(57)【要約】  ラックとクーラとを備えた装置である。この装置は、また、ラックの対応するスロットに配置された複数の電子回路ボードを備えており、それらの電子回路ボードの各々は、対応する力によってクーラの一部に接するように保持され、その内のいくつかは、局所的な熱源をその上に有する。この装置は、また、複数のヒートスプレッダを備えており、各ヒートスプレッダは、電子回路ボードの１つの上方にありかつその１つに隣接する、電子回路ボード上の局所的な熱源の１つまたは複数からクーラの一部分に至る熱伝導経路を形成するように構成されている。この装置は、また、複数のコンプライアントな熱インターフェースパッドを備えており、それらのパッドの各々は、ヒートスプレッダの１つの一端とクーラの一部との間で圧縮され、それらの間に熱伝導経路を形成している。
2015508919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラックと、
クーラと、
前記ラックの対応するスロットに配置された複数の電子回路ボードであって、前記電子回路ボードの各々は、対応する力により前記クーラの一部に接するように保持されており、前記電子回路ボードのいくつかは、局所的な熱源をその上に有している、複数の電子回路ボードと、
複数のヒートスプレッダであって、各ヒートスプレッダは、前記電子回路ボードの１つの上方にありかつその１つに隣接する、前記電子回路ボード上の前記局所的な熱源の１つまたは複数から前記クーラの前記一部に至る熱伝導経路を形成するように構成されている、複数のヒートスプレッダと、
複数のコンプライアントな熱インターフェースパッドであって、前記パッドの各々は、前記ヒートスプレッダの１つの一端と前記クーラの前記一部との間で圧縮されており、それらの間に熱伝導経路を形成する、複数のコンプライアントな熱インターフェースパッドと
を備えている装置。
【請求項２】
前記コンプライアントな熱インターフェースパッドの１つまたは複数が少なくとも１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記コンプライアントな熱インターフェースパッドの少なくとも１つが弾性の熱インターフェースパッドである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ボードの前記対応する１つに力が加えられる場合、前記弾性の熱インターフェースパッドの厚さが少なくとも約１０パーセント圧縮可能であり、前記ボードの前記対応する１つへの力が前記弾性の熱インターフェースパッドに印加されない場合、前記厚さが実質的にその圧縮前の値に戻る、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記コンプライアントな熱インターフェースパッドの１つまたは複数が、前記ヒートスプレッダまたは前記共通クーラの一方または両方に固定されるように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記コンプライアントな熱インターフェースパッドの１つまたは複数が、電気絶縁性の外側表面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記コンプライアントな熱インターフェースパッドの１つまたは複数が、前記ヒートスプレッダの平坦な表面との、および前記共通クーラの平坦な表面との境界となるように構成されている実質的に平坦な表面を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記回路ボードのいくつかが、前記複数の回路ボードのそれ以外に供給される電力を中断することなく、前記ラックからスワップ可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
装置を組み立てる方法であって、
複数の電子回路ボードをラックのスロットに設置することにより、対応する力によって、前記設置された電子回路ボードの各々が前記ラックに対するクーラの一部に接して保持されるようにするステップであって、前記設置された電子回路ボードの内のいくつかが、局所的な熱源をその上に有し、かつ、前記局所的な熱源から前記クーラに至る熱伝導経路を形成するように構成されているヒートスプレッダを有する、ステップを含み、
前記設置するステップは、コンプライアントな熱インターフェースパッドが前記ヒートスプレッダの各々の一端と前記クーラとの間で圧縮されることによって、前記圧縮された熱インターフェースパッドが前記一端と前記クーラとの間の熱伝導経路を完成するようにする、方法。
【請求項１０】
電子回路をスワップ・アウトする方法であって、
設置された電子回路ボードをラックのスロットから取り外すことにより、コンプライアントな熱インターフェースパッドとヒートスプレッダまたは前記ラックの内部のクーラとの間の接続を遮断するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、冷却装置と、冷却装置を動作させるおよび製造するための方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
このセクションでは、本発明のよりよい理解を容易にするのに役立ちうる態様について紹介する。従って、このセクションにおける記載は、そのような観点から読まれるべきであり、何が従来技術であり、または何が従来技術ではないのかについての承認としては、理解されるべきではない。
【０００３】
現在、冷却が、電気通信に関する中核的な施設に配置された電子的および／または光システムの動作コストに実質的な寄与をなすことが知られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
更に、そのような中核的な施設では空間的な余裕がないのが通例であるから、装置および冷却機器のための空間の利用可能性は限られている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある態様は、ラックとクーラとを備えた装置を含む。この装置は、また、ラックの対応するスロットに配置された複数の電子回路ボードを備え、それらの電子回路ボードの各々は、対応する力によってクーラの一部に接するように保持され、それらの電子回路ボードのいくつかは、局所的な（localized）熱源をその上に有する。この装置は、また、複数のヒートスプレッダ（heat spreaders）を備え、各ヒートスプレッダは、電子回路ボードの１つの上方にありかつその１つに隣接する、電子回路ボード上の局所的な熱源の１つまたは複数からクーラの一部に至る熱伝導経路を形成するように構成されている。この装置は、また、複数のコンプライアント（compliant）な熱インターフェースパッドを備えており、それらのパッドの各々は、ヒートスプレッダの１つの一端とクーラの一部との間で圧縮され、それらの間に熱伝導経路を形成している。
【０００６】
この装置のいくつかの態様では、コンプライアントな熱インターフェースパッドの１つまたは複数が、少なくとも１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有している。いくつかの態様では、コンプライアントな熱インターフェースパッドの少なくとも１つが、弾性（elastic）熱インターフェースパッドである。いくつかの態様では、ボードの対応する１つへの力を受ける場合、弾性の熱インターフェースパッドの厚さは、少なくとも約１０パーセント圧縮可能であり、ボードの対応する１つへの力が弾性の熱インターフェースパッドに印加されない場合、厚さは実質的にその圧縮前の値に戻る。いくつかの態様では、コンプライアントな熱インターフェースパッドの１つまたは複数が、ヒートスプレッダまたは共通クーラの一方または両方に固定されるように構成されている。いくつかの態様では、コンプライアントな熱インターフェースパッドの１つまたは複数が、電気絶縁性の外側表面を有する。いくつかの態様では、コンプライアントな熱インターフェースパッドの１つまたは複数が、ヒートスプレッダの平坦な表面との、および共通クーラの平坦な表面との境界となる（interface with）ように構成されている実質的に平坦な表面を有する。いくつかの態様では、各力は、電子回路ボードの対応する１つのフェースプレート（faceplate）に適用されるバネ仕掛けまたはレバー作動式（leaver-actuated）ラッチによって生成される。いくつかの態様では、電子回路ボードは、幅が約２５ｍｍ未満の単一のスロットに適合する。いくつかの態様では、回路ボードのいくつかが、複数の回路ボードのそれ以外のものに提供される電力を中断することなくラックからスワップ可能である。いくつかの態様では、ヒートスプレッダは、局所的な熱源の１つに機械的に取り付けられている。いくつかの態様では、クーラの一部と対向しているヒートスプレッダの一部は、クーラのその一部の平坦な表面と平行な、平坦な表面である。いくつかの態様では、クーラは、２相の冷却ループを有するエバポレータ（evaporator）として構成されている。いくつかの態様では、クーラの一部は、回路ボードとラックの電子的バックプレーンとの間の空間に配置される。いくつかの態様では、クーラは、周囲温度および周囲圧力において気体である冷媒を循環させるように構成されている。いくつかの態様は、更に、ラックに配置されており回路ボードから熱を除去するように構成されたエアフロー装置を含む。
【０００７】
別の態様は、装置を組み立てる方法である。この方法は、複数の電子回路ボードをラックのスロットに設置することにより、対応する力によって、設置された電子回路ボードの各々がラックに対するクーラの一部に接して保持されるようにするステップを含む。設置された電子回路ボードの内のいくつかは、局所的な熱源をその上に有し、かつ、局所的な熱源からクーラに至る熱伝導経路を形成するように構成されたヒートスプレッダを有する。この設置するステップは、コンプライアントな熱インターフェースパッドがヒートスプレッダの各々の一端とクーラとの間で圧縮され、したがって、圧縮された熱インターフェースパッドがその一端とクーラとの間における熱伝導経路を完成するようにすることを含む。
【０００８】
この方法のいくつかの態様は、更に、エアフロー装置をラックに取り付けることを含んでおり、このエアフロー装置は、エアフローを、回路ボードとヒートスプレッダとの上方に方向付けるように構成されている。
【０００９】
別の態様は、電子回路をスワップ・アウトする方法である。この方法は、設置された電子回路ボードをラックのスロットから取り外すことにより、コンプライアントな熱インターフェースパッドとヒートスプレッダまたは前記ラックの内部のクーラとの間の接続を遮断するステップを含む。
【００１０】
この方法のいくつかの態様は、更に、取り外される電子回路ボードを別の電子回路ボードで置き換えることを含み、この置き換えは、この別の電子回路ボードに力を加えることによってなされ、この置き換えの結果として、コンプライアントな熱インターフェースパッドが、別の回路ボードのヒートスプレッダとクーラとの間に位置するようになる。
【００１１】
添付の図と共に読むことにより、下記の詳細な記述から、様々な態様が理解されるはずである。図におけるいくつかの特徴が、それらの特徴を言及する際の便宜上、例えば、「頂部」、「底部」、「垂直方向」または「横方向」として述べられることがある。そのような説明は、そのような特徴の向きを、自然の地平線または重力に対して制限するものではない。様々な特徴が、寸法通りに描かれていないことがあるし、議論を明瞭にする目的で、サイズを任意に増加または減少させることもある。ここで、次の添付の図面と共に読まれる下記の説明について言及する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の例示的な装置の平面図を与えている。
【図２】図１に示されている例示的な装置の、図１の範囲２に対応する部分の詳細な平面図を示している。
【図３】図２に示されている３−３線に沿って見た例示的な装置の部分の詳細な側面図を示している。
【図４】図１〜３のコンテクストで論じられている例示的な装置の実施形態のいずれかなど、本開示の装置を組み立てるための例示的な方法を説明するフローチャートを示している。
【図５】図１〜３のコンテクストで論じられている例示的な装置の電子回路の実施形態のいずれかなど、本開示の電子回路をスワップ・アウトするための例示的な方法を説明するフローチャートを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここでの説明および図面は、単に本発明の原理を例証するものである。従って、たとえここで明示的に説明され、または示されていなくても、当業者であれば本発明の原理を具体化しておりその範囲に含まれる様々な構成を考案することが可能である、ということが理解されるであろう。更に、ここに記載されているすべての例は、本発明の原理と技術を発展させるために発明者によって寄与された概念とを理解する際に、読者の助けになるという教育的な目的のみに明示的に奉仕することが主に意図されており、それらの特に記載されている例および条件に限定されることがないものとして、解釈されるべきである。更に、ここで本発明の原理、態様、および実施形態に言及しているすべての記載は、それらの特定の例も含めて、それらの均等物にも及ぶことが意図されている。更に、ここで用いられている「または（or）」という用語は、格別に言及されていない限り、非排他的な「または」を意味する。また、ここに記載されている様々な実施形態は、必ずしも相互排他的ではない。その理由は、いくつかの実施形態と１つまたは複数のそれ以外の実施形態とを組み合わせることにより、新たな実施形態を形成することが可能であるからである。
【００１４】
棚として構成されている場合に、より高度に給電されるボードレベルの電子的および光学的コンポーネントを、強制空気の対流による冷却技術を用いて冷却することは、ますます困難になってきている。更に、許容可能な音響ノイズのレベルに対する制約により、対流冷却における実際の体積エアフロー・レートが制限されることが多い。様々な実施形態では、強制空気による対流冷却がヒートスプレッダとボード上の１つまたは複数のより高度な電力コンポーネントへの熱伝導経路とを介して補完される、回路ボードのハイブリッド冷却が実装されている。また、様々な実施形態において、上述した回路ボードのラックからの「ホット」スワップおよび／または置き換えが可能であることにより、それらのラック上に配備されている機能における柔軟性が許容される。
【００１５】
図１には、本開示の例示的な装置１００が、概略的に図解されている。図２には、図１の例示的な装置１００の部分的な範囲２の詳細な平面図が与えられている。図３には、図２の３−３線に沿って見た場合の例示的な装置１００の一部の詳細な側面図が示されている。
【００１６】
例示的な装置１００のいくつかの実施形態は、その中に少なくとも１つ電子バックプレーン１１０を有する装置ラック（equipment rack）１０５を備えている。ラック１０５は、複数の電子回路ボード１１５を備えている。電子回路ボード１１５の各々は、挿入力１２０によって、ラック１０５における電子バックプレーン１１０と接するように、保持される。例えば、挿入力により、回路ボード１１５の個々の１つと電子バックプレーン１１０との間での、電気的接続と直接的な熱的接続とが保証される。電子回路ボード１１５の内のいくつかは、その上に局所的な熱源１２５を有する。装置１００は、また、電子バックプレーン１１０に隣接して配置された共通クーラ１３０と、回路ボード１１５の上の対応する局所的熱源１２５に接続している複数のヒートスプレッダ１３５とを備えている。
【００１７】
いくつかの場合には、ラック１０５は、１つまたは複数の棚１４０を含むことがあって、各棚１４０は、電子バックプレーン１１０の１つを保持するように、構成されうる。回路ボード１１５のいくつかの実施形態は、共通クーラ１３０とは物理的に結合されていない他のヒートスプレッダ１４５（例えば、ヒート・シンク）をその上に含むことがある。これらの他のヒートスプレッダ１４５は、局所的な熱源１２５よりも少量の熱を生じる回路ボード１１５上の他のコンポーネントを冷却するように構成することが可能である。
【００１８】
図２および図３に更に図解されているように、各ヒートスプレッダ１３５は、電子回路ボード１１５の１つの上方にありその１つに隣接する（over and adjacent to）熱伝導経路２１０を形成するように構成されている。この熱伝導経路は、局所的な熱源１２５の１つまたは複数に隣接する領域２２０から共通クーラ１３０まで至る。
【００１９】
ここで、熱伝導経路とは、伝導経路であって、その長さがこの伝導経路の物理的長さの全体の実質的部分である空気対流部分を含まないものである。例えば、熱伝導経路は、どのような空気対流部分も、含むことができない。あるいは、熱伝導経路は、その長さがこの伝導経路の長さ全体の２０％未満、または、その長さがこの伝導経路の長さ全体の１０％未満である空気対流部分を有する場合がある。
【００２０】
図１に図解されているように、装置１００は、更に、１つまたは複数のコンプライアントな熱インターフェースパッド１５０を備えている。各コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０は、ヒートスプレッダ１３５の１つと共通クーラ１３０との間に配置されている。また、各コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０は、挿入力１２０の一部によって圧縮されることで、熱インターフェースパッド１５０と、ヒートスプレッダ１３５と共通クーラ１３０の両者の隣接部分との間に直接的な物理的接触が生じることを保証している。
【００２１】
コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０の特性は、ヒートスプレッダ１３５から共通クーラ１３０への伝導性熱伝達（conductive heat transfer）を増加させるように、選択することができる。例えば、コンプライアントな熱インターフェースパッドの形状、その厚さ２２５を含むサイズ、圧縮可能性、および熱伝導性は、その伝導性熱伝達を増加させるように選択することができる。上述した特性のための選択の最適化は、ヒートスプレッダ１３５のサイズ、ヒートスプレッダ１３５と共通クーラ１３０との間のギャップの距離２３０、熱源１２５によって生じる熱量、共通クーラ１３０からの冷却の程度、および／またはラック１０５における対流的なエアフローからの冷却の程度に、左右されうる。
【００２２】
電気通信に関する中核的な施設において棚に取り付けられる従来型の回路ボードのためのいくつかの実施形態では、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０の１つまたは複数は、少なくとも約１Ｗ／ｍＫ、およびいくつかの場合には少なくとも約２Ｗ／ｍＫ、および更に別の場合には少なくとも約５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。そのような高い熱伝導率は、熱源１２５からパッド１５０を経由して共通クーラ１３０までの、熱伝導経路２１０を通過しての伝導性熱伝達を容易にする。コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０のための適切な材料の非制限的な例には、Ｔｆｌｅｘ（商標）（米国ニュージャージー州マーワー（Mahwah）所在のＭＨ＆Ｗインターナショナル社）またはＧＡＰ  ＰＡＤ（登録商標）（米国ミネソタ州チャンハッセン（Chanhassen）所在のバーグキスト社（The Bergquist Company））などの、熱ギャップ充填剤が含まれる。開示に基づけば、当業者は、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０を形成するために用いることができる他のタイプの材料を理解するであろう。
【００２３】
いくつかの実施形態では、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０の１つまたは複数は、異なるギャップ距離２３０の範囲に対して熱伝導パッド２１０を完成させることができる程度の圧縮可能性を有している。例えば、いくつかの実施形態では、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０の少なくとも１つの厚さ２２５は、挿入力１２０を加えられると、少なくとも約１０％の圧縮が可能である。ヒートスプレッダ１３５と共通クーラ１３０との間の可変的なギャップ距離２３０は、設置されると、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０の異なる複数個が異なる厚さを有するように、生じうる。例えば、回路ボード１１５上のヒートスプレッダ１３５の（１つまたは複数の）端部のサイズまたは位置における変動、回路ボード１１５のサイズの変動、電子バックプレーン１１０における回路ボード１１５の装填距離（seating）の変動、または回路ボード１１５との関係での共通クーラ１３０の位置の変動が存在しうる。
【００２４】
いくつかの実施形態では、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０の１つまたは複数は、可逆的に圧縮可能である。例えば、いくつかの場合には、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０は、弾性の熱インターフェースパッドでありうる。例えば、いくつかの実施形態では、パッドの厚さ２２５は、挿入力１２０がパッド１５０に加えられないときには、実質的に、その圧縮前の値（例えば、同一の厚さ２２５±１％）に戻ることが可能である。また、そのような可逆的に圧縮可能なパッド１５０はクリープ抵抗性（creep resistant）であることが望ましく、それにより、恒久的な設定または応力の緩和なく回路ボード１１５を反復的な回数の挿入／取り外しのサイクル（いくつかの実施形態では、例えば、少なくとも約１０回のサイクル、およびいくつかの場合には少なくとも約１００回のサイクル）に耐えながら、熱経路２１０を提供し続ける。そのような材料の性質は、同じ棚１４０にあるそれ以外の回路ボード１１５の動作を継続させながら、いずれか１つの回路ボード１１５を棚１４０から「ホット」スワップするまたは置き換えることを許容することによって、装置１００の継続的な機能を保存することに役立つ。このようなホット・スワップまたは置き換えは、装置１００またはそのサブコンポーネントの設計上の寿命の間（例えば、ラック１０５における棚１４０の上にある回路ボード１１５の設計上の寿命の間）、様々な回数が実行されうる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０の１つまたは複数が、ヒートスプレッダ１３５と共通クーラ１３０の両者の間で、可逆的または取り外し可能な物理的接続を形成する。これにより、例えば、パッド１５０の耐用年数に到達した、または、熱伝導経路２１０をよりよく確立するために別のサイズのパッド１５０が必要とされているなどの理由により、必要に応じてパッド１５０を容易に交換することが可能になるという効果が得られる。
【００２６】
しかし、いくつかの場合には、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０を、ヒートスプレッダ１３５にもしくは共通クーラ１３０に、または、ヒートスプレッダ１３５と共通クーラ１３０の両者に物理的に固定されるように構成することができる。例えば、パッド１５０の表面２４０、２４５の一方または両方が、パッド１５０をヒートスプレッダ１３５または共通クーラ１３０のどちらか一方に恒久的に結合するまたは固定する接着剤を含むことがありうる。いくつかの場合には、パッド１５０を共通クーラ１３０に物理的に固定することが効果的であることがありうる。というのは、そうすることにより、回路ボード１１５がスワップされ、新たな回路ボード１１５がスワップにより設置されるときに、パッド１５０を更に操作または調整することなく、熱伝導経路２１０を再確立するのに用いるために同じパッド１５０が共通クーラ１３０に取り付けられたままになるからである。更に別の実施形態では、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０を、ヒートスプレッダ１３５または共通クーラ１３０に、機械的な構造を用いて物理的に固定することが可能である。例えば、クランプ、ネジ、フレーム、レッジ、または類似の構造を用いて、回路ボード１１５が電子バックプレーン１１０から取り外されたとき、パッド１５０を共通クーラ１３０に隣接する位置におよび／またはヒートスプレッダ１３５の１つの隣接する一端に保持することが可能である。しかし、更に別の実施形態では、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０（例えば、いくつかの場合には、弾性の熱インターフェースパッドでありうる）は、挿入力１２０だけによって、ヒートスプレッダ１３５の１つと共通クーラ１３０との間の位置に物理的に保持されるように構成される。
【００２７】
いくつかの実施形態では、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０は、電気絶縁性の外側表面を有しうる。そのような電気絶縁性の外側表面は、回路ボード１１５を別の回路ボード１１５とホット・スワップするときに、電気的な短絡を回避するのに有用でありうる。
【００２８】
図２および３に図解されているように、いくつかの実施形態では、効率的な熱伝達を容易にするために、弾性の熱インターフェースパッド１５０の１つまたは複数は、ヒートスプレッダ１３５の１つの平坦な表面２５０との、および共通クーラ１３０の平坦な表面２５５との境界となるように構成された実質的に平坦な表面２４０を有することが可能である。いくつかの実施形態では、パッド１５０を通過する効率的な熱伝達を容易にするために、共通クーラ１３０に面しているヒートスプレッダ１３５の一部は、回路ボード１１５が電子バックプレーン１１０の中に挿入されるときに、共通クーラ１３０の平坦な表面２５５と実質的に平行になりうる平坦な矩形表面２４５またはそれ以外の平坦な表面を有するような形状を有している。例えば、平面図である図２から観察されるように、ヒートスプレッダ１３５は、共通クーラ１３０の平坦な表面２５５と対向し実質的に並行である表面２４５を有するＴ型の一端を形成することがありうる。本開示に基づけば、当業者は、共通クーラと対向するヒートスプレッダ１３５の一端がＬ型やＵ型など他の形状を有することが可能であり、共通クーラ１３０への効率的な熱伝達を容易にする表面２４５を提供しうることを理解するであろう。
【００２９】
図２および３に更に図解されているように、いくつかの実施形態では、ヒートスプレッダ１３５を、局所的な熱源１２５の１つに機械的に取り付けることが可能である。例えば、ネジ、バネ仕掛けのネジ、またはクランプなどの取り付け構造２６０を用いることにより、機械的な取り付けを容易にすることが可能である。いくつかの場合には、熱伝達を容易にするために、ヒートスプレッダ１３５と局所的な熱源１２５との間に、熱インターフェース材料の薄い層２６２が存在することがありうる。いくつかの場合には、回路ボード１１５の取り付けは、回路ボードがラック１０５に配置される前に、回路ボードの製造プロセスの間に完成していることがありうる。いくつかの実施形態では、ヒートスプレッダ１３５は回路ボード１１５に恒久的に取り付けられていることがあり、しかし他の場合には、この機械的な取り付けは取り外すことが可能である。例えば、手動工具を用いる分野では、ヒートスプレッダ１３５を回路ボード１１５から取り外すことが望まれることがありうる。
【００３０】
図２に図解されているように、ヒートスプレッダ１３５のいくつかの実施形態は、２．５ｍｍ未満の厚さ２６４を有する。更に図２に図解されているように、ヒートスプレッダ１３５のいくつかの実施形態は平坦でない幾何学的形状を有することがありうるが、これは、例えば、熱伝導経路２１０に沿った熱伝導率を不適切に低下させないようにしながら、回路ボード１１５上に取り付けられた対流によって冷却されより低い電力が供給されているかまたは給電されていないデバイス２６６の上方に、他のヒートスプレッダ１４５を架橋するのを容易にするためである。
【００３１】
いくつかの実施形態では、ヒートスプレッダ１３５は、ナノ・ヒートスプレッダまたは蒸気チャンバを含むことがある。ヒートスプレッダ１３５のいくつかの実施形態は、１つまたは複数のヒート・パイプを含むことがある。ヒートスプレッダ１３５のいくつかの実施形態は、少なくとも約２Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することがあり、かついくつかの場合には、少なくとも約５Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有することがありうる。いくつかの場合には、ヒート・パイプ構成を有するヒートスプレッダ１３５は、アスペクト比が大きなフォーム・ファクタ（例えば、長さ２６８：厚さ２６４、または幅３０５：厚さ２６４の比が１０：１よりも大きい、およびいくつかの場合には１００：１よりも大きい）の形成を容易にすることができる。
【００３２】
装置１００のいくつかの実施形態において、挿入力１２０は、電子回路ボード１１５の各々のフェースプレート２７０に適用されたバネ仕掛けまたはレバー作動式ラッチによって生成される。挿入力１２０は、パッド１５０を通過してヒートスプレッダ１３５と共通クーラ１３０との間に熱伝導経路２１０を形成するのに必要な圧力を提供する。
【００３３】
図３に図解されているように、装置１００のいくつかの実施形態では、電子回路ボード１１５は、電子バックプレーン１１０のソケット（receptacle）３２０の中に適合するように構成され幅３１５が約２５ｍｍ未満である単一のスロット３１０を有する。いくつかの実施形態では、局所的な熱源１２５（または、いくつかの場合には複数の熱源）が高度に給電された光または電子コンポーネント（または、複数のコンポーネント）である可能性があり、その結果として、同じ回路ボード１１５上にある他のディスクリートなコンポーネントによって生成される熱量と比較すると、大量の熱を生成することがありうる。例えば、いくつかの場合には、局所的な熱源１２５は、少なくとも約１０ワットの電力を用いることがあり、かつ他の場合には、少なくとも約５０ワットの電力を用いることがあり、かつ更に別の場合には、少なくとも約１００ワットの電力を用いることがある。そのような高度に給電される局所的な熱源１２５の例としては、光学的な差動位相シフト・キーイング変調器やレーザ源が含まれうる。
【００３４】
強制空気対流だけによる冷却技術と対照的に、本出願において開示されている冷却構造は、局所的な高放熱光または電子コンポーネントすなわち局所的な熱源１２５のために、熱を適切に取り除くことができる。更に、この光または電子コンポーネントである局所的熱源１２５は、電気通信に関する中核的な施設における個々の回路ボードのための従来型のスロットである幅が２５ｍｍ以下である単一のスロット３１０を有する回路ボード１１５の上において、大きな水平方向の面積を有しうる。許容可能な最大の音響ノイズ・レベルのために、棚１４０における個々の回路ボード１１５のための空間を実質的に増加させて（例えば、いくつかの場合には２倍に）、ここで説明されているハイブリッドな技術が存在しない場合に適切な冷却を提供することが必要となりうる。このように、ハイブリッドな冷却に基づく実施形態によると、その冷却が対流空気による冷却だけに基づくシステムよりも、狭いスロットを個々の回路ボード１１５のために用いることが、可能になりうる。
【００３５】
ここで開示されている冷却構造は、また、高度に給電される光または電子コンポーネントである局所的な熱源１２５に冷却用のループ・エバポレータを直接に取り付けることとは、対照的である。２５ｍｍ以下の従来型の幅を備えた単一のスロット３１０を有する回路ボード１１５上の光または電子コンポーネントである局所的熱源１２５の例について、再び考察してみよう。直接的に取り付けられた冷却用のループ・エバポレータを用いて冷却を達成するには、追加的なスロット体積（例えば、より大きなスロット幅）および／または追加的なスロットを提供して、直接的に取り付けられたエバポレータを収容することが必要でありうる。そのような解決策は、多くの場合、望ましくない。その理由は、棚の有用性に関するスループット性能（典型的には、機器の体積当たりでスイッチングされるまたは処理されるデータのビット数として測定される）は、多くの場合、スロットの幅とほぼ反比例の関係にある、すなわち、その上にあるスロットの個数とほぼ比例関係にあるからである。例えば、スループット性能は、棚１４０のスロット幅３１５を２５ｍｍから５０ｍｍに倍増させると、半分に減少しうる。更に、いくつかの場合には、そのような冷却用のループ・エバポレータを局所的な熱源１２５に直接に取り付けると、その結果として、典型的には長時間を要する物理的な取り外し手順なしに回路ボード１１５を容易に「ホット」スワップするまたは置き換える可能性が失われることがありうる。
【００３６】
対照的に、ある実施形態では、回路ボード１１５の各々は、電子バックプレーン１１０に接する態様で、対応するスロットに可逆的にすなわち取り外し可能に保持されるように構成されており、いくつかの場合には、回路ボード１１５のいずれか１つを、これら複数の回路ボード１１５の残りのものに提供される電力を中断することなく、電子バックプレーン１１０から取り外すことが可能である。更に、装置１００のいくつかの実施形態においては、この１つまたは複数の回路ボード１１５は、それぞれが複数のスロット３１０を有することが可能であり、または、望ましい場合には、約２５ｍｍ以上の幅３１５を備えた単一のスロットを有する。
【００３７】
再び図１を参照すると、装置１００のいくつかの実施形態では、冷媒を循環させるように共通クーラ１３０を構成することが可能である。例えば、いくつかの場合には、共通クーラ１３０は、２相の冷却ループを有するエバポレータ（例えば、いくつかの場合には、マイクロチャネル・エバポレータ）として構成することが可能である。しかし、他の実施形態では、共通クーラ１３０を、高い熱伝導率を有する固体構造（例えば、金属バー）として構成することが可能である。
【００３８】
図３に図解されているように、装置１００のいくつかの実施形態では、共通クーラ１３０のある部分が、回路ボード１１５と電子バックプレーン１１０との間の空間３３０に位置決めされる。共通クーラ１３０のその部分のそのような位置決めが、ヒートスプレッダ１３５の各々の共通クーラ１３０への効率的な熱的結合を容易にすることができ、また、共通クーラ１３０によってラック１０５の内部で占有される空間の大きさを減少させることができる。
【００３９】
いくつかの場合には、共通クーラ１３０は、冷却システム１７０の一部を形成するのであるが、このシステムは、更に、供給ラインおよび返却ライン１７２、１７４と、閉ループを通過して液体および／または気相の冷媒１７８を循環させるためのポンピング機構１７６と、凝縮器サブユニット１８０とを含んでいる。いくつかの場合には、供給ラインおよび返却ライン１７２、１７４は、可撓性のラインであり、複数の共通クーラ１３０を単一の凝縮器サブユニット１８０にモジュール式に直列または並列的に接続することに加え、共通クーラ１３０のオンサイトでの設置を可能にする「迅速切断（quick-disconnect）」端部フィッティングを用いることができる。例えば、いくつかの場合には、各共通クーラ１３０を、ラック１０５の対応する棚１４０に配置することが可能であり、かつ／または、異なる電子バックプレーン１１０と関連させることも可能である。いくつかの場合には、凝縮器サブユニット１８０を、ラック１０５から離れた位置に配置することが可能である。いくつかの場合には、凝縮器サブユニット１８０を、建物の冷却水供給源との接点となるように構成することが可能である。しかし、他の場合には、凝縮器サブユニット１８０を、別個のエアコンＡＣ冷却ループ、ヒート・シンク、または周囲の室内空気など、他の放熱機構との接点となるように構成することが可能である。
【００４０】
いくつかの実施形態では、共通クーラ１３０は、周囲温度および圧力（例えば、摂氏約２０度で約１気圧）では気体である冷媒１７８を循環させるように構成されている。このような実施形態では、冷媒１７８が漏れる場合に、機器の空間に液相の冷媒はまったく存在せず、よって、回路ボード１１５およびそのコンポーネント部品への損害またはボード・モジュールの損害の可能性を低下させる。同様に、いくつかの実施形態では、有機絶縁体である冷媒１７８の例を用いて、例えば共通クーラ１３０からの漏れが生じる場合に、回路ボード１１５およびそのコンポーネント部品への損害の可能性を低下させる。適切な冷媒の非制限的な例としては、Ｒ１３４ａまたはＨＦＣ−１３４ａとしても知られている１，１，１，２−テトラフルオロエタンもしくは同様のハロアルカン冷媒、または、当業者に知られている他の冷媒が含まれる。
【００４１】
本開示に基づくと、当業者は、冷媒１７８の気化の潜熱を利用することによってより高い熱伝達率を容易にするために、局所的な熱源１２５から、冷媒が蒸発される共通クーラ１３０まで、どのようにして熱が伝達させることができるかを理解するであろう。気相である冷媒１７８は、ポンピング機構１７６によって、熱伝達が生じる凝縮器１８０まで移動され、それにより、冷媒１７８が凝縮されて再び液体に戻る。凝縮された液体である冷媒１７８は共通クーラ１３０に戻されるが、そこでサイクルが継続し、閉じた冷却ループが完成される。
【００４２】
本開示のいくつかの実施形態は、ここで説明されているように個別的な電子回路ボード１１５のレベルでの伝導性冷却と、対流エアフローによる冷却の両方を用いるハイブリッドな冷却ソリューションを提供する。例えば、図３において更に図解されているように、装置１００のいくつかの実施形態は、更に、ラック１０５に配置されており回路ボード１１５から熱を取り除くように構成されたエアフロー装置３４０を更に含む。いくつかの実施形態では、エアフロー装置３４０は、ラック１０５の内部に配置された１つまたは複数のファン・トレイ３４２、３４４を含む。エアフロー熱交換装置３４０は、電子回路ボード１１５の主な表面に平行な平均的な方向３５０にエアフローを送るように構成することができる。例えば、いくつかの場合には、エアフローの方向３５０は、ラック１０５の底部から頂部へ向かう方向とすることが可能であり、棚１４０の上および／または下のいずれかに位置決めされている１つまたは複数のファン・トレイ３４２、３４４の中に収容された空気移動装置（例えば、軸流ファン）のアレイによって提供されうる。いくつかの場合には、伝導性の冷却から得られる冷却効率のために、例えばファン速度の低下に起因して、エアフロー装置３４０のための入力電力を低下させることが可能になる。例えば、いくつかの場合には、エアフロー装置３４０のための毎分当たりの立方フィートを単位とするエアフローを、ここで説明されている伝導性冷却を用いない冷却と比較して、電力消費を比例的に減少させながら、２０〜５０パーセント減少させることが可能である。
【００４３】
別の実施形態は、装置を組み立てる方法である。図４には、本開示の装置を組み立てるための例示的な方法４００を説明するフローチャートが示されている。装置１００の実施形態の任意のものと、図１〜図３のコンテクストに記載されているようなそのコンポーネント部分とを、方法４００に従って組み立てることが可能である。
【００４４】
図１〜図３の全体を参照することを継続すると、方法４００は、複数の電子回路ボード１１５をラック１０５のスロット３１０に設置して、設置された電子回路ボード１１５の各々が、対応する力１２０により、ラック１０５に対するクーラ１３０の一部に接して保持されるようにするステップ４１０を含んでおり、ここで、設置された電子回路ボード１１５のいくつかは、局所的な熱源１２５をその上に有し、かつ、局所的な熱源１２５からクーラ１３０に至る熱伝導経路２１０を形成するように構成されたヒートスプレッダ１３５を有している。
【００４５】
方法４００のいくつかの実施形態は、更に、少なくとも１つの電子バックプレーン１１０をその中に有するラック１０５を提供するステップ４１５と、電子バックプレーン１１０に隣接するようにクーラ１３０（例えば、共通クーラ）を位置決めするステップ４２０とを含む。いくつかの場合には、各ヒートスプレッダ１３５は、電子回路ボード１１５の１つの上方にありかつその１つに隣接していて電子回路ボード１１５の上の局所的な熱源１２５の１つまたは複数に隣接する領域からクーラ１３０に至る熱伝導経路２１０を形成するように構成されている。
【００４６】
方法４００のいくつかの実施形態は、更に、ラック１０５にエアフロー装置３４０を取り付けるステップ４３０を含んでおり、このエアフロー装置３４０は、エアフロー３５０を、回路ボード１１５およびヒートスプレッダ１３５または他のヒートスプレッダ２５７の上方に方向付けるように構成されている。例えば、ステップ４４０におけるエアフロー装置３４０の取り付けは、空気を回路ボード１１５の上方に強制するように構成された１つまたは複数のファン・トレイ３４２、３４４が取り付けられていることを含みうる。例えば、ファン・トレイ３４２、３４４は、回路ボード１１５の列の上および下に配置することが可能であって、回路ボード１１５の１つまたは複数から共通クーラ１３０に熱が転送されるのと同時に、回路ボード１１５の表面の上方に空気を押し出すまたはそこから空気を引き入れるように構成することができる。上述したように、ヒートスプレッダ１３５を経由して共通クーラ１３０に至る伝導性熱伝達（transfer conductive heat transfer）によって提供される追加的な冷却は、同時に、エアフロー装置３４０がより低速で動作されることを可能にすることがありうるのであって、結果的に、ラック１０５における構造物の冷却に関連する音響雑音および／または電力消費を低減させる。
【００４７】
別の実施形態として、電子回路をスワップ・アウトする方法がある。図５には、電子回路をスワップ・アウトするための例示的な方法５００を説明するフローチャートが示されている。方法５００は、装置１００の実施形態の内のどれにでも、そして、図１〜図３のコンテクストに記載されているそのコンポーネント部分にも適用することができる。
【００４８】
図１〜図３の全体を参照することを継続すると、方法５００は、設置された電子回路ボード１１５をラック１０５のスロット３１０から取り外すことにより、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０とヒートスプレッダ１３５またはラック１０５の内部にあるクーラ１３０（例えば、共通クーラ）との間の接続を遮断するステップ５１０を含む。
【００４９】
方法５００のいくつかの実施形態は、更に、取り外される電子回路ボード１１５を別の電子回路ボード１１５に力を加えることによって、別の電子回路ボード１１５で置き換えるステップ５２０を含んでおりこの置き換えの結果として、コンプライアントな熱インターフェースパッド１５０が、別の回路ボード１１５のヒートスプレッダ１３５とクーラ１３０との間に位置するようになる。
【００５０】
以上では、本発明の様々な実施形態が詳細に説明されてきたが、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱することなく、本発明において様々な変更、置き換え、および改変を行うことが可能であることを、理解するはずである。
【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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【国際調査報告】
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