JP2003318343A - ヒートシンク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、十分な冷却能力を有し、かつ、冷
媒循環装置側に大きな駆動力を必要とせず装置の小型化
及び高効率化でき、また、半導体素子内の発熱分布や発
熱応力を考慮した半導体素子のヒートシンクを提供す
る。 【解決手段】 本発明のヒートシンク１３は、冷媒を導
入する導入路１０があり、この導入路１０から導入され
た冷媒を狭窄して流通させるための複数の狭窄路３を含
む仕切体を有する。そして、この仕切体を通って流出す
る冷媒は、単一の空間４を介して仕切体に対面する衝突
壁面に衝突する。その後、衝突壁面に衝突した冷媒は、
排出路１１に排出され、衝突壁面近傍における外壁面に
設けられた冷却対象物設置場所を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子のヒー
トシンクに係る発明であって、特に、冷媒を用いて冷却
する半導体素子のヒートシンクに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体素子のヒートシンクの１つ
である特開平６−１１２３８５記載のノズルを有するヒ
ートシンクについて説明する。図３７にこのヒートシン
クを示す。ここで、１０１は半導体素子、１０２は半導
体ケース、１０３は半田バンプ、１０４は配線基板、１
０５は放熱面、１０６は放熱体、１０７は底部放熱板、
１０８，１０９は垂直放熱板、１１０は天板、１１１は
ノズル、１１２は小穴を示す。ここで、放熱体１０６は
底部放熱板１０７、垂直放熱板１０８，１０９、天板１
１０、ノズル１１１から構成されており、この底部放熱
板１０７上には垂直に円筒状の垂直放熱板１０８が設け
られ、さらにその外側に垂直放熱板１０８を囲むように
円筒状の垂直放熱板１０９が設けられている。この垂直
放熱板１０８には上方より見て放射方向に小穴１１２が
複数設けられている。また、ノズル１１１は天板１１０
の中央を貫通するように設けられており、ノズル１１１
からの冷媒の噴流が底部放熱板１０７に衝突するような
構造となっている。

【０００３】次に図３７のヒートシンクの動作について
説明する。まず、ノズル１１１からの冷媒が噴出され、
その冷媒が底部放熱板１０７に衝突して熱を奪う。さら
に、衝突後の冷媒は小穴１１２から外に噴出し垂直放熱
板１０９に衝突して熱を奪う。

【０００４】次に、従来の半導体素子のヒートシンクの
１つである特開平５−５０８２６５記載のマイクロチャ
ンネルを有するヒートシンクについて説明する。図３８
にこのヒートシンクを示す。ここで、１１３はレーザダ
イオード、１２０はマイクロチャンネル、１３０は頂部
基板、１３２は中間部基板、１３４は下部基板、１３６
は導入孔、１３８は排出孔、１５０は導入路、１５２は
排出路、１５４，１５６はスロットを示す。下部基板１
３４上に中間部基板１３２が設けられ、その中間部基板
１３２はエッチングにより導入路１５０及び排出路１５
２とスロット１５４，１５６が形成される。スロット１
５４，１５６が形成された中間部基板１３２上に頂部基
板１３０を設け、この頂部基板１３０のスロット１５
４，１５６と接する側にマイクロチャンネル１２０をエ
ッチングにより形成する。さらに頂部基板１３０にはス
ロット１５４，１５６を介して導入路１５０及び排出路
１５２に繋がる導入孔１３６及び排出孔１３８が設けら
れている。発熱部であるレーザダイオード１１３はマイ
クロチャンネル１２０が形成された頂部基板１３０上に
設けられている。

【０００５】次に図３８のヒートシンクの動作について
説明する。まず、導入孔１３６から導入路１５０へ冷媒
を導入し、スロット１５４を通ってマイクロチャンネル
１２０に冷媒を噴出させる。この冷媒は、レーザダイオ
ード１１３の真下の頂部基板１３０に衝突して熱を奪
う。その後、冷媒はスロット１５６を通って排出路１５
２へ排出され、さらに排出路１５２を通って排出孔１３
８から排出される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体素子のヒ
ートシンクでは、冷媒の噴流の衝突による熱伝達率は高
い。しかし、上記のノズルを有するヒートシンクの構成
では、ノズル内の表面からの放熱を素子の冷却に有効に
利用できないので十分な冷却性能が得られない恐れがあ
った。

【０００７】一方、上記のマイクロチャンネルを有する
ヒートシンクは、導入路から微細なマルチチャンネルに
冷媒を噴出しなければならないため冷媒循環装置側に大
きな駆動力が必要となり装置の大型化及び効率化の低下
を招くことになる。

【０００８】さらに、上記のノズルを有するヒートシン
クやマイクロチャンネルを有するヒートシンクは、半導
体素子内の発熱分布や発熱応力が全く考慮されていない
ため、発熱分布のある半導体素子の場合に十分な冷却が
行えず、半導体素子の動作特性の低下を招く恐れがあっ
た。

【０００９】そこで、本発明は、十分な冷却能力を有
し、かつ、冷媒循環装置側に大きな駆動力を必要とせず
装置の小型化及び高効率化でき、また、半導体素子内の
発熱分布や発熱応力を考慮した半導体素子のヒートシン
クを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る解決手段
は、冷媒を導入する導入路と、前記導入路から導入され
た前記冷媒を狭窄して流通させる複数の狭窄路を有し、
外壁面と熱的に接続された第１の仕切体と、前記第１の
仕切体から流出するすべての前記冷媒を受け入れる単一
の空間と、前記空間を介して前記第１の仕切体に対面
し、前記第１の仕切体から流出する前記冷媒が衝突する
衝突壁面と、前記空間に受け入れられた前記冷媒を排出
する排出路と、前記衝突壁面近傍における前記外壁面に
設けられた冷却対象物設置場所とを備える。

【００１１】望ましくは、前記空間に受け入れられた前
記冷媒を狭窄して流通させて前記排出路に導く複数の狭
窄路を有し、前記外壁面と熱的に接続された第２の仕切
体をさらに備える。

【００１２】さらに望ましくは、少なくとも前記空間を
規定する壁面近傍の前記狭窄路の水力等価直径が前記冷
却対象物設置場所の幅より小さいことを特徴とする。

【００１３】さらに望ましくは、前記冷却対象物設置場
所に温度分布をもたせるために前記狭窄路の断面積と前
記狭窄路の配置の少なくとも一方を変化させること特徴
とする。

【００１４】さらに望ましくは、前記外壁面付近の前記
衝突壁面と前記第１及び第２の仕切体との距離が、前記
空間の中央部付近の前記衝突壁面と前記第１及び第２の
仕切体との距離より短いことを特徴とする。

【００１５】さらに望ましくは、前記第１及び第２の仕
切体は、等圧気体雰囲気下における金属−ガス系状態図
が共晶点を有する金属を、加圧されたガス雰囲気下に溶
融して凝固させる金属製造方法で作製されたものである
ことを特徴とする。

【００１６】さらに望ましくは、前記冷却対象物設置場
所近傍の前記外壁面は、当該近傍の前記外壁面に生じる
熱応力よりも大きい弾性限度を有する材料で作製された
ことを特徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図１は、実施の
形態１に係るヒートシンクの構造を示した斜視図であ
る。ここで、１はレーザダイオード、２はスリット板、
３は狭窄路、４は単一の空間、５はヒートシンク上板、
６はヒートシンク端部壁、７はヒートシンク側壁、８は
ヒートシンク底板、９は隔壁、１０は導入路、１１は排
出路、１２は冷媒流を示す。

【００１８】図２は、実施の形態１で用いられるヒート
シンクの利用の態様を示した概念図である。ここで、１
３はヒートシンク、１４はマニホールド、１５は冷媒循
環装置、１６は電源、１７は固体結晶を表す。

【００１９】図１に示すヒートシンクは、半導体素子な
どの発熱部の冷却に用いられる。図２では半導体素子と
してレーザダイオード１を用いて以下説明する。半導体
レーザ励起固体レーザの場合、固体結晶１７にレーザダ
イオード１からの発光を集めてレーザ光を出力する。こ
のレーザダイオード１は電源１６から電流が供給されて
発光するが、その際、電気エネルギーを光に変換するた
めの損失が発生し、この損失が熱エネルギーとしてレー
ザダイオード１を発熱させる。そのため、図２のように
レーザダイオード１をヒートシンク１３端部に配置し、
冷媒循環装置１５を用いて冷却させる必要がある。

【００２０】図１に示すヒートシンク１３の構造は、ヒ
ートシンク上板５、ヒートシンク端部壁６、ヒートシン
ク側壁７及びヒートシンク底板８で囲まれた空間に、隔
壁９を設けて導入路１０と排出路１１を水平方向に折り
返して並設した構造である。この導入路１０と排出路１
１の折返し位置に仕切体である複数のスリット板２が導
入路１０と排出路１１に平行に設けられ狭窄路３を形成
している。この複数のスリット板２はヒートシンク上板
５と接するためヒートシンク上板５と熱的に接続されて
いる構造であるが、ヒートシンク端部壁６とは単一の空
間４を介して接しているためヒートシンク端部壁６とは
熱的に接続されていない構造である。ここでヒートシン
ク上板５と接するヒートシンク端部壁６の外壁面上が冷
却対象物設置場所とされ、レーザダイオード１はこの冷
却対象物設置場所上に設置されている。

【００２１】次に、本実施の形態のヒートシンクにより
どのように冷却されるのかについて説明する。図３は、
図１のヒートシンクのＡ−Ａ面での断面図である。ここ
で、１８は導入孔、１９は排出孔を示す。図４は、図３
のヒートシンクのＢ−Ｂ面での断面図である。図５は、
図４のヒートシンクのＣ−Ｃ面での断面図である。図３
の導入孔１８から導入された冷媒流１２は導入路１０を
通り導入路１０と単一の空間４との間に設けられたスリ
ット板２（第１の仕切体）まで到達する。スリット板２
は図５に示すように狭窄路３形成しており、冷媒流１２
が通過できる断面積が急激に小さくなっている。そのた
め、この狭窄路３を冷媒流１２が通過すると冷媒流１２
の速度は加速され、この加速された冷媒流１２がヒート
シンク端部壁６に衝突し熱を奪うことになる。ヒートシ
ンク端部壁６の内部壁はこのヒートシンクにおける唯一
の衝突壁面である。この衝突により冷媒流１２の方向は
変えられ、隔壁９を隔てて設けられた排出路１１側に冷
却流１２は流れる。その後、冷媒流１２は単一の空間４
と排出路１１との間に設けられたスリット板２（第２の
仕切体）の狭窄路３を通り、排出路１１を流れて排出孔
１９から排出される。

【００２２】次に、本実施の形態のヒートシンク内をど
のように熱が流れるかについて説明する。図６に図４の
断面図に熱の流れを模式化した図を示す。ここで、２０
は熱の流れを示す。まず、発熱部であるレーザダイオー
ド１から発生した熱はヒートシンクに伝わる。その後大
きく２つの熱の流れに分かれる。１つは、ヒートシンク
端部壁６に熱が流れる場合であり、この場合、狭窄路３
で加速された冷媒流がヒートシンク端部壁６に衝突し熱
を奪い冷却することになる。冷媒流が狭窄路３で加速さ
れることにより冷却効率が増す。もう１つは、熱がヒー
トシンク上板５を通ってスリット板２に流れる場合であ
る。この場合、スリット板２は冷媒と接する総表面積が
大きく、また加速された冷媒流が狭窄路３を形成してい
るスリット板２間を流れるため高い冷却効率をもつこと
になる。また、スリット板２はレーザダイオード１の近
傍に設けられ、スリット板２とヒートシンク上板５とは
熱的に接続されている。そのため、熱抵抗は小さく熱が
ヒートシンク上板５を通ってスリット板２まで良好に流
れる。以上の２つの熱の流れから本実施の形態で示され
たヒートシンクは高い冷却効率をもつことになる。ま
た、狭窄路３では冷媒流が層流となっていること、ヒー
トシンク端部壁６への衝突が１回のみであることから冷
媒流の圧力損失は低く抑えることができ、冷媒循環装置
の小型化が可能となる。

【００２３】次に、実施の形態１の変形例を以下に示
す。

【００２４】（変形例１）図７は、変形例１のヒートシ
ンクの断面図である。図８は、図７のヒートシンクのＣ
−Ｃ面での断面図である。実施の形態１のヒートシンク
構造では図３に示すように、スリット板２は単一の空間
４と導入路１０との間及び単一の空間４と排出路１１と
の間の双方に設けられていたが、変形例１では単一の空
間４と導入路１０との間のみに仕切体であるスリット板
２（第１仕切体）が設けられている構造である。これに
より、排出路１１側に狭窄路３となるスリット板２が存
在しないため冷媒流１１の圧力損失をより低く抑えるこ
とができる。したがって、さらに冷媒循環装置の小型化
が可能となる。

【００２５】（変形例２）図９は、変形例２のヒートシ
ンクの断面図である。図１０は、図９のヒートシンクの
Ｂ−Ｂ面での断面図である。図１２は、図１０のヒート
シンクのＣ−Ｃ面での断面図である。実施の形態１のヒ
ートシンク構造では図３に示すように、導入路１０と排
出路１１とが水平方向に折り返して並設されていたが、
変形例２では導入路１０と排出路１１とが垂直方向に折
り返して並設された構造である。

【００２６】図９及び図１０に示すヒートシンクの構造
は、ヒートシンク上板５、ヒートシンク端部壁６、ヒー
トシンク側壁７及びヒートシンク底板８で囲まれた空間
に、導入路１０と排出路１１とが上下２段になるように
垂直方向に折り返して並設されている。この導入路１０
と排出路１１とは複数のスリット板２間の狭窄路３を介
して繋がっている構造である。この複数のスリット板２
はヒートシンク端部壁６と接して設けられているため、
ヒートシンク端部壁６と熱的に接続されている構造であ
るが、ヒートシンク上板５とは単一の空間４を介して接
しているためヒートシンク上板５とは熱的に接続されて
いない構造である。ここでヒートシンク上板５と接する
ヒートシンク端部壁６の外壁面上が冷却対象物設置場所
とされ、レーザダイオード１はこの冷却対象物設置場所
上に設置されている。

【００２７】次に、本変形例のヒートシンクによりどの
ように冷却されるのかについて説明する。図９及び図１
０の導入孔１８から導入された冷媒流１２は、導入路１
０を通り導入路１０と単一の空間４との間に設けられた
スリット板２（第１の仕切体）まで到達する。スリット
板２は図９及び図１２に示すように狭窄路３を形成して
おり、冷媒流１２が通過できる断面積が急激に小さくな
っている。そのため、この狭窄路３を冷媒流１２が通過
すると冷媒流１２の速度は加速され、この加速された冷
媒流１２がヒートシンク上板５の内部壁に衝突し熱を奪
うことになる。ヒートシンク上板５の内部壁はこのヒー
トシンクにおける唯一の衝突壁面である。この衝突によ
り冷媒流１２の方向は変えられ、排出路１１側に冷却流
１２は流れ、その後、排出路１１を流れて排出孔１９か
ら排出される。

【００２８】次に、本変形例のヒートシンク内をどのよ
うに熱が流れるかについて説明する。図１１に図１０の
断面図に熱の流れを模式化した図を示す。まず、発熱部
であるレーザダイオード１から発生した熱はヒートシン
クに伝わる。その後大きく２つの熱の流れに分かれる。
１つは、ヒートシンク上板５に熱が流れる場合であり、
この場合、狭窄路３で加速された冷媒流がヒートシンク
上板５に衝突し熱を奪い冷却することになる。冷媒流が
スリット板２で加速されることにより冷却効率が増す。
もう１つは、熱がヒートシンク端部壁６を通ってスリッ
ト板２に流れる場合である。この場合、スリット板２は
冷媒と接する総表面積が大きく、また加速された冷媒流
がスリット板２で形成された狭窄路３を流れるため高い
冷却効率をもつことになる。また、スリット板２はレー
ザダイオード１の近傍に設けられ、スリット板２とヒー
トシンク上板５とは熱的に接続されている。そのため、
熱抵抗は小さく熱がヒートシンク上板５を通ってスリッ
ト板２まで良好に流れる。以上の２つの熱の流れから実
施の形態１と同様変形例２に示されたヒートシンクも高
い冷却効率をもつことになる。また、狭窄路３では冷媒
流が層流となっていること、ヒートシンク端部壁６への
衝突が１回のみであることから冷媒流の圧力損失は低く
抑えることができ、冷媒循環装置の小型化が可能とな
る。

【００２９】図１３及び図１４に、変形例２のバリエー
ションとしてスリット板２を導入路１０側に大きく広げ
た場合のヒートシンクの構造を示す。基本的には変形例
２と同じであるが、スリット板２と冷媒とが接する総表
面積が大きくなるため、さらに冷却効率が向上する。

【００３０】（実施の形態２）図１５は、実施の形態２
で用いられるヒートシンクの構造を示した断面図であ
る。ここで、２１は複数の貫通孔を有する板を表す。図
１６は、図１５のヒートシンクのＢ−Ｂ面での断面図で
ある。図１７は、図１６のヒートシンクのＣ−Ｃ面での
断面図である。図１５及び図１６に示すヒートシンクの
構造は、ヒートシンク上板５、ヒートシンク端部壁６、
ヒートシンク側壁７及びヒートシンク底板８で囲まれた
空間に、隔壁９を設けて導入路１０と排出路１１とを水
平方向に折り返して並設した構造である。この導入路１
０と排出路１１の折返し位置に仕切体である複数の貫通
孔を有する板２１が導入路１０と排出路１１を塞ぐよう
に設けられている。この複数の貫通孔を有する板２１は
ヒートシンク上板５と接するため、ヒートシンク上板５
と熱的に接続されている構造であるが、ヒートシンク端
部壁６とは単一の空間４を介して接するためヒートシン
ク端部壁６とは熱的に接続されていない構造である。こ
こでヒートシンク上板５と接するヒートシンク端部壁６
の外壁面上が冷却対象物設置場所とされ、レーザダイオ
ード１はこの冷却対象物設置場所上に設置されている。

【００３１】次に、本実施の形態のヒートシンクにより
どのように冷却されるのかについて説明する。図１５の
導入孔１８から導入された冷媒流１２は導入路１０を通
り導入路１０と単一の空間４との間に設けられた複数の
貫通孔を有する板２１（第１の仕切体）まで到達する。
複数の貫通孔を有する板２１上の貫通孔が、図１７に示
すように狭窄路３を形成しており、冷媒流１２が通過で
きる断面積が急激に小さくなっている。そのため、この
狭窄路３を冷媒流１２が通過すると冷媒流１２の速度は
加速され、この加速された冷媒流１２がヒートシンク端
部壁６の内部壁に衝突し熱を奪うことになる。ヒートシ
ンク端部壁６の内部壁はこのヒートシンクにおける唯一
の衝突壁面である。この衝突により冷媒流１２の方向は
変えられ、隔壁９を隔てて設けられた排出路１１側に冷
媒流１２は流れる。その後、冷媒流１２は単一の空間４
と排出路１１との間に設けられた複数の貫通孔を有する
板２１（第２の仕切体）の貫通孔である狭窄路３を通
り、排出路１１を流れて排出孔１９から排出される。

【００３２】次に、本実施の形態のヒートシンク内の熱
の流れは、基本的には、実施の形態１と同様であり、ス
リット板２が複数の貫通孔を有する板２１に置き換わっ
ているだけである。（図示せず。）まず、レーザダイオ
ード１から発生した熱はヒートシンクに伝えられ、その
後大きく２つの熱の流れに分かれる。１つは、ヒートシ
ンク端部壁６に熱が流れる場合であり、この場合、狭窄
路３で加速された冷媒流がヒートシンク端部壁６に衝突
し熱を奪い冷却することになる。冷媒流が狭窄路３を形
成している複数の貫通孔を有する板２１で加速されるこ
とにより冷却効率が増す。もう１つは、熱がヒートシン
ク上板５を通って複数の貫通孔を有する板２１に流れる
場合である。この場合、複数の貫通孔を有する板２１は
冷媒と接する総表面積が大きく、また加速された冷媒流
が狭窄路３を流れるため高い冷却効率をもつことにな
る。また、複数の貫通孔を有する板２１はレーザダイオ
ード１の近傍に設けられ、複数の貫通孔を有する板２１
とヒートシンク上板５とは熱的に接続されている。その
ため、熱抵抗は小さく熱がヒートシンク上板５を通って
複数の貫通孔を有する板２１まで良好に流れる。以上の
２つの熱の流れから本実施の形態で示されたヒートシン
クは高い冷却効率をもつことになる。また、狭窄路３で
は冷媒流が層流となっていること、ヒートシンク端部壁
への衝突が１回のみであることから冷媒流の圧力損失は
低く抑えることができ、冷媒循環装置の小型化が可能と
なる。

【００３３】次に、実施の形態２の変形例を以下に示
す。

【００３４】（変形例１）図１８は、変形例１のヒート
シンクの断面図である。図１９は、図１８のヒートシン
クのＣ−Ｃ面での断面図である。実施の形態２のヒート
シンク構造では図１５に示すように、複数の貫通孔を有
する板２１は単一の空間４と導入路１０との間及び単一
の空間４と排出路１１との間の双方に設けられていた
が、変形例１では単一の空間４と導入路１０との間にの
み仕切体である複数の貫通孔を有する板２１（第１仕切
体）が設けられている構造である。これにより、排出路
１１側に狭窄路３となる複数の貫通孔を有する板２１が
ないため冷媒流の圧力損失をより低く抑えることができ
る。したがって、さらに冷媒循環装置の小型化が可能と
なる。

【００３５】（変形例２）図２０は、変形例２のヒート
シンクの断面図である。図２１は、図２０のヒートシン
クのＢ−Ｂ面での断面図である。実施の形態２のヒート
シンク構造では図１５に示すように、導入路１０と排出
路１１とが水平方向に折り返して並設されていたが、変
形例２では導入路１０と排出路１１とが垂直方向に折り
返して並設された構造である。

【００３６】図２０及び図２１に示すヒートシンクの構
造は、ヒートシンク上板５、ヒートシンク端部壁６、ヒ
ートシンク側壁７及びヒートシンク底板８で囲まれた空
間に、導入路１０と排出路１１とが上下２段になるよう
に垂直方向に折り返して並設されている。この導入路１
０と排出路１１とは複数の貫通孔を有する板２１上の貫
通孔である狭窄路３を介して繋がっている構造である。
この複数の貫通孔を有する板２１はヒートシンク端部壁
６と接して設けられているため、ヒートシンク端部壁６
と熱的に接続されている構造であるが、ヒートシンク上
板５とは単一の空間４を介して接しているためヒートシ
ンク上板５とは熱的に接続されていない構造である。こ
こでヒートシンク上板５と接するヒートシンク端部壁６
の外壁面上が冷却対象物設置場所とされ、レーザダイオ
ード１はこの冷却対象物設置場所上に設置されている。

【００３７】次に、本変形例のヒートシンクによりどの
ように冷却されるのかについて説明する。図２０及び図
２１の導入孔１８から導入された冷媒流１２は導入路１
０を通り導入路１０と単一の空間４との間に設けられた
複数の貫通孔を有する板２１（第１の仕切体）まで到達
する。複数の貫通孔を有する板２１上の貫通孔は狭窄路
３を形成しており、冷媒流１２が通過できる断面積が急
激に小さくなっている。そのため、この狭窄路３を冷媒
流１２が通過すると冷媒流１２の速度は加速され、この
加速された冷媒流１２がヒートシンク上板５の内部壁に
衝突し熱を奪うことになる。ヒートシンク端部壁６の内
部壁はこのヒートシンクにおける唯一の衝突壁面であ
る。この衝突により冷媒流１２の方向は変えられ、排出
路１１側に冷媒流１２は流れ、その後、排出路１１を流
れて排出孔１９から排出される。

【００３８】本変形例のヒートシンク内の熱の流れにつ
いては、基本的には、実施の形態１の変形例２と同様で
あり、スリット板２が複数の貫通孔を有する板２１に置
き換わっているだけである。（図示せず。）まず、レー
ザダイオード１から発生した熱はヒートシンクに伝えら
れ、その後大きく２つの熱の流れに分かれる。１つは、
ヒートシンク上板５に熱が流れる場合であり、この場
合、狭窄路３で加速された冷媒流がヒートシンク上板５
に衝突し熱を奪い冷却することになる。冷媒流が狭窄路
３を形成する複数の貫通孔を有する板２１で加速される
ことにより冷却効率が増す。もう１つは、熱がヒートシ
ンク端部壁６を通って複数の貫通孔を有する板２１に流
れる場合である。この場合、複数の貫通孔を有する板２
１は冷媒と接する総表面積が大きく、また加速された冷
媒流が狭窄路３を流れるため高い冷却効率をもつことに
なる。また、複数の貫通孔を有する板２１はレーザダイ
オード１の近傍に設けられ、複数の貫通孔を有する板２
１とヒートシンク上板５とは熱的に接続されている。そ
のため、熱抵抗は小さく熱がヒートシンク上板５を通っ
て複数の貫通孔を有する板２１まで良好に流れる。以上
の２つの熱の流れから実施の形態１と同様変形例２に示
されたヒートシンクも高い冷却効率をもつことになる。
また、狭窄路３では冷媒流が層流となっていること、ヒ
ートシンク端部壁への衝突が１回のみであることから冷
媒流の圧力損失は低く抑えることができ、冷媒循環装置
の小型化が可能となる。

【００３９】次に、実施の形態２及びその変形例で示し
た複数の貫通孔を有する板２１を設けたヒートシンクで
は、貫通孔の径及び位置が冷却効率に影響を与える。そ
のため、以下に説明する。まず、変形例２で示したヒー
トシンクの構造を例に考える。図２２に図２１の複数の
貫通孔を有する板２１の部分を拡大した図を示す。ここ
で、２２は剥離領域、２３は再付着点、２４は冷却効率
の高い領域を表す。

【００４０】冷媒流１２は複数の貫通孔を有する板２１
の貫通孔を通過した後、ヒートシンク端部壁６に沿って
流れるが、粘性によりヒートシンク上板５に衝突する前
にヒートシンク端部壁６から剥離することになる。その
後、剥離した冷媒流１２はヒートシンク上板５上の再付
着点２３で再びヒートシンク上板５に沿って流れる。そ
のため、ヒートシンク上板５とヒートシンク端部壁６と
の角に剥離領域２２が形成されることになり、この剥離
領域２２の部分は冷却効率が低下するためヒートシンク
上板５と接するヒートシンク端部壁上に設置されている
レーザダイオード１を十分冷却できなくなる。一方、再
付着点２３より下流の領域は、冷媒流１２がヒートシン
ク上板５に衝突して急激に流れの方向が変化するため熱
伝達率が大きくなり冷却能力が向上する。この領域を冷
却効率の高い領域２４とする。

【００４１】したがって、発熱部であるレーザダイオー
ド１を十分冷却するためには、図２３に示すように剥離
領域２２を小さくすること、すなわち再付着点２３を発
熱部に近づける必要がある。剥離領域２２の大きさ（幅
Ｗｒ及び高さＬｒ）や再付着点２３は、水力等価直径Ｄ
ｅ及び狭窄路の位置により影響を受ける。ここで、水力
等価直径Ｄｅは、Ｄｅ＝４×Ａ／Ｌと定義され、Ａは狭
窄路の断面積、Ｌは狭窄路の濡れ縁長さ（冷媒に接する
壁面の長さ）である。実施の形態２では狭窄路は円形の
貫通孔であり、その直径をＤとした場合、Ａ＝π×（Ｄ
／２）²、Ｌ＝π×Ｄで水力等価直径Ｄｅ＝４×Ａ／Ｌ
＝Ｄとなる。したがって、狭窄路が円形の貫通孔の場合
は貫通孔の直径Ｄが水力等価直径Ｄｅとなる。

【００４２】そのため、貫通孔の径Ｄを発熱部の幅Ｗｈ
ｓに比べ十分小さくし、貫通孔の位置をヒートシンク端
部壁６の近傍に設けることにより発熱部であるレーザダ
イオード１を十分冷却することができる。なお、図２２
及び図２３では理解を容易にするために貫通孔はヒート
シンク端部壁６に最も近い１列のみしか記載していない
が、複数列の場合であっても同様の現象となる。また、
狭窄路が円形の貫通孔と異なる形状の場合は、水力等価
直径Ｄｅを発熱部の幅Ｗｈｓより十分小さくし、狭窄路
の位置をヒートシンク端部壁６の近傍に設けることによ
り発熱部であるレーザダイオード１を十分冷却すること
ができる。

【００４３】（実施の形態３）実施の形態１、実施の形
態２及びそれらの変形例において冷却効率を高めるため
にスリット板２や複数の貫通孔を有する板２１が設けら
れたが、これらは、基本的に発熱部を均一に冷却するよ
うに構成されている。しかし、発熱部によっては均一に
冷却しない方が望ましい場合もある。例えば発熱部がレ
ーザダイオードの場合がある。レーザダイオードを溶接
や切断に用いるには、レーザダイオード素子内の発振波
長が一様に揃っていることが必要とされるが、レーザダ
イオード素子の発振波長はレーザダイオード素子の温度
と素子にかかる応力の関数で決まる。しかし、レーザダ
イオードを動作させると発熱のためレーザダイオード素
子からヒートシンクまでの各部が温度上昇し、各部材料
の線膨張係数の違いにより、レーザダイオード素子に熱
応力が生じる。特にレーザダイオードの高出力化にとも
ない発熱密度が増大し、さらに温度上昇する。そのた
め、レーザダイオード素子にかかる熱応力が増大する。
その結果、応力による発振波長シフトが起こりレーザダ
イオードのビーム品質の低下が無視できなくなる。そこ
で、レーザダイオードの応力による発振波長シフト分を
レーザダイオードに温度分布をもたせることにより温度
による発振波長シフトで補償する。そのために、レーザ
ダイオードを一様に冷却するのではなく、レーザダイオ
ードに温度分布をもたせるように冷却する必要がある。

【００４４】次に、レーザダイオードに温度分布をもた
せるように冷却するために、スリット板２や複数の貫通
孔を有する板２１の形状を考慮する。ここで、動作時に
レーザダイオードの端部により高い熱応力が発生する場
合を考えると、レーザダイオードの素子の中央部の温度
が低くなるように温度分布をもたせる必要がある。その
ためには、レーザダイオードの端部の放熱性能を高くす
るようなスリット板２の形状にしなければならない。図
２４は、ヒートシンクのスリット板２部分を拡大した断
面図である。図２４では、スリット板厚を変化させるこ
とにより狭窄路３の配置を変化させている。つまり、狭
窄路３をヒートシンク側壁７の近傍付近に多く設けるこ
とにより、レーザダイオードの端部付近のヒートシンク
端部壁６に多くの冷媒流１２を衝突させ放熱性能を高く
することができる。これにより、結果としてレーザダイ
オードの素子の中央部の温度が低くなるような温度分布
に冷却でき、レーザダイオードの応力による発振波長シ
フト分をレーザダイオードに温度分布をもたせることに
より温度による発振波長シフトで補償することができ、
均一の発振波長を有する品質の高いビームが得られる。
なお、図２４では、導入路１０と排出路１１とが水平方
向に折り返して並設されている場合を示したが、導入路
１０と排出路１１とが上下２段になるように垂直方向に
折り返して並設されている場合も同様である。

【００４５】図２４では、狭窄路３の配置を変化させて
温度分布を生じさせたが、図２５では、狭窄路３の断面
積を変化させて温度分布を生じさせる場合である。具体
的には、隣り合うスリット板２の間隔をヒートシンク側
壁７近傍では狭く、隔壁９近傍では広くすることにより
行っている。隣り合うスリット板２の間隔をヒートシン
ク側壁７近傍では狭くすることにより冷媒流１２の流速
を高くし、レーザダイオードの端部の付近のヒートシン
ク端部壁６に高速の冷媒流１２を衝突させ放熱性能を高
くし、狭窄路３の配置を変化させる場合と同様の効果を
得るようにしている。図２６では、図２４の狭窄路３の
配置を変化させる場合と図２５狭窄路３の断面積を変化
させる場合を組み合わせて用いた例を示している。

【００４６】一方、動作時にレーザダイオードの中央部
により高い熱応力が発生する場合を考えると、レーザダ
イオードの素子の端部の温度が低くなるように温度分布
をもたせる必要がある。その場合、図２７に示すように
狭窄路３を隔壁９の近傍付近に多く設けることにより、
レーザダイオードの中央部付近のヒートシンク端部壁６
に多くの冷媒流１２を衝突させ放熱性能を高くすること
ができる。また、上記で述べたように、隔壁９の近傍付
近の狭窄路３の断面積を小さくする場合や、狭窄路３を
隔壁９の近傍付近に多く設けることと隔壁９の近傍付近
の狭窄路３の断面積を小さくすることとを組み合わせる
場合でも、レーザダイオードの素子の端部の温度が低く
なるように温度分布をもたせることができる（図示せ
ず。）。

【００４７】次に、複数の貫通孔を有する板２１を備え
るヒートシンクの場合を考える。この場合でも原理的に
はスリット板２の場合と同様であり、図２８に、ヒート
シンクの複数の貫通孔を有する板２１を拡大した断面図
を示す。なお、図示の関係上導入路１０と排出路１１と
が上下２段になるように垂直方向に折り返して並設され
ている場合を示したが、導入路１０と排出路１１とが水
平方向に折り返して並設されている場合も同様である。
貫通孔の分布密度を変化させることにより狭窄路３の配
置を変化させている。つまり、狭窄路３をヒートシンク
側壁７の近傍付近に多く設けることにより、レーザダイ
オードの端部付近のヒートシンク端部壁６に多くの冷媒
流１２を衝突させ放熱性能を高くすることができる。図
２９では、狭窄路３の断面積を変化させて温度分布を生
じさせる場合である。具体的には、貫通孔の径をヒート
シンク側壁７近傍では小さく、中央部近傍では大きくす
ることにより行っている。貫通孔の径を小さくすること
により冷媒流１２の流速を高くし、レーザダイオードの
端部の付近のヒートシンク端部壁６に高速の冷媒流１２
を衝突させ放熱性能を高くしている。図３０では、図２
８の狭窄路３の配置を変化させる場合と図２９狭窄路３
の断面積を変化させる場合を組み合わせて用いた例を示
している。さらに、図３１に、動作時にレーザダイオー
ドの中央部により高い熱応力が発生する場合の例を示し
ている。基本的には図２８から図３１の効果は、図２４
から図２７の効果と同様である。

【００４８】（実施の形態４）発熱部であるレーザダイ
オード１から発生した熱は、実施の形態１又は実施の形
態２でも述べたようにヒートシンク１３に伝えられ、そ
の後大きく２つの熱の流れに分かれる。１つは、ヒート
シンク端部壁６に熱が流れる場合、もう１つは、熱がヒ
ートシンク上板５を通ってスリット板２又は複数の貫通
孔を有する板２１に流れる場合である。上記に述べたよ
うに、ヒートシンク上板５を通る場合にヒートシンク上
板５の熱抵抗が小さいため、熱はヒートシンク上板５を
良好に流れる。しかし、小さいとは言えヒートシンク上
板５には熱抵抗があり、この熱抵抗により温度差が生じ
る。この温度差は、発熱部の機能確保に必要な温度差内
に抑える必要があるため、ヒートシンク端部壁６とスリ
ット板２又は複数の貫通孔を有する板２１との距離Ｌｗ
を短くし熱抵抗を小さくする必要がある。

【００４９】しかし、スリット板２又は複数の貫通孔を
有する板２１が形成する狭窄路３の形状が所定の形状の
場合に、冷媒流１２の圧力損失は、ヒートシンク端部壁
６に沿った冷媒の流速Ｖｙの最大値であるＶｙｍの２乗
に比例して大きくなる。ここで、冷媒の流速Ｖｙは、冷
媒の流量Ｍｗが所定の値の場合に、ヒートシンク端部壁
６とスリット板２又は複数の貫通孔を有する板２１との
距離Ｌｗやヒートシンク端部壁６とスリット板２又は複
数の貫通孔を有する板２１との間の断面積Ｓｗが小さく
なるにつれて大きくなる。

【００５０】したがって、ヒートシンク上板５の熱伝導
の熱抵抗により生じる温度差の点から考えると、ヒート
シンク端部壁６とスリット板２又は複数の貫通孔を有す
る板２１との距離Ｌｗを短くすべきであるが、冷媒流１
２の圧力損失の点から考えると、ヒートシンク端部壁６
とスリット板２又は複数の貫通孔を有する板２１との距
離Ｌｗは長くしなければならない。そこで、本実施の形
態では、熱抵抗により生じる温度差を小さく抑えなが
ら、冷媒の圧力損失も低く抑えることが可能なヒートシ
ンクを提供する。

【００５１】図３２に本実施の形態のヒートシンクの断
面図を示す。ここでは、ヒートシンク側壁面付近７（０
又はＷｈａ付近）のヒートシンク端部壁６とスリット板
２との距離Ｌｗが、ヒートシンクの中央部付近（Ｗｄｅ
付近）のヒートシンク端部壁６とスリット板２との距離
Ｌｗより短くなるように距離Ｌｗを段階的に変化させた
スリット板２が設けられている。スリット板２ではなく
複数の貫通孔を有する板の場合にも適用できる。以下
に、本実施の形態に示した構造により熱抵抗により生じ
る温度差を小さく抑えながら、冷媒の圧力損失も低く抑
えることが可能となることについて説明する。

【００５２】まず、実施の形態１で示した図３のような
ヒートシンク端部壁６とスリット板２との距離Ｌｗが所
定の値の場合について考える。いま、図３３（ａ）に示
すように冷媒の流量Ｍｗがヒートシンク側壁面付近７
（０又はＷｈａ付近）で最小、ヒートシンクの中央部付
近（Ｗｄｅ付近）で最大となるように仮定する。ヒート
シンク端部壁６とスリット板２との距離Ｌｗとヒートシ
ンク端部壁６とスリット板２との間の断面積ＳｗはＬｗ
１とＳｗ１であるため（図３３（ｂ），（ｃ））、冷媒
の流速Ｖｙはヒートシンク側壁面付近７（０又はＷｈａ
付近）で最小の０、ヒートシンクの中央部付近（Ｗｄｅ
付近）で最大のＶｙｍ１となる（図３３（ｄ））。

【００５３】次に、本実施の形態で示した図３２のよう
なスリット板２の配置の場合について考える。いま、図
３４（ａ）に示すように冷媒の流量Ｍｗがヒートシンク
側壁面付近７（０又はＷｈａ付近）で最小、ヒートシン
クの中央部付近（Ｗｄｅ付近）で最大となるように仮定
する。ヒートシンク端部壁６とスリット板２との距離Ｌ
ｗとヒートシンク端部壁６とスリット板２との間の断面
積Ｓｗは、ヒートシンク側壁面付近７（０又はＷｈａ付
近）でともに最小の０、ヒートシンクの中央部付近（Ｗ
ｄｅ付近）でともに最大のＬｗ１，Ｓｗ１となるため
（図３４（ｂ），（ｃ））、冷媒の流速ＶｙはＶｙｍ１
の所定の値となる（図３４（ｄ））。なお、図３４にお
けるＬｗとＳｗの平均値はＬｗ２，Ｓｗ２とする。

【００５４】さらに、図３３に示したのと同様ヒートシ
ンク端部壁６とスリット板２との距離Ｌｗが所定の値
で、かつＬｗ１より小さい場合について考える。いま、
図３５（ａ）に示すように冷媒の流量Ｍｗがヒートシン
ク側壁面付近７（０又はＷｈａ付近）で最小、ヒートシ
ンクの中央部付近（Ｗｄｅ付近）で最大となるように仮
定する。ヒートシンク端部壁６とスリット板２との距離
Ｌｗとヒートシンク端部壁６とスリット板２との間の断
面積ＳｗはＬｗ２とＳｗ２であるため（図３５（ｂ），
（ｃ））、冷媒の流速Ｖｙはヒートシンク側壁面付近７
（０又はＷｈａ付近）で最小の０、ヒートシンクの中央
部付近（Ｗｄｅ付近）で最大のＶｙｍ２となる（図３５
（ｄ））。

【００５５】ここで、熱抵抗により生じる温度差を小さ
く抑えるためには熱抵抗を小さくする必要がある。この
熱抵抗はヒートシンク端部壁６とスリット板２との距離
Ｌｗに比例するため、Ｌｗ１＞Ｌｗ２より図３４や図３
５に示したようなスリット板２配置を備えるヒートシン
クの方が熱抵抗が小さい。なお、ヒートシンク端部壁６
とスリット板２との距離Ｌｗが一様でない場合にはその
平均値が熱抵抗と比例する。よって、図３４や図３５に
示したようなスリット板２配置を備えるヒートシンクの
方が熱抵抗により生じる温度差を小さく抑えることがで
きる。一方、冷媒の圧力損失を低く抑えるためには、冷
媒の圧力損失が冷媒の流速の最大値Ｖｙｍの２乗に比例
することから冷媒の流速の最大値Ｖｙｍを小さくする必
要がある。そのため、Ｖｙ１＜Ｖｙ２より図３３や図３
４に示したようなスリット板２配置を備えるヒートシン
クの方が冷媒の圧力損失が低い。

【００５６】したがって、熱抵抗により生じる温度差を
小さく抑えながら、冷媒の圧力損失も低く抑えることを
可能とするためには、図３４に示したようなスリット板
２配置を備えるヒートシンクとすれば良いことになる。

【００５７】なお、図３６には、実施の形態３と本実施
の形態とを組み合わせて、熱抵抗により生じる温度差を
小さく抑えながら、冷媒の圧力損失も低く抑えつつ、発
熱部に温度分布をもたせるように冷却できるヒートシン
クの構造の断面図を示している。また、実施の形態３で
示したように狭窄路３の断面積を変化させる場合や狭窄
路３の配置と断面積を組み合わせて変化させる場合も可
能であり、それらと本実施の形態とを組み合わせること
も可能である。さらに、狭窄路３は複数の貫通孔を有す
る板２１で形成しても良い（図示せず。）。

【００５８】（実施の形態５）実施の形態２から実施の
形態４までにおいて複数の貫通孔を有する板２１を備え
るヒートシンクを示したが、この複数の貫通孔を有する
板２１の貫通孔の径は、数１００μｍであり、これを短
時間で安価に製造することは困難であった。そこで、特
開平１０−８８２５４に示されている等圧気体雰囲気下
における金属−ガス系状態図が共晶点を有する金属を、
加圧されたガス雰囲気下に溶融して凝固させるポーラス
（多孔質）金属の製造方法を用いることにより、実施の
形態２において用いる複数の貫通孔を有する板２１を短
時間で安価に製造することができる。

【００５９】（実施の形態６）上述の実施の形態でも示
したように、冷却対象物設置場所近傍の外壁面であるヒ
ートシンク上板５やヒートシンク端部壁６では、発熱体
である半導体素子に接する外側と冷媒と接する内側で温
度差が生じている。この温度差により、ヒートシンク上
板５やヒートシンク端部壁６は熱応力を受け、温度分布
に対応して反るような曲げ応力が生じる。この曲げ応力
がヒートシンク上板５等の材料の弾性限界を超えている
場合、ヒートシンク上板５等は塑性変形を起こす。

【００６０】また、発熱体である半導体素子を断続的に
動作させる場合、曲げ応力によるヒートシンク上板５等
に塑性変形が繰り返し発生し、ヒートシンク上板５等に
曲げ変形が残留し蓄積される。残留蓄積された曲げ変形
が大きくなると半導体素子も、それに伴い曲げ応力を受
ける。そのため、半導体素子に動作不良や寿命の短縮な
どが生じる場合もある。

【００６１】そこで、冷却対象物設置場所近傍の外壁面
であるヒートシンク上板５の一部とヒートシンク端部壁
６を、当該部分で生じる曲げ応力より大きい弾性限度を
もつ材料で作製する。図３７にヒートシンクの断面図に
示す。ここで、曲げ応力より大きい弾性限度をもつ材料
部分２５を斜線で示す。実際のヒートシンクでは、ヒー
トシンク上板５の一部及びヒートシンク端部壁６で予め
想定される曲げ応力より大きい弾性限度として５０Ｎ／
ｍｍ²以上の弾性限度を有する材料で作製する必要があ
る。

【００６２】このようにヒートシンク上板５の一部及び
ヒートシンク端部壁６で予め想定される曲げ応力より大
きい弾性限度をもつ材料で作製することで、外壁の熱変
形による塑性変形が生じない。そのため、半導体素子が
断続的に動作する場合でも、温度変化に伴う変形の繰り
返しによる塑性変形の残留蓄積は生ぜず、ヒートシンク
上板５等は大きく変形しない。したがって、半導体素子
の動作状態を良好な状態に保ち、半導体素子の長寿命化
を図ることができる。

【００６３】

【発明の効果】本発明のヒートシンクは、複数の狭窄路
を流通してた冷媒を受け入れる単一の空間と、狭窄路か
ら流出する冷媒が衝突する衝突壁面を備え、かつ、第１
の仕切体が外壁面と熱的に接続されているので、十分な
冷却能力を有し、かつ、冷媒循環装置側に大きな駆動力
を必要とせず装置の小型化及び高効率化ができる効果が
ある。

【００６４】また、排出路にも複数の狭窄路を備えるの
で、さらに高い冷却能力を有する効果がある。

【００６５】また、狭窄路の水力等価直径が冷却対象物
設置場所の幅より小さくすることで、さらに高い冷却能
力を有する効果がある。

【００６６】また、狭窄路の断面積と狭窄路の配置との
少なくとも一方を変化させることで、十分な冷却能力を
有しつつ、冷媒循環装置側に大きな駆動力を必要としな
いで冷却対象物設置場所に温度分布をもたせる効果があ
る。

【００６７】また、外壁面付近の衝突壁面と仕切体との
距離が、中央部付近の衝突壁面と仕切体との距離より短
いことで、熱抵抗により生じる温度差を小さく抑えなが
ら、冷媒の圧力損失も低く抑えることができる効果があ
る。

【００６８】また、仕切体が等圧気体雰囲気下における
金属−ガス系状態図が共晶点を有する金属を、加圧され
たガス雰囲気下に溶融して凝固させる金属製造方法で作
製されたことで、仕切体に複数の貫通孔を有する板を用
いたヒートシンクを短時間で安価に製造することができ
る効果がある。

【００６９】また、冷却対象物設置場所近傍の外壁面が
当該近傍の外壁面に生じる熱応力よりも大きい弾性限度
を有する材料で作製することで、外壁の熱変形による塑
性変形が生じないので、半導体素子の動作状態を良好な
状態に保ち、半導体素子の長寿命化を図る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１のヒートシンクの構造
を示した斜視図である。

【図２】 本発明の実施の形態１のヒートシンクが利用
されるレーザ発振システムの概念図である。

【図３】 本発明の実施の形態１のヒートシンクの構造
を示した断面図である。

【図４】 本発明の実施の形態１のヒートシンクの構造
を示した断面図である。

【図５】 本発明の実施の形態１のヒートシンクの構造
を示した断面図である。

【図６】 本発明の実施の形態１のヒートシンクの構造
及び熱の流れを示した断面図である。

【図７】 本発明の実施の形態１の変形例１のヒートシ
ンクの構造を示した断面図である。

【図８】 本発明の実施の形態１の変形例１のヒートシ
ンクの構造を示した断面図である。

【図９】 本発明の実施の形態１の変形例２のヒートシ
ンクの構造を示した断面図である。

【図１０】 本発明の実施の形態１の変形例２のヒート
シンクの構造を示した断面図である。

【図１１】 本発明の実施の形態１の変形例２のヒート
シンクの構造及び熱の流れを示した断面図である。

【図１２】 本発明の実施の形態１の変形例２のヒート
シンクの構造を示した断面図である。

【図１３】 本発明の実施の形態１の変形例２のヒート
シンクの構造を示した断面図である。

【図１４】 本発明の実施の形態１の変形例２のヒート
シンクの構造を示した断面図である。

【図１５】 本発明の実施の形態２のヒートシンクの構
造を示した断面図である。

【図１６】 本発明の実施の形態２のヒートシンクの構
造を示した断面図である。

【図１７】 本発明の実施の形態２のヒートシンクの構
造を示した断面図である。

【図１８】 本発明の実施の形態２の変形例１のヒート
シンクの構造を示した断面図である。

【図１９】 本発明の実施の形態２の変形例１のヒート
シンクの構造を示した断面図である。

【図２０】 本発明の実施の形態２の変形例２のヒート
シンクの構造を示した断面図である。

【図２１】 本発明の実施の形態２の変形例２のヒート
シンクの構造を示した断面図である。

【図２２】 本発明の実施の形態２の変形例２のヒート
シンクの貫通孔の一部の構造を示した断面図である。

【図２３】 本発明の実施の形態２の変形例２のヒート
シンクの貫通孔の一部の構造を示した断面図である。

【図２４】 本発明の実施の形態３のヒートシンクのス
リット板の構造を示した断面図である。

【図２５】 本発明の実施の形態３のヒートシンクのス
リット板の構造を示した断面図である。

【図２６】 本発明の実施の形態３のヒートシンクのス
リット板の構造を示した断面図である。

【図２７】 本発明の実施の形態３のヒートシンクのス
リット板の構造を示した断面図である。

【図２８】 本発明の実施の形態３のヒートシンクの複
数の貫通孔を有する板の構造を示した断面図である。

【図２９】 本発明の実施の形態３のヒートシンクの複
数の貫通孔を有する板の構造を示した断面図である。

【図３０】 本発明の実施の形態３のヒートシンクの複
数の貫通孔を有する板の構造を示した断面図である。

【図３１】 本発明の実施の形態３のヒートシンクの複
数の貫通孔を有する板の構造を示した断面図である。

【図３２】 本発明の実施の形態４のヒートシンクのス
リット板の構造を示した断面図である。

【図３３】 本発明の実施の形態４のヒートシンクの流
量、断面積、距離、流量を示したグラフである。

【図３４】 本発明の実施の形態４のヒートシンクの流
量、断面積、距離、流量を示したグラフである。

【図３５】 本発明の実施の形態４のヒートシンクの流
量、断面積、距離、流量を示したグラフである。

【図３６】 本発明の実施の形態４のヒートシンクのス
リット板の構造を示した断面図である。

【図３７】 本発明の実施の形態６のヒートシンクの構
造を示した断面図である。

【図３８】 従来のヒートシンクの構造を示した断面図
である。

【図３９】 従来のヒートシンクの構造を示した斜視図
である。

【符号の説明】

１ レーザダイオード、２ スリット板、３ 狭窄路、
４ 単一の空間、５ヒートシンク上板、６ ヒートシン
ク端部壁、７ ヒートシンク側壁、８ ヒートシンク底
板、９ 隔壁、１０ 導入路、１１ 排出路、１２ 冷
媒流、１３ヒートシンク、１４ マニホールド、１５
冷媒循環装置、１６ 電源、１７固体結晶、１８ 導入
孔、１９ 排出孔、２０ 熱の流れ、２１ 複数の貫通
孔を有する板、２２ 剥離領域、２３ 再付着点、２４
冷却効率の高い領域、１０１ 半導体素子、１０２
半導体ケース、１０３ 半田バンプ、１０４ 配線基
板、１０５ 放熱面、１０６ 放熱体、１０７ 底部放
熱板、１０８，１０９垂直放熱板、１１０ 天板、１１
１ ノズル、１１２ 小穴、１１３ レーザダイオー
ド、１２０ マイクロチャンネル、１３０ 頂部基板、
１３２ 中間部基板、１３４ 下部基板、１３６ 導入
孔、１３８ 排出孔、１５０ 導入路、１５２ 排出
路、１５４，１５６ スロット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 北崎 倉喜 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 熊本 健二 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 大串 哲朗 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 上貝 康己 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 山田 晃 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5E322 AA05 FA01 5F036 AA01 BA05 BB43

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒を導入する導入路と、 前記導入路から導入された前記冷媒を狭窄して流通させ
   る複数の狭窄路を有し、外壁面と熱的に接続された第１
   の仕切体と、 前記第１の仕切体から流出するすべての前記冷媒を受け
   入れる単一の空間と、 前記空間を介して前記第１の仕切体に対面し、前記第１
   の仕切体から流出する前記冷媒が衝突する衝突壁面と、 前記空間に受け入れられた前記冷媒を排出する排出路
   と、 前記衝突壁面近傍における前記外壁面に設けられた冷却
   対象物設置場所と、を備えるヒートシンク。
2. 【請求項２】 前記空間に受け入れられた前記冷媒を狭
   窄して流通させて前記排出路に導く複数の狭窄路を有
   し、前記外壁面と熱的に接続された第２の仕切体をさら
   に備える、請求項１記載のヒートシンク。
3. 【請求項３】 少なくとも前記空間を規定する壁面近傍
   の前記狭窄路の水力等価直径が前記冷却対象物設置場所
   の幅より小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２
   に記載のヒートシンク。
4. 【請求項４】 前記冷却対象物設置場所に温度分布をも
   たせるために前記狭窄路の断面積と前記狭窄路の配置の
   少なくとも一方を変化させること特徴とする請求項１乃
   至請求項３のいずれかに記載のヒートシンク。
5. 【請求項５】 前記外壁面付近の前記衝突壁面と前記第
   １及び第２の仕切体との距離が、前記空間の中央部付近
   の前記衝突壁面と前記第１及び第２の仕切体との距離よ
   り短いことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれ
   かに記載のヒートシンク。
6. 【請求項６】 前記第１及び第２の仕切体は、等圧気体
   雰囲気下における金属−ガス系状態図が共晶点を有する
   金属を、加圧されたガス雰囲気下に溶融して凝固させる
   金属製造方法で作製されたものであることを特徴とする
   請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のヒートシン
   ク。
7. 【請求項７】 前記冷却対象物設置場所近傍の前記外壁
   面は、当該近傍の前記外壁面に生じる熱応力よりも大き
   い弾性限度を有する材料で作製されたことを特徴とする
   請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のヒートシン
   ク。