特許 6892920 冷却プレート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6892920

(24)【登録日】2021年6月1日

(45)【発行日】2021年6月23日

(54)【発明の名称】冷却プレート

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20210614BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20210614BHJP

【ＦＩ】

   H01L23/46 Z

   H05K7/20 N

   H05K7/20 B

【請求項の数】16

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2019-520867(P2019-520867)

(86)(22)【出願日】2017年10月30日

(65)【公表番号】特表2019-534560(P2019-534560A)

(43)【公表日】2019年11月28日

(86)【国際出願番号】IB2017056716

(87)【国際公開番号】WO2018078594

(87)【国際公開日】20180503

【審査請求日】2020年2月28日

(31)【優先権主張番号】15/339,710

(32)【優先日】2016年10月31日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390009531

【氏名又は名称】インターナショナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＢＵＳＩＮＥＳＳ ＭＡＣＨＩＮＥＳ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100108501

【弁理士】

【氏名又は名称】上野 剛史

(74)【代理人】

【識別番号】100112690

【弁理士】

【氏名又は名称】太佐 種一

(72)【発明者】

【氏名】マルロキン、クリストファー

(72)【発明者】

【氏名】ティエン、シュウローン

(72)【発明者】

【氏名】オコーネル、ケビン

(72)【発明者】

【氏名】シュルツ、マーク

【審査官】 正山 旭

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１３−５３４０４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２０１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１９９４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／１１２６００（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２３６０８３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−０７１６０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０７１３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２０７６７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０３０３４０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 中国特許出願公開第１０４９６９０２１（ＣＮ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０３６９５４５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２３／４７３

Ｈ０５Ｋ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子機器を冷却するための冷却プレートであって、
電子アセンブリ上に配置するように構成されたインターフェース・プレートであって、前記電子アセンブリのそれぞれの発熱部分の上に位置合わせするように配置された複数のアクティブ領域と、前記アクティブ領域の間の非アクティブ領域とを含む、インターフェース・プレートと、
対向するプレートであって、前記インターフェース・プレート及び前記対向するプレートの縁部を接合して、これらの間にプレナムを形成し、前記プレナムは、前記プレナムの第１の端部から前記プレナムの第２の端部への冷却流体流軸を定め、前記プレナムは、前記インターフェース・プレートの前記アクティブ領域と位置合わせされたアクティブ・プレナム容積と、前記インターフェース・プレートの前記非アクティブ領域と位置合わせされた非アクティブ・プレナム容積とを含み、前記冷却流体流軸に対する第１の横断方向における前記アクティブ・プレナム容積の第１の幅は、前記第１の横断方向における前記非アクティブ・プレナム容積の第２の幅より広い、対向するプレートと、
前記複数のアクティブ・プレナム容積の各々の中に配置された複数の冷却フィンであって、冷却フィンの表面は前記冷却流体流軸に沿って配置される、複数の冷却フィンと、
を含み、
前記冷却流体流軸に対する第２の横断方向における、かつ、前記第１の横断方向に直交する前記アクティブ・プレナム容積の第１の厚さは、前記非アクティブ・プレナム容積の第２の厚さよりも厚く、
前記アクティブ・プレナム容積は、前記アクティブ・プレナム容積を二分する面に関して前記第２の横断方向において対称であり、前記面は、前記冷却流体流軸及び前記第１の横断方向と位置合わせされる、冷却プレート。

【請求項2】

前記アクティブ・プレナム容積は移行領域を含み、前記移行領域の幅は、前記アクティブ・プレナム容積と隣接した非アクティブ・プレナム容積との間の前記冷却流体流軸に沿って、前記第１の幅から前記第２の幅まで変化する、請求項１に記載の冷却プレート。

【請求項3】

前記アクティブ・プレナム容積の各々の中の前記複数の冷却フィンは、中央領域と、前記第１の横断方向において前記中央領域の側部上に配置された側部領域とを含み、前記中央領域内の冷却フィンの表面は、前記冷却流体流軸に沿った第１の長さを有し、前記側部領域内の冷却フィンの表面は、前記第１の長さより短い長さを有する、請求項１に記載の冷却プレート。

【請求項4】

前記側部領域の前記冷却フィンの前記表面の長さは、前記第１の横断方向において前記中央領域から遠ざかるにつれて減少する、請求項３に記載の冷却プレート。

【請求項5】

前記対向するプレートの第１の端部に配置された冷却流体挿入ポートと、前記対向するプレートの第２の端部に配置された冷却流体抽出ポートとをさらに含み、冷却流体は、前記冷却流体挿入ポートを通って前記プレナム内に流入可能であり、前記冷却流体抽出ポートを通って前記プレナムから流出可能である、請求項１に記載の冷却プレート。

【請求項6】

各々が発熱部分を含む、列状に配置された複数の電気部品と、
前記複数の電気部品上に配置された冷却プレートと、
を含み、前記冷却プレートは、
前記複数の電気部品上に配置されたインターフェース・プレートであって、前記電気部品のそれぞれの発熱部分の上に位置合わせされるように配置された複数のアクティブ領域と、前記アクティブ領域の間の非アクティブ領域とを含む、インターフェース・プレートと、
対向するプレートであって、前記インターフェース・プレート及び前記対向するプレートの縁部が接合されてこれらの間にプレナムを形成し、前記プレナムは、前記プレナムの第１の端部から前記プレナムの第２の端部への冷却流体流軸を定め、前記プレナムは、前記インターフェース・プレートの前記アクティブ領域と位置合わせされたアクティブ・プレナム容積と、前記インターフェース・プレートの前記非アクティブ領域と位置合わせされた非アクティブ・プレナム容積とを含み、前記冷却流体流軸に対する第１の横断方向における前記アクティブ・プレナム容積の第１の幅は、前記第１の横断方向における前記非アクティブ・プレナム容積の第２の幅より広い、対向するプレートと、
前記複数のアクティブ・プレナム容積の各々の中に配置された複数の冷却フィンであって、冷却フィンの表面は前記冷却流体流軸に沿って配置される、複数の冷却フィンと、
を含む、電子アセンブリであって、
前記冷却流体流軸に対する第２の横断方向における、かつ、前記第１の横断方向に直交する前記アクティブ・プレナム容積の第１の厚さは、前記非アクティブ・プレナム容積の第２の厚さよりも厚く、
前記アクティブ・プレナム容積は、前記アクティブ・プレナム容積を二分する面に関して前記第２の横断方向において対称であり、前記面は、前記冷却流体流軸及び前記第１の横断方向と位置合わせされる、電子アセンブリ。

【請求項7】

前記アクティブ・プレナム容積は、移行領域を含み、前記移行領域の幅は、前記アクティブ・プレナム容積と隣接する非アクティブ・プレナム容積との間の前記冷却流体流軸に沿って前記第１の幅から前記第２の幅まで変化する、請求項６に記載の電子アセンブリ。

【請求項8】

前記アクティブ・プレナム容積の各々の中の前記複数の冷却フィンは、中央領域と、前記第１の横断方向において前記中央領域の側部上に配置された側部領域とを含み、前記中央領域内の冷却フィンの表面は、前記冷却流体流軸に沿った第１の長さを有し、前記側部領域内の冷却フィンの表面は、前記第１の長さより短い長さを有する、請求項６に記載の電子アセンブリ。

【請求項9】

前記側部領域の前記冷却フィンの前記表面の長さは、前記第１の横断方向において前記中央領域から遠ざかるにつれて減少する、請求項８に記載の電子アセンブリ。

【請求項10】

前記対向するプレートの第１の端部に配置された冷却流体挿入ポートと、前記対向するプレートの第２の端部に配置された冷却流体抽出ポートとをさらに含み、冷却流体は、前記冷却流体挿入ポートを通って前記プレナム内に流入可能であり、前記冷却流体抽出ポートを通って前記プレナムから流出可能である、請求項６に記載の電子アセンブリ。

【請求項11】

前記対向するプレートは銅を含み、前記冷却プレートは、前記対向するプレートの、少なくとも前記それぞれのアクティブ領域の部分上に取り付けられた金属プレートをさらに含み、前記電気部品は、前記冷却プレートの前記アクティブ領域を押して前記電気部品の発熱部分と接触させるそれぞれのクランプを含む、請求項６に記載の電子アセンブリ。

【請求項12】

冷却プレートを形成する方法であって、
金属薄板からインターフェース・プレートを打抜くことであって、前記インターフェース・プレートは、電子アセンブリ上に配置するように構成され、かつ、前記電子アセンブリのそれぞれの発熱部分の上に位置合わせするように配置された複数のアクティブ領域と、前記アクティブ領域の間の非アクティブ領域とを含む、打抜くことと、
複数の冷却フィンを前記複数のアクティブ領域の各々における前記インターフェース・プレートに固定することと、
金属薄板から対向するプレートを打抜くことと、
前記インターフェース・プレート及び対向するプレートの縁部を接合することであって、前記インターフェース・プレート及び前記対向するプレートの縁部はこれらの間にプレナムを形成し、前記プレナムは、前記プレナムの第１の端部から前記プレナムの第２の端部への冷却流体流軸を定め、前記プレナムは、前記インターフェース・プレートの前記アクティブ領域と位置合わせされたアクティブ・プレナム容積と、前記インターフェース・プレートの前記非アクティブ領域と位置合わせされた非アクティブ・プレナム容積とを含み、前記冷却流体流軸に対する第１の横断方向における前記アクティブ・プレナム容積の第１の幅は、前記第１の横断方向における前記非アクティブ・プレナム容積の第２の幅より広く、前記冷却フィンの表面は前記冷却流体流軸に沿って配置される、接合することと、
を含む、方法。

【請求項13】

前記インターフェース・プレート及び対向するプレートは、少なくとも９９．９％の純銅を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記インターフェース・プレート及び対向するプレートの前記縁部を接合することは、前記インターフェース・プレート及び対向するプレートの前記縁部をろう付けすることを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記複数の冷却フィンを前記インターフェース・プレートに固定することは、前記複数の冷却フィンを前記インターフェース・プレートにろう付けすることを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記インターフェース・プレート及び対向するプレートの前記縁部を接合した後、前記複数の冷却フィンを前記対向するプレートにろう付けすることをさらに含む、請求項１５に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

特定の用途において、電気システムの部品は、水冷される。こうした電気システムでは、プレナムが、金属薄板又は別の熱伝導材料により形成される。金属薄板又は他の熱伝導材料の外面は、電気システムの発熱（heat-generating）部品と接触した状態で（又は伝導連通した状態で）配置される。水は、多くの場合、腐食を防ぐために化学物質で処理され、プレナムを通って流れる。電気システムの部品からの熱は、金属薄板又は他の熱伝導材料に伝えられ、次に、プレナム内の水に伝えられる。プレナムを通って流れる水は、熱を電気システムの部品から運び去り、それにより部品が冷たいままに保たれる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0002】

冷却プレート、冷却プレートを含む電子アセンブリ及び冷却プレートを形成する方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0003】

１つの実施形態によると、電子機器を冷却するための冷却プレートが、電子アセンブリ上に配置するように構成されたインターフェース・プレートを含む。インターフェース・プレートは、電子アセンブリのそれぞれの発熱部分の上に位置合わせするように配置された複数のアクティブ領域と、アクティブ領域の間の非アクティブ領域とを含む。冷却プレートは、対向するプレートも含む。インターフェース・プレート及び対向するプレートの縁部を接合して、これらの間にプレナムを形成する。プレナムは、プレナムの第１の端部からプレナムの第２の端部への冷却流体流軸（cooling fluid flow axis）を定める。プレナムは、インターフェース・プレートのアクティブ領域と位置合わせされたアクティブ・プレナム容積（plenum volume）と、インターフェース・プレートの非アクティブ領域と位置合わせされた非アクティブ・プレナム容積とを含む。冷却流体流軸に対する第１の横断方向におけるアクティブ・プレナム容積の第１の幅は、第１の横断方向における非アクティブ・プレナム容積の第２の幅より広い。冷却プレートは、複数のアクティブ・プレナム容積の各々の中に配置された複数の冷却フィンも含む。冷却フィンの表面は、冷却流体流軸に沿って配置される。

【0004】

１つの実施形態によると、電子アセンブリが、列状に配置された複数の電気部品を含む。複数の電気部品の各々は、発熱部分を含む。電子アセンブリは、複数の電気部品上に配置された冷却プレートをさらに含む。冷却プレートは、複数の電気部品上に配置されたインターフェース・プレートを含む。インターフェース・プレートは、それぞれの電気部品の発熱部分の上に位置合わせするように配置された複数のアクティブ領域と、アクティブ領域の間の非アクティブ領域とを含む。冷却プレートは、対向するプレートも含む。インターフェース・プレート及び対向するプレートの縁部を接合して、これらの間にプレナムを形成する。プレナムは、プレナムの第１の端部からプレナムの第２の端部への冷却流体流軸を定める。プレナムは、インターフェース・プレートのアクティブ領域と位置合わせされたアクティブ・プレナム容積と、インターフェース・プレートの非アクティブ領域と位置合わせされた非アクティブ・プレナム容積とを含む。冷却流体流軸に対する第１の横断方向におけるアクティブ・プレナム容積の第１の幅は、第１の横断方向における非アクティブ・プレナム容積の第２の幅より広い。冷却プレートは、複数のアクティブ・プレナム容積の各々の中に配置された複数の冷却フィンも含む。冷却フィンの表面は、冷却流体流軸に沿って配置される。

【0005】

１つの実施形態によると、冷却プレートを形成する方法が、金属薄板からインターフェース・プレートを打抜くことを含む。インターフェース・プレートは、電子アセンブリ上に配置するように構成される。インターフェース・プレートは、電子アセンブリのそれぞれの発熱部分の上に位置合わせするように配置された複数のアクティブ領域と、アクティブ領域の間の非アクティブ領域とを含む。方法は、複数の冷却フィンを複数のアクティブ領域の各々におけるインターフェース・プレートに固定することも含む。方法は、金属薄板から対向するプレートを打抜くことも含む。方法は、第１の及び対向するプレートの縁部を接合することを含む。インターフェース・プレート及び対向するプレートの縁部は、これらの間にプレナムを形成する。プレナムは、プレナムの第１の端部からプレナムの第２の端部への冷却流体流軸を定める。プレナムは、インターフェース・プレートのアクティブ領域と位置合わせされたアクティブ・プレナム容積と、インターフェース・プレートの非アクティブ領域と位置合わせされた非アクティブ・プレナム容積とを含む。冷却流体流軸に対する第１の横断方向におけるアクティブ・プレナム容積の第１の幅は、第１の横断方向における非アクティブ・プレナム容積の第２の幅よりも広い。冷却フィンの表面は、冷却流体流軸に沿って配置される。
ここで、添付図面を参照して、本発明の実施形態を単なる例として説明する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】１つの実施形態による冷却プレートがその上に配置された電子アセンブリの斜視図である。

【図2】図１の冷却プレートの斜視図である。

【図3】断面が、冷却流体流軸に対する横断方向において冷却プレートの非アクティブ領域を通る、図１の冷却プレートの詳細な斜視断面図である。

【図4】断面が、冷却流体流軸において冷却プレートのアクティブ領域を通る、図１の冷却プレートの詳細な斜視断面図である。

【図5】図１の冷却プレートのアクティブ領域の断面端面図である。

【図6】図１の冷却プレートの上面断面図である。

【図7】図１の冷却プレートの詳細な上面断面図である。

【図8】図１の冷却プレート及び別の実施形態の冷却プレートの上面斜視図である。

【図9】図１の冷却プレート及び図８に示される他の実施形態の冷却プレートの底面斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下では、本開示において提示される実施形態が参照される。しかしながら、本開示の範囲は、説明される特定の実施形態に限定されるものではない。その代わりに、以下の特徴及び要素の任意の組み合わせが、異なる実施形態と関係するか否かにかかわらず、企図される実施形態を実装し、実施するように企図される。さらに、本明細書に開示される実施形態は、他の可能な解決法に優る、又は従来技術に優る利点を実現し得るものの、特定の利点が所与の実施形態によって実現されるか否かは、本開示の範囲を限定するものではない。従って、以下の態様、特徴、実施形態、及び利点は、単なる例証に過ぎず、特許請求の範囲において明示的に記載される場合を除いて、添付の特許請求の範囲の要素であるとも又は限定であるとも見なされない。同様に、「本発明」又は「本開示」への言及は、本明細書に開示されるいずれかの発明の主題の一般化であると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲において明示的に記載される場合を除いて、添付の特許請求の範囲の要素であるとも又は限定であるとも見なされるべきではない。

【0008】

特定の電子機器の水冷用途においては、電気システムの幾つかの構成部品が列状に位置合わせされるので、単一の水冷システムを用いて幾つかの構成部品を冷却するのに経済的である。図１は、３つの電気部品１０２が列状に配置され、１つの実施形態による冷却プレート２００がその上に配置された電気アセンブリ１００の斜視図である。例えば、３つの電気部品１０２は、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）とすることができる。３つの電気部品１０２は、熱スプレッダ１０４により覆われる。１つの実施形態において、熱スプレッダ１０４は、アルミニウムのブロックであり、電気部品１０２からの熱は、熱スプレッダ１０４に伝えられる。３つの熱スプレッダ１０４は、１つの実施形態による冷却プレート２００と接触している。冷却プレート２００は、冷却プレート２００の第１の端部に配置された冷却流体挿入ポート１２４と、冷却プレート２００の第２の端部に配置された冷却流体抽出ポート１２６とを含む。冷却流体挿入ポート１２４及び冷却流体抽出ポート１２６は、管類（図示せず）を介して、ポンプ及び冷却流体リザーバ（図示せず）に接続することができる。冷却流体（例えば、処理済みの水）は、冷却流体挿入ポート１２４を介して冷却プレート２００に流入し、冷却流体抽出ポート１２６を介して冷却プレート２００から流出する。

【0009】

冷却プレート２００は、適所に保持され、クランプ１１２により熱スプレッダ１０４に押し付けられる。クランプ１１２は、ヒンジ１１０を介して熱スプレッダ１０４に接続されるので、クランプ１１２を、冷却プレート２００と接触するように及びこれとの接触から離れるように動かすことができる。クランプが冷却プレート２００と接触するように動かされると、クランプ１１２は、ラッチ１０８にも接続可能である（例えば、バヨネット型接続）。ラッチ１０８は、板ばね１０６に固定することができ、この板ばね１０６は、クランプ１１２により冷却プレート２００に印加される圧力の量を調整することができる。冷却プレート２００は、随意的に、その上に配置されたＵ字形チャネル１３０を含むことができる。１つの実施形態において、冷却プレート２００は、軟質材料であるほぼ純銅（例えば、９９．９％の純銅）を含む。Ｕ字形チャネル１３０は、鋼で作成することができる。こうした鋼製Ｕ字形チャネル１３０は、冷却プレート２００のより広い表面にわたって、クランプ１１２からの荷重を分散させ、冷却プレート２００のくぼみ、へこみ、又は冷却プレート２００への他の構造的損傷の可能性を最小にする。

【0010】

冷却プレート２００が接触する熱スプレッダ１０４（又は、冷却されるべき他の露出した電気部品）の表面は、互いに対して水平で平らであることが理想的である。しかしながら、製造公差及び製造ばらつきのため、熱スプレッダ１０４の表面は、一般的に、次から次へと僅かなばらつきを含む。例えば、熱スプレッダ１０４の表面の高さは、製造ばらつきが原因で僅かに変わることがある。別の例として、熱スプレッダ１０４の表面が、互いに対して僅かに傾斜していることがある。熱スプレッダ１０４の表面の僅かなばらつきの結果、冷却プレート２００は、３つの熱スプレッダ１０４との接触を維持するために撓む。

【0011】

本明細書に説明される実施形態において、冷却プレートは、電気システム１００の集熱領域（heat concentrated area）にわたって（例えば、熱スプレッダ１０４にわたって）配置された「アクティブ」領域における広い幅（冷却流体流軸に対して横断方向の第１の方向の寸法）と、電気システムの集熱領域の間に（例えば、熱スプレッダ１０４の間に）配置された「非アクティブ」領域における第１の方向の狭い幅とを含む。種々の実施形態において、冷却プレートは、アクティブ領域におけるより厚い厚さ（冷却流方向に対して横断方向かつ第１の方向に対して横断方向の第２の方向の寸法）と、非アクティブ領域における第２の方向におけるより狭い厚さとを含む。第１の方向における減少した幅（及び、随意的には、第２の方向における減少した厚さ）は、電気部品（例えば、熱スプレッダ１０４）上の冷却プレート２００の寸法（すなわち、フットプリント）を減少させるので、電気部品を設計し直す必要はなく、又は冷却プレート２００に適応するように限定される修正しか必要とし得ない。少なくとも１つの実施形態においては、幅を減少させることにより、特に電気部品の特定の構造を回避することができる。付加的に、第１の方向における幅の減少（及び、随意的に、第２の方向における厚さの減少）は、非アクティブ領域における冷却プレート２００のねじり及び曲げ剛性を減少させ、より少ない力を用いて冷却プレート２００を撓ませ、曲げ、又は他の方法で変形させ、１つの電気部品ごとの（例えば、１つの熱スプレッダ１０４ごとの）ばらつきに適応することができる。

【0012】

冷却プレート２００は、熱スプレッダ１０４の集熱領域の上に配置された３つのアクティブ領域２１０を含む。冷却プレート２００は、それぞれのアクティブ領域２１０の間に配置され、これらを接続する２つの非アクティブ領域２４０も含む。非アクティブ領域２４０は、アクティブ領域２１０よりも狭い。具体的には、非アクティブ領域２４０は、熱スプレッダ１０４をその下の電気部品１０２に結合するばねファスナ１８０の間に冷却プレート２００の配置を適応させるより狭い幅を有する。ばねファスナ１８０は、それぞれの熱スプレッダ１０４内の穴を通って延び、電気部品１０２内のねじ付き穴に係合するねじ付きロッド１８２を含む。ばね１８４（又は、他のエラストマー装置）は、ねじ付きロッド１８２の上に配置され、キャップ１８６（例えば、座金）は、ねじ付きロッド１８２の端部に締結される。キャップ１８６及びばね１８４は、熱スプレッダ１０４を押し付けて電気部品１０２と接触状態にさせるので、電気部品１０２により発生した熱は、熱スプレッダ１０４に伝導的に伝えられる。ばねファスナ１８０内に嵌まる幅を有する非アクティブ領域２４０を含むように冷却プレート２００を構成することによって、ばねファスナ１８０は、他の位置に移動させる必要がない。また、非アクティブ領域２４０の狭い幅は、非アクティブ領域２４０が比較的少ない力で撓み、曲り、又は他の方法で変形することを可能にし、アクティブ領域２１０が熱スプレッダ１０４に接触できるようにする。

【0013】

図２は、図１の冷却プレート２００の斜視図である。冷却プレート２００は、冷却流体挿入ポート１２４から冷却流体抽出ポート１２６への冷却流体流軸を表す第１の破線２５０を有した状態で示される。冷却プレート２００は、冷却流体流軸２５０に対する第１の横断方向を表す第２の破線２５２も有した状態で示される。冷却プレート２００は、冷却流体流軸２５０及び第１の横断方向２５２に対する第２の横断方向を表す第３の破線２５４も有した状態で示される。冷却流体流軸２５０及び第１の横断方向２５２は、冷却プレート２００に対する面２６０を定める。

【0014】

図３は、断面が、第１の横断方向２５２において非アクティブ領域２４０を通って取られた、冷却プレート２００の詳細な斜視断面図である。冷却プレート２００は、電子アセンブリ上（例えば、図１の熱スプレッダ１０４上）に配置するように構成されたインターフェース・プレート２１２と、対向するプレート２３０とを含む。インターフェース・プレート２１２及び対向するプレート２３０は縁部に沿って接合され、これらの間にプレナム２８０を形成する。冷却流体は、プレナム２８０を通って冷却流体挿入ポート１２４から冷却流体抽出ポート１２６へと流れる。インターフェース・プレート２１２は、９９．９％の純銅のような金属薄板から打抜くことができ、斜面２１６に囲まれた平坦な面２１４を含み、斜面２１６は、フランジ２１８に囲まれる。フランジ２１８は、随意的に、以下に詳細に説明される、インターフェース・プレート２１２と対向するプレート２３０との位置合わせを容易にする外側リップ２２０を含むことができる。対向するプレート２３０は、９９．９％の純銅のような金属薄板から打抜くことができ、傾斜面２３４に囲まれた平坦な面２３２を含み、傾斜面２３４は、フランジ２３６に囲まれる。図３に示されるように、冷却流体流軸２５０は、インターフェース・プレート２１２のフランジ２１８と対向するプレート２３０のフランジ２３６との間の界面と位置合わせされる。インターフェース・プレート２１２の平坦な面２１４及び傾斜面２１６、並びに、対向するプレート２３０の平坦な面２３２及び斜面２３４は同一であるので、面２６０がフランジ２１８及び２３６の交点と位置合わせされるとき、プレナム２８０は、冷却流体流軸２５０及び第１の横断方向２５２により定められる面２６０に関して対称断面形状を有する。

【0015】

冷却プレート２００を組み立てるために、インターフェース・プレート２１２及び対向するプレート２３０が互いに位置合わせされる。上述のように、インターフェース・プレート２１２は、フランジ２１８から延びる外側リップ２２０を含むことができる。外側リップ２２０は、対向するプレート２３０のフランジ２３６に係合し、対向するプレート２３０を付勢してインターフェース・プレート２１２と位置合わせさせる。ひとたびインターフェース・プレート２１２と対向するプレート２３０が位置合わせされると、インターフェース・プレート２１２のフランジ２１８及び対向するプレート２３０のフランジ２３６を結合することができる。例えば、フランジ２１８及び２３６は、互いに結合される（例えば、ろう付け、溶接により、又はエポキシにより結合される）。フランジ２１８及び２３６の結合により水密シールが生成されるので、プレナム２８０内の冷却流体は、フランジ２１８とフランジ２３６との間で漏れない。上述のように、フランジ２１８の外側リップ２２０は、フランジ２１８及び２３６の位置合わせを容易にすることができる。フランジ２１８の外側リップ２２０は、フランジ２１８及び２３６を結合し、密封するために用いられる結合材料（例えば、ろう付け材料）が、フランジ２１８とフランジ２３６の間から漏出するのも防止する。

【0016】

図４は、断面が、冷却流体流軸２５０に沿ってアクティブ領域２１０及び隣接した非アクティブ領域２４０を通って取られた、冷却プレート２００の詳細な斜視断面図である。アクティブ領域２１０におけるプレナム２８０は、インターフェース・プレート２１２から対向するプレート２３０まで延びる複数の冷却フィン２７０を含む。冷却フィン２７０は、冷却流体流軸２５０に沿って位置合わせされた表面を含む。冷却フィン２７０は、電気部品（例えば、熱スプレッダ１０４）からプレナム２８０内の冷却流体への熱伝達を容易にする。電気部品からの熱は、伝導性熱伝達を介して、インターフェース・プレート２１２に伝えられ、その後、冷却フィン２７０に伝えられる。冷却フィン２７０は、その上をプレナム２８０内の冷却流体が流れる広い表面積を提供するので、冷却フィン２７０から冷却流体へ熱が伝えられる。

【0017】

図４は、少なくとも１つの実施形態において、アクティブ領域２１０におけるプレナム２８０が、非アクティブ領域２４０とは異なる厚さ（第２の横断方向２５４における寸法）を有することも示す。図４に示される実施形態において、プレナム２８０の非アクティブ領域２４０は、第１の厚さＴ_１を有し、プレナム２８０のアクティブ領域２１０は、第２の厚さＴ_２を有する。非アクティブ領域２４０に対してアクティブ領域２１０におけるプレナム２８０の厚さが増大すると、アクティブ領域２１０における冷却流がより低速になり、冷却流体が冷却フィン２７０から熱を吸収するための付加的な時間が与えられる。

【0018】

図５は、内部に配置された冷却フィン２７０を示す、冷却プレート２００のアクティブ領域２１０の断面端面図である。複数の冷却フィン２７０の各々は、インターフェース・プレート２１２から対向するプレート２３０へ延びる架橋（spanning）部材２７２を含む。冷却フィン２７０の各々は、ある角度で架渡し部材２７２から延びる第１の脚部２７４も含み、第１の脚部２７４は、インターフェース・プレート２１２の内面に当接する。例えば、第１の脚部２７４は、それぞれの架渡し部材２７２に対して９０°の角度で配置することができる。冷却フィン２７０の各々は、ある角度で架渡し部材２７２から延びる第２の脚部２７６も含み、第２の脚部２７６は、対向するプレート２３０の内面に当接する。例えば、第１の脚部２７４は、それぞれの架渡し部材２７２に対して９０°の角度で配置することができる。第１の脚部２７４及び第２の脚部２７６を、それぞれインターフェース・プレート２１２及び対向するプレート２３０に取り付けることにより、アクティブ領域２１０において複数の冷却フィン２７０が固定される。例えば、第１の脚部２７４及び第２の脚部２７６をインターフェース・プレート２１２及び対向するプレート２３０にろう付けすることができる。組み立ての際、上述されたインターフェース・プレート２１２及び対向するプレート２３０の接合前に、冷却フィン２７０の第１の脚部２７４をインターフェース・プレート２１２にろう付けすることができる。インターフェース・プレート２１２及び対向するプレート２３０の接合後、冷却フィン２７０の第２の脚部２７４を対向するプレート２３０にろう付けすることができる。

【0019】

図６は、プレナムのアクティブ領域２１０内に配置された冷却フィン２７０を示す、冷却プレート２００の断面上面図である。図６に示されるように、少なくとも１つの実施形態において、冷却フィン２７０は、アクティブ領域２１０の異なる領域において異なる長さを有する。例えば、図６に示される一番左及び一番右のアクティブ領域２１０において、中央領域２９０における冷却フィンは、冷却流体流軸２５０に沿って長さＬ_２の冷却フィンを有する。側部領域２９２における冷却フィンは、冷却流体流軸２５０に沿って長さＬ_２に等しいか又はこれより僅かに短い長さから長さＬ_１まで変化する長さを有する冷却フィンを有し、ここで、長さＬ_１は長さＬ_２より短い。少なくとも１つの実施形態において、側部領域２９２における冷却フィンの長さは、中央領域２９０から遠ざかるにつれて線形に減少する。別の実施形態において、側部領域２９２における冷却フィンの全てが長さＬ_２を有し得る。

【0020】

図６は、図６に示される中央アクティブ領域２１０において、中央領域２９４における冷却フィンが、冷却流体流軸２５０に沿って長さＬ_４を有することも示す。側部領域２９６における冷却フィンは、冷却流体流軸２５０に沿って長さＬ_４に等しいか又はこれより僅かに短い長さから長さＬ_３まで変化する長さをもつ冷却フィンを有し、ここで、長さＬ_３は長さＬ_４より短い。少なくとも１つの実施形態において、側部領域２９６における冷却フィンは、中央領域２９４から遠ざかるにつれて線形に減少する。種々の実施形態において、側部領域２９６における冷却フィンの全てが同じ長さＬ_３を有し得る。

【0021】

図７は、上述のように、長さＬ_４を有する冷却フィンをもつ中央領域２９４及びＬ_４からＬ_３まで変化する長さを有する側部領域を備えた複数の冷却フィン２７０’を示す、冷却プレート２００の中央アクティブ領域２１０の上面断面図である。可変の長さを有する複数の冷却フィン２７０’は、プレナム２８０及びアクティブ領域の全体にわたる冷却流体の分散を助長するために差動式流体流量制限を提供する。どのような流量制限もない場合、アクティブ領域２１０を通って矢印Ａの方向に、プレナム２８０内の１つの非アクティブ領域２４０から次の非アクティブ領域２４０へと進む冷却流体は、第１の横断方向２５２における広がりが最小限の状態で、アクティブ領域２１０を横切って真っ直ぐに進む傾向がある。その結果、アクティブ領域２１０の側部領域２９６は、電気部品（例えば、熱スプレッダ１０４）から熱を効率的に抽出しない。冷却フィン２７０’の長さは、第１の横断方向２５２に沿った様々な流量制限を提供するので、プレナム２８０内の１つの非アクティブ領域２４０からアクティブ領域２１０に流入する冷却流体が、第１の横断方向２５２に広がるように助長される。例えば、長さＬ_４を有する中央領域２９４における冷却フィンは、Ｌ_４とＬ_３の間の長さを有する側部領域２９６における冷却フィンよりも大きい流量制限を提供する。中央領域２９４に対する、側部領域２９６の減少した流量制限は、アクティブ領域２１０に流入する冷却流体の一部が、矢印Ｂの方向に横断方向に移動し、側部領域２９６における冷却フィンを通って流れるように助長する。残りの冷却流体は、中央領域２９４の冷却フィンを通って矢印Ｃの方向に進む。従って、冷却流体は、第１の横断方向２５２により均一に分散され、冷却プレート２００のアクティブ領域２１０の全体にわたって、冷却効率がより均一に分散する。

【0022】

図８及び図９は、上述した冷却プレート２００及び別の実施形による別の冷却プレート３００の上面及び底面斜視図である。図４を参照して上述されたように、アクティブ領域２１０におけるプレナム２８０は、非アクティブ領域２４０におけるよりも（第２の横断方向２５４において）より厚くすることができる。冷却プレート２００のアクティブ領域２１０におけるより厚いプレナム２８０は、インターフェース・プレート２１２上の傾斜面２２２及び対向するプレート２３０上の傾斜面２４２により形成される。インターフェース・プレート２１２上の傾斜面２２２は、電子部品（例えば、熱スプレッダ１０４）に当接するインターフェース面２２４を形成する。対向するプレート２３０上の傾斜面２４２は、その上にそれぞれのＵ字形チャネル１３０が取り付けられるクランプ面２４６を形成する。代替的な冷却プレート３００の場合、より厚いプレナム２８０は、全体的にインターフェース・プレート３１２上の傾斜面３２２により形成される。傾斜面３２２は、電子部品に当接するインターフェース面３２４を形成する。対向するプレート３３０の平坦な面３３２には、冷却プレート３００のアクティブ領域３１０においてプレナム２８０の厚さを増大させるいずれの傾斜面もない。

【0023】

インターフェース・プレート２１２及び対向するプレート２３０が金属薄板材料から形成される例において、インターフェース・プレート２１２及び対向するプレート２３０は、打抜きにより形成することができる。冷却プレート２００は、プレナム２８０及びアクティブ領域２１０の増大した厚さは、インターフェース・プレート２１２上の傾斜面２４２及び対向するプレート２３０上の傾斜面２２２により形成され、冷却プレート３００よりも打抜きプロセスに好ましい場合がある。アクティブ領域における所定のプレナム２８０の厚さＴ_２の場合、冷却プレート３００、特に冷却プレート３００のインターフェース・プレート３１０は、冷却プレート２００のより小さい傾斜面２２２を形成するよりも深い傾斜面３２２を形成するために、より深い打ち抜き絞り加工（stamping draw）を必要とする。こうしたより深い絞り加工では、冷却プレート２００のインターフェース・プレート２１２における残留応力と比べると、冷却プレート３００のインターフェース・プレート３１２における残留応力が増大する。付加的に、深い傾斜面３２２を形成するために必要な打抜き圧力量は、インターフェース・プレート３１２の反りなどの形成をもたらすことがあり、それは、より浅い傾斜面２２２を形成する際には発生しないか、又はそれほど発生しない場合がある。

【0024】

種々の環境において、より深い傾斜面３２２を有する冷却プレート３００は、冷却プレート２００よりも好ましい場合がある。例えば、冷却プレート３００は、冷却プレート３００の部分を、電子アセンブリ１００から離れてインターフェース面３２４から遠ざかるように高くし、それにより電子アセンブリ１００の物理的部品のための付加的な間隙が提供される。

【0025】

上述した例示的な実施形態において、冷却プレート２００及び３００は、第１の横断方向２５２において、実質的に対称的なプロファイルを有する。再び図１を参照すると、例示的に示される冷却プレート２００及び３００は、熱スプレッダ１０４上のばねファスナ１８０の間に嵌まるような形状にされている。異なる用途において、本明細書での実施形態による冷却プレートは、電気部品の他の異なるフィーチャの間に嵌まるように、非対称的なプロファイルを含む、異なるプロファイルを有することができる。

【0026】

本明細書で説明される実施形態において、冷却プレートは、電子アセンブリの発熱電気部品の上に配置するように構成されたアクティブ領域と、電気部品の他の部分の上に配置され、アクティブ領域に接続する非アクティブ領域とを含む。非アクティブ領域は、アクティブ領域に対して減少した幅及び／又は厚さを有する（すなわち、非アクティブ領域は、アクティブ領域に対してネックダウンしている）。こうした減少した幅及び／又は厚さにより、冷却プレートが、電子アセンブリの物理的フィーチャの間に及び／又はその周りに嵌まることが可能になる。こうした減少した幅及び／又は厚さにより、非アクティブ領域を曲げ、ねじり、撓ませ、又は他の方法で形成して、電子アセンブリの電気部品の間のあらゆる位置合わせのずれに適応することも可能になる。

【0027】

非アクティブ領域における冷却プレートの減少した幅及び／又は厚さは、耐破裂性も改善する。アクティブ領域においては、インターフェース・プレート及び対向するプレートの平坦な面に結合されるフィンが、アクティブ領域の構造的完全性を向上させ、より大きいアクティブ領域が、より大きい内圧の下で変形に耐えることを可能にする。非アクティブ領域はフィンを含まないが、減少した幅及び／又は厚さからもたらされる表面積の減少により、これらの表面にかかる力が減少する。その結果、非アクティブ領域は、より大きい内圧の下でも変形を受けにくい。

【0028】

政府の支援の記述
本発明は、米国エネルギー省により認められた契約（それぞれ、Ｏａｋ Ｒｉｄｇｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｓ及びＬａｗｒｅｎｃｅ Ｌｉｖｅｒｍｏｒｅ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｌａｂｓにより認められた契約番号４０００１３１６９６及びＢ６０４１４２）の下で政府の支援を受けてなされたものである。米国政府は、本発明における一定の権利を有する。

【0029】

本開示の様々な実施形態の説明は、例示の目的で提示されたものであり、網羅的であること又は開示される実施形態に限定することを意図したものではない。説明される実施形態の範囲及び趣旨から逸脱することなく、多くの変更及び変形が当業者には明らかとなるであろう。本明細書で用いられる用語は、実施形態の原理、実際の用途、又は市場で見出だされる技術に優る技術的改善を最もよく説明するため、又は他の当業者が本明細書に開示される実施形態を理解することを可能にするために選択されたものである。

【0030】

上記は、本開示の実施形態に向けられているが、本発明の他の及びさらなる実施形態を、その基本的な範囲から逸脱することなく考案することができ、その範囲は以下の特許請求の範囲によって決定される。

【符号の説明】

【0031】

１００：電気アセンブリ
１０２：電気部品
１０４：熱スプレッダ
１０６：板ばね
１０８：ラッチ
１１０：ヒンジ
１１２：クランプ
１２４：冷却流体挿入ポート
１２６：冷却流体抽出ポート
１３０：Ｕ字形チャネル
１８０：ばねファスナ
１８２：ねじ付きロッド
１８４：ばね
１８６：キャップ
２００、３００：冷却プレート
２１０、３１０：アクティブ領域
２１８、２３６：フランジ
２１２、３１２：インターフェース・プレート
２１４、２３２、３２２：平坦な面
２１６、２２２、２３４、２４２、３２２：傾斜面
２３０：対向するプレート
２４０：非アクティブ領域
２５０：冷却流体流軸
２５２：第１の横断方向
２５４：第２の横断方向
２６０：面
２７０、２７０’：冷却フィン
２７２：架渡し部材
２７４：第１の脚部
２７６：第２の脚部
２８０：プレナム
２９４：中央領域
２９６：側部領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】