特表 2023-508398 冷却モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-02

(54)【発明の名称】冷却モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/473 20060101AFI20230222BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20230222BHJP

【ＦＩ】

H01L23/46 Z

H05K7/20 N

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022538969

(86)(22)【出願日】2020-12-24

(85)【翻訳文提出日】2022-08-19

(86)【国際出願番号】 GB2020053372

(87)【国際公開番号】W WO2021130504

(87)【国際公開日】2021-07-01

(31)【優先権主張番号】1919289.7

(32)【優先日】2019-12-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520018266

【氏名又は名称】アイスオトープ・グループ・リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＩＣＥＯＴＯＰＥ ＧＲＯＵＰ ＬＩＭＩＴＥＤ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】エドマンズ，ニール

(72)【発明者】

【氏名】チャールズワース，ジョン

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA05

5E322AA09

5E322AA11

5E322AB01

5E322DA03

5E322FA01

5E322FA04

5F136BC01

5F136CB06

5F136DA41

5F136FA02

5F136FA23

5F136FA53

(57)【要約】

一つまたは複数の発熱部品を有するプリント回路基板のための冷却モジュール。冷却モジュールは、プリント回路基板を内部に取り付けるために適合された第１の内部容積を画定するケーシングを備え、ケーシングは、第１の内部主面および第２の内部主面を備える。冷却モジュールは、第１の内部容積と流体連通する第２の内部容積を画定するチャンバをさらに備える。第１および/または第２の内部主面は、第１のキャビティを備える。第１および/または第２の内部主面は、第１のキャビティを第２の内部容積に接続する第１のチャネルをさらに備える。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

一つ以上の発熱部品を有するプリント回路基板用の冷却モジュールであって、
前記冷却モジュールは、
プリント回路基板を内部に取り付けるために適合された第１の内部容積を画定するケーシングを備え、前記ケーシングは、第１の内部主面および第２の内部主面を備え、
前記冷却モジュールは、前記第１の内部容積と流体連通する第２の内部容積を画定するチャンバをさらに備え、
前記第１および/または第２の内部主面は、第１のキャビティを備え、
前記第１および/または第２の内部主面は、前記第１のキャビティを前記第２の内部容積に接続する第１のチャネルをさらに備える、冷却モジュール。

【請求項2】

前記第１の内部容積内に取り付けられたプリント回路基板をさらに備える、請求項１に記載の冷却モジュール。

【請求項3】

前記冷却モジュールは、液体冷媒とアレージエアーとを備え、
前記第２の内部容積は、前記アレージエアーを収容する、請求項１または請求項２に記載の冷却モジュール。

【請求項4】

前記第１および/または第２の内部主面は、第２のキャビティと、前記第２のキャビティを前記第１のキャビティに接続する第２のチャネルとをさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の冷却モジュール。

【請求項5】

前記第１および/または第２の内部主面は、一つ以上の追加のキャビティと、該一つ以上の追加のキャビティの各々を少なくとも一つの他のキャビティまたは前記第２の内部容積に接続する一つ以上の追加のチャネルとをさらに備える、請求項４に記載の冷却モジュール。

【請求項6】

前記チャンバは、前記ケーシングから延在している、先行する請求項のいずれか１項に記載の冷却モジュール。

【請求項7】

前記チャンバは、前記ケーシングの角部の領域から延在している、請求項６に記載の冷却モジュール。

【請求項8】

前記ケーシングは、第１の外部主面を備え、
前記チャンバは、前記第１の外部主面の角部から延在している、先行する請求項のいずれか１項に記載の冷却モジュール。

【請求項9】

前記チャンバは、前記第１の外部主面から略垂直に延在している、請求項８に記載の冷却モジュール。

【請求項10】

前記チャンバは、実質的に三角形の断面を備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の冷却モジュール。

【請求項11】

前記チャンバは、オリフィスを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の冷却モジュール。

【請求項12】

前記ケーシングの外面から延在している一つ以上の突起をさらに備える、先行する請求項のいずれか１項に記載の冷却モジュール。

【請求項13】

前記一つ以上の突起は、前記第１の外部主面から延在している、請求項８に従属する請求項１２に記載の冷却モジュール。

【請求項14】

前記プリント回路基板がコンピュータマザーボードである、先行する請求項のいずれか１項に記載の冷却モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

技術分野
本開示は、冷却モジュール、特に、一つまたは複数の発熱部品を有するプリント回路基板のための冷却モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

背景
多くのタイプの電気/電子部品は、動作中に熱を発生する。特に、マザーボード、中央処理ユニット(ＣＰＵｓ)、グラフィカル処理ユニット(ＧＰＵｓ)、メモリモジュール、ハードディスク、および電源ユニット(ＰＳＵｓ)などの電気的なコンピュータ構成要素は、使用時にかなりの量の熱を放散することができる。電気部品の高温への加熱は、損傷を引き起こし、性能に影響を及ぼしたり、安全上の危険を引き起こす可能性がある。従って、電気部品を効果的かつ安全に冷却するための効率的で高性能なシステムを見出すための実質的な努力が行われてきた。

【0003】

ある種の冷却システムは、液体冷却を使用する。異なる液体冷却アセンブリが実証されているが、一般に、電気部品は、発熱電気部品と冷媒との間の熱交換のための大きな表面積を提供するように液体冷媒に浸漬される。

【0004】

国際特許公開番号ＷＯ－Ａ－２０１０／１３０９９３およびＵＳ－Ａ－２０１０／０２９０１９０(本発明とともに共通に譲渡されている)には、電子部品が浸漬される液体冷媒と共に、一つ以上の発熱電子部品を収容するための密閉可能なモジュールを使用する冷却装置が記載されている。電子部品から熱を運ぶ流体(液体および/または気体)中への電子部品の浸漬は、熱力学的に効率的であり得る。冷媒は、非導電性でありながら熱伝導性であってもよく、さらに有利な対流特性を有していてもよい。また、通常動作時に電子部品にダメージを与えないように冷媒を選択して使用することができる。それにもかかわらず、冷媒は、例えば、毒性、腐食または他の反応性、物理的、または化学的性質のために、他の場所で損傷を引き起こす可能性がある。

【0005】

これらの理由によって、および冷媒は高価であるので、冷媒は、ケーシング(タンクまたは容器)内に収容され、典型的には密閉されていることが望ましい。これは、冷媒が失われたり、さもなければタンクの外部に露出することがないように電子部品が冷媒に浸漬されるために行われる。

【0006】

また、ケーシングに冷媒を充填する際には、大量のアレージエアー(ullage air)が発生する場合がある。アレージエアーは、システムに有利であり得る。液体冷媒とアレージエアーの両方は、電子部品によって加熱されることによって膨張することができるが、アレージエアーは、液体冷媒よりも圧縮性が高く、従って、システム内の圧力上昇を緩和するように作用してもよい。電子部品を冷媒に浸漬して効果的に冷却することができるように、電子部品からアレージエアーを離すことが望ましい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の概要
この背景に対して、請求項１に記載の一つ以上の発熱部品を有するプリント回路基板のための冷却モジュールが提供される。本発明の更なる特徴は、従属請求項および本明細書に詳細に記載されている。冷却モジュールの特徴に対応する方法の特徴をさらに提供することができる。

【0008】

本開示によれば、一つまたは複数の発熱部品を有するプリント回路基板のための冷却モジュールが提供され、冷却モジュールは、プリント回路基板を内部に取り付けるために適合された第１の内部容積を画定するケーシングを備え、ケーシングは、第１の内部主面および第２の内部主面を備え、冷却モジュールは、第１の内部容積と流体連通する第２の内部容積を画定するチャンバをさらに備え、第１および/または第２の内部主面は、第１のキャビティを備え、第１および/または第２の内部主面は、第１のキャビティを第２の内部容積に接続する第１のチャネルをさらに備える。

【0009】

任意選択的に、冷却モジュールは、第１の内部容積内に取り付けられたプリント回路基板をさらに備える。

【0010】

任意選択的に、冷却モジュールは、液体冷媒とアレージエアーとを備え、第２の内部容積は、アレージエアーを収容する。

【0011】

任意選択的に、第１および/または第２の内部主面は、第２のキャビティと、第２のキャビティを第１のキャビティに接続する第２のチャネルとをさらに備える。

【0012】

任意選択的に、第１および/または第２の内部主面は、一つ以上の追加のキャビティと、一つ以上の追加のキャビティの各々を少なくとも一つの他のキャビティまたは第２の内部容積に接続する一つ以上の追加のチャネルとをさらに備える。

【0013】

任意選択的に、チャンバは、ケーシングから延在している。
任意選択的に、チャンバは、ケーシングの角部の領域から延在している。

【0014】

任意選択的に、ケーシングは、第１の外部主面を備え、チャンバは、第１の外部主面の角部から延在する。

【0015】

任意選択的に、チャンバは、第１の外部主面からほぼ垂直に延在している。
任意選択的に、チャンバは、実質的に三角形の断面を備える。

【0016】

任意選択的に、チャンバは、オリフィスを備える。
任意選択的に、冷却モジュールは、ケーシングの外面から延在している一つ以上の突起をさらに備える。

【0017】

任意選択的に、一つ以上の突出部は、第１の外部主面から延在している。
任意選択的に、プリント回路基板はコンピュータマザーボードである。

【0018】

図面の簡潔な説明
本発明をいくつかの方法で実施することができ、好ましい実施形態を例として、添付の図面を参照して説明する。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本開示における冷却モジュールの一実施形態の外観斜視図である。

【図2】第１の向きでの図１の実施形態の平面図である。

【図3】第２の向きでの図１の実施形態の平面図である。

【図4】第３の向きでの図１の実施形態の側面図である。

【図5】第２の向きでの図１の実施形態の断面図である。

【図6】第３の向きでの図１の実施形態の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

好ましい実施形態の詳細な説明
図１～図６を参照して、本開示による冷却モジュール１の実施形態が示されている。同一参照符号は、全ての図面において同一の構成要素を識別するものである。

【0021】

冷却モジュール１は、複数の向きで使用するように意図されていてもよい。特に、冷却モジュールは、図２に示す第１の向きで使用するように意図され、これは略垂直な「縦置き」配向である。冷却モジュール１は、図３に示す第２の向きで使用するように意図されていてもよく、これは略垂直な「横置き」配向である。冷却モジュール１は、図４に示す第３の向きで使用することをさらに意図されていてもよく、これは略水平配向である。

【0022】

冷却モジュール１は、例えば、集積回路、キャパシタ、抵抗器、または類似のものである、一つ以上の関連する電気/電子部品４を有するプリント回路基板３を収容するケーシング２を備える。(電気的および電子的という用語は、本明細書においては同様のものとして使用される)。プリント回路基板３は、例えば、コンピュータマザーボードであってもよい。動作時に、電子部品４は、典型的には、熱を発生し放熱する。受動冷却を可能にするために、電子部品４は、誘電性液体冷媒(図示せず)に浸漬される。液体冷媒は、導電性ではなく、通常は熱伝導性であり、伝導および/または対流によって熱を運ぶことができる。したがって、電子部品４から誘電性液体冷媒に熱が伝達される。誘電性液体冷媒は、典型的には高価であるので、プリント回路基板３、電子部品４および誘電性液体冷媒が収容されるケーシング２内の容積を最小限に抑えることが有利である。

【0023】

ケーシング２は、４つの副壁によって互いに連結された２つの対向する主壁を有する細長い略直方体形状であってもよく、各副壁は、各主壁よりも小さい表面積を有する。各壁は、内面および対向する外面を有してもよい(例えば、各主壁は、内部主面および対向する外部主面を有していてもよい)。図６に示すように、ケーシング２は、第１の内部主面１０と、(第１の内部主面１０に略対向する)第２の内部主面１１とを有する。ケーシング２は、第１の内部主面１０に対応する第１の外部主面１２と、第２の内部主面１１に対応する第２の外部主面１３とを備える。ケーシング２は、プリント回路基板３を内部に実装するための第１の内部容積を規定する。例えば、第１の内部容積は、プリント回路基板３のための適切な形状および大きさであってもよく、プリント回路基板３のための取り付け点を備えていてもよい。プリント回路基板３に対する第１の内部容積の他の適合については、以下で説明する。

【0024】

ケーシング２は、(第２の内部主面１１及び第２の外部主面１３を有する)ベース１４と、(第１の内部主面１０及び第１の外部主面１２を有する)蓋１５とを備えることができる。ケーシング２は、導電性材料で形成されていてもよい。ケーシング２は、例えば、アルミニウム等の金属製であってもよい。ベース１４と蓋１５とは、可能な限り、流体密シール(液密と気密の両方)を提供するために、一緒に接合されてもよい。例えば、ベース１４と蓋１５とは、ボルトを含んでいてもよい固定具１６によって互いに接合されていてもよく、シーリングガスケット１７が流体密シールを達成するために設けられている。シーリングガスケット１７は、ベース１４と蓋１５との間で圧縮されてシールを形成してもよい。シーリングガスケット１７は、例えばＥＰＤＭ(エチレンプロピレンジエンモノマー)ゴム、シリコーン、ゴム、バイトン(登録商標)等の任意の適切な材料で形成されていてもよい。別の実施形態では、Ｏリング、成形シール、または発泡シールをシーリングガスケット１７の代わりに使用することができる。

【0025】

冷却モジュール１は、液体冷媒に加えて、アレージエアーを含んでいてもよい。最適な冷却のために電子部品４が液体冷媒に浸漬されることを確実にするために、電子部品４からアレージエアーを離すことが望ましい。チャンバ２０は、アレージエアーを収容するための第２の内部容積を画定する。第２の内部容積は、第１の内部容積とは別個であるが、第１の内部容積と流体連通している。第２の内部容積は、プリント回路基板３をその中に取り付けるのに適していない。

【0026】

チャンバ２０は、液体冷媒(およびその結果としてアレージエアー)が電子部品４による加熱によって膨張するにつれて、冷媒およびアレージエアーの両方の増加した体積をさらに収容することができる。第２の内部容積は、この目的のために最適化され得る。

【0027】

チャンバ２０は、冷却モジュール１が複数の向きに位置決めされたときに、アレージエアーを収容するために最適に配置されるように有利に配置されてもよい。これを達成するために、チャンバ２０は、意図された向きで垂直上方位置に配置されてもよい。特に、チャンバ２０は、冷却モジュール１が図２～図４にそれぞれ示されている第１、第２及び第３の向きにあるとき、アレージエアーを収容するために最適に配置されるように配置されてもよい。

【0028】

チャンバ２０は、ケーシング２の内部または外部にあってもよい。図１～図６の実施形態では、チャンバ２０は、ケーシング２から外方に延在している。

【0029】

チャンバ２０は、冷却モジュール１が第１及び第２の向き(図２および図３にそれぞれ示されている)にあるとき、チャンバ２０のための有利な垂直上方位置を達成するために、ケーシング２の角部の領域内に配置されてもよい。チャンバ２０は、冷却モジュール１が第３の向き(図４に示されている)にあるとき、チャンバ２０のための有利な垂直上方位置を達成するために、ケーシング２の外部主面から延在していてもよい。

【0030】

図１から図６の実施形態では、チャンバ２０は、第１の外部主面１２の角部から延在している。チャンバ２０は、第１の外部主面１２から略垂直に延在している。チャンバ２０の形状は、一つ以上の向きでその周囲の空気の流れを最適化するようなものであってもよい。例えば、図１～図６の実施形態に示されているように、チャンバ２０は、第１の外部主面１２の平面内に略三角形の断面を有していてもよい。三角形の断面の一つ以上の角部は、面取りされていてもよいし、フィレットが付けられていてもよい。チャンバ２０は、ケーシング２に冷媒を充填し、ケーシング２から冷媒を排出するためのオリフィス２１を備えていてもよい。シーリングプラグ２２は、オリフィス２１を封止するために設けられていてもよい。シーリングプラグ２２は、埋め込まれたＯリングシールを有するＢＳＰＰ(British Standard Pipe Parallel)プラグであってもよい。

【0031】

ケーシング２内の容積を最小にするために、第１および第２の内部主面１０、１１の間の距離を最小にすることができる。背の高い電子部品４０(すなわち、プリント回路基板３とそれぞれの内部主面との間の距離によって収容可能な高さより高い高さを有する電子部品４)を収容するために、第１および第２の内部主面１０、１１は、一つ以上のキャビティ３０を設けられていてもよい。一つ以上のキャビティ３０は、チャンバ２０と流体連通していてもよい。第１および第２の内部主面１０、１１は、連続するキャビティ３０を互いに流体的に接続し、最終的にチャンバ２０に通じるチャネル３１が設けられていてもよい。

【0032】

プリント回路基板３に関連する比較的高出力の電子部品４１に追加の導電性冷却を提供することができ、これは、プリント回路基板３に関連する他の電子部品４よりも動作中に多くの熱を生成および放散することができる。このような追加の導電性冷却は、これらの高出力の電子部品４１をケーシング２に結合することによって提供され得る。高出力の電子部品４１とケーシング２との間に熱界面材料４２を設けて、それらの間の熱結合を強化することができる。非限定的な例として、熱界面材料４２は、シリコーン、粘性グリース、ゲル、テープ、フィルム、コイル又はばね、発泡体、金属、グラファイト、または任意の他の適切な材料のうちの一つ以上を含むことができる。

【0033】

ケーシング２に熱が伝達されることにより、誘電性液体冷媒が冷却される。ケーシング２は空冷される。好ましくは、突起５０は、ケーシング２の外部主面から延在しており、それと直接熱的に接続されている(例えば、ケーシング２と一体に形成されるか、またはケーシング２から熱を受けるようにケーシング２に固定されている)。図示の突起５０のような突起は、熱伝達のための表面積の増大に起因して、ケーシング２から周囲の空気への熱伝達を大幅に増大させることができる。小型化のために、突起５０は、ケーシング２のチャンバ２０と同じ側から延在するように、第１の外部主面１２から延在していてもよい。特に、突起５０は、第１の外部主面１２からチャンバ２０と実質的に同じ距離(第１の外部主面１２の平面に垂直な方向に測定される)で延在していてもよい。突起５０は、ピンおよび/またはフィンを備えていてもよい。突起５０は、第１の外部主面１２の平面に対して垂直な方向に延在していることが好ましい(突起５０が好適には直線状である)。突起５０は、第１の外部主面１２上の空気流を最適化することができる。

【0034】

使用時には、電子部品４を備えるプリント回路基板３がベース１４内及び蓋１５の内部に取り付けられ、いずれかの背の高い電子部品４０が対応するキャビティ３０内に配置され、任意の高出力の電子部品４１が第１の内部主面１０または第２の内部主面１１に直接結合される。ベース１４と蓋１５とが固定具１６及びシーリングガスケット１７を介して密封接合される。

【0035】

冷却モジュール１が第３の向きであるとき、チャンバ２０がケーシング２から略垂直に上方に延在するように、冷却モジュール１は、オリフィス２１を介して液体冷媒で満たされる。液体冷媒の量は、すべての電子部品４が動作温度の範囲(例えば、プリント回路基板３が最初に作動されるときの典型的な室温、および、電子部品４によって生成および放散される熱によって上昇した高温)で冷媒に浸漬されるようなものでなければならない。例えば、液体冷媒の体積は、全ての電子部品４が－１０℃～９０℃の動作温度で冷媒中に浸漬されるように選択されてもよい。ガイドタイドライン６０は、様々な充填温度で必要な体積を示すためにチャンバ２０上またはチャンバ２０内にマーキングされてもよい。例えば、冷却モジュール１が高温充填(すなわち、加熱された冷媒で満たされている)されている場合、冷却モジュール１が室温のまたは冷却された冷媒で満たされている場合よりも充填容積が大きくなる。最後に、シーリングプラグ２２を用いて冷却モジュール１を封止する。

【0036】

冷却モジュール１は、第１、第２、および第３の向きのうちの一つの向きに配置されてもよい。冷却モジュール１を選択された向きに位置決めするとき、または冷却モジュール１を異なる向きの間で移動させる場合、アレージエアポケットが１つまたは複数のキャビティ３０に閉じ込められ、これによって、対応する電子部品４を冷媒が完全に覆って効果的に冷却することを妨げられる可能性がある。冷却モジュール１を穏やかに攪拌および／または回転させることにより、そのようなエアポケットは、チャネル３１を通ってチャンバ２０に戻され、その結果、キャビティ３０は、冷媒で適切に満たされる。

【0037】

特定の実施形態が説明されたが、当業者は種々の調整および/または修正を考慮するであろう。例えば、チャンバ２０の形状を大きく変化させることができる。ケーシング２に対するチャンバ２０の位置は、冷却モジュール１の意図された向きによって決定されるように変化することができる。ケーシング２上の突起５０は、例えば、異なる形状、数、配置、および/または突起の高さを含む、様々な方法で設けられる。特定の実施形態では、突起は設けられていなくてもよい。このような組み合わせが明示的に記述されていない場合であっても、互いに排他的でない本明細書に開示された特定の特徴の組み合わせを提供することもできる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】