(57)【要約】【課題】冷却される対象体（６）と熱接触関係にある吸熱面と、放熱面とを備える基板（１）を有する、マイクロプロセッサーのような電子部品用の冷却装置を提供することである。【解決手段】放熱面は所定の連続する通路（２）型の構造を有して、吸熱面よりその面積がはるかに大きい。少なくとも吸熱面、しかし望ましくは、放熱面の全部または主要一部は、熱伝導材料からなる薄いコーティング（３）により形成される。その表面が、例えば金属または金属酸化物からなる微細粒子（２１）によりコーティングされることによってその表面領域が拡張される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却される対象体（６）と熱接触関係にある吸熱面と、放熱面とを備える基板（１）を有する冷却装置であって、前記放熱面は、所定の構造（２）によって前記吸熱面よりはるかに大きいことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
前記吸熱面に対する前記放熱面の比は、１０より大きいことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項３】
前記吸熱面に対する前記放熱面の比は、約４００乃至７００、またはそれより大きいことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項４】
前記構造は、前記基板を貫通してのびていて、前記吸熱面に略垂直な通路（２）により形成されることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項５】
少なくとも前記吸熱面は、熱伝導材料からなるコーティング（７）を具備することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項６】
前記通路（２）の内壁は、熱伝導材料からなるコーティング（７）を具備することを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項７】
前記吸熱面と向き合っている前記基板（１）の表面（４）は、熱伝導材料からなるコーティング（８）を具備することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項８】
前記通路（２）は、その断面形状が正方形、長方形、または円形であることを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項９】
前記吸熱面は、溝（９）型の所定構造を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
【請求項１０】
前記溝（９）は、前記通路（２）と媒体の流れによる接続関係にあることを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１１】
前記溝（９）は、互いに平行し、前記吸熱面にも平行していることを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１２】
前記基板（１）と熱伝導による接触関係にある第２基板（１０）を備え、前記第２基板（１０）は、溝（９）を具備し、熱伝導材料（３）からなるコーティングにより被着されることを特徴とする請求項９に記載の冷却装置。
【請求項１３】
前記第２基板（１０）は、前記第１基板より薄いことを特徴とする請求項１２に記載の冷却装置。
【請求項１４】
前記通路（２）は、その断面形状が前記通路の縦方向（媒体の流れ方向）に変化することを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
【請求項１５】
基板の所定の構造を形成する段階を備えることを特徴とする冷却装置の製造プロセス。
【請求項１６】
前記基板の構造は、通路をエッチングすることによって形成されることを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項１７】
前記基板の構造は、代替または付加段階としてスタンピングプロセスを行うことによって形成されることを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項１８】
前記基板の構造は、リソグラフィおよび電気鋳造を用いるプロセスにより形成されることを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項１９】
熱伝導層は、前記所定構造化基板の表面の少なくとも一つの部分に被着されることを特徴とする請求項１５に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項２０】
前記熱伝導層は、蒸着により塗布されることを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項２１】
前記熱伝導層は、銀、銅、アルミニウム、または少なくともこれらとほぼ同一の熱伝導性（λ）を有する材料からなることを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項２２】
前記熱伝導層は、前記基板（１）より薄いことを特徴とする請求項１３に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項２３】
前記熱伝導層の厚さは、約１０μであることを特徴とする請求項２２に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項２４】
前記通路は、異方性エッチングにより形成され、前記通路の径または断面形状は、その縦方向にわたって変化することを特徴とする請求項１６に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項２５】
冷却される対象体（１６）と熱接触関係にある吸熱面と、放熱面とを備える基板（１１）を有する冷却装置であって、前記放熱面は、所定の構造（１２）によって前記放熱面よりはるかに大きく、粗くすること（２１）によってより拡張されることを特徴とする冷却装置。
【請求項２６】
前記粗くすることは、被着される粒子（２１）により行われることを特徴とする請求項２５に記載の冷却装置。
【請求項２７】
前記粒子（２１）は、熱伝導性があることを特徴とする請求項２６に記載の冷却装置。
【請求項２８】
前記粒子（２１）は、金属または金属酸化物粒子であることを特徴とする請求項２７に記載の冷却装置。
【請求項２９】
前記粒子（２１）の径は、マイクロメートルまたはナノメ−トルオーダーであることを特徴とする請求項２６に記載の冷却装置。
【請求項３０】
前記粒子（２１）は、前記構造化基板（１１）に直接被着されることを特徴とする請求項２５に記載の冷却装置。
【請求項３１】
前記粒子（２１）は、前記構造化基板（１１）上に被着されている熱伝導コーティング（１３、１４、１７）上に被着されることを特徴とする請求項２５に記載の冷却装置。
【請求項３２】
前記構造化基板（１１）の断面形状は台形であり、その傾いた側壁も粒子（２１）により被覆されることを特徴とする請求項２５に記載の冷却装置。
【請求項３３】
前記放熱面の粗さ（２１）は、スポンジ型の多孔性層を被着することによって行われることを特徴とする請求項２５に記載の冷却装置。
【請求項３４】
基板の所定の構造を形成する段階を備え、粒子またはスポンジ型の多孔性層が前記基板の表面に被着され、その表面を粗くしてその表面領域を拡張させることを特徴とする冷却装置の製造プロセス。
【請求項３５】
前記粒子または前記多孔性層は、熱伝導材料からなることを特徴とする請求項３４に記載の冷却装置の製造プロセス。
【請求項３６】
前記粒子または前記多孔性層は、金属酸化物のような金属化合物、熱伝導金属であることを特徴とする請求項３５に記載の冷却装置の製造プロセス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却装置及びその製造プロセスに関する。特に本発明は、電気及び電子部品を冷却するための受動型冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばマイクロプロセッサーのような電気および電子部品は、エネルギーを放散する。このようなエネルギーは部品の動作効率を制限したり低下させたりする。例えば、マイクロプロセッサーの動作温度が、１００℃から０℃に減少すれば、クロック周波数は３０％以上増加する。消費電力の増加に加えて、過熱は部品故障の原因になる。このような過熱は、また、部品の耐用年数を低下させる。一般的に、電子部品により発生される熱を、冷却および放熱するためには、例えばリブ付きのヒートシンクおよび／またはモーター付きのファンのような受動および能動冷却装置を使用する。ヒートシンク（必要であればファンと共に）は、その回路基板が微細配線のクラックの原因になる応力を受けないようにするために、なるべく軽量であることが望ましい。ファンのような能動冷却装置には、短所がさらに多い。これは、電気エネルギーを必要とし、より大きい空間を必要とし、ノイズを発生させ、初期費用が比較的高くて運用費用を必要とする。能動冷却装置が故障すれば、マイクロプロセッサーのような部品らは、警告もなしに、すぐ熱を発生させてその部品が損傷を受けたり破壊されたりすることがある。
【０００３】
ＤＥ  １９６  ２６  ２２７  Ｃ２には、”ヒートパイプ”の原理によって動作する冷却装置が開示されている。ヒートパイプ構造は、本来の位置から他の位置に熱を伝達するのに使用するものである。蒸発潜熱の高い液体は、装置の高温領域で蒸発する。蒸発によって生じた圧力によって、蒸気は装置の冷たい部分に移動する。この冷たい部分で、蒸気が液体に凝縮されて、伝えられた熱を発散する。この凝縮液は、蒸発位置にまた戻り、これによって閉鎖ループ上を循環するようになる。このような冷却装置の製造と配置過程は複雑で、費用がたくさん発生する。
【０００４】
ＤＥ  １９７  ４４  ２８１  Ａ１には、ヒートパイプ原理、即ち冷却剤で飽和されている数個の毛細管構造を特徴とする、ハウジングを有するヒートパイプ構造によって、半導体部品を冷却するための冷却装置が開示されている。この毛細管構造の浸透率、断面積および有効孔径が調整されて、毛管圧力を高くする。ハウジング内には、断面積が毛細管構造の断面積より大きい付加の通路があり、この通路は毛細管構造よりはるかに低い毛管圧力を示す。そして、その製造と配置もまた高価である。
【０００５】
ＤＥ  １９６  ４１  ７３１  Ａ１には、少なくとも２個の電極を備えたアーク型発電機を冷却するための装置が開示されている。ここで、少なくとも２個の電極の中で、少なくともひとつは対応する多孔性のヒートシンクを備えている。多孔性ヒートシンクは焼結素子で形成され、この素子は鋳型中でプレスされて、陽極に挿入されるか、機械加工されるか、する。スポンジ型の多孔性ヒートシンクには微細通路があり、この通路を通じてガスが流れる。生成された熱が燃焼処理に供給されるように、ヒートシンクを利用することによって、熱損失が最小化される。このようなヒートシンク用に適切な材料としては、タングステンが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、前記従来技術の短所を克服し、冷却能力に優れかつ高い費用効率により製造できる冷却装置を提供することである。本発明の他の課題は、このような冷却装置を製造するプロセスを提供することである。
【０００７】
これらの課題は、それぞれ特許請求の範囲の請求項１および請求項１３に記載する特徴により解決される。本発明の有利な構成と改善事項は、従属項に記載されている。
【０００８】
本発明の基本原理は、冷却装置が所定構造を有し、その突起面に比べて表面積が大きい基板だということにある。望ましくは、構造化基板の表面の少なくとも一部分に熱伝導層が形成される。望ましくは、基板の所定構造は、例えばその厚さ方向にのびている適切な形状の複数の通路を有し、吸熱面に対する放熱面の比が非常に大きく、その比率の大きさが７００以上となることもできる。所定構造とは、従来技術の焼結体とは違って予め決められかつ再現できる、通路の形状、大きさ、個数、および空間分布に関係し、本発明の冷却装置もこのような再現可能な冷却能力を有している。
【０００９】
原特許は、放熱面が所定構造によって吸熱面よりはるかに大きいということによって、これらの課題を解決している。この構造は、基板を貫通してのびている通路によって、この領域に形成されることが望ましい。この領域の一部またはすべての表面が熱伝導コーティングを備え得ることが望ましい。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本出願は、放熱面が粗い表面を持つことによってその表面がもっと広くなるということによって、原特許による解決策を改善している。これは、熱伝導性が良い材料からなる微細粒子を塗布することによって具現されることが望ましい。このような塗布は構造化基板または熱伝導コーティング上に直接行われる。粒子の大きさは数μｍまたは数ｎｍ以下である。熱伝導特性のある、このような粒子はＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕで形成され、または酸化鉄のような金属酸化物からなる。個別粒子の代わりに、スポンジのような多孔性の薄膜酸化物層を塗布することもできる。
【００１１】
製造プロセスは、望ましくは所定の形状、大きさ、個数、および空間分布を有する通路を備えた所定構造の基板を形成する段階と、本発明の改善によって、熱伝導層を前記構造化基板の表面の少なくとも一部分に形成する段階を含む。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記基板は、シリコンまたは同様の材料からなる。基板の構造の形成は、半導体産業においては公知のエッチングプロセスをもって行う。構造、特に通路は、例えば通路の個数、寸法、形状、そして空間配置および空間分布が予め決められるといったような、正確に定義された方式により形成される。これらのパラメータの選択により、４００乃至７００またはそれ以上の吸熱面に対する放熱面の比を得ることができる。これが意味することは、１ｃｍ２の熱源面（吸熱面）に対して、放熱可能な表面積が４００乃至７００ｃｍ２ またはそれ以上になるということである。このような方式によって、大量の熱を熱源から非常に簡単に放出できる。
【００１３】
熱伝導層は、熱伝導性が高い材料、例えば、銀、銅、アルミニウムまたは同様の材料からなる。この層は基板に比べてその厚さが薄く、その比率が５０％以下であることが望ましい。
【００１４】
本発明の一構成によれば、吸熱面は通路の形態をもって構成され、この通路は吸熱面に平行に形成されて基板の厚さ方向にのびている通路と流体連通状態にあることが望ましい。このような方式によって、例えば、空気またはその他気体や液体のような周辺の冷却剤を、熱除去用で通路に流れるようにすることによって、熱輸送能力が向上する。
【００１５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションも又発明となりうる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、又実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１７】
図１において、基板１は、その厚さ方向にのびている複数の通路２を具備することを特徴とする。ここで、基板は長方形体であり、その一面は熱伝導材料からなる層３を備えている。以下、その面は吸熱面と記載する。その面は冷却される対象体６、例えば、マイクロプロセッサー、チップ、他のタイプの電子または電気部品、あるいは他のタイプの冷却を必要とする物体と直接接触されている。
【００１８】
基板１はシリコンまたは同様の材料からなる。基板の構造、即ちここでは通路２は、適切なリソグラフィおよびエッチングプロセスにより形成される。したがって、このような構造は、通路２の配置または空間分布とともに、その個数および寸法を予め定めるという観点から、厳格に定められた方式により形成される。これらのパラメータを選択することによって、４００乃至７００またはそれ以上の吸熱面に対する放熱面の比を得ることができる。ここで、放熱面とは、基板の表面４だけでなく複数の通路２の内面を意味する。この内面は非常に大きい領域である。吸熱面を除外した、側面と内面４が、放熱面を形成する。
【００１９】
熱伝導層３を備えた基板は、望ましくは、熱伝導化合物、例えば熱伝導粘着剤を使用して熱源６に付着している。しかし、熱伝導化合物の材料は、前記熱伝導層の材料と同一であり得るが、必ずしも同一である必要はない。通路２の径は吸熱面に比べて非常に小さく、望ましくは１０−５０μオーダーである。
【００２０】
吸熱面に対する放熱面の比が、１よりはるかに大きく、望ましくは１００よりもはるかに大きい。
【００２１】
熱伝導層３の熱伝導率は非常に高い。熱伝導層３は、例えば銅からなることができる。銅は、その熱伝導性がアルミニウムより非常に高い反面、その比重量もアルミニウムより非常に高い。これによって、完全に銅からなるヒートシンクは重くなり、よって、例えばコンピュータのマザーボードのような回路基板には機械的負荷がかかるようになる。本発明において、熱伝導層３は、その厚さが基板１の厚さに比べて薄く、基板１の厚さは１ｍｍのオーダーであるが、熱伝導層３の厚さはただ１０μ未満であることが望ましい。したがって、例えば銅のような熱伝導材料からなる薄層の場合には、冷却装置の全体重量が非常に低いので機械的応力の問題を無視できる。熱源６と冷却装置との間の接触は全面的でなければならない。即ち、冷却装置は、熱源６の全領域にわたって接触しなければならない。これによって、流体または半流体様態の熱伝導層３の塗布を行った後、能動または受動的にこれを固着させる。熱伝導層を流体または半流体様態で塗布することによって、基板と熱源との間には最適の接触状態を維持できる。熱源の表面は、一般に完全に平らでも滑らかでもないために、基板と熱源との間に点接触だけを発生させてこれらの部品間の結合を弱化させる熱源表面の不均一は、流体または半流体の熱伝導層により補償される。前記熱伝導層は、例えば、シリコン、熱伝導ペースト、アルミニウム、銅、銀などのようなの色々な材料からなることができる。
【００２２】
冷却装置の大きさは比較的小さいが、その面積は冷却される対象体６の放射領域にほぼ対応する。したがって、その厚さはベースの長いエッジの長さよりはるかに薄く、望ましくは１ｍｍの範囲にある。これによって、熱伝導経路は非常に短くなる。それは熱源または吸熱面と、全体的に非常に大きい放熱面の間の熱結合を良くなるようにする。したがって、非常に迅速な熱伝逹が行われて優れる冷却能力を得るようになる。
【００２３】
熱源６からの熱の散逸は、最も単純な場合は構造化基板１の熱伝導層３で受け入れたエネルギーを、例えば空気のような周囲の媒体に伝達することによって行われる。周囲媒体は加熱され、構造化基板を通して流れ大気に移動する。それは、熱源の動作後には継続して加熱されるので、徐々に対流現象が発生する。放熱面、即ち通路２の内壁、表面４、側面全体が、熱伝導層により被覆される場合には、さらに改善される。ここで、多様な変形例が考案でき、その実例を図２ａ乃至２ｆに図示する。
【００２４】
図２ａにおいては、基板１の全面を熱伝導層、即ち下面を層３で、通路２の内壁を層７で、そして表面を層８で被覆する。
【００２５】
図２ｂの実施形態においては、下面を層３で、そして通路２の内壁を層７で被覆であるが、表面４は被覆しない。
【００２６】
図２ｃの実施形態においては、基板１の下面全体を層３で被覆、即ち通路２の下面も層３で密封する。そうでなければ、図２ａのように、他面全体が被覆されてしまう。
【００２７】
図２ｄの実施形態においては、通路２は層３で密封するが、表面４は被覆しない。
【００２８】
図２ｅの実施形態においては、基板１の下面全体を被覆して、通路２が層３により、下部側に密封されるようにする。他面は被覆されない。
【００２９】
図２ｆにおいては、下面だけが層３を備えて、通路２が下部側に開放されるようにする。他の全ての面は被覆されない。
【００３０】
図１および図２において、通路の断面形状は長方形である。もちろん、通路の断面形状は円筒の形状やその他任意の形状を持てる。
【００３１】
通路における加熱された媒体の垂直方向の流れを支援するために、通路の断面形状は、図４ａに示したように、テーパ形状、即ち通路の径が、例えば吸熱面から表面側に減少する形状でありうる。このような形状によって、通路においては冷却剤（例えば、空気）のスピードと関連して、圧力降下が発生し得る。通路の上部領域における圧力が低くなれば、加熱された媒体が容易に除去されて、冷却装置の冷却効率が高まる。通路の断面積が長さ方向に対して変化する場合、流体の全経路の長さにわたって希望の流れ方向に減少するように通路の寸法を設計すれば、対流現象が特に良くなる。したがって、図４ａにおいて、好ましい流れの方向は、冷却される対象体６から通路２を経由して表面４の方向である。ベルヌイ方程式は次の関係式を提供する。
【００３２】
ｐ−ｐ０  ＝  １／２ρＶ２ ［Ａ２／Ａ０２  −  １］
【００３３】
ＡとＡ０、及びｐとｐ０は、通路において空間的に分離されている二つのポイントの断面積とブリッジを示す。Ｖは通路における流体の流量である。
したがって、流体の流れは必ず垂直方向である必要はなく、上から流れて側面へ向かうこともできる。
【００３４】
図４ｂにおいて、通路２は冷却される対象体６に隣接した領域に近接し、表面４側方向に向かうにつれて拡張している。これによって、逆煙突効果が現れる。
【００３５】
また、他の形状の通路も当然考慮し得る。
【００３６】
構造化基板は、色々な方式により製造されることができる。一つの方式は、多様なエッチングプロセスにより、基板に構造を形成する。基板に構造を形成する他の方式は、基板上に構造を転写するために、スタンピングプロセス（熱間または冷間）を使用する。これらの２種類の基本的に異なるプロセスは、組合せて使われることもできる。例えば、連続する孔や通路がある部分構造は、エッチングプロセスにより製造され、その構造と熱源との間に提供される省略可能な構造化基板はスタンピングプロセスにより製造されることができる。
【００３７】
前記基板の構造を形成する他のプロセスは、公知のＬＩＧＡプロセス（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ  ａｎｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｆｏｒｍｉｎｇ）である。このプロセスは、深い垂直構造の製造にも適合する。略１ｍｍ（＝１０００μ）までの深さを得ることができる。ここで、熱伝導材料に被覆される材料（例えば、プラスチック）からなるキャリア層を直接成形できる。このような変形例において、即ちＬＩＧＡプロセスにより全冷却装置用の素子を製造するためには、エッチング段階を必要としない。これによる利点は明らかである。このようなプロセスの変形例に必ず必要な段階は、マスク製造、リソグラフィ（例えば、Ｘ線リソグラフィ）、電気鋳造、鋳型からの除去、例えばプラスチックによる充填、鋳型からの除去である。プラスチックの外形はマスクと同一である。前記プラスチックの外形は、熱伝導材料により被覆される。電気鋳造により生成された外形は、熱伝導コーティングを備えたプラスチックからなる追加の冷却装置に対する製造モデルとなる。他の方法においては、前述した全てのことが有効となり、前述したプロセスの全部または個別部分が採択されたり含まれたりすることができる。
【００３８】
熱伝導層または層らは、蒸気蒸着により形成されることができる。これによって、熱源と冷却装置との間に優れた接触が生成される。何故なら、このプロセスはそれらの部品間に空洞が形成されることを防止するからである。
【００３９】
テーパ型通路の形成は、一般的に、例えば異方性の湿式化学エッチング剤により行われる。この時、Ｖ字型の凹部は［１００］シリコンにより、そしてＵ字型の凹部は［１１０］シリコンにより形成されることができる。
【００４０】
図３は、本発明の改良事項であり、ここで基板の吸熱面は、通路２と、媒体の流れによって接続するスロットまたは溝９とを備える。このような方式により、冷却剤、例えば常温の空気は、これらのスロット９に流れ、冷却される対象体の表面から通路２に熱を伝達して放出できる。
【００４１】
図３の実施形態において、冷却装置は二つのパートから構成される。第１パートは、前述の構造化基板１である。本実施形態の冷却装置の第２パートは、第２基板１０である。前記基板１０は、熱源と第１基板１との間に配置され、スロットや溝を備えた通路構造であることを特徴とする。ここで、これらのスロット９は、互いに平行であり、熱源の表面に平行であり、よって自然に前記第１基板の下面にも平行に形成されている。前記構造に対して他の構成も可能なことは明らかである。第２基板１０は、熱放出用の周囲媒体の供給を増進させる機能を有する。停止動作から見ると、これは煙突の放出口の形態を形成して、熱源からの熱は連続する対流により放出される。第２基板１０は、望ましくは第１基板１より薄く、その下面に熱伝導層３を備える。ここで、二つの変形例が可能である。一番目の変形例では、図３にスロット９’と通路２’が明確に示されているように、そのスロットや溝９が通路と媒体の流れにより接続され、第２基板１０には垂直に形成されている開口または孔が存在することである。二番目の変形例では、図３において通路２”により示されているように、スロット９と通路２との間に媒体の流れによる接続がないことである。
【００４２】
図３の実施形態とは違って、通路２とスロット９とを備える冷却装置の全体は一つの部品により形成されることもある。これは順にエッチングプロセスを行うことによって可能である。図３の二つのパートの構造においては、二つの基板１および１０は、別途に構成された後、熱伝導のために、例えば熱伝導粘着剤により互いに整列接続される。コーティングの形成は図２の実施形態と同様に行われる。熱源がマイクロプロセッサーまたはその他電子部品であれば、本発明の冷却装置はマイクロプロセッサーの製造中にマイクロプロセッサー上に形成されることができる。特に、マイクロプロセッサーがシリコンチップに装着される場合には、冷却装置をマイクロプロセッサーに一体化できる。これによって、製造段階の数が減少し、冷却装置をマイクロプロセッサー上に装着するための調整費用が減少し、生産力が促進され、プロセッサー製造の生産量が増加し、よって全体費用が減少する。冷却装置をマイクロプロセッサーのような熱源に一体化すれば、当業者に公知である簡単な方式、即ち前述のエッチングおよびリソグラフィプロセシングにより、熱源の全面に対して冷却装置を具現できる。所望の場合には、冷却装置をマイクロプロセッサーの内側に陥入した形態で形成することもできる。即ち、冷却装置の上面とマイクロプロセッサーの上面が、同一面上にあるようにすることができる。
【００４３】
図５において、基板１１は、その厚さ方向にのびている複数の通路１２を備えている。ここで、基板は、その一面が熱伝導材料からなる層１３を備える長方形体である。前記面は、以下では吸熱面と記載される。前記面は、冷却される対象体１６、例えばマイクロプロセッサー、チップ、他の形態の電子または電気部品、あるいは他の形態の冷却されるべきボディーと直接接触される。
【００４４】
基板１１は、例えばシリコンや同様の材料からなる。基板の構造、即ち通路１２は、半導体産業で使用されるプロセスである、リソグラフィとエッチングプロセスにより形成される。このようにして、構造の形成は正確に定義された方式、例えば通路１２の個数、寸法、そして配置または空間分布が予め決められる方式により行われる。これらのパラメータの選択により、吸熱面に対する放熱面の比は、例えば４００乃至７００またはそれ以上であり得る。ここで、放熱面は、基板の表面１４だけでなく、それよりはるかに広い複数の通路１２の内面を含む。吸熱面を除いて、これらの内面、表面１４と共に側面が、放熱面を形成する。構造化基板に関連する原特許に図示されているすべての実施形態が可能であり、その内容は本発明に含まれる。
【００４５】
また、放熱面の少なくとも一つの面、しかし望ましくはすべての放熱面は、通路を含めてその表面が粗い。このような粗さは、例えば熱伝導粒子２１を構造化基板上に塗布することによって形成される。これらの粒子は基板上に直接塗布されることができる。基板の表面の一部に熱伝導層１３を形成すれば、これらの粒子２１は熱伝導層１３にも塗布される。このように表面を粗くすることによって、放熱面はもっと広くなる。拡張計数は、図１乃至図４と比較して少なくとも２、望ましくは１０またはそれ以上である。これによって、吸熱面に対する放熱面の比は、１０００乃至７０００またはそれ以上であり得る。
【００４６】
粒子２１の寸法は、数μｍまたはその以下のオーダーであり、特に数ｎｍの範囲に下がったりもする。このような粒子は、例えば酸化鉄のような金属酸化物からなる。他の材料などもまた可能である。
【００４７】
個別粒子の代わりに、スポンジのような多孔性の薄膜酸化物層を塗布することもできる。
【００４８】
表面の拡張によって、表面と空気のような流体との間の熱結合能力が向上する。また、熱放射も向上する。シュテファン  ボルツマン法則によれば、放射能力は放射表面、即ち放熱面積とその温度の４乗（Ｔ４）に比例する。したがって、Ｔ０の周囲温度に対する温度Ｔのボディーの放射能力は次のように表現される。
【００４９】
Ｐｎｅｔ  ＝  ｅσＡ  （Ｔ４−Ｔ０４）
【００５０】
ここで、ｅは放射率（（０≦ｅ≦１）であり、σはシュテファン  ボルツマン定数（＝ ５．６７０３ × １０−８ Ｗ ｍ−２ Ｋ−４）である。コーティングの物質特性は放射率ｅに含まれている。
【００５１】
良好な放射率ｅは、気化処理により被着される金属（Ａｌ、Ｃｕなど）または酸化化合物により達成される。
【００５２】
図６は、基板１１の断面を示す略断面図である。ここで、通路１２は基板を貫通して形成され、通路の側壁は垂直に傾いている。断面形状において、通路の壁は熱源から遠ざかる方に傾くように形成される台形である。例えば基材であるシリコンに対して台形構造（角錐台）が成す固有角度は、５４．７６度である。この角度は、結晶面の位置における対応する変化によって変動し得る。ここで、通路の壁も粒子２１により被覆されてその熱放射面を拡張させる。通路の壁が熱伝導層１７により被覆される場合には、粒子２１がその層に塗布される。これらの粒子は、熱伝導層１８を備えた表面１４と熱伝導層１３を備えた下面とに塗布される。
【００５３】
冷却装置が熱源と一体化しない場合には、冷却装置は、前述のプロセス中の一つにより、個別冷却装置の間に短い距離をおきつつも、部分的には連続するように全面にわたって付着できる。
【００５４】
本発明による冷却装置は、マイクロプロセッサーとは違った形態の熱源についても使われ得ることは自明である。冷却機能を行う付加の支援装置、即ちファンやその他換気装置も当然使われ得る。また、本発明による冷却装置が、熱源から空間的に分離するように配置でき、熱伝導体を通して熱源に接続されるようにすることができる。
【００５５】
以上、本発明について実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることができる。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５６】
【発明の効果】
上記説明から明らかなように、本発明によれば、適切なパラメータの選択により、４００乃至７００またはそれ以上の吸熱面に対する放熱面の比を得て、大量の熱を熱源から非常に簡単に放出できる。
【００５７】
また、本発明によれば、吸熱面が通路の形態を有し、この通路が吸熱面に平行に形成されて基板の厚さ方向にのびている通路と連結されて、周辺の冷却剤を熱除去用で通路に流れるようにすることによって、熱輸送能力を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による冷却装置の斜視図である。
【図２】ａからｆは多様な変形例の熱伝導層を備える図１の冷却装置の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態による図１と同様の斜視図である。
【図４】ａおよびｂは相違の断面の垂直通路を有する図３と同様の斜視図である。
【図５】本発明による冷却装置の斜視図である。
【図６】傾斜している通路壁を備える本発明による基板の略断面図である。
【符号の説明】
１，１１    基板
２，１２    通路
３，１３    熱伝導層
６，１６    対象体
７、１７    熱伝導層
８，１８    熱伝導層
９          溝
１０        第２基板
２１        粒子
【国際公開パンフレット】
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2004518269.tif 000004
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004518269.tif 000035
【国際調査報告】
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