(57)【要約】【課題】非常に小型の電子部品に効率的に冷却流体を提供する。【解決手段】電子部品のための冷却供給パッケージは、複数の外部供給チャネルと連通する供給ポートと、複数の外部戻りチャネルと連通する戻りポートとを有する。外部供給チャネルおよび外部戻りチャネルは、スロット層内の開口部のうちの違ったものと連通し、次いで戻りスロットおよび供給スロット内へとそれぞれ連通する。オリフィス層は、供給スロットから電子部品に流体を供給し、電子部品を冷却した後、戻りスロットに戻り流体を受容する。冷却供給源および電子機器の組み合わせもまた、開示される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品のための冷却パッケージであって、
複数の外部供給チャネルと連通する供給ポート、および複数の外部戻りチャネルと連通する戻りポートであって、前記外部供給チャネルおよび前記外部戻りチャネルは、スロット層内の開口部のうちの違ったものと連通し、次いで戻りスロットおよび供給スロット内へとそれぞれ連通する、供給ポートおよび戻りポートと、
前記供給スロットから冷却される電子部品に流体を供給し、かつ、前記電子部品を冷却した後に戻り流体を受容し、前記受容された流体を前記戻りスロットに戻すための、オリフィス層と、を備える、冷却パッケージ。
【請求項２】
前記オリフィス層の中の前記オリフィスのより高い密度の第１のゾーンと、前記オリフィス層の中の前記オリフィスのより低い密度の第２のゾーンとが存在する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項３】
前記外部供給チャネル、前記外部戻りチャネル、前記戻りスロット、および前記供給スロットもまた、より高い密度の第１のゾーン、およびより低い密度の第２のゾーンを有する、請求項２に記載のパッケージ。
【請求項４】
前記オリフィス層は、衝突チャネル層によって前記冷却される電子部品から離間され、前記衝突チャネル層は、前記オリフィス層内の前記オリフィスと連通する衝突チャネルを有し、これにより、流体が、供給スロットに関連付けられたオリフィスから衝突チャネルに流入し、前記電子部品を冷却するために前記衝突チャネルに沿って流れ、その後、前記戻りスロットに関連付けられた前記オリフィス層内の前記オリフィスのうちの他のものを通って戻るようになる、請求項２に記載のパッケージ。
【請求項５】
前記衝突チャネルにもまた、より高い密度の第１のゾーン、およびより低い密度の第２のゾーンが備えられる、請求項４に記載のパッケージ。
【請求項６】
前記外部戻りチャネルおよび前記外部供給チャネルが、前記スロット層の前記オリフィス層から反対側に離間される外部ヘッダ内に形成される、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項７】
前記スロット層は、前記電子部品から外方に向く表面上にスロットを有し、前記スロットは前記外部供給チャネルおよび外部戻りチャネルのうちの一方と連通し、前記スロット層の前記表面上の前記スロットのうちの他のものと連通する前記外部ヘッダ内にカラムが存在し、前記カラムが前記供給チャネルおよび戻りチャネルのうちの他方へ前記外部ヘッダの一部を通って前記流体を連通させる、請求項６に記載のパッケージ。
【請求項８】
前記外部ヘッダが２層から形成される、請求項７に記載のパッケージ。
【請求項９】
前記供給ポートは、冷却流体の源を受容するように前記外部供給チャネルと連通し、前記戻りポートは、下流の目的地へ流体を連通させる前記外部戻りチャネルと連通する、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項１０】
前記オリフィス層内のオリフィスの水力直径が、０．１０ミリメートル以下である、請求項１に記載のパッケージ。
【請求項１１】
冷却供給源および電子部品の組み合わせであって、
冷却流体パッケージと接触する面を有する電子部品であって、前記冷却流体パッケージが、複数の外部供給チャネルと連通する供給ポートと、複数の外部戻りチャネルと連通する戻りポートとを含み、前記外部供給チャネルおよび前記外部戻りチャネルが、スロット層内の開口部のうちの違ったものと連通し、前記スロット層が、前記スロット層内のチャネルをスロット戻りチャネルおよびスロット供給チャネルに分離するカラムを有する、電子部品と、
前記電子部品に流体を供給し、前記電子部品を冷却した後、戻り流体を受容するためのオリフィス層と、を備える、組み合わせ。
【請求項１２】
前記オリフィス層内の前記オリフィスのより高い密度の第１のゾーンと、前記オリフィス層内の前記オリフィスのより低い密度の第２のゾーンとが存在し、前記第１のゾーンは、前記電子部品のより高温の発熱領域に関連付けられ、前記第２のゾーンは、前記電子部品のより低温の発熱領域に関連付けられる、請求項１１に記載の組み合わせ。
【請求項１３】
前記外部供給チャネル、前記外部戻りチャネル、前記戻りスロット、および前記供給スロットもまた、より高い密度のゾーンと、より低い密度の第２のゾーンとを有する、請求項１２に記載の組み合わせ。
【請求項１４】
前記オリフィス層は、衝突チャネル層によって前記電子部品から離間され、前記衝突チャネル層は、前記オリフィス層内の前記オリフィスと連通する衝突チャネルを有し、これにより、流体が、供給スロットに関連付けられたオリフィスから前記衝突チャネルに流入し、前記電子部品を冷却する前記衝突チャネルに沿って流れ、その後、前記戻りスロットに関連付けられた前記オリフィス層内の前記オリフィスのうちの他のものを通って戻るようになる、請求項１２に記載の組み合わせ。
【請求項１５】
前記衝突チャネルにもまた、より高い密度の第１のゾーンと、より低い密度の第２のゾーンとが備えられる、請求項１４に記載の組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、電子部品のために冷却流体を送達し、次いで戻す冷却路に関する。
【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、継続的に低減されている。現在、１ミリメートル×１ミリメートル程度、またはさらに小さな任意の数の電子チップが存在する。
【０００３】
電子部品によって制御され、実行される応用が増加するにつれて、電子部品によって発生する熱も増加している。熱フィンなど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かもしれない。
【０００４】
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。
【０００５】
しかし、極めて小さな寸法が必要とされることを考えると、冷却流体を供給するために必要な通路の形成は、困難である。さらに、効率的な方法で、かつ圧力損失および他の流動特性を制御しながら流体を供給し、その後流体を戻すことは、困難であることが証明されている。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
電子部品ための冷却供給パッケージは、複数の外部供給チャネルと連通する供給ポート、および複数の外部戻りチャネルと連通する戻りポートを有する。外部供給チャネルおよび外部戻りチャネルは、それぞれスロット層内の開口部のうちの違ったものと、そして戻りスロットおよび供給スロット内へと連通する。オリフィス層は、供給スロットから冷却される電子部品へ流体を供給し、電子部品を冷却した後、戻りスロットに戻り流体を受容する。冷却供給源および電子部品の組み合わせもまた、開示されている。
【０００７】
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】
【０００８】
【図１】電子部品を示す。
【図２】冷却供給源および電子部品の組み合わせを示す。
【図３】この組み合わせのさらなる詳細を示す。
【図４】冷却パッケージの第１の層を示す。
【図５】後続層を示す。
【図６】別の後続層を示す。
【図７】さらなる層を示す。
【図８】図７の層の詳細を示す。
【図９Ａ】冷却流体を送達するための実際の流路の形状を示す。
【図９Ｂ】図９Ａの詳細を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、シリコンチップまたは他の任意の電子部品のような、電子部品２２を含む電子アセンブリ２０を示す。そのような部品は、１ミリメートル×１ミリメートル程度、またはさらに小さくてもよい。しかしながら、この例によって寸法の制限が示唆されていると解釈されるべきではない。部品２２は、公知のように、模式的に示されたシステム１９とピン２８を介して連通するように示されている。
【００１０】
電子部品２２は、電子部分自体である。電子部品２２は、一例では、ゾーン２４と、ゾーン２４よりも多くの熱を生成する場合があるゾーン２６とを有している。
【００１１】
図２は、電子部品２２のための冷却流体アセンブリ、すなわちパッケージ３０を示している。
【００１２】
パッケージ３０は、供給ポート１７、供給プレナム４２、戻りポート１９、および戻りプレナム４０を組み込んでいる。図示のように、電子部品２２は、衝突チャネル層３２と接触している。オリフィス層３４は、アセンブリ２０から更に離間され、スロット層３７は、オリフィス層３４の外側に離間される。ヘッダ３６および３８はそれぞれ、プレナム４０および４２のうちの一方と関わり合う。
【００１３】
実施形態では、上述したように、アセンブリ２０の一部である電子部品２２は、１ミリメートル×１ミリメートル程度であってもよい。そのような部品の総パッケージ３０は、左から右へ２ミリメートル程度の距離（図２に示すように）で延在してもよい。衝突チャネル層３２のアセンブリ２０の面に垂直に測定される厚さは、０．１ミリメートルであってもよく、オリフィス層３４の厚さは、０．０１５ミリメートルであってもよく、スロット層３７の厚さは、０．０３５ミリメートルであってもよく、ヘッダ層３６の厚さは、０．０６５ミリメートルであってもよく、ヘッダ層３８の厚さは、０．０７０ミリメートルであってもよい。一般的に、それらの層はすべて、好ましくは、０．１５ミリメートル未満の厚さを有し、オリフィス層３４およびスロット層３７の厚さは、０．０５ミリメートル未満である。
【００１４】
理解され得るように、いくつかの層３２、３４、３７、３６、および３８は、非常に簡潔な包括的パッケージ３０を提供する。次に説明するように、それらの層は、効率的かつ信頼できる方法で電子部品２２を冷却する流体を送達する。
【００１５】
図３は、供給管１７が供給チャネル４６と連通する、パッケージ３０を示している。冷却流体４５の源は、チャネル４６内へと連通する。同様に、戻り管１９は、下流の目的地４７へ流体を送り戻すチャネル４４と連通し、かつ熱交換器ＨＥと連通してもよい。
【００１６】
すなわち、冷却流体は、中間熱交換器ＨＥを使用して、下流の目的地４７と供給４５との間の閉回路を通過してもよい。チャネル４４および４６の寸法は、０．１５ミリメートル×１．０ミリメートル程度であってもよい。
【００１７】
図４は、衝突チャネル層３２を示す。衝突チャネル層は、チャネル１３２を伴うゾーン１３１を有する。ゾーン１３６は、チャネル１３４を有する。ゾーン１３６内のチャネル１３４の密度は、ゾーン１３１内のチャネル１３２の密度よりも高い。一般的に、チャネル１３４の間の間隔は、チャネル１３２の間の間隔よりも狭い。
【００１８】
理解され得るように、ゾーン１３１は、より低温の発熱領域２４の上に配置されている一方で、ゾーン１３６は、より高温の発熱領域２６に対応している。チャネル１３２および１３４は、電子部品２２の全長にわたって一般的に延在するように示されている。チャネル１３２および１３４は、約０．００６０ミリメートルの幅、および０．０５０ミリメートルの高さを有してもよい。より一般的には、チャネル１３２および１３４の幅は、０．０１０ミリメートル未満である。
【００１９】
図５は、オリフィス層３４を示している。領域１４４は、孔またはオリフィス１４６を有する一方、領域１４０は、孔またはオリフィス１４２を有する。図５から理解され得るように、領域１４４内の孔１４６の密度は、領域１４０内の孔１４２の密度よりもはるかに大きい。この場合も、これは、電子部品２２上のゾーン２４および２６に対応する。オリフィス１４２および１４６は、０．００５５ミリメートルの水力直径を有してもよい。一般的に、オリフィスの水力直径は、０．１０ミリメートル以下である。
【００２０】
スロット層３７の上面または外側面は、図６に示されている。スロット層３７は、領域１５２に複数のスロット１５６、かつ領域１５０内に複数のスロット１５４を有する。エリア１５０内のスロット１５４の密度は、領域１５２内のスロット１５６の密度よりも大きい。この場合も、領域１５０は、チップ２２上の高熱ゾーン領域２６に対応している。
【００２１】
図６に示すように、領域１５２内により広いスロット１５６Ｗおよびより短いスロット１５６Ｓが実際に存在する。スロット１５６Ｓは、典型的には、より高い密度のスロット１５４を含むであろう流れに合わせて整列する。よって、電子部品２２上において、冷却するため、またはより高温の発熱領域から戻されるために供給される流体の体積は、結果的に、より小さなスロット１５６Ｓを通ってより小さな体積となる。
【００２２】
図７は、スロット層３７のさらなる詳細を示している。本明細書において、層３２内のチャネル、および層３４内のオリフィスは、省略する。チャネル１９０は、リブ１９１の間に延在する。同様に、チャネル１９２は、リブ１９３の間に延在する。リブ１９１および１９３の効果は、オリフィス層３４とスロット３７との間の流れを破壊して別々の流れにする。隣接チャネル１９０は、カラム２００の間の領域２１０へスロット１５６を介して連通している一方、１組のチャネル１９０は、供給ヘッダ３６内のカラム２００と連通している。図から分かるように、カラム２００および領域２１０は、戻りヘッダ３６内に形成される。
【００２３】
図７から理解され得るように、より高い密度の範囲に関連付けられたカラム３０１は、より高い密度の範囲の全長にわたって延在している。上部供給ヘッダ３８の類似の細長い部分は、この紙の平面へ離間されている。
【００２４】
カラム２００の間のチャネル２１２は、領域２１４と連通し、その後、戻りポート１９と連通する。領域２１４は、プレナム４０の内部である。
【００２５】
供給ヘッダ３８の壁３１０は、空間２０２からの流れ、およびそのチャネル２０５が領域２１４に到達することを阻止する。
【００２６】
同様に、戻りヘッダ３６上の壁３３０は、領域２１０およびチャネル２１２からの流れが、領域２０４に到達し、供給ポート１７と連通することを阻止する。領域２０４は、プレナム４２の内部である。
【００２７】
図８は、戻りヘッダ３６の上面の詳細を示している。低密度領域２２２内のカラム２００の上方に開口部またはスロット２２０がある。カラム２００の間のチャネル２１２の上方に閉鎖領域がある。図示のように、中央領域２２６にわたってより高い密度のスロットまたは開口部２２４があり、中央領域２２６は、順番に他の高密度領域のすべてに戻って関係し、最終的に高熱流束領域２６に戻る。
【００２８】
この場合も、より広いスロット２２０Ｗ、より広いカラム２００Ｗ、より短いまたは小さいスロット２００Ｓ、および再び領域２２２に関連付けられた、より小さいカラム２００Ｓが存在する。より小さいスロット、およびカラム２２０Ｓと２００Ｓは、領域２２６と流れ連通状態になり、領域２２６は、より高い割合の流れを受容するであろう。カラム２００の使用は、オリフィス板の表面全体にわたって、均一な圧力で均等に流体を送達する。シリコンの層が、サポートされていない領域全体にわたって分散される圧力により分離されないように、カラム２００はまた、構造的支持を提供する。
【００２９】
図９Ａは、層３６、３７および３８の逆のモデルである。図９Ａは、実際には、構成ではなく、流路を説明する。理解され得るように、チャネル１９０および１９２が存在し、それらは、スロット層３７内に見出される。さらに、供給チャネル空間１８０が、領域２０４、その後、供給ポート１７と連通しているところを見ることができる。戻りポート１９は、領域２１４およびチャネル２１２と連通する。通路１７４は、コラム２００内に形成される。通路１８１は、上部ヘッダ３０内のコラム４００の間に形成される。
【００３０】
図９Ｂは、層３４、３７および３６の逆のモデルである。孔またはオリフィスは、流れ空間１７２を形成する。図示のように、これらは、他の孔または空間１７６からブレーク３００によって分離され、戻り孔と供給孔を提供する。さらに、より高い密度の領域に空間１７２Ｈ、より低い密度の領域に空間１７２Ｌが存在する。スロット層３７は、それぞれ、スロット１７０Ｈと１７０Ｌを提供する。構造１８２はカラムに対応し、空間１８０は層３６内のチャネル２１０に対応する。
【００３１】
図９Ａおよび９Ｂは、図１〜図８の構造の「逆」であるので、チャネル１７０と空間１８０との間の、３００で示されるようなブレークは、実際には、構造によって画定されるだろうことが理解されるだろう。つまり、実際のパッケージ３０内に、それらの流路を隔てる壁がある。
【００３２】
実施形態では、戻り流量領域２１４の総流量領域は、供給流量領域２０４の総流量領域よりも大きい。実施形態において、供給ヘッダの総流量領域は、０．３５平方ミリメートルであったが、一方、戻りヘッダの流量領域は、０．６０平方ミリメートルであった。実施形態において、戻りヘッダの総流量領域は、供給ヘッダの総流量領域の少なくとも１．５倍である。
【００３３】
本出願を通して開示される寸法は、例示的と見なされるべきであり、電子機器アセンブリ２０を冷却するために提供されるパッケージの極めて小さいサイズを示していることが理解されるだろう。理解され得るように、全ての流路、および流路を形成するための開示される構造は、極めて小さい。構造は、公知のシリコンエッチング技術、またはそのような小規模構築に適切な他の積層技術を利用して積層されてもよい。
【００３４】
電子部品２２の表面への流体の完全な供給およびその戻りについて次に説明する。流体がチャネル４６へ、そして、供給ポート１７を通って領域２０４内へ供給される。この流体はチャネル２１２へ流入し、そして、スロット１５４／１５６を通ってスロット層３７上に流入する。スロット１５４／１５６は、スロット層３７内のチャネル１９０／１９２内へ続き、その後、オリフィス１４６または孔１４２を通ってオリフィス層３４内へ、衝突チャネル層３２内のチャネル１３２または１３４へ続く。
【００３５】
流体は、その後、電子部品２２の表面から離れるように進む。孔またはオリフィス１４６および１４２は小さいため、流体は噴出流に衝突する。流体は、チャネル１３２または１３４に沿って流れ、その後、カラム２００に接続するスロット層３７内のスロット１５６または１５４と並んだ位置で、オリフィス層３４内の他の孔１４２または１４６を通って戻る。
【００３６】
これは、順番に、チャネル２０５へ流体を供給して、領域またはプレナム２１４内を通り、その後、戻りポート１９へ進むだろう。流体は、戻りポート１９からチャネル４４および下流の位置４７へ戻る。
【００３７】
したがって、本発明は、均一な圧力の流体と、電子部品上の違った領域に供給される流体の体積の変化を提供する方法を提供する。
【００３８】
一実施形態では、利用される冷却流体は、ＦＣ３２８３などのフロン系冷媒であってもよい。もちろん、液体およびガス状流体を含む他の流体を利用することもできる。
【００３９】
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、研究されるべきである。
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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