(57)【要約】      （修正有）【課題】複数の電子部品に効率的に冷却流体を提供する、電子冷却器用のヘッダを提供する。【解決手段】複数の電子部品２２のための流体冷却器パケットは、供給ヘッダから冷却流体の供給を受け取り、その冷却流体を関連する電子部品２２に送達するための、複数の個々の冷却回路を有する。複数の冷却回路は、それぞれが、関連する電子部品を冷却した後に戻り流体を受け取るための戻り流路を含み、戻り流体を戻りヘッダに戻す。供給ヘッダの容積は、複数の個々の冷却回路の上を通過するにつれて下流方向に減少する。戻りヘッダの容積は、複数の個々の冷却回路の上を下流方向に移動するにつれて増加する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子部品用の流体冷却器パケットであって、
供給ヘッダから冷却流体の供給を受け取り、その冷却流体を関連する電子部品に送達するための、複数の個々の冷却回路であって、それぞれが、前記関連する電子部品を冷却した後に戻り流体を受け取り、前記戻り流体を戻りヘッダに戻すための、戻り流路を含む、複数の個々の冷却回路と、
前記複数の個々の冷却回路の上を通過するにつれて下流方向に減少する、前記供給ヘッダの容積、および前記複数の個々の冷却回路の上を下流方向に移動するにつれて増加する、前記戻りヘッダの容積と、
を備える、流体冷却器パケット。
【請求項２】
前記複数の個々の冷却回路は、行および列のアレイに組み立てられ、前記行のそれぞれと関連する複数の並列供給ヘッダ部分、および前記行のそれぞれと関連する複数の並列戻りヘッダ部分が存在し、前記複数の列にわたって下流方向が画定される、請求項１に記載のパケット。
【請求項３】
前記複数の並列供給ヘッダ部分は、前記複数の個々の冷却回路のそれぞれにわたって階段状に減少し、前記複数の並列戻りヘッダ部分は、前記複数の個々の冷却回路のそれぞれにわたって階段状に増加する、請求項２に記載のパケット。
【請求項４】
供給ポートが、前記流体冷却器の一方の端部で前記供給ヘッダと連通しており、また、前記供給ポートに対して対向端部に位置付けられる戻りポートが、前記戻りヘッダと連通している、請求項３に記載のパケット。
【請求項５】
前記並列供給ヘッダ部分は、前記個々の冷却回路の少なくともいくつかから離間される前記並列戻りヘッダ部分の面の外方に位置付けられる、入れ子状の部分を有し、前記並列供給ヘッダ部分の前記入れ子状の部分の容積は、前記並列戻りヘッダ部分の前記容積が下流方向に増加するにつれて減少し、前記並列戻りヘッダ部分は、前記個々の冷却回路の少なくともいくつかから離間される前記並列供給ヘッダ部分の面の外方に位置付けられる、入れ子状の部分を有し、前記並列戻りヘッダ部分の前記入れ子状の部分の容積は、前記並列供給ヘッダ部分の前記容積が下流方向に減少するにつれて増加する、請求項４に記載のパケット。
【請求項６】
前記並列供給ヘッダ部分は、前記個々の冷却回路の少なくともいくつかから離間される前記並列戻りヘッダ部分の面の外方に位置付けられる、入れ子状の部分を有し、前記並列供給ヘッダ部分の前記入れ子状の部分の容積は、前記並列戻りヘッダ部分の前記容積が下流方向に増加するにつれて減少し、前記並列戻りヘッダ部分は、前記個々の冷却回路の少なくともいくつかから離間される前記並列供給ヘッダ部分の面の外方に位置付けられる、入れ子状の部分を有し、前記並列戻りヘッダ部分の前記入れ子状の部分の容積は、前記並列供給ヘッダ部分の前記容積が下流方向に減少するにつれて増加する、請求項３に記載のパケット。
【請求項７】
前記戻りヘッダは、前記複数の冷却回路の少なくともいくつかの反対側に面する前記供給ヘッダの面と関連する、入れ子状の部分を有し、前記戻りヘッダの前記入れ子状の部分の容積は、前記供給ヘッダの前記容積が下流方向に減少するにつれて増加し、前記供給ヘッダは、前記複数の個々の冷却回路の少なくともいくつかの反対側に面する前記戻りヘッダの面の外方に、入れ子状の部分を有し、前記供給ヘッダの前記入れ子状の部分の容積は、前記戻りヘッダの容積が下流方向に沿って増加するにつれて減少する、請求項１に記載のパケット。
【請求項８】
前記入れ子状の部分を分離する壁であって、前記壁は、戻りおよび供給流体の流れを分離するために、戻りおよび供給チャネル部分の外方にある、請求項７に記載のパケット。
【請求項９】
前記個々の冷却回路は、流体を電子部品に向けるための、およびその流体を前記戻りヘッダの中へ戻すように連通するための、衝突チャネル層を含む、請求項１に記載のパケット。
【請求項１０】
オリフィス層が、前記衝突チャネル層の外方に位置付けられ、前記オリフィス層は、複数の孔を有し、複数組の前記孔が、戻りチャネル部分と連通しており、他の前記孔は、供給チャネル部分と連通しており、前記戻りおよび供給チャネルは、それぞれ、前記戻りおよび供給ヘッダに戻るように連通する、請求項９に記載のパケット。
【請求項１１】
電子部品アレイであって、
複数の電子部品と、
冷却流体の供給を受け取り、それぞれが、その冷却流体を関連する前記複数の電子部品のうちの１つに送達するための、複数の個々の冷却回路を有する、流体冷却パケットであって、前記複数の冷却回路は、それぞれが、前記複数の関連する構成要素のそれぞれを冷却した後に戻り流体を受け取り、前記戻り流体を戻りヘッダに戻すための、戻り流路を含み、前記供給ヘッダの容積は、前記複数の個々の冷却回路の上を通過するにつれて下流方向に減少し、前記戻りヘッダの容積は、前記複数の個々の冷却回路の上を下流方向に移動するにつれて増加する、流体冷却パケットと、
を備える、電子部品アレイ。
【請求項１２】
前記複数の個々の冷却回路は、行および列のアレイに組み立てられ、前記行のそれぞれと関連する複数の並列供給ヘッダ部分、および前記行のそれぞれと関連する複数の並列戻りヘッダ部分が存在し、前記複数の列にわたって下流方向が画定される、請求項１１に記載のアレイ。
【請求項１３】
前記複数の並列供給ヘッダ部分は、前記複数の個々の冷却回路のそれぞれにわたって階段状に減少し、前記複数の並列戻りヘッダ部分は、前記複数の個々の冷却回路のそれぞれにわたって階段状に増加する、請求項１２に記載のアレイ。
【請求項１４】
供給ポートが、前記流体冷却器の一方の端部で前記供給ヘッダと連通しており、前記供給ポートに対して対向端部に位置付けられる戻りポートが、前記戻りヘッダと連通している、請求項１３に記載のアレイ。
【請求項１５】
前記並列供給ヘッダ部分は、前記個々の冷却回路の少なくともいくつかから離間される前記並列戻りヘッダ部分の面の外方に位置付けられる、入れ子状の部分を有し、前記並列供給ヘッダ部分の前記入れ子状の部分の容積は、前記並列戻りヘッダ部分の前記容積が下流方向に増加するにつれて減少し、前記並列戻りヘッダ部分は、前記個々の冷却回路の少なくともいくつかから離間される前記並列供給ヘッダ部分の面の外方に位置付けられる、入れ子状の部分を有し、前記並列戻りヘッダ部分の前記入れ子状の部分の容積は、前記並列供給ヘッダ部分の前記容積が下流方向に減少するにつれて増加する、請求項１４に記載のアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品に冷却流体を供給するための、および冷却流体を戻すためのヘッダに関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器は、益々多くの応用において利用されるようになっている。電子部品の寸法は、継続的に減少している。現在、１ミリメートル×１ミリメートル、またはさらに小さく寸法設定される任意の数の電子チップが存在する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
電子機器によって制御され、実行される応用が増加するにつれて、電子機器が発生する熱も増加している。熱フィン等の熱を放散する従来の方法は、もはや必ずしも適切ではない。このため、非常に小型の電子部品に効率的に冷却流体を提供することが重要となる。
【０００４】
加えて、電子機器は、複数のアレイにまとめられている。冷却流体は、複数の電子部品に効率的に提供されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
複数の電子部品のための流体冷却器パケットは、供給ヘッダから冷却流体の供給を受け取り、その冷却流体を関連する電子部品に送達するための、複数の個々の冷却回路を有する。複数の冷却回路は、それぞれが、関連する電子部品を冷却した後に戻り流体を受け取るための戻り流路を含み、戻り流体を戻りヘッダに戻す。供給ヘッダの容積は、複数の個々の冷却回路の上を通過するにつれて下流方向に減少する。戻りヘッダの容積は、複数の個々の冷却回路の上を下流方向に移動するにつれて増加する。電子部品のアレイも開示される。
【０００６】
これらの機能および他の機能は、次の図面および明細書から最も良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電子部品を示す図である。
【図２Ａ】複数の図１の構成要素を含むアレイを示す図である。
【図２Ｂ】図２Ａのアレイ内の電子部品の１つを冷却する冷却回路を示す図である。
【図２Ｃ】１つの層の詳細を示す図である。
【図２Ｄ】別の層の詳細を示す図である。
【図２Ｅ】図２Ｂで示される層のサンドイッチアセンブリを示す図である。
【図３Ａ】１つの冷却回路と関連する流路の全体を示す図である。
【図３Ｂ】流路の一部分を示す図である。
【図３Ｃ】流路の別の部分を示す図である。
【図４】別個の冷却回路の全てをともに連通するためのヘッダを示す図である。
【図５Ａ】代替のヘッダを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａのヘッダの詳細を示す図である。
【図５Ｃ】図５Ａのヘッダの利益を示す図である。
【図５Ｄ】別の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
図１は、電子アセンブリ２０を示す。アセンブリは、極めて小さく、一例として１ミリメートル×１ミリメートル程度であり得る、電子部品２２を含む。当然、この寸法は、単なる一例に過ぎない。
【０００９】
電子部品２２は、コンピュータチップまたは他の電子要素であり得る。構成要素は、概略的に示され、システム１５を制御する。電子部品２２は、概略的に示され、コネクタピン２８によってシステム１５に接続される。領域２６は、領域２４よりも多くの熱を発生し得る。
【００１０】
図２Ａは、流体冷却器パケットを提供する、アレイ４０を示す。アレイ４０は、図１で示した多数のアセンブリ２０を組み込み、冷却する。一実施形態において、アレイ４０内には、図１のアセンブリ２０の１０×１０のアレイが存在し得る。当然、他の数も、本開示の範囲内に入る。
【００１１】
供給ポート４２および放出または戻りポート４４が示される。アセンブリ２０のうちの１つと関連する冷却パケットまたは回路１４１は、分解図で示される。示されるように、供給源１７は、供給ポート４２の中へ冷却流体を供給し、下流の目的地１５は、戻りポート４４から戻り流体を受け取る。概略的に示されるように、熱交換器ＨＥは、冷却流体が閉ループの中で再循環されるように、目的地１５と供給源１７との間にある。
【００１２】
図２Ｂで示されるように、シリコーン層４６がアセンブリ２０に隣接して位置付けられる。
【００１３】
インピンジメントチャネル層５０は、互いに対して略平行に延在する複数のチャネル２５１を有する。
【００１４】
見て分かるように、層５０は、より高い密度のチャネル２５１を有するより高い密度の中央領域４７と、より低い密度のチャネル２５１を有するより低い密度の外側領域４９とを有する。より低い密度の領域４９は、構成要素２２の領域２４を冷却することと関連する一方で、領域４７は、より高い熱の領域２６を冷却するように位置付けられる。
【００１５】
オリフィス層５２は、より高い密度の領域３３１の中の複数の孔５１と、より低い密度の領域３３２の中の他の孔１５３とを含む。
【００１６】
小スロット層５４は、いくつかの供給および戻りスロット２３を提供し、高い密度のスロット２３を有する領域５３と、より低い密度のスロット２３の領域５５とを有する。理解できるように、これらの領域はまた、それぞれ、構成要素２２上の領域２６および領域２４とも関連する。
【００１７】
図２Ｃでやや概略的に示されるように、小スロット層５４は、上面で複数のスロット２３と連通している、チャネル７５４を有する。この図の面の中へ離間される他のチャネルが存在し、該チャネルは、下でより良く説明されるように、チャネル７５４とは別に保持され、交互のチャネルが供給および戻り流路を提供することを理解されたい。
【００１８】
大スロット層５６は、小スロット層５６の中のスロット２３を外側チャネル層５８の中の複数のチャネル５９の中へ連通する、スロット１１１を有する。ポーティング層６０は、開口６１、６２、６３、６４を有する。見て分かるように、開口６４は、１つのチャネル５９と関連する。層５８内のリブ１５９は、チャネル５９を分離し、よって、他の開口６１、６３、６４は、それぞれ、別個のチャネル５９と関連する。
【００１９】
図２Ｄで概略的に示されるように、スロット１１１は、延長チャネル７５６と連通している。同じく、別個のチャネルがこの図の面の中へ離間され、同様に別個の供給および戻り流路を提供する。全般に、層５４および層５６のスロットおよびチャネルは、互いに対して垂直に延在する。
【００２０】
分離層６６／６９は、開口６１および６４からの流れをチャネルまたは流路６８の中へ分離し、ポート６２および６３からの流れをチャネルまたは流路７０の中へ分離する、壁を有する。ヘッダ部分７２は、チャネル６８から流路７６の中への流れは遮断するが、チャネル７０から流路７６の中への流れは可能にする、閉鎖壁７４を有する。ヘッダ７２の下流には、別のヘッダが存在し、該ヘッダは、逆構造を提供し、チャネル６８を流路７６に類似する別の流路の中へ連通する。
【００２１】
図２Ｂから認識することができるように、流路７６の一部分は、壁７４の上側にある空間７５およびチャネルまたは流路６８と連通している。以下に開示するように、ヘッダ全体に関して、これは、ヘッダのための「入れ子状の」配設を提供し、空間全体をより効率的に使用する。
【００２２】
図２Ｅは、アセンブリ２０の上への種々の層の組み立てを示す。チャネル６８が供給チャネルであり、かつチャネル７０が戻りチャネルである場合、流体は、チャネル６８の中へ供給され、開口６４および６１を通って層５８の中のチャネル５９の中へ入り、次いで、層５６の中の関連するスロット１１１を通り、層５４の中のスロット２３を通り、層５２の中の孔５１／１５３を通り、そして層５０の中のチャネル２５１の中へ入る。
【００２３】
層５２の中のオリフィス５１／１５３の下流への流れは、次いで、電子部品２０の上に衝突し、それを冷却する。流体は、チャネル２５１に沿って通過するが、その後、小スロット層５４の中のスロット２３と関連し得、およびスロット１１１と関連し得る、オリフィス層５４の中の他の孔５１／１５３を通って外方に戻るように移動し、戻り流路と関連するチャネル１５９の中へ移動する。
【００２４】
流体は、次いで、ポーティング層６０の中の開口６２／６３を通って、流路７６の中へ入る。
【００２５】
図３Ａは、層の構造ではなく、図２Ｂおよび２Ｃの層内の空間を示す。図３は、上の図で示される構造の「逆」モデルであり、流路を形成する構造ではなく、流路の形状および寸法を示す。図３の中の領域を分離する線は、実際には、上の図で示される壁および層等の構造を含む。
【００２６】
図３Ａは、開口６３と連通して次にチャネル５９と連通している、チャネル７０と通路７６との組み合わせを示す。別のチャネル５９は、線２００によって分離されているように示される。上で述べられるように、線２００は、実際には、形成されたときに冷却回路の構造壁となる。
【００２７】
領域１４０は、スロット１１１のうちの１つの中への開口であり、部分１５６は、層５６の本体内のスロット１１１によって形成される。部分２２６は、小スロット層５４の中のスロットによって形成される。ピン２２５は、オリフィス層５２の中の孔によって形成される。部分２２２は、インピンジメントチャネル層５０内の実際のインピンジメントチャネル５１である。
【００２８】
ここまで、本開示は、主に単一のアセンブリ２０を冷却することに焦点を当ててきた。しかしながら、上で述べられるように、実施形態のアレイ４０全体は、複数のそのようなアセンブリを含み得る。
【００２９】
図３Ｂは、１つのオリフィス２２５を通ってインピンジメントチャネル２２２の中へ入る流体の衝突を示す。図３Ｂも、構造ではなく流路を示す「逆」モデルである。この流れは、次いで、冷却される構成要素の上に衝突し、チャネルに沿って流れ、次いで、隣接するオリフィス２２５を通って上方へ移動し、小スロット層５４の中のチャネル７５４によって画定され得る、戻り流路２２６を通って戻るように連通する。
【００３０】
図３Ｃは、大スロット層５４の中のチャネル７５４によって形成される流路８５４に、スロット１１１を通って連通するチャネル７５６によって形成される、隣接する流路２２６を示す。スロット１１１は、認識することができるように、次いで、供給および戻り経路に沿って、これらの流路７５４に連通する。図３Ｃも「逆」モデルである。
【００３１】
図４は、アレイ４０のためのヘッダ構造を示す。図４で示されるように、供給ヘッダＳおよび戻りヘッダＲは、アレイ３４０の対向する両端に位置付けられる。これは、図２Ｂに関して上で述べられる「入れ子状の」実施形態ではなく、変形例である。
【００３２】
ヘッダと冷却される構成要素との間で連通するために、任意の他の数の他の配設を利用することができる。
【００３３】
供給ポート４２の上流端部には、より多い量の供給流体があり、その最上流地点には、より少ない量の戻り流体が存在する。供給ヘッダが下流端部に向かって移動するにつれて、供給流体の容積が減少する一方で、戻り流体の容積が増加する。したがって、実施形態３４０では、ヘッダまで「階段状の」寸法設定があり、よって、戻りヘッダは、最小容積地点６０９を有し、地点６００、６０３、６０２を通って、最終的に、比較的に高い地点６０１まで増加する。
【００３４】
他方で、供給ヘッダは、階段５０２を通って減少し、最終的に最小地点５０９に到達する、最高容積５０１を有する。容積も増加または減少によって扱うことができるように、ヘッダの流量容積を増加または減少させるように寸法設定することによって、このヘッダの実施形態３４０は、所望に応じて流路全体に沿って圧力を保持することを確実にする。
【００３５】
また、複数の並列供給ヘッダ部分６１１および並列戻りヘッダ部分６１３も存在する。供給ヘッダ部分６１１の寸法、したがって、容積は、供給ポート４２から戻りポート４４に向かって移動する下流方向に減少する。示されるように、階段のそれぞれと関連する複数のアセンブリ２０が存在し、よって、並列供給ヘッダ部分６１１は、各アセンブリ２０が下流方向に移動することによって、階段状の様式で減少する。同様に、戻りヘッダは、並列戻りヘッダ部分６１３のそれぞれに沿って階段状に増加する。一実施形態において、アレイ３４０は、１００個の電子部品２２を冷却する、１０×１０のアレイである。並列供給ヘッダ部分６１１および並列戻りヘッダ部分６１３のそれぞれに沿った各階段は、前の階段から１０％変化する。
【００３６】
当然、１０以外の数の階段が存在した場合、変化は１０％にならない。しかしながら、いくつかの実施形態において、変化は、全般的に、各階段について等しい。一例として、一実施形態において、４つの階段が存在する場合、変化は、各階段について２５％になり得る。
【００３７】
アセンブリ２０は、列および行に形成され、行は、それぞれ、並列供給ヘッダ部分６１１のうちの１つ、および並列戻りヘッダ部分６１３のうちの１つと関連していると言うことができる。部分６１１／６１３のそれぞれに沿った各階段は、行と交差する列のうちの１つと関連する。
【００３８】
図５Ａは、ヘッダの実施形態１４０を示す。ヘッダの実施形態１４０は、ヘッダの実施形態３４０の階段の上側にある空間（一例として、図２Ｂの６５を参照されたい）をより効率的に利用し、よりコンパクトなアレイ４０全体をもたらす。この入れ子状の実施形態は、図２Ｂで示されるものである。理解できるように、供給ヘッダＳは、実際に冷却流体を連通し、６８で示されるように寸法が減少する、図５Ａの右下側に示されるその部分を有する。これらも、供給ヘッダ部分の上側の入れ子状の戻りヘッダ部分１５１、１５２等である。
【００３９】
したがって、ここでは、流量容積の一部を提供するために、図４の実施形態３４０の階段状のヘッダ部分の他に、未使用の空間が利用される。
【００４０】
図５Ｂで分かるように、同じく逆モデルであるが、供給ヘッダは、冷却回路を通して、２１１で示されるようにアセンブリを冷却するよう連通する。減少するチャネルの階段６８が存在するが、図５Ａの１４２、１４６、１４７等で示される構造によって提供される。しかしながら、戻りヘッダＲの入れ子状の部分２０６が存在し、この部分は、外方に延在するか、または構成要素および冷却回路４２の反対側に面する供給ヘッダの裏面上に延在する。この入れ子状の部分は、例えば、図２Ｂで示される領域または空間７５によって形成される。戻りヘッダＲの部分２１０も、冷却回路４２と連通して、例えば図２Ｂで示されるチャネル７６である。
【００４１】
同じく、関連する行および列、および関連する並列供給ヘッダ部分４１３、および関連する並列戻りヘッダ部分４１１が存在する。
【００４２】
図５Ａおよび５Ｂで示されるように、供給ヘッダ部分４１３の上面と戻りヘッダ部分４１１の上面との間に、中断点９１１が存在する。「階段」の第１の半部には、戻りヘッダの上側の供給ヘッダ上に入れ子状の部分が存在する。第２の半部において、入れ子状の部分は、図５Ａおよび５Ｂで、戻りヘッダの一部であり、供給ヘッダの階段部分の外方にあるように示される。入れ子状の部分は、実際に流体を供給ヘッダの中の構成要素に供給する部分と連通することができなければならず、また、それらの構成要素から戻りヘッダに戻すように連通することができなければならないので、入れ子状の部分を有するヘッダの中にこの切り替えが必要である。したがって、戻りヘッダ上の入れ子状の部分および供給ヘッダ上の入れ子状の部分を有するのは、複数の冷却回路のうちのいくつかだけである。
【００４３】
図５Ａおよび５Ｂで示される実施形態４０に関して、図５Ｃで示されるような、高さの低減が存在する。実施形態３４０は、未使用の空間のため、高さｈ１を必要とする。しかしながら、実施形態４０は、非常により小さい高さｈ２を有する一方で、入れ子状の組み合わせのため、同じ流量対圧力降下性能を保持する。
【００４４】
本発明で示されるヘッダの実施形態は、供給流体および戻り流体の双方の経路に沿って、向上した圧力調節を提供する。本開示で示される流路の全ては、シリコン積層手法によって形成することができることを理解されたい。
【００４５】
さらに、実施形態では、ヘッダの増加および減少が階段状の様式で示されるが、該ヘッダは、全般的に、より大きく傾斜し得、単一の勾配に沿って形成され得る。したがって、図５Ｄで示されるように、８００で示される階段ではなく、一実施形態は、実際には、８０１で示される勾配に沿って延在する。
【００４６】
本発明の一実施形態は開示されているが、当業者であれば、ある種の改変が本開示の範囲内に入るであろうことを認識するであろう。そのため、以下の特許請求の範囲は、本開示の真の範囲および内容を決定するために、検討されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
2015032831.tif 000015
【図５Ｄ】
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