(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の半導体コンポーネントを冷却する為の熱交換器を構築する方法であって、
所定の熱伝導性金属箔の第１および第２平面シートを準備するステップであって、前記平面シートの各々は内面および外面を有する、前記準備するステップと、
前記第１平面シートに１つ以上の熱接触ノード（ＴＣＮ）を形成するステップであって、各ＴＣＮは、前記第１平面シートの前記外面から外側へ迫り出していて、且つ平面接触部材と１つ以上の側面部とを含み、少なくとも１つの前記ＴＣＮの前記側面部は、当該ＴＣＮの前記接触部材が前記第１平面シートの前記外面上に近づいたり離れたりして動くことを共同で可能にする弾性コンポーネント群をそれぞれ含み、前記ＴＣＮの前記側面部と接触部材とは、共同で冷却材チャンバを形成する、前記形成するステップと、
前記第１平面シートの前記内面に沿って導管セグメントを構成するステップであって、各導管セグメントは、選択的に、２つ以上の前記ＴＣＮの前記冷却材チャンバの間に、または前記ＴＣＮの前記冷却材チャンバと入力ポートもしくは出力ポートとの間に延びる、前記構成するステップと、
各導管セグメントを包含し各ＴＣＮの前記冷却材チャンバに冷却液が出入りできるようにする密閉型流路を形成するために、前記第２平面シートの内面を前記第１平面シートの内面に接合するステップと
を含む、前記方法。
【請求項２】
前記ＴＣＮ全ての前記側面部は、前記ＴＣＮの前記接触部材が前記第１平面シートの前記外面に近づいたり離れたりして動くことを共同で可能にする弾性コンポーネント群をそれぞれ含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１平面シートに複数のＴＣＮが形成され、各ＴＣＮは前記第１平面シートと直交するＺ軸に沿って測られる寸法を有しており、前記ＴＣＮのうち１つのＺ軸寸法が前記ＴＣＮのうち別の１つのＺ軸寸法と異なっている、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記側面部の各々の前記弾性コンポーネントは、蛇腹構造を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記第２平面シートに１つ以上のＴＣＮが形成され、前記第２平面シートに形成された各ＴＣＮは、前記第２平面シートの前記外面から外側へ迫り出していて、平面接触部材と１つ以上の側面部とを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記冷却材が、少なくとも１つの前記ＴＣＮの前記冷却材チャンバから、別の１つの前記ＴＣＮの前記冷却材チャンバから流れ出る速度とは異なる速度で流れ出るようにするために、１つ以上の前記導管セグメントの断面が、１つ以上の別の導管セグメントの断面とは異なるように作られる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
所与の冷却材チャンバを流れる冷却材の乱流を生じさせるべく、前記所与の冷却材チャンバ内に選択された構造が設置される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記ＴＣＮおよび前記導管セグメントは、型押し加工によって前記第１平面シート内に形成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２平面シートを、前記ＴＣＮの各々および前記導管セグメントの各々をそれぞれ取り囲む範囲で接合するように、レーザ溶接プロセスが用いられる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記ＴＣＮを形成するステップおよび前記導管セグメントを構成するステップに先立ち、前記第１および第２平面シートの前記内面が、前記冷却材とは反応しない選択された障壁金属で各々覆われる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記導管セグメントおよび前記冷却材チャンバは、前記入力ポートから前記出力ポートまで前記冷却材用の流路を共同で画定する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
１つ以上の半導体コンポーネントを冷却する熱交換装置であって、
所定の熱伝導性金属箔の第１平面シートおよび前記所定の熱伝導性金属箔の第２平面シートであって、前記平面シートの各々は内面および外面を有し、１つ以上の熱接触ノード（ＴＣＮ）が前記第１平面シートに形成され、各ＴＣＮは、前記第１平面シートの前記外面から外側へ迫り出していて、且つ平面接触部材と１つ以上の側面部とを含み、少なくとも１つの前記ＴＣＮの前記側面部は、当該ＴＣＮの前記接触部材が前記第１平面シートの前記外面上に近づいたり離れたりして動くことを共同で可能にする弾性コンポーネント群をそれぞれ含み、ＴＣＮの前記側面部と接触部材とは、共同で冷却材チャンバを形成し、前記第１平面シートの前記内面に沿って導管セグメントが構成され、各導管セグメントは、選択的に、２つ以上の前記ＴＣＮの前記冷却材チャンバの間に、または前記ＴＣＮの前記冷却材チャンバと入力ポートまたは出力ポートとの間に延びる、前記第１平面シートおよび前記第２平面シートと、
各導管セグメントを包含し各ＴＣＮの前記冷却材チャンバに冷却液が出入りできるようにする密閉型流路を形成するために、前記第２平面シートの内面を前記第１平面シートの内面に接合する手段と
を含む、前記装置。
【請求項１３】
各側面部の前記弾性コンポーネントは、蛇腹構造を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記冷却材が、少なくとも１つの前記ＴＣＮの前記冷却材チャンバから、別の１つの前記ＴＣＮの前記冷却材チャンバから流れ出る速度とは異なる速度で流れ出るようにするために、１つ以上の前記導管セグメントの断面が、１つ以上の別の導管セグメントの断面とは異なるように作られる、請求項１２又は１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ＴＣＮの前記熱伝達効率を高めるために、所与の冷却材チャンバを流れる冷却材の乱流を生じさせるべく、前記所与の冷却材チャンバ内に選択された液流乱流構造が設置される、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１６】
前記ＴＣＮおよび前記導管セグメントは、型押し加工によって前記第１平面シート内に形成される、請求項１２〜１５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１および第２平面シートの前記内面が、前記冷却材とは反応しない選択された障壁金属で各々覆われる、請求項１２〜１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
冷却材循環機構から冷却材を受け取るように前記入力ポートに接合された入力冷却材コネクタと、
前記冷却材循環機構に冷却材を戻すように前記出力ポートに接合された出力冷却材コネクタと
をさらに含む、請求項１２〜１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記ＴＣＮのうち第１のＴＣＮが、第１半導体コンポーネントに接触するようになっており、前記ＴＣＮのうち第２のＴＣＮが、第２半導体コンポーネントに接触するようになっており、前記第１および第２半導体コンポーネントは、相互に隣接しており、相互に異なる高さ寸法をそれぞれ有している、請求項１２〜１８のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的に、プリント回路基板（ＰＣＢ：ｐｒｉｎｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔ  ｂｏａｒｄ）デバイスまたはその他の半導体デバイスもしくはコンポーネントを冷却する液体流通式（ＬＦＴ：ｌｉｑｕｉｄ  ｆｌｏｗ  ｔｈｒｏｕｇｈ）熱交換器に関する。より具体的には、本発明は、フレキシブルであり、高さその他の寸法が多様な半導体デバイスでの使用に容易に適応できる、上記タイプの熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
高性能なコンピューティング・システムは、かつてないほど大量の電力を高い電力密度で使用している。このため、システムの冷却の要件がより厳しくなっており、液体冷却を用いる解決策を検討することが不可欠である。現在利用可能な液体冷却の手法としては、ヒート・パイプ法、蒸気チャンバ法、および液体流通式（ＬＦＴ）法が挙げられる。一方、これらの解決策は、相当に費用がかかる傾向にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
液体冷却を使用するシステムでは、熱を除去するコンポーネントを、ＰＣＢアセンブリなどの上にある半導体デバイスと物理的に接触させて設置することも必要であろう。ところが、隣接する半導体デバイスのサイズが異なっている場合がある。しかも、同じタイプの２つの半導体デバイスが、それぞれ許容された公差内の寸法であっても、実際には、一つ一つ異なる寸法を有している場合もある。このため、このような異なるデバイスによって生じるサイズ要求に合わせて、ほぼ適応することができる熱交換器コンポーネントを用意することは難しいと言える。一般には、ギャップを充填する機能を果たせるように熱界面材料（ＴＩＭ：ｔｈｅｒｍａｌ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）が当業者らによって使用されている（例えば、ジェル、グリース、および放熱パテなど）。しかし、これは熱伝達効率を抑えてしまう。従って、当技術分野の現在の状況には改善が必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様によれば、１つ以上の半導体コンポーネントを冷却する熱交換器を構築する方法が提供される。本方法は、所定の熱伝導性金属箔の第１平面シートおよび第２平面シートを準備するステップを含み、シートは各々、外面と内面とを有している。本方法はさらに、１つ以上の熱接触ノード（ＴＣＮ：ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｎｏｄｅ）を第１シートに形成するステップを含み、各ＴＣＮは、第１シートの外面から外側へ迫り出していて、平面接触部材と１つ以上の側面部とを含んでいる。側面部は、ＴＣＮの接触部材が第１シートの外面に近づいたり離れたりすることを共同で可能にする弾性コンポーネント群をそれぞれ含むとよく、ＴＣＮの側面部と接触部材とは、共同で冷却材チャンバを形成する。各ＴＣＮを様々な幾何学的形状で形成することが可能であり、各ＴＣＮは実質的に独立して機械的に機能するので、かくして形成された複数のＴＣＮであれば、様々なデバイス高さに対応することができる。第１シートもしくは第２シートまたはその両方の内面に沿って導管セグメントが構成され、各導管セグメントは、選択的に、２つのＴＣＮの冷却材チャンバの間、あるいはＴＣＮの冷却材チャンバと入力ポートまたは出力ポートとの間に延びる。本方法はさらに、各導管セグメントを包含し各ＴＣＮの冷却材チャンバに冷却液が出入りできるようにする密閉型流路を形成するために、第２シートの内面を第１シートの内面に接合するステップを含む。本方法はさらに、冷却材流を本発明につなげたり本発明から切り離したりするコネクタ手段を含む。
【０００５】
本発明の別の態様によれば、１つ以上の半導体コンポーネントを冷却する熱交換装置が提供され、この装置は以下を含む：外面および内面を有する、所定の熱伝導性金属箔の第１平面シートであって、この第１シートには１つ以上の熱接触ノード（ＴＣＮ）が形成され、各ＴＣＮは、第１シートの外面から外側へ迫り出していて、平面接触部材と１つ以上の側面部とを含み、側面部は、ＴＣＮの接触部材が第１シートの外面に近づいたり離れたりすることを共同で可能にする弾性コンポーネント群をそれぞれ含み、ＴＣＮの側面部と接触部材とは、共同で冷却材チャンバを形成し、さらに第１シートの内面に沿って導管セグメントが構成され、各導管セグメントは、選択的に、２つ以上のＴＣＮの冷却材チャンバの間、あるいはＴＣＮの冷却材チャンバと入力ポートまたは出力ポートとの間に延びる、第１平面シート；外面および内面を有する、上述した所定の熱伝導性金属箔の第２平面シート；および、各導管セグメントを包含し各ＴＣＮの冷却材チャンバに冷却液が出入りできるようにする密閉型流路を形成するために、第２シートの内面を第１シートの内面に接合する手段。
【０００６】
以下、単なる例示として、本発明の実施形態を添付の図面に関連して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ほぼ同じ寸法である２枚の金属箔シートを含む本発明の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図２】図１に示されたシートのうち１枚の反対側を示す斜視図である。
【図３】図２の３−３線に沿った断面図である。
【図４】半導体デバイスから熱を除去するべくそれぞれの半導体デバイスに係合している、図１の実施形態のＴＣＮを示す概略図である。
【図５】図１の実施形態の変更を示す概略図である。
【図６】図１の実施形態のさらなる変更を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
当業者には当然のことながら、本発明は、システムまたは方法として具現化され得る。従って本発明は、完全にハードウェアの実施形態の形をとることも、完全にプロセスの実施形態（設計、製造、組み立ておよび使用の各ステップなどを含む）の形をとることも、あるいは方法の態様とハードウェアの態様とを組み合わせた実施形態の形をとることもあり、その全てが本明細書において「プロセス」または「アセンブリ」または「システム」と一般的に称される場合がある。
【０００９】
本発明の諸実施形態は、例えば単一モジュールあるいは完全なＰＣＢアセンブリ上にあるような半導体デバイスまたはコンポーネントから熱を除去する方法および装置を提供する。諸実施形態は、簡略化を推進しコストを削減するものであり、相互に隣接しているがサイズまたは寸法が相互に異なる複数の半導体コンポーネントでの使用に容易に適応できるものである。本発明の諸実施形態はさらに、同一タイプの半導体デバイスの間で生じ得る、高さまたは他の重要な寸法のばらつきに適応することもできる。
【００１０】
図１を参照すると、複数の半導体デバイスまたはコンポーネントから熱を除去する液体流通式（ＬＦＴ）熱交換器を含む、本発明の一実施形態の分解斜視図が示されている。この熱交換器は、相互に隣接しているがサイズが相違するデバイスでの使用に容易に適応することができる。図１は、実質的に平面の金属箔シート１０および１２の２つの長方形を示し、これらは有用なように同じ寸法となっている。故に、シート１０の長さおよび断面は、シート１２の長さおよび断面にそれぞれ等しい。金属箔シート１０および１２は、銅、黄銅合金、ベリリウム銅（ＢｅＣｕ）、アルミニウム、アルミニウム合金、またはステンレス鋼などといった熱伝導性の高い材料から形成される。一方、本発明はそれらに限定される訳ではない。
【００１１】
シート１０および１２は各々、例えばシート１２の内面１２ａのように、内面を有している。シート１０の内面１０ａは、図２に示されている。各シートは、例えばシート１０の外面１０ｂのように、外面も有している。図１の熱交換器を製造するにあたり、シート１０および１２は、内面１０ａと１２ａとが互いに密に接した関係に保たれるように接合される。図１に示すように、２枚のシートを、対応するそれぞれの角が互いに揃うように接合することも有用である。一方、シートの接合ができるようになる前に、少なくとも一方のシートの材料に、或る特定の構造的特徴または３次元的特徴を形成することが必要である。こうした構造的特徴は、熱を除去するために図１の熱交換器が使われる半導体デバイス群の特定形状によって決まる。
【００１２】
さらに図１を参照すると、限定ではなく例示として、金属箔シート１０内にそれぞれ形成され故に熱伝導性である熱接触ノード（ＴＣＮ）１４および１６が示されている。ＴＣＮ１４は平面接触部材１４ａを有し、ＴＣＮ１６は平面接触部材１６ａを有する。部材１６ａは、外面１０ｂから外側へある程度の間隔をもって迫り出しており、接触部材１６ａの四辺に沿ってそれぞれ配置された側面部１６ｂ乃至１６ｅによって外面１０ｂに対して支持されている。本明細書にて以下にさらに詳しく述べるように、各側面部は、剛性コンポーネントと弾性コンポーネントとを含む。剛性コンポーネントは、シート１０の外面１０ｂにしっかりと接合されている。弾性コンポーネントは、剛性コンポーネントと部材１６ａとの間に配置されており、部材１６ａが外面１０ｂに近づいたり離れたりして動くことまたは曲がること、言い換えれば、Ｚ軸に沿って動くことを可能にしている。
【００１３】
平面接触部材１４ａも同様に、接触部材１４ａの四辺に沿ってそれぞれ配置されている側面部１４ｂ乃至１４ｅによって、Ｚ軸に沿って動くように支持されている。各側面部１４ｂ乃至１４ｅは、側面部１６ｂ乃至１６ｅと構造および機能が同様である。
【００１４】
図１はさらに、平面接触部材１４ａと１６ａとが、特定の距離、互いに離間していることを示している。このことは、部材１４ａと１６ａとを隔てているその特定の距離分、同様に離間している２つの半導体デバイスを冷却するのに、組み立て後の図１の熱交換器が使用されるということを意味している。加えて、図１は、接触部材１６ａは部材１４ａよりも相当に大きいことを示している。このことは、ＴＣＮ１６が用いられることになるデバイスは、ＴＣＮ１４が用いられることになるデバイスよりも大きいか、あるいはより大きな熱接触表面積を必要とするということを意味している。
【００１５】
上述した通り、図１に示すように２つのＴＣＮを備えることは例示に過ぎず、本発明は決してこれに限定されるものではない。より一般的には、シート１０上に形成されるＴＣＮの数ならびにそれぞれのサイズおよび位置は、電子コンポーネントの熱を除去する多数の様々な用途でのニーズに合わせて容易に適応可能であることを強調しておく。この性能が、本発明の実施形態によってもたらされる柔軟性を際立たせる。特定の用途に向けて設計された特定形状のＴＣＮは、シート１０を型押しまたは成型することによって、あるいは当業者に既知である他の技術を用いることによって製造することができる。
【００１６】
熱除去の機能を実行するためには、各々のＴＣＮとそれぞれの平面接触部材１４ａおよび１６ａとに近づき離れる冷却材流体流を提供することが必要である。従って、シート１０にＴＣＮ１４および１６を形成することに加え、冷却材流チャネルもそこに形成される。より具体的には、図１に、シート１０内に形成された導管セグメント１８、２０および２２が示されている。これらセグメントの各々は、半円形の断面を有しシート１０の外面１０ｂに対して凸状であり、言い換えれば、各セグメントはこの外面から外側へ迫り出している。導管セグメント１８は、導管端部１８ａからＴＣＮ１６まで延びている。セグメント２０は、ＴＣＮ１６からＴＣＮ１４まで延びており、導管セグメント２２は、ＴＣＮ１４から導管端部２２ａまで延びている。
【００１７】
図２を参照すると、シート１０の内面１０ａ、言い換えれば、シートの外面１０ｂとは反対側の側面が示されている。図２はさらに、ＴＣＮ１６の接触部材１６ａおよびその側面部１６ｂ乃至１６ｅが、冷却液流体を受け取り収容することのできるチャンバまたはコンパートメント２４を共同で形成することを示している。冷却材導管セグメント１８の端部１８ｂが、チャンバ２４にアクセスすなわち開口するように形成されている。同様に、導管セグメント２０の端部２０ａが、チャンバ２４にアクセスまたは開口している。
【００１８】
図２をさらに参照すると、ＴＣＮ１６と同様に、ＴＣＮ１４の接触部材１４ａおよび側面部１４ｂ乃至１４ｅが、冷却材流体を受け取り収容することのできるチャンバ２６を共同で形成しているのがわかる。導管セグメント２０の端部２０ｂと導管セグメント２２の端部２２ｂとが、各々チャンバ２６にアクセスまたは開口している。
【００１９】
再び図１を参照すると、上述のようにシート１０と１２とが接合されるとき、チャンバ２４および２６は、導管セグメントにアクセスする箇所以外では完全に密閉されることになることがわかる。さらに、チャンバ２４とチャンバ２６と導管セグメントとは、導管端部１８ａおよび２２ａ以外では密閉されているシステムを共同で構成する。導管端部のうちの１つを入力ポートとして、もう一方を出力ポートとして使用すれば、冷却液流体が、選択的に、導管セグメントを通りさらにＴＣＮ１６のチャンバ２４およびＴＣＮ１４のチャンバ２６を通って循環することができる。
【００２０】
金属箔シート１０と１２とを接合する際には、レーザ溶接を用いて、シート１０および１２の、ＴＣＮ１４および１６の周囲領域あるいは近接領域を接合し、さらには導管セグメント１８乃至２２に近接する領域をも接合するとよい。こうすれば、流体を収容しているチャンバ２４および２６、ならびに導管セグメントの密閉が確実にしっかりと形成されることになる。シート１０および１２のエッジは、レーザ溶接によって接合されてもよいし、あるいは、接着剤によって、もしくははんだ付けのような冶金プロセスによって接合されてもよい。
【００２１】
図１はさらに、シート１２に形成された小型の導管セグメント２８および３０を示している。これらの導管セグメントは各々、半円形の断面を有し、内面１２ａに対して凸状であって、言い換えれば、図１に示されているように、各導管はシート１０から出っ張っている。導管セグメント２８および３０は、シート１０および１２が接合される際に、導管端部１８ａおよび２２ａにそれぞれ合わさるように配置されている。こうすると、導管セグメント１８および２２各々の口に円形の開口部が備わる。カップリング３２および３４が、各々上記開口部の対応する開口部の大きさに合せて作られ、対応する開口部に取り付けられる。このカップリングは次いで、カップリングのうちの１つ、例えば３４を入力ポートとして選択し、もう一方を出力ポートとして選択し、従来型の冷却材流体ポンプ（図示せず）につなげられるとよい。ポンプを動作させると、上述したように、冷却液流体が熱除去用途のためにＴＣＮの各々に循環する。冷却材流体には、蒸留水、あるいは半導体デバイスから熱を除去するのに当業者によって使用されるその他の流体を含めることができよう。
【００２２】
ここで図３を参照すると、図２の３−３線に沿った金属箔シート１０の断面図が示されている。図３は故に、ＴＣＮ１６の側面部１６ｅおよび１６ｃの特徴を示す。より詳細には、これら側面部の各々が、比較的剛性であるコンポーネント３６を含むように示されている。言い換えれば、ＴＣＮ１６がシート１０内に形成されるときに、該ＴＣＮがシート１０の隣接部分に対して動かなくなるように、側面部コンポーネント３６が各々構築されている。
【００２３】
さらに図３を参照すると、各剛性コンポーネント３６に付き、ＴＣＮ１６の接触部材１６ａの辺またはエッジにも付いているコンポーネント３８が示されている。シート１０の形成において、各コンポーネント３８は、たわむことができるように、あるいは弾力性が備わるように、蛇腹式に、あるいは蛇腹として機能するように製造される。故に接触部材１６ａは、シート１０に近づいたり離れたりして動くこと、言い換えれば、図３に示されているように、上方向または下方向へすなわちＺ軸に沿って動くことができる。シート１０の形成において、ＴＣＮの弾性コンポーネント３８は、有用には所定のバネ定数を備え、ＴＣＮの諸要素がシート１０の材料の弾性限界の範囲内で圧縮または伸張することを可能にしている。
【００２４】
図３には示さないが、側面部１６ｂおよび１６ｄは各々、剛性コンポーネント３６および弾性コンポーネント３８とそれぞれ類似のあるいは同一の剛性コンポーネントおよび弾性コンポーネントを含む。
【００２５】
さらに図３を参照すると、剛性コンポーネント４０および弾性コンポーネント４２を各々含んだ側面部１４ｅおよび１４ｃが示されている。上述したように、各コンポーネント４０はコンポーネント３６に類似し、各コンポーネント４２はコンポーネント３８に類似する。従って、ＴＣＮ１４の接触部材１４ａは、接触部材１６ａと同じように、Ｚ軸に沿って動くことができる。
【００２６】
図３には示さないが、側面部１４ｂおよび１４ｄは各々、側面部１４ｃおよび１４ｅに関連して図３に示されているものと類似あるいは同一の剛性コンポーネントおよび弾性コンポーネントを含む。
【００２７】
図４を参照すると、半導体電子デバイスから熱を除去する、上述の実施形態の使用あるいは動作を説明する概略図が示されている。より詳細には、図４は、ＰＣＢ４４などに取り付けられた半導体デバイス４６および４８を示しており、ＴＣＮ１６の接触部材１６ａは、デバイス４６と接触関係になっている。従って、デバイス４６からの熱は、熱伝導性の部材１６ａに移されて、部材１６ａを通り抜け、チャンバ２４に収容されている冷却液５０に移される。上述したように、チャンバ２４には冷却液が循環させられているとよく、その結果チャンバから熱が除去される。
【００２８】
図４は同様に、半導体デバイス４８に接触して、該半導体デバイスから熱を除去しその熱をチャンバ２６にある冷却材５０に移す、ＴＣＮ１４の接触部材１４ａを示している。図４に示された半導体デバイス４６および４８は、明らかに相互のサイズが異なっていることが分かる。この点に鑑み、ＴＣＮ１４および１６も同様に、相互に異なるように構築されて、各々が、対応する半導体デバイスに合わさるようになっている。従って図４は、様々な冷却要求に適応するべく本発明の実施形態によって提供することができる柔軟性についてもさらに示している。半導体デバイスの個々の配列に適合する構成を用いれば、妥当な任意の数のＴＣＮおよび導管セグメントをシート１０に形成することができると考えられる。
【００２９】
本発明の実施形態によってもたらされるさらなる利点を説明するために、図４は、高さの印４６ａの付いた半導体デバイス４６を示している。この印は、デバイス４６が有し得る最も低い高さでありながら、事前に指定された許容誤差内にある高さを表す。図４はさらに、デバイス４６が、最低高さ条件４６ａを量Δ超過していることを示している。しかしＴＣＮ１６を上述したように構築すれば、弾性コンポーネント３８によって、効果的な熱伝達をもたらすべくデバイス４６との緊密な接触を保ちつつ、接触部材１６ａを前述の量Δ調整することあるいは補うことが可能になる。図４に表されているように、部材１６ａが量Δ上方向に動かされて、デバイス４６が最低許容高さを超過する分の高さに対応する。同時に、コンポーネント３８の弾力性は、デバイス４６またはＴＣＮ１６が過度のストレスにさらされるのを防ぎ、それらが弾性限界を超過することがないようにしている。
【００３０】
図１に示した実施形態の一変更例では、シート１０に関連して上述したものと同様の特徴を備えた１つ以上のＴＣＮおよび導管セグメントが、シート１２にも形成されるとよい。そうすれば、得られた変更型の熱交換器を２つの半導体デバイス構成の間に設置して、構成の１つをシート１０のＴＣＮによって冷却し、もう一方の構成をシート１２のＴＣＮによって冷却することが可能になり得る。
【００３１】
さらなる変更例では、任意のＴＣＮまたは導管セグメントを形成する前あるいは形成後に、シート１０および１２双方の内面を、障壁金属と称される金属で覆うことが考えられる。この金属は、冷却材流体として使用される液体とは反応しない。故に、障壁金属を使用すれば、熱交換器内部の腐食が減少する。
【００３２】
さらに別の変更例では、１つ以上の導管セグメントの断面をほかの部分の断面よりも大きくして、冷却材が特定のＴＣＮから流れ出る速度を速めることができると考えられる。例えば、冷却材が、導管端部２２ａから、それぞれの導管セグメントならびにＴＣＮ１４および１６を流れて導管端部１８ａに達する場合に、導管セグメント１８の直径をセグメント２２の直径よりも大きくすることができよう。こうすれば、冷却材がＴＣＮ１６から流れ出る速度が速まり、故に、ＴＣＮ１６の熱を放散する能力が高まることになると考えられる。別の方法として、２つ以上の導管セグメントをシート１０に形成してＴＣＮ１６から熱を運び去ることもできよう。
【００３３】
図５を参照すると、ＴＣＮ１４および１６に類似するＴＣＮ５２が示されている。ＴＣＮ５２は従って、冷却材チャンバを共同で形成する平面接触部材５２ａと側面部５２ｂ乃至５２ｅとを含む。本発明の一変更例では、一連の波形または起伏を含んだ構造５４が、ＴＣＮ５２の一部として、言い換えれば、ＴＣＮ５２の他のコンポーネントと一体になってあるいはその場で形成される。従って構造５４は、ＴＣＮ５２の冷却材チャンバに収容されており、部材５２ａと一体に形成され、該部材上で支持されている。
【００３４】
ＴＣＮ５２の冷却材チャンバ内に構造５４を設置することにより、チャンバを流れる冷却材が相当な乱流になる。この乱流も、部材５２ａに接触している半導体デバイスからチャンバ内の流体に移された熱を流体によってさらに効果的に放散させることになる。
【００３５】
図６を参照すると、ＴＣＮ１４および１６に類似するＴＣＮ５６が示されている。ＴＣＮ５６は従って、冷却材チャンバを共同で形成する平面接触部材５６ａと側面部５６ｂ乃至５６ｅとを含む。本発明のさらなる変更例では、図５の構造５４に類似する構造５８が、一連の波状または起伏を含む。ただし構造５８は、ＴＣＮ５６とは独立して形成され、ＴＣＮ５６が形成されてからＴＣＮ５６の冷却材チャンバ内に設置される。構造５８は、構造５４と同じようなやり方で、ＴＣＮ５６のチャンバ内に冷却材の乱流を生じさせる。
【００３６】
本明細書にて使用されている用語は、個々の実施形態を説明するためのものに過ぎず、本発明を限定しようとするものではない。本明細書で用いられる単数形「ひとつの（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈によって明らかに別の指定がなされない限り、複数形をも含むことが意図されている。さらに、当然のことながら、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」もしくは「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」またはその両方は、本明細書にて使用されている場合、述べられている特徴、整数値、ステップ、動作、要素もしくはコンポーネントまたはそのいずれかの組み合わせの存在を指定するものであるが、１つ以上の他の特徴、整数値、ステップ、動作、要素、コンポーネントもしくはそれらのグループまたはそのいずれかの組み合わせの存在または追加を排除するものではない。
【００３７】
以下の請求項における全てのミーンズまたはステップ・プラス・ファンクション要素の対応する構造、材料、作用および同等物は、請求されているその他の要素と組み合わされて特に請求されているように当該機能を果たすあらゆる構造、材料または行為を包含しようとするものである。本発明に関する記載を例示および説明のために呈示してきたが、網羅的であること、または開示された形態に本発明を限定することは意図されていない。本発明の範囲および精神から逸脱することなく、多数の変更および変形が当業者には明らかとなるであろう。実施形態は、本発明の原理および実際的応用を最もよく説明するために、加えて他の当業者が、検討される個々の用途に適するよう多様な変更を伴った多様な実施形態に向けて本発明を理解できるようにするために、選ばれ記載されたものである。
【００３８】
本発明は、完全にハードウェアの実施形態の形をとること、完全に方法の実施形態の形をとること、またはハードウェアと方法との両方の要素を含んだ実施形態の形をとることができる。好適な実施形態では、本発明は、本発明を設計、製造および利用するための実際のコンポーネントおよび部分ならびに特定のプロセス・ステップを含むがこれらに限定されないプロセスにより実現される。
【００３９】
本発明の記載は、例示および説明のために呈示されてきたものであり、網羅的であること、または開示された形態に本発明を限定することは意図されていない。多数の変更および変形が、当業者には明らかとなるであろう。実施形態は、本発明の原理および実際的応用を最もよく説明するために、加えて他の当業者が、検討される個々の用途に適するように多様な変更を伴った多様な実施形態に向けて本発明を理解できるようにするために、選ばれ記載されたものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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