▶ ノースロップ グラマン システムズ コーポレイションの特許一覧
(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】
(24)【登録日】2023-02-22
(45)【発行日】2023-03-03
(54)【発明の名称】浸漬冷却温度制御方法、システム、および装置
(51)【国際特許分類】
G06F 1/20 20060101AFI20230224BHJP
H05K 7/20 20060101ALI20230224BHJP
F28D 15/02 20060101ALI20230224BHJP
【ＦＩ】
G06F1/20 C
G06F1/20 A
H05K7/20 M
F28D15/02 L
F28D15/02 101K
【請求項の数】
14
(21)【出願番号】P 2020544810
(86)(22)【出願日】2019-02-20
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-06-17
(86)【国際出願番号】 US2019018766
(87)【国際公開番号】W WO2019173051
(87)【国際公開日】2019-09-12
【審査請求日】2020-09-15
(31)【優先権主張番号】15/916,019
(32)【優先日】2018-03-08
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
【前置審査】
(73)【特許権者】
【識別番号】520128820
【氏名又は名称】ノースロップ グラマン システムズ コーポレーション
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100202751
【弁理士】
【氏名又は名称】岩堀 明代
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100191086
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 香元
(72)【発明者】
【氏名】クリスティアンセン，マーティン ブロクナー
(72)【発明者】
【氏名】ホロシンスキ，レオナード ジョージ
(72)【発明者】
【氏名】ヘフナー，ハーラン クレイグ
(72)【発明者】
【氏名】ワカミヤ，スタンレー カツヨシ
(72)【発明者】
【氏名】カークウッド，キース アール．
【審査官】松浦 かおり
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１４２８２０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第０６０５２２８４（ＵＳ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１６４８７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１５－５３６０４９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０４１５７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０６Ｆ １／００
Ｇ０６Ｆ １／２０
Ｈ０５Ｋ ７／２０
Ｆ２８Ｄ １５／００－１５／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
回路カード環境において浸漬冷却を提供するための装置であって、実質的に横長平面内に向けられた単一回路カードの中に共に接続されている、縦方向に離間されている第１および第２の回路カードサブアセンブリを含む回路カードであって、前記第１および第２の回路カードサブアセンブリが、前記第１および第２の回路カードサブアセンブリに平行な横長平面に向けられた横方向に延在するカードコネクタによって共に接続しており、前記第１および第２の回路カードサブアセンブリが、それぞれ、第１および第２の動作温度を有し、前記第１および第２の動作温度は互いに異なる、回路カードと、
前記第１および第２の回路カードサブアセンブリのうちの選択された１つと相関する前記回路カードの区域に動作可能に接続されている熱エネルギー伝達デバイスであって、前記熱エネルギー伝達デバイスが、前記選択された回路カードサブアセンブリに前記第１および第２の動作温度のうちのそれぞれの１つを少なくとも部分的に誘導し、前記熱エネルギー伝達デバイスが、前記選択された回路カードサブアセンブリの少なくとも大部分の上に重なり、他の回路カードサブアセンブリから長手方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ）に離間されている、熱エネルギー伝達デバイスと、を備える装置。
【請求項2】
前記熱エネルギー伝達デバイスが、第１の熱エネルギー伝達デバイスであり、前記第１および第２の回路カードサブアセンブリのうちの他方と相関する前記回路カードの区域に動作可能に接続されている第２の熱エネルギー伝達デバイスを含み、前記第２の熱エネルギー伝達デバイスが、前記他の回路カードサブアセンブリに前記第１および第２の動作温度のうちの前記それぞれの１つを少なくとも部分的に誘導し、前記第２の熱エネルギー伝達デバイスが、前記他の回路カードサブアセンブリの少なくとも大部分の上に重なり、前記選択された回路カードサブアセンブリから長手方向に離間されている、請求項１に記載の装置。
【請求項3】
前記熱エネルギー伝達デバイスが、循環冷却剤吸熱器である、請求項１に記載の装置。
【請求項4】
前記熱エネルギー伝達デバイスが、冷却液供給継手および冷却剤蒸気戻り継手を含む、請求項３に記載の装置。
【請求項5】
前記熱エネルギー伝達デバイスが、前記冷却液供給継手と流体接続する内部液体流路、および前記冷却剤蒸気戻り継手と流体接続する内部蒸気流路を含み、前記内部液体流路および内部蒸気流路が、実質的に横長平面内の冷却剤伝達方向に回路カードサブアセンブリの少なくとも一部を横切って液体および蒸気冷却剤のうちの少なくとも１つを伝達するために相互流体連通している、請求項４に記載の装置。
【請求項6】
前記熱エネルギー伝達デバイスが、前記選択された回路カードサブアセンブリの少なくとも一部と直接熱伝導接触している、請求項１に記載の装置。
【請求項7】
各回路カードサブアセンブリが、サブアセンブリ基板から横方向に延在する複数のＩＣチップを含み、各サブアセンブリ基板が、前記カードコネクタ上に横方向に据え付けられており、前記カードコネクタが、前記第１および第２の回路カードサブアセンブリの前記サブアセンブリ基板の合計表面積よりも大きい表面積を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項8】
前記熱エネルギー伝達デバイスが、少なくとも部分的に前記回路カードと同じ横長平面内に配置されている、横方向に延在する熱リップを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項9】
回路カード環境において浸漬冷却を提供する方法であって、実質的に横長平面内に向けられている単一回路カードの中に共に接続されている、縦方向に離間されている第１および第２の回路カードサブアセンブリであって、前記第１および第２の回路カードサブアセンブリが、前記第１および第２の回路カードサブアセンブリに平行な横長平面に向けられた横方向に延在するカードコネクタによって共に接続されている、第１および第２の回路カードサブアセンブリと、
前記第１および第２の回路カードサブアセンブリのうちの選択された１つの少なくとも大部分の上に重なり、他の回路カードサブアセンブリから長手方向に離間されている熱エネルギー伝達デバイスと、を含む装置を提供することと、
第１の動作温度での動作のために前記第１の回路カードサブアセンブリを構成することと、
前記第１の動作温度とは異なる、第２の動作温度での動作のために前記第２の回路カードサブアセンブリを構成することと、
前記第１および第２の回路カードサブアセンブリのうちの前記選択された１つに前記熱エネルギー伝達デバイスを動作可能に接続することと、
少なくとも部分的に前記熱エネルギー伝達デバイスを持つ前記選択されている回路カードサブアセンブリに前記第１および第２の動作温度のうちのそれぞれの１つを誘導することと、を含む方法。
【請求項10】
装置を提供することは、第１の熱エネルギー伝達デバイスとして前記熱エネルギー伝達デバイスを提供することと、
前記第１および第２の回路カードサブアセンブリのうちの他方の少なくとも大部分の上に重なり、前記選択された回路カードサブアセンブリから長手方向に離間されている第２の熱エネルギー伝達デバイスを提供することと、を含み、
前記方法は、さらに、
前記第１および第２の回路カードサブアセンブリの前記他方に前記第２の熱エネルギー伝達デバイスを動作可能に接続することと、
少なくとも部分的に前記第２の熱エネルギー伝達デバイスを持つ前記他の回路カードサブアセンブリに前記第１および第２の動作温度のうちの前記それぞれの１つを誘導することと、を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
装置を提供することが、冷却液供給継手および冷却剤蒸気戻り継手を持つ前記熱エネルギー伝達デバイスを提供することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項12】
装置を提供することは、前記冷却液供給継手と流体接続している内部液体流路、および前記冷却剤蒸気戻り継手と流体接続している内部蒸気流路を持つ前記熱エネルギー伝達デバイスを提供することを含み、
前記方法は、さらに、
前記内部液体流路および前記内部蒸気流路が相互流体連通するのをもたらすことと、
実質的に横長平面内の冷却剤伝達方向に、前記内部液体流路と内部蒸気流路との間で、回路カードサブアセンブリの少なくとも一部を横切って液体および蒸気冷却剤の少なくとも１つを伝達することと、を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
装置を提供することが、前記選択された回路カードサブアセンブリの少なくとも一部と直接熱伝導接触して前記熱エネルギー伝達デバイスを置くことを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項14】
前記第１および第２の回路カードサブアセンブリの他方に前記第２の熱エネルギー伝達デバイスを動作可能に接続することは、少なくとも部分的に前記回路カードと同じ横長平面内に前記熱エネルギー伝達デバイスの横方向に延在する熱リップを配置することを含む、請求項１０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年３月８日に出願された米国特許出願第１５／９１６０１９号からの優先権を主張し、その全体が本明細書に組み込まれる。
本出願は、２０１８年３月８日に出願された米国特許出願第１５／９１６０１９号からの優先権を主張し、その全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
本開示は、温度制御方法、システム、および装置に関し、より詳細には、回路カード環境において浸漬冷却を提供するための装置、システム、および方法に関する。
【背景技術】
【0003】
回路カードは、複数の集積回路（「チップ」）を含む電子デバイスのアセンブリを構築するための現在の最新技術である。これらのアセンブリは、複数のタイプ、有機多層積層プリント配線板（ＰＷＢ）、低温同時焼成セラミック（ＬＴＣＣ）、および高温同時焼成セラミック（ＨＴＣＣ）に分けることができる。これらの技術の各々を用いて、回路カードのアセンブリは、製作されている。
【0004】
超伝導スーパーコンピュータでは、多くの動作処理集積回路（「チップ」）は、約４Ｋに冷却されているが、代わりに、特定の記憶チップは、約７７Ｋの非常に温かい動作温度を有している。冷却を４Ｋで提供することは、費用のかかる作業であるため、熱寄生伝導負荷を低減するように、あらゆる努力が、超伝導スーパーコンピュータ設計に注がれている。これは、アセンブリを真空（対流なし）中に置くこと、放熱を低減するようにコーティングおよび多層断熱材を使用すること、ならびに、アセンブリ全体の「高温側」と「低温側」との間の伝導熱負荷を制限することを含む。
【0005】
大規模用途のために、最新技術は現在、低温温度の各々のためにデュワーを使用することによって、熱寄生負荷を回避しながら、超伝導スーパーコンピュータのための所望の動作温度を達成するという問題を解決している。４Ｋデュワーは、液体ヘリウムで維持され、７７Ｋデュワーは、液体窒素を使用する。２つの温度側の間の信号は、ケーブル配線によって完成されている。この解決は、デジタル的視点から、４Ｋ領域と７７Ｋ領域との間に著しい待機時間を生じる結果となる、長いケーブルを要求しており、４Ｋ段階では、より長い信号経路での損失のための補償をするように、限定はされないが、増幅器などの、より多くの部品を要求する。これらの追加部品は、著しく電力を消費し、超伝導スーパーコンピュータの特定の設計を実行不可能にしている。
【0006】
小規模用途では、低温冷却器は、両方の温度のために使用されることができる。低温冷却器の中間段階は、７７Ｋプラットフォームを提供し、一方、低温冷却器の最終段階は、４Ｋ段階を提供する。２つのゾーン間の接続は、ケーブル配線によって完成される。これは、２つの温度側が互いに近づくのをもたらす一方、このアプローチは、大規模用途には拡張できない。
【発明の概要】
【0007】
一実施形態では、回路カード環境において浸漬冷却を提供するための装置が、記載されている。本装置は、実質的に横長平面内に向けられている単一回路カードの中に共に接続されている、縦方向に離間されている第１および第２の回路カードサブアセンブリを含む回路カードを備える。第１および第２の回路カードサブアセンブリは、第１および第２の回路カードサブアセンブリに平行な横長平面に向けられた横方向に延在するカードコネクタによって共に接続されている。第１および第２の回路カードサブアセンブリは、それぞれ、第１および第２の動作温度を有する。第１および第２の動作温度は、互いに異なっている。熱エネルギー伝達デバイスは、第１および第２の回路カードサブアセンブリのうちの選択された１つと相関する回路カードの区域に動作可能に接続されている。熱エネルギー伝達デバイスは、選択された回路カードサブアセンブリに第１および第２の動作温度のうちのそれぞれの１つを少なくとも部分的に誘導する。熱エネルギー伝達デバイスは、選択された回路カードサブアセンブリの少なくとも大部分の上に重なり、他の回路カードサブアセンブリから長手方向（ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｌｙ）に離間されている。
【0008】
一実施形態では、回路カード環境において浸漬冷却を提供する方法が、提供されている。実質的に横縦平面内に向けられている単一回路カードの中に共に接続されている、縦方向に離間されている第１および第２の回路カードサブアセンブリを含む、装置が提供されている。第１および第２の回路カードサブアセンブリは、第１および第２の回路カードサブアセンブリに平行な横縦平面に向けられた横方向に延在するカードコネクタによって共に接続されている。熱エネルギー伝達デバイスは、第１および第２の回路カードサブアセンブリのうちの選択された１つの少なくとも大部分を横に重ね、他の回路カードサブアセンブリから横方向に離間されている。第１の回路カードサブアセンブリは、第１の動作温度での動作のために構成されている。第２の回路カードサブアセンブリは、第１の動作温度とは異なる、第２の動作温度での動作のために構成されている。熱エネルギー伝達デバイスは、第１および第２の回路カードサブアセンブリのうちの選択された１つに動作可能に接続されている。第１および第２の動作温度のうちのそれぞれの１つは、少なくとも部分的に熱エネルギー伝達デバイスを持つ選択されている回路カードサブアセンブリに誘導されている。
【0009】
一実施形態では、回路カード環境において浸漬冷却を提供するシステムが、記載されている。システムは、複数の装置を含む。各装置は、単一の回路カード上で互いに空間的に近接して維持された、縦方向に隣接する２つの回路カードサブアセンブリを備える。第１および第２の回路カードサブアセンブリは、それぞれ、第１および第２の動作温度を有する。第１および第２の動作温度は、第１および第２の回路カードサブアセンブリのうちのそれぞれの１つと相関された回路カードの区域を横に重ね、循環する冷却剤タイプの第１および第２の熱エネルギー伝達デバイスの存在による２つの回路カードサブアセンブリ間の低い熱寄生熱伝達で、互いに異なっている。第１および第２の熱エネルギー伝達デバイスは、それぞれの第１および第２の回路カードサブアセンブリに第１および第２の動作温度のうちのそれぞれの１つを少なくとも部分的に誘導する。ハウジングは、横縦平面内で複数の装置を実質的に囲む。第１の冷却流体マニホールドは、第１の熱エネルギー伝達デバイス内に第１の冷却流体を選択的に導入し、第１の熱エネルギー伝達デバイスから第１の冷却流体を選択的に除去する。第２の冷却流体マニホールドは、第２の熱エネルギー伝達デバイス内に第２の冷却流体を選択的に導入し、第２の熱エネルギー伝達デバイスから第２の冷却流体を選択的に除去する。
【図面の簡単な説明】
【0010】
よりよく理解するために、添付の図面が参照され得る。
【図1】本発明の一態様の正面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
この技術は、任意の組み合わせで、次の特徴を、備え、構成し、または本質的に構成する。
【0012】
図１は、回路カード環境において浸漬冷却を提供するための装置１００を示す。回路カード２０２は、実質的に横縦平面に向けられた単一の、実質的に平面の回路カード２０２の中に共に接続された、それぞれ、縦方向に離間された第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６を含む。回路カードサブアセンブリ２０４および２０６は、図２に示される例のように、単一の補助基板２１０上に据え付けられた２つの縦方向に離間されたＩＣチップ２０８の群を備えることができる。
【0013】
言い換えると、２つの縦方向に隣接する第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６は、本明細書に記載されている冷却構造のうちの少なくとも１つ、ならびに、第１と第２の回路カードサブアセンブリ２０４と２０６との間で縦方向に補助基板２１０の一部の存在のため、第１と第２の回路カードサブアセンブリ２０４と２０６との間の低い熱寄生熱伝達で、各々異なる温度で、互いに空間的に近接して（装置１００に含めることにより）維持されることができる。
【0014】
追加的に、または代替的に、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６（どちらも図３に示された構造を有することができる）の一方または両方は、図３に示されるように、サブアセンブリ基板３１２上に据え付けられた少なくとも１つのＩＣチップ２０８を備えることができる。それから、サブアセンブリ基板３１２（ＩＣチップ２０８がその上に据え付けられる前または後）は、次に、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６のための所望の縦方向に離間することを達成するように、補助基板２１０に据え付けられ得る。この「モジュール式」構造（サブアセンブリ基板３１２を使用）は、少なくとも図４および図６に示され、簡単にするために、この説明の残りの部分では推定される。ここで、補助基板２１０は、１つの適切な横縦平面（例えば、その図の斜視図を可能にするために傾けられる以外、図１のページの平面と幾分一致するもの）を画定すると考えられる。
【0015】
適切な回路カード２０２の１つの例は、２０１７年５月９日に発行され、「ＣＩＲＣＵＩＴ ＣＡＲＤ ＡＳＳＥＭＢＬＹ ＡＮＤ ＭＥＴＨＯＤ ＯＦ ＰＲＯＶＩＤＩＮＧ ＳＡＭＥ」という名称の米国特許第９，６４８，７４９号で提供され、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。回路カード２０２、またはその一部の存在は、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６のＩＣチップ２０８間で縦方向の磁気、熱、および放射伝達のうちの少なくとも１つを制限するのに役立ち得る。例えば、補助基板２１０は、熱シールドおよび電磁干渉（「ＥＭＩ」）シールド能力で機能することができる。
【0016】
換言すると、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６は、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６に、平行な横縦平面に向けられた横方向に延在するカードコネクタ（補助基板２１０、および／またはサブアセンブリ基板３１２として、本明細書に示され、かつ記載されている）によって互いに接続され得る。少なくとも図４および図６の配列のように、各回路カードサブアセンブリ２０４および２０５は、サブアセンブリ基板３１２から横方向に延在する複数のＩＣチップ２０８を含み得る。各サブアセンブリ基板３１２は、カードコネクタ（ここでは、補助基板２１０）に横向きに据え付けられている。横方向は、図１の紙面に実質的に出入りする。カードコネクタ（例えば、補助基板２１０）は、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６のサブアセンブリ基板３１２の合計表面積よりも大きい表面積を有する。したがって、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６は、相対的な表面積におけるこの差異の支援を借りて、カードコネクタの縦方向の介在部分で、縦方向に離間され得る。カードコネクタは、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６のいずれよりも熱伝導性が低くあり得、これは、いくつかの使用環境において、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６間で寄生熱伝達を防止することを支援し得る。
【0017】
単一の回路カード２０２のＩＣチップ２０８は、異なる温度要件を有し得る。例えば、ＩＣチップ２０８（例えば、第１の回路カードサブアセンブリ２０４上のもの）の縦方向に（図の向きで）最上部のアレイは、約４Ｋなどの、約２～６Ｋの範囲の所望の動作温度を有することができる。同様に、ＩＣチップ２０８（例えば、第２の回路カードサブアセンブリ２０６上のもの）の縦方向に（図の向きで）最下部のアレイは、約７７Ｋなどの、約７５～７９Ｋの範囲の所望の動作温度を有することができる。以下で記載されるように、装置１００は、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６のために所望の温度差環境を提供するのを助けることができ、補助基板２１０は、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６間で、他のエネルギーの中で、縦方向の熱エネルギー伝達を遮断することによって熱効率を支援することができる。第１および第２の間でより大きい物理的分離を有するため、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６は、熱絶縁を増加するが、しかしながら、それはまた、信号損失および遅延を増加する。バランスは、当業者によって、特定の使用環境のために最適な分離を決定するように、許容可能な信号損失／待ち時間と熱絶縁との間でとられるべきである。
【0018】
前述のように、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６は、それぞれ、第１および第２の動作温度を有し得る。第１および第２の動作温度は、互いに異なっている。以下で詳細に説明する、熱エネルギー伝達デバイスは、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６のうちの選択された１つと相関する回路カード２０２の区域に動作可能に接続される。各熱エネルギー伝達デバイスは、その熱エネルギー伝達デバイスが関連する選択された回路カードサブアセンブリ２０４または２０６に、第１および第２の動作温度のそれぞれ、または適切な、１つを少なくとも部分的に誘導する。図に示されるように、熱エネルギー伝達デバイスは、選択された回路カードサブアセンブリ２０４または２０６の少なくとも大部分を横に重ね、他の回路カードサブアセンブリ２０６または２０４から横方向に離間される。必要に応じて、各装置１００に提供される１つ以上の熱エネルギー伝達デバイスがあり得る。望ましくない熱流を低減するのを支援するために、回路カード２０２および熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および／または１１６は、真空周囲環境において集合的に包含され得る。
【0019】
図１を再び参照すると、熱エネルギー伝達デバイスは、第１の熱エネルギー伝達デバイス１１４であり得る。装置１００はまた、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６のうちの他方（すなわち、第１の熱エネルギー伝達デバイス１１４と相関された第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６のうちの選択された１つではない）と相関する回路カード２０２の区域に動作可能に接続された第２の熱エネルギー伝達デバイス１１６を含み得る。第２の熱エネルギー伝達デバイス１１６は、第１および第２の動作温度のそれぞれの、および適切な１つを、他の回路カードサブアセンブリ２０６または２０４に少なくとも部分的に誘導するために提供され得る。第２の熱エネルギー伝達デバイス１１６は、他の回路カードサブアセンブリ２０６または２０４の少なくとも大部分を横に重ね、選択された回路カードサブアセンブリ２０４または２０６から横方向に離間される。
【0020】
熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および／または１１６は、これら２つの構造間の熱伝達を支援するために、図６に示されるように、選択された回路カードサブアセンブリ２０４および／または２０６の少なくとも一部と直接熱伝導接触され得る。いくつかの使用環境では、熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および／または１１６は、循環冷却剤吸熱器であり得、これは、本明細書で示され、および記載されている配列である。第１および第２の熱エネルギー伝達デバイス１１４および１１６は、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６を直下で横方向に直視できるように、その前側表面に透明部分または「窓」４１８を含むものとして図４に示されている。当業者は、特定の使用環境のために望まれるように、窓４１８と共に使用するために装置１００を容易に構成することができる。しかしながら、この窓４１８は、必要に応じて省略されることができ、以下の説明は、窓が存在しないと仮定する。
【0021】
図１および図５～図８は、組み立てられた装置１００を示す。第１および第２の熱エネルギー伝達デバイス１１４および１１６は、それぞれの第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６と熱的に有意な近接に置かれる。「熱的に有意な近接」は、所望の方向、タイプ、および熱伝達量を促進する、「近接」構造間の物理的接近の程度を示すように、本明細書で使用されている。例えば、「熱的に有意な近接」は、熱伝導のための１つ以上の直接接触、および熱対流、および／または放射のための離間された関係を含むが、これらに限定されない。
【0022】
第１および第２の熱エネルギー伝達デバイス１１４および１１６と、それらのそれぞれの第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６との間の関係は、任意の所望の方法で、および摩擦適合、接着剤、機械的ファスナー（複数可）、または重力、磁気、はんだ付け／溶接、他の取り付け構造、などの１つ以上を含むが、これらに限定されない任意の適切な支援で確立および維持され得る。第１および第２の熱エネルギー伝達デバイス１１４および１１６、ならびにそれらのそれぞれの第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６は、代わりに、外部フレームまたはジグによって所望の熱的に有意な近接に単に保持されることができる。当業者は、特定の使用環境のための、本発明の態様による適切な装置１００を製造することができるであろう。
【0023】
熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および１１６は、任意の所望の形状因子、または構成を有することができる。例えば、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６、および／または補助基板２１０が平面である場合、熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および１１６は、それらの構造に熱的に有意な近接に置かれる、実質的に平面または平坦な表面（例えば、「下側」）を有し得る。図７～図８を特に参照すると、熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および１１６は、回路カード２０２と同じ横縦平面に少なくとも部分的に配置される、横方向に延在する熱リップ７２０を含み得る。すなわち、熱リップ７２０の少なくとも一部は、図に示すように、熱リップ７２０が熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および１１６の残りの部分に関して回路カード２０２を超えて「掛ける」ように、回路カード２０２の横に横方向および／または縦方向に配置される。この熱リップ７２０は、図に示されるように、熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および１１６の残りの部分に実質的に垂直な単純な平面延長であることができる。この配列は、回路カード２０２に対する熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および１１６の位置を方向付け、および登録するために、ならびに、これらの２つの構造間の滑り接触を防止するために単に使用されることができる。代わりに、熱リップ７２０は、同様の向きの目的で、および／または回路カード２０２への熱エネルギー伝達デバイス（複数可）を「スナップ」または「クリップ」するように、回路カード２０２の縁部を包む、実質的に「Ｃ」形状またはフック形状構造の少なくとも一部を形成することができる。
【0024】
例示的な熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６は、図９～図１１の装置１００の残りの部分から分離されて示されている。図９は、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６の下側９２２の背面図である。この下側９２２は、第１および／または第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６に熱的に有意な近接である、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６の表面である。示されるように、下側９２２は、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６と、回路カード２０２との間の熱伝達を支援するように、１つ以上の熱パッド９２４を含むことができる。これらの熱パッド９２４は、存在する場合、対応するＩＣチップ２０８との熱伝達を直接増加させるために、１つ以上のＩＣチップ２０８の位置、および／またはフットプリントとそれぞれ相関され得る。熱パッド９２４はまた、または代わりに、ＩＣチップ２０８と、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６との間の有害な接触を低減する、弾性または緩衝の態様を有することができる。
【0025】
図１０は、その中の構造を示す、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６の透視図である。図に示される熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６は、冷却液供給継手１０２６、および冷却剤蒸気戻り継手１０２８を含む。冷却液供給継手１０２６および冷却剤蒸気戻り継手１０２８は、流体冷却剤の供給源（例えば、Ｄｅｗａｒフラスコ）から供給（例えば、液体供給）および戻り（例えば、蒸気戻り）ラインに、それぞれ、所望の方法で取り付けられることができる。第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６が異なる動作温度（例えば、４Ｋおよび７７Ｋ）を有する場合、異なる冷却剤が、それらのそれぞれの熱エネルギー伝達デバイス１１４および１１６に供給されることができる、と考えられる。
【0026】
熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６はまた、冷却液供給継手１０２６および内部戻り路と流体接続している内部液体流路１０３０であり得、冷却剤蒸気戻り継手１０２８と流体接続している内部蒸気流路１０３２であり得る、内部供給路を含む。（ここでは、「液体」および「蒸気」は、これらの路を通過する流体の大部分を示すために使用されるが、「液体」路は、蒸気の少数の比率を含むこともでき、逆も同様である。）内部液体流路１０３０および内部蒸気流路１０３２は、図１１に示すように、実質的に横縦平面内で冷却剤伝達方向ＣＴにおいて回路カードサブアセンブリ２０４および／または２０６の少なくとも一部を横切って、液体および蒸気冷却剤の少なくとも１つの伝達のために相互流体連通している。すなわち、図１１の流れ矢印で示すように、液体冷却剤であり得る、冷却液は、冷却液供給継手１０２６を介して内部供給路（ここでは、内部液体流路１０３０）内に圧送される。冷却剤は、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６の内部を通って流れ、それが流れると、少なくとも部分的に昇華して蒸気冷却剤となり、これは、チップを通過して「洗浄」し、それによってそこから熱を除去するように、ＩＣチップ２０８を通過して冷却剤伝達方向に上昇する。（蒸気冷却剤の一部またはすべては、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６の内部の任意の区域、または部分内に存在することができ、例えば、核沸騰は、冷却プロセス中に発生することができる。）それから、蒸気冷却剤は、液体のままである冷却剤の任意の部分と共に、内部戻り路（ここでは、内部蒸気流路１０３２を通る供給方向から「後方」方向）を通って送られ、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６から、冷却剤蒸気戻り継手１０２８を通して除去される。冷却剤は、戻り方向からの負圧下で、および／または供給方向からの正圧下で、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６を通って推進される。前述のように、冷却剤の少なくとも一部は、熱エネルギー伝達デバイス１１４および／または１１６を通るこのサイクルの間、液体のままであることができる、と考えられる。
【0027】
図１２～図１４は、回路カード２０２環境において浸漬冷却を提供するためのシステム１２３４を示す。システム１２３４は、図１～図１１に示されるタイプであるとして、本明細書で示され、および記載される、複数の装置１００を含む。装置１００は、横方向に互いに近接して「積み重ね」られ、１つ以上の隣接する装置１００と接触し得る。
【0028】
図１２に示すように、ハウジング１２３６は、横縦平面において複数の装置１００を実質的に取り囲んでいる。すなわち、ハウジングは、冷却液、電子／信号、および／または任意の他のタイプの適切な外部エージェントへの適切な接続を作成できるように、各装置１００の側面がハウジング１２３６から露出している、各装置１００の少なくとも一部の前部、後部、および上部と底部にまたがって配置される。
【0029】
ハウジング１２３６は、任意の所望の流路、および／または電気通信アパーチャまたは継手を必要に応じて含むことができる、１つ以上のサイドキャップ（図示せず）を含むことができる。存在する場合、そのようなサイドキャップ（ハウジング１２３６の開放側を横切るプレートと同じくらい単純であり得る）は、周囲条件からの保護を含む任意の所望の理由で装置１００を含むのを支援することができる。サイドキャップおよびハウジング１２３６は、回路カード２０２、ならびに熱エネルギー伝達デバイス（複数可）１１４および１１６が、ハウジング１２３６および／またはサイドキャップによって少なくとも部分的に促進されることができる、真空周囲環境において集合的に包含される場合に、特に有用であり得る。代替的に、システム１２３４全体が、それ自体が任意の所望の真空周囲環境を装置１００に提供する、別の構内に配置されることができることが企図される。
【0030】
間隔治具１２３８は、特にそのような設置が横方向のスライド運動を介して行われると、装置１００をハウジング１２３６内に嵌め込むのを支援するように、提供されることができる。間隔治具１２３８は、存在する場合、装置１００がハウジング１２３６に取り付けられると、システム１２３４から取り外され得、または、いくつかの使用環境では、システム１２３４の使用中に定位置に留まることができる。
【0031】
図１３は、そのコンポーネント部品が取り外され、分解されて示されている１つの装置１００がある、システム１２３４の部分分解図である。１つ以上のブロック１３４０は、システム１２３４内の機械的間隔および／または減衰、電気接続、および／または熱経路を提供することを支援するように、提供されることができる。例えば、図１３に示されるブロック１３４０は、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４および２０６のうちの２つ以上と、少なくとも１つの背面板（以下に記載）との間を走るケーブルのためのコネクタとして同時に機能することができる。装置内のブロック１３４０または物理的コネクタとして使用される任意の構造は、低導電率の支持体として機能することができ、液晶ポリマー、Ｋｅｖｌａｒ、または任意の他の低導電率の材料または技術であることができる。
【0032】
ラックフレーム、またはウェッジロック１３４２は、その装置１００をハウジング１２３６内に据え付けることで、および／または、装置１００および／またはハウジング１２３６との間で振動を減衰することで支援するように、各装置１００に提供されることができる。図１３はまた、第１の熱エネルギー伝達デバイス１１４に第１の冷却流体を選択的に導入し、第１の冷却流体をそこから選択的に除去するための第１の冷却流体マニホールド１３４４を模式的に示す。図１３にも模式的に示される、第２の冷却流体マニホールド１３４６は、第２の冷却流体を第２の熱エネルギー伝達デバイス１１６に、選択的に導入し、第２の冷却流体をそこから選択的に除去するために提供され得る。低温技術の当業者は、本発明の態様の特定の使用環境のために適した冷却流体流路、供給、および配管を提供することができるであろう。
【0033】
次に図１４を参照すると、システム１２３４の背面板側が示されており、これは、図１２～図１３の描写の裏側で見えない側である。図１４の図は、第１または第２の回路カードサブアセンブリ２０４または２０６のブロック１２４０を使用して、それ自体がそれぞれの第１または第２の背面板１４５０または１４５２に接続されている、ケーブル外囲器１４４８を介して電気通信を容易にする方法を示す。第１および／または第２の背面板１４５０および１４５２はまた、必要に応じて、複数のシステム１２３４を共に接続することを容易にし得る。コネクタ１４６４は、第１および／または第２の回路カードサブアセンブリ２０４または２０６、ならびに第１および／または第２の背面板１４５０および１４５２の様々な部分を、電力、データ、電気信号の伝送、または、他の相互接続の目的のために、一方向または双方向で、任意の所望の組み合わせで共に電気的に取り付けるように、提供され得る。
【0034】
図１５は、前述のように、装置１００および／またはシステム１２３４を使用して、回路カード２０２環境における浸漬冷却を提供する例示的な方法を要約するフローチャートである。図１５の第１の動作ブロック１５５４では、装置１００は、提供される。図１５の第２の動作ブロック１５５６では、第１の回路カードサブアセンブリ２０４は、第１の動作温度（例えば、７７Ｋ）での動作のために構成される。第３の動作ブロック１５５８では、第２の回路カードサブアセンブリ２０６は、第１の動作温度とは異なる、第２の動作温度（例えば、４Ｋ）での動作のために構成される。熱対流の理由から、装置１００が実質的に垂直な使用位置に配置されるときに、冷却器回路カードサブアセンブリ２０４または２０６は、通常、より高温の回路カードサブアセンブリ２０４または２０６の上に置かれる。
【0035】
第４の動作ブロック１５６０において、熱エネルギー伝達デバイス（ここでは、第１の熱エネルギー伝達デバイス１１４）は、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４または２０６のうちの選択された１つに動作可能に接続される。それから、第５の動作ブロック１５６２では、第１および第２の動作温度のうちのそれぞれの１つは、少なくとも部分的に（第１の）熱エネルギー伝達デバイス１１４を持つ選択された回路カードサブアセンブリ２０４または２０６に誘導される。図１５の方法は、前述のように、装置１００をシステム１２３４に組み込む前、最中、または後に実行されることができる。図１５の方法は、同様に、または代わりに、複数の装置１００で、順次または同時に、同様に実行することができる。
【0036】
第４の動作ブロック１５６０の動作と直列または並列に、別の熱エネルギー伝達デバイス（ここでは、第２の熱エネルギー伝達デバイス１１６）は、同様に、第１および第２の回路カードサブアセンブリ２０４または２０６のうちの他方に動作可能に接続されることができる。本記載を明確にするために、動作接続は、第１／第２の指定が関係する、図１～図１４に関して上述したように行われると想定される。この「第２の熱エネルギー伝達デバイス１１６」機構では、それから、第１および第２の動作温度のうちのそれぞれの１つは、第１の熱エネルギー伝達デバイス１１４での第５の動作ブロック１５６２における動作に類似して、少なくとも部分的に第２の熱エネルギー伝達デバイス１１６で他の回路カードサブアセンブリ２０４または２０６に誘導されることができる。
【0037】
図１５の方法は、内部液体流路１０３０および内部蒸気流路１０３２が相互流体連通するのをもたらすことをさらに含むことができる。それから、液体および蒸気冷却剤のうちの少なくとも１つは、実質的に横縦平面内の冷却剤伝達方向ＣＴに、内部液体流路１０３０と内部蒸気流路１０３２との間で、回路カードサブアセンブリ２０４および２０６の少なくとも一部を横切って伝達されることができる。したがって、本明細書で図示され、および記載された装置１００、および／またはシステム１２３４を使用することにより、浸漬冷却などの温度制御機構は、必要に応じて実行されることができる。
【0038】
ある要素が別の要素に対して「上にある」、「取り付けられている」、「接続されている」、「結合されている」、「接触している」などと呼ばれる場合、それは、他の要素または介在要素に対して、直接的に、上にあり、取り付けられ、接続され、結合され、または接触している場合が存在し得ることができることが理解されよう。対照的に、要素が、例えば、別の要素に対して「直接上にある」、「直接取り付けられている」、「直接接続されている」、「直接結合されている」、または「直接接触している」などと呼ばれる場合、介在要素は存在しない。他の特徴に「直接隣接して」配置される構造、または特徴への参照が、隣接する特徴と重なり合うか、またはその下にある部分を有し得るが、他の特徴に「隣接して」配置される構造、または特徴は、隣接する特徴と重なるか、またはその下にある部分を有していない可能性があることも、当業者には明らかであろう。
【0039】
「下（ｕｎｄｅｒ）」、「下（ｂｅｌｏｗ）」、「下（ｌｏｗｅｒ）」、「上（ｏｖｅｒ）」、「上（ｕｐｐｅｒ）」などの空間的に相対的な用語は、図に示されている、別の要素（複数可）、または特徴（複数可）に対する、１つの要素、または特徴の関係を記載するように、記載を容易にするために本明細書で使用され得る。空間的に相対的な用語が、図に示されている向きに加えて、使用中、または動作中のデバイスの異なる向きを取り囲むことができることが、理解されよう。例えば、図中の装置が逆になっている場合、他の要素または特徴の「下（ｕｎｄｅｒ）」または「真下（ｂｅｎｅａｔｈ）」と記載された要素は、他の要素または特徴の「上（ｏｖｅｒ）」に向けられる。
【0040】
様々な要素を説明するように、本明細書では「第１の」、「第２の」などの用語が使用され得るが、これらの要素は、これらの用語によって限定されるべきではないことが理解されよう。これらの用語は、ある要素を別の要素と区別するためにのみ使用される。したがって、以下で説明する「第１の」要素は、本開示の教示から逸脱することなく「第２の」要素と呼ばれることもできる。動作（またはステップ）の順序は、特に明記されていない限り、特許請求の範囲、または図に提示される順序に限定されない。
【0041】
この開示の態様は、上記の例示的な実施形態を参照して特に示され説明されてきたが、様々な追加の実施形態が企図され得ることが当業者によって理解されるであろう。例えば、装置を使用するための上記の特定の方法は単なる例示であり、当業者は、上記の装置、またはそのコンポーネントを、本明細書に示され、説明されるものと実質的に同様の位置に置くための任意の数のツール、一連のステップ、または他の手段／オプションを容易に決定することができる。本明細書では温度制御の例として冷却が使用されているが、当業者は、装置１００、および／またはシステム１２３４、またはそれらと実質的に同様の構成を使用して加熱を提供することができる。記載されている構造、およびコンポーネントはいずれも、任意の適切なストック、または特注のコンポーネント、および／または任意の適切な材料、または材料の組み合わせを伴う、これらの構成のいずれかで、単一の単体部品、もしくはモノリシック部品として一体的に形成されるか、または別々のサブコンポーネントで構成されることができる。記載された構造、およびコンポーネントのいずれも、特定の使用環境で所望されるように、使い捨て、または再利用可能であり得る。任意のコンポーネントは、そのコンポーネントに関係する材料、構成、少なくとも１つの寸法などを示すように、ユーザー認識可能なマーキングで提供されことができ、ユーザー認識可能なマーキングは、特定の使用環境のためにユーザーが類似のコンポーネントの配列から１つのコンポーネントを選択することを支援する。「事前決定された」状態は、操作されている構造が実際にその状態に到達する前の任意の時点で決定され得、「事前決定」は、構造が事前決定された状態に達する直前に行われる。本明細書に記載の特定のコンポーネントが、特定の幾何学的形状を有するものとして示されているが、本開示のすべての構造は、特定の用途に望ましい任意の適切な形状、サイズ、構成、相対関係、断面積、又は任意の他の物理的特性を有し得る。一実施形態または構成を参照して記載される任意の構造または特徴は、他のすべての実施形態、および構成に関して説明したすべてのオプションを有するものとして、本明細書で論じられる実施形態および構成のそれぞれを記載することは非現実的であるため、単独で、または他の構造もしくは特徴と組み合わせて、他の任意の実施形態または構成に提供され得る。これらの特徴のいずれかを組み込んだデバイスまたは方法は、以下の特許請求の範囲、およびその均等物に基づいて決定されるように、本開示の範囲に含まれると理解されるべきである。
【0042】
他の態様、目的、および利点は、図面、開示、および添付の特許請求の範囲の検討から取得されることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
