JP2023507205A - 回路基板上に配置された複数の発熱電子部品を冷却するための冷却装置およびその冷却装置を備えるシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、回路基板２上に配置された複数の発熱電子部品３を冷却するための冷却装置１に関する。冷却装置１が、分配器ユニット10および少なくとも１つの冷却サテライト20を有する。分配器ユニットが、冷却液入口11および冷却液出口12を有し、冷却液が、分配器ユニット10を通り、冷却液入口11から冷却液出口12まで所定のかつ固定の冷却液経路Pに沿って流れる。少なくとも１つの冷却サテライト20が、分配器ユニット10に対して所定の空間位置で分配器ユニット10に固定されている。冷却サテライト20が、ヒートシンク23、冷却液入口21、および冷却液出口22を有し、ヒートシンク23が、少なくとも１つの電子部品3と広範囲にわたって接触することができ、冷却液が、冷却サテライト20を通って冷却液入口21から冷却液出口22まで、冷却液経路Ｐに沿って流れる。冷却液経路Ｐが、分配器ユニット10および少なくとも１つの冷却サテライト20を通り、かつ冷却サテライト20のヒートシンク23の一部に沿って延在する。【選択図】図１

Description

本発明は、回路基板上に配置された複数の発熱電子部品を冷却するための冷却装置、およびそのような冷却装置と、その上に複数の電子部品が配置された回路基板と、を備えるシステムに関する。

動作中に熱を放出するＣＰＵまたはＧＰＵなどの電子部品は冷却する必要があり、冷却能力および冷却の効率の両方が、電子部品の効率に決定的に重要である。

発熱電子部品を備える複数の回路基板を有するシステムでは、電子部品の冷却、より正確には、電子部品から熱を除去することは、スペースおよびコストの問題である。

最近では、そのようなシステムもさらにコンパクトにされているか、またはより多くのシステムが極めて狭い空間に提供されているために、冷却に不利であり、その結果、必要な冷却能力および冷却消費電力の増加も起こる。

例えば、冷却フィンのみによって部品を冷却する純粋な受動的冷却装置は、それらの冷却能力が不十分であることが多いため、これに関しては適していないことが多い。ファンを備えた従来の冷却システムでさえ、冷却能力が不十分であることが多く、または電子部品を十分に冷却するのに非常に多くの電力を必要とするため、冷却のための電力消費量が、システムの総電力消費量のほぼ半分になることがある。

従来技術は、純粋な受動的冷却およびファンまたはブロワに基づく純粋な空冷の様々な代替例を既に含む。

特に、水への熱放出が空気への熱放出の約１００倍であるため、液体ベースの冷却システムは１つの代替例であり、他の液体の冷却液ではさらに高い値を達成することができる。したがって、比較的小さな水で満たされた管によって比較的多くの熱を運び去ることが可能である。

従来技術では、液体ベースの冷却システムには、基本的に３つの異なる代替例がこれまでのところ存在している。

１つ目は、個々の電子部品が、通常、可撓性管ラインを介して、水または別の冷却媒体がポンプによって通されるヒートシンクに各々関連付けられている、古典的な水冷である。しかし、この場合、可撓性管ラインが存在するため、自動生産が不可能であるか、または困難を伴ってでしか達成できないことが問題となる。加えて、経年劣化現象および設置誤差により漏れが発生し得る。また、ヒートシンクに接触する部品のみが冷却されることも、不利である。

これに代わるものとして、浸漬冷却が従来技術において知られている。この場合、システム全体、より正確には、システムの回路基板は、液体がすべての部品の周りを循環して、冷却することができるように、浸漬バス中に位置決めされる。しかしながら、これを達成するためには、冷却する液体または冷却媒体として、油のような低腐食、非導電性の液体冷却液を使用する必要がある。しかしながら、この種の溶液は通常、密閉することが困難であり、その結果、漏れおよび「水」による損傷が発生しやすい。加えて、そのようなシステムは、システムに対して必要な液体が大量のために、重く、携帯可能ではない。導電性の異物がシステム内、より正確には、液体内に侵入すると、回路基板の短絡が発生する可能性もある。

比較的新しい解決策はまた、混合システムによって、より正確には、互いに分離された２つの液体による冷却を提供する。回路基板に対して直接、より正確には、回路基板の上に配置された部品に、密閉されたシステム内において非導電性の低腐食性液体を提供し、これにより、部品から熱を吸収して、熱を直接隣接する液冷プレートに伝達する。別の冷却媒体がプレートを通って循環し、これにより熱を運び去る。そのようなシステムは、密閉された状態で具現化することができ、少なくとも回路基板上で直接、任意の個別の可撓性管を必要としないため、使用される液体が大量であるため比較的重いままであるが、比較的容易に生産される。

したがって、本発明の目的は、上述の欠点を克服し、回路基板上に配置された複数の発熱電子部品を冷却するための冷却装置を提供することであり、この冷却装置は、同時に製造が簡単であり、生産に対し費用対効果が高く、比較的軽量で、回路基板上に配置された複数の部品の効果的な冷却を可能にする。

この目的は、請求項１および請求項１２に記載の特徴の組み合わせによって達成される。

本発明によれば、回路基板上に配置された複数の発熱電子部品を冷却するための冷却装置が提案されている。冷却装置は、分配器ユニットおよび少なくとも１つの冷却サテライトを有する。分配器ユニットは、寸法的に安定して設計されていることが好ましく、冷却液入口および冷却液出口を有し、その冷却液入口からその冷却液出口まで所定の固定された冷却液経路に沿って、冷却液を流すことができる。少なくとも１つの冷却サテライトが、分配器ユニットに対して所定の空間位置で分配器ユニットに固定され、ヒートシンク、冷却液入口、および冷却液出口を有する。少なくとも１つの冷却サテライトのヒートシンクが、複数の電子部品のうちの少なくとも１つの電子部品と広範囲にわたって面的に接触することができる。加えて、冷却液は、冷却サテライトを通ってその冷却液入口からその冷却液出口まで冷却液経路に沿って流れることができ、冷却液経路は、分配器ユニットおよび少なくとも１つの冷却サテライトを通って、ならびに冷却サテライトのヒートシンクの一部に沿って延在する。

したがって、基本的な発明のアイデアは、冷却サテライトまたは複数の冷却サテライトが提供される分配器ユニットを提供することであり、それによって回路基板の特定の電子部品が選択的に接触され、冷却される。この場合、分配器プレートの形態で提供され得る分配器ユニットは、回路基板に対して固定のかつ所定の位置を有し、好ましくは寸法的に安定しているため、簡単で自動化された組み立てを可能にする。加えて、分配器ユニット、より正確には、その中に輸送される冷却液は、冷却サテライトを介して輸送される熱だけでなく、他の熱輸送現象によって分配器ユニット、より正確には、その中に搬送される冷却液に輸送される熱も吸収することができ、それによって、回路基板の電子部品を２つのグループに分割することができる。第１のグループは、冷却サテライトによって直接冷却されるように提供され、電子部品が冷却サテライトに対して直接接触しない第２のグループは、他の熱輸送現象を使用して、分配器ユニットに熱を放出することができ、この熱は、分配器ユニットによって吸収され、運び去られる。

分配器ユニットおよび冷却サテライトの両方は、それぞれ、複数の冷却液入口および複数の冷却液出口を有することができ、そこを流れる流れは、１つの冷却液経路に沿って、または複数の並列な冷却液経路に沿って通過することができる。

これは、有利には、冷却装置がモジュール化された状態で具現化されることを可能にし、冷却装置が異なる回路基板のために個別に配置されることを可能にする。回路基板は、通常、標準化されたサイズであるから、すべてのサイズの回路基板に対して、回路基板のサイズに適合した特定の形状およびサイズを有する同じ分配器ユニットを設けることができる。直接冷却される回路基板上の電子部品の位置に応じて、１つの冷却サテライトまたは複数の冷却サテライトは、グリッド内または自由に分配器ユニット上に設置することができ、１つの冷却サテライトの冷却液入口および冷却液出口、または複数の冷却サテライトの複数の冷却液入口および複数の冷却液出口は、冷却液の流れが、分配器ユニットの冷却液入口から冷却液出口までの、冷却液の共通の流路または異なる流路に沿って各冷却サテライトを通過するように、分配器ユニット中に設けられた冷却チャンネルに流体連結される必要がある。

この目的のために、冷却装置の有利な変形形態は、分配器ユニットが平坦形状またはフレーム形状として具現化されているということを含む。特に有利な変形形態では、分配器ユニットは、平坦な分配器プレートの形態で具現化され、より好ましくは、回路基板の長さおよび幅に等しい長さおよび幅を有する。

また、分配器ユニットは、特に、少なくとも部分的に中空なものとして具現化され、その内部には、１つ以上の冷却チャンネルを有し、冷却液の流路、より正確には、冷却液経路は、分配器ユニットの冷却チャンネルによってかつ冷却サテライトによって部分的に画定される。

分配器ユニットがフレーム形状として具現化されている場合、回路基板、より正確には、その上に配置された電子部品は、少なくとも部分的に側面を包囲される。これはまた、分配器ユニットが２つの部分で具現化され、分配器ユニットの２つの部分、より正確には、分配器ユニットの２つの層が、回路基板に対して互いに反対の側に位置決めされ、分配器ユニットの２つの部分が、回路基板の幅または長さによって互いに離間されるように、回路基板が分配器ユニットの２つの部分間に位置決めされる実施形態を特に含む。

分配器ユニットが適切に使用されるとき、回路基板上の電子部品に面して向けられる冷却面を有する、冷却装置の変形形態もまた有利である。より好ましくは、冷却面は、回路基板の表面に平行に、またはそれに直交するように向けられる。この場合、冷却面は、例えば対流によって、または電子部品と冷却面との間の空気を介して、冷却サテライトのうちの１つと接触していない、または少なくとも直接接触していない回路基板の電子部品によって放出され、かつ冷却面によって吸収される、熱を吸収するために使用される。

既に上述したように、分配器ユニットの内部に冷却液経路を画定する少なくとも１つの冷却チャンネルを有する冷却装置の実施形態が有利である。この場合、冷却チャンネルは、分配器ユニットの冷却チャンネル入口からそれぞれの冷却サテライトの冷却チャンネル入口に冷却液を輸送するためと、分配器ユニットの任意の冷却面から熱を運び去るための両方に使用され、その結果、冷却チャンネルまたは複数の冷却チャンネルを通って流れる冷却液によって、冷却サテライトから吸収される熱、およびさらに分配器ユニットによって直接吸収される熱が、冷却装置から輸送され得る。

代替的かつ同様に有利な変形形態では、冷却装置は、冷却チャンネルが複数の部分から構成されているということを含む。さらに、冷却チャンネルの第１の部分が、分配器ユニットの冷却液入口から冷却サテライトの冷却液入口まで延在し、冷却チャンネルの第２の部分が、冷却サテライトの冷却液出口から分配器ユニットの冷却液出口まで延在する。

この場合、冷却装置の厳密な実施形態に応じて、複数の異なる代替の変形形態が可能である。

第１の変形形態では、冷却チャンネルの第１の部分は、分配器ユニットの冷却液入口を、すべての冷却サテライトの冷却液入口に流体連結している。冷却チャンネルの第２の部分は、また、すべての冷却サテライトの冷却液出口を、分配器ユニットの冷却液出口に流体連結している。この場合の冷却サテライトは互いに流体的に並列に配置されている。

第２の変形形態では、すべての冷却サテライトは、流体的に直列に配置されている。冷却チャンネルの第１の部分は、分配器ユニットの冷却液入口を、第１の冷却サテライトの冷却液入口に流体連結している。冷却チャンネルの第２の部分は、第１の冷却サテライトの冷却液出口を、第２の冷却サテライトの冷却液入口に流体連結している。この設計、すなわち、冷却サテライトを互いに連結している冷却チャンネルの部分を介しての、直列な冷却サテライトの連結は、任意選択で、直列に連結された冷却サテライトの最後まで延長することができる。冷却チャンネルの最後の部分は、最後の冷却サテライトの冷却液出口を分配器ユニットの冷却液出口に連結している。

第３の変形形態は、流体的に直列に配置された複数の冷却サテライトのグループが互いに並列に流体連結されている、最初の２つの変形形態の混合を含む。

分配器ユニットの冷却面の最も効果的な可能な限りの冷却を保証するために、冷却装置の有利な変形例は、冷却チャンネルが分配器ユニット内で蛇行状に延在することを含む。滑らかな蛇行する曲線を通して、同時に固定パターンまたはグリッドを形成することが可能であり、これにより、冷却サテライトを特に単純な方法で分配器ユニットに締結し、冷却チャンネルに流体連結することができる。例えば、蛇行する曲線は、外部から、例えば、ドリルによって、冷却チャンネルを開くことができ、以下に説明される供給ラインまたは排出ラインなどの冷却サテライトのセクションをその中に挿入することができるように、分配器ユニットの冷却面上にマークされるかまたは認識可能とすることができる。

また、分配器ユニットが、互いに分離され、少なくとも１つの冷却サテライトによってのみ流体連結され、かつ冷却液が流れることができる、２つの層を有するという、本発明の有利な変形形態も存在する。２つの層は、互いに隣り合って、または接するように位置決めすることができるか、または互いに離間して配置することができる。この場合、各冷却サテライトの冷却液入口は、２つの層のうちの第１の層に直接流体連結され、より正確には、第１の層中に延在する冷却チャンネルの一部に直接連結されている。加えて、各冷却サテライトの冷却液出口は、２つの層のうちの第２の層に直接流体連結され、より正確には、第２の層中に延在する冷却チャンネルの一部に直接連結されている。加えて、分配器ユニットの冷却液入口は、第１の層中に位置決めされて流体連結されており、分配器ユニットの冷却液出口は、第２の層中に位置決めさてれ流体連結されている。これに対応して、分配器ユニットの冷却液入口は、好ましくは、第１の層中に延在する冷却チャンネルの一部に流体連結されており、分配器ユニットの冷却液出口は、好ましくは、第２の層中に延在する冷却チャンネルの一部に流体連結されている。

少なくとも１つの冷却サテライトを機械的かつ流体的に分配器ユニットに連結するために、冷却装置の有利な変形形態は、また、１つの冷却サテライト、および好ましくは複数の冷却サテライトの各々が、少なくとも１つの管状供給ラインおよび１つの管状排出ラインを有することを含む。管状供給ラインは、冷却サテライトの冷却液入口をヒートシンクに流体連結している。管状排出ラインは、ヒートシンクを冷却サテライトの冷却液出口に流体連結している。好ましくは、冷却液が流れることができる供給ラインの流路断面積は、排出ラインの流路断面積に対応し、特に冷却サテライトの直列的または直列連結では、さらに、分配器ユニット中に設けられた冷却チャンネルの流路断面積に対応し、したがって、冷却液経路全体に沿った冷却液の均一な体積流量を可能にする。これに対応して、冷却液の流れは、供給ラインおよび排出ラインを通過し、その結果、供給ラインおよび排出ラインが、各々、冷却液経路のセクションを画定する。供給ラインおよび排出ラインは、冷却サテライトを分配器ユニットに連結し、それに固定する。加えて、供給ラインおよび排出ラインは、冷却サテライトを分配器ユニットに対して所定の位置に維持する。

供給ラインおよび排出ラインの可能な断面形状には、角形状および丸形状の両方が含まれる。好ましくは、供給ラインおよび排出ラインは、互いに離間されて具現化され、供給ラインおよび排出ラインが互いに同軸に配置される有利な変形形態も存在する。この場合、それぞれの内側ラインがヒートシンクに同時に連結され得、および／またはそれによって一体的に具現化され得、したがって外側ラインを流れる冷却液が周囲を循環する内側ラインが、冷却フィンまたは冷却面として機能することが、特に有利である。この場合、外側ラインが分配器ユニットの第１の層内に延在し、内側ラインが、冷却サテライトから見て第１の層の後ろに位置決めされた分配器ユニットの第２の層内に延在する場合に、有利である。

また、供給ラインおよび／または排出ラインが、分配器ユニット中の冷却チャンネルの幅または直径に対応する幅または直径を有し、その結果、分配器ユニット内の冷却チャンネルが、供給ラインまたは排出ラインの冷却チャンネル内への挿入によって密閉され、冷却液が、供給ラインまたは排出ライン中に設けられた開口部を通って流れる必要がある場合にも、有利である。この目的のために、供給ラインまたは排出ラインが分配器ユニット内に延在するセクションでは、供給ラインおよび／または排出ラインは、好ましくは、冷却液が分配器ユニットの冷却チャンネルから出て供給ライン内に、またはそれぞれ排出ラインから出て分配器ユニットの冷却チャンネル内に流出することができる、横方向の開口部を備える。

冷却装置の有利な実施形態の変形形態は、ヒートシンクに隣接する少なくとも１つの冷却サテライトが、冷却液経路のセクションを画定し、かつ冷却液が流れることができる、中空空間を形成するという事実を含む。少なくとも１つの冷却サテライトはまた、中空空間中のヒートシンクに連結された冷却フィンを有する。

また、好ましくは、冷却フィンが供給ラインおよび／または排出ライン内に延在し、その結果、冷却液が供給ラインおよび／または排出ライン内に既に存在する冷却フィンの周りを循環するという事実を伴う。

複数の冷却サテライトが提供される場合、これらは、冷却サテライトによって画定される冷却液経路のセクションの長さに関して異なる方法で具現化することもできる。例えば、第１の冷却サテライトが、回路基板上に設けられた別の電子部品と比較して、より強力な冷却を必要とする電子部品を冷却しなければならない場合、第１の冷却サテライトのヒートシンクは、より大きな面積で具現化され得、ヒートシンクに沿って延在する冷却液経路のセクションは、より長く具現化され得、その結果、より多くの熱が、第１の冷却サテライトを通って流れる冷却液によって吸収され、運び去られ得る。冷却されるそれぞれの部品に適合される冷却能力は、部品における冷却液の流速の局所的変動および結果として生じる流動効果によっても、達成することができる。それぞれの冷却サテライトは、また、それぞれの電子部品に適合され、例えば、異なる長さの供給ラインおよび排出ラインを有し、それによって、電子部品の異なる寸法にもかかわらず、冷却サテライトがそれらに適切に適合できる。

それぞれの冷却サテライトをそれぞれの電子部品に締結するために、実施形態は、また、それぞれの冷却サテライトが、回路基板に対して分配器プレートを固定することによって、より正確には、それを回路基板に固定するための分配器プレートの要素を連結することによって、電子部品に押し付けられるということを含むことができる。代替的に、それぞれの冷却サテライトが回路基板に直接固定され得、それぞれの電子部品に対して押し付けられることができるように、冷却サテライトのうちの少なくともいくつかに締結ソケットを設けることもできる。

分配器ユニットおよび冷却装置全体を回路基板に対して所定の位置に固定することができるように、分配器ユニットは、分配器ユニットを回路基板に固定するための連結要素を備える。連結要素は、少なくとも１つの冷却サテライトに対して所定の位置を有し、その結果、分配器ユニットを、連結要素を用いて回路基板に対して位置決めすることによって、冷却サテライトを、冷却されるべきそれぞれの関連付けられた部品上に同時に位置決めすることができる。これに対応して、分配器ユニットは、回路基板に対して所定の位置に設置することができ、冷却サテライトは、電子部品に対して、または電子部品上の、所定の位置に設置することができる。

加えて、冷却装置は、分配器ユニットおよび冷却サテライトならびに回路基板を収容するように具現化された、ハウジングまたはフレームを有することができる。ハウジングは、回路基板を収容するために具現化されることもできる。代替的に、ハウジングは、回路基板が開口部内に挿入され得る、一方の側で開放され得、したがって、ハウジングの開放された中空空間を閉鎖するカバーを構成する。ハウジングは、また、連結要素を一体的に形成することができ、したがって、所定の位置、より正確には、回路基板に対する分配器ユニットの所定の位置の維持を画定することができる。

本発明の別の態様は、また、本発明による冷却装置と、その上に発熱電子部品を配置した回路基板と、を有するシステムに関する。この場合、少なくとも１つの冷却サテライトのヒートシンクが電子部品の少なくとも１つと接触している状態で、冷却装置の分配器ユニットは、回路基板に対して所定の位置にある。この場合、ヒートシンクは、電子部品と直接接触することができ、ヒートシンクは、熱伝導パッドまたはサーマルペーストなどの熱伝導手段を介して間接的に電子部品と接触することも可能である。

システムの別の有利な変形形態は、分配器ユニットが、分配器プレートの形態で平坦な形状のものとして具現化され、回路基板に平行でかつ回路基板から所定の距離のところに位置決めされており、少なくとも１つの冷却サテライトが、回路基板と分配器プレートとの間に位置決めされており、冷却サテライトの供給ラインおよび排出ラインが、回路基板に直交して分配器プレートに延在するものである。代替的に、分配器ユニットが、フレーム形状として具現化される。この代替案では、分配器ユニットは、回路基板および／またはその上に配置された電子部品を少なくとも部分的に取り囲むか、または側面を包囲し、好ましくは、分配器ユニットのそれぞれの層またはセクションは、互いに反対側に位置決めされ、冷却サテライトは、これらのセクションまたは層の間に位置決めされ、それらを互いに流体連結している。

システムの別の有利な実施形態は、回路基板および／または分配器ユニットがハウジングのセクションを一体的に形成している状態で、システムがハウジングを含むものである。この場合、電子部品および冷却サテライトが、ハウジングによって形成された内部空間に位置決めされている。

この場合、分配器ユニットが、内部空間に向けられたハウジングの内面を一体的に形成する冷却面を有することができ、その結果、電子部品によって放出される熱が、少なくとも部分的に冷却面によって吸収され、分配器ユニットを介して、より正確には、それを通って流れる冷却液によって運び去られ得る。

１つの変形形態は、また、ハウジングが、内部空間が外部に対してそこを通って開放されている、換気孔を有し、例えば、空気が内部空間を通って流れることができ、それによって、液体冷却に加えて、空気冷却も同時に実施することができるということを含む。

また、言及されるべき別の態様は、冷却装置を製造するための方法である。これは、特に、複数の回路基板のために均一な分配器ユニットが設けられているということを含む。次いで、冷却される回路基板上の電子部品の位置に応じて、分配器ユニット中に開口部が製作され、その後、冷却サテライトの供給ラインおよび排出ラインがこれらの開口部に挿入され、それぞれの冷却サテライトのヒートシンクがそれぞれの電子部品に接触し、同時に、分配器ユニットが回路基板に対して所定の位置にあるような状態で、供給ラインおよび排出ラインが具現化される。

上記で開示した特徴は、技術的に可能であり、組み合わせられた特徴が互いに抵触しないことを条件として、任意の方法で組み合わせることができる。

本発明の他の有利な変更例は、従属請求項に開示され、図面に基づいて、本発明の好ましい実施形態の説明と併せて以下により詳細に説明される。

図１は、冷却装置または冷却装置と回路基板とを備えるシステムの第１の変形形態を示す。 図２は、冷却装置または冷却装置と回路基板とを備えるシステムの第２の変形形態を示す。 図３は、冷却装置の第３の変形形態を示す。 図４は、冷却装置の第４の変形形態を示す。 図５は、第１図における冷却装置の第５の変形形態を示す。 図６は、第２図における冷却装置の第５の変形形態を示す。 図７は、冷却サテライトの第１の変形形態を示す。 図８は、冷却サテライトの第１の変形形態を断面図で示す。 図９は、冷却サテライトの第２の変形形態を示す。 図１０は、冷却サテライトの第２の変形形態のヒートシンクを示す。 図１１は、冷却サテライトの第３の変形形態を示す。 図１２は、２つの層を有する冷却装置の第１の変形形態を概略的に示す。 図１３は、冷却装置の第６の変形形態を示す。 図１４は、２つの層を有する冷却装置の第２の変形形態を概略的に示す。

図は、概略的に描写された例である。図中の同じ参照番号は、同じ機能的および／または構造的特徴を示すために使用される。

図１および図２には、それぞれ、冷却装置１の変形形態が回路基板２と共に示されており、電子部品３が冷却装置１の冷却サテライト２０と接触し、冷却サテライト２０によって冷却されている。したがって、それぞれの回路基板１を伴う図１および図２の冷却装置１は、冷却装置１および回路基板２から構成されたシステム１’にも対応する。

図１および図２の例として提供される回路基板は、冷却される３つの電子部品３を有し、異なる実施形態では、冷却を必要とするより多くまたはより少ない電子部品３も提供され得る。冷却装置１は、それぞれ回路基板に適合されており、例えば、冷却される電子部品３の数に対応し、対応する配置で設置される冷却サテライト２０を有する。

冷却される電子部品３に加えて、直接冷却されないか、または冷却装置１の冷却サテライト２０によって冷却される必要がある、図示されていないさらなる他の電子部品も、回路基板上に設けることができる。

図１および図２に開示されている冷却装置１の変形形態の各々には、２つの層１０１、１０２を有する分配器ユニット１０が設けられている。分配器ユニット１０の２つの層１０１、１０２は流体的に分離されており、より正確には、層１０１と１０２との間の、並列に流体連結された３つのそれぞれの冷却サテライト２０を介してのみ連結されている。

第１の層１０１に流体連結された分配器ユニット１０の冷却液入口１１から始まり、冷却液は、図１および図２に示されていない冷却液経路に沿って３つの冷却サテライト２０に導かれ、これらを通して分配器ユニット１０の第２の層１０２に流れ、分配器ユニット１０の冷却液出口１２に搬送される。冷却液が冷却サテライト２０を流れる際に、冷却液は、電子部品３がそれぞれに隣接する冷却サテライト２０に放出した熱を吸収し、それを運び去る。

図１および図２に示す変形形態にフレーム形状として具現化された分配器ユニット１０は、各々、回路基板２に直交して延在する１つ以上の冷却面１３を形成し、それによって、回路基板２の部品によって放出される熱も吸収して、熱を冷却液に伝達し、その結果、冷却サテライト２０によって直接冷却されない部品を冷却することさえ可能となる。

図２による変形形態で使用される冷却サテライト２０について、図１１に関連する記述で詳細に説明する。図１による変形形態の冷却サテライト２０は、基本的に設計は同一であるが、より平坦なものとして具現化されており、この場合、図２の変形形態で見たそれぞれの冷却サテライト２０の供給ライン２４および排出ライン２５は、回路基板２に直接接するように延在する。

図３および図４は、各々、分配器ユニット１０が１つの層のみを備える冷却装置１のそれぞれの実施形態を開示している。それぞれの分配器ユニット１０は、１つの冷却サテライト２０または複数の冷却サテライト２０が回路基板と分配器ユニット１０との間に位置決めされるように、図示されていない回路基板と平行に位置決めされる。

図３に示す変形形態では、１つの冷却サテライト２０が配置されている平坦な分配器ユニット１０または分配器プレートが提供される。後者は、１つの部品で具現化されており、分配器ユニット１０に不可欠である。加えて、材料および重量を抑えるために、開口部すなわち開放空間１５が分配器ユニット１０に設けられている。

分配器ユニット１０では、図３および図４に示すように、図示されていない冷却チャンネルが具現化され、これは、分配器ユニット１０および冷却サテライト２０を通る冷却液経路を画定する。冷却チャンネルは、１つの部品または複数の部品で具現化することができ、既存の冷却サテライト２０を、分配器ユニット１０の冷却液入口１１および分配器ユニット１０の冷却液出口１２に対して、並列または直列に連結することができる。

図５および図６は、冷却装置１の別の有利な変形形態を示しており、分配器ユニット１０上に設けられた冷却サテライト２０、２０’と、図示されていない回路基板２の電子部品３に対向する分配器ユニット１０の冷却面１３が視認可能であるように、図５においては、斜め下から見た図で示されている。分配器ユニット１０は、また、単一層を有する平坦な分配器プレートとして具現化され、分配器ユニット１０は、図６に示す種類の冷却チャンネル１４を通して分配器ユニット１０の冷却液入口１１から分配器ユニット１０の冷却液出口１２まで冷却液を搬送する。冷却サテライト２０、２０’は、冷却チャンネル１４が、２つの冷却サテライト２０、２０’の供給ライン２４および排出ライン２５によって複数のセクションまたは部分に細分化されるように、互いに流体的に直列に配置されている。冷却チャンネル１４の第１の部分１４１は、分配器ユニット１０の冷却液入口１１から第１の冷却サテライト２０の冷却液入口２１まで通じ、冷却チャンネル１４の第３の部分１４３は、第１の冷却サテライト２０の冷却液出口２２から第２の冷却サテライト２０’の冷却液入口２１まで通じ、冷却チャンネル１４の第２の部分１４２は、第２の冷却サテライト２０の冷却液出口２２から分配器ユニット１０の冷却液出口１２まで通じている。この場合、冷却チャンネル１４の個々の部分１４１、１４２、１４３、より正確には、冷却チャンネル１４全体が、分配器ユニット１０内で蛇行する形で延在し、それによって、冷却チャンネル１４を通って流れる冷却液が、分配器ユニット１０の冷却面１３全体を冷却し、熱を運び去る。

図６に示すように、分配器ユニット１０内の冷却チャンネル１４は、例えば、分配器プレートが固体材料で作製され、冷却チャンネル１４がその中でミリングされるような方法で具現化することができ、この結果として開放される上側は、図６に示すように、カバーによって閉鎖される。

図５および図６に示す変形形態では、２つの異なる冷却サテライト２０、２０’を備えており、これらは、基本的に供給ライン２４および排出ライン２５の形態のみが異なっている。あるいは、２つの同一の冷却サテライト２０、２０’を備えることもあり得る。第１の冷却サテライト２０において、供給ライン２４および排出ライン２５は、各々、矩形の流路断面を有し、より正確には、矩形の管として具現化される。冷却サテライト２０’である第２の変形形態は、供給ライン２４および排出ライン２５の円形の流路断面を含み、より正確には、各々が円形の管を備える。冷却サテライト２０、２０’の両方の変形形態では、供給ライン２４および排出ライン２５の幅または直径は、好ましくは、冷却チャンネル１４の幅に等しく、それによって、冷却チャンネル１４が、冷却サテライト２０、２０’の供給ライン２４および排出ライン２５の挿入または設置によって閉鎖され、冷却液は、冷却サテライト２０、２０’の冷却液入口２１および冷却液出口２２を通って流れなければならないように、または概して言えば、冷却サテライト２０、２０’を通って流れなければならないようにする。

図５および図６で見た第１の冷却サテライト２０の変形形態は、図７および図８により詳細に示され、図８は、冷却サテライト２０を通る概略断面を示している。既に上記で説明したように、供給ライン２４および排出ライン２５は、各々、冷却サテライト２０のベース本体２８から、冷却液入口２１および冷却液出口２２まで延在するそれぞれの矩形の管を備える。ヒートシンク２３に接する中空空間２６は、ベース本体２８内に画定されており、ヒートシンク２３は、好ましくは、銅などの特に良好な熱伝導性を有する材料から構成される。加えて、ヒートシンク２３は、直接または熱伝導手段を介して回路基板２の電子部品３に接触する側面が、中空空間２６とは反対側に向くように具現化される。冷却液経路Ｐ、より正確には、冷却サテライト２０内に延在する冷却液経路Ｐのセクションは、冷却サテライト２０の冷却液入口２１から供給ライン２４を通って中空空間２６内に通じ、中空空間２６から排出ライン２５を通って冷却液出口２２まで通じる。冷却液経路Ｐは、中空空間２６内において、ヒートシンク２３に隣接して延在する。冷却液経路Ｐは、中空空間内を蛇行する形で延在することができ、中空空間２６は、これに対応して具現化することができ、または冷却液経路Ｐを画定するガイド要素を有する。

図７および図８で見た冷却サテライト２０の変形形態の変更例が、図９および図１０に開示されている。冷却サテライト２０は、図９および１０に示すように、ヒートシンク２３に固定された、またはヒートシンク２３と一体的に形成された、冷却フィン２７を備えている。冷却フィン２７は、優れた熱伝導性を有する銅などの材料で作製されている。図示されている例示的な実施形態では、冷却フィン２７が、冷却サテライト２０の供給ライン２４および排出ライン２５内に延在し、原則的に冷却サテライト２０の冷却液入口２１または冷却液出口２２まで延在していることを含む。したがって、ヒートシンク２３に伝達される熱は、冷却フィン２７を介して、より広い領域にわたって、かつ冷却液経路Ｐのより長いセクションに沿って冷却液に伝達または放出されることができ、したがって、より効果的に運び去られる。

図１１に示す冷却サテライト２０の変形形態は、好ましくは、図２に示すように、分配器ユニット１０の２つの別個の層１０１、１０２が、１つ以上の冷却サテライト２０によって互いに流体的に連結される冷却装置１の実施形態と共に使用されるべきである。図１１の冷却サテライト２０は、基本的に、図示されていないヒートシンク２３に連結されており、かつ同様に図示されていない中空空間２６をその内部に画定する、ベース本体２８も含む。中空空間２６は、この場合、円管状の供給ライン２４を介して冷却サテライト２０の冷却液入口２１に連結されるとともに、円管状の排出ライン２５を介して冷却液出口２２に連結されており、図１４にも示すように、基体内に延在する冷却液経路のセクションは、蛇行状として具現化され得る。

図１２～図１４に示す冷却装置の変形形態では、分配器ユニット１０は、それぞれ、第１の層１０１および第２の層１０２に分割されており、図１４による概略図は、基本的に、図１および図２に対応するそれぞれの冷却装置１の機能を示す。

図１２は、第１の層１０１と、それに直接接している層１０２とを有する分配器ユニット１０を示している。この場合、第１の層１０１では、冷却液が、分配器ユニットの冷却液入口からすべての冷却サテライト２０の冷却液入口２１に搬送される、低温冷却液用の分配器に相当する。冷却液は冷却サテライト２０を介して第２の層１０２内に流れ込み、この過程で冷却サテライト２０内において加熱される。第２の層１０２では、すべての冷却サテライト２０からの冷却液が収集され、分配器ユニットの冷却液出口に搬送される。したがって、冷却液経路Ｐは、複数のセクションＰ１、Ｐ２、Ｐ３に分割される。冷却液は、冷却液経路の第１のセクションＰ１を介してすべての冷却サテライト２０に供給される。冷却液経路の第２のセクションＰ２は、冷却サテライト２０を通ってそれぞれ延在する。冷却液経路の第３のセクションＰ３は、第２の層１０２内の冷却液経路を画定し、冷却サテライト２０の冷却液出口２２から分配器ユニット１０の冷却液出口１２、より正確には、第２の層１０２の冷却液出口１２まで通じる。

図１２の概略図は、図１３の変形形態に対応しており、供給ライン２４のセクションは、第２の層１０２を通って分配器ユニット１０の第１の層１０１内に延在し、排出ライン２５のセクションは、第２の層１０２内にのみ延在するが、第１の層１０１内には延在しないことが明らかである。この場合、分配器ユニット１０の層１０１、１０２は、完全に整合するように具現化されていないが、代わりに、層１０１、１０２が互いに直接接するそれぞれのセクションを画定する。分配器ユニット１０、より正確には、層１０１、１０２は、また、材料および重量を抑えるために提供される開放空間１５を画定する。この場合、層１０１、１０２のうちの１つのみが存在するセクションも設けられ得ることが有利である。

図１４は、冷却装置１、より正確には、分配器ユニット１０が互いに離間された２つの層１０１、１０２から構成されている、システム１’の変形形態を示す。層１０１、１０２は、冷却サテライト２０によって流体連結されており、冷却用の液体、すなわち冷却液は、第１の層１１の冷却液入口１１から冷却液経路ＰのセクションＰ１に沿ってすべての冷却サテライト２０に分配され、冷却液経路ＰのそれぞれのセクションＰ２に沿って冷却サテライト２０を通って流れ、その過程で熱を吸収し、冷却液は、第２の層１０２内の冷却液経路のセクションＰ３に沿って収集され、分配器ユニット１０の冷却液出口１２に搬送される。

本発明の実施形態は、上記で開示された好ましい例示的な実施形態に限定されない。それどころか、根本的に異なる実施形態であっても、開示された解決策を使用する考えられる変形形態がいくつか存在する。

Claims (15)

1. 回路基板（２）上に配置された複数の発熱電子部品（３）を冷却するための冷却装置（１）であって、
   前記冷却装置（１）が、分配器ユニット（１０）および少なくとも１つの冷却サテライト（２０）を有し、
   前記分配器ユニット（１０）が、冷却液入口（１１）および冷却液出口（１２）を有し、冷却液が、前記分配器ユニット（１０）を通ってその冷却液入口（１１）からその冷却液出口（１２）まで、所定の固定された冷却液経路（Ｐ）に沿って流れることができ、
   前記少なくとも１つの冷却サテライト（２０）が、前記分配器ユニット（１０）に対して所定の空間位置で前記分配器ユニット（１０）に固定され、前記冷却サテライト（２０）が、ヒートシンク（２３）、冷却液入口（２１）、および冷却液出口（２２）を有し、
   前記ヒートシンク（２３）が、前記複数の電子部品（３）のうちの少なくとも１つの電子部品（３）と広範囲にわたって接触することができ、前記冷却液が、前記冷却サテライト（２０）を通ってその冷却液入口（２１）からその冷却液出口（２２）まで、前記冷却液経路（Ｐ）に沿って流れることができ、
   前記冷却液経路（Ｐ）が、前記分配器ユニット（１０）および前記少なくとも１つの冷却サテライト（２０）を通り、かつ前記冷却サテライト（２０）の前記ヒートシンク（２３）の一部に沿って延在する、冷却装置（１）。
2. 前記分配器ユニット（１０）が、平坦状またはフレーム形状として具現化されている、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記分配器ユニット（１０）が、適切に使用されるとき、前記回路基板（２）上の前記電子部品（３）に面して向けられる冷却面（１３）を有する、請求項１または２に記載の冷却装置。
4. 前記分配器ユニット（１０）の内部に、前記冷却液経路（Ｐ）を画定する少なくとも１つの冷却チャンネル（１４）を有する、請求項１～３のうちのいずれか一項に記載の冷却装置。
5. 前記冷却チャンネル（１４）が、複数の部分から構成されており、前記冷却チャンネル（１４）の第１の部分（１４１）が、前記分配器ユニット（１０）の前記冷却液入口（１１）から冷却サテライト（２０）の前記冷却液入口（２１）まで延在し、前記冷却チャンネル（１４）の第２の部分（１４２）が、冷却サテライト（２０）の前記冷却液出口（２２）から前記分配器ユニット（１０）の前記冷却液出口（１２）まで延在する、請求項４に記載の冷却装置。
6. 前記冷却チャンネル（１４）が、前記分配器ユニット（１０）中に蛇行する形で延在する、請求項４または５に記載の冷却装置。
7. 前記分配器ユニット（１０）が、互いに分離されるとともに、前記少なくとも１つの冷却サテライト（２０）によってのみ流体連結され、かつ前記冷却液が流れることができる、２つの層（１０１、１０２）を有し、
   各冷却サテライト（２０）の前記冷却液入口（２１）が、前記２つの層（１０１、１０２）のうちの第１の層（１０１）に直性流体連結されており、各冷却サテライト（２０）の前記冷却液出口（２２）が、前記２つの層（１０１、１０２）のうちの第２の層（１０２）に直接流体連結されており、
   前記分配器ユニット（１０）の前記冷却液入口（１１）が、前記第１の層（１０１）に設けられており、前記分配器ユニット（１０）の前記冷却液出口（１２）が、前記第２の層（１０２）に設けられている、請求項１～６のうちのいずれか一項に記載の冷却装置。
8. 冷却サテライト（２０）が、前記冷却サテライト（２０）の前記冷却液入口（２１）を前記ヒートシンク（２３）に流体連結している少なくとも１つの管状供給ライン（２４）と、前記ヒートシンク（２３）を前記冷却サテライト（２０）の前記冷却液出口（２２）に流体連結している１つの管状排出ライン（２５）と、を有し、
   前記供給ライン（２４）および前記排出ライン（２５）が各々、前記冷却液経路（Ｐ）のセクションを画定し、
   前記冷却サテライト（２０）が、前記供給ライン（２４）および排出ライン（２５）によって前記分配器ユニット（１０）に連結されて固定され、かつ前記分配器ユニット（１０）に対して所定の位置に維持されている、請求項１～７のうちのいずれか一項に記載の冷却装置。
9. 前記ヒートシンク（２３）に隣接する前記少なくとも１つの冷却サテライト（２０）が、前記冷却液経路のセクションを画定し、かつ前記冷却液が流れることができる、中空空間（２６）を形成し、
   前記少なくとも１つの冷却サテライト（２０）が、前記中空空間（２６）内において、前記ヒートシンク（２３）に連結された冷却フィン（２７）を有する、請求項１～８のうちのいずれか一項に記載の冷却装置。
10. 前記冷却フィン（２７）が、前記供給ライン（２４）および／または排出ライン（２５）内に延在する、請求項９に記載の冷却装置。
11. 前記分配器ユニット（１０）に、分配器ユニット（１０）を前記回路基板（２）に固定するための連結要素が設けられており、
    前記連結要素が、前記少なくとも１つの冷却サテライト（２０）および分配器ユニット（１０）に対して所定の位置を有し、前記分配器ユニット（１０）が前記回路基板（２）に対して所定の位置に配置され、前記冷却サテライト（２０）が前記電子部品（３）に対して所定の位置に配置され得る、請求項１～１０のうちのいずれか一項に記載の冷却装置。
12. 請求項１～１１のうちのいずれか一項に記載の冷却装置（１）と、その上に発熱電子部品（３）が配置された回路基板（２）と、を有するシステム（１’）であって、
    前記冷却装置（１）の前記分配器ユニット（１０）が、前記回路基板（２）に対して所定の位置を有し、前記少なくとも１つの冷却サテライト（２０）の前記ヒートシンク（２３）が、前記電子部品（３）のうちの少なくとも１つと接触している、システム（１’）。
13. 前記分配器ユニット（１０）が、分配器プレートの形態で平坦なものとして具現化されて、前記回路基板（２）に平行にかつ前記回路基板（２）から所定の距離のところに位置決めされており、前記少なくとも１つの冷却サテライト（２０）が、前記回路基板（２）と前記分配器プレート（１０）との間に位置決めされており、前記冷却サテライト（２０）の供給ライン（２４）および排出ライン（２５）が、前記回路基板（２）に直交して前記分配器プレート（１０）まで延在するか、または
    前記分配器ユニット（１０）が、フレーム形状として具現化されており、前記回路基板（２）および／またはその上に配置された前記電子部品（３）を少なくとも部分的に取り囲む、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記システム（１’）が、ハウジング（３０）を含み、前記回路基板（２）および／または前記分配器ユニット（１０）が、前記ハウジング（３０）のセクションを一体的に形成し、
    前記電子部品（３）および前記少なくとも１つの冷却サテライト（２０）が、前記ハウジング（３０）によって形成された内部空間に位置決めされている、請求項１２または１３記載のシステム。
15. 前記分配器ユニット（１０）が、前記内部空間に向けられた前記ハウジング（３０）の内面を一体的に形成する冷却面（１３）を有する、請求項１４に記載のシステム。
    

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