(57)【要約】【課題】  作動流体との接触面積を増大させるようにマイクロチャンネルを有するヒートシンクを提供する。【解決手段】  冷却される対象物が外部に接触設置されるものであって、その内部に複数の流路を形成するマイクロチャンネルが形成された冷却ゾーンと、作動流体が流入される流入部と、流入部と冷却ゾーンとの間に位置し、流入部を通じて流入された作動流体をマイクロチャンネルに分配させる分配部と、冷却ゾーンを経由した作動流体が流出される流出部と、冷却ゾーンと流出部との間に位置し、マイクロチャンネルを通過した流体を収集する収集部とを備える。【選択図】      図２
2007096306.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却される対象物が外部に接触設置されるものであって、その内部に複数の流路を形成するマイクロチャンネルが形成された冷却ゾーンと、
作動流体が流入される流入部と、
前記流入部と前記冷却ゾーンとの間に位置し、前記流入部を通じて流入された作動流体を前記マイクロチャンネルに分配させる分配部と、
前記冷却ゾーンを経由した作動流体が流出される流出部と、
前記冷却ゾーンと前記流出部との間に位置し、前記マイクロチャンネルを通過した流体を収集する収集部とを備えることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記分配部は、
前記流入部側に位置した分配部の入口から前記冷却ゾーン側に位置した分配部の出口へ行くほど、幅が広くなることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記分配部は、
前記流入部側に位置した分配部の入口から前記冷却ゾーン側に位置した分配部の出口へ行くほど、高さが低くなることを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記分配部の長さは、下記の式を満足することを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク：
【数１】
2007096306.tif 000005
ここで、Ｌは、分配部の長さ、Ｄｅは、分配部の出口の幅、Ｄは、分配部の入口の幅、θは、分配部の傾斜角を表す。
【請求項５】
角θは、０°ないし５０°の値を有することを特徴とする請求項４に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記収集部は、
前記冷却ゾーン側に位置した収集部の入口から前記流出部側に位置した収集部の出口へ行くほど、幅が狭くなることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記収集部は、
前記冷却ゾーン側に位置した収集部の入口から前記流出部側に位置した収集部の出口へ行くほど、高さが高くなることを特徴とする請求項６に記載のヒートシンク。
【請求項８】
前記収集部は、
前記分配部と対称構造で形成されたことを特徴とする請求項７に記載のヒートシンク。
【請求項９】
前記分配部と前記冷却ゾーンとの間に形成され、分配される作動流体の流動を安定化させる第１安定部をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載のヒートシンク。
【請求項１０】
前記第１安定部は、前記冷却ゾーンと同じ内部幅及び内部高さに形成されることを特徴とする請求項９に記載のヒートシンク。
【請求項１１】
前記冷却ゾーンと前記収集部との間に形成され、収集される作動流体の流動を安定化させる第２安定部をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のヒートシンク。
【請求項１２】
前記第２安定部は、前記冷却ゾーンと同じ内部幅及び内部高さに形成されることを特徴とする請求項１１に記載のヒートシンク。
【請求項１３】
前記分配部と前記冷却ゾーンとの間に形成され、分配される作動流体の流動を安定化させる第１安定部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項１４】
前記第１安定部は、前記冷却ゾーンと同じ内部幅及び内部高さに形成されることを特徴とする請求項１３に記載のヒートシンク。
【請求項１５】
前記冷却ゾーンと前記収集部との間に形成され、収集される作動流体の流動を安定化させる第２安定部をさらに備えることを特徴とする請求項１４に記載のヒートシンク。
【請求項１６】
前記第２安定部は、前記冷却ゾーンと同じ内部幅及び内部高さに形成されることを特徴とする請求項１５に記載のヒートシンク。
【請求項１７】
冷却される対象物が外部に接触設置されるものであって、その内部に複数の流路を形成するマイクロチャンネルが形成された冷却ゾーンと、
前記冷却される対象物の表面からの熱を除去するために、流体を均一な圧力で前記マイクロチャンネルに分配させる分配部と、
前記マイクロチャンネルを通過した流体を、その圧力分布を実質的に変化させずに収集する収集部とを備えることを特徴とするヒートシンク。
【請求項１８】
前記分配部と前記冷却ゾーンとの間に形成され、前記分配される流体の流動を安定化させる第１安定部をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載のヒートシンク。
【請求項１９】
前記第１安定部は、前記冷却ゾーンと同じ内部幅及び内部高さに形成されることを特徴とする請求項１８に記載のヒートシンク。
【請求項２０】
前記冷却ゾーンと前記収集部との間に形成され、前記収集される流体の流動を安定化させる第２安定部をさらに備えることを特徴とする請求項１９に記載のヒートシンク。
【請求項２１】
前記第２安定部は、前記冷却ゾーンと同じ内部幅及び内部高さに形成されることを特徴とする請求項２０に記載のヒートシンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却される対象物を冷却させるヒートシンクに係り、特に作動流体との接触面積を増大させるようにマイクロチャンネルを有するヒートシンクに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ヒートシンクは、半導体チップなどの冷却される対象物に装着されて、冷却される対象物で発生した熱を吸収して冷却する役割を行う。このヒートシンクは、冷却される対象物の冷却効率を向上させるために、作動流体との接触面積を増大させる方向にその構造が改善されている。
【０００３】
複数のマイクロサイズの流路をなすマイクロチャンネルをヒートシンクに加工した構造のヒートシンクアセンブリが特許文献１に開示されたことがある。
【０００４】
図１に示すように、開示された従来のヒートシンクアセンブリは、作動流体の流入及び流出を行うマニフォールドレイヤー１０と、その上部に形成されて作動流体を冷却するマイクロチャンネルレイヤー２０とから構成される。
【０００５】
マニフォールドレイヤー１０は、作動流体が流入される流入部１１と、前記マニフォールドレイヤー１０で冷却された流体が留まる流体室１３と、この流体室１３内の作動流体が外部に流出される流出口１５と、を有する。
【０００６】
マイクロチャンネルレイヤー２Ｏは、その下面に形成されたマイクロチャンネル２１を備える。このマイクロチャンネル２１は、前記流入部１１と前記流体室１３との間に複数の流路を形成するものであって、マイクロチャンネルレイヤー２０の表面と作動流体との間の接触面積を増大させる。
【０００７】
このように構成されたヒートシンクアセンブリは、複数の流路に作動流体の均一な流動を分配するために、マニフォールドレイヤー１０をマイクロチャンネルレイヤー２０の下面に付着してあらゆる流路で一定な流量を維持させるようにした。
【０００８】
一方、この開示されたヒートシンクアセンブリは、マイクロチャンネルレイヤーとマニフォールドレイヤーとが２層構造で直接連結されているので、その全体厚が厚くなる。したがって、薄形化が要求される電子機器に応用し難いという短所がある。
【特許文献１】米国特許第５，０９９，３１１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、前記したようなマイクロチャンネルヒートシンクアセンブリの問題を解決するためのものであって、厚さの増加を最小化しつつも作動流体を複数の流路それぞれに均一に分配可能になった構造のヒートシンクを提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記目的を達成するために、本発明によるヒートシンクは、冷却される対象物が外部に接触設置されるものであって、その内部に複数の流路を形成するマイクロチャンネルが形成された冷却ゾーンと、作動流体が流入される流入部と、前記流入部と前記冷却ゾーンとの間に位置し、前記流入部を通じて流入された作動流体を前記マイクロチャンネルに分配させる分配部と、前記冷却ゾーンを経由した作動流体が流出される流出部と、前記冷却ゾーンと前記流出部との間に位置し、前記マイクロチャンネルを通過した流体を収集する収集部と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、前記分配部と前記冷却ゾーンとの間及び／または前記冷却ゾーンと前記収集部との間に、前記冷却ゾーンと同じ内部幅及び内部高さに形成されて、分配及び／または収集される作動流体の流動を安定化させる安定部をさらに備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、流入部、分配部、冷却ゾーン、収集部及び流出部が単一のパイプまたはダクトを形成する構造でなっており、ヒートシンク全体の厚さの増加を最小化できる。また、分配部及び収集部の形状を最適化して、作動流体をマイクロチャンネルを構成する複数の流路それぞれに均一に分配できるので、冷却効率を向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
【００１４】
図２は、本発明の実施形態によるヒートシンクを示す平面図であり、図３は、図２の側面図である。
【００１５】
図２及び図３に示すように、本発明の実施形態によるヒートシンク３０は、作動流体を外部のポンプまたはタンクから流入できるパイプまたはダクト構造でなる。このヒートシンク３０は、作動流体フロー３１に沿って順次に配列された作動流体が流入される流入部Ａ、流入された作動流体を分配させる分配部Ｂ、冷却ゾーンＺ、冷却ゾーンを経由した作動流体を収集する収集部Ｅ、及び収集された作動流体が流出される流出部Ｆを備える。
【００１６】
このヒートシンク３０は、熱伝導性の高い材質、例えばシリコン、純粋銅、黄銅、ジュラルミン、アルミニウムなどの材質で形成される。そして、前記作動流体は、外部から吸熱して輸送する媒体であって、空気、液体窒素、水、フロロカーボンなどの流体を使用できる。
【００１７】
前記冷却ゾーンＺは、その外部に冷却される対象物４０が接触設置されるものであって、その内部には、複数の流路を形成するマイクロチャンネル３５が形成されている。前記冷却される対象物４０の例としては、中央処理装置（ＣＰＵ）、レーザダイオードなどの発熱量の多い集積回路が挙げられる。また、マイクロチャンネル３５は、図示したように複数の流路が線状に形成された構造に限定されるものではなく、多様な形状の流路構造を有することも可能である。
【００１８】
前記分配部Ｂは、前記流入部Ａと前記冷却ゾーンＺとの間に位置し、前記流入部Ａを通じて流入された作動流体をマイクロチャンネル３５に分配させる。
【００１９】
この分配部Ｂは、前記流入部Ａ側に位置した分配部の入口から前記冷却ゾーンＺ側に位置した分配部の出口へ行くほど、幅は広くなり、高さは低くなる構造でなったことが望ましい。このように分配部Ｂを形成した場合、均一な流動分配を具現すると共に、分配部Ｂで低い圧力降下を導出して流速が遅くなることを防止できる。
【００２０】
前記収集部Ｅは、前記冷却ゾーンＺ側に位置した収集部の入口から前記流出部Ｆ側に位置した収集部の出口へ行くほど、幅は狭くなり、高さは高くなる構造でなっている。さらに望ましくは、前記収集部Ｅは、前記分配部Ｂと対称構造で形成されている。したがって、前記冷却ゾーンＺを通過した作動流体を均一に再び収集して、圧力分布の変動なしに前記流出部Ｆを通じて外部に流出させることができる。
【００２１】
また、本発明は、前記分配部Ｂと前記冷却ゾーンＺとの間及び／または前記冷却ゾーンＺと前記収集部Ｅとの間に安定部Ｃをさらに備えることが望ましい。前記安定部Ｃは、前記冷却ゾーンＺと同じ内部幅及び内部高さに形成されて、分配及び／または収集される作動流体の流動を安定化させる。
【００２２】
前記分配部Ｂの諸元は、式（１）で表現できる。
【００２３】
【数２】
2007096306.tif 000003
ここで、Ｌは、分配部の長さ、Ｄｅは、分配部の出口の幅、Ｄは、分配部の入口の幅、θは、分配部の傾斜角を表す。
【００２４】
前記傾斜角θは、０°ないし５０°の値を有することが望ましい。ここで、傾斜角θが上限値５０°を超える場合は、図４Ａに示したように、冷却ゾーンの中央部に位置したマイクロチャンネルでの流速が他の所に位置したマイクロチャンネルの流速より速くなって、作動流体の均一な分配を具現できない。
【００２５】
前記安定部Ｃは、式（２）のように表現できる。
【００２６】
【数３】
2007096306.tif 000004
ここで、Ｄｅは、分配部Ｂの出口の長さ、Ｌは、分配部Ｂの長さ、ＬＳは、安定部Ｃの長さを表す。
【００２７】
前記式（１）及び（２）の条件を満足するように前記分配部Ｂと安定部Ｃとを形成した場合において、数値解釈の結果を反映した場合、前記式（１）でＤｅ＝１０ｍｍ、Ｄ＝３ｍｍ、Ｌ＝４．４ｍｍに設定して、角θが３８．５°値を有するように設計できる。この場合、図４Ｂに示したように、あらゆるマイクロチャンネルでの流速が類似するように、均一な流動分配を導出できる。
【００２８】
前記した実施形態は、例示的なものに過ぎず、当業者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施形態が可能である。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想により決まらねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明は、ヒートシンク関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来のヒートシンクを示す部分断面分離斜視図である。
【図２】本発明の実施形態によるヒートシンクを示す平面図である。
【図３】本発明の実施形態によるヒートシンクを示す側面図である。
【図４Ａ】分配部の長さを１ｍｍとし、安定部の長さを９ｍｍとした場合の流速変化を示す図である。
【図４Ｂ】分配部の長さを４．４ｍｍとし、安定部の長さを５．５ｍｍとした場合の流速変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
３０  ヒートシンク
３１  作動流体フロー
３５  マイクロチャンネル
４０  対象物
【図１】
2007096306.tif 000006
【図２】
2007096306.tif 000007
【図３】
2007096306.tif 000008
【図４Ａ】
2007096306.tif 000009
【図４Ｂ】
2007096306.tif 000010