JP5690062B2 - Heat sink for press package and cooling / packaging stack - Google Patents

Description

本発明は、概してパワーエレクトロニクスに関し、特に、パワーエレクトロニクス用の先進的な冷却に関する。   The present invention relates generally to power electronics, and more particularly to advanced cooling for power electronics.

工業用中電圧駆動装置、石油及びガス用周波数変換器、トラクションドライブ、フレキシブル交流送電（ＦＡＣＴ）装置のような大容量電力変換器並びに他の大容量電力変換装置、例えば整流器及びインバータは、概して、液体冷却機能を有するプレスパック型パワー素子を含む。パワー素子の比限定的具体例としては、集積ゲート転流サイリスタ（ＩＧＣＴ）、ダイオード、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、サイリスタ及びゲートターンオフサイリスタなどが挙げられる。プレスパック素子は特に高出力用途に有利であり、プレスパックの利点としては、両面冷却が可能であり、破損時にプラズマ爆発が起こらないことが挙げられる。   Large capacity power converters such as industrial medium voltage drives, oil and gas frequency converters, traction drives, flexible alternating current power transmission (FACT) devices and other large capacity power converters such as rectifiers and inverters generally A press pack type power element having a liquid cooling function is included. Specific ratio-specific examples of power elements include integrated gate commutation thyristors (IGCT), diodes, insulated gate bipolar transistors (IGBT), thyristors, and gate turn-off thyristors. The press pack element is particularly advantageous for high-power applications, and the advantage of the press pack is that double-sided cooling is possible and plasma explosion does not occur when broken.

プレスパック素子を用いて大容量電力変換回路を構築するには、ヒートシンクとプレスパック素子とを重ね合わせてスタックを形成するのが一般的である。従来技術の電力変換装置スタックは、直径の大きい冷却孔路を有する慣用の液体冷却ヒートシンクを備える。従来技術の電力変換装置スタックでは、ヒートシンクとパワー素子は一体化されていない。用途によっては、各プレスパック素子及び液体冷却ヒートシンクの間にサーマルグリース層が設けられていることもある。別の用途では、少なくとも幾つかの層が、それらの間にサーマルグリースを設けずに、単に圧力で保持されていることもある。この構成は、多大な接触抵抗を生じる。かかる電力変換装置スタックの他の短所としては、半導体接合部から液体への熱インピーダンスが比較的高いこと、関連部品の数に起因してスタックの組立構造及び組立プロセスが比較的複雑であることが挙げられる。   In order to construct a large-capacity power conversion circuit using a press pack element, it is common to form a stack by superimposing a heat sink and a press pack element. The prior art power converter stack includes a conventional liquid cooled heat sink with a large diameter cooling passage. In the prior art power converter stack, the heat sink and power element are not integrated. Depending on the application, a thermal grease layer may be provided between each press pack element and the liquid cooled heat sink. In other applications, at least some layers may simply be held under pressure without any thermal grease between them. This configuration results in significant contact resistance. Other disadvantages of such a power converter stack are that the thermal impedance from the semiconductor junction to the liquid is relatively high and the stack assembly structure and assembly process is relatively complex due to the number of related components. Can be mentioned.

米国特許第４０２９１４１号明細書U.S. Pat. No. 4,029,141 米国特許第４３１３１２８号明細書U.S. Pat. No. 4,313,128 米国特許第５００６９２１号明細書US Pat. No. 5,0069,211 米国特許第５２２１８５１号明細書US Pat. No. 5,221,851 米国特許第５４２３３７６号明細書US Pat. No. 5,423,376 米国特許第５７０５８５３号明細書US Pat. No. 5,705,853 米国特許第５９７８２２０号明細書US Pat. No. 5,978,220 米国特許第６４７３３０３号明細書US Pat. No. 6,473,303 米国特許第６７３８２５８号明細書US Pat. No. 6,738,258 米国特許第４９２１９６９号明細書US Pat. No. 4,921,969 米国特許第７１５６１５９号明細書US Pat. No. 7,156,159 米国特許第７３２２７０２４号明細書US Pat. No. 7,327,024 米国特許第７３５３８５９号明細書US Pat. No. 7,353,859 米国特許出願公開第２００７／０２１５３２５号明細書US Patent Application Publication No. 2007/0215325 欧州特許出願公開第０９８９６１１号明細書European Patent Application Publication No. 0989611 国際公開第２００２／０９７８８３号International Publication No. 2002/097883

そこで、プレスパック素子を用いた電力変換装置スタックの熱性能及びパッケージングを改善することが望まれる。具体的には、高い信頼性及び／又は高い電力密度のため、半導体接合部から液体への熱インピーダンスを低減することが望ましい。さらに、保守性の向上のため、スタックの組立構造を比較的簡略化することが望ましい。   Thus, it is desirable to improve the thermal performance and packaging of power converter stacks using press pack elements. Specifically, it is desirable to reduce the thermal impedance from the semiconductor junction to the liquid for high reliability and / or high power density. Furthermore, it is desirable to relatively simplify the stack assembly structure in order to improve maintainability.

本発明の一つの態様は、１以上の電子素子パッケージを直接冷却するためのヒートシンクにある。電子素子パッケージは、上側接触面と下側接触面を有する。ヒートシンクは、１種以上の熱伝導性材料からなる冷却部材を備える。冷却部材は、冷却剤が導入されるように構成された複数の入口マニホルドと、冷却剤が排出されるように構成された複数の出口マニホルドとを画成する。入口マニホルドと出口マニホルドは交互に配置される。冷却部材は、さらに、冷却剤を入口マニホルドから導入して出口マニホルドへと送給するように構成された複数のミリチャネルを画成する。ミリチャネルと入口及び出口マニホルドは冷却剤と直接接触して電子素子パッケージの上側及び下側接触面を直接冷却するように構成されており、ヒートシンクは一体型ヒートシンクをなす。   One aspect of the invention resides in a heat sink for directly cooling one or more electronic device packages. The electronic device package has an upper contact surface and a lower contact surface. The heat sink includes a cooling member made of one or more heat conductive materials. The cooling member defines a plurality of inlet manifolds configured to receive a coolant and a plurality of outlet manifolds configured to discharge the coolant. The inlet manifold and outlet manifold are arranged alternately. The cooling member further defines a plurality of millichannels configured to introduce coolant from the inlet manifold and deliver it to the outlet manifold. The millichannel and inlet and outlet manifolds are configured to directly contact the coolant to directly cool the upper and lower contact surfaces of the electronic device package, and the heat sink forms an integral heat sink.

本発明の別の態様は、１以上のヒートシンクを備える冷却・パッケージング用スタックにある。ヒートシンクは冷却部材を備えているが、冷却部材は、冷却剤が導入されるように構成された複数の入口マニホルドと、冷却剤が排出されるように構成された複数の出口マニホルドと、冷却剤を入口マニホルドから導入して出口マニホルドへと送給するように構成された複数のミリチャネルとを画成する。入口マニホルドと出口マニホルドは交互に配置される。スタックは、さらに、上側接触面と下側接触面を有する１以上の電子素子パッケージを有する。マニホルド及びミリチャネルは、上側及び下側接触面の各面が冷却剤と直接接触して直接冷却されるように上側及び下側接触面の各面に隣接して配置され、ヒートシンクは一体型ヒートシンクをなす。   Another aspect of the invention resides in a cooling and packaging stack comprising one or more heat sinks. The heat sink includes a cooling member, wherein the cooling member includes a plurality of inlet manifolds configured to receive a coolant, a plurality of outlet manifolds configured to discharge the coolant, and a coolant. A plurality of millichannels configured to be introduced from the inlet manifold and delivered to the outlet manifold. The inlet manifold and outlet manifold are arranged alternately. The stack further includes one or more electronic device packages having an upper contact surface and a lower contact surface. The manifold and millichannel are positioned adjacent to the upper and lower contact surfaces such that the upper and lower contact surfaces are in direct contact with the coolant and cooled directly, and the heat sink is an integral heat sink. Make.

本発明の上記その他の特徴、態様及び効果は、添付図面と併せて以下の詳細な説明を参照することによって明らかとなろう。図面では、類似の部品には同じ符号を付した。   These and other features, aspects and advantages of the present invention will become apparent upon reference to the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. In the drawings, similar parts are denoted by the same reference numerals.

上側及び下側ヒートシンクを有する電子素子パッケージを示す図。The figure which shows the electronic element package which has an upper side and a lower side heat sink. 単一の冷却部材にミリチャネル及びマニホルドを組み込んだヒートシンクを示す図。The figure which shows the heat sink which incorporated the millichannel and the manifold in the single cooling member. 図２又は図４のヒートシンクの半径方向ミリチャネルの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the radial millichannel of the heat sink of FIG. 2 or FIG. 4. 半径方向チャネルの数を増したヒートシンク設計を示す図。FIG. 5 shows a heat sink design with an increased number of radial channels. 複数の電子素子パッケージ用に構成された冷却・パッケージング用スタックを示す図。The figure which shows the stack for cooling and packaging comprised for several electronic element packages. 図２又は図４のマニホルド構成の断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the manifold configuration of FIG. 2 or FIG. 本発明に係る両面型ヒートシンクのシール機構を示す図。The figure which shows the sealing mechanism of the double-sided type heat sink which concerns on this invention. 本発明に係る両面型ヒートシンクの一実施形態のオフセットマニホルド構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the offset manifold structure of one Embodiment of the double-sided heat sink which concerns on this invention.

図面では、本発明の様々な実施形態を開示するが、本明細書で述べる通り、本発明の他の実施形態も想定し得る。いずれの場合も、本明細書で開示する実施形態は、限定のためではなく、例示を目的としたものにすぎない。当業者には、本発明の技術的範囲及び技術的思想の範囲内において、様々な修正及び実施形態に想到し得る。   While the drawings disclose various embodiments of the invention, as described herein, other embodiments of the invention may be envisaged. In any case, the embodiments disclosed herein are for purposes of illustration and not limitation. Various modifications and embodiments may be conceived by those skilled in the art within the technical scope and technical idea of the present invention.

図１〜図４を参照して、１以上の電子素子パッケージ２０を直接冷却するためのヒートシンク３００を説明する。例えば図１に示すように、例示的な電子素子パッケージ２０は、上側接触面２２と下側接触面２４を有する。ヒートシンク３００は、１種以上の熱伝導性材料からなる冷却部材３１０を備える。例えば図２及び図４に示すように、冷却部材３１０は、冷却剤が導入されるように構成された複数の入口マニホルド１２と、冷却剤が排出されるように構成された複数の出口マニホルド１４とを画成する。例えば図２、図４、図６及び図８に示すように、入口マニホルドと出口マニホルドは交互に配置される（交互嵌合）。冷却部材３１０は、さらに、冷却剤を入口マニホルドから導入して出口マニホルドへと送給するように構成された複数のミリチャネル１６を画成する。ミリチャネル１６と入口及び出口マニホルド１２，１４は、電子素子パッケージ２０の上側及び下側接触面２２，２４を冷却剤との直接接触によって直接冷却するように構成されており、ヒートシンクは一体型ヒートシンクをなす。特に、マニホルド１２，１４及びミリチャネル１６は、上側及び下側接触面２２，２４の各面が冷却剤と直接接触して冷却されるように、上側及び下側接触面２２，２４に隣接して配置される。特定の実施形態では、ミリチャネル１６と入口及び出口マニホルド１２，１４は、冷却すべき電子素子パッケージの上側及び下側接触面２２，２４に冷却剤を均一に送給するように構成される。   A heat sink 300 for directly cooling one or more electronic device packages 20 will be described with reference to FIGS. For example, as shown in FIG. 1, the exemplary electronic device package 20 has an upper contact surface 22 and a lower contact surface 24. The heat sink 300 includes a cooling member 310 made of one or more kinds of heat conductive materials. For example, as shown in FIGS. 2 and 4, the cooling member 310 includes a plurality of inlet manifolds 12 configured to receive coolant and a plurality of outlet manifolds 14 configured to discharge coolant. And define. For example, as shown in FIGS. 2, 4, 6 and 8, the inlet manifolds and the outlet manifolds are alternately arranged (interlocking). The cooling member 310 further defines a plurality of millichannels 16 configured to introduce coolant from the inlet manifold and deliver it to the outlet manifold. The millichannel 16 and the inlet and outlet manifolds 12, 14 are configured to directly cool the upper and lower contact surfaces 22, 24 of the electronic device package 20 by direct contact with a coolant, and the heat sink is an integral heat sink. Make. In particular, the manifolds 12, 14 and the millichannel 16 are adjacent to the upper and lower contact surfaces 22, 24 such that each surface of the upper and lower contact surfaces 22, 24 is cooled in direct contact with the coolant. Arranged. In certain embodiments, the millichannel 16 and the inlet and outlet manifolds 12, 14 are configured to uniformly deliver coolant to the upper and lower contact surfaces 22, 24 of the electronic device package to be cooled.

ヒートシンク３００は、冷却剤と直接接触して電子素子パッケージ２０を冷却するという点で、電子装置パッケージ２０と一体化されている。換言すれば、一体型ヒートシンク３００のミリチャネル１６と入口及び出口マニホルド１２，１４は、ミリチャネル１６を流れる冷却剤がパワー素子パッケージ２０と直接接触するように、パワー素子パッケージ２０に面した側で開口している。この構成は、冷却剤がヒートシンク内部に収容されていて素子の冷却をヒートシンクケースを通して間接的に行わなければならなかった従来技術の内蔵式ヒートシンクに対する格段の改良である。このような追加のサーマル層をなくすことによって、本発明の一体型ヒートシンク３００は、パワー素子の冷却効率が向上する。   The heat sink 300 is integrated with the electronic device package 20 in that the electronic device package 20 is cooled by coming into direct contact with the coolant. In other words, the millichannel 16 and the inlet and outlet manifolds 12, 14 of the integrated heat sink 300 are on the side facing the power element package 20 so that the coolant flowing through the millichannel 16 is in direct contact with the power element package 20. It is open. This configuration is a significant improvement over prior art built-in heat sinks where the coolant is contained within the heat sink and the element must be cooled indirectly through the heat sink case. By eliminating such an additional thermal layer, the integrated heat sink 300 of the present invention improves the cooling efficiency of the power element.

冷却部材３１０は様々な熱伝導性材料から形成することができ、そうした材料の非限定的な例としては、銅、アルミニウム、ニッケル、モリブデン、チタン、これらの合金、さらに、アルミニウム炭化ケイ素（ＡｌＳｉＣ）、アルミニウム−グラファイトのような金属マトリックス複合材料、窒化ケイ素セラミックのようなセラミックスが挙げられる。冷却部材は鋳造及び／又は機械加工し得る。例えば、冷却部材３１０を鋳造し、次いで微細な特徴及び表面要件を画成するように機械加工してもよい。   The cooling member 310 can be formed from a variety of thermally conductive materials, including, but not limited to, copper, aluminum, nickel, molybdenum, titanium, alloys thereof, and aluminum silicon carbide (AlSiC). And metal matrix composites such as aluminum-graphite and ceramics such as silicon nitride ceramic. The cooling member can be cast and / or machined. For example, the cooling member 310 may be cast and then machined to define fine features and surface requirements.

冷却剤の非限定的な具体例としては、脱イオン水その他の非導電性の液体が挙げられる。   Non-limiting specific examples of the coolant include deionized water and other non-conductive liquids.

特定の実施形態では、マニホルド１２，１４は、ミリチャネル１６よりも大きな直径を有する。非限定的な例では、ミリチャネルの幅は約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍであり、ミリチャネルの深さは約０．５ｍｍ〜約２ｍｍの範囲内である。具体的には、チャネルの厚さは、半導体上の圧力が均一になるように選択できる。半導体に加わる圧力分布を均一化することによって、半導体の性能が損なわれなくなる。さらに、ミリチャネル１６及びマニホルド１２，１４は、丸形、円形、台形、三角形及び方形／矩形を始めとする様々な断面形状を有し得る。チャネル形状は製造上の制約及び用途に基づいて選択され、利用できる製造法及び冷却剤流量に影響を与える。有利なことに、ヒートシンク１０にミリチャネル１６を組み込むことによって、半導体素子２０から冷却剤への熱伝導表面積が大幅に増加する。   In certain embodiments, the manifolds 12, 14 have a larger diameter than the millichannel 16. In a non-limiting example, the width of the millichannel is about 0.5 mm to about 2.0 mm and the depth of the millichannel is in the range of about 0.5 mm to about 2 mm. Specifically, the channel thickness can be selected so that the pressure on the semiconductor is uniform. By uniformizing the pressure distribution applied to the semiconductor, the performance of the semiconductor is not impaired. Further, the millichannel 16 and the manifolds 12, 14 can have various cross-sectional shapes including round, circular, trapezoidal, triangular and square / rectangular. The channel shape is selected based on manufacturing constraints and applications and affects the available manufacturing methods and coolant flow rates. Advantageously, incorporating the millichannel 16 in the heat sink 10 significantly increases the heat transfer surface area from the semiconductor device 20 to the coolant.

図示した構成では、入口及び出口マニホルド１２，１４は円形配置（本明細書では「軸方向」配置ともいう。）に配設され、ミリチャネル１６は半径方向配置に配設される。他の例（図示せず）では、入口及び出口マニホルド１２，１４は半径方向配置に配設され、ミリチャネル１６は円形（軸方向）配置に配設される。本明細書において「円形配置」及び「軸方向配置」は、半径方向通路（実施形態に応じてミリチャネル又はマニホルド）を接続する曲線的及び直線的な「円形」通路（実施形態に応じて、マニホルド又はミリチャネルのいずれか）を包含する。   In the illustrated configuration, the inlet and outlet manifolds 12, 14 are arranged in a circular arrangement (also referred to herein as an “axial” arrangement), and the millichannels 16 are arranged in a radial arrangement. In another example (not shown), the inlet and outlet manifolds 12, 14 are arranged in a radial arrangement and the millichannels 16 are arranged in a circular (axial) arrangement. As used herein, “circular arrangement” and “axial arrangement” refer to curvilinear and linear “circular” passages (depending on the embodiment) that connect the radial passages (millichannel or manifold, depending on the embodiment). Including either manifold or millichannel).

図２及び図４に示す例示的構成では、冷却部材３１０は、さらに、Ｏリングのようなガスケット３０４（図７参照）を受け入れる溝３０２を画成する。図７に示すように、ガスケット３０４は、ヒートシンク３００を隣接電子素子パッケージ２０にシールするために用いられる。図６に示すように、冷却剤は、入口プレナム３からヒートシンク３００に供給される。冷却剤は、次いで、図６に示すように、入口ポート１１から入口マニホルド（１つおきの同心マニホルド部分）１２に流入する。冷却剤は、ミリチャネル１６（図２又は図４参照）を通過した後、例えば、図６に示すように、出口マニホルド１４（別の１つおきの同心マニホルド部分）から出口ポート１３を介して出口プレナム５へと排出される。   In the exemplary configuration shown in FIGS. 2 and 4, the cooling member 310 further defines a groove 302 that receives a gasket 304 (see FIG. 7), such as an O-ring. As shown in FIG. 7, the gasket 304 is used to seal the heat sink 300 to the adjacent electronic device package 20. As shown in FIG. 6, the coolant is supplied from the inlet plenum 3 to the heat sink 300. The coolant then flows from the inlet port 11 to the inlet manifold (every other concentric manifold portion) 12 as shown in FIG. After the coolant has passed through the millichannel 16 (see FIG. 2 or FIG. 4), for example, as shown in FIG. 6, from the outlet manifold 14 (another alternate concentric manifold portion) via the outlet port 13 It is discharged to the exit plenum 5.

図３に、半径方向チャネル１６（例えば半径方向ミリチャネル）の断面図を示す。図４に、圧力降下を低減してその分冷却効率を向上させるため半径方向チャネルの数を増した設計を示す。具体的には、図４に示す例示的構成では、半径方向チャネルの数は、冷却部材３１０の中心付近の半径方向チャネルの数よりも冷却部材３１０の外周付近で多い。この構成によって、空間及び加工上の制約の下でも、追加の半径方向チャネルを加えることができるようになる。   FIG. 3 shows a cross-sectional view of radial channel 16 (eg, radial millichannel). FIG. 4 shows a design with an increased number of radial channels to reduce the pressure drop and increase the cooling efficiency accordingly. Specifically, in the exemplary configuration shown in FIG. 4, the number of radial channels is greater near the outer periphery of the cooling member 310 than the number of radial channels near the center of the cooling member 310. This configuration allows additional radial channels to be added even under space and processing constraints.

有利なことに、例えば、図２〜図４に示すように、単一の冷却部材３１０にミリチャネルと入口／出口マニホルドを組み込むことによって、組立プロセスが簡略化される。特に、単一の冷却部材３１０を用いると、２つの部品を接合する必要がなくなる。代わりに、Ｏリングアセンブリのようなガスケット３０４を用いて、ヒートシンク３００を隣接素子パッケージ２０にシールすればよく、隣接部品間の堅牢で簡単なシールが得られる。   Advantageously, the assembly process is simplified by incorporating millichannels and inlet / outlet manifolds into a single cooling member 310, for example as shown in FIGS. In particular, the use of a single cooling member 310 eliminates the need to join two parts. Alternatively, a gasket 304 such as an O-ring assembly may be used to seal the heat sink 300 to the adjacent element package 20, resulting in a robust and simple seal between adjacent components.

図１〜図４を参照して例示した実施形態では、上側接触面２２及び下側接触面２４は断面が円形であってもよく、冷却部材３１０は円筒形（つまり円板又はアイスホッケーパック状）であってよい。ただし、方形及び矩形断面を始めとする他の形状のものを用いてもよい。図１に示す例示的構成では、電子素子パッケージ２０はプレスパッケージ２０である。本発明は、特定の素子構造に限定されるものではないが、説明の便宜上、以下、プレスパッケージの構成を例に取って説明する。本例では、プレスパッケージ２０は、ウェーハ２３上に形成された１以上の半導体素子２１と、膨張率（ＣＴＥ）がマッチした上側及び下側プレート２５，２７と、上側及び下側電極２８，２９とを備える。図１に示すように、ウェーハ２３はＣＴＥプレート２５，２７間に配置され、上側電極２８は上側ＣＴＥプレート２５上に配置され、下側ＣＴＥプレート２７は下側電極２８上に配置される。プレスパッケージの実施形態では、ウェーハ２３、ＣＴＥプレート２５，２７及び電極２８，２９の各々は円形断面のものでもよい。半導体素子の非限定的な具体例としては、ＩＧＣＴ、ＧＴＯ及びＩＧＢＴが挙げられる。本発明は、様々な半導体から製造される半導体素子に用途を見出すことができ、半導体の非限定的な具体例としては、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）及びガリウムヒ素（ＧａＡｓ）が挙げられる。プレスパッケージは、通例、例えば図１に示すような絶縁（例えばセラミック）ハウジング２６を含む。図１では、ヒートシンクはハウジング２６の外側に延在しているが、他の実施形態では、ヒートシンク３００の冷却部材３１０はハウジング２６内に配置される。さらに、電極２８，２９は垂直方向にハウジング２６の境界を越えて延在し、例えば電極２８（及び２９）の外周とハウジング２６との間にコンプライアントシールを設けてもよい。また、電気的接続を可能とするとともに、冷却が必要とされる他の素子を配置するため、ヒートシンク３００が（図示のように）ハウジングの外に延在していてもよい。従って、冷却部材３１０は、ハウジング２６よりも大きな直径を有していてもよい。   In the embodiment illustrated with reference to FIGS. 1 to 4, the upper contact surface 22 and the lower contact surface 24 may be circular in cross section, and the cooling member 310 is cylindrical (i.e., a disc or ice hockey pack shape). ). However, other shapes including a square and a rectangular cross section may be used. In the exemplary configuration shown in FIG. 1, the electronic device package 20 is a press package 20. Although the present invention is not limited to a specific element structure, for the convenience of explanation, the following description will be made by taking the configuration of a press package as an example. In this example, the press package 20 includes one or more semiconductor elements 21 formed on the wafer 23, upper and lower plates 25 and 27 having matching expansion coefficients (CTE), and upper and lower electrodes 28 and 29. With. As shown in FIG. 1, the wafer 23 is disposed between the CTE plates 25 and 27, the upper electrode 28 is disposed on the upper CTE plate 25, and the lower CTE plate 27 is disposed on the lower electrode 28. In the press package embodiment, each of wafer 23, CTE plates 25, 27 and electrodes 28, 29 may have a circular cross-section. Non-limiting specific examples of the semiconductor element include IGCT, GTO, and IGBT. The present invention can find application in semiconductor devices manufactured from various semiconductors, and non-limiting specific examples of semiconductors include silicon (Si), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) and gallium. An example is arsenic (GaAs). The press package typically includes an insulating (eg, ceramic) housing 26, for example as shown in FIG. In FIG. 1, the heat sink extends outside the housing 26, but in other embodiments, the cooling member 310 of the heat sink 300 is disposed within the housing 26. Furthermore, the electrodes 28 and 29 may extend vertically beyond the boundary of the housing 26, and for example, a compliant seal may be provided between the outer periphery of the electrodes 28 (and 29) and the housing 26. Also, the heat sink 300 may extend out of the housing (as shown) to allow electrical connection and to place other elements that need to be cooled. Accordingly, the cooling member 310 may have a larger diameter than the housing 26.

ヒートシンク３００は片面型でも両面型でもよい。例えば、図５に示す例示的構成では、上と下のヒートシンク３００は片面型であるが、中間のヒートシンク３００は両面型である。両面型ヒートシンクは、複数（特に２つ）の電子素子パッケージ２０を直接冷却するように構成される。図５に示すように、両面型ヒートシンク３００については、冷却部材３１０は、第１の面２と第２の面４を有する。ミリチャネル１６と入口マニホルド２と出口マニホルド１４の第１の組が冷却部材３１０の第１の面２に形成される。（例えば図２及び図４の構成参照。）。同様に、ミリチャネル１６と入口マニホルド１２と出口マニホルド１４の第２の組が冷却部材３１０の第２の面４に形成される。（例えば図２及び図４の構成参照。）。第１の組のミリチャネルは、一方の電子素子パッケージ２０の上側接触面２２を冷却剤との直接接触によって直接冷却するように構成され、第２の組のミリチャネルは、別の電子素子パッケージ２０の下側接触面２４を冷却剤との直接接触によって直接冷却するように構成される。   The heat sink 300 may be a single-sided type or a double-sided type. For example, in the exemplary configuration shown in FIG. 5, the upper and lower heat sinks 300 are single-sided, while the intermediate heat sink 300 is double-sided. The double-sided heat sink is configured to directly cool a plurality (particularly two) of the electronic device packages 20. As shown in FIG. 5, for the double-sided heat sink 300, the cooling member 310 has a first surface 2 and a second surface 4. A first set of millichannel 16, inlet manifold 2 and outlet manifold 14 is formed on first surface 2 of cooling member 310. (See, for example, the configuration of FIGS. 2 and 4). Similarly, a second set of millichannel 16, inlet manifold 12 and outlet manifold 14 is formed on second surface 4 of cooling member 310. (See, for example, the configuration of FIGS. 2 and 4). The first set of millichannels is configured to directly cool the upper contact surface 22 of one electronic device package 20 by direct contact with a coolant, and the second set of millichannels includes another electronic device package. 20 lower contact surface 24 is configured to cool directly by direct contact with the coolant.

図８に、両面型ヒートシンク用の入口及び出口マニホルドのオフセット構成を示す。図８に示すように、第１の組の入口マニホルド１２は第２の組の入口マニホルドからオフセットしている。同様に、第１の組の出口マニホルド１４は第２の組の出口マニホルドからオフセットしている。さらに具体的には、第１の組の入口マニホルドは、第２の組の出口マニホルドと相対して配置される。同様に、第１の組の出口マニホルドは、第２の組の入口マニホルドと相対して配置される。このようなオフセット構成は幾つかの利点を有する。第１の冷却面で高温の流体を運ぶマニホルド（出口マニホルド）を、他方の冷却面で低温の流体を運ぶマニホルドと相対して配置すると、入口及び出口マニホルドを整合させた場合よりも、マニホルドでの「熱拡散」効率が向上する。さらに、このオフセット構成は冷却剤の速度及び圧力分布を改善し、これらはすべてヒートシンクの性能向上に寄与する。   FIG. 8 shows the offset configuration of the inlet and outlet manifolds for a double-sided heat sink. As shown in FIG. 8, the first set of inlet manifolds 12 is offset from the second set of inlet manifolds. Similarly, the first set of outlet manifolds 14 is offset from the second set of outlet manifolds. More specifically, the first set of inlet manifolds are positioned relative to the second set of outlet manifolds. Similarly, the first set of outlet manifolds are positioned relative to the second set of inlet manifolds. Such an offset configuration has several advantages. Placing the manifold carrying the hot fluid on the first cooling surface (exit manifold) relative to the manifold carrying the cold fluid on the other cooling surface will result in a manifold that is not aligned with the inlet and outlet manifolds. The efficiency of “thermal diffusion” is improved. In addition, this offset configuration improves coolant speed and pressure distribution, all of which contribute to improved heat sink performance.

有利なことに、ヒートシンク３００は、パワー素子の従来の冷却に比して、熱伝達効率が高い。従来のヒートシンクは、冷却剤をパワー素子と接触させずにヒートシンク内部に収容するという点で、プレスパッケージと一体化されておらず、内蔵型である。従来のヒートシンクは、ケースを含んでいて、ケースは通例サーマルグリース層を介してプレスパッケージに結合しており、そのため熱抵抗が増す。このように、従来のヒートシンクは、熱伝達を妨げる追加のサーマル層（ケース）を含んでいる。対照的に、ヒートシンク３００はプレスパッケージと一体に設けられ、パワー素子を冷却剤との直接接触によって冷却し、熱伝達を促進する。さらに、この一体ヒートシンクでは、入口孔路と出口孔路が交互に配置されているので、冷却すべき素子の表面に冷却剤が均一に送給され、ミリチャネルによってパワー素子から冷却剤への熱伝導表面積が増す。図１〜図４に示す実施形態では、ヒートシンク３００は、プレスパッケージ２０のような既存の電子パッケージでの使用に適合している。従って、ヒートシンク３００は、素子パッケージに修正を加えずに従来のプレスパック型パワー素子を一体冷却するの使用できる。さらに、単一の冷却部材３１０にミリチャネルと入口／出口マニホルドとを組み込むことによって、組立プロセスが簡略化される。   Advantageously, the heat sink 300 has a higher heat transfer efficiency compared to conventional cooling of power elements. The conventional heat sink is not integrated with the press package in that it contains the coolant inside the heat sink without contacting the power element, and is a built-in type. Conventional heat sinks include a case, which is typically coupled to the press package via a thermal grease layer, thereby increasing thermal resistance. Thus, conventional heat sinks include an additional thermal layer (case) that prevents heat transfer. In contrast, the heat sink 300 is integrated with the press package to cool the power element by direct contact with the coolant and facilitate heat transfer. Furthermore, in this integrated heat sink, the inlet and outlet channels are alternately arranged, so that the coolant is uniformly delivered to the surface of the element to be cooled, and the heat from the power element to the coolant is supplied by the millichannel. Increases the conductive surface area. In the embodiment shown in FIGS. 1-4, the heat sink 300 is adapted for use with existing electronic packages, such as the press package 20. Therefore, the heat sink 300 can be used to integrally cool a conventional press pack type power element without modifying the element package. Further, the assembly process is simplified by incorporating millichannels and inlet / outlet manifolds in a single cooling member 310.

図５を参照して、本発明の冷却・パッケージング用スタック１００の実施形態を説明する。冷却・パッケージング用スタック１００は、冷却剤が導入されるように構成された複数の入口マニホルド１２と、冷却剤が排出されるように構成された複数の出口マニホルド１４と、冷却剤を入口マニホルドから導入して出口マニホルドへと送給するための複数のミリチャネル１６とを画成する冷却部材３１０を備えた１以上のヒートシンク３００を含む。ヒートシンク３００は上述した通りであり、ヒートシンクの様々な実施形態に関する詳しい説明は割愛する。冷却・パッケージング用スタック１００は、さらに、上側接触面２２と下側接触面２４を有する１以上の電子素子パッケージ２０を含む。マニホルド１２，１４及びミリチャネル１６は、上側及び下側接触面２２，２４の各面が冷却剤と直接接触して直接冷却されるように上側及び下側接触面２２，２４の各面に隣接して配置され、ヒートシンクは一体型ヒートシンクをなす。   With reference to FIG. 5, an embodiment of the cooling and packaging stack 100 of the present invention will be described. The cooling and packaging stack 100 includes a plurality of inlet manifolds 12 configured to receive coolant, a plurality of outlet manifolds 14 configured to discharge coolant, and a coolant inlet manifold. And includes one or more heat sinks 300 with cooling members 310 defining a plurality of millichannels 16 for introduction from and delivery to the outlet manifold. The heat sink 300 is as described above, and a detailed description of various embodiments of the heat sink is omitted. The cooling and packaging stack 100 further includes one or more electronic device packages 20 having an upper contact surface 22 and a lower contact surface 24. The manifolds 12, 14 and the millichannel 16 are adjacent to the upper and lower contact surfaces 22, 24 so that the upper and lower contact surfaces 22, 24 are in direct contact with the coolant and cooled directly. And the heat sink forms an integral heat sink.

ヒートシンク３００の例示的な材料については上述した。入口及び出口マニホルド１２，１４についても、図２、図６及び図８を参照して上述した。図６に示す実施形態では、冷却剤は入口プレナム３からヒートシンク３００に供給され、出口プレナム５から排出される。ミリチャネル１６の様々な構成については、図２〜図４を参照して上述した。マニホルドとミリチャネルの相対的配置についても、図２及び図４を参照して上述した。一実施形態では、入口及び出口マニホルド１２，１４は半径方向配置に配設され、ミリチャネル１１６は円形（さらに一般的には軸方向）配置に配設される。図２及び図４に示す実施形態では、ミリチャネル１６は半径方向配置に配設され、入口及び出口マニホルド１２，１４は円形配置に配設される。   Exemplary materials for the heat sink 300 have been described above. The inlet and outlet manifolds 12, 14 have also been described above with reference to FIGS. In the embodiment shown in FIG. 6, coolant is supplied from the inlet plenum 3 to the heat sink 300 and discharged from the outlet plenum 5. Various configurations of the millichannel 16 have been described above with reference to FIGS. The relative arrangement of the manifold and millichannel has also been described above with reference to FIGS. In one embodiment, the inlet and outlet manifolds 12, 14 are arranged in a radial arrangement, and the millichannels 116 are arranged in a circular (more generally axial) arrangement. In the embodiment shown in FIGS. 2 and 4, the millichannels 16 are arranged in a radial arrangement and the inlet and outlet manifolds 12, 14 are arranged in a circular arrangement.

冷却を促進するため、スタック１００のヒートシンク３００に、図４に示すミリチャネル設計を採用し得る。上述の通り、図４は、圧力降下を低減してその分冷却効率を向上させるため半径方向チャネルの数を増した設計を示す。具体的には、図４に示す例示的構成では、半径方向チャネルの数は、冷却部材３１０の中心付近の半径方向チャネルの数よりも冷却部材３１０の外周付近で多い。この構成によって、空間及び加工上の制約の下でも、追加の半径方向チャネルを加えることができるようになる。   To facilitate cooling, the heat sink 300 of the stack 100 may employ the millichannel design shown in FIG. As described above, FIG. 4 shows a design with an increased number of radial channels to reduce the pressure drop and increase the cooling efficiency accordingly. Specifically, in the exemplary configuration shown in FIG. 4, the number of radial channels is greater near the outer periphery of the cooling member 310 than the number of radial channels near the center of the cooling member 310. This configuration allows additional radial channels to be added even under space and processing constraints.

図５に示す例示的構成は、片面型の上側及び下側ヒートシンク３００と両面型の中間ヒートシンク３００を有する冷却構成である。図示した実施形態では、スタック１００は、複数のヒートシンク３００と複数の電子素子パッケージ２０とを備える。図示のように、ヒートシンク３００と電子素子パッケージ２０は交互に配置される。さらに具体的には、上述した通り、図５に示す実施形態では、ヒートシンク３００の少なくとも１つは両面型ヒートシンクである。両面型ヒートシンクは、第１の面２と第２の面４を有する冷却部材３１０を備える。ミリチャネル１６と入口マニホルド１２と出口マニホルド１４の第１の組が冷却部材３１０の第１の面２に形成される。同様に、ミリチャネル１６と入口マニホルド１２と出口マニホルド１４の第２の組が冷却部材３１０の第２の面４に形成される。第１の組のミリチャネル１６は、一方の電子装置パッケージ２０の上側接触面２２を冷却剤で冷却するように構成される。同様に、第２の組のミリチャネル１６は、別の電子素子パッケージ２０の下側接触面２４を冷却剤で冷却するように構成される。図８に関して上述した通り、ヒートシンクの性能をさらに高めるため、両面型ヒートシンクにオフセット構成の入口及び出口マニホルドを組み込んでもよい。   The exemplary configuration shown in FIG. 5 is a cooling configuration having single-sided upper and lower heat sinks 300 and a double-sided intermediate heat sink 300. In the illustrated embodiment, the stack 100 includes a plurality of heat sinks 300 and a plurality of electronic device packages 20. As illustrated, the heat sink 300 and the electronic device package 20 are alternately arranged. More specifically, as described above, in the embodiment shown in FIG. 5, at least one of the heat sinks 300 is a double-sided heat sink. The double-sided heat sink includes a cooling member 310 having a first surface 2 and a second surface 4. A first set of millichannel 16, inlet manifold 12 and outlet manifold 14 is formed on first surface 2 of cooling member 310. Similarly, a second set of millichannel 16, inlet manifold 12 and outlet manifold 14 is formed on second surface 4 of cooling member 310. The first set of millichannels 16 is configured to cool the upper contact surface 22 of one electronic device package 20 with a coolant. Similarly, the second set of millichannels 16 is configured to cool the lower contact surface 24 of another electronic device package 20 with a coolant. As described above with respect to FIG. 8, offset configuration inlet and outlet manifolds may be incorporated into the double-sided heat sink to further enhance the performance of the heat sink.

冷却・パッケージング用スタック１００では、ヒートシンク３００は、電子素子パッケージ２０の上側及び下側接触面２２，２４の各々にシールされ、ミリチャネルを流れる冷却剤が、電子素子パッケージ２０の上側及び下側接触面の各面と直接接触して各面を直接冷却する。図２及び図７に示す例示的構成では、各冷却部材３１０は、さらに１以上の溝３０２を画成する。例えば、図７に示すように、スタック１００は、ヒートシンク３００を各電子素子パッケージ２０にシールするため、溝３０２内に配置された１以上のガスケット３０４を含んでいる。ある実施形態では、ガスケット３０４はＯリングである。有利なことに、この組立プロセスは比較的簡単で堅牢であり、数段階の製造ステップしか必要とせず、はんだ付けその他の金属接合技術のような複雑な組立技術を必要としない。   In the cooling / packaging stack 100, the heat sink 300 is sealed to each of the upper and lower contact surfaces 22, 24 of the electronic device package 20, and the coolant flowing through the millichannel is on the upper and lower sides of the electronic device package 20. Direct contact with each surface of the contact surface to cool each surface directly. In the exemplary configuration shown in FIGS. 2 and 7, each cooling member 310 further defines one or more grooves 302. For example, as shown in FIG. 7, the stack 100 includes one or more gaskets 304 disposed in the grooves 302 to seal the heat sink 300 to each electronic device package 20. In some embodiments, the gasket 304 is an O-ring. Advantageously, this assembly process is relatively simple and robust, requires only a few manufacturing steps, and does not require complex assembly techniques such as soldering or other metal joining techniques.

なお、図５に示す具体的構成は例示にすぎず、冷却・パッケージング用スタック１００に含まれる電子素子パッケージ２０の数、及び電子素子パッケージを冷却するための対応ヒートシンク３００の数は幾つであってもよい。本発明には数多くの利点の１つは、所望の数の素子パッケージを冷却するための柔軟性及びモジュール性である。   The specific configuration shown in FIG. 5 is merely an example, and the number of electronic device packages 20 included in the cooling / packaging stack 100 and the number of corresponding heat sinks 300 for cooling the electronic device packages are various. May be. One of the many advantages to the present invention is the flexibility and modularity to cool the desired number of device packages.

図５を参照して例示した実施形態では、上側接触面２２と下側接触面２４は各々断面が円形であってもよく、冷却部材３１０は円筒形（すなわち円板又はアイスホッケーパック状）であってもよい。ただし、上述の通り、方形及び矩形断面を始めとする他の形状のものを用いてもよい。特定の実施形態では、電子素子パッケージ２０はプレスパッケージ２０である。上述の通り、本発明は、特定の素子構造に限定されるものではないが、説明の便宜上、以下、プレスパッケージの構成を例に取って説明する。本例では、プレスパッケージ２０は、例えば図１に示すように、ウェーハ２３上に形成された１以上の半導体素子２１を備える。プレスパッケージ２０はさらに、例えば図１に示すように、膨張率（ＣＴＥ）が調和した上側及び下側プレート２５，２７と、上側及び下側電極２８，２９を含む。ウェーハ２３はＣＴＥプレート２５，２７間に配置される。上側電極２８は上側ＣＴＥプレート２５上に配置され、下側ＣＴＥプレート２７は下側電極２９の上に配置される。ウェーハ２３、ＣＴＥプレート２５，２７及び電極２８，２９の各々は円形断面を有する。図示したプレスパックの実施形態では、スタック１００はさらに、例えば図１及び図５に示すような絶縁（例えばセラミック）ハウジング２６を含む。図１及び図５では、ヒートシンクは、ハウジング２６の外側に延在しているが、別の実施形態では、上述の通り、ヒートシンク３００の冷却部材３１０はハウジング２６内に配置される。   In the embodiment illustrated with reference to FIG. 5, the upper contact surface 22 and the lower contact surface 24 may each be circular in cross section, and the cooling member 310 may be cylindrical (ie, a disc or ice hockey pack). There may be. However, as described above, other shapes including a square shape and a rectangular cross section may be used. In certain embodiments, the electronic device package 20 is a press package 20. As described above, the present invention is not limited to a specific element structure, but for the sake of convenience of explanation, the configuration of a press package will be described below as an example. In this example, the press package 20 includes one or more semiconductor elements 21 formed on a wafer 23, for example, as shown in FIG. The press package 20 further includes upper and lower plates 25 and 27 having matched expansion coefficients (CTE) and upper and lower electrodes 28 and 29 as shown in FIG. Wafer 23 is placed between CTE plates 25 and 27. The upper electrode 28 is disposed on the upper CTE plate 25 and the lower CTE plate 27 is disposed on the lower electrode 29. Each of the wafer 23, the CTE plates 25 and 27, and the electrodes 28 and 29 has a circular cross section. In the illustrated press pack embodiment, the stack 100 further includes an insulating (eg, ceramic) housing 26 as shown, for example, in FIGS. 1 and 5, the heat sink extends outside the housing 26, but in another embodiment, the cooling member 310 of the heat sink 300 is disposed within the housing 26 as described above.

有利なことに、冷却・パッケージング用スタック１００は、パワー素子の従来の冷却よりも向上した熱伝達をもたらし、堅牢で簡単なシール構造を有する。例えば、ヒートシンクは、比較的簡単なＯリングアセンブリを用いて隣接素子パッケージにシールできる。さらに、特定の実施形態では、プレスパック２０の上側及び下側接触面２２，２４に冷却剤を直接接触させることによって、熱伝達を促進することができる。さらに、狭くて深いミリチャネル１６をパワー素子の下に直接配置することによって、素子の接合部から液体への熱伝達表面積を最大にすることができる。従来のプレスパック素子と液体冷却ヒートシンクとのスタックアセンブリに比べて、小さな圧力降下及び流速で、熱抵抗を大幅に低減させることができる。比較的高い流速と低い圧力降下が達成されることによって、冷却効率が向上する。   Advantageously, the cooling and packaging stack 100 provides improved heat transfer over conventional cooling of power elements and has a robust and simple sealing structure. For example, the heat sink can be sealed to an adjacent device package using a relatively simple O-ring assembly. Furthermore, in certain embodiments, heat transfer can be facilitated by bringing the coolant directly into contact with the upper and lower contact surfaces 22, 24 of the press pack 20. Furthermore, by placing the narrow and deep millichannel 16 directly under the power element, the heat transfer surface area from the element junction to the liquid can be maximized. Compared to a conventional press pack element and liquid cooled heat sink stack assembly, thermal resistance can be significantly reduced with a small pressure drop and flow rate. By achieving a relatively high flow rate and low pressure drop, cooling efficiency is improved.

熱性能の向上による信頼性の向上と動作マージンの拡大によって、ヒートシンク３００及び冷却・パッケージング用スタック１００は、石油及びガス液化天然ガス（ＬＮＧ）及びパイプライン駆動装置、石油及びガス海底輸送供給及び駆動装置のような非常に高い信頼性が求められる用途に特に適している。さらに、ヒートシンク３００及び冷却・パッケージング用スタック１００は、金属圧延工場や製紙工場、公共輸送業務などの高出力用途を始めとする様々な用途にも適用できる。   By improving thermal performance and increasing reliability and operating margins, heat sink 300 and cooling and packaging stack 100 can be used for oil and gas liquefied natural gas (LNG) and pipeline drives, oil and gas submarine transportation supplies and It is particularly suitable for applications that require very high reliability, such as drive devices. Furthermore, the heat sink 300 and the cooling / packaging stack 100 can be applied to various uses such as a high power use such as a metal rolling mill, a paper mill, and a public transportation business.

以上、本発明の幾つかの特徴について例示し、説明してきたが、当業者には数多くの修正及び変更が自明であろう。特許請求の範囲は、かかる修正及び変更も本発明の技術的範囲に属するものとして包含する。   While several features of the invention have been illustrated and described, many modifications and changes will be apparent to those skilled in the art. The appended claims encompass such modifications and changes as belonging to the scope of the present invention.

Claims (10)

上側接触面（２２）と下側接触面（２４）を有する１以上の電子素子パッケージを直接冷却するヒートシンク（３００）であって、当該ヒートシンクが、１種以上の熱伝導性材料からなる冷却部材（３１０）を備えており、冷却部材が、
冷却剤が導入されるように構成された複数の入口マニホルド（１２）と、
冷却剤が排出されるように構成された複数の出口マニホルド（１４）であって、入口マニホルドと交互に配置されている出口マニホルド（１４）と、
冷却剤を入口マニホルドから導入して出口マニホルドへと送給するように構成された複数のミリチャネル（１６）と
を画成し、ミリチャネルと入口及び出口マニホルドがさらに、電子素子パッケージの上側及び下側接触面の一方を冷却剤と直接接触させることによって直接冷却するように構成されていて、ヒートシンクが一体型ヒートシンクをなす、ヒートシンク（３００）。 A heat sink (300) for directly cooling one or more electronic device packages having an upper contact surface (22) and a lower contact surface (24), wherein the heat sink is made of one or more kinds of thermally conductive materials. (310), and the cooling member is
A plurality of inlet manifolds (12) configured to introduce coolant;
A plurality of outlet manifolds (14) configured to discharge coolant, wherein the outlet manifolds (14) are arranged alternately with the inlet manifolds;
A plurality of millichannels (16) configured to introduce coolant from the inlet manifold and deliver it to the outlet manifold, wherein the millichannel and the inlet and outlet manifolds further include an A heat sink (300) configured to cool directly by bringing one of the lower contact surfaces into direct contact with the coolant, wherein the heat sink forms an integral heat sink. 前記入口及び出口マニホルド（１２，１４）が半径方向配置に配設され、ミリチャネル（１６）が円形配置に配設されている、請求項１記載のヒートシンク（３００）。 The heat sink (300) of claim 1, wherein the inlet and outlet manifolds (12, 14) are arranged in a radial arrangement and the millichannels (16) are arranged in a circular arrangement. 前記ミリチャネル（１６）が半径方向配置に配設され、入口及び出口マニホルド（１２，１４）が円形配置に配設されている、請求項１記載のヒートシンク（３００）。 The heat sink (300) of claim 1, wherein the millichannel (16) is arranged in a radial arrangement and the inlet and outlet manifolds (12, 14) are arranged in a circular arrangement. 当該ヒートシングが、複数の電子素子パッケージ（２０）を直接冷却するためのものであり、前記冷却部材（３１０）が第１の面（２）と第２の面（４）を有していて、冷却部材の第１の面に、ミリチャネル（１６）と入口マニホルド（１２）と出口マニホルド（１４）の第１の組が形成され、冷却部材の第２の面に、ミリチャネルと入口マニホルドと出口マニホルドの第２の組が形成され、第１の組のミリチャネルと入口及び出口マニホルドが、一方の電子素子パッケージの上側接触面を冷却剤で直接冷却するように構成され、第２の組のミリチャネルと入口及び出口マニホルドが、別の電子素子パッケージの下側接触面を冷却剤で直接冷却するように構成されている、請求項１記載のヒートシンク（３００）。 The heat sink is for directly cooling the plurality of electronic element packages (20), and the cooling member (310) has a first surface (2) and a second surface (4). A first set of millichannel (16), inlet manifold (12) and outlet manifold (14) is formed on the first side of the cooling member, and millichannel and inlet manifold are formed on the second side of the cooling member. And a second set of outlet manifolds are formed, the first set of millichannels and the inlet and outlet manifolds are configured to directly cool the upper contact surface of one electronic device package with a coolant, The heat sink (300) of claim 1, wherein the set of millichannels and inlet and outlet manifolds are configured to directly cool a lower contact surface of another electronic device package with a coolant. 第１の組の入口マニホルド（１２）が第２の組の入口マニホルドからオフセットしており、第１の組の出口マニホルド（１４）が第２の組の出口マニホルドからオフセットしている、請求項４記載のヒートシンク（３００）。 The first set of inlet manifolds (12) is offset from the second set of inlet manifolds, and the first set of outlet manifolds (14) is offset from the second set of outlet manifolds. The heat sink (300) according to claim 4. 前記冷却部材（３１０）が、ガスケットを受け入れる溝（３０２）をさらに画成している、請求項１記載のヒートシンク（３００）。 The heat sink (300) of claim 1, wherein the cooling member (310) further defines a groove (302) for receiving a gasket. 前記ミリチャネル（１６）が半径方向配置に配設され、入口及び出口マニホルド（１２，１４）が円形配置に配設されており、半径方向チャネルの数が、冷却部材の中心付近の半径方向チャネルの数よりも冷却部材（３１０）の外周付近で多い、請求項１記載のヒートシンク（３００）。 The millichannels (16) are arranged in a radial arrangement, the inlet and outlet manifolds (12, 14) are arranged in a circular arrangement, and the number of radial channels is a radial channel near the center of the cooling member. The heat sink (300) of claim 1, wherein the heat sink (300) is greater near the outer periphery of the cooling member (310) than the number of the heat sinks. 冷却・パッケージング用スタック（１００）であって、
冷却剤が導入されるように構成された複数の入口マニホルド（１２）と、冷却剤が排出されるように構成された複数の出口マニホルド（１４）と、冷却剤を入口マニホルドから導入して出口マニホルドへと送給するように構成された複数のミリチャネル（１６）とを備える１以上のヒートシンク（３００）であって、入口マニホルドと出口マニホルドとが交互に配置されている、１以上のヒートシンク（３００）と、
上側接触面（２２）と下側接触面（２４）を有する１以上の電子素子パッケージ（２０）と
を備えており、マニホルド及びミニチャネルが上側及び下側接触面に隣接して配置され、冷却剤と直接接触して各面を直接冷却するように構成されており、ヒートシンクが一体型ヒートシンクをなす、冷却・パッケージング用スタック（１００）。 A cooling and packaging stack (100) comprising:
A plurality of inlet manifolds (12) configured to receive coolant, a plurality of outlet manifolds (14) configured to discharge coolant, and an outlet for introducing coolant from the inlet manifold One or more heat sinks (300) comprising a plurality of millichannels (16) configured to feed to the manifold, wherein the inlet manifolds and the outlet manifolds are arranged alternately. (300),
One or more electronic device packages (20) having an upper contact surface (22) and a lower contact surface (24), wherein a manifold and a mini-channel are disposed adjacent to the upper and lower contact surfaces, cooling A cooling and packaging stack (100) configured to directly cool the surfaces in direct contact with the agent, wherein the heat sink forms an integral heat sink. 複数のヒートシンク（３００）と複数の電子素子パッケージ（２０）とを備えていて、ヒートシンクと電子素子パッケージとが交互に配置されている、請求項８記載のスタック（１００）。 The stack (100) of claim 8, comprising a plurality of heat sinks (300) and a plurality of electronic device packages (20), wherein the heat sinks and electronic device packages are arranged alternately. １以上のヒートシンク（３００）が両面型ヒートシンクであり、両面型ヒートシンクが、第１の面（２）と第２の面（４）を有する冷却部材（３１０）を備えており、冷却部材の第１の面に、ミリチャネル（１６）と入口マニホルド（１２）と出口マニホルド（１４）の第１の組が形成され、冷却部材の第２の面に、ミリチャネルと入口マニホルドと出口マニホルドの第２の組が形成され、第１の組のミリチャネルと入口及び出口マニホルドが、電子素子パッケージの上側接触面（２２）を冷却剤と直接接触させて直接冷却するように構成されており、第２の組のミリチャネルと入口及び出口マニホルドが、別の電子素子パッケージの下側接触面（２４）を冷却剤と直接接触させて直接冷却するように構成されており、第１の組の入口マニホルドが第２の組の入口マニホルドからオフセットしており、第１の組の出口マニホルドが第２の組の出口マニホルドからオフセットしている、請求項９記載のスタック（１００）。 The one or more heat sinks (300) are double-sided heat sinks, the double-sided heat sink comprising a cooling member (310) having a first surface (2) and a second surface (4), A first set of millichannel (16), inlet manifold (12), and outlet manifold (14) is formed on one side, and a second set of millichannel, inlet manifold, and outlet manifold is formed on a second side of the cooling member. Two sets are formed, the first set of millichannels and the inlet and outlet manifolds are configured to directly cool the upper contact surface (22) of the electronic device package in direct contact with the coolant; Two sets of millichannels and inlet and outlet manifolds are configured to directly cool the lower contact surface (24) of another electronic device package in direct contact with the coolant, and the first set of inlets Maniho De are offset from the second set of inlet manifold, a first set of outlet manifold is offset from the second set of outlet manifold stack of claim 9, wherein (100).

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