(57)【要約】プリント回路板上のソケットに取付けられ、かつ、その各々が圧縮器に基づいた冷却要素によって冷却される１つ以上の集積回路のための冷却装置。各集積回路の表面上には、突出する冷却ロッドを備えた蓋を有する筐体（１５）の形をとった蒸発器によって形成される冷却要素が配置される。筐体内の入口スタブ（２４）において終端をなす供給管（２２，２３）を介して筐体（１５）に冷媒が供給され、供給管は、冷媒が筐体内部に進入するとその方向をたとえば９０°だけ変化させるように構成される。冷媒は、入口スタブ（２２）と同軸の出口スタブ（２５）を介して筐体から戻される。供給管は、入口スタブ（２４）および出口スタブ（２５）よりも直径が小さく、このことは、冷媒の冷却およびそれによる冷却ロッドの冷却が、筐体内で行なわれることを意味し、この冷却が、個々のＩＣに伝えられる。冷却プロセスに関わる凝縮物の形成を回避するために、筐体は、この発明によると、プリント回路板に固定され、ブチル等の封止材料が、筐体（１５）とプリント回路板（３）との間に配置される。さらに封止するために、ワイヤがＩＣに向かって延びる領域のプリント回路板の後面に、後部フランジを固定することができ、この後部フランジは、プリント回路板に対してブチルで封止される。
2004523119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント回路板上のソケットに取付けられた集積回路（６）のための冷却装置であって、前記集積回路（６）上に冷却要素（１４）が配置され、前記冷却装置および前記集積回路は、その縁が前記プリント回路板に固定された筐体（１５）の周囲から断熱され、流体の輸送に対して不透過性である封止材料が、前記筐体と前記プリント回路板との間に設けられることを特徴とする、冷却装置。
【請求項２】
前記冷却要素は圧縮器ベースであり、前記冷却要素は、その空洞内に、突出した冷却ロッド（２１）を有する蓋が配置された前記筐体（１５）によって形成され、蓋が設けられた前記筐体は、冷媒のための供給管（２２）、入口スタブ（２４）、および出口スタブ（２５）を有する蒸発器によって形成されて、前記ロッド間の空間にポリエチレンフォームが導入されることを特徴とする、請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記集積回路へのワイヤが設けられた領域において前記プリント回路板の下に、底部を有する底部フランジ（２）が固定されて、前記底部フランジと前記プリント回路板との間にも封止材料が設けられることを特徴とする、請求項１または２に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記封止材料は、−５０℃より低いガラス温度を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項５】
前記封止材料は、前記筐体が形成される材料、たとえばｐｏｍまたはアルミニウムに対する良好な接着性と、エポキシアクリル酸塩樹脂等の樹脂を含む物質で被覆された取付プレートの表面に対する良好な接着性とを有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の冷却材料。
【請求項６】
前記封止材料は、摂氏３７．５度において低い、好ましくは、ＳＩ系の単位に従って示される８２・１０-13よりも低い、水蒸気に対する透過性係数を有することを特徴とする
、請求項１〜５のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項７】
前記封止材料は、ブチルゴムとも呼ばれるエチレン−プロピレン−ジエン共重合体等のエラストマーであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項８】
前記蒸発器の前記入口スタブ（２４）に冷媒を供給するための供給管（２２，２３）は、前記冷媒が前記入口スタブに進入するとその方向をたとえば９０°だけ変化させ、かつ、前記入口スタブ（２４）および前記出口スタブ（２５）の直径が前記供給管の直径よりも大きくなるように構成されることを特徴とする、請求項２〜７のいずれかに記載の冷却装置。
【請求項９】
ここから冷媒がすべてのＩＣに送られる、共通の圧縮器ベースの冷却装置を用いた、２つ以上のＩＣを冷却するための請求項１〜８のいずれかに記載の冷却装置であって、各ＩＣは、接続された蒸発器によって別個に冷却され、ＩＣの温度制御は、前記冷媒を局部的に加熱することにより冷媒の流体運動を減速させる気泡を生成することによって、個々のＩＣ回路の蒸発器内の前記冷媒の流量および量を調整することによって行なわれることを特徴とする、冷却装置。
【請求項１０】
前記温度制御は、前記冷却装置に含まれてそれぞれの凝縮器に結合された冷却送風機の回転速度を調整することによって行なわれることを特徴とする、請求項９に記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリント回路板上のソケットに取付けられた集積回路のための冷却装置に関する。集積回路上に冷却要素が配置され、冷却装置および集積回路は、その縁がプリント回路板に固定された筐体の周囲から断熱される。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体技術における開発により、集積回路、いわゆるＩＣの冷却が、より一層必要とされるようになった。この開発の一例は、コンピュータの中心的な要素であるプロセッサが常にその性能を高めるＰＣシステムである。たとえば、その計算速度は、ほぼ月単位で上昇している。
【０００３】
しかしながら、より高速なＩＣの動作が可能になるにつれて、より多くの電力をＩＣに供給しなければならないのが現状である。逆に、このことは、より多くの熱が放散されなければならないことを意味する。なぜなら、ＩＣの性能は、低温になると向上するためである。
【０００４】
今日では公知の圧縮機ベースのＩＣ冷却システムの使用は、冷却されるＩＣの周囲における凝縮物の問題を伴う。一般に、凝縮物が生じるであろう領域を加熱することにより、この問題に対処することが試みられている。
【０００５】
したがって、米国特許第６，０５４，６７６号から公知であるように、集積回路の冷却は、この特許に述べられているように、集積回路の周囲において凝縮物の問題を生じ、その結果、凝縮物に近接した信号経路または凝縮物の付着したソケットの、短絡のおそれを生じる。
【０００６】
凝縮物の問題を回避するために、ＩＣ周囲の領域を加熱する加熱要素を挿入して、凝縮物の問題を最小にする試みがなされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
いくつかの理由により、冷却しようとする領域の近傍を積極的に加熱することは適切ではない。その１つの理由が、ＩＣの周囲を加熱する加熱要素もまた、実際にＩＣの温度を上昇させることにある。すなわち、このことは、加熱を行なわなければ得られる冷却ほど、この冷却が効率的ではないことを意味する。
【０００８】
したがって、同様の理由から、集積回路の所与の積極的な冷却は、局部的な加熱を行なわなくても、凝縮物の問題のために集積回路近傍で加熱を行なう場合に得られる性能よりも高い性能をもたらすことができる。
【０００９】
したがって、この発明の目的は、たとえば−４０℃以下に冷却されたプロセッサ等の集積回路の近傍において凝縮物が形成される問題を解決することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明の目的は、請求項１の導入部分で述べたタイプの冷却装置によって達成され、流体の輸送に対して不透過性である封止材料を筐体とプリント回路板との間に配置することを特徴とする。
【００１１】
それにより、低温のために凝縮する可能性のある水蒸気を含む周囲空気は、冷却されている領域の近傍には絶対に浸透できない。
【００１２】
さらに、請求項２に述べるように、冷却要素は、その空洞内に、突出した冷却ロッドを有する蓋が配置された筐体によって形成され、蓋が設けられた筐体は、冷媒のための供給管、入口スタブ、および出口スタブを有する蒸発器によって形成されて、ロッド間の空間にポリエチレンフォームが導入されることにより、凝縮物が形成されるおそれを最小にする極めて効果的な冷却を達成することができると有利である。
【００１３】
凝縮物が形成されることをさらに防ぐために、集積回路またはプロセッサを極めて強力に冷却することに伴ない、請求項３に述べるように、集積回路へのワイヤが設けられた領域においてプリント回路板の下に、底部を有する底部フランジを固定して、底部フランジとプリント回路板との間にも封止材料を設けると有利である。
【００１４】
それにより、プロセッサのソケットが配置されたプリント回路板上のワイヤもまた、凝縮物の形成から効果的に保護される。
【００１５】
封止材料の適切な実施例は、請求項５〜７に規定される。
これに関しては、請求項４に述べるように、封止材料が−５０℃より低いガラス温度を有する場合、その封止材料が確実に塑性状態を維持することに注目されたい。
【００１６】
加えて、請求項７に述べるように、封止材料が、ブチルゴムとも呼ばれるエチレン−プロピレン−ジエン共重合体等のエラストマーである場合、周囲空気から遮蔽されるべきプロセッサの封止に関して極めて効果的な封止材料が得られる。
【００１７】
集積回路の、よく規定された冷却を確実にするため、請求項８に述べるように、蒸発器内の入口スタブに冷媒を供給するための供給管が、冷媒が入口スタブに進入する際にその方向をたとえば９０°だけ変化させ、かつ、入口スタブおよび出口スタブの直径が供給管の直径よりも大きくなるように構成されると有利である。
【００１８】
その結果、「安定した」流れと、蒸発器内における液−蒸気形態での、冷媒のよく規定された混合物とを生じ、気体が液体の上部に来る。
【００１９】
集積回路に供給されるエネルギ量に関係なく集積回路に対して同じ温度状態が所望される共通の圧縮機ベースの冷却システムから、いくつかの集積回路を冷却する際に、請求項９に述べるように、冷媒を局部的に加熱することにより冷媒の流体運動を減速させる気泡を生成することによって、個々のＩＣ回路の蒸発器内の冷媒の流量および量を調整することによってＩＣの温度制御を行なうと、温度状態を一様にすることができる。
【００２０】
それにより、共通の圧縮機から供給される冷媒は、ＩＣ内の温度状態がどのようなものであるか、または温度差がどれくらいであるかに応じて、組込まれた蒸発器間に分配される。
【００２１】
いくつかのＩＣ間で温度状態を制御する代替的な方法は、より具体的には、冷却装置内に含まれてそれぞれの凝縮器に結合された冷却送風機の回転速度を調整することによって温度制御を行なうことにより、請求項１０に述べる構成をもたらすことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に、図面を参照して、この発明をより全面的に説明する。
図１において、番号１は、ラック等の部分を形成するキャビネット部を示す。
【００２３】
キャビネットは、特にソケット５が取付けられたプリント回路板３を搭載しており、ソケットは、中央部に集積回路６を担持する。固定フック７がソケット５の２つの縁に沿って配置される。固定フックの機能は以下に説明する。
【００２４】
１５は、蓋１４を設けることのできる筐体を示し、後に説明するように、この発明に従った冷却装置内の蒸発器を構成する。また、筐体１５が、そのうちの１つが１９と示される通り穴を有して形成され、それらを通してねじ１７、１８を受け得ることが分かる。最後に、筐体１５の上面にフランジ１６が配置されて、図２に関して以下に説明するように、冷媒を供給するための管を受けるように適合される。
【００２５】
これらのねじ１７、１８は、その側面の２つに沿って凹部１２を有する止め部１１の穴内にねじ締めすることができ、その穴の１つが１３と示される。凹部は、ソケット５上の固定フック７と係合することができる。
【００２６】
さらに分かるように、図１は、その一方側でソケットの周辺部に沿ってプリント回路板３と係合して、かつ、その他方側で筐体１５の下縁と係合するか、または、示されるように、必ずしも必要ではないが任意にフランジ９の一方側と係合するように適合される封止材料８を示す。この場合、フランジ９の反対側の縁は、追加の封止材料１０に隣接し、追加の封止材料１０は次いで、筐体１５の下縁に隣接する。
【００２７】
図１において、ベースカード３から上方に示された部分は、以下の態様で組立てられる。
【００２８】
凹部１２を備えた止め部１１をソケット５上の固定フック７に係合させ、次にねじ１７、１８を、穴１９を通して止め部１１上のねじ付き部分１３まで通す。それにより、プリント回路板３上ですべての部分が共にクランプされて、集積回路６の表面が、筐体１５の蓋１４の冷却面の下側と接触する。
【００２９】
ブチルの類の封止材料であり得る、流体に対して不透過性である封止材料が、クランプされた筐体１５とプリント回路板８との間で用いられているために、集積回路の表面上の温度を−４０℃より低く下げ得る冷媒が供給される際も、筐体１５の内部には絶対に凝縮物が形成されない。その理由は、ブチルが周囲に対して完全に密な遮蔽を形成するために、相当量の水蒸気を含む周囲空気が、プリント回路板と筐体との間を通行することによって筐体の内部に進入し得ないという特性をブチルが有するためである。
【００３０】
さらに、筐体の内部に凝縮物を絶対に形成しないようにするために、集積回路の電気的な接続が設けられる領域におけるプリント回路板の下側に、追加の蓋２を配置することができる。この追加の蓋２は、プリント回路板３と蓋４との間に封止用ブチルフランジ４を設けることによって、プリント回路板に対して封止される。
【００３１】
次に、この発明に従った冷却装置内の蒸発器として働く、蓋１４を備えた筐体１５がどのように構成されるかを、図２に関してより詳細に説明する。
【００３２】
筐体１５が、その中に供給管２２が挿入された縁を有する空洞２７を有することが分かる。供給管は、２３と示される縁に沿って、筐体の空洞２７と通信する筐体の入口スタブ２４まで延びる。
【００３３】
加えて、同様に筐体の空洞２５と通信する出口スタブ２５が、供給管２２と同軸的に延びる。
【００３４】
図１の蓋１４が、図２の下部に示される。この蓋は複数の冷却ロッド２１を有し、それらの長さは、筐体１５の空洞２７の深さより僅かに短い。蓋は、冷却ロッドが底部に当たらずに筐体１５の空洞２７内に位置付けられるように適合される。
【００３５】
任意に、蓋を備えた筐体内にポリエチレンフォームを導入して、筐体の空洞２７からすべての空気を排出させることが可能である。
【００３６】
前に述べたとおり、図１に示された部分をクランプすることにより、集積回路６の上面に蓋の底部を接触させる。
【００３７】
冷却の実施は以下の態様で行なわれる。
圧縮機から供給管２２に液体冷媒が供給され、液体冷媒は、そこから管２３を通って入口スタブ２４までさらに運ばれて、その流動方向を９０°だけ変化させる。次に、より低圧の筐体の空洞２７に冷媒が進入するにつれて温度が著しく下がり、液体および蒸気の混合物が空洞２７内で形成され、蒸気は液体の上部に位置する。
【００３８】
蒸気、おそらく液体は、空洞２７から圧縮機に戻されて、再び圧縮機から供給管２２に供給され、それによって冷却プロセスが公知の態様で継続する。
【００３９】
標準状態では、冷却プロセスに関連して凝縮物が形成されるが、筐体の空洞が周囲空気から遮断されて、ポリエチレンフォームが空洞内さらに供給されたために、凝縮物は形成されない。
【００４０】
図３は、ＩＣ回路（図示せず）と接触する蒸発器３０および３１によって２つのＩＣ回路（図示せず）が冷却されるべき密閉式冷却システムの構成を示す。蒸発器は、図１および図２で示されたものと同じ態様で構成される。３５は、圧縮器（図示せず）への出口接続を示す。３２は圧縮器（図示せず）からの冷却接続を示し、冷媒は、制御可能な加熱要素３６、３７（その構造は図５に関して説明する）に対し、２つの枝路を介してそれぞれ供給され、さらに、供給管（図示せず）を通って接続３３、３４を介して蒸発器３０、３１に供給される。
【００４１】
温度信号が、蒸発器またはＩＣ回路（図示せず）から導体３８、３９を介して制御ユニット２９まで伝達され、制御ユニット２９は、加熱要素３６および３７に制御信号を送る。
【００４２】
図３の構成は、以下の態様で作動する。
たとえば蒸発器３０が蒸発器３１よりも低い温度である場合に、その温度差が制御ユニット２９によって記録され、制御ユニット２９は、冷媒を加熱する加熱要素３６に信号を送り、それによって枝路３３において蒸発器３０への流れを止める気泡を生成するが、蒸発器３１は、その流量を増大させる。なぜなら、２つの蒸発器への総流量が一定であるためである。
【００４３】
図４は、図３の実施例の変形例を示す。なぜなら、２つの送風機４０、４１が制御ユニット４２から、ＩＣ回路（図示せず）にそれぞれ接続された蒸発器４５、４６からの温度信号に基づいて形成された制御信号を受取るためである。これらの温度信号は、ワイヤ４３、４４を介して制御ユニットに与えられ、次に、示されたファン４０、４１の回転速度を制御することによって蒸発器４５、４６への流れを調整する。さらに、蒸発器が出口スタブ４７を介して圧縮器（図示せず）と通信することが分かる。図３の構成との違いは、各蒸発器が、管５０を介して圧縮器からの供給を受けるそれ自体の凝縮器４８、４９に接続されていることである。そのため、冷媒を加熱するための加熱要素を用いて冷媒の流れを止める必要がない。それにより、図３の実施例よりエネルギ利用度が良くなるが、構成要素を組立てる費用が少し高価になる。
【００４４】
図５は、図３の構成に含まれる加熱要素の構造を示すが、図３においてこの構成の参照番号は３６および３７であることに注意されたい。
【００４５】
加熱要素が、蒸気ドーム５５と蒸気ドーム内に挿入された加熱表面部分５４との間の空間内に延びる冷媒用の供給管５３を含み、供給管５３を出口管５６内に残すことが分かる。加熱表面部分５４内の中央に、加熱要素５２が挿入されるが、それは、蒸気ドーム５５と加熱表面部分５４との間に位置付けられた管５１を介して冷媒を加熱するためのエネルギを受取る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明に従った、集積回路のための冷却装置の、分解状態にある構造の一実施例を示す図である。
【図２】図１の構成に含まれる蒸発器を拡大して示した図である。
【図３】この発明に従った、２つの集積回路を冷却するための密閉式システムにおける冷却装置の第１の基本的な構成を示す図である。
【図４】この発明に従った、２つの集積回路を冷却するための密閉式システムにおける冷却装置の第２の基本的な構成を示す図である。
【図５】図３の実施例で用いられる加熱要素の構造を示す図である。
【国際公開パンフレット】
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2004523119.tif 000004
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2004523119.tif 000022
【国際調査報告】
2004523119.tif 000023
2004523119.tif 000024