JP5469168B2 - 半導体ダイを冷却するための冷却装置 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ダイを冷却するための冷却装置に関する。本発明は、具体的には、光学装置（光デバイス）のＬＥＤを冷却するための半導体冷却装置に関するが、それに限定されない。
集積回路（ＩＣ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体装置（半導体デバイス）において、性能及び装置寿命は、半導体ダイ又はチップのＰＮ接合の温度によって影響される。従って、半導体装置の温度の管理は、信頼性の高い性能及び長期の動作を維持するのに重要である。そのような半導体装置の熱管理は、長寿命要求を伴う用途において、及び、多数の半導体装置を含む用途において特に重要である。
例えば、照明用途においては、光学装置、例えば、照明器具は、ＬＥＤのような光源の配列を含み得る。ＬＥＤの数、並びに、互いに対するＬＥＤの近接性は、熱エネルギのより有意な発生を引き起こす。結果的に、装置の冷却を管理することは、長期の信頼性の高い動作のためにより重要になっている。
半導体装置を冷却するための様々な解決策が提案されている。例えば、ＷＯ２００８／０３７９９２は、多数の高出力ＬＥＤがハウジング内に取り付けられる熱管理されたランプ組立体を記載している。ＷＯ２００８／０３７９９２に記載されるシステムの欠点は、空気流が１つのＬＥＤヒートシンクから他のＬＥＤヒートシンクに通ることの故に、熱移転効率が最適化されていないことである。更に、装置の動作中に、粉塵（ダスト）がハウジング内に引き込まれ得る。この粉塵の存在は、ＬＥＤの性能にとって有害であり得る。１つの具体的な構成において、各ＬＥＤは、それぞれのＬＥＤを冷却する空気の流れを作り出すためのファンを備える。そのような構成は、ファンの騒音発生が概ね騒々しい環境を生み出し、半導体装置の性能にとって有害であり得ることを欠点とする。その上、利用されるファンの数の観点から、装置全体はコストが嵩み、扱いにくくあり得る。
従って、改良された冷却効率を有する半導体冷却装置を提供することが有利である。減少された粉塵吸込み及び損音で動作することができ、低コストでコンパクトな大きさの半導体冷却装置を提供することも望ましい。
上記懸念の１つ又はそれよりも多くにより十分に対処するために、本発明の第一の特徴に従って、半導体ダイを冷却するための冷却装置が提供され、冷却装置は、半導体ダイから熱を消散するよう配置される、半導体ダイに熱結合可能な熱消散器と、熱消散器が取り付けられるハウジングと、ハウジング内に強制流体流をもたらすための第一流体流通路と、第一流体流通路と熱消散器との間で第一方向に沿って流体を方向付けるよう配置され、更に、第一方向と異なる第二方向に熱消散器に沿って流体を押し込むよう配置される流体流路とを含む。
本発明のある実施態様において、ハウジングは、半導体ダイを支持するための第一板と、第一板と対向する第二板とを含み、第二板は、孔を備え、孔は、そこを通じて熱消散器を受け入れるよう配置され、熱消散器に沿って第二方向に流体流を押し込むための流体流路の少なくとも一部は、孔の壁及び熱消散器の壁によって定められる。
具体的な実施態様において、第一流体流通路は、第一板及び第二板に対して垂直なハウジングの横壁に配置される。
更なる実施態様において、熱消散器を受け入れるための孔は、ハウジングから流体流を出すための第二流体流通路を形成する。よって、この実施態様では、流体は、熱消散器に沿って通ることによって、ハウジングを離れるよう押し込まれる。第二流体流通路は、ハウジング内に流入する流体を受け入れるためでもあり得る。
ある実施態様において、熱消散器がハウジングの外側で流体媒体と接触するよう、熱消散器は孔を通じて半導体ダイから延びる。
通路組立体によって流体流路を定め得る。例えば、正面板及び背面板によって通路組立体を定め得る。
ある実施態様において、第一流体流通路は、パルス化空気噴流生成器と流体連絡する。具体的な実施態様では、熱消散器の通空コアがパルス化空気噴流生成器と流体連絡する。
１つの実施態様において、スナップ嵌めによって熱消散器をハウジングに結合し得る。
具体的な実施態様において、半導体冷却装置は、複数の半導体ダイに熱結合可能な少なくとも１つの熱消散器と、少なくとも１つの熱消散器を受け入れるためにハウジングに定められる少なくとも１つの孔とを含み、流体流路は、第一流体流通路と前記又は各熱消散器との間に流体を方向付けるよう配置される。ある実施態様において、半導体冷却装置は、複数の熱消散器を含んでもよく、各熱消散器は、対応する半導体ダイに熱結合可能であり、半導体冷却装置は、複数の孔を更に含んでもよく、孔を通じて対応する熱消散器を受け入れるよう、各孔を配置し得る。例えば、複数の熱消散器をマトリックス状に配置し得る。
本発明の更なる特徴によれば、半導体モジュールと、半導体モジュールを冷却するための前記されたような冷却装置とを含む電子装置が提供される。
本発明の一層更なる特徴は、発光特性を有する少なくとも１つの半導体ダイを含む光装置を提供することである。半導体ダイは、例えば、ＬＥＤであり得る。
本発明の更なる特徴によれば、半導体ダイを冷却する方法が提供され、当該方法は、半導体モジュールから熱を消散するために、半導体モジュールに熱消散器を熱結合すること、半導体モジュールをハウジングに取り付けること、ハウジング内に強制流体流をもたらすこと、ハウジング内の強制流体流を流路に沿ってハウジングに定められる第一孔と熱消散器との間で第一方向に案内すること、及び、強制流体流を熱消散器に沿って第二方向に方向付けることとを含み、第二方向は、第一方向と異なる。ハウジング内に強制流体流を提供することは、例えば、強制流体流を生成し、ハウジング内で強制流体流を受け取ることを含み得る。
具体的な実施態様において、流体流は、熱消散器に沿って第二方向に押し込まれ、熱消散器を受け入れる第二孔を介してハウジングから出る。
更なる実施態様において、強制流体流は、流体のパルス化噴流の形態で提供される。熱消散器の周りから流体を吸込み、熱消散器に沿って流体を排出し得る。熱消散器の中空コアから流体を吸込み、熱消散器の中空コアを通じて流体を排出し得る。
下記図面を参照して、ほんの一例として、本発明の実施態様を今や記載する。
図１乃至４Ｂを参照して、本発明の第一実施態様に従った半導体冷却装置を記載する。
図１を参照すると、本発明の第一実施態様に従った半導体冷却装置１００は、ハウジング組立体１５０内に取り付けられたＬＥＤ消散組立体１１０を含む。ＬＥＤ消散組立体１１０は、冷却されるべきＬＥＤ素子１１１を含み、ＬＥＤを冷却素子１１１は、ＬＥＤ素子１１１から熱を消散するために、ヒートシンク１１２上に取り付けられている。ヒートシンク１１２は、図２に描写されるように、熱消散のためにヒートシンク１１２の表面積を増大するよう、そこから径方向に延びる参照番号１１１２によって概ね表示される冷却フィンと、中空のコア領域１１２２とを備える。この実施態様において、ヒートシンク１１２は、約１ｃｍの直径を有する。ヒートシンク１１２は、ヒートスラグ１１４を用いてＬＥＤ素子１１１に熱的に結合され、金属又はプラスチック又はセラミックのような任意の他の適切な熱伝導性材料から製造され、ＬＥＤ素子１１１から熱を取り除く。
ＬＥＤ消散組立体１１０を取り付けるハウジング組立体１５０は、正面板１５１と、背面板１５２と、ハウジング１５０内に強制空気の流れの形態の強制流体流を受け入れ、冷却空気流が正面板１５１と背面板１５２との間に作り出されることを可能にするよう、背面板の横壁１５４に設けられる空気流入口１５３とを含む。正面板１５１は、外表面１５１１と内表面１５１２とを有する。ＬＥＤ素子１１１は、外表面１５１１から外向きに面するよう取り付けられる。ヒートスラグ１１４は、正面板１５１の一部を形成し、正面板１５１を通じてＬＥＤ素子１１１をヒートシンク１１２に熱的に結合する。ＬＥＤ素子１１１は、正面板１５１内の電気接続部（図示せず）を通じて電力供給される。電気接続部をＬＥＤ素子１１１に支持するＰＣＢ又は任意の適切な基板によって正面板１５１を形成し得る。この実施態様では、ハンダ付けによって或いは他の適切な固定手段によって熱消散器を正面板１５１に取り付け得る。
正面板１５１の内表面１５１２は、空気流をハウジング１５０の側部１５４から空気流入口１５３を通じて正面板１５１と背面板１５２との間を横方向にヒートシンク１１２上に案内するための通路組立体１５５を備える。通路組立体１５５は、溶接のような任意の固定手段によって正面板１５１に結合される。ヒートシンク１１２への空気流の損失を最小限化するために、通路組立体１５５と正面板１５１との間の封止は空気密である。図３は、通路組立体１５５の平面図である。通路組立体１５５は、空気がＬＥＤ素子１１１に近接するヒートシンク１１２の上方領域でヒートシンク１１２に向けられるよう、空気入口１５３からヒートシンク１１２の周りの周辺領域に空気流を案内するように構成される。流れを調節するよう通路組立体１５５の長さ及び断面を選択し得る。この具体的な実施態様において、通路組立体１５５はプラスチック製であり、射出成形によって製造される。これは装置の製造コストを削減するのを助ける。
背面板１５２は、孔１５２２を備え、孔１５２２は、ヒートシンク１１２がハウジング１５０の外側で空気と接触するように、ヒートシンク１１２がＬＥＤ素子１１１から孔１５２２を通じて延びるような方法で、ヒートシンク１１２を受け入れるよう配置される。よって、熱をヒートシンク１１２からハウジング１５０の外側の空気に移転し得る。孔１５２２の壁及びヒートシンク１１２の壁は、ヒート消散器１１２に沿ってハウジングから出る空気流のための通路を定める。
空気流は、空気入口１５３と流体連絡する空気流生成器（図示せず）によって生成される。空気流生成器からの空気流は、空気流入口１５３を通じてハウジング１５０に進入し、正面板１５１と背面板１５２との間でハウジング１５０を通じる流路を定める通路組立体１５５によって、ＬＥＤ素子１１１のヒートシンク１１２に向けられる。本発明のこの実施態様において、空気流生成器は、ファンポンプであり得るし、強制的な定常空気流を生成し得る当該技術分野において既知の如何なる空気流生成装置であってもよい。通路組立体１５５を通じてヒートシンク１１２に至る空気の定常流を、空気流入口と入口からヒートシンクに沿って出口に空気を押し出す空気流出口との間に差圧を作り出す如何なる適切な手段によっても生成し得る。
図４Ａ及び４Ｂを参照すると、空気流入口１５３から通路組立体１５５を介してヒートシンク１１２の周辺領域に達する空気流は、ＬＥＤ素子１１１に近接するヒートシンク１１２の上方領域に案内され、フィン１１２１の間でヒートシンク１１２の長さ又は主軸に沿って、軸方向に、正面板１５１から背面板１５２に向かって流れ、空気流の出口を形成する孔１５２２を介してハウジング１５０から出る。
熱はヒートシンク１１２から空気流に移転され、それによって、ＬＥＤ素子１１１を冷却する。この実施態様において、冷却空気流は、ハウジング１５０から出るために孔出口１５２２に達するよう、ヒートシンク１１２の長さに沿って押されるので、空気流とヒートシンク１１２との間の接触は増大され、冷却効率の向上を達成し得る。更に、冷却流をもたらすために内部ファンは必要とされないので、装置全体の厄介さはより少なく、騒音もより少なくあり得る。空気流は入口を介してハウジングの横壁に受け入れられるので、空気流生成器を装置の側部に配置することができ、全体的により平面的で、よりコンパクトな装置が得られる。加えて、従来技術の装置に比べ、装置への粉塵の取込みを減少し得る。
本発明の代替的な実施態様において、空気のパルス又は噴流の形態でヒートシンクに空気流を供給し得る。例えば、図５を参照すると、本発明の第二実施態様において、半導体冷却装置２００は、第一実施態様の半導体冷却組立体と類似するが、第一実施態様の空気流生成器は、合成噴流アクチュエータモジュール２２０によって置換され、ハウジング２５０の横壁２５４にある空気流入口２５３からヒートシンク２１２への流路は、正面板２５１と背面板２５２とによって定められる。合成噴流アクチュエータモジュール２２０は、ヒートシンク２１２に方向付けられ得る乱流脈動化された空気噴流の形態の空気流を生成する。動作中、吸引ストロークの間、図６Ａに例証されるように、冷却空気は、ヒートシンク２１２の周りからフィン２１２１と孔２５２２とによって定められる空間を通じて合成噴流アクチュエータモジュール２２０によって流路に沿って吸い込まれ、それによって、ヒートシンク２１２から熱を取り除く。図６Ｂに描写されるように、動作の吹出しストロークの間、空気は、ヒートシンク２１２を通じる流路に沿って外向き方向に噴流状に排出され、フィン２１２１と孔２５２２とによって定められる空間を通じてヒートシンク２１２に沿う空気流をもたらし、それによって、ヒートシンク２１２から、よって、ＬＥＤ素子２１１から熱を再び移転する。
空気流を制御するために、合成噴流アクチュエータモジュール２２０の動作パラメータを調節し得る。
合成噴流アクチュエータモジュール２２０によって生成される空気流の乱流は、ヒートシンク２１２から空気流へのより効率的な熱移転をもたらす。より熱効率的であるならば、同じ熱負荷を冷却するのに必要とされる空気流の量を減少し得る。その上、空気流の脈動性は、境界層と平均流との間の混合を増大する。
第二実施態様において、合成噴流アクチュエータモジュール２２０の使用は、より効率的な熱移転をもたらす。更に、そのようなモジュールは、ファン又はポンプに比べて、より静かな動作、電力消費の削減、よりコンパクトなサイズ、及び、より長い寿命をもたらし得る。
図７乃至８Ｂを参照して、本発明の第三実施態様を今や記載する。第三実施態様は、第二実施態様と類似している。この実施態様では、第二実施態様の合成噴流アクチュエータモジュール２２０に類似する合成噴流アクチュエータモジュール３２０が使用され、流体通路組立体は、背面板３５２と正面板３５１とによって定められる。しかしながら、第三実施態様では、合成噴流アクチュエータモジュール３２０は、その正面側を通じてハウジング３５０の横壁３５４にある流路入口３５３に、並びに、その背面側によって流体通路３２２を介してヒートシンク３１２の中空コア３１２２に接続されている。この構造では、ヒートシンク３１２のフィン３１２１に加えて、前の実施態様と類似する方法での空気の吸込み及び排出によってコア３１３３（同様にフィンを備え得る）も冷却し得るような方法で、合成噴流アクチュエータモジュール３２０の両側を活用し得る。ヒートシンク３１２からの空気の取込みは、ヒートシンクフィンへの空気の排出と同時に起こってもよく、逆も同様である。追加的な利点は、噴流は位相外であるので、駆動周波数騒音を取り消し得ることである。このようにして、熱移転の効率を更に増大し、騒音を更に減少し得る。この実施態様の装置は、吸引冷却空気の取込みと同時の加熱排気の取込みが最小限化され或いは防止されるように設計される。
図９乃至１１Ｂを参照して、本発明の第四実施態様に従った半導体冷却装置４００を今や記載する。本発明のこの実施態様において、ＬＥＤ消散器組立体４１０は、ＬＥＤ素子４１１に熱結合された熱消散器４１２を含み、ハウジング組立体４５０へのスナップ嵌めをもたらす横方向拡張部４１３１を有するプラスチック支持部材４１３と、正面板４５１を介して適切な電源（図示せず）からＬＥＤ素子４１１に電力を伝えるための電気接点素子４１３２とを備える。
図１１Ａに描写されるように、第二実施態様のＬＥＤ消散器組立体４１０は、スナップ嵌めによってハウジング組立体４５０の正面板４５１に取外し可能に取り付けられる。横方向拡張部４１３１は、ＬＥＤ消散器組立体を正面板４５１に結合するために正面板４５１と協働する構成を提供する。固定機構４１３１が通路組立体４５５を正面板４５１に固定する。通路組立体４５５は、第一実施態様の通路組立体１５５と同じ配置を有する。消散器組立体４１０は、ヒートシンク４１２がハウジング４５０の外側で空気と接触するよう、ヒートシンク４１２が下方板４５２の孔４５２２を通じてＬＥＤ素子４１１から延びるように取り付けられている。
第一実施態様の空気入口１５３と類似する空気入口と流体連絡する空気流生成器（図示せず）によって、空気流が生成される。空気流生成器は、ヒートシンク４１２への定常空気流を生成する第一実施態様の空気流生成器と類似する空気流生成器であり得る。代替的に、第二実施態様及び第三実施態様の合成噴流生成器に類似するパルス化空気生成器による空気パルスの形態で空気流を提供し得る。空気流は、横断方向に正面板４５１と背面板４５２との間でハウジング４５０を通じる通路組立体４５５によって、図１１Ｂに例証されるようにＬＥＤ素子４１１のヒートシンク４１２の上方領域に方向付けられる。次に、空気の流れは、頂部板４５１から底部板４５２に向かって軸方向に、フィン４１２１の間でヒートシンク４１２の長さに沿って長手方向に押され、空気流出口を形成する孔４５２２を介してハウジング４５０から出る。
熱はヒートシンク４１２から空気流に移転され、それによって、ＬＥＤ素子４１１を冷却する。この実施態様では、冷却空気は軸方向に熱消散器に沿って押され、ハウジング４５０の出口に達するので、冷却効率の向上を達成し得る。
図１２Ａ及び１２Ｂを参照して、本発明の第五実施態様に従った半導体冷却装置５００を記載する。
半導体冷却装置５００は、第四実施態様の半導体冷却装置４００と類似している。ＬＥＤ消散器組立体５１０を正面板５５１に適合するためのスナップ嵌め構成５１３１に加えて、支持部材５１３は、更に、ＬＥＤ消散器組立体５１０を通路組立体５５５に結合する下方横方向拡張部５１３３を備える。そのような構成は、正面板５５１に通路組立体５５５を更に固定するのを助ける。
通路組立体５５５からヒートシンク５１２の上方領域への空気流路を提供するために、孔５５６が正面板５５１に定められている。空気流路は、支持部材５１３の追加的な横方向拡張部５１３５によって封止されている。このようにして、第一板５５１は、流体をＬＥＤ４１１に近接する熱消散器５１２の端部領域に押し込むために、流体流路の一部を形成する孔５５６を定め、横方向拡張部５１３５は、流体流路を封止するためのシーリング部材を構成する。
第一実施態様の空気入口１５３と類似する空気入口と流体連絡する空気流生成器（図示せず）によって空気流が生成される。空気流生成器は、ヒートシンク５１２への定常空気流が生成される第一実施態様の空気流生成器と類似する空気流生成器であり得る。代替的に、空気流を第二実施態様及び第三実施態様の合成噴流生成器と類似するパルス化空気生成器による空気パルスの形態で提供し得る。空気流は、正面板５５１と背面板５５２との間の通路組立体５５５を通じて、そして、孔５５６を通じて、ＬＥＤ素子５１１のヒートシンク５１２の上方領域に方向付けられる。次に、空気流は、フィン５１２１の間でヒートシンク５１２の長さに沿って、頂部板５５１から底部板５５２に向かって軸方向に押し込まれ、孔５５２２を介してハウジング５５０から出る。
図１３Ａ乃至１４Ｂを参照して、本発明の第六実施態様を今や記載する。第六実施態様では、複数のＬＥＤ消散器組立体６１０がハウジング組立体６５０内の配列内に取り付けられている。各ＬＥＤ消散器組立体６１０は、第一実施態様のＬＥＤ消散器組立体１１０と類似し、ヒートスラグ６１４を用いてそれぞれのヒートシンク６１２に熱結合されるＬＥＤ素子６１１を含む。
ハウジング組立体６５０は、正面板６５１と、背面板６５２と、ハウジング６５０内への強制空気の流れを受け取り且つ冷却空気流を正面板６５１と背面板６５２との間に作り出すことを可能にするために、その横壁６５４に設けられた空気流入口６５３とを含む。プリント回路板（ＰＣＢ）又は任意の適切な類似の基板が正面板６５１を形成し、正面板６５１は、外表面６５１１と、内表面６５１２とを有する。各ＬＥＤ素子６１１は、外表面６５１１から外向きに面して取り付けられ、正面板６５１内の電気接続部を通じて電力供給される。
正面板６５１の内表面６５１２は、共通のヒートシンク入口６５３から各ヒートシンク６１２に空気流を案内するための通路組立体６５５を備える。ヒートシンク６１２への冷却空気の損失を最小限化するために、通路組立体６５５と正面板６５１との間の封止は空気密である。
図１４Ｂは、正面板６５１の下面６５１２の平面図であり、通路組立体６５５の平面図をもたらしている。通路組立体６５５は、空気がそれぞれのＬＥＤ素子６１１に近接するヒートシンクの上方領域で各ヒートシンクに方向付けられるよう、空気入口６５３から各ヒートシンク６１２の周りの周辺領域に空気流路をもたらすように構成されている。
ハウジング６５０の背面板６５２は、複数の孔６５２２を備え、対応するヒートシンク６１２は、各ヒートシンクがハウジングの外側で空気と接触するよう、それらの孔の各々を通じてそれぞれのＬＥＤ素子６１１から延びている。
空気入口６５３と流体連絡する空気流生成器によって空気流が生成される。空気流生成器は、各ヒートシンク６１２に定常空気流をもたらす第一実施態様の空気流生成器と類似する空気流生成器であり得る。代替的に、第二実施態様及び第三実施態様の合成噴流アクチュエータと類似するパルス化空気生成器による空気パルスの形態で空気流を提供し得る。空気流を作り出すために使用される合成噴流アクチュエータの駆動電力が最小限化されるような方法で通路組立体６５５を形成する通路の長さ及び断面を選択し得る。空気流が、通路組立体６５５によって、正面板６５１と背面板６５２との間のハウジング６５０を通じて横方向に、対応するＬＥＤ素子６１１の各ヒートシンク６１２に方向付けられる。空気の強制流は、各ヒートシンク６１２の上方領域に案内され、頂部板６５１から底部板６５２に向かって軸方向に、フィン６１２１の間でヒートシンク６１２の長さに沿って流れ、それぞれの孔６５２２を介してハウジング６５０から出る。各孔６５２２は、空気流出口を形成する。
熱が各ヒートシンク６１２から空気流に移転され、それによって、各ＬＥＤ素子６１１を冷却する。この実施態様において、冷却空気流は、各ヒートシンク６１２の長さに沿って、対応する孔６５２２に押し込まれるので、冷却効率の向上を達成し得る。更に、冷却空気流をもたらすために各ＬＥＤ素子用の内部ファンが必要とされないので、装置全体の扱いにくさ及び騒音はより少なくあり得る。その上、各ヒートシンクのサイズの減少は、ＬＥＤが互いにより近接して配置されること及びＬＥＤのより高密度な詰込みが達成されることを可能にする。
この実施態様では、多数のＬＥＤによって生み出される熱エネルギの量及びそれらの互いの近接性の観点から、ＬＥＤ素子の効率的な冷却が特に望ましい。冷却空気は各ヒートシンクに押し付けられ、ハウジングから出るためにヒートシンクに沿って押し込まれるので、効果的な冷却を達成し得る。ヒートシンク６１２は共通の空気流入口６５３を共用するので、装置の全体的なサイズは減少される。更に、空気流入口６５３はハウジングの横壁６５４に配置されるので、全体的により平坦な装置を得ることができる。
第六実施態様において、ＬＥＤ消散器組立体は、第一実施態様のＬＥＤ消散器組立体と類似するが、装置は、ＬＥＤ消散器組立体がスナップ嵌めを備える第四実施態様又は第五実施態様の複数のＬＥＤ消散器組立体と類似する複数のＬＥＤ消散器組立体を有し得ることが理解されよう。
本発明の更なる実施態様が図１４に例証されている。この実施態様は本発明の第六実施態様と類似するが、正面板７５１と背面板７５２との間のハウジング７５０の内部空間が通路を形成し、空気流入口７５３から各ヒートシンク７１２への流路をもたらす点で相違する。この実施態様では、正面板７５１と背面板７５２との間の内部空間を通じて均一な圧力をもたらすプレナムがハウジングによって形成されている。入口７５３を介してハウジング７５０内に流入する空気は、プレナムを用いて孔７５２２に方向付けられ、対応するヒートシンク７１２の長さに沿って流れ、ヒートシンク７１２から空気流に熱を移転する。
前の実施態様において、ハウジングは単一の空気流入口を備えるが、ハウジングは如何なる数又は配列の空気流入口をも備え得ることが理解されよう。例えば、代替的な実施態様が図１６に例証されている。この実施態様は図１５の実施態様と類似しているが、ハウジング８５０の対向する壁に２つの空気流入口８５３を有する。
本発明の前の実施態様において、各ＬＥＤ素子はそれぞれの熱消散器を備えるが、本発明の代替的な実施態様では、２以上のＬＥＤ素子によって熱消散器を共用し得ることが理解されよう。更に、２以上の熱消散器は同じ孔を通じて延び得ることが理解されよう。
この実施態様は、半導体ダイの数及び互いに対するそれらの近接性が効果的な冷却を要求する高流束用途、及び、熱管理が安定運転のために重要である長い寿命要求を伴う低流束用途の両方に用途を見い出す。
本発明は特定の実施態様を参照して先に記載されたが、本発明はその特定の実施態様に限定されず、本発明の範囲内にある変更が当業者に明らかであろう。
例えば、本発明の前の実施態様において、装置はＬＥＤの冷却に関連して記載されたが、そのような冷却装置を他の種類の固体光源又は半導体ダイ又はチップに使用し得ることが理解されよう。例えば、集積回路（ＩＣ）から熱を取り除くために組立体を使用し得る。
本発明の代替的な実施態様において、ヒートシンクは熱伝導性のプラスチック又はセラミック製であり得る。そのような実施態様では、射出成形によってヒートシンクを製造し得る。本発明の更なる実施態様では、ＰＣＢの一部を形成するよりもむしろ別個の構成部品によってヒートスラグを提供し得る。本発明の一部の実施態様では、ヒートスラグが存在しなくてもよいことも理解されよう。
ヒートシンクは図面に例証される形態に限定されず、その表面から熱を消散するのに適した如何なる形態をも取り得ることが理解されよう。例えば、ヒートシンクは中空でなくてもよく、且つ／或いは、異なる構造のフィンを有してもよい。
本発明の代替的な実施態様において、ヒートシンクは、熱移転の効率を増大するよう、半導体ダイから熱を取り除くためにヒートパイプを備え得る。
第四実施態様及び第五実施態様において、ＬＥＤ消散器組立体は支持部材を備えるが、本発明の代替的な実施態様では、ヒートシンク及びヒートスラグは、ＬＥＤ消散器組立体のための支持手段を形成し得ることが理解されよう。更なる実施態様において、支持手段は背面板と協働し、或いは、背面板及び正面板の両方と協働する。
前の実施態様は空気流に関して記載されたが、冷却流体流は、液体流又は任意の他の適切な気体であり得ることが理解されよう。
本発明の代替的な実施態様では、流体流を、ヒートシンクに沿って、前の実施態様の空気流の方向と反対の軸方向に方向付け得ることも理解されなければならない。空気流生成器がヒートシンクと流体連絡するよう、空気流生成器を流路の如何なる地点でも接続し得ることも理解されよう。
前の実施態様は、熱消散器の一端から熱消散器の他端に軸方向に空気流を方向付けるための孔を備えるが、如何なる構成においても、熱消散器の長さに沿って空気流通路を提供することも使用し得ることが理解されよう。
前の実施態様の一部において、通路組立体は正面板に設けられるが、更なる実施態様では、背面板に通路組立体を設け得ることが理解されよう。
ほんの一例として与えられ且つ付属の請求項によってのみ決定される本発明の範囲を制限することが意図されない前の例証的な実施態様を参照した後、多くの更なる変更及び変形が当業者に思い付くであろう。具体的には、適切である場合には、異なる実施態様からの異なる機能を交換し得る。
請求項において、「含む」という用語は、他の素子又はステップを排除せず、不定冠詞は、複数を排除しない。異なる機能が相互に異なる従属項において引用されているという単なる事実は、これらの機能の組み合わせを有利に使用し得ないことを示さない。請求項における如何なる参照記号も本発明の範囲を限定するものと理解されるべきではない。
Claims (14)
- 半導体ダイを冷却するための冷却装置であって、
前記半導体ダイから熱を消散するよう配置される、前記半導体ダイに熱結合可能な熱消散器と、
前記熱消散器を取り付けるハウジングと、
該ハウジング内に強制流体流をもたらすための第一流体流通路と、
該第一流体流通路と前記熱消散器との間で第一方向に並びに前記熱消散器の周りに円周方向に流体を方向付けるよう配置され、更に、前記第一方向と異なり且つ前記半導体ダイから離れる第二方向に前記熱消散器に沿って流体を押し込むよう配置される流体流路とを含み、
前記ハウジングは、前記半導体ダイを支持するための第一板と、該第一板と対向する第二板とを含み、該第二板は、孔を備え、該孔は、そこを通じて前記熱消散器を受け入れるよう配置され、前記第二方向に前記熱消散器に沿って前記流体流を押し込むための前記流体流路の少なくとも一部は、前記孔の壁及び前記熱消散器の壁によって定められる、
冷却装置。 - 前記第一流体流通路は、前記第一板及び前記第二板に対して垂直な前記ハウジングの横壁（１５４）に配置される、請求項１に記載の冷却装置。
- 前記熱消散器を受け入れるための前記孔は、前記ハウジングから流体流を出し或いは前記ハウジングへ流体流を受け入れるための第二流体流通路を形成する、請求項１に記載の冷却装置。
- 前記熱消散器が前記ハウジングの外側で流体媒体と接触するよう、前記熱消散器は、前記孔を通じて前記半導体ダイから延びる、請求項１に記載の冷却装置。
- 前記流体流路の少なくとも一部は、通路組立体によって定められる、請求項１に記載の冷却装置。
- 前記第一流体流通路は、パルス化空気噴流生成器と流体連絡する、請求項１に記載の冷却装置。
- 前記熱消散器の通空コアが前記パルス化空気噴流生成器と流体連絡する、請求項６に記載の冷却装置。
- 前記熱消散器は、スナップ嵌めによって前記ハウジングに結合可能である、請求項１に記載の冷却装置。
- 複数の半導体ダイに熱結合可能な少なくとも１つの熱消散器と、少なくとも１つの熱消散器を受け入れるために前記ハウジングに定められる少なくとも１つの孔とを含み、前記流体流路は、前記第一流体流通路と各熱消散器の前記孔との間に流体を方向付けるよう配置される、請求項１に記載の冷却装置。
- 複数の熱消散器を含み、各熱消散器は、対応する半導体ダイに熱結合可能であり、
前記ハウジングに定められる複数の孔を含み、各孔は、孔を通じて、対応する熱消散器を受け入れるよう配置される、
請求項９に記載の冷却装置。 - 発光特性を有する少なくとも１つの半導体ダイと、少なくとも１つの半導体ダイを冷却するための請求項１に記載の冷却装置とを含む、光学装置。
- 半導体ダイを冷却する方法であって、
前記半導体ダイから熱を消散するために熱消散器を前記半導体ダイに熱結合すること、
前記熱消散器をハウジングに取り付けること、
該ハウジング内に強制流体流をもたらすこと、
前記ハウジング内の前記強制流体流を流体流路に沿って前記ハウジングに定められる第一流体流通路と前記熱消散器との間で第一方向に並びに前記熱消散器の周りに円周方向に方向付けること、
前記強制流体流を前記熱消散器に沿って第二方向に方向付けることとを含み、該第二方向は、前記第一方向と異なり、且つ、前記半導体ダイから離れ、
前記ハウジングは、前記半導体ダイを支持するための第一板と、該第一板と対向する第二板とを含み、該第二板は、孔を備え、該孔は、そこを通じて前記熱消散器を受け入れるよう配置され、前記第二方向に前記熱消散器に沿って前記流体流を押し込むための前記流体流路の少なくとも一部は、前記孔の壁及び前記熱消散器の壁によって定められる、
方法。 - 前記熱消散器の周りから流体を吸込み、且つ／或いは、前記熱消散器に沿って流体を排出することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
- 前記熱消散器の中空コアから流体を吸込み、且つ／或いは、前記熱消散器の前記中空コアに流体を排出することを更に含む、請求項１２に記載の方法。
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