JP6223184B2 - Ｌｅｄアレイの均一な液体冷却 - Google Patents

Description

本発明は、概して液体冷却式ヒートシンク、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ用の液体冷却式ヒートシンクに関する。

関連技術
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体光源は、その作動中に熱を発生する。いくつかの高出力光源では、数百の高パワーＬＥＤチップがＬＥＤアレイもしくはマトリックスにおいて密接して配置されている。ＬＥＤは、基板またはセラミック本体に取り付けられている。これらの高パワー光源では、大量の熱出力が放散される。熱出力の量は、１０００Ｗ以上であることがある。その輝度、色、光学的出力パワー、駆動電圧および寿命を含むＬＥＤの性能および要求は温度に依存するので、ＬＥＤを均一かつ均等に冷却することは、特に高性能用途において有利である。たとえば、いくつかの高性能用途において、ＬＥＤアレイ内のＬＥＤ同士の温度差は１５％未満であるべきである。

ＬＥＤアレイを冷却するための１つの方法は、冷媒として液体、たとえば水を使用することである。たとえば、図１Ａに示したように、冷却液媒体は、ＬＥＤ（図示せず）が取り付けられた基板またはセラミック本体１２０内の閉鎖された冷却液チャネル１１０を流過する。冷却液チャネル１１０は、セラミック本体１２０およびそこに取り付けられたＬＥＤを冷却するために、セラミック本体１２０を通って蛇行しているか、またはセラミック本体１２０の様々な部分へ分岐していてよい。冷却液媒体は、入口１３０から冷却液チャネル１１０に入って出口１４０から出る間にセラミック本体１２０から熱を吸収するので、出口１４０における冷却液媒体の温度は、入口１３０における温度よりも高い。したがって、図１Ｂに示したように、セラミック本体１２０に亘って温度勾配が生じる。たとえば、セラミック本体１２０の左端部分１５０の温度は、セラミック本体１２０の右端部分１６０の温度よりも高い。その結果、セラミック本体１２０に取り付けられたＬＥＤ（図１Ｂには示されていない）は、著しく異なる作動温度を有する。

冷却システムに亘って生じる望ましくない温度勾配を有する冷却システムのその他の例は、米国特許第５８４１６３４号明細書および独国実用新案第２０２０８１０６号明細書に開示されたものを含む。

概要
液体冷却式ヒートシンクは、渦巻き状の液体チャネルのアレイを有するトッププレートを有し、各チャネルは、別個のチャネル入口および共通の中央出口チャネルを有する。ヒートシンクはさらに、入口ポートおよび出口ポートを有するボトムプレートを有する。ヒートシンクはさらに、ボトムプレートの入口ポートと、トッププレートのチャネル入口との間に流体連通を提供する入口案内チャネルを有する中間プレートを有し、前記中間プレートはさらに、トッププレートの共通の中央出口チャネルと、ボトムプレートの出口ポートとの間の流体連通を提供する出口案内チャネルを有する。
本願発明は、さらに、液体冷却式ヒートシンクを提供する。この液体冷却式ヒートシンクは、
ベースプレートと、
中間プレートと、
トッププレートとを備え、
前記ベースプレートおよび前記中間プレートは、前記液体冷却式ヒートシンクのベース層を形成するように積層されかつ互いに取り付けられており、前記中間プレートおよび前記トッププレートは、前記液体冷却式ヒートシンクのトップ層を形成するように互いに取り付けられており、前記中間プレートに面していない前記トッププレートの面は、目標冷却面であり、
前記ベース層は、前記ベースプレートにおけるヒートシンク入口から前記中間プレートにおける複数の入口へ液体を分配するチャネルを有し、前記複数の入口のそれぞれは、前記液体を前記トップ層における対応する渦巻き状のチャネルへ方向付けており、前記複数の入口のそれぞれは、前記対応する渦巻き状のチャネルの中心点と重なるように位置づけられており、該渦巻き状のチャネルのそれぞれは、前記目標冷却面に隣接した平面において前記液体を渦巻き状の経路において方向付けて前記目標冷却面を冷却し、前記渦巻き状のチャネルは、該渦巻き状のチャネルの中の集合箇所において結合し、該集合箇所は、前記液体を前記トップ層から前記ベース層へ戻して前記液体冷却式ヒートシンクから排出するように方向付けるヒートシンク出口に接続されている。
前記渦巻き状のチャネルのそれぞれは前記液体を前記渦巻き状のチャネルの中心点から外方へ方向付けられていてもよい。
前記渦巻き状のチャネルは前記中心点を中心にらせん状に周回していてもよい。
前記ベース層の内部の、前記液体を分配するチャネルは、トレー状の前記ベースプレートの縁部と前記壁部とによって形成されていてもよい。
前記渦巻き状のチャネルの数は少なくとも４つであってよい。
前記渦巻き状のチャネルは、２×２のアレイで配列されてよい。
前記トッププレートはセラミックから形成されていてよい。
前記トッププレート、前記中間プレートおよび前記ベースプレートはセラミックから形成されていてよい。
また、本願発明は、さらに、液体冷却式ヒートシンクを提供する。この液体冷却式ヒートシンクは、
前記液体冷却式ヒートシンクのベース層と、
前記液体冷却式ヒートシンクのトップ層と、
前記ベース層と前記トップ層との間に配置された中間プレートとを備え、
前記トップ層のトップ面が目標冷却面であり、
前記ベース層は、ヒートシンク入口から前記中間プレートにおける複数の穴へ液体を分配する包囲されたチャネルを有し、前記複数の穴のそれぞれは前記液体を前記トップ層における対応する渦巻き状のチャネルへ方向付けており、前記複数の穴のそれぞれは、前記対応する渦巻き状のチャネルの中心点と重なるように位置づけられており、前記渦巻き状のチャネルのそれぞれは、前記目標冷却面に隣接した平面において前記液体を渦巻き状の経路において方向付けて前記目標冷却面を冷却し、前記渦巻き状のチャネルのそれぞれは、該渦巻き状のチャネルの中の集合点において結合しており、該集合点は、前記液体を前記トップ層から前記ベース層へ戻して前記液体冷却式ヒートシンクから排出させるように方向付けるヒートシンク出口に接続されていることを特徴とする。
前記渦巻き状のチャネルのそれぞれは前記液体を前記渦巻き状のチャネルの中心点から外方へ方向付けてよい。
前記渦巻き状のチャネルは、前記中心点を中心にらせん状に周回していてよい。
前記渦巻き状のチャネルの数は少なくとも４つであってもよい。
前記渦巻き状のチャネルは、２×２のアレイに配列されていてもよい。
前記トップ層はセラミックから形成されていてもよい。
前記トップ層、前記ベース層および前記中間プレートはセラミックから形成されていてもよい。
また、本願発明は、さらに、ヒートシンクを提供する。このヒートシンクは、
渦巻き状の流体チャネルのアレイを有するトッププレートであって、前記各渦巻き状の流体チャネルは、別個のチャネル入口を有し、前記渦巻き状の流体チャネルは共通の中央の出口チャネルを共有している、トッププレートと、
入口ポートおよび出口ポートを有するボトムプレートと、
該ボトムプレートの入口ポートと前記トッププレートの複数のチャネル入口との間に流体連通を提供する入口案内チャネルを有する中間プレートであって、前記複数のチャネル入口のそれぞれは、前記各渦巻き状の流体チャネルの中心点と重なるように位置づけられており、該中間プレートは、前記トッププレートの前記共通の中央の出口チャネルと前記ボトムプレートの前記出口ポートとの間に流体連通を提供する出口案内チャネルをさらに有することを特徴とする。
前記渦巻き状の流体チャネルの数は少なくとも４つであってもよい。
前記渦巻き状の流体チャネルは２×２のアレイに配列されていてもよい。
前記トッププレートはセラミックから形成されていてもよい。
前記トッププレート、前記中間プレートおよび前記ボトムプレートはセラミックから形成されていてもよい。
また、本願発明は、さらに、ヒートシンクを提供する。このヒートシンクは、
渦巻き状の流体チャネルのアレイを有するトッププレートであって、前記各渦巻き状の流体チャネルは別個のチャネル出口を有し、前記渦巻き状の流体チャネルは共通の中央の入口チャネルを共有している、トッププレートと、
入口ポートおよび出口ポートを有するボトムプレートと、
該ボトムプレートの前記出口ポートと前記トッププレートの前記別個のチャネル出口との間に流体連通を提供する出口案内チャネルを有する中間プレートであって、前記別個のチャネル出口のそれぞれは、前記各渦巻き状の流体チャネルの中心点と重なるように位置づけられており、該中間プレートは、前記トッププレートの前記共通の中央の入口チャネルと前記ボトムプレートの前記入口ポートとの間に流体連通を提供する入口案内チャネルをさらに有する、中間プレートとを備えることを特徴とする。
前記渦巻き状の流体チャネルは、２×２アレイで配列されていてもよい。

本願は、添付の図面に関連してなされる以下の説明を参照することによって最もよく理解することができる。図面において同一の部材は同一の符号で示されている。

閉鎖された冷却液チャネルが、ＬＥＤを取り付けるためのセラミック本体に埋設されている、従来のシステムを示す図である。 図１Ａに示されたセラミック本体に亘って生じた温度勾配を示す図である。 図２Ａ〜図２Ｃは、図４Ａに示された例示的な液体冷却式ヒートシンクを形成するために積層されかつ互いに取り付けられる３つのプレートの第１の斜視図を示す。 図３Ａ〜図３Ｃは、図４Ａに示された例示的な液体冷却式ヒートシンクを形成するために積層されかつ互いに取り付けられる３つのプレートの第２の斜視図を示す。 本願による例示的な液体冷却式ヒートシンクを形成するために互いに組み立てられた３つのプレートの斜視図である。 図４における平面Ｂ−Ｂに沿った断面図である。 図４Ａにおける平面Ａ−Ａに沿った断面図である。 図４Ａに示したような例示的な液体冷却式ヒートシンクの温度分布を示す図である。 図６Ａおよび図６Ｂは、ｔ＝０．２秒およびｔ＝５秒のそれぞれにおける図４に示した例示的な液体冷却式ヒートシンクの温度分布を示す図である。 本願による例示的な液体冷却式セラミックヒートシンクに２０×２０のＬＥＤを取り付けるための例示的なレイアウトを示す図である。 メタライゼーション８０５を備えた例示的な液体冷却式ヒートシンク８００を示す図である。

以下の説明は、当業者が発明を実施および使用することを可能にするように示され、特定の用途およびそれらの要求に関連して提供される。実施の形態に対する様々な変更が当業者に容易に明らかになるであろう。また、ここに定義される一般的原理は、発明の思想および範囲から逸脱することなくその他の実施の形態および用途に適用されてよい。さらに、以下の説明では、多くの詳細が説明の目的で示される。しかしながら、当業者は、これらの特定の詳細を用いることなく発明が実施されてよいことを認識するであろう。その他の例において、周知の構造および装置は、不要な詳細によって発明の説明を分かりにくくしないためにブロック図の形式で示される。つまり、本発明は、示された実施の形態に限定されることが意図されるのではなく、ここに開示された原理および特徴と一貫した最も広い範囲に従うものである。

発明は、特定の例および例示的な図面に関して説明されるが、当業者は、発明が、説明された例または図面に限定されないことを認識するであろう。

図２〜図４は、本発明による例示的な液体冷却式ヒートシンク２００の様々な図を示す。液体冷却式ヒートシンク２００は、３つのプレート、すなわちベースプレート２１０、中間プレート２２０およびトッププレート２３０を有する。液体冷却式ヒートシンク２００の幾つかの特徴をより良く示すために、液体冷却式ヒートシンク２００は図２〜図４において逆さに向けられている。図４Ａに示したように、３つのプレート２１０，２２０，２３０は、液体冷却式ヒートシンク２００を形成するように積層されかつ互いに取り付けられている。ベースプレート２１０および中間プレート２２０は、液体冷却式ヒートシンク２００のベース層を形成するように互いに積層されている。中間プレート２２０およびトッププレート２３０は、液体冷却式ヒートシンク２００のトップ層を形成するように互いに積層されている。１つの例示的な実施の形態において、プレート２１０，２２０，２３０は、接着剤、セラミックフリット、中間ガスケット材料などによって互いに取り付けられている。しかしながら、ピン、ねじ、クランプなどを含むその他のコネクタによってプレート２１０，２２０，２３０が互いに取り付けられてよいと考えられる。図３Ｃを参照すると、ＬＥＤ（図示せず）は、プレート２３０のＬＥＤ取付面３３５に取り付けられる。このＬＥＤ取付面３３５は、目標冷却面であり、この面は、理想的には、均等な温度分布を有するべきである。

図２Ａ〜図２Ｃは、プレート２１０，２２０，２３０の斜視図を示す。この向きにおいて、プレート２３０のＬＥＤ取付面３３５は下向きであり、４つの渦巻き状の冷却チャネル２３２が、図２Ｃに示されるように露出させられている。

図３Ａ〜図３Ｃは、第２の向きにおけるプレート２１０，２２０，２３０の斜視図を示す。この向きにおいて、プレート２３０のＬＥＤ取付面３３５は、図３Ｃに示されるように露出させられている。

図４Ａは、互いに組み立てられたプレート２１０，２２０，２３０の斜視図を示す。図４Ａにおける平面Ａ−Ａに沿った断面図が図４Ｃに示されている。図４Ａにおける平面Ｂ−Ｂに沿った断面図が図４Ｂに示されている。

プレート２１０は、プレート２３０のＬＥＤ取付面３３５から最も離れて配置されたプレートである。図２Ａおよび図３Ａに示したように、プレート２１０は、トレー状であり、２つの開口を有する。半径方向外側の位置に配置された開口は、液体冷却式ヒートシンク２００内へ液体を方向付ける入口２１２である。中央の開口は、液体冷却式ヒートシンク２００から出るように液体を方向付ける出口２１４である。しかしながら、液体が入口２１２を通って液体冷却式ヒートシンク２００に進入すると、液体は、即座に出口２１４を通って液体冷却式ヒートシンク２００から出るわけではないことが認められるべきである。プレートが組み立てられていると、出口２１４を包囲する円筒状の壁部３１０（図３Ａ参照）がプレート２２０（図４Ｃ）に対して接触するので、液体は即座に出口２１４を通って出ることはできない。その代わりに、液体は、プレート２１０および２２０の間に形成されたチャネル３２０（図３Ａおよび図４Ｃ参照）内を流れる。チャネル３２０は、トレー状のベースプレート２１０の縁部と、円筒状の壁部３１０との間の空間である。チャネル３２０は、液体を、プレート２２０における４つの入口２２２を通って、４つの渦巻き状の冷却チャネル２３２（図２Ｃ）内へそれぞれ送り込む。

渦巻き状の冷却チャネル２３２は、プレート２３０のＬＥＤ取付面３３５から熱を吸収するように液体を方向付ける。図２Ｃに示したように、チャネル２３２は中心点２３３を中心としてらせん状に周回しているので、渦巻き状の冷却チャネル２３２のそれぞれは、液体をチャネル２３２の中心点２３３から次第に離れるように方向付ける。次いで、液体は、渦巻き状の冷却チャネル２３２によってプレート２３０の中心点２３４へ方向付けられる。次いで、液体は、ヒートシンク出口を経て液体冷却式ヒートシンクから出る。ヒートシンク出口は、プレートが互いに積層されたときにプレート２２０における出口２２４をプレート２１０における出口２１４と位置合わせすることによって形成されている。

前記の例示的な実施の形態において、渦巻き状の冷却チャネル２３２はらせん状である。図２Ｃに示したように、渦巻き状の冷却チャネルにおいて液体が辿る渦巻き状経路は、ＬＥＤ取付面３３５に対して垂直な壁部によって形成されている。渦巻き状の冷却チャネル２３２は、液体の迅速な流れを促進する。しかしながら、渦巻き状の冷却チャネル２３２は、その他の構成において液体をプレート２３０の様々な部分へ分配し、次いでプレート２３０の中心点２３４へ戻すことが考えられる。

図５は、図４Ａに示した例示的な液体冷却式ヒートシンクの温度分布を示す。２０×２０のＬＥＤ５１０を備えたＬＥＤアレイは、ＬＥＤ取付面３３５の上面に示されている。ＬＥＤ取付面３３５における温度のばらつきは、１５％未満である。たとえば、ＬＥＤ取付面３３５の縁部に沿ったＬＥＤは、その他の領域におけるＬＥＤよりも著しく高い温度を有さない。

図６Ａおよび図６Ｂは、ｔ＝０．２秒およびｔ＝５秒のそれぞれにおける、図４Ａに示された例示的な液体冷却式ヒートシンクの温度分布を示す。時間ｔは、ＬＥＤが点灯された後の時間である。冷却システムは、測定の開始時には作動している。

前記の例示的な多層液体冷却式ヒートシンクは、複数の理由からＬＥＤの均一な冷却を達成することができる。低温の液体冷却媒体は、ＬＥＤ取付面に直接に衝突しない。上記の例では、低温の液体は、４つの入口２２２を通じて注入される。注入された低温の液体は、４つのチャネルにおいてＬＥＤ取付面３３５へもたらされる。各チャネルは、対応する入口から外方へらせん状に延びている。これにより、液体は、ＬＥＤ取付面の面積全体にわたって中間平面を通じて分配される。その結果、ＬＥＤ取付面は均一に冷却される。

さらに、各チャネルは、加熱された液体を中央の出口２２４および２１４へ方向付け、この中央の出口において、加熱された液体は液体冷却式ヒートシンクから排出される。これは、加熱された液体の除去を促進し、ＬＥＤの不要な加熱を回避する。

均一な温度分布を有することに加え、前記の例示的な多層液体冷却式ヒートシンクは、長い液体流路により冷却液媒体とセラミック本体との良好な熱結合を提供する。渦巻き状のチャネルの並列接続は、冷却液媒体における圧力損失を減じる。その結果、要求されるポンピングパワーがより小さくなる。別の利点は、液体供給ラインが、下方から来ていることである。その結果、より大きなアレイジオメトリに対するモジュールのスケーラビリティが可能である。たとえば、ＬＥＤ取付面を難なく拡張させることができる。

液体冷却式ヒートシンク２００を形成するプレート２１０，２２０，２３０は、乾式成形されたセラミックおよび様々なタイプの基板を含む、あらゆる適切な材料から形成されてよい。たとえば、プレートは、非導電性でかつ伝熱性である窒化アルミニウム（ＡＩＮ）セラミックから形成されてよい。幾つかの例示的な実施の形態において、セラミック材料は、乾式プレスプロセスを用いてプレートにプレスされる。次いで、プレートはフライス削りによって構造化される。構造化されたプレートは、液体冷却式ヒートシンク２００を形成するために、セラミックペーストを用いて互いに接着される。接着剤が乾燥すると、液体冷却式ヒートシンク２００は焼結される。択一的に、ガラスまたはガラスセラミックの薄い層が、構造化されたプレートを互いに組み合わせるために使用されてよい。

プレートが互いに取り付けられた後、複数のＬＥＤは次いで、タングステンガラスまたは銀メタライゼーションを含むメタライゼーションによってＬＥＤ取付面３３５にろう付けされる。図７は、本願による例示的な液体冷却式セラミックヒートシンクに２０×２０のＬＥＤを取り付けるための例示的なレイアウトを示す。図８は、メタライゼーション８０５を備えた例示的な液体冷却式ヒートシンク８００を示す。複数のＬＥＤが、トッププレート８３０上のメタライゼーション８０５にろう付けされてよい。図８に示したように、トッププレート８３０上のメタライゼーション８０５は、外縁８３５に対して平行に配置されている。メタライゼーション８０５は、電気端子８１５が設けられているベースプレート８１０まで延びている。冷却を最適化するために、メタライゼーション８０５は好適には、渦巻き状の冷却チャネル２３３の上方にのみ配置されており、渦巻き状の冷却チャネル２３２の間の壁部の上方には配置されていない。メタライゼーション８０５は、セラミックプレートの表面に提供された、焼結されたメタライゼーション領域を有する。これらの焼結されたメタライゼーション領域は、非導電性プレートに対する良好な伝熱性を有する。

上記のようにメタライゼーションによってＬＥＤ取付面３３５に直接的に取り付けられた複数のＬＥＤを備えたセラミック（たとえばＡＩＮ）液体冷却式ヒートシンク２００は、ＬＥＤから熱を有効に除去する。セラミック本体は、高い伝熱性を備えるヒートシンクとしておよびＬＥＤ用のキャリヤとして機能する。これは、不十分な伝熱性を有する接着剤によってヒートシンクに別個のプリント回路基板を取り付ける必要性を排除する。認めることができるように、金属ヒートシンクを用いる従来のシステムは、別個のプリント基板が金属ヒートシンクに取り付けられることを必要とし、これは、金属ヒートシンクと回路基板との間の熱的なボトルネックを付加する。

幾つかの例示的な実施の形態において、渦巻き状の冷却チャネルの数は４つである。しかしながら、渦巻き状の冷却チャネルの数は、目標の冷却面のサイズ、ＬＥＤによって発生される熱、ＬＥＤの目標最大温度差およびその他の要因に依存してよいと考えられる。

幾つかの例示的な実施の形態において、冷却液媒体に圧力を加えるためにポンプが設けられていてよい。たとえば、ポンプは、入口２１２に冷却液媒体を注入し、液体をヒートシンク２００に循環させ、出口２１４から排出させる。冷却液媒体は水であってよい。しかしながら、伝熱性のその他の液体が使用されることも考えられる。

幾つかの例示的な実施の形態において、ヒートシンク２００はポンプなしで作動してよい。冷却液媒体は、エタノールまたはクロロフルオロカーボン（ＣＦＣ）などの揮発性液体であってよい。冷却液媒体は、ヒートシンク２００から熱を吸収すると蒸発する。冷却液媒体がヒートシンク２００から出た後、冷却液媒体を再び液体に凝縮させるために外部の冷却器が使用されてよく、液体は再びヒートシンク２００へ戻されてよい。

１つの好適な実施の形態において、プレート２１０，２２０，２３０は、ＡＩＮ４．５％Ｙ₂Ｏ₃から形成されており、それぞれ６０×６０×５ｍｍの寸法を有する。プレートは、乾式プレスプロセスを用いてプレスされる。プレートは、ダイアモンドフライスを用いて構造化される。３２５メッシュ金属スクリーンを用いて、ペースト（７０％ＡＩＮ４．５％Ｙ₂Ｏ₃および３０％スクリーン印刷オイル）がベースプレート２１０およびトッププレート２３０に印刷される。次いで、プレート２１０，２２０，２３０は、フィッティングマウンドを用いて１０分以内で互いに上下に配置される。液体冷却式ヒートシンク２００は、グラファイト炉において５時間窒素中で１８０５℃において焼結される。液体冷却式ヒートシンク２００の外面は、平面研削盤においてダイアモンドディスクによって研削される。液体冷却式ヒートシンク２００の外面の一部には、ストリップ状に銀１％プラチナペーストが印刷され、液体冷却式ヒートシンク２００は８５０℃において空気中で焼成される。次いで、ＬＥＤは、液体冷却式ヒートシンク２００にろう付けされ、ベースプレート２１０に電力が供給される。ポンプおよび冷却液貯蔵容器を液体冷却式ヒートシンク２００に取り付けるためにベースプレート２１０において入口２１２および出口２１４にプラスチック材料が接着されてよい。

上述のように、好適な実施の形態において、冷却流体は、流体を入口ポート２１２へ方向付け、流体をチャネル２２２を経て個々の渦巻き状のチャネル２３２の中心へ分離し、次いで、流体を中心出口２１４から取り出すことによって循環させられる。流体の流れが反対方向であることも主体の発明の範囲である。特に、装置は、流体が外側から内側に向かって渦巻き状のチャネル内を循環するように流体を開口２１４に進入させることによって作動させることができる。その後、流体は開口２１２を通じて取り出される。この逆の流路は、前方への流路よりも非効率的な冷却を提供すると考えられる。

上述の例示的な多層液体冷却式ヒートシンクは、ＬＥＤ以外のパワーエレクトロニクスを冷却するために使用されてよく、様々な用途において使用されてよい。たとえば、ヒートシンクは、インクまたは接着剤を硬化させるため、液体の殺菌のためなどの、高出力ＬＥＤ光源において使用されてよい。ヒートシンクは、基板上に直接にろう付けされた大面積半導体チップを冷却するために使用されてもよい。この場合、不均一な温度分布は、半導体チップに機械的応力を生じる。

本発明は幾つかの実施の形態に関連して説明されたが、ここに示された特定の形式に限定されることは意図されていない。むしろ、本発明の範囲は請求項によってのみ限定される。さらに、ある特徴は、特定の実施の形態に関連して説明されるように見えるが、当業者は、説明された実施の形態の様々な特徴が発明にしたがって組み合わされてよいことを認識するであろう。

さらに、個々に挙げられた複数の手段、要素またはプロセスステップはたとえば単一のユニットまたはプロセッサによって実行されてよい。さらに、個々の特徴は様々な請求項に含まれているが、これらの特徴は、場合によっては有利には組み合わされ、様々な請求項に含まれていることが、特徴の組み合わせが実行不能および／または有利でないことを意味するのではない。また、請求項の１つのカテゴリにおける特徴を含むことが、このカテゴリへの限定を意味するのではなく、特徴は、適切に、別の請求項カテゴリにも等しく適用可能であってよい。

Claims (15)

1. 液体冷却式ヒートシンクであって、
   １つのベースプレートと、
   １つの中間プレートと、
   １つのトッププレートとを備え、
   前記ベースプレートおよび前記中間プレートは、前記液体冷却式ヒートシンクのベース層を形成するように積層されかつ互いに取り付けられており、前記中間プレートおよび前記トッププレートは、前記液体冷却式ヒートシンクのトップ層を形成するように互いに取り付けられており、前記中間プレートに面していない前記トッププレートの面は、目標冷却面であり、
   前記ベース層は、前記ベースプレートにおけるヒートシンク入口から前記中間プレートにおける複数の入口へ液体を分配するチャネルを有し、前記複数の入口のそれぞれは、前記液体を前記トップ層における対応する渦巻き状のチャネルへ方向付けており、前記複数の入口のそれぞれは、前記対応する渦巻き状のチャネルの中心点と重なるように位置づけられており、該渦巻き状のチャネルのそれぞれは、前記目標冷却面に隣接した平面において前記液体を渦巻き状の経路において方向付けて前記目標冷却面を冷却し、前記渦巻き状のチャネルのそれぞれは、該渦巻き状のチャネルの前記渦巻き状の経路の最も外側で、１つの共通の集合箇所において結合し、該集合箇所は、前記液体を前記トップ層から前記ベース層へ戻して前記液体冷却式ヒートシンクから排出するように方向付けるヒートシンク出口に接続されていることを特徴とする、液体冷却式ヒートシンク。
2. 前記渦巻き状の経路のそれぞれは、前記目標冷却面に対して垂直な壁部によって形成されている、請求項１記載の液体冷却式ヒートシンク。
3. 前記ベースプレートはトレー状であり、前記ベースプレートは、前記ベースプレートのベース部分に２つのベースプレート開口を有し、第１のベースプレート開口は前記ヒートシンク入口を形成しており、第２のベースプレート開口は前記ヒートシンク出口の一部を形成している、請求項１記載の液体冷却式ヒートシンク。
4. 前記中間プレートは、前記ヒートシンク出口を形成するために前記第２のベースプレート開口と位置合わせされた中間プレート開口をさらに有する、請求項３記載の液体冷却式ヒートシンク。
5. 前記ベースプレートは、該ベースプレートに対して垂直でかつ前記第２のベースプレート開口を包囲する壁部をさらに有し、該壁部は、前記ベースプレートおよび前記中間プレートが互いに取り付けられているときに前記中間プレートに対して接触し、これにより、前記液体が、前記ベース層の内部の、前記液体を分配するチャネルから前記第２のベースプレート開口へ流れることを防止する、請求項４記載の液体冷却式ヒートシンク。
6. 液体冷却式ヒートシンクであって、
   前記液体冷却式ヒートシンクの１つのベース層と、
   前記液体冷却式ヒートシンクの１つのトップ層と、
   前記ベース層と前記トップ層との間に配置された１つの中間プレートとを備え、
   前記トップ層のトップ面が目標冷却面であり、
   前記ベース層は、ヒートシンク入口から前記中間プレートにおける複数の穴へ液体を分配する包囲されたチャネルを有し、前記複数の穴のそれぞれは前記液体を前記トップ層における対応する渦巻き状のチャネルへ方向付けており、前記複数の穴のそれぞれは、前記対応する渦巻き状のチャネルの中心点と重なるように位置づけられており、前記渦巻き状のチャネルのそれぞれは、前記目標冷却面に隣接した平面において前記液体を渦巻き状の経路において方向付けて前記目標冷却面を冷却し、前記渦巻き状のチャネルのそれぞれは、該渦巻き状のチャネルの前記渦巻き状の経路の最も外側で、１つの共通の集合点において結合しており、該集合点は、前記液体を前記トップ層から前記ベース層へ戻して前記液体冷却式ヒートシンクから排出させるように方向付けるヒートシンク出口に接続されていることを特徴とする、液体冷却式ヒートシンク。
7. 前記渦巻き状の経路のそれぞれは、前記目標冷却面に対して垂直な壁部によって形成されている、請求項６記載の液体冷却式ヒートシンク。
8. ヒートシンクであって、
   渦巻き状の流体チャネルのアレイを有するトッププレートであって、前記各渦巻き状の流体チャネルは、別個のチャネル入口を有し、該チャネル入口のそれぞれは、前記各渦巻き状の流体チャネルの中心点と重なるように位置づけられており、前記渦巻き状の流体チャネルのそれぞれは、該流体チャネルの渦巻き状の経路の最も外側の１つの集合点において共通の中央の出口チャネルを共有している、１つのトッププレートと、
   入口ポートおよび出口ポートを有する１つのボトムプレートと、
   該ボトムプレートの入口ポートと前記トッププレートの複数のチャネル入口との間に流体連通を提供する入口案内チャネルを有する中間プレートであって、該中間プレートは、前記トッププレートの前記共通の中央の出口チャネルと前記ボトムプレートの前記出口ポートとの間に流体連通を提供する出口案内チャネルをさらに有する、１つの中間プレートとを備えることを特徴とする、ヒートシンク。
9. 前記中間プレートに面した前記ボトムプレートの面は、該ボトムプレートの前記入口ポートから前記中間プレートの前記入口案内チャネルへ流体を導くための凹所を有する、請求項８記載のヒートシンク。
10. 前記中間プレートに面した前記ボトムプレートの面は、前記ボトムプレートの前記入口ポートから前記凹所に進入する流体が前記出口ポートと連通することを防止するための、前記出口ポートと前記中間プレートの前記出口案内チャネルとの間に延びたシーリングリングを有する、請求項９記載のヒートシンク。
11. 前記入口ポート内へ流体を注入し、該流体を前記ヒートシンク内に循環させて前記出口ポートから排出させるためのポンプをさらに備える、請求項９記載のヒートシンク。
12. ヒートシンクであって、
    渦巻き状の流体チャネルのアレイを有するトッププレートであって、前記各渦巻き状の流体チャネルは別個のチャネル出口を有し、該チャネル出口のそれぞれは、前記各渦巻き状の流体チャネルの中心点と重なるように位置づけられており、前記渦巻き状の流体チャネルのそれぞれは、該流体チャネルの渦巻き状の経路の最も外側の１つの集合点において共通の中央の入口チャネルを共有している、１つのトッププレートと、
    入口ポートおよび出口ポートを有する１つのボトムプレートと、
    該ボトムプレートの前記出口ポートと前記トッププレートの前記別個のチャネル出口との間に流体連通を提供する出口案内チャネルを有する中間プレートであって、該中間プレートは、前記トッププレートの前記共通の中央の入口チャネルと前記ボトムプレートの前記入口ポートとの間に流体連通を提供する入口案内チャネルをさらに有する、１つの中間プレートとを備えることを特徴とする、ヒートシンク。
13. 前記中間プレートに面した前記ボトムプレートの面が、前記中間プレートの前記出口案内チャネルから該ボトムプレートの前記出口ポートへ流体を導くための凹所を有する、請求項１２記載のヒートシンク。
14. 前記中間プレートに面した前記ボトムプレートの面は、前記中間プレートの前記出口案内チャネルから前記凹所に進入する流体が前記入口ポートと連通することを防止するための、前記入口ポートと前記中間プレートの前記入口案内チャネルとの間に延びたシーリングリングを有する、請求項１３記載のヒートシンク。
15. 前記入口ポート内へ流体を注入し、該流体を前記ヒートシンクに循環させて前記出口ポートから排出させるためのポンプをさらに備える、請求項１２記載のヒートシンク。

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