ミリチャンネル冷却を有するヒートシンク

【課題】組立、分解、又は整備時に冷却剤がエレクトロニクス上に漏れるのを防ぎ、冷却向上のため熱拡散効果の利用を可能にする改良型ヒートシンクを提供する。
【解決手段】ヒートシンク５０は、熱伝導性材料から形成された下方蓋１２、上方蓋１４、及び本体１６を含む。本体は、下方及び上方蓋の間に配設されて封着され、冷却剤を導入するように構成された入口マニホルド３０と、冷却剤を排出するように構成された出口マニホルド３２とを画成する。入口及び出口マニホルドは交互配置されると共に、円形又は螺旋状配列で配設され、ミリチャンネル３４が本体又は蓋に形成され、半径方向配列で配設され、冷却剤を入口マニホルドから導入すると共に、冷却剤を出口マニホルドに送給するように構成される。ミリチャンネル３４と入口及び出口マニホルドは、電子素子パッケージの上側及び下側接触面の一方を冷却するように構成される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してパワーエレクトロニクスに関し、より詳細には、パワーエレクトロニクス用の先進的な冷却に関する。
【背景技術】
【０００２】
中圧工業用駆動装置、石油・ガス用周波数変換器、トラクション駆動装置、フレキシブル交流送電（ＦＡＣＴ）装置のような大容量電力変換器、並びに他の大容量電力変換装置、例えば整流器及びインバータは、一般的に液体冷却を有するプレスパック型パワー素子を含む。パワー素子の非限定的な例としては、集積化ゲート整流型サイリスタ（ＩＧＣＴ）、ダイオード、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタ、及びゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）が挙げられる。プレスパック素子は高電力用途において特に有利であり、プレスパックの利点としては、両面冷却と、障害時のプラズマ爆発がないこととが挙げられる。
【０００３】
プレスパック素子を用いて大容量電力変換回路を構築するには、ヒートシンクとプレスパック素子とを挟み込んでスタックを形成するのが一般的である。最先端の電力変換器スタックは、一般的に大径の冷却チャンネルを有する従来の液冷ヒートシンクを利用する。用途によっては、各プレスパック素子と従来の液冷ヒートシンクの間にサーマルグリース層が設けられる。他の用途では、少なくとも幾つかの層が、それらの間のサーマルグリースなしで、単に圧力によって保持される。この構成は、大きな接触抵抗を生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第７５６９４２６Ｂ２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、組立、分解、又は整備時に冷却剤がエレクトロニクス上に漏れるのを防ぐ改良型ヒートシンク設計を提供することが望ましい。更に、パワーエレクトロニクスの冷却向上のため、熱拡散効果の利用を可能にする改良型ヒートシンク設計を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様は、少なくとも１つの電子素子パッケージを冷却するためのヒートシンクにある。電子素子パッケージは、上側接触面及び下側接触面を含む。ヒートシンクは、少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された下方蓋、上方蓋、及び本体を含む。本体は、下方及び上方蓋の間に配設されて封着され、冷却剤を導入するように構成された少なくとも１つの入口マニホルドと、冷却剤を排出するように構成された少なくとも１つの出口マニホルドとを画成する。入口及び出口マニホルドは交互配置されると共に、円形又は螺旋状配列で配設される。複数のミリチャンネルが本体に形成され、半径方向配列で配設され、冷却剤を入口マニホルドから導入すると共に、冷却剤を出口マニホルドに送給するように構成される。ミリチャンネルと入口及び出口マニホルドは、更に、電子素子パッケージの上側及び下側接触面の一方を冷却するように構成される。
【０００７】
本発明の別の態様は、電子素子パッケージを冷却するためのヒートシンクにある。ヒートシンクは、少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された蓋及び本体を含む。本体は、蓋に封着され、冷却剤を導入するように構成された少なくとも１つの入口マニホルドと、冷却剤を排出するように構成された少なくとも１つの出口マニホルドとを画成する。入口及び出口マニホルドは交互配置されると共に、円形又は螺旋状配列で配設される。複数のミリチャンネルが本体又は蓋に形成され、半径方向配列で配設され、冷却剤を入口マニホルドから導入すると共に、冷却剤を出口マニホルドに送給するように構成される。ミリチャンネルと入口及び出口マニホルドは、更に、電子素子パッケージの上側及び下側接触面の一方を冷却するように構成される。
【０００８】
本発明の更に別の態様は、少なくとも１つの電子素子パッケージを冷却するためのヒートシンクにある。ヒートシンクは、少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された下方蓋、上方蓋、及び本体を含む。本体は、下方及び上方蓋の間に配設されて封着され、冷却剤を導入するように構成された少なくとも１つの入口マニホルドと、冷却剤を排出するように構成された少なくとも１つの出口マニホルドとを画成する。入口及び出口マニホルドは交互配置されると共に、円形又は螺旋状配列で配設される。複数のミリチャンネルが下方及び上方蓋の少なくとも一方に形成され、半径方向配列で配設され、冷却剤を入口マニホルドから導入すると共に、冷却剤を出口マニホルドに送給するように構成される。ミリチャンネルと入口及び出口マニホルドは、更に、電子素子パッケージの上側及び下側接触面の一方を冷却するように構成される。
【０００９】
本発明のこれら及びその他の特徴、態様、及び利点は、図面を通して同様の符号が同様の部品を表す添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによってより良く理解することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】上側及び下側ヒートシンクを有する電子素子パッケージを示す。
【図２】円形マニホルドを有するヒートシンク本体の斜視図である。
【図３】上方蓋に形成された半径方向ミリチャンネルを有する片面ヒートシンクの断面図である。
【図４】下方及び上方蓋に形成された半径方向ミリチャンネルを有する両面ヒートシンクの断面図である。
【図５】円形マニホルド及び本体に形成された半径方向ミリチャンネルを有するヒートシンク本体の上面図である。
【図６】半径方向チャンネルの数を増やしたヒートシンク設計を示す。
【図７】蓋に形成された半径方向チャンネルを有する両面ヒートシンクの逆モデルである。
【図８】本体に形成された半径方向チャンネルを有する両面ヒートシンクの逆モデルである。
【図９】本体に形成された半径方向ミリチャンネルを有する片面ヒートシンクの断面図である。
【図１０】螺旋状マニホルドを有するヒートシンク本体の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１，２，５，６，８，及び１０を参照して、少なくとも１つの電子素子パッケージ２０を冷却するためのヒートシンク１０を説明する。例えば図１に示すように、例示的な電子素子パッケージ２０は、上側接触面２２及び下側接触面２４を有する。この構成では、ヒートシンク１０は、少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された下方蓋１２（図９には示されていないが、図４に示すものと同様である）、上方蓋１４（図９）、及び本体１６（図９）を備える。熱伝導性材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、チタン、銅合金、ニッケル合金、モリブデン合金、チタン合金、アルミニウム−炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）、アルミニウム−グラファイト、及び窒化ケイ素セラミックからなる群から選択される。特定の形態では、下方及び上方蓋１２，１４と本体１６は、同じ熱伝導性材料から形成される。しかしながら、その他の構成では、異なる材料を使用してもよい。
【００１２】
図４に示す形態と同様に、本体１６が下方及び上方蓋１２，１４の間に配設されて封着される。蓋１２，１４は、本体１６に溶接、ろう付け、又は拡散接合することができ、従来の溶接、ろう付け、又は拡散接合法を利用することができる。本体１６は、冷却剤が導入されるように構成された複数の入口マニホルド３０を画成する。冷却剤の非限定的な例としては、脱イオン水及びその他の非導電性の液体が挙げられる。更に、特定の実施形態では、冷却剤は導電性の液体であってもよい。本体１６は、更に、冷却剤を排出するように構成された複数の出口マニホルド３２を画成する。例えば図２に示すように、入口及び出口マニホルド３０，３２は交互配置（交互嵌合）され、円形配列（本明細書では軸方向とも呼ばれる）で配設される。本体１６及び蓋１２，１４は、鋳造及び／又は機械加工することができる。例えば図１０に示すように、入口及び出口マニホルド３０，３２は、螺旋状配列で配設してもよい。図１０に示す例示的な螺旋状配列では、入口及び出口マニホルド（３０，３２）は螺旋状であり、同じように回転しているが１８０度位相がずれている。有利なことに、この螺旋状配列によって、マニホルドを形成するのに必要な機械の動きの回数が（例えば、図２に示す構成の２２から図１０に示す構成の２へと）めざましく減る。例えば、部品１２，１４，１６を鋳造してから機械加工して、更に細かな特徴及び表面要件を規定することができる。
【００１３】
本明細書で用いられている「円形配列」及び「軸方向配列」という句は、半径方向通路を接続する曲線的及び直線的な「円形」通路を包含するように理解されたい。図５及び９に示す構成では、複数のミリチャンネル３４が本体１６に形成される。更に、はっきりと示されていないが、ミリチャンネル３４は、圧力降下の更なる低減につながる半径方向チャンネルの数を最大にするために、本体１６及び蓋１２，１４の一方又は両方に形成してもよい。例えば図５及び９に示すように、ミリチャンネル３４は、半径方向配列で配設され、冷却剤を入口マニホルド３０から導入すると共に、冷却剤を出口マニホルド３２に送給するように構成される。ミリチャンネル３４と入口及び出口マニホルド３２，３４は、更に、図１に概略的に示すように、電子素子パッケージ２０の上側及び下側接触面２２，２４の一方を冷却するように構成される。
【００１４】
これらの内部流れ構造は、冷却剤を入口チャンバ３６から取り入れて、均一な温度性能のために冷却表面全体にわたってそれを分配する。冷却剤は、円形マニホルド３０を通過した後、半径方向ミリチャンネル３４を通って別の組の円形マニホルド３２まで、更に半径方向ミリチャンネル３４を戻って出口チャンバ３８まで移動する。マニホルド及びミリチャンネルは、機械加工されるか、又は基材に鋳造される。この構成では、流路（マニホルド及びミリチャンネル）は、蓋１２，１４によって密封される。有利なことに、蓋を用いてヒートシンクを密封したことにより、冷却チャンネルが冷却されている素子の磁極面を超えて延在することができる。このことは、熱拡散効果の利用を可能にし、分解及び整備時の冷却剤の漏れの防止に役立つ。
【００１５】
特定の実施形態では、マニホルド３０，３２は、ミリチャンネル３４よりも比較的大きな幅を有する。１つの非限定的な例において、ミリチャンネルの幅は約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍの範囲であり、ミリチャンネルの深さは、約０．５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲であった。特に、チャンネルの断面積は、半導体上の圧力均一を確実にするように決定することができる。半導体上の圧力分布をより均一にすることによって、半導体の性能が損なわれなくなる。
【００１６】
更に、ミリチャンネル３４及びマニホルド３０，３２は、丸形、円形、台形、三角形、及び正方形／長方形断面を含むがこれに限定されるものではない様々な断面形状を有し得ることに留意されたい。通路形状は、適用及び製造上の制約に基づいて選択され、適用可能な製造法のみならず冷却剤流量に影響を及ぼす。有利なことに、ヒートシンク１０にミリチャンネル３４を組み込むことによって、半導体素子２０から冷却剤への熱伝導表面積が大幅に増加する。
【００１７】
更に、特定の実施形態では、入口及び出口マニホルド３０，３２の少なくとも一方は可変深さを有してもよい。例えば、入口マニホルド３０の深さは、入口分配チャンバ３６における最大値と、出口チャンバ３８における最小値を有してもよい。同様に、出口マニホルド３２の深さは、入口分配チャンバ３６における最小値と、出口チャンバ３８における最大値を有してもよい。有利なことに、このテーパ構成により、冷却回路全体にわたってより均一な流動分布が得られる。
【００１８】
図６は、圧力降下の低減を促進し、それに対応して冷却効率を向上させるために半径方向チャンネルの数を増やした設計を示す。より詳細には、図６に示す例示的な構成では、半径方向ミリチャンネル３４の数は、本体１６の中心付近の半径方向ミリチャンネル３４の数よりも本体１６の外周付近で多くなる。この構成によって、一定の空間及び機械加工上の制約の下でも、追加の半径方向チャンネルを加えることができるようになる。
【００１９】
図示の構成では、本体１６は、更に、冷却剤を入口マニホルド３０に供給するように構成された入口分配チャンバ３６と、冷却剤を出口マニホルド３２から導入するように構成された出口チャンバ３８と、冷却剤を入口チャンバ３６に供給するように構成された入口プレナム４０と、冷却剤を出口チャンバ３８から導入するように構成された出口プレナム４２とを画成する。図７は、各プレナム４０，４２に対するチャンバ３６，３８の垂直配列を示す逆モデルである。しかしながら、入口チャンバ３６の端部のみが図７に示されている。
【００２０】
図８に示す例示的な構成では、入口分配チャンバ３６と入口プレナム４０は直線状に配列され、出口チャンバ３８と出口プレナム４２は直線状に配列される。本明細書で用いられている「直線状」という語は、互いにプラスマイナス１０度（±１０°）の範囲内である、各プレナム４０，４２に対するチャンバ３６，３８の配向を包含するように理解されたい。図８は、各プレナム４０，４２に対するチャンバ３６，３８の直線状配列を示す逆モデルである。しかしながら、出口チャンバ３８の端部のみが図８に示されている。
【００２１】
図７に示す例示的な形態では、入口分配チャンバ３６と入口プレナム４０は垂直に配列され、出口チャンバ３８と出口プレナム４２は垂直に配列される。本明細書で用いられる「垂直」という語は、互いに９０°±１０°の範囲内である、各プレナム４０，４２に対するチャンバ３６，３８の配向を包含するように理解されたい。図７は、各プレナム４０，４２に対するチャンバ３６，３８の垂直配列を示す逆モデルである。有利なことに、冷却剤入口プレナム４０及び出口プレナム４２を同一面に配置することによって、流体接続が単純化される。例えば、この形態は、流体送給及び除去用に４つの孔を穿設する必要があり、そのうちの２つは後で接続される。
【００２２】
特定の形態では、ヒートシンク１０は、複数の電子素子パッケージ２０を冷却するように構成される。図８は、例示的な両面ヒートシンク１０の形態を示す。この構成では、入口及び出口マニホルド３０，３２と半径方向ミリチャンネル３４の第１の組は本体１６の第１の面２（図２に示す）に形成され、入口及び出口マニホルド３０，３２と半径方向ミリチャンネル３４の第２の組は本体の第２の面４（図２に示す）に形成される。更に、はっきりと示されていないが、ミリチャンネル３４は、圧力降下の更なる低減につながる半径方向チャンネルの数を最大にするために、本体１６及び蓋１２，１４の両方に形成してもよい。図４の構成と同様に、図１に概略的に示すように、入口及び出口マニホルド３０，３２と半径方向ミリチャンネル３４の第１の組は、冷却剤によって下方蓋１２を介して１つの電子素子パッケージ２０の上側接触面２２（図１参照）を冷却するように構成され、入口及び出口マニホルド３０，３２及び半径方向ミリチャンネル３４の第２の組は、冷却剤によって上方蓋１４を介して別の電子素子パッケージ２０の下側接触面２４（図１参照）を冷却するように構成される。両面ヒートシンク５０を図４に示す。しかしながら、図４に示す構成では、半径方向ミリチャンネル３４が蓋１２，１４に形成されるのに対して、本構成では、半径方向ミリチャンネル３４が本体１６（及び選択的に蓋にも）形成される。
【００２３】
図１に示す具体的な構成は単なる例示であり、具体的な用途に応じて、任意の数の電子素子パッケージ２０、及び電子素子パッケージを冷却するための対応するヒートシンク１０，５０を所定のスタックに組み込んでもよいことを理解されたい。本発明の多くの利点の１つは、所望の数の素子パッケージを冷却するための柔軟性及びモジュール性である。
【００２４】
更に、ヒートシンク１０，５０は、片面又は両面にすることができる。図３及び９を参照して、電子素子パッケージ２０を冷却するための片面ヒートシンク形態１０，５０を説明する。ヒートシンク１０，５０は、少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された蓋１２，１４と、少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された本体１６とを備える。本体１６は蓋１２，１４に封着されており、蓋及び本体の構造は上述の通りである。本体１６は、冷却剤を導入するように構成された複数の入口マニホルド３０と、冷却剤を排出するように構成された複数の出口マニホルド３２とを画成する。入口及び出口マニホルド３０，３２は交互配置（交互嵌合）され、円形配列で配設される。複数のミリチャンネル３４が、本体１６（例えば、図５及び９に示す）及び／又は蓋１２，１４（例えば、図３に示す）に形成される。上記のように、特定の構成では、ミリチャンネル３４は、半径方向チャンネルの数を最大にするために、本体１６及び蓋１２，１４の両方に形成してもよい。ミリチャンネル３４は、半径方向配列で配設され、冷却剤を入口マニホルド３０から導入すると共に、冷却剤を出口マニホルド３２に送給するように構成される。ミリチャンネル３４と入口及び出口マニホルド３０，３２は、更に、図１に概略的に示すように、電子素子パッケージ２０の上側又は下側接触面２２，２４の一方を冷却するように構成される。
【００２５】
図５及び９に示す例示的な形態では、ミリチャンネル３４が本体１６に形成される。より詳細には、入口及び出口マニホルド３０，３２と半径方向ミリチャンネル３４は、本体１６の第１の面２又は第２の面４の一方のみ（図９のケースでは第２の面４）に形成されて、図９の例で示すように、ヒートシンク１０が片面ヒートシンク１０となる。
【００２６】
図３に示す例示的な形態では、ミリチャンネル３４が蓋１４に形成される。より詳細には、入口及び出口マニホルド３０，３２は、本体１６の第１の面２又は第２の面４の一方のみ（図３のケースでは第２の面４）に形成され、この面４は蓋１４に隣接しており、図３の例で示すように、ヒートシンク５０が片面ヒートシンク５０となる。
【００２７】
図１〜９を参照して上述した例示的な実施形態では、上側接触面２２及び下側接触面２４は断面が円形であってもよく、本体１６は円筒形（即ち、ディスク又はホッケーパック構成）であってもよい。しかしながら、限定されるものではないが、正方形及び長方形断面を含むその他の形状を利用してもよい。図１に示す例示的な構成では、電子素子パッケージ２０はプレスパッケージ２０である。本発明は特定の素子構造に限定されるものではないが、説明の便宜上、以下の例示的なプレスパッケージ形態を提示する。本例では、プレスパッケージ２０は、ウェーハ２３上に形成された少なくとも１つの半導体素子２１と、熱膨張係数（ＣＴＥ）がマッチした上側及び下側プレート２５，２７と、上側及び下側電極２８，２９とを備える。図１の例で示すように、ウェーハ２３はＣＴＥプレート２５，２７間に配設され、上側電極２８は上側ＣＴＥプレート２５上に配設され、下側ＣＴＥプレート２７は下側電極２９上に配設される。プレスパッケージの実施形態では、ウェーハ２３、ＣＴＥプレート２５，２７、及び電極２８，２９の各々は円形断面を有してもよい。半導体素子の非限定的な例としては、ＩＧＣＴ、ＧＴＯ、及びＩＧＢＴが挙げられる。本発明は、様々な半導体から製造される半導体素子に用途を見出しており、その非限定的な例としては、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、及びガリウムヒ素（ＧａＡｓ）が挙げられる。プレスパッケージは、一般的に、例えば図１に示すように、絶縁（例えば、セラミック）ハウジング２６を含む。図１は、ヒートシンク１０，５０をハウジング２６の外側に延在するように示しているが、他の実施形態では、ヒートシンク１０，５０の本体１６はハウジング２６内に配設される。更に、電極２８，２９は、例えば電極２８（及び２９）の外周とハウジング２６との間にコンプライアントシールを設けて、ハウジング２６の境界を越えて垂直方向に延在してもよい。更に、電気的接続を可能にすると共に、冷却が必要とされる他の素子を配置するため、ヒートシンク１０，５０が（図示のように）ハウジングの外に延在してもよい。従って、本体１６は、ハウジング２６よりも大きな直径を有してもよい。
【００２８】
図１，２，４，６及び７を参照して、別のヒートシンク形態を説明する。例えば図１に示すように、少なくとも１つの電子素子パッケージ２０を冷却するためのヒートシンク５０が提供される。図１に示すように、電子素子パッケージは、上側及び下側接触面２２，２４を有する。例えば図４に示すように、ヒートシンク５０は、少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された下方及び上方蓋１２，１４と本体１６とを備える。本体及び蓋の例示的な材料は、上述の通りである。上記のように、本体及び蓋は、同じ又は異なる材料から形成することができる。例えば図４及び７に示すように、本体１６は、例えば溶接、ろう付け、又は拡散接合によって下方及び上方蓋１２，１４の間に配設されて封着される。従って、流路（マニホルド及びミリチャンネル）は、蓋１２，１４によって密封され、熱拡散効果の利用を促進すると共に、分解及び整備時の冷却剤の漏れを防止する。
【００２９】
例えば図２に示すように、本体１６は、冷却剤を導入するように構成された複数の入口マニホルド３０と、冷却剤を排出するように構成された複数の出口マニホルド３２とを画成する。入口及び出口マニホルド３０，３２は交互配置（交互嵌合）され、円形配列で配設される。例えば図４及び７に示すように、ミリチャンネル３４は、下方及び上方蓋１２，１４の少なくとも一方に形成される。図４及び７に示す特定の構成では、ミリチャンネル３４は、下方及び上方蓋１２，１４の各々に形成される。ミリチャンネル３４は半径方向配列で配設され、冷却剤を入口マニホルド３０から導入すると共に、冷却剤を出口マニホルド３２に送給するように構成される。ミリチャンネル３４と入口及び出口マニホルド３２，３４は、更に、図１に概略的に示すように、電子素子パッケージ２０の上側及び下側接触面２２，２４の一方を冷却するように構成される。有利なことに、蓋に半径方向チャンネルを配置することにより、電子素子パッケージ２０の近くに冷却剤を配置することによって熱抵抗を低減する。
【００３０】
マニホルド及びミリチャンネルの例示的な寸法及び断面は上述の通りである。更に、上記のように、入口及び出口マニホルド３０，３２の少なくとも一方は可変深さを有してもよい。有利なことに、そのようなテーパ構成により、冷却回路全体にわたってより均一な流動分布が得られる。
【００３１】
図６に示す例示的な形態では、半径方向ミリチャンネル３４の数は、蓋１２，１４の中心付近の半径方向ミリチャンネル３４の数よりも蓋１２，１４の外周付近で多くなる。上記のように、図４に示す構成により、一定の空間及び機械加工上の制約の下でも、追加の半径方向チャンネルを加えることを可能にすることによって冷却の向上が得られる。
【００３２】
例えば図４及び７に示すように、本体１６は、更に、冷却剤を入口マニホルド３０に供給するように構成された入口分配チャンバ３６と、冷却剤を出口マニホルド３２から導入するように構成された出口チャンバ３８と、冷却剤を入口チャンバ３６に供給するように構成された入口プレナム４０と、冷却剤を出口チャンバ３８から導入するように構成された出口プレナム４２とを画成する。上記のように、図７は、各プレナム４０，４２に対するチャンバ３６，３８の垂直配列を示す逆モデルである。しかしながら、入口チャンバ３６の端部のみが図７に示されている。図８に示す形態と同様に、入口分配チャンバ３６と入口プレナム４０は直線状に配列してもよく、出口チャンバ３８と出口プレナム４２は直線状に配列してもよい。その他の形態では、図７に示すように、入口分配チャンバ３６と入口プレナム４０は垂直に配列してもよく、出口チャンバ３８と出口プレナム４２は垂直に配列してもよい。
【００３３】
特定の形態では、ヒートシンク５０は、複数の電子素子パッケージ２０を冷却するように構成される。図４及び７は、例示的な両面ヒートシンク５０の形態を概略的に示す。この構成では、例えば図４に示すように、入口マニホルド及び出口マニホルド３０，３２の第１の組は本体１６の第１の面２に形成され、ミリチャンネル３４の第１の組は下方蓋１２に形成される。同じく図４に示すように、入口マニホルド及び出口マニホルド３０，３２の第２の組は本体１６の第２の面４に形成され、ミリチャンネル３４の第２の組は上方蓋１４に形成される。図１に概略的に示すように、入口及び出口マニホルド３０，３２とミリチャンネル３４の第１の組は、冷却剤によって１つの電子素子パッケージ２０の上側接触面２２を冷却するように構成され、入口及び出口マニホルド３０，３２とミリチャンネル３４の第２の組は、冷却剤によって別の電子素子パッケージ２０の下側接触面２４を冷却するように構成される。
【００３４】
熱性能の向上によって高い信頼性とより広い動作マージンを提供することによって、ヒートシンク１０，５０は、石油及びガス液化天然ガス（ＬＮＧ）及びパイプライン駆動装置、石油及びガス海底輸送供給及び駆動装置のような非常に高い信頼性が要求される用途に特に好ましい。更に、ヒートシンク１０，５０は、非限定的な例として圧延工場、製紙工場、及び鉄道輸送などの高出力用途が挙げられる様々な用途に利用することができる。
【００３５】
有利なことに、気密シールを形成することによって、ヒートシンク１０，５０が、組立、分解、又は整備時に冷却剤がエレクトロニクス上に漏れるのを防ぐ。更に、ヒートシンク１０，５０により、電子素子パッケージ２０の磁極面全体にわたって均一な方法での高性能な冷却が得られる。
【００３６】
本明細書では本発明の特定の特徴のみを図示及び説明してきたが、当業者は多くの修正及び変更を想到するであろう。従って、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神内にある全てのそのような修正及び変更を保護するように意図されていること理解されたい。
【符号の説明】
【００３７】
２ヒートシンク本体の第１の面
４ヒートシンク本体の第２の面
１０本体に半径方向チャンネルを有するヒートシンク
１２下方蓋
１４上方蓋
１６本体
２０電子素子パッケージ
２１半導体素子
２２上側接触面
２３ウェーハ
２４下側接触面
２５ＣＴＥがマッチした上側プレート
２６ハウジング
２７ＣＴＥがマッチした下側プレート
２８上側電極
２９下側電極
３０入口マニホルド
３２出口マニホルド
３４半径方向ミリチャンネル
３６入口分配チャンバ
３８出口チャンバ
４０入口プレナム
４２出口プレナム
５０蓋に半径方向チャンネルを有するヒートシンク

【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側接触面（２２）及び下側接触面（２４）を有する少なくとも１つの電子素子パッケージ（２０）を冷却するためのヒートシンク（１０）であって、前記ヒートシンクは、
少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された下方蓋（１２）と、
少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された上方蓋（１４）と、
少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された本体（１６）とを備えており、前記本体（１６）は、前記下方及び上方蓋（１２，１４）の間に配設されて封着され、前記本体（１６）は、
冷却剤を導入するように構成された少なくとも１つの入口マニホルド（３０）と、
前記冷却剤を排出するように構成された少なくとも１つの出口マニホルド（３２）であって、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）は交互配置されると共に、円形又は螺旋状配列で配設される前記少なくとも１つの出口マニホルド（３２）とを画成する前記ヒートシンクにおいて、
複数のミリチャンネル（３４）が前記本体（１６）に形成され、前記ミリチャンネル（３４）は、半径方向配列で配設され、前記冷却剤を前記入口マニホルド（３０）から導入すると共に、前記冷却剤を前記出口マニホルド（３２）に送給するように構成され、
前記ミリチャンネル（３４）と入口及び出口マニホルド（３２，３４）は、更に、前記電子素子パッケージ（２０）の前記上側及び下側接触面（２２，２４）の一方を冷却するように構成される、ヒートシンク（１０）。
【請求項２】
前記熱伝導性材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、チタン、銅合金、ニッケル合金、モリブデン合金、チタン合金、アルミニウム−炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）、アルミニウム−グラファイト、及び窒化ケイ素セラミックからなる群から選択され、前記ミリチャンネル（３４）の断面と前記マニホルド（３０，３２）の断面は、丸形、円形、台形、三角形、及び長方形断面からなる群から選択され、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）は螺旋状配列で配設される、請求項１に記載のヒートシンク（１０）。
【請求項３】
前記ミリチャンネル（３４）はまた、前記下方及び上方蓋（１２，１４）の少なくとも一方に形成される、請求項１に記載のヒートシンク（１０）。
【請求項４】
前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）は、螺旋状配列で配設される、請求項１に記載のヒートシンク（１０）。
【請求項５】
上側接触面（２２）及び下側接触面（２４）を有する電子素子パッケージ（２０）を冷却するためのヒートシンク（１０，５０）であって、前記ヒートシンクは、
少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された蓋（１２，１４）と、
少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された本体（１６）とを備えており、前記本体（１６）は、前記蓋（１２，１４）に封着され、前記本体（１６）は、
冷却剤を導入するように構成された少なくとも１つの入口マニホルド（３０）と、
前記冷却剤を排出するように構成された少なくとも１つの出口マニホルド（３２）であって、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）は交互配置されると共に、円形又は螺旋状配列で配設される前記少なくとも１つの出口マニホルド（３２）とを画成する前記ヒートシンクにおいて、
複数のミリチャンネル（３４）が前記本体（１６）又は前記蓋（１２，１４）に形成され、前記ミリチャンネル（３４）は、半径方向配列で配設され、前記冷却剤を前記入口マニホルド（３０）から導入すると共に、前記冷却剤を前記出口マニホルド（３２）に送給するように構成され、
前記ミリチャンネル（３４）と入口及び出口マニホルド（３２，３４）は、更に、前記電子素子パッケージ（２０）の前記上側及び下側接触面（２２，２４）の一方を冷却するように構成される、ヒートシンク（１０，５０）。
【請求項６】
前記ミリチャンネル（３４）は、前記本体（１６）に形成され、前記本体（１６）は、第１の面（２）及び第２の面（４）を有し、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）と半径方向ミリチャンネル（３４）は、前記ヒートシンク（１０）が片面ヒートシンク（１０）となるように、前記蓋（１２，１４）に隣接する前記本体（１６）の前記第１の面（２）又は第２の面（４）の一方のみに形成され、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）は、円形又は螺旋状配列で配設される、請求項５に記載のヒートシンク（１０）。
【請求項７】
前記ミリチャンネル（３４）はまた、前記蓋（１２，１４）に形成される、請求項６に記載のヒートシンク（１０）。
【請求項８】
前記ミリチャンネル（３４）は、前記蓋（１２，１４）に形成され、前記本体（１６）は、第１の面（２）及び第２の面（４）を有し、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）は、前記ヒートシンク（５０）が片面ヒートシンク（５０）となるように、前記蓋（１２，１４）に隣接する前記本体（１６）の前記第１の面（２）又は第２の面（４）の一方のみに形成され、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）は、円形又は螺旋状配列で配設される、請求項５に記載のヒートシンク（５０）。
【請求項９】
上側接触面（２２）及び下側接触面（２４）を有する少なくとも１つの電子素子パッケージ（２０）を冷却するためのヒートシンク（５０）であって、前記ヒートシンクは、
少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された下方蓋（１２）と、
少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された上方蓋（１４）と、
少なくとも１種の熱伝導性材料から形成された本体（１６）とを備えており、前記本体（１６）は、前記下方及び上方蓋（１２，１４）の間に配設されて封着され、前記本体（１６）は、
冷却剤を導入するように構成された少なくとも１つの入口マニホルド（３０）と、
前記冷却剤を排出するように構成された少なくとも１つの出口マニホルド（３２）であって、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）は交互配置されると共に、円形又は螺旋状配列で配設される前記少なくとも１つの出口マニホルド（３２）とを画成する前記ヒートシンクにおいて、
複数のミリチャンネル（３４）が前記下方及び上方蓋（１２，１４）の少なくとも一方に形成され、前記ミリチャンネル（３４）は、半径方向配列で配設され、前記冷却剤を前記入口マニホルド（３０）から導入すると共に、前記冷却剤を前記出口マニホルド（３２）に送給するように構成され、
前記ミリチャンネル（３４）と入口及び出口マニホルド（３２，３４）は、更に、前記電子素子パッケージ（２０）の前記上側及び下側接触面（２２，２４）の一方を冷却するように構成される、ヒートシンク（５０）。
【請求項１０】
前記少なくとも１種の熱伝導性材料は、銅、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、チタン、銅合金、ニッケル合金、モリブデン合金、チタン合金、アルミニウム−炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）、アルミニウム−グラファイト、及び窒化ケイ素セラミックからなる群から選択され、前記ミリチャンネル（３４）の断面と前記マニホルド（３０，３２）の断面は、丸形、円形、台形、三角形、及び長方形断面からなる群から選択され、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）の少なくとも一方は可変深さを有し、前記入口及び出口マニホルド（３０，３２）は円形又は螺旋状配列で配設される、請求項９に記載のヒートシンク（５０）。

【図１】