特表2019-534560(P2019-534560A)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(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】特表2019-534560(P2019-534560A)
(43)【公表日】2019年11月28日
(54)【発明の名称】冷却プレート
(51)【国際特許分類】
   H01L 23/473 20060101AFI20191101BHJP
   H05K 7/20 20060101ALI20191101BHJP
【FI】
   H01L23/46 Z
   H05K7/20 N
   H05K7/20 B
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】18
(21)【出願番号】特願2019-520867(P2019-520867)
(86)(22)【出願日】2017年10月30日
(85)【翻訳文提出日】2019年4月18日
(86)【国際出願番号】IB2017056716
(87)【国際公開番号】WO2018078594
(87)【国際公開日】20180503
(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
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DJ,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JO,JP,KE,KG,KH,KN,KP,KR,KW,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT
(71)【出願人】
【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
【テーマコード(参考)】
5E322
5F136
【Fターム(参考)】
5E322AA01
5E322AA03
5E322AA05
5E322AA11
5E322AB01
5E322DA01
5E322FA04
5F136CB07
5F136CB08
5F136CB11
5F136CB13
5F136CB15
5F136FA02
(57)【要約】
【課題】 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。
【解決手段】 冷却プレートは、プレナムを形成するインターフェース・プレート及び対向するプレートを含む。冷却プレートは、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して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。非アクティブ領域におけるプレナムは、アクティブ領域におけるプレナムに対して減少した幅及び/又は減少した高さを有する。プレナムの減少した幅及び/又は高さ、及び非アクティブ領域における冷却プレートの外寸は、非アクティブ領域が撓んで、電子アセンブリの表面のばらつきに適応することを可能にする。減少した幅及び/又は高さの非アクティブ領域は、具体的には、電子アセンブリの物理的フィーチャの間に嵌合するような形状にされる。
【選択図】 図3
【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、
を含む、冷却プレート。
【請求項2】
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の厚さよりも厚い、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、請求項2に記載の冷却プレート。
【請求項4】
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5】
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6】
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5に記載の冷却プレート。
【請求項7】
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8】
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、冷却フィンの前記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。
【請求項9】
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の厚さよりも厚い、請求項8に記載の電子アセンブリ。
【請求項10】
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、請求項9に記載の電子アセンブリ。
【請求項11】
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8に記載の電子アセンブリ。
【請求項12】
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8に記載の電子アセンブリ。
【請求項13】
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12に記載の電子アセンブリ。
【請求項14】
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8に記載の電子アセンブリ。
【請求項15】
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8に記載の電子アセンブリ。
【請求項16】
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、前記冷却フィンの前記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17】
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16に記載の方法。
【請求項18】
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16に記載の方法。
【請求項19】
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16に記載の方法。
【請求項20】
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19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を有し、プレナム280のアクティブ領域210は、第2の厚さT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に等しいか又はこれより僅かに短い長さから長さL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は長さL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に等しいか又はこれより僅かに短い長さから長さL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は長さL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を有し得る。
【0021】
図7は、上述のように、長さLを有する冷却フィンをもつ中央領域294及びLからL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を有する中央領域294における冷却フィンは、LとL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
【国際調査報告】