記熱吸収室（９）の前記少なくとも４つの出入り口の遠い方の１つの出入り口に流体的に接続されている、請求項１６に記載の冷却装置。
【請求項１８】
第１表面（６）、第２表面（８）、複数の出入り口を有する少なくとも１つの熱吸収室（９）及び前記複数の出入り口のそれぞれに１つずつ接続された複数の放熱室（１０）を有するヒートスプレッダ（２）であって、前記少なくとも１つの熱吸収室（９）は前記第１表面（６）に熱接触しており、そして前記放熱室（１０）は前記第２表面（８）に熱接触し且つ前記少なくとも１つの熱吸収室（９）に流体接続している前記ヒートスプレッダ（２）と、
前記ヒートスプレッダ（２）の前記第１表面（６）に熱接触して配置された少なくとも１つの半導体回路（１）と、
前記熱吸収室（９）及び前記放熱室（１０）を満たす冷却流体（１３）と、
前記冷却流体（１３）を流動させる少なくとも１つのアクチュエータ（３）と、
前記冷却流体（１３）が複数の流れのパターンで前記少なくとも１つの熱吸収室（９）を通って流動されるように前記少なくとも１つのアクチュエータ（３）のための少なくとも１つの制御信号を発生するコントローラ（１９）とを備える冷却装置を制御する方法であって、
前記冷却装置は、更に、
前記半導体回路若しくは前記第１表面の平均温度を調べる手段と、
前記平均温度よりも高い温度を有する前記半導体回路上の少なくとも１つのホット・スポットの位置を調べる手段と、
前記第１表面上の規定位置に対して前記ホット・スポットの前記調べられた位置をマッピングする手段とを備え、
前記コントローラが、
前記マッピングされた前記ホット・スポットの位置を通過するように１つの放熱室から前記熱吸収室を通り他の放熱室に至る前記冷却流体の第１の流れのパターンを発生するための第１の制御信号を前記アクチュエータに供給するステップと、
前記冷却流体をこれが流れ出した元の放熱室に戻すために、前記他の放熱室から前記熱吸収室を通り前記１つの放熱室に至る前記冷却流体の第２の流れのパターンを発生するための第２の制御信号を前記アクチュエータに供給し、前記第１の制御信号と前記第２の制御信号を交互に発生するステップとを行う方法。
【請求項１９】
前記半導体回路が、それぞれに温度検出器が設けられている複数の領域を有し、前記複数の温度検出器が前記コントローラ（１９）に結合されており、そして前記コントローラ（１９）が、前記複数の領域のうちの少なくとも１つの領域に対応する少なくとも１つのホット・スポット（２１）を位置を同定する、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記ヒートスプレッダ（２）が、それぞれに温度検出器が設けられている複数の放熱室を有し、前記複数の温度検出器が前記コントローラ（１９）に結合されており、そして前記コントローラ（１９）が、前記ヒートスプレッダ（２）の少なくとも１つの低温の放熱室を同定し、前記少なくとも１つの低温の放熱室は前記複数の放熱室の平均温度よりも低い温度を有し、そして前記コントローラ（１９）が、前記冷却流体（１３）の流れが前記少なくとも１つの流れのパターンで前記少なくとも１つの低温の放熱室を源としてここから始まるように前記少なくとも１つの同定された低温の放熱室に基づいて少なくとも１つの制御信号を発生する、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却装置、一体型ヒートスプレッダ（放熱装置）及び熱発生コンポーネントを冷却する方法に関する。詳細に言うならば、本発明は、第１表面、第２表面、少なくとも１つの熱吸収室及び少なくとも１つの放熱室を含み、少なくとも１つの熱吸収室が第１表面と熱的に接触し、そして少なくとも１つの放熱室が第２表面と熱的に接触し且つ少なくとも１つの熱吸収室に流体的に結合されているヒートスプレッダを備える冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な熱発生コンポーネント具体的には半導体回路の冷却は、多年にわたって重要な事項であった。トランジスタの密度及びマイクロプロセッサの消費電力が連続的に増大するにつれて、低コストで且つ更に小型のマイクロプロセッサ用冷却装置が、更なる性能の向上のために望まれてきた。特にマイクロプロセッサにおける１つの問題は、熱が、制限された物理的空間内で発生されることである。従って、効果的な冷却のためには、熱は更に効率的な冷却のために更に大きな面積に亘って放散される必要がある。
【０００３】
熱発生コンポーネントを冷却する技法の例は、強制的に空気を対流させることである。例えば、現在のコンピュータ・システムの多くのプロセッサは、プロセッサにより発生された熱を大きな表面に亘って伝え、次いで電気的なファンを使用して強制的に流される空気流により冷却されるヒートスプレッダにより冷却される。
【０００４】
特許文献１は、２枚の板部材の間に流体が密封されそして平坦な面において流体の多相の流れを起こさせるポンプ機構を使用するヒートスプレッダを示している。ヒートスプレッダに接触する電子コンポーネントからの熱エネルギーは、コアの領域から移動流体を介して全体のヒートスプレッダに、次いでヒートシンクに放散される。２枚の板部材相互間に配置されている表面積増大形状が、第１の金属板から流体への熱エネルギーの伝達を助ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／００１７６５９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の技術において熱発生コンポーネントから大きな面への改良された熱の流れが得られるが、熱発生コンポーネントを冷却するための更に改善された方法及び装置を提供することが望まれている。特に、更に大電力の熱発生コンポーネントの冷却を可能とするために、ヒートスプレッダの冷却効率が増大されることが望ましい。逆にいうと、所定の熱発生コンポーネントの冷却装置により使用されるエネルギーは、全体的なエネルギー効率を改善するために減少されねばならない。更に、種々な負荷を伴う複数の熱源又は熱源のネットワークから成るシステムを冷却する方法及び装置を実現することが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様の実施例に従うと、冷却装置が提供される。この冷却装置は、第１表面、第２表面、少なくとも１つの熱吸収室及び少なくとも１つの放熱室を有し、少なくとも１つの熱吸収室が第１表面と熱的に接触し、そして少なくとも１つの放熱室が第２表面と熱的に接触し且つ少なくとも１つの熱吸収室に流体的に結合されているヒートスプレッダを備える。更に、冷却装置は、ヒートスプレッダの第１表面に熱的に接触して配置されている少なくとも１つの熱発生コンポーネント、熱吸収室及び放熱室の少なくとも一部に充填された冷却流体、冷却流体を流動させる少なくとも１つのアクチュエータ並びに冷却流体が複数の流れのパターンを使用して少なくとも１つの熱吸収室を通って流動されるように少なくとも１つのアクチュエータのための少なくとも１つの制御信号を発生するコントローラを有する。
【０００８】
熱吸収室及びこの熱吸収室から分離された放熱室を有するヒートスプレッダを準備し、熱吸収室及び放熱室を互いに流体的に結合させ、冷却流体を流動させるコントローラを設けることにより、熱吸収室を通る冷却流体の制御された流れが発生される。熱吸収室及び放熱室を離して配置することは、ヒートスプレッダに含まれる冷却流体の量を減少し、かくしてポンプ対ヒートスプレッダの体積の比の減少をなくする可能性を与え、そして流体の温度が放熱室への経路で減少することを防ぐ。これらのコンポーネントを離して配置することは、これらをモジュール・コンポーネントで実現することにより製造及び一体化の過程における融通性を与える。
【０００９】
第１の態様の実施例に従うと、冷却流体は、少なくとも１つの熱吸収室及び少なくとも１つの放熱室の間で往復移動する。冷却流体を熱吸収室及び放熱室の間で往復移動させることにより、２つの室相互間での冷却流体の制御された移動及び交換が実現され、かくして熱を第１表面から第２表面に伝達する。この場合、ヒートスプレッダが２つの放熱室及び少なくとも２つのアクチュエータを有し、そしてコントローラが２つの互いに異なる流れのパターンを使用して冷却流体を往復移動させるようにされており、ここで、第１の流れのパターンにおいて、第１放熱室から少なくとも１つの熱吸収室を通り第２の放熱室に至る流れが生成され、そして、第２の流れのパターンにおいて、第２の放熱室から少なくとも１つの熱吸収室を通り第１の放熱室に至る流れが生成されることが望ましい。このようにして、冷却流体は、２つの放熱室相互間で往復移動して移動し、交互にいずれか１つの放熱室に熱を移動させ、一方この間、熱吸収室は連続的に冷却される。
【００１０】
これの代わりに、ヒートスプレッダは、４つの放熱室及び少なくとも２つのアクチュエータを備え、そしてコントローラは、４つの互いに異なる流れのパターンを使用して冷却流体を往復移動し、ここで、第１の流れのパターンにおいて、第１放熱室から少なくとも１つの熱吸収室を通り第３放熱室に至る冷却流体の流れが生成され、第２の流れのパターンにおいて、第２放熱室から少なくとも１つの熱吸収室を通り第４放熱室に至る冷却流体の流れが生成され、第３の流れのパターンにおいて、第３放熱室から少なくとも１つの熱吸収室を通り第１放熱室に至る冷却流体の流れが生成され、そして第４の流れのパターンにおいて、第４放熱室から少なくとも１つの熱吸収室を通り第２放熱室に至る冷却流体の流れが生成されることが望ましい。
【００１１】
４つの放熱室及び４つの流れのパターンを使用することにより、冷却流体は、熱吸収室を通るように、第１放熱室又は第３放熱室から交互に送り出され、そして第２放熱室又は第４放熱室から交互に送り出されるようにポンプされる。従って、熱吸収室を流れる一定な流れが発生されている間、冷却流体の一部は、少なくとも１つの放熱室中で常に停止しており、ここでそれのエネルギーを放出する。
【００１２】
更なる代替形態として、ヒートスプレッダは、それぞれがアクチュエータを備え且つ少なくとも１つの熱吸収室の周りにほぼ放射状に配置される複数の放熱室を備えることが望ましく、そしてコントローラが複数の互いに異なる流れのパターンを使用して冷却流体を往復移動させて、少なくとも１つの熱吸収室を流れ且つほぼ放射方向にに往復移動する冷却流体の流れを生成する。
【００１３】
少なくとも１つの熱吸収室を流れる放射状の冷却流体の往復移動を生成することにより、熱吸収室の中央部は冷却流体の一定な流れにより常に冷却され、一方複数の放熱室の１つに一時的に蓄えられる冷却流体の部分は停止状態にあり、この停止状態の間に熱吸収室から伝達された熱を放散する。
【００１４】
第１の態様の更なる実施例に従うと、ヒートスプレッダは、少なくとも１つの熱吸収室及びこの熱吸収室に流体的に相互接続されている少なくとも２つの放熱室と、それぞれが少なくとも１つのアクチュエータに接続されている複数の流路とを備える流体的に相互接続された室のネットワークを有し、そしてコントローラは、複数の流れのパターンを使用してネットワークの流路のうち少なくとも２つの互いに異なる流路を使用して冷却流体を往復移動させる。
【００１５】
ネットワーク中に流体的に相互接続された多数の室を例えばアレイのように配置することにより、熱は、望まれるより効率的な冷却を実現するために、室相互間でネットワーク中を冷却流体が複数の流路に沿って流れることにより伝達される。具体的にいうと、少なくとも２つの互いに異なる放熱室を使用することにより、熱は、複数の流れのパターンのそれぞれにおいてこのパターンにより指定される放熱室へパターン毎に交互に配分されることができる。
【００１６】
第１の態様の更なる実施例に従うと、少なくとも１つの熱吸収室は、少なくとも１つのアクチュエータに結合された少なくとも１つの膜を有し、このアクチュエータは、少なくとも１つの放熱室から若しくは少なくとも１つの放熱室へ冷却流体を往復移動させるために少なくとも１つの膜を動作させる。アクチュエータに結合されている膜を使用することにより、少なくとも１つの放熱室は、この放熱室から若しくはこの放熱室へ冷却流体を往復移動させるためのポンプとして働く。
【００１７】
第１の態様の更なる実施例に従うと、冷却装置は、熱発生コンポーネントの温度を検出する少なくとも１つの第１温度検出器を含み、この少なくとも１つの第１温度検出器はコントローラに結合され、そしてコントローラは、熱発生コンポーネントの検出された温度に基づいて少なくとも１つの制御信号を発生する。熱発生コンポーネントからコントローラへ帰還信号を与えるための第１温度検出器を設けてこれを使用することにより、冷却装置の冷却能力は、熱発生コンポーネントの実際の温度に適応することができる。
【００１８】
この場合、冷却装置は更に、少なくとも１つの放熱室の温度を検出する少なくとも１つの第２温度検出器を含み、この少なくとも１つの第２温度検出器はコントローラに接続されることが望ましく、そしてコントローラは、少なくとも１つの放熱室の検出された温度に基づいて、少なくとも１つの制御信号を発生する。放熱室からコントローラへ帰還信号を与える第２温度検出器を設けてこれを使用することにより、冷却装置の冷却性能は、熱発生コンポーネント及び放熱室の間の実際の温度差に適応することができる。
【００１９】
第１の態様の更なる実施例に従うと、熱発生コンポーネントは、複数の領域及び各領域の温度を検出する温度検出器を含み、複数の温度検出器はコントローラに結合され、そしてコントローラは、複数の領域のうち少なくとも１つの領域に対応する少なくとも１つのホット・スポットを同定（認識）し、この少なくとも１つのホット・スポットは、複数の領域の平均温度よりも高い温度を有するものであり、そしてコントローラは、冷却流体の流れが少なくとも１つの流れのパターンで少なくとも１つのホット・スポットに向けられるように、少なくとも１つの同定されたホット・スポットの温度に基づいて少なくとも１つの制御信号を発生する。
【００２０】
ホット・スポットを同定（検出）するための複数の温度検出器を使用することにより、熱発生コンポーネントにより発生される熱の空間的分布が、コントローラにより認識され、これによりホット・スポットに向けられる流れのパターンがコントローラ１９により生成される。
【００２１】
第１の態様の更なる実施例に従うと、ヒートスプレッダは、複数の領域及び各領域の温度を検出する温度検出器を含み、複数の温度検出器はコントローラに結合され、そしてコントローラは、ヒートスプレッダの少なくとも１つの低温領域を同定（認識）し、この少なくとも１つの低温領域は、複数の領域の平均温度よりも低い温度を有するものであり、そしてコントローラは、冷却流体の流れが少なくとも１つの流れのパターンにおいて少なくとも１つの低温領域を源としてここから引き出されるように、少なくとも１つの同定された低温領域の温度に基づいて少なくとも１つの制御信号を発生する。
【００２２】
ヒートスプレッダの低温領域を同定する複数の温度検出器を使用することにより、ヒートスプレッダの放熱の空間的分布がコントローラにより認識され、この結果、低温領域を源としてここから引き出される冷却流体の流れのパターンがコントローラ１９により生成される。
【００２３】
第１の態様の更なる実施例に従うと、ヒートスプレッダは、冷却流体を通すための互いに物理的に分離された少なくとも２つの流路を含み、第１の流れのパターンにおいて、冷却流体は第１の流路を使用して熱吸収室を通るように流動され、そして第２の流れのパターンにおいて、冷却流体は第２の流路を使用して熱吸収室を通るように流動される。
【００２４】
複数の互いに異なる流れのパターンに関連づけされて冷却流体を通す物理的に分離された冷却流路を使用することにより、特定の流れのパターンで使用される冷却流体は、別の流れのパターンの冷却流体を混合されず、放熱室及び熱吸収室が互いに相互接続されたネットワークの熱の分布を改善する。
【００２５】
本発明の第２の態様の実施例に従うと、一体型のヒートスプレッダが提供される。この一体型のヒートスプレッダは、熱発生コンポーネントに接する第１表面を有する少なくとも１つの熱吸収室及び外部冷却媒体に接し且つ第１表面よりも大きな第２表面を有する少なくとも１つの放熱室を有する。更に一体型ヒートスプレッダは、少なくとも１つの熱吸収室及び少なくとも１つの放熱室を少なくとも部分的に満たす冷却流体、少なくとも１つの熱吸収室及び少なくとも１つの放熱室の間に設けられた少なくとも１つの流体相互接続、並びに冷却流体を強制的に移動させることにより少なくとも１つの熱吸収室及び少なくとも１つの放熱室の間に複数の流れのパターンを生成する少なくとも１つのポンプ素子を含む。
【００２６】
少なくとも１つの熱吸収室、少なくとも１つの放熱室、冷却流体、少なくとも１つの流体相互接続並びに熱吸収室及び放熱室の間に互いに異なる種々な流れのパターンを生成する少なくとも１つのポンプ素子を有するヒートスプレッダを提供することにより、熱発生コンポーネントのための自給型の冷却システムが生成される。
【００２７】
第２の態様の更なる実施例に従うと、少なくとも１つのポンプ素子は、少なくとも１つの放熱室に配置された少なくとも１つの膜を有する。少なくとも１つの放熱室に膜を設けることにより、一体型ヒートスプレッダの内部のポンプ機構が実現される。
【００２８】
第２の態様の更なる実施例に従うと、少なくとも１つの熱吸収室若しくは放熱室は、少なくとも１つの室壁を有し、この室壁は、この室壁と冷却流体との間の熱交換を増大するための表面積増大形状を有する。例えば網目構造のような表面積増大形状を有する室壁は、ヒートスプレッダを通る熱の流れを増大する。
【００２９】
第２の態様の更なる実施例に従うと、熱吸収室は、冷却流体のための物理的に分離された少なくとも２つの流路を有する。少なくとも１つの熱吸収室に物理的に分離された少なくとも２つの流路を設けることにより、互いに異なる流れのパターンの冷却流体の意図されない混合が減少され得る。
【００３０】
第２の態様の更なる実施例に従うと、熱吸収室は少なくとも４つの流体相互接続のための少なくとも４つの出入り口を有し、各出入り口は熱吸収室の少なくとも４つの出入り口の遠い方の１つの出入り口に流体的に接続される。複数の出入り口を有する放熱室の各出入り口をただ１つの他の出入り口に接続することにより、熱吸収室を通る物理的に分離された複数の流路がもたらされる。
【００３１】
本発明の第３の態様の実施例に従うと、冷却流体を含む複数の室を有するヒートスプレッダの第１表面に熱的に接触する熱発生コンポーネントを冷却する方法が提供される。この方法は、
熱発生コンポーネントの温度若しくは第１表面の平均温度を調べるステップと、
前記調べられた平均温度よりも高い温度を有する熱発生コンポーネント上の少なくとも１つのホット・スポットの位置を調べるステップと、
ヒートスプレッダの第１表面上の規定位置に対して少なくとも１つのホット・スポットの前記調べられた位置をマッピングするステップと、
前記マップされた位置を通過するように複数の室を通る冷却流体の第１の流れのパターンを発生するための少なくとも１つの第１の制御信号を発生するステップと、
冷却流体をこれが流れ出した元の位置に戻すために、複数の室を通る冷却流体の第２の流れのパターンを発生する少なくとも１つの第２制御信号を少なくとも１つの第１信号と交互に発生するステップと、を含む。
【００３２】
第３の態様に従う方法のステップを行うことにより、熱発生コンポーネントのホット・スポットの効率的は冷却が達成され得る。
【００３３】
第３の態様の更なる実施例に従うと、第１の流れのパターンと交互に行われる第２の流れのパターンにおいて、冷却流体は、マップされたホット・スポットの位置を通過する。第２の流れのパターンにおいて、少なくとも１つのホット・スポットにマップされた位置を通過することにより、ホット・スポットの連続的な冷却が達成され得る。
【００３４】
第３の態様の実施例に従うと、この方法は更に、複数の室のうち、調べられた平均温度よりも低い温度を有する少なくとも１つの室を調べるステップを含み、ここで、少なくとも１つの第１制御信号を発生するステップにおいて、平均温度よりも低い温度を有することが調べられた少なくとも１つの室を源としてここから冷却流体の第１の流れのパターンが開始される。平均温度よりも低い温度を有する室を源としてここから第１の流れのパターンを開始することにより、熱発生源は、可能な最も低い温度まで冷却される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例に従う冷却装置の断面図である。
【図２】本発明の実施例に従う一体型のヒートスプレッダの断面図である。
【図３】本発明の他の実施例に従う熱吸収室を通る種々な流れのパターンを示す図である。
【図４】本発明の実施例に従う冷却装置及び幾つかの熱発生コンポーネントを含むブレード・モジュールを示す図である。
【図５】複数のブレードを含むブレード・システムの断面図である。
【図６】複数の薄いファクタ・ブレードを含むブレード・システムの断面図である。
【図７】複数の熱発生コンポーネントを含む熱ネットワークを示す図である。
【図８】本発明の実施例に従う２つの別々の流路を有する放熱室を示す図である。
【図９】本発明の実施例に従う４つの別々の流路を有する放熱室を示す図である。
【図１０】本発明の実施例に従う図８の放熱室を使用する冷却装置を示す図である。
【００３６】
図において、同じ参照番号は、種々な実施例において同じ素子を示す。更に、数字に添付してある文字は、同様な素子の群の個別的素子を区別するために使用される。以下の説明においてこのような区別が行われていない場合、一群の中のいずれかの素子を指し示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、プロセッサ１，ヒートスプレッダ２並びに２つのアクチュエータ３ａ及び３ｂを有する冷却装置の断面を示す。アクチュエータ３は、コントローラ１９に接続されそしてこれにより駆動され、このコントローラ１９は、熱冷却装置若しくはプロセッサの一体的な部分でもよく又はこれらから分離されていてもよい。プロセッサ１は、このプロセッサ１に電気的エネルギー及びデータを与えるための電気的コンタクトを有するソケット４に装着されている。代表的には、プロセッサ１は、いわゆるボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）に配列された多数のコンタクト例えば数百のコンタクトを有する。プロセッサ１は、他の周知の任意の技法により印刷回路板（ＰＣＢ）上に直接的若しくは間接的に装着され得る。
【００３８】
プロセッサ１は、このプロセッサ１内に含まれるトランジスタ及び他の回路により発生される熱エネルギーを発散するのに使用される上面５を有する。プロセッサ１の上面５は、ヒートスプレッダ２の第１表面６に直接物理的に且つ熱的に接触している。上面５及び第１表面６は寸法がほぼ同じであり、例えば約１ｃｍ２の面積を有し得る。又、ヒートスプレッダ２は、複数個のエアー・フィン７を有し、これらのフィンは第２表面８を構成する。第２表面８は第１表面６よりも遙かに大きい。例えば、第２表面８は、ヒートスプレッダのフットプリントが約１００ｃｍ２の場合約１０００ｃｍ２の面積を有する。第２表面８は図１に示していない冷却ファンによる冷却媒体により冷却され得る。
【００３９】
第１表面６から第２表面８への迅速且つ効率的な熱伝達を行わせるため、ヒートスプレッダ２は、熱吸収室９並びに２つの放熱室１０ａ及び１０ｂを含む。熱吸収室９並びに２つの放熱室１０ａ及び１０ｂは、流体相互接続１１ａ及び１１ｂにより流体的に接続されている。アクチュエータ３ａ及び３ｂは、例えば放熱室１０ａから熱吸収室９を通り放熱室１０ｂに至る冷却流体の流れを発生することができる。図１から明らかなように、熱吸収室９は熱発生コンポーネント（この場合にはプロセッサ１）との間の熱抵抗を減少するために、熱発生コンポーネントに対して物理的に近接して配置されるのが望ましい。図示の実施例では、熱吸収室９は、比較的薄い室壁の寸法だけプロセッサ１の上面５から離されている。
【００４０】
１つの実施例において、アクチュエータ３ａは、少なくとも熱吸収室９及び放熱室１０の一部を満たす冷却流体１３に高い圧力を加え、一方アクチュエータ３ｂは冷却流体１３に低い圧力を加え、これにより図１の冷却装置の左側から右側に向かう方向の冷却流体の流れを生じる。これに続く期間に、アクチュエータ３ｂは冷却流体１３に高い圧力を加え、一方アクチュエータ３ａは冷却流体１３に低い圧力を加え、これにより冷却流体１３は放熱室１０ｂから熱吸収室９を介して放熱室１０ａに戻る。冷却流体１３を一方の放熱室１０ａから他の放熱室１０ｂに移動させることにより、熱は、所望の効率で第１表面６から第２表面８へ伝達され得る。
【００４１】
図１は、２つの放熱室１０ａ及び１０ｂを有する冷却装置を示しているが、これの代わりに、熱吸収室９に接続された単一の放熱室１０が使用され得る。例えば、単一の放熱室１０内に１つの膜を設けて、高温の冷却流体１３及び低温の冷却流体１３を分離し、熱吸収室９から及び熱吸収室９へ２つの流体相互接続１１ａ及び１１ｂを介して同時に冷却流体１３をポンプすることができる。更に２つのアクチュエータ３ａ及び３ｂを使用する代わりに、単一のアクチュエータ３及び１つ以上の孔が、熱吸収室９を通る２つ以上の流れのパターンを生成するために使用され得る。
【００４２】
図１に示した装置では、熱吸収室９並びに放熱室１０ａ及び１０ｂのいずれも室内の内部表面積を増大しそして流体構造の相互作用を増大する網目（メッシュ）構造１２を有する。従って、ヒートスプレッダ２の固体部分（具体的には第１表面６）から冷却流体１３への熱伝達及び冷却流体１３から第２表面８への熱伝達が著しく増大される。網目構造１２は、各室の形状及び特性に適応するものとされ得る。例えば高密度の網目構造１２は、比較的小さい熱吸収室９で使用され、一方低密度の網目構造１２は大きな放熱室１０に使用され得る。
【００４３】
更に、ヒートスプレッダ２の固体部分１４は、第１表面６から第２表面８へ更に熱が広がるのを助ける。具体的にいうと、冷却流体１３の流れが遮断若しくは減少された場合、プロセッサ１の冷却は、第１表面６からこのヒートスプレッダ２の中央領域に配置されているエア・フィン７への熱伝達により達成されることができる。
【００４４】
図２は、一体型のヒートスプレッダ２を上から見た断面を示す。ヒートスプレッダ２は、中央部に１つの熱吸収室９を有し、そして４つの放熱室１０ａ乃至１０ｄを有する。熱吸収室９は、流体相互接続１１ａ乃至１１ｄにより４つの放熱室１０ａ乃至１０ｄに接続されている。各流体相互接続１１は、一体型溝構造１５及び管部分１６からなる。溝構造１５ａ乃至１５ｄは、ヒートスプレッダ２の固体部分１４にエッチング又はスタンプされて形成される。管部分１６は、固体部分１４及び放熱室１０ａ乃至１０ｄに接続される。
【００４５】
ヒートスプレッダ２の種々な部品は、図１に示すように、単一のプレートで構成され、又は図２に示すように、３つの別々のプレート、即ち、放熱のための２つの上側プレート１７ａ及び１７ｂ並びに熱吸収のための下側プレート１８から構成され得る。即ち、ヒートスプレッダ２は、単一の物理的に一体型のアセンブリとして又は２つ以上の物理的に分離されうるが互いに一体的に結合されるユニットから成るシステムとして構成され得る。
【００４６】
下側プレート１８の熱吸収室９と上側プレート１７ａ及び１７ｂの４つの放熱室１０ａ乃至１０ｄとの間の流体相互接続１１ａ乃至１１ｄは、固体の銅の場合よりも４０倍大きな実効熱伝達を達成し、プロセッサ１若しくは他の任意の熱発生コンポーネントの上面５に接触する第１表面６と、上側プレート１７ａ及び１７ｂに取り付けられ強制的な空気流により冷却される第２表面例えばフィン７との間の熱的な短絡回路を生成する。更に、流体相互接続１１により、ヒートスプレッダ２の外側領域、即ち、熱発生コンポーネントから離れる領域への熱の低抵抗伝達路が達成され得る。
【００４７】
第１表面６から冷却流体１３への改善された熱伝達を促進するために、熱吸収室９に網目構造１２が、エッチング、メッキ、モールド若しくはスタンプにより形成され得る。同様に、網目構造１２が、放熱室１０ａ乃至１０ｄのそれぞれに形成され得る。熱吸収室９と一体的にされた網目構造１２は、この室の２つの対向する壁を物理的に接続し、かくして、第１表面６からエアー・フィン７への追加の熱伝達路を生成する。表面積増大形状と呼ばれるこのような又は同様な網目構造１２は、前述の米国特許出願ＵＳ２００７／００１７６５９Ａ１号に更に詳細に説明されている。
【００４８】
図２に示した例において、放熱室１０ａ乃至１０ｂのそれぞれは、ピストン状素子により内部若しくは外部アクチュエータ３に接続されている膜２０を含む。放熱室１０の内部で膜２０を上下に移動させることにより、この放熱室内に高い圧力若しくは低い圧力が生成されることができる。例えばもしも高い圧力が放熱室１０ａに生成され、そして低い圧力が放熱室１０ｃに生成されるならば、放熱室１０ａから流体相互接続１１ａ、熱吸収室９及び流体相互接続１１ｃを通り放熱室１０ｃに至る冷却流体１３の流れが生成される。これの代わりに、膜２０若しくは他のポンプ素子が放熱室１０から離れたコンポーネント内に配置され得る。
【００４９】
放熱室１０ａに存在している冷却流体１３が比較的低温である、具体的にいうと、ヒートスプレッダ２の他の領域にある冷却流体１３の温度よりも低い温度を有すると仮定すると、第１表面６に非常に早く到達し、即ち、中程度のポンプ変位だけ及び電力だけを使用しそしてその経路を著しく加熱しない冷却流体１３の第１の流れが生成される。中程度のポンプ変位の使用は、表面積対体積の比（表面積・体積比）が低い相互接続１１ａを備えた熱交換領域１０ａ及び９と対照的に網目がない相互接続１１ａの低表面積・体積比に基づいて達成される。更に、熱吸収室９において比較的高い温度にまで加熱される冷却流体１３は、狭い流体相互接続１１ｃに沿って著しい温度降下を起こすことなく放熱室１０ｃまで非常に効率よく移送される。熱吸収室９及び比較的温度が低い冷却流体１３の間に大きな温度差があり、これとは逆に、暖められた冷却流体１３及び放熱室１０ｃの間に大きな温度差があるので、熱は、第１表面６から非常に迅速に且つ効率的に取り除かれる。
【００５０】
上述の実施例では、加熱された冷却流体１３は、放熱室１０ｃに一時的に留まり、一方例えば放熱室１０ｂから放熱室１０ｄへの冷却流体の第２の流れが生成される。複数の流れのパターンを使用することは、冷却流体１３の一部が例えば放熱室１０ｃのような１つの放熱室に留まっている間に、移動中の別の冷却流体１３が熱吸収室９を通って流れ、かくしてヒートスプレッダ２の第１表面６を絶え間なく冷却できるという利点を生じる。
【００５１】
図１及び図２に示したヒートスプレッダの構造は、比較的大きな固体部分１４及び比較的狭い流体相互接続１１を含む。具体的にいうと、固体部分１４は、流体相互接続１１よりも下側プレート１８の断面で表される比較的大きな面積を占める。このことは、例えば１つ若しくは幾つかのアクチュエータ３が働かされず若しくは故障したことに起因して、又は冷却流体１３の一部が一体型ヒートスプレッダ２からなくなることに起因して、又は流体相互接続１１の１つが遮断されたことに起因して、冷却流体１３の流れが遮断されたとしても、これの代わりとして第１表面６からの放熱が、固体部分１４内を通る熱伝達により行われるという更なる利点を有する。かくして、上述のような場合にヒートスプレッダ２の全体的な効率は著しく減少されるけれども、第１表面６上に配置されている発熱コンポーネントに対する最低限の冷却が維持される。
【００５２】
これまで、熱吸収室９の比較的大きな第１表面６に亘る熱源からの放熱について説明してきた。しかしながら実際には、多くの熱発生デバイスは、これらの上面５に沿う熱分布が一様ではない。例えば、プロセッサ１は、算術論理ユニット又はプロセッサ・コア及びこのプロセッサ・コアよりも大面積を占める比較的大きなキャッシュ・メモリを有する。プロセッサ１は、キャッシュ・メモリに対応する領域におけるよりもプロセッサ・コアに対応する領域においてかなり大量の熱を発生する。対照的に、キャッシュ・メモリは、冷却されるべき上面５の面積の大部分を占める。結果的に、熱発生コンポーネントは、この熱発生コンポーネントの平均温度よりも高い１つ以上のいわゆる“ホット・スポット”を有する。例えば、上面５の幾つかの異なる領域で測定された幾つかの温度の算術的平均値が決定され（調べられ）得る。例えば５℃又は測定温度の或る予定の標準的逸脱値のような予定の絶対的な量若しくは相対的な量だけ、上記決定された算術的平均値よりも高い温度を有する領域は、ホット・スポットとして同定される。これの代わりに、温度分布のうち１つ若しくは複数の最大値が調べられ得る。
【００５３】
図３（Ａ）乃至（Ｄ）は、多数のホット・スポットに対する効果的な冷却流体の流れを生成するのに使用され得る熱吸収室９を流れる種々な流れのパターンを示す。具体的に説明すると、図３（Ａ）は，第１表面６の領域に配置された熱吸収室９を示す。第１表面６は、例えばこの第１表面６上にマウントされた半導体チップのダイの寸法に対応する。流体相互接続１１ａ乃至１１ｄは、熱吸収室９に対する入口及び出口として働き、そして図３（Ａ）乃至（Ｄ）には示していないアクチュエータ３ａ乃至３ｄにそれぞれ結合されている。更に、固体部分１４は、熱吸収室９内の流路を幾つかに分離し、そして熱伝達体及び表面積増大形状として働く。
【００５４】
図３（Ａ）に示す実施例において、流体入口として働く流体相互接続１１ａ及び１１ｂから流体出口として働く流体相互接続１１ｃ及び１１ｄに至る第１の流れのパターンが生成される。第２の流れのパターンは、図３（Ａ）には示していないが、第１の流れのパターンと逆の方向、即ち、流体入口として働く流体相互接続１１ｃおよび１１ｄから流体出口として働く流体相互接続１１ａ及び１１ｂに向かう方向で冷却流体を流す。かくして、第１の相において左側から熱吸収室９を通って右側へ流れ、そして第２の相において右側から熱吸収室９を通って左側へ流れる、冷却流体の往復移動を生じる。
【００５５】
第１表面上に、２つのホット・スポットが存在する。中央部の固体部分１４及び熱吸収室９内の冷却流体１３に生じる圧力分布プロファイルに基づいて、ホット・スポット２１ａ及び２１ｂを横切る冷却流体１３の比較的速い流れが生成される。この第１の流れは、熱収集室９内の冷却流体１３の平均流速よりも早い流速を有する。例えば、固体部分１４の左側、中央部及び右側にある比較的冷たい領域は、第１の流れよりも流速が低い冷却流体の第２の流れを受け取り、そして上述の流れパターンにより効率的に冷却されない。これと対照的に、第１表面６の全ての領域を等しく冷却するには、非常に大きなポンプ・パワーが必要となり、全体的な冷却システムの効率を低下する。
【００５６】
図３（Ｂ）は、４つのホット・スポット２１ａ乃至２１ｄを有する第１表面６の別の構成を示す。ここで、ホット・スポット２１を冷却するのに異なる流れのパターンが使用される。図示されている流れのパターンの例において、２つの対向する流体相互接続１１ａ及び１１ｄは流体入口として働き、一方残りの流体相互接続１１ｂ及び１１ｃは流体出口として働く。説明中のこの例では、冷却流体１３の流れは、中央部の固体部分１４により二股に分けられ、その結果全てのホット・スポット２１ａ乃至２１ｄを横切る冷却流体１３の流れが第１の相において生成される。第２の相において、流体相互接続１１ａ及び１１ｄが流体出口として働きそして流体相互接続１１ｂ及び１１ｃが流体入口として働くように、図３（Ｂ）に示されている流れの方向が逆にされる。図３（Ｂ）において更に示されているように、往復移動の軸又は方向は、時間と共に変更されることができ、その結果回転し且つ往復移動する流れのパターンを生じることができる。例えば、往復移動の軸又は方向は、第１の斜めの（対角線の）方向から、水平な方向及び第２の斜めの（対角線の）方向を経て垂直な方向に、以下同様に、変更され得る。
【００５７】
図３（Ｃ）は、４つのホット・スポット２１ａ乃至２１ｄを有する第１表面６の別の構成を示す。この構成において、熱吸収室９の中央領域に配置された固体部分１４は、内部溝２２ａ乃至２２ｄを形成する。図示の構成において、第１の内部溝２２ａは、２つのホット・スポット２１ａ及び２１ｂを横切るように冷却流体１３を案内し、一方第２の内部溝２２ｂはホット・スポット２１ｃ及び２１ｄを横切るように冷却流体１３を案内する。
【００５８】
第３図（Ａ）の流れのパターンと同様である第１の流れのパターンにおいて、冷却流体１３は左側から右側へポンプされる。第２の流れのパターンにおいて、冷却流体１３の流れは、逆にされ、即ち、右側から左側への流れが生成される。かくして、第１の相においてホット・スポット２１ａ及び２１ｃはこれらが流体入口に近接しているので更に効率よく冷却される。ホット・スポット２１ｂ及び２１ｄに対する冷却効率は低く、その理由は、ホット・スポット２１ｂ及び２１ｄの位置にまで冷却流体１３が到達するまでに、冷却流体１３が、ホット・スポット２１ａ及び２１ｃにより既に暖められていて熱を吸収する能力が低下しているからである。第２の相においては、ホット・スポット２１ｂ及び２１ｄは、これらが流体入口に近接しているので、高い効率で冷却される。
【００５９】
図３（Ｄ）は、８つのホット・スポット２１を有する第１表面６を有する熱吸収室９の別の構成を示す。図３（Ｄ）の構成において、内部溝２２のそれぞれに２つのホット・スポット２１が存在する。更に、内部溝２２の寸法は、ホット・スポット２１が存在する場所において他の場所よりも狭くされており、この結果ホット・スポット２１を横切る加速された流れが生じる。ホット・スポット２１の全てを冷却するのに使用される流れのパターンは、図３（Ｂ）を参照して説明したパターンと同様である。
【００６０】
図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示したような個別の内部溝２２を形成する代わりに、網目構造１２の密度が、ホット・スポット２１に近接する領域で増大（高く）され、そして第１表面の低温領域で減少（低く）されることができる。このようにして、冷却流体１３の流速は、熱発生コンポーネントの多様な冷却に対する要求に適応し得る。
【００６１】
図３（Ａ）及び（Ｂ）の熱吸収室９及び流体相互接続１１の物理的配置は同じであり、そして図３（Ｃ）及び（Ｄ）の熱吸収室９及び流体相互接続１１の物理的配置は同じである。このことは、冷却装置に接続されているコントローラ１９が、アクチュエータ３に与える１つ若しくは複数の制御信号を選択することにより、例えば直線的な流れのパターンのような１つの流れのパターンから、例えば放射状の流れのパターンのような他の流れのパターンへ切り替えることができることを意味する。更に具体的にいうと、図３（Ａ）及び（Ｂ）と図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示した冷却方式は、種々な動作モードで働く同じ熱発生コンポーネントを動作させるのに使用され得る。例えば、複数個のプロセッサ・コアを有するプロセッサ１は、全てのプロセッサ・コアを常に使用することはなく、この結果その上面５においては互いに異なる熱分布が生じる。
【００６２】
冷却装置を動作させる方法が、ヒートスプレッダ２内に冷却流体１３の異なる流れを生成するアクチュエータ３に対する制御信号を計算するために使用され得る。このような方法は、冷却装置の構成に対してオン・デマンド方式で適応するために使用され得る。この方法は、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ若しくは磁気記録媒体のような記憶媒体からロードされたコンピュータ・コードを実行する特殊目的コントローラ１９若しくはユニバーサル・プロセッサ１のような、ハード若しくはソフトウエア又はこれらの組み合わせの形で実現されることができる。
【００６３】
本発明の他の実施例に従うと、第１表面６の温度を感知する１つ以上の熱検出器（熱センサ）が例えばプロセッサ１のダイ上に若しくはこのダイに近接する形で熱発生コンポーネントに設けられる。熱検出器からの情報は、コントローラ１９に入力されてここから制御信号がアクチュエータ３に与えられ、かくして熱吸収室９を通る冷却流体１３の流れのパターンを制御する。例えばもしも図３（Ａ）の構成で示したようなホット・スポット２１ａの温度がこれの下側にあるホット・スポット２１ｂの温度よりもかなり高いことをコントローラ１９が同定（認識）すると、アクチュエータ３ｂ及び３ｄ（流体相互接続１１ｂ及び１１ｄに接続）に与えるポンプ駆動信号に比べて高いポンプ駆動信号がアクチュエータ３ａ及び３ｃ（流体相互接続１１ａ及び１１ｃに接続）に与えられ、かくして電流要求に対して使用される全体的な流れのパターンを適切にする。
【００６４】
代わりに若しくは追加的に、温度検出器は、ヒートスプレッダ２，熱吸収室９若しくは放熱室１０の内部若しくはこれらの上に設けられ得る。コントローラ１９に与えられる温度情報は、ホット・スポット２１を冷却するための冷却流体１３の供給元として使用されるヒートスプレッダ２のうちの低温領域を同定するのに使用され得る。このようにして、コントローラは、例えばヒートスプレッダの低温側（ここから二次的な冷却のための低温の冷却空気若しくは冷却液が供給される）を調べることにより最適な構成を自動的に決定することができる。
【００６５】
図４は、約３０ｍｍの高さの特に薄いフォーム・ファクタを有する印刷回路コンピュータ・ボードである所謂ブレード２６の上面及び断面を示す。図４は、ブレード２６の熱発生コンポーネントを冷却するのに特に適するヒートスプレッダ２の構成を示す。この構成において、放熱室１０を有する上側プレート１７は、１つ以上の熱発生コンポーネントを支持する印刷回路板２４と反対側にある冷却プレート２３上に配置される。冷却プレート２３は図４に示す機構のための放熱領域として働き、即ち、ブレード２６の動作の間、熱は、冷却プレート２３よりも高い温度の熱発生コンポーネントから冷却プレート２３に伝達される。上側プレート１７は、印刷回路板２４に対してこれよりも大きな面積に亘って延び、そして印刷回路板２４上にマウントされているコンポーネントの最も高い表面よりも上に垂直方向の空隙を有する。
【００６６】
図４に示す実施例では、ヒートスプレッダ２の中央に配置されている中央プロセッサ１だけがヒートスプレッダ２の熱吸収室９の領域の第１表面に熱的に接触している。熱吸収室９は、４つの流体相互接続１１を使用して冷却プレート２３に熱的に結合されている。更に、例えば論理チップのような第２熱源２５が、この第２熱源２５を上側プレート１７に結合するための例えば銅のような熱伝導性材料で形成されたエアー・フィン７に熱的に結合されている。
【００６７】
膜２０及びアクチュエータ３が、冷却プレート２３の周辺部に配置され、そして上側プレート１７内に往復移動し且つ方位が回転する流れパターンを生成することができる。更に、流体相互接続１１は、上側プレート１７と、プロセッサ１の領域に熱吸収室９を有する下側プレート１８との間で溝を生成する。このようにして、プロセッサ１の上面５上に存在するホット・スポットは、冷却流体１３の比較的速い流れにより非常に効率的に冷却されることができ、一方非常に大きな断面積を有する冷却プレート２３全体に亘って熱を広げることはそこに遅い流れを生じる。
【００６８】
更に、冷却は、異なる手段若しくはこれの組み合わせにより影響を受けることがある。具体的には、図４に示すブレード２６は、エアー・フィン７を通る空気の流れ３０により冷却され得る。説明中の実施例では、空気の流れ３０は又、別のフィン型のエア冷却器を有する第３の熱源３１及びメモリ・モジュール３２を冷却するのに使用される。更に若しくは代替的に、冷却は、ブレードのケージのシャーシ部上に配置され得る冷却プレート２３からの熱伝達若しくは熱放射又は例えば熱交換により行われ得る。
【００６９】
図５は、複数個のブレード２６を有するコンピュータ・システムの構成を示す。図５に示すように、ブレード２６の冷却プレート２３は、ブレード・ケージ２８のコールド・プレート２７により上部同士が互いに分離されている。ブレード・ケージ２８のコールド・プレート２７は、例えば水冷システムのような二次的な冷却回路を有する。コールド・プレート２７は、冷却プレート２３の温度よりも低い温度のクーラント（冷却液）を有し、このクーラントは、ブレード２６のヒートスプレッダの冷却プレート２３からの熱を外部冷却器へ伝達する。同時に、個々のブレード２６の直線的な挿入及び取り外しを可能にするために、ブレード・ケージ２８及びブレード２６の間の流体接続は必要でない。このようにして、多数のブレード２６を有するコンピュータ・システムが組み立てられそして効率的に冷却されることができる。随意的に、ブレード２６は、集積密度を更に増大するために、印刷回路板の両面に大電力消費コンポーネントを配置して底部と上部が隣接するように配置され得る。
【００７０】
図６は、複数個の所謂薄型フォーム・ファクタ・ブレード２６を有する他のブレード・システムを示す。薄型フォーム・ファクタ・ブレードは、高さが３０ｍｍよりも低く、図５に示すような部分的空冷のための配列は使用できない。かくして、図５に従うと実際には、印刷回路板２４上に伝えられる全ての熱は冷却流体１３により熱発生コンポーネントからコールド・プレート２７に直接的に伝達され、即ち、別個の下側プレート１８若しくはエアー・フィン７を使用しない。プロセッサ１からの熱流速を最適化するために、熱吸収室９として働く高密度の網目１２ａがその領域に使用され、一方放熱室１０として働く低密度の網目１２ｂが他の領域に使用される。熱吸収室９及び放熱室１０は、熱負荷を均等に分配する１つの熱放散面内に組み込まれ、その結果熱負荷は、ヒートスプレッダ及びコールド・プレート２７の間の熱的な界面を横切って効率的に伝達されることができる。この配列により、ブレード・コンポーネント及びブレード・ピッチは、コンポーネント及びヒートスプレッダ・プレーンが両側に設けられている印刷回路板当たり約５ｍｍまで垂直方向に低くされることができる。
【００７１】
図７は、複数個の熱源を有する熱ネットワークを示す。このような配列において、複数の熱吸収室９及び放熱室１０は、複数の流体相互接続１１のそれぞれにより相互接続され得る。複数の膜型ポンプ２９がこの熱ネットワークに接続され、そしてこのネットワークを通る複数の流れのパターンを生成する。このようにして、熱吸収室９及び放熱室１０のアレイ状構造は、比較的大きな面積に亘って例えばプロセッサ１及び第２熱源２５のような多数の熱発生コンポーネントにより発生される熱を消散させるように効率的に制御され得る。熱は、この熱ネットワーク全体に亘って一様に伝えられ若しくはこれの代わりに冷却能力が大きな領域に向かって伝えられ得る。例えば、大量の冷却流体１３が、冷却用空気入口に近接する放熱室１０にポンプされ得る。
【００７２】
実際のアレイのレイアウトに依存して、熱放散室１０毎に個別の膜ポンプ２９が設けられる必要はない。例えば、膜ポンプ２９ａ、放熱室１０ａ及び１０ｃ並びに熱吸収室９ａを含む第１列と、膜ポンプ２９ｂ、放熱室１０ｂ及び１０ｄ並びに熱吸収室９ｂを含む第２列とは、共に動作され、２つの膜ポンプ２９ａ及び２９ｂを共用する。このことは、流体相互接続１１，具体的には管部分１６を使用して下側の放熱室１０ｃ及び１０ｄを接続することにより達成される。このようにして、冷却流体１３が放熱室１０ａから第１熱吸収室９ａを介して放熱室１０ｃへポンプされる間に、冷却流体１３は又、放熱室１０ｄから第２熱吸収室９ｂを介して放熱室１０ｂへポンプされる。
【００７３】
この冷却流体１３の流れと同時に、又はこれと交代的に、このネットワークの行方向に対応する別の流れのパターンが、膜ポンプ２９ｃ及び２９ｄにより発生され得る。この流れは、この行に配置されている２つのプロセッサ１及び２つの第２熱源２５を冷却する。熱吸収室９ｃ及び９ｄは、第２熱源２５から放散される熱量に適応させるために、熱吸収室９ａ及び９ｂと異なる構造にされ得る。説明中の例では、熱吸収室９ｃ及び９ｄのそれぞれには２つの流体相互接続１１が接続され、一方熱吸収室９ａ及び９のそれぞれには４つの流体相互接続１１が接続されている。更に、放熱室１０ｇ及び１０ｈの寸法は、第２熱源２５が発生する熱量が小さいために、図７の他の放熱室１０の寸法よりも小さくされている。一般的に、幾つかの異なる流れのパターンにおいて冷却流体１３により使用される流路を適切なものにすることに代えて若しくはこれに加えて、熱吸収室９若しくは放熱室を介してポンプされる冷却流体の量が、コントローラ９を使用して種々な流れのパターンにおいて適切な量にされ得る。
【００７４】
図８は、熱吸収室９の代替的な構造を示す。具体的に説明すると、図８に従う熱吸収室９は、２つの別々の流路３３ａ及び３３ｂを有し、これらの流路は、物理的に互いに分離されているが、両者は熱吸収室９のホット・スポット２１に熱的に触れている。ホット・スポット２１は、流路３３ａ及び３３ｂが交わる中央領域に配置される。熱吸収室９は、第１流路３３ａ及び第２流路３３ｂのそれぞれに対する流体入口及び流体出口として働く４つの流体出入口３４ａ乃至３４ｄを有する。
【００７５】
第１の流路３３ａに沿う第１の流れと第２の流路３３ｂに沿う第２の流れを交互に生じさせることにより、ホット・スポット２１からの熱の放射方向の分布が達成される。即ち、第１の流れ及び第２の流れが交互に生成されるけれども、この間にホット・スポット２１は連続的に冷却される。
【００７６】
図９は、本発明の実施例に従う熱吸収室９の他の構造を示す。具体的にいうと、図９に従う熱吸収室９は、仕切壁３６により物理的に互いに分離されている４つの分離領域３５ａ乃至３５ｄを有する。領域３５ａ乃至３５ｄのそれぞれは、この特定の領域への入口及び出口として働く２つの流体出入り口３４を有する。
【００７７】
図９に示される熱吸収室９の実施例は、互いに分離された４つの流路３３を備える、８つの出入り口が放射状に配置された熱吸収室を表す。図９に従う流路３３は、放射状及び水平の両方に分布されている。例えば、第１流路３３ａに沿う第１の流れ及び第３流路３３ｃに沿う第３の流れは、第１の流れのパターンで使用され、一方、冷却流体１３の第２の流れ及び第４の流れは、流路３３ｂ及び３３ｄに沿う第２の流れのパターンで使用される。
【００７８】
代替的な制御信号が、図９に示す熱吸収室９を流れる更に複雑な流れのパターンを実現するために使用され得る。例えば、第１の４相の流れのパターンにおいては、領域３５ａ乃至３５ｄのそれぞれは、それぞれの相において順番に熱吸収室を回るように冷却流体を供給され得る。代替的な４相の流れのパターンにおいては、第１相において熱吸収室９の第１の領域３５ａ及び第３の領域３５ｃに第１の方向で冷却流体１３が供給され、これに続く第２相において、第２の領域３５ｂ及び第４の領域３５ｄに冷却流体１３が供給される。第３相及び第４相においては、冷却流体１３の流れの方向を逆にして第１相及び第２相の流れのパターンが繰り返される。
【００７９】
図１０は、図８に従う熱吸収室９を使用する冷却装置を示す。熱吸収室９の４つの流体出入り口３４ａ乃至３４ｄは、４つの放熱室１０ａ乃至１０ｄのそれぞれに接続されている。放熱室１０ａ乃至１９ｄに接続されているアクチュエータ３ａ乃至３ｄを使用して、アクチュエータ３ａ及び３ｃを或る期間に駆動し、次の期間にアクチュエータ３ｂ及び３ｄを駆動することを交互に繰り返すことにより、熱吸収室９から熱が周期的に放射状に放熱される。
【００８０】
冷却装置の種々な態様及び特徴について上述の種々な実施例を参照して説明したが、この分野の当業者ならば、本明細書で説明した任意の特徴を他の特徴及びこれの組み合わせと組み合わせることができよう。具体的にいうと、単一の放熱室９を参照して説明した流れのパターンは、複数の熱吸収室９を相互接続したネットワーク又はアレイにおいて使用され得る。
【００８１】
更に、上述の冷却装置について、説明を簡略化するために単一プレーンのアーキテクチャを参照して説明したが、これと同じ技術が、複数個の熱発生コンポーネントが互いの上部に積み重ねられていて、１つ以上の熱吸収室９を有する冷却プレートにより分離されているマルチ・レベル構造に適用され得ることが明らかであろう。
【符号の説明】
【００８２】
１    プロセッサ
２    ヒートスプレッダ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  アクチュエータ
４    ソケット
５    上面
６    第１の表面
７    エアー・フィン
８    第２表面
９    熱吸収室
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ  放熱室
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ  流体相互接続
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ  網目構造
１３    冷却流体
１４    固体部分
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ  一体型溝構造
１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ  管部分
１７ａ、１７ｂ  上側プレート
１８    下側プレート
１９    コントローラ
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ  膜
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ  ホット・スポット
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ  内部溝
２３    冷却プレート
２４    印刷回路板
２５    第２の熱源
２６    ブレード
３０    空気の流れ
３１    第３の熱源
３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ  流路
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ  流体出入り口
３５ａ，３５ｃ，３５ｃ，３５ｄ  領域
３６    仕切壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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