(57)【要約】  本発明は、液体金属スプレッダーによる熱放散源（３２）の冷却作用を備えた電子デバイスに関し、このデバイスは、少なくとも１つの熱放散源と、少なくとも１つの液体金属循環チャネルが、この中を通過することで熱放散源（３２）より下を経由されるループを形成する少なくとも１つのスプレッダー（３０）と、少なくとも１つのヒートシンク（３３）と、液体金属（３４）を前記少なくとも１つのチャネル内で移動させることで、液体金属が熱放散源によって放散される熱を吸収し、ヒートシンクによって排出されるようにそれを搬送する少なくとも１つの電磁ポンプ（３１）とを備え、この場合、各々のスプレッダーは、変形可能材料で作製された少なくとも１つのバーの各々の側に配置された電気絶縁材料で作製された少なくとも２つのプレートを備える。
2015502054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体金属スプレッダーによる熱放散源の冷却作用を備えた電子デバイスであって、少なくとも１つの電子部品を備えた少なくとも１つの熱放散源（３２）と、少なくとも１つの液体金属循環チャネルが、この中を通過して熱放散源（３２）より下を経由されるループを形成する少なくとも１つのスプレッダー（３０）と、少なくとも１つのヒートシンク（３３）と、液体金属（３４）を前記少なくとも１つのチャネル内で移動させることで、液体金属が、熱放散源によって放散される熱を吸収し、ヒートシンクによって排出されるようにそれを搬送する少なくとも１つの電磁ポンプ（３１）とを備え、各々のスプレッダーが、変形可能材料で作製された少なくとも１つのバーの各々の側に配置された絶縁材料で作製された少なくとも２つのプレートを備え、このバーを囲むように液体金属循環チャネルが形成されることを特徴とする、電子デバイス。
【請求項２】
少なくとも１つの電子部品が半導体部品である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
液体金属が、ガリウム、インジウム、ビスマス、スズ、ガリウムおよび／またはインジウムおよび／またはスズを含む合金、ナトリウムカリウム合金から選択される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
変形可能材料で作製された各々のバーが、拡張テフロン、独立気泡を有する発泡体、開放気泡を有する発泡体ならびに密閉コーティングを有する発泡体、あるいは中実のまたは中空の変形可能プラスチックから作製される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
ヒートシンクが、ファンと共に使用され得る、または使用されない場合もあるフィン付きヒートシンク、あるいは強制液体対流による冷却器である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
各々の電磁ポンプが、電磁流体力学的伝導ポンプである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
絶縁電気材料で作製されたプレートが、セラミック、ＡｌＮ、Ａｌ２０３、Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉＣで作製される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
各々の電磁ポンプが、絶縁材料で作製されたスプレッダーの２つのプレートの間に含まれる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
スプレッダーが、少なくとも１つの液体金属循環チャネルの内部にフィンを備えることで、液体金属による交換面積を増大させる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
電磁ポンプ（１００）に加えて、いくつかの半導体（１０１）／液体金属スプレッダー（１０２）／ヒートシンク（１０３）部品のスタックを備える、請求項２に記載のデバイス。
【請求項１１】
液体金属スプレッダー（１１１）とヒートシンク（１１２）の間にヒートダクト（１１０）が配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のデバイス。
【請求項１２】
磁気材料（４１）と永久磁石（４２）で作製された少なくとも１つのバーを備える第１の磁気回路（４０）と、
第１のポリマーフレーム（４３）と、
その上に半導体部品（５２）が配置される絶縁材料で作製された第１のプレート（４４）と、
変形可能材料で作製されたバー（４７）と、
１つが変形可能材料で作製されたバーの上に配置される３つの電極（４５）と、
支持手段（４６’）を備えるポリマーシール（４６）と、
絶縁材料で作製された第２のプレート（４８）と、
第２のポリマーフレーム（４９）と、
第２の磁気回路（５０）と、
ヒートシンク（５１）とを備え、
液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製されたバーを囲むように形成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
２つの第１の磁気回路（６０）および（６１）と、
１つのポリマーフレーム（６２）と、
その上にいくつかの半導体部品（６５）が配置される第１のセラミックプレート（６３）と、
変形可能材料で作製されたバー（６８）と、
電極（６６、６６’、６９、６９’）であって、そのうちの１つ（６７）が変形可能材料（６８）の上に配置された電極（６７）と、
支持手段（７０’）を備えたポリマーシール（７０）と、
第２のセラミックプレート（７１）と、
２つの第２の磁気回路（７２）および（７３）と、
フィン付きヒートシンク（７４）とを備え、
液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製されたバーを囲むように形成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１４】
第１のフィン付きヒートシンク（８０）と、
第１のポリマーフレーム（８１）と、
第１の磁気回路（８２）と、
その上に半導体部品（８４）が配置される第１のセラミックプレート（８３）と、
第１の電極（８５）と、
変形可能材料で作製された３つの第１のバー（９４）と、
支持手段（８７）を備えた第１のポリマーシール（８６）と、
第２のセラミックプレート（８８）と、
支持手段（９１）を備えた第２のポリマーシール（９０）と、
第２の電極（９２）と、
変形可能材料で作製された３つの第２のバー（９３）と、
第３のセラミックプレート（９５）と、
第２の磁気回路（９６）と、
第２のポリマーフレーム（９７）と、
第２のフィン付きヒートシンク（９８）とを備え、
第１の液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製された第１のバーを囲むように形成され、第２の液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製された第２のバーを囲むように形成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１５】
電極が、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼または保護層が塗布された銅から作製される、請求項１２、１３または１４のいずれか一項に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体金属スプレッダーによって冷却される電子デバイス、例えば半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明の分野は、電子部品、例えば半導体の温度管理である。図１に示されるように、電子部品は、数ミリメートルの厚さの金属プレートを介して冷却デバイス上に配置されてよい。このプレートの目的は、放出される熱流束を拡散させ、これにより冷却デバイスが受けるこのような熱流束の断面を増大させることである。全体的な熱管理は、温度勾配が、その交換面積に反比例するため非常に改善される。「スプレッダー」という用語は、本明細書の残りの部分を通してこのようなプレートを指すのに使用されている。図１は、放散源１０を示しており、例えばスプレッダー１１上に配置された１つの電子部品またはパッケージ化された１セットの部品であり、このスプレッダーは、熱流束が冷却デバイス１２に到達する前にそれを拡散させる（矢印は、熱流束の密度φの方向を示している）。このようなスプレッダーの厚さは最適なものであり、この厚さを下回ると、拡散作用が不十分であり、冷却装置の性能を低下させる。この厚さを上回ると、それによって加わる温度抵抗が高くなりすぎてしまう。それが効果的であるならば、スプレッダーは、極めて優れた熱導体のままであるはずであり、例えば、それは銅製であってよい。しかしながら銅は重量が重く、これが理由でアルミニウムもまた頻繁に使用される。さらに銅の熱伝導性は、限られている（４００Ｗ．ｍ−１．Ｋ−１）。よって、スプレッダーの面積が大きく増大することは、熱流束がスプレッダーの両端に到達しなくなるため、全体的な熱抵抗が抑えられない。
【０００３】
したがって全体的な熱管理を改善するためには、より高い同等の熱伝導性を備えた材料を利用することが有益である。１つの解決策は、高い熱伝導性を備えた粒子で満たされた材料（ダイアモンド、炭素など）など極めて優れた熱導体である材料を利用することで成り立っている。しかしながら、目下のところ、このような材料は、装置に組み込むのに十分考慮されたものではなく、コストおよび性能は、工業要件（信頼性、機械加工、得られる導電性、質量）と適合しない。しばしば想定される別の解決策は、ヒートダクトを利用することである。図２に示されるように、ヒートダクト１５は、閉鎖した格納容器１６で構成されており、その内壁は、液体１８によって飽和された毛管網路１７によって覆われている。それは通常、蒸発器２０、凝縮器２１および断熱区域２２と呼ばれる３つの部分で構成されている。蒸発器２０において、液体１８が、蒸気２３に変換され、これは凝縮器２１に向けて送られる。凝縮された後、液体は、ヒートダクトを駆動する毛管網路１７を通って蒸発器に戻るように運ばれる。適切な毛管網路によって、ヒートダクト１５は、あらゆる姿勢で作動することができ、結果として重力の影響を受けずに作動することができる。ヒートダクト原理の基本的な利点は、それが、蒸発区域２０（熱源）と、凝縮区域２１（冷却源）の間で極めて低い温度差を生成することである。ヒートダクトは、「熱の短絡」として作用する。ヒートダクトの蒸気区域は、極めて高い同等の熱伝導性を有するため、それらは、スプレッダーとして利用することができる。図３は、ヒートスプレッダーとして使用されるこのようなヒートダクト２７の作動を示している。ヒートスプレッダーまたは「蒸気チャンバ」という用語が、この場合使用される。その作動原理は、従来のヒートダクトと同様であるが、熱源２５（蒸発器）が、ヒートダクトの第１の面上に配置され、冷却源２６（凝縮器）が第２の面全体を利用するため、流路は異なっている。
【０００４】
２相流体式の解決策（ヒートダクト、蒸気チャンバ）には、いくつかの制限がある。例えば、航空用途では、大抵の限定的な制約には、流体の選択、加速に対する耐性、極めて高い密度に関する性能が含まれる。使用される流体は、航空学的な制約条件（火災制約条件、欧州Ｒｅａｃｈ規制など）に適合しなければならない。さらに、このような解決策の成果は、冷却源および使用される２相流体の特徴に極めて左右される。
【０００５】
目下のところ、直流（ＤＣ）電磁流体力学的電磁ポンプによって移動される伝導性流体（溶融塩または液体金属）を利用する電子システムのための冷却ループの例がいくつか存在する。本明細書の先行技術文献で規定される冷却ループはこのように、電子部品を冷却するために、ＧａＩｎ（ガリウム−インジウム）タイプの伝導流体のための電磁流体力学的伝導ポンプ（ＭＨＤ  ＤＣ）を使用する。ポンプは、０．１４リットル／分の流れの場合、２５ｋＰａ程の圧力を生成し、その一方で、ポンプに加えられる磁場は、０．９Ｔである。このシステムは、２００Ｗ／ｃｍ−２を上回る熱流束密度の冷却が可能である。このようなループでは、
−ガリウム−インジウムの溶融点は、０℃より高く、これにより溶融温度を下回る周辺温度において作動の問題が生じる。冷却源が、電子部品から離れているため、この部品をウォームアップする前にデバイスを始動させることが不可能である。
−電磁ポンプへの電力供給（高電流／低電圧）は、複雑であり、その効率は低い。
−液体金属または溶融塩によって作動するこのようなループは、優れた発熱性能を有する。それにもかかわらず、それが特定の用途に限られているのは、伝導流体が極めて高価であり（１０００ユーロ／ｋｇ）、一部の液体金属、例えばガリウムまたはガリウム合金の密度が、水より６倍高いためである。
【０００６】
参考文献［２］は、液体金属、例えばガリウムまたはガリウム−インジウム−スズなどのガリウム合金が、１つまたは複数の半導体部品より下で、スプレッダー内に機械加工されたチャネル内を循環するように配置されるスプレッダーを開示している。この液体金属は、半導体部品の下で熱を吸収し、この熱を残りの面全体にわたって分散させる。このような液体金属は、スプレッダー内に組み込まれた電磁流体力学的伝導ポンプを利用して移動させられる。保護材を堆積させることによってチャネルの壁を液体金属から隔離することで、それらの間での化学反応を阻止する。このようなスプレッダーは、以下の欠点を有する。それはチャネルの壁を液体金属から隔離するための化学的コーティングを必要とする。ガリウムが凝固する際、その膨張に対して設けられる措置がなく、このような膨張がスプレッダーを損傷させる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０２７９２５７号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Ｍｉｎｅｒ，Ａ．＆Ｇｈｏｓｈａｌ，Ｕ．，２００４．Ｃｏｏｌｉｎｇ  ｏｆ  ｈｉｇｈ−ｐｏｗｅｒ−ｄｅｎｓｉｔｙ  ｍｉｃｒｏｄｅｖｉｃｅｓ  ｕｓｉｎｇ  ｌｉｑｕｉｄ  ｍｅｔａｌ  ｃｏｏｌａｎｔｓ．Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，８５（３），５０６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ガリウムと化学的に適合可能ないくつかのプレートのスタックから作製されたスプレッダー内での液体金属の循環、液体金属が低い温度上昇で熱源の下で熱を吸収し、この熱をスプレッダーの残りの面全体にわたって分散させ、その一方で、スプレッダーより下の面に組み込まれたヒートシンクが液体金属から熱を排出させることを開示することによって、このような欠点を克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、液体金属スプレッダーによる熱放散源の冷却作用を備えた電子デバイスに関し、このデバイスは、少なくとも１つの電子部品を備えた少なくとも１つの熱放散源と、少なくとも１つの液体金属循環チャネルが、この中を通過して熱放散源より下を経由されるループを形成する少なくとも１つのスプレッダーと、少なくとも１つのヒートシンクと、液体金属を前記少なくとも１つのチャネル内で移動させることで、液体金属が熱放散源によって放散される熱を吸収し、ヒートシンクによって排出されるようにそれを搬送する少なくとも１つの電磁ポンプとを備え、各々のスプレッダーが、変形可能材料で作製された少なくとも１つのバーの各々の側に配置された電気絶縁材料で作製された少なくとも２つのプレートを備え、このバーを囲むように液体金属循環チャネルが形成されることを特徴とする。
【００１１】
有利には、少なくとも１つの電子部品は、半導体部品であってよい。液体金属は、ガリウム、インジウム、ビスマス、スズ、ガリウムおよび／またはインジウムおよび／またはスズを含む合金、ナトリウムカリウム合金から選択されてよい。有利には変形可能材料で作製された各々のバーは、拡張テフロン（登録商標）、独立気泡を有する発泡体、開放気泡を有する発泡体ならびに密閉コーティングを有する発泡体、あるいは中実のまたは中空の変形可能プラスチックから作製される。電極は、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼または保護コーティングが塗布された銅で作製される。この後者の解決策は、全体の電圧の降下を抑えるため、電磁ポンプの効率を低下させる。ヒートシンクは、ファンと共に使用され得る、または使用されることがないフィン付きヒートシンク、あるいは強制対流液体冷却器である。各々の電磁ポンプは、電磁流体力学的伝導ポンプ（ＭＨＤ  ＤＣ）であってよい。それは、スプレッダーの電気絶縁材料で形成された２つのプレートの間に含まれてよい。電気絶縁材料で作製されたこれらのプレートは、セラミック、ＡｌＮ、Ａｌ２０３、Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉＣで作製されてよい。
【００１２】
有利には、スプレッダーは、少なくとも１つの液体金属循環チャネルの内部にフィンを備えることで、液体金属による交換面積を増大させる。
【００１３】
有利には、本発明によるデバイスは、電磁ポンプに加えて、いくつかの半導体／液体金属スプレッダー／ヒートシンク部品のスタックを備える。
【００１４】
有利には、ヒートダクトは、液体金属スプレッダーとヒートシンクの間に配置される。
【００１５】
有利には、第１の実施形態では、本発明によるデバイスは、
磁気材料および永久磁石によって作製された少なくとも１つのバーを備える第１の磁気回路と、
第１のポリマーフレームと、
その上に半導体部品が配置される絶縁材料で作製された第１のプレートと、
変形可能材料で作製されたバーと、
１つが変形可能材料の上に配置された３つの電極と、
支持手段を備えたポリマーシールと、
絶縁材料で作製された第２のプレートと、
第２のポリマーフレームと、
第２の磁気回路と、
ヒートシンクとを備え、
液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製されたバーを囲むように形成される。
【００１６】
有利には、第２の実施形態では、本発明によるデバイスは、
２つの第１の磁気回路と、
１つのポリマーフレームと、
その上に半導体部品が配置される第１のセラミックプレートと、
変形可能材料で作製されたバーと、
そのうちの１つが変形可能材料の上に配置される電極と、
支持手段を備えたポリマーシールと、
第２のセラミックプレートと、
２つの第２の磁気回路と、
フィン付きヒートシンクとを備え、
液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製されたバーを囲むように形成される。
【００１７】
有利には、第３の実施形態では、本発明によるデバイスは、
第１のフィン付きヒートシンクと、
第１のポリマーフレームと、
第１の磁気回路と、
その上に半導体部品が配置される第１のセラミックプレートと、
第１の電極と、
変形可能材料で作製された３つの第１のバーと、
支持手段を備えた第１のポリマーシールと、
第２のセラミックプレートと、
支持手段を備えた第２のポリマーシールと、
第２の電極と、
変形可能材料で作製された３つの第２のバーと、
第３のセラミックプレートと、
第２の磁気回路と、
第２のポリマーフレームと、
第２のフィン付きヒートシンクとを備え、
第１の液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製された第１のバーを囲むように形成され、第２の液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製された第２のバーを囲むように形成される。
【００１８】
本発明によるデバイスは、以下の利点を有する：
−スプレッダーの高い伝導性により、ヒートダクトによって達成することができるものよりはるかに高い熱流束密度を排気する。およそ１ｋＷ／ｃｍ２に達する値が想定される。
−スプレッダーがコンパクトであることにより、極めて少量の液体金属（数ミリリットル）を使用することが可能になる。それはまた、液体の体積全てを溶解させるために全体の液体体積の近くに熱放散源を維持することを可能にする。それは、凝固した後に再開することが可能である。
−電子部品の温度上昇率を抑えるために、溶融作用は相変化を利用することが恐らく望ましい。よってより高い溶融温度を有し、ガリウムを含まない合金の利用を想定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】スプレッダータイプの冷却デバイスの作動原理を示す図である。
【図２】ヒートダクトの作動原理を示す図である。
【図３】ヒートスプレッダーとして使用されるヒートダクトの作動原理を示す図である。
【図４】本発明によるデバイスを示す図である。
【図５】図４の装置で使用される電磁ポンプの作動原理を示す図である。
【図６Ａ】本発明によるデバイスの第１の実施形態の分解図である。
【図６Ｂ】本発明によるデバイスの第１の実施形態の輪郭図である。
【図７】図６Ａおよび図６Ｂに示される本発明によるデバイスで使用される電磁ポンプの作動を略図化して示す図である。
【図８Ａ】本発明によるデバイスの第２の実施形態を分解図で示す図である。
【図８Ｂ】本発明によるデバイスの第２の実施形態を輪郭図で示す図である。
【図９Ａ】本発明によるデバイスの第３の実施形態の分解図である。
【図９Ｂ】本発明によるデバイスの第３の実施形態の輪郭図である。
【図１０Ａ】本発明による液体金属スプレッダーを示した図である。
【図１０Ｂ】銅ブロックから形成されるスプレッダーを示した図である。
【図１１】図１０Ａに示される本発明による液体金属スプレッダーの性能と、図１０Ｂに示される銅製スプレッダーの性能を比較した図である。
【図１２Ａ】本発明によるデバイスの一変形実施形態を示す図である。
【図１２Ｂ】本発明によるデバイスの一変形実施形態を示す図である。
【図１３】本発明によるデバイスの別の変形実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図４に示されるように、本発明によるデバイスは、以下の要素、すなわち
少なくとも１つの電子部品、例えば半導体部品を備える熱放散源３２と、
液体金属スプレッダー３０であって、熱放散源の下で熱を排気する油圧式部品であり、液体金属循環チャネルがそれを囲むように形成される変形可能材料の各々の側に配置される絶縁材料、例えばセラミック製の２つのプレートからできた液体金属スプレッダー３０と、
液体金属を移動させるように維持する電磁ポンプ３１と、
ヒートシンク３３とを備える。
【００２１】
熱放散源３２は、スプレッダー３０の頂部面に配置される。ヒートシンク３３は、スプレッダー３０の底部面に配置される。参照番号３４は、少なくとも１つのチャネル内での液体金属の循環を示しており、このチャネル内にフィンが加えられることで、交換面積を増大させることができる。参照番号３５は、液体金属入口を示し、参照番号３６は、液体金属出口を示している。
【００２２】
本発明によるデバイスは、熱搬送流体である液体金属を熱伝導基板内で循環させる。この液体金属は、小さな温度上昇で電子部品３２の下で熱を吸収し、この熱を基板の残りの面全体にわたって分散させる。ガリウム合金またはナトリウムカリウムなどの溶融塩などの液体金属は、優れた物理的特性を有する。よって、水より４０倍大きいおおよそ２８Ｗｍ−１．Ｋ−１の熱伝導性を有するガリウムは、極めて高い対流交換係数を実現するため、熱流束密度において極めて高い放散を実現することができる。その高い熱伝導性とは別に、液体金属はまた、優れた電気導体であるという利点も有しており、これにより図５および図７に示されるように電磁または電磁流体力学的ポンプ３１を使用することが可能になり、ここにおいて磁場（磁気誘導Ｂ）と電流Ｉを組み合わせて使用することで、液体金属を移動させるラプラス力Ｆを生成する。
【００２３】
本発明は、ガリウムと化学的に適合可能な絶縁材料で作製された少なくとも２つのプレートと、その凝固中にガリウムの膨張を吸収する変形可能材料のバーとのスタックから作製されたスプレッダーの内部で液体金属を循環させることができる。液体金属を移動させる電磁ポンプは、２つのプレートの間に組み込まれてよい。この液体金属は、小さな温度上昇で熱源の下で熱を吸収し、この熱をスプレッダーの残りの領域全体にわたって分散させる。ヒートシンクは、液体金属から熱を排出させ、これは、スプレッダーの表面上を移動させられる。
【００２４】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明によるデバイスの第１の実施形態を示しており、これは磁場を生成する第１および第２の電磁回路を各々備える２つの電磁ポンプと、電流を運ぶ電極とを備える。
【００２５】
図６Ａは、
磁気材料４１と永久磁石４２で作製された少なくとも１つのバーを備える第１の磁気回路４０と、
第１のポリマーフレーム４３と、
その上に半導体部品５２が配置される絶縁材料で作製された第１のプレート４４と、
変形可能材料で作製されたバー４７と、
そのうちの１つが変形可能材料の上に配置される３つの電極４５と、
支持手段４６’を備えるポリマーシール４６と、
絶縁材料で作製された第２のプレート４８と、
第２のポリマーフレーム４９と、
第２の磁気回路５０と、
ヒートシンク５１、ならびに
液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製されたバー５２を囲むように形成されることを明確に示している。
【００２６】
１つの有利な実施形態では、本発明によるデバイスは、以下の特徴を有する。
【００２７】
液体金属は、ガリウム、インジウム、ビスマス、スズ、ガリウムおよび／またはインジウムおよび／またはスズを含む合金、ナトリウムカリウム合金から選択されてよい。
【００２８】
本発明におけるポリマーの役割は、スプレッダーを密閉し、このスタックに機械的強度を与えることであり、フレームは、本発明によるデバイスのためのパッケージとして作用している。このポリマーは、樹脂であってよい。図６Ａに示される種々の要素を組立てる際、ポリマーフレーム４３、４６および４９のポリマーは柔軟である。それは、その後それを乾燥させる際に凝固する。
【００２９】
変形可能材料で作製されたバーは、拡張テフロン、独立気泡を有する発泡体、開放気泡を有する発泡体ならびに密閉コーティングを有する発泡体、あるいは中実のまたは中空の変形可能プラスチックから作製されてよい。
【００３０】
有利には、絶縁材料で作製された２つのプレートは、セラミック、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４またはＳｉＣから作製されてよく、これらは以下の３つの制約、すなわちガリウムとの化学的適合性、電気絶縁性および優れた熱伝導性を全て守っている。
【００３１】
電極が作製される材料は、電気的に伝導性の材料であり、ガリウムと適合可能である必要があり、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼または保護層が塗布された銅であってよい。
【００３２】
チャネル内で磁場を形成するのに使用される永久磁石は、ＮｄＦｅＢで作製されてよい。
【００３３】
ヒートシンクは、ファンに結合された、または結合されていないフィン付きヒートシンク、あるいは強制液体対流による冷却器であってよい。
【００３４】
図７は、電磁ポンプの作動を示している。それは第１の磁気回路４０と、第２の磁気回路５０と、電極４５とから形成され、液体金属循環チャネルが、変形可能材料でできたバー５２を囲むように形成されている。矢印５８は、電極を通過する電流の方向を指している。矢印５６および５７は、２つの磁気回路４０および５０の間に形成される磁気誘導Ｂの方向を提供している。矢印５５は、結果として生じる液体金属の移動の方向を指しており、これは図５を参照して上記に記載した原理によるものである。
【００３５】
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明によるデバイスの第２の実施形態を示しており、これは４つの電磁ポンプを備える電力モデルに相当する。
【００３６】
図８Ａは、
２つの第１の磁気回路６０および６１と、
ポリマーフレーム６２と、
その上に電気回路６４またはいくつかの電気部品６５が配置される第１のセラミックプレート６３と、
変形可能材料で作製されたバー６８と、
電極６６、６６’、６９、６９’と、変形可能材料６８の上に配置された電極６７と、
支持手段７０’を備えたポリマーシール７０と、
第２のセラミックプレート７１と、
２つの第２の磁気回路７２および７３と、
フィン付きヒートシンク７４、ならびに
液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製されたバー６８を囲むように形成されることを明確に示している。
【００３７】
図９Ａおよび図９Ｂは、本発明によるデバイスの第３の実施形態を示しており、これは２つの重ね合わされた液体金属循環チャネルを備えたモデルに相当する。
【００３８】
図９Ａは、
第１のフィン付きヒートシンク８０と、
第１のポリマーフレーム８１と、
第１の磁気回路８２と、
その上に半導体部品８４が配置される第１のセラミックプレート８３と、
第１の電極８５と、
変形可能材料で作製された３つの第１のバー９４と、
支持手段８７を備えた第１のポリマーシール８６と、
第２のセラミックプレート８８と、
支持手段９１を備えた第２のポリマーシール９０と、
第２の電極９２と、
変形可能材料で作製された３つの第２のバー９３と、
第３のセラミックプレート９５と、
第２の磁気回路９６と、
第２のポリマーフレーム９７と、
第２のフィン付きヒートシンク９８、ならびに
第１の液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製された第１のバー９２を囲むように形成され、第２の液体金属循環チャネルが変形可能材料で作製された第２のバー９３を囲むように形成されることを明確に示している。
【００３９】
上記に記載したスプレッダーの利点を例証するために、その性能を、同一の体積による中実の銅ブロックの性能と比較することができる。電子部品と反対の面に課される交換係数の値は、両タイプのスプレッダーで同一であり、ｈ＝２００００Ｗ．ｍ−２．Ｋ−１である。図１０Ａはよって、本発明による液体金属スプレッダー３０を示しており（図４を参照）、図１０Ｂは、銅ブロックから形成されるスプレッダーを示している。後者の場合、放散源１０５は、スプレッダー１０６の中心にあり、これはこのような構成が、最も低い可能な熱抵抗を提供するためである。図１１は、液体金属流れに応じて、このような２つのタイプのスプレッダーの熱抵抗Ｒｔｈの変動を示している。中実の銅製スプレッダーの熱抵抗は一定で、値０．１６Ｋ．Ｗ−１に等しく、その一方で１．５  １／分の流れの液体金属スプレッダーの熱抵抗は、０．０９Ｋ．Ｗ−１であり、これは４５％の削減である。
【００４０】
変形実施形態
本発明は、例えばマイクロエレクトロニクスなどの種々の分野で使用されてよく、特に、マイクロプロセッサ、パワーエレクトロニクスの冷却、半導体部品の冷却、オプトエレクトロニクス部品の冷却、ＬＥＤの冷却、または太陽エネルギーの太陽電池セルの集合用に使用される場合がある。
【００４１】
図１２Ａおよび図１２Ｂは、本発明によるデバイスの一変形実施形態を示しており、これは垂直方向に設置されたいくつかの半導体部品（３Ｄ電力モジュール）１０１／液体金属スプレッダー１０２／ヒートシンク１０３でできたスタックを利用しており、各々が電磁ポンプ１００に結合されている。
【００４２】
図１３に示される別の変形実施形態では、液体金属スプレッダー１１１とヒートシンク１１２の間にヒートダクト１１０が加えられることで、スプレッダーの温度を均一にし、その性能をさらに高めることができる。この場合、スプレッダー内部の液体金属の相変化はより優れている。さらに液体金属スプレッダー１１１を、半導体部品である放散源１１３と、ヒートダクトの間に導入することで、ヒートダクトが受ける発熱密度を抑え、これによりそれをさらにその作動限界（詳細には毛管現象限界および沸騰限界）から引き出す。
【００４３】
１つの変形実施形態では、図１０Ａおよび図１２Ａの例に関して示されるように、スプレッダーは、液体金属循環チャネルの内部にフィンを有することで、液体金属による交換面積を増大させる。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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