Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP7407577B2 - heat sink - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP7407577B2 - heat sink - Google Patents

heat sink Download PDF

Info

Publication number
JP7407577B2
JP7407577B2 JP2019219248A JP2019219248A JP7407577B2 JP 7407577 B2 JP7407577 B2 JP 7407577B2 JP 2019219248 A JP2019219248 A JP 2019219248A JP 2019219248 A JP2019219248 A JP 2019219248A JP 7407577 B2 JP7407577 B2 JP 7407577B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow path
channel
heat sink
main body
width
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019219248A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021089959A (en
Inventor
大輔 森田
幸司 吉瀬
裕美 玄田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2019219248A priority Critical patent/JP7407577B2/en
Publication of JP2021089959A publication Critical patent/JP2021089959A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7407577B2 publication Critical patent/JP7407577B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

本発明は、半導体レーザ素子を冷却するヒートシンクに関する。 The present invention relates to a heat sink for cooling a semiconductor laser element.

半導体レーザ素子を用いたレーザ光源装置において、半導体レーザ素子に電流が供給されると、半導体レーザ素子は、レーザ光の発振源であるとともに、大きな熱を発する発熱源となる。半導体レーザ素子では、温度に依存して発振波長が変化し、高温になると発光効率が低下し、長期信頼性が悪化することが知られている。よって、半導体レーザ素子を適正な温度に保つように、レーザ光源装置には、冷却構造が設けられる。 In a laser light source device using a semiconductor laser element, when a current is supplied to the semiconductor laser element, the semiconductor laser element becomes an oscillation source of laser light and a heat generation source that emits a large amount of heat. It is known that the oscillation wavelength of a semiconductor laser device changes depending on the temperature, and when the temperature increases, the luminous efficiency decreases and long-term reliability deteriorates. Therefore, the laser light source device is provided with a cooling structure to keep the semiconductor laser element at an appropriate temperature.

特許文献1には、一端を受熱端部とする上部放熱板、中間放熱板および下部放熱板が上下3層に積層され、下部放熱板の上面、中間放熱板の下面および上面並びに上部放熱板の下面に設けられる溝によって水路が形成された放熱器が開示されている。特許文献1に記載の放熱器では、中間放熱板は、上下に積層された上板、中板および下板を有する。下板は、丸孔からなる多数の水入口と、水入口に通じ、下板の上面に設けられる受熱端部とは反対側の端部に向かう溝状の往水路と、を有する。中板は、下板の往水路の他端に通じる丸孔からなる通水孔を有する。上板は、丸孔からなる多数の水出口と、一端が水出口に通じ、上板の下面に設けられる他端が通水孔に通じる溝状の複水路と、を有する。このように、特許文献1に記載の放熱器は、受熱端部側の中間放熱板に、折り返し水路を備えている。これによって、上部放熱板の受熱端部に配置される半導体レーザ素子から上部放熱板を介して伝えられる熱が効果的に冷却される。 Patent Document 1 discloses that an upper heat sink, an intermediate heat sink, and a lower heat sink each having one end as a heat receiving end are laminated in three layers (upper and lower), and the upper surface of the lower heat sink, the lower surface and upper surface of the intermediate heat sink, and the top surface of the upper heat sink. A heat radiator is disclosed in which a water channel is formed by a groove provided on the lower surface. In the heat sink described in Patent Document 1, the intermediate heat sink has an upper plate, a middle plate, and a lower plate stacked one above the other. The lower plate has a large number of water inlets made of round holes, and a groove-shaped inflow channel that communicates with the water inlets and heads toward an end opposite to a heat-receiving end provided on the upper surface of the lower plate. The middle plate has a water passage hole that is a round hole that communicates with the other end of the outflow channel of the lower plate. The upper plate has a large number of water outlets made of round holes, and a groove-shaped double channel whose one end communicates with the water outlet and whose other end communicates with the water hole provided on the lower surface of the upper plate. In this manner, the heat radiator described in Patent Document 1 includes a folded water channel on the intermediate heat radiating plate on the heat receiving end side. Thereby, the heat transmitted via the upper heat sink from the semiconductor laser element disposed at the heat receiving end of the upper heat sink is effectively cooled.

特開2005-294769号公報Japanese Patent Application Publication No. 2005-294769

ところで、特許文献1に記載の放熱器では、排熱を効率的に行うために、水路幅の狭いマイクロチャンネル構造の水路が採用されている。また、特許文献1に記載の放熱器では、複数枚の複雑な形状の板を重ね合わせることで複雑な流路が形成され、圧力損失および流速を上げることによって、高い排熱性が達成される。このようなマイクロチャンネル構造の水路に冷却水を流したときに、水路壁と冷却水との間の熱伝達率を向上させるには、水路全体の平均流速は3m/sから5m/sに達し、最大流速は5m/sから7m/sに達することが予想される。この状態で冷却が行われると、冷却水によって放熱器に潰食が生じ、熱抵抗が経年悪化する。そして、半導体レーザ素子の冷却が十分に行われなくなり、半導体レーザ素子の寿命が短命になるという問題があった。また、水路の腐食による水漏れが発生する可能性があり、その場合にはレーザ光源装置としての長期信頼性に懸念が残るという問題もあった。 By the way, in the radiator described in Patent Document 1, in order to efficiently exhaust heat, a water channel having a microchannel structure with a narrow channel width is employed. Further, in the heat radiator described in Patent Document 1, a complicated flow path is formed by overlapping a plurality of plates with complicated shapes, and high heat dissipation performance is achieved by increasing pressure loss and flow velocity. When cooling water flows through a waterway with such a microchannel structure, in order to improve the heat transfer coefficient between the waterway wall and the cooling water, the average flow velocity of the entire waterway must reach 3 m/s to 5 m/s. , the maximum flow velocity is expected to reach 5 m/s to 7 m/s. If cooling is performed in this state, the cooling water will corrode the radiator, and the thermal resistance will deteriorate over time. Then, there is a problem that the semiconductor laser element is not sufficiently cooled, and the life of the semiconductor laser element is shortened. Further, there is a possibility that water leakage may occur due to corrosion of the water channel, and in that case, there is a problem that there remains a concern about the long-term reliability of the laser light source device.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、動作時に発熱する素子の温度上昇を抑制しながら、冷却水による潰食および腐食を従来に比して抑制することができるヒートシンクを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to obtain a heat sink that can suppress erosion and corrosion caused by cooling water compared to the conventional one while suppressing the temperature rise of an element that generates heat during operation. With the goal.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、動作時に発熱する素子を冷却するヒートシンクにおいて、内部に冷却水を流す内部水路が設けられる本体部と、内部水路を構成する側面に突出して配置される複数のピンフィンと、を備える。第1方向に延在する第1流路と、第1方向と交差する第2方向に延在する第2流路と、が内部水路で交差するように、延在方向に垂直な面内で平行四辺形状を有する複数のピンフィンが配置される。第1流路および第2流路の幅に対する高さの比であるアスペクト比が5以上である。第1流路および第2流路は、200μm以上600μm以下の幅を有し、3mm以上5mm以下の深さを有し、幅の方向に1mm以下のピッチで並行に配置される。第1流路および第2流路は同じ幅を有する。第1流路と第2流路とは、20度以上100度以下の角度(ただし、30.2度以上36.0度以下の角度を除く)で交差する。複数のピンフィンは、菱形形状を有する。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the objects, the present invention provides a heat sink that cools an element that generates heat during operation, which includes a main body portion provided with an internal water channel through which cooling water flows, and a side surface forming the internal water channel. and a plurality of pin fins protruding from the fins. A first channel extending in a first direction and a second channel extending in a second direction intersecting the first direction intersect in a plane perpendicular to the extending direction. A plurality of pin fins having a parallelogram shape are arranged. The aspect ratio, which is the ratio of the height to the width of the first flow path and the second flow path, is 5 or more. The first channel and the second channel have a width of 200 μm or more and 600 μm or less, a depth of 3 mm or more and 5 mm or less, and are arranged in parallel in the width direction at a pitch of 1 mm or less. The first channel and the second channel have the same width. The first flow path and the second flow path intersect at an angle of 20 degrees or more and 100 degrees or less (excluding angles of 30.2 degrees or more and 36.0 degrees or less). The plurality of pin fins have a diamond shape.

本発明によれば、動作時に発熱する素子の温度上昇を抑制しながら、冷却水による潰食および腐食を従来に比して抑制することができるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to suppress erosion and corrosion caused by cooling water while suppressing a rise in temperature of an element that generates heat during operation, compared to the conventional technique.

実施の形態1によるヒートシンクの構成の一例を示す上面図A top view showing an example of the configuration of a heat sink according to Embodiment 1. 図1のII-II断面図II-II sectional view in Figure 1 図2のIII-III断面図III-III sectional view in Figure 2 ヒートシンクのピンフィンにおける交差角度と、圧力損失および熱抵抗との間の関係の一例を示す図A diagram showing an example of the relationship between the crossing angle of the pin fins of a heat sink, pressure loss, and thermal resistance. 実施の形態1によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を示す下面図A bottom view showing an example of the procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to Embodiment 1. 実施の形態1によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を示す下面図A bottom view showing an example of the procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to Embodiment 1. 実施の形態1によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を示す下面図A bottom view showing an example of the procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to Embodiment 1. 実施の形態1によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を示す下面図A bottom view showing an example of the procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to Embodiment 1. 図5のIX-IX断面図IX-IX sectional view in Figure 5 図6のX-X断面図XX sectional view of Figure 6 図7のXI-XI断面図XI-XI sectional view in Figure 7 図8のXII-XII断面図XII-XII sectional view in Figure 8 実施の形態1によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を示す上面図A top view showing an example of a procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to Embodiment 1. 実施の形態1によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を示す上面図A top view showing an example of a procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to Embodiment 1. 実施の形態1によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を示す上面図A top view showing an example of a procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to Embodiment 1. 図13のXVI-XVI断面図XVI-XVI sectional view in Figure 13 図14のXVII-XVII断面図XVII-XVII sectional view in Figure 14 図15のXVIII-XVIII断面図XVIII-XVIII sectional view in Figure 15 実施の形態1によるヒートシンクの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a procedure of a method for manufacturing a heat sink according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1によるヒートシンクの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a procedure of a method for manufacturing a heat sink according to Embodiment 1; FIG. 実施の形態1によるヒートシンクの扁平流路における流速分布の一例を示す図A diagram showing an example of flow velocity distribution in the flat flow path of the heat sink according to Embodiment 1. 実施の形態2によるヒートシンクの構成の一例を示す上面図A top view showing an example of the configuration of a heat sink according to Embodiment 2. 図22のXXIII-XXIII断面図XXIII-XXIII sectional view in Figure 22 図23のXXIV-XXIV断面図XXIV-XXIV sectional view of Figure 23 実施の形態2によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を模式的に示す上面図A top view schematically showing an example of the procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to Embodiment 2. 実施の形態2によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を模式的に示す上面図A top view schematically showing an example of the procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to Embodiment 2. 実施の形態2によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を模式的に示す上面図A top view schematically showing an example of the procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to Embodiment 2. 図25のXXVIII-XXVIII断面図XXVIII-XXVIII sectional view of Figure 25 図26のXXIX-XXIX断面図XXIX-XXIX sectional view in Figure 26 図27のXXX-XXX断面図XXX-XXX sectional view of Figure 27 実施の形態3によるヒートシンクの構成の一例を示す断面図Cross-sectional view showing an example of the configuration of a heat sink according to Embodiment 3 実施の形態3によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を模式的に示す下面図A bottom view schematically showing an example of the procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to Embodiment 3. 実施の形態3によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を模式的に示す下面図A bottom view schematically showing an example of the procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to Embodiment 3. 実施の形態3によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を模式的に示す下面図A bottom view schematically showing an example of the procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to Embodiment 3. 実施の形態3によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を模式的に示す下面図A bottom view schematically showing an example of the procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to Embodiment 3. 図32のXXXVI-XXXVI断面図XXXVI-XXXVI cross-sectional view of Figure 32 図33のXXXVII-XXXVII断面図XXXVII-XXXVII cross-sectional view of Figure 33 図34のXXXVIII-XXXVIII断面図XXXVIII-XXXVIII cross-sectional view in Figure 34 図35のXXXIX-XXXIX断面図XXXIX-XXXIX cross-sectional view in Figure 35 実施の形態3による第1流路および第2流路の幅と冷却水の熱抵抗および流速との関係の一例を示す図A diagram showing an example of the relationship between the width of the first flow path and the second flow path and the thermal resistance and flow velocity of cooling water according to Embodiment 3.

以下に、本発明の実施の形態に係るヒートシンクを図面に基づいて詳細に説明する。なお、これらの実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Below, the heat sink based on embodiment of this invention is demonstrated in detail based on drawing. Note that the present invention is not limited to these embodiments.

実施の形態1.
図1は、実施の形態1によるヒートシンクの構成の一例を示す上面図である。図2は、実施の形態1によるヒートシンクの構成の一例を示す断面図であり、図1のII-II断面図である。図3は、実施の形態1によるヒートシンクの構成の一例を示す断面図であり、図2のIII-III断面図である。なお、これらの図で、ヒートシンク1の厚さ方向をZ軸とする。また、Z軸に垂直でヒートシンク1に対して冷却水が出入りする方向をX軸とし、X軸およびZ軸に垂直な軸をY軸とする。さらに、以下の説明では、Z軸における2つの相対的な位置関係が、「上」または「下」を使用して表現される場合がある。
Embodiment 1.
FIG. 1 is a top view showing an example of the configuration of a heat sink according to the first embodiment. FIG. 2 is a sectional view showing an example of the configuration of the heat sink according to the first embodiment, and is a sectional view taken along line II-II in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the heat sink according to the first embodiment, and is a cross-sectional view taken along line III--III in FIG. Note that in these figures, the thickness direction of the heat sink 1 is taken as the Z axis. Further, the direction in which cooling water flows in and out of the heat sink 1 perpendicular to the Z axis is defined as the X axis, and the axis perpendicular to the X axis and the Z axis is defined as the Y axis. Furthermore, in the following description, two relative positional relationships on the Z axis may be expressed using "above" or "below".

ヒートシンク1は、動作時に発熱する素子を冷却する。素子の一例は、半導体レーザ素子である。以下では、素子が半導体レーザ素子である場合を例に挙げて説明する。ヒートシンク1は、内部に冷却水を流す流路である内部水路を有する本体部10と、本体部10に接続される水路継手部材41a,41bと、を備える。本体部10は、内部水路を有する本体底部20と、本体底部20上に重ねて配置されるとともに、冷却対象の素子が実装される本体頂部30と、を有する。本体底部20と本体頂部30とは、継ぎ目から冷却水が漏れ出さないように、密着して接続される。 The heat sink 1 cools elements that generate heat during operation. An example of the device is a semiconductor laser device. In the following, a case where the device is a semiconductor laser device will be described as an example. The heat sink 1 includes a main body part 10 having an internal water channel that is a flow path for flowing cooling water therein, and water channel joint members 41a and 41b connected to the main body part 10. The main body part 10 has a main body bottom part 20 having an internal water channel, and a main body top part 30 which is disposed overlappingly on the main body bottom part 20 and on which an element to be cooled is mounted. The main body bottom 20 and the main body top 30 are closely connected to each other so that cooling water does not leak from the joint.

図2および図3に示されるように、本体底部20は、平面図において矩形状を有する。本体底部20は、上面側に、略U字型の溝状の扁平流路22を有する。扁平流路22は、Y軸の正側に配置され、X軸方向に延在する第1扁平流路22aと、Y軸の負側に配置され、X軸方向に延在する第2扁平流路22bと、第1扁平流路22aと第2扁平流路22bとを結び、Y軸方向に延在する第3扁平流路22cと、を有する。また、本体底部20は、Y軸の正側に配置される水路継手部材41aと第1扁平流路22aとの間を結ぶ円管流路23aと、Y軸の負側に配置される水路継手部材41bと第2扁平流路22bとの間を結ぶ円管流路23bと、を有する。円管流路23aは、本体底部20のX軸の負側に配置される側面である冷却水供給面20aと第1扁平流路22aとの間を貫通し、断面が円形となるようにくり抜かれた流路である。円管流路23bは、本体底部20の冷却水供給面20aと第2扁平流路22bとの間を貫通し、断面が円形となるようにくり抜かれた流路である。扁平流路22および円管流路23a,23bによって、内部水路が構成される。 As shown in FIGS. 2 and 3, the main body bottom 20 has a rectangular shape in a plan view. The main body bottom 20 has a substantially U-shaped groove-shaped flat channel 22 on the upper surface side. The flat flow path 22 includes a first flat flow path 22a located on the positive side of the Y-axis and extending in the X-axis direction, and a second flat flow path 22a located on the negative side of the Y-axis and extending in the X-axis direction. It has a passage 22b and a third flat passage 22c that connects the first flat passage 22a and the second flat passage 22b and extends in the Y-axis direction. The main body bottom 20 also includes a circular pipe flow path 23a that connects the waterway joint member 41a arranged on the positive side of the Y-axis and the first flat flowpath 22a, and a waterway joint arranged on the negative side of the Y-axis. It has a circular tube flow path 23b connecting between the member 41b and the second flat flow path 22b. The circular tube flow path 23a penetrates between the cooling water supply surface 20a, which is a side surface disposed on the negative side of the X-axis of the main body bottom 20, and the first flat flow path 22a, and is designed to have a circular cross section. This is the channel that was removed. The circular tube flow path 23b is a flow path that penetrates between the cooling water supply surface 20a of the main body bottom 20 and the second flat flow path 22b, and is hollowed out so that its cross section is circular. The flat channel 22 and the circular pipe channels 23a and 23b constitute an internal water channel.

水路継手部材41a,41bは、本体底部20の円管流路23aおよび円管流路23bの端部と接続されるように、本体底部20の冷却水供給面20aに設けられる。水路継手部材41a,41bを介して、ヒートシンク1に外部から冷却水を供給することができる。ここでは、水路継手部材41aから冷却水が供給され、内部水路を通った冷却水が水路継手部材41bから排出されるものとする。 The water channel coupling members 41 a and 41 b are provided on the cooling water supply surface 20 a of the main body bottom 20 so as to be connected to the ends of the circular pipe flow paths 23 a and 23 b of the main body bottom 20 . Cooling water can be supplied to the heat sink 1 from the outside via the water channel coupling members 41a and 41b. Here, it is assumed that cooling water is supplied from the water channel joint member 41a, and cooling water that has passed through the internal water channel is discharged from the water channel joint member 41b.

図1および図2に示されるように、本体頂部30は、平面図において矩形状を有し、本体底部20と同じサイズを有する。本体頂部30は、上面に、冷却対象である半導体レーザ素子が実装される素子実装面31を有する。素子実装面31の位置は、本体頂部30を本体底部20に対して位置合わせをして重ね合せたときに、第3扁平流路22cに対応する領域内に設けられる。 As shown in FIGS. 1 and 2, the main body top 30 has a rectangular shape in plan view and has the same size as the main body bottom 20. The top portion 30 of the main body has an element mounting surface 31 on the upper surface on which a semiconductor laser element to be cooled is mounted. The element mounting surface 31 is located within a region corresponding to the third flat flow path 22c when the main body top 30 is aligned and overlapped with the main body bottom 20.

本体頂部30は、下面に、Z軸の負側に突出して配置される複数のピンフィン32を有する。ピンフィン32は、ピン状の形を有するフィンである。200μm以上600μm以下である流路幅と、3mm以上5mm以下である流路深さと、を有する流路33が1mm以下のピッチで幅方向に配置された流路群33Gが形成されるように、ピンフィン32が配置される。隣接するピンフィン32間に形成される流路33の延在方向に垂直な断面のアスペクト比は5以上であり、扁平形状を有する。 The main body top portion 30 has a plurality of pin fins 32 on the lower surface thereof, which are arranged to protrude toward the negative side of the Z-axis. The pin fins 32 are pin-shaped fins. A channel group 33G is formed in which channels 33 having a channel width of 200 μm or more and 600 μm or less and a channel depth of 3 mm or more and 5 mm or less are arranged in the width direction at a pitch of 1 mm or less, A pin fin 32 is arranged. The aspect ratio of a cross section perpendicular to the extending direction of the flow path 33 formed between adjacent pin fins 32 is 5 or more, and has a flat shape.

流路群33G中のX軸方向に隣接する2本の流路33、すなわち、第1方向に延在する第1流路である流路33と第2方向に延在する第2流路である流路33とが互いに20度以上100度以下の角度θで交差するように、ピンフィン32は、平面図において平行四辺形の特殊な形態である菱形形状を有する。以下では、Y軸の正方向から負方向に流れる冷却水が交差する角度θは、交差角度と称される。ピンフィン32が配置される領域であるピンフィン配置領域32Rは、素子実装面31に対応している。素子実装面31の大きさ、すなわちピンフィン32が配置される領域の大きさは、排熱性能を考慮して、半導体レーザ素子の大きさと同等またはそれよりも大きい。この例では、菱形形状のピンフィン32の対角線は、X軸およびY軸と平行となるように配置されている。 Two channels 33 adjacent in the X-axis direction in the channel group 33G, that is, a first channel 33 extending in the first direction and a second channel extending in the second direction. The pin fins 32 have a rhombus shape, which is a special form of a parallelogram in a plan view, so that certain channels 33 intersect with each other at an angle θ of 20 degrees or more and 100 degrees or less. Hereinafter, the angle θ at which the cooling water flowing from the positive direction to the negative direction of the Y axis intersects will be referred to as an intersection angle. A pin fin arrangement region 32R, in which the pin fins 32 are arranged, corresponds to the element mounting surface 31. The size of the element mounting surface 31, that is, the size of the area where the pin fins 32 are arranged, is equal to or larger than the size of the semiconductor laser element, taking into consideration heat dissipation performance. In this example, the diagonal lines of the diamond-shaped pin fins 32 are arranged to be parallel to the X-axis and the Y-axis.

ヒートシンク1の素子実装面31に実装される図示しない半導体レーザ素子を発振させたときに生じる熱を効率よく放熱するため、本体底部20、本体頂部30および水路継手部材41a,41bは、熱伝導性に優れた材料によって構成される。本体底部20、本体頂部30および水路継手部材41a,41bは、一例では、銅(Cu)などの金属材料によって構成される。あるいは、防錆対策および半導体レーザ素子のはんだ実装を想定して、ニッケルメッキおよび金メッキ処理を施したCuなどの金属材料が用いられてもよい。 In order to efficiently dissipate the heat generated when a semiconductor laser element (not shown) mounted on the element mounting surface 31 of the heat sink 1 oscillates, the main body bottom 20, the main body top 30, and the water channel joint members 41a and 41b are made of thermally conductive material. Constructed from superior materials. The main body bottom 20, the main body top 30, and the waterway coupling members 41a, 41b are made of a metal material such as copper (Cu), for example. Alternatively, a metal material such as Cu that has been subjected to nickel plating and gold plating may be used, assuming anticorrosion measures and solder mounting of the semiconductor laser element.

図4は、ヒートシンクのピンフィンにおける交差角度と、圧力損失および熱抵抗との間の関係の一例を示す図である。この図において、横軸は、X軸方向に隣接する流路33の交差角度θを示す。左側の縦軸は、熱抵抗値を示し、右側の縦軸は、圧力損失を示す。なお、熱抵抗値は、素子実装面31に実装された半導体レーザ素子の最大温度と冷却水の水温との温度差を発熱量で割って算出される。なお、ここでは、流路33は、200μmの幅を有し、4mmの深さを有するものとする。また、ピンフィン配置領域32R内での冷却水の平均流速が1.5m/sであるとする。そして、交差角度θを20度、40度、60度、80度および100度とした場合の圧力損失および熱抵抗を算出する。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the crossing angle of the pin fins of the heat sink, pressure loss, and thermal resistance. In this figure, the horizontal axis indicates the intersection angle θ of adjacent channels 33 in the X-axis direction. The vertical axis on the left side shows the thermal resistance value, and the vertical axis on the right side shows the pressure loss. Note that the thermal resistance value is calculated by dividing the temperature difference between the maximum temperature of the semiconductor laser element mounted on the element mounting surface 31 and the temperature of the cooling water by the amount of heat generated. Note that here, it is assumed that the flow path 33 has a width of 200 μm and a depth of 4 mm. Further, it is assumed that the average flow velocity of the cooling water within the pin fin arrangement region 32R is 1.5 m/s. Then, the pressure loss and thermal resistance are calculated when the intersection angle θ is 20 degrees, 40 degrees, 60 degrees, 80 degrees, and 100 degrees.

このグラフより、交差角度θを増大させるにしたがって、熱抵抗は低下していくが、圧力損失が上昇していく。そのため、交差角度θが増大するほど、ヒートシンク1に水を送り込むチラーに高性能なものが使用される。また、熱抵抗値の改善効果は、交差角度θが100度付近にて飽和している。したがって、用いるチラーの仕様に合わせて、ピンフィン32の交差角度θが、20度以上100度以下の範囲で選択される。 From this graph, as the intersection angle θ increases, the thermal resistance decreases, but the pressure loss increases. Therefore, as the intersection angle θ increases, a higher performance chiller is used for feeding water into the heat sink 1. Further, the effect of improving the thermal resistance value is saturated when the intersection angle θ is around 100 degrees. Therefore, the intersection angle θ of the pin fins 32 is selected within the range of 20 degrees or more and 100 degrees or less, depending on the specifications of the chiller used.

このようなヒートシンク1での動作について説明する。例えば図3で、図示しないチラーから水路継手部材41aに冷却水が供給される。冷却水は、円管流路23aおよび第1扁平流路22aを介して、第3扁平流路22cへと流れる。第3扁平流路22cでは、ピンフィン32によって流路群33Gが構成されており、この流路群33G中の流路33をY軸の負方向に向かって冷却水が流れることになる。冷却水が第2扁平流路22bに到達すると、円管流路23bおよび水路継手部材41bを介して図示しないチラーへと戻る。 The operation of such a heat sink 1 will be explained. For example, in FIG. 3, cooling water is supplied to the water channel joint member 41a from a chiller (not shown). The cooling water flows to the third flat flow path 22c via the circular tube flow path 23a and the first flat flow path 22a. In the third flat channel 22c, a channel group 33G is formed by the pin fins 32, and the cooling water flows through the channels 33 in this channel group 33G in the negative direction of the Y-axis. When the cooling water reaches the second flat flow path 22b, it returns to the chiller (not shown) via the circular pipe flow path 23b and the water channel joint member 41b.

実施の形態1によるヒートシンク1の内部水路は、ピンフィン配置領域32Rにおいて、交差角度θが20度以上100度以下の範囲となるように流路群33Gが配置される構成である。また、流路群33Gを構成する流路33は、200μm以上600μm以下の幅を有し、3mm以上5mm以下の深さを有し、幅方向に1mm以下のピッチで配置されたものである。このように、実施の形態1によるヒートシンク1の内部水路は、特許文献1に記載の放熱器における内部水路と異なり、複雑な構成を有していない。そのため、ヒートシンク1に流入させる冷却水の平均流速を、特許文献1に記載の放熱器の場合に比して下げることができる。すなわち、平均流速を3m/s以下に下げることができる。その結果、冷却水によって生じるヒートシンク1の潰食が抑制される。また、ヒートシンク1の潰食が抑制されるので、水路の腐食による水漏れの発生も抑制され、ヒートシンク1に半導体レーザ素子を実装したレーザ光源装置としての長期信頼性を高めることができる。 The internal water channel of the heat sink 1 according to the first embodiment has a configuration in which the channel group 33G is arranged in the pin fin arrangement region 32R so that the intersection angle θ is in the range of 20 degrees or more and 100 degrees or less. Further, the channels 33 constituting the channel group 33G have a width of 200 μm or more and 600 μm or less, a depth of 3 mm or more and 5 mm or less, and are arranged at a pitch of 1 mm or less in the width direction. In this way, the internal water channel of the heat sink 1 according to the first embodiment does not have a complicated configuration, unlike the internal water channel in the radiator described in Patent Document 1. Therefore, the average flow velocity of the cooling water flowing into the heat sink 1 can be lowered compared to the case of the radiator described in Patent Document 1. That is, the average flow velocity can be lowered to 3 m/s or less. As a result, erosion of the heat sink 1 caused by the cooling water is suppressed. Further, since corrosion of the heat sink 1 is suppressed, occurrence of water leakage due to corrosion of the water channel is also suppressed, and the long-term reliability of the laser light source device in which the heat sink 1 is mounted with a semiconductor laser element can be improved.

つぎに、このようなヒートシンク1の製造方法について説明する。図5から図20は、実施の形態1によるヒートシンクの製造方法の手順の一例を模式的に示す図である。図5から図8は、実施の形態1によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を示す下面図である。図9から図12は、実施の形態1によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を示す断面図である。図9は、図5のIX-IX断面図であり、図10は、図6のX-X断面図であり、図11は、図7のXI-XI断面図であり、図12は、図8のXII-XII断面図である。図13から図15は、実施の形態1によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を示す上面図である。図16から図18は、実施の形態1によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を示す断面図である。図16は、図13のXVI-XVI断面図であり、図17は、図14のXVII-XVII断面図であり、図18は、図15のXVIII-XVIII断面図である。図19および図20は、実施の形態1によるヒートシンクの製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。 Next, a method for manufacturing such a heat sink 1 will be explained. 5 to 20 are diagrams schematically showing an example of the procedure of the method for manufacturing a heat sink according to the first embodiment. 5 to 8 are bottom views showing an example of a procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to the first embodiment. 9 to 12 are cross-sectional views illustrating an example of a procedure for manufacturing the top portion of the heat sink body according to the first embodiment. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIG. 5, FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX in FIG. 6, FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG. FIG. 8 is a sectional view taken along line XII-XII of No. 8. 13 to 15 are top views showing an example of a procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to the first embodiment. 16 to 18 are cross-sectional views illustrating an example of a procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to the first embodiment. 16 is a sectional view taken along line XVI-XVI in FIG. 13, FIG. 17 is a sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. 14, and FIG. 18 is a sectional view taken along line XVIII-XVIII in FIG. 19 and 20 are cross-sectional views schematically showing an example of the procedure of the method for manufacturing a heat sink according to the first embodiment.

まず、図5から図12を参照して、本体頂部30の製造方法について説明する。図5および図9に示されるように、直方体状のブロック材30Aを用意する。ブロック材30Aは、一例では、Cuからなる。ついで、図6および図10に示されるように、ブロック材30Aを加工し、ピンフィン配置領域32Rが他の領域に比して突出した突起形状部32Aを作製する。すなわち、突起形状部32A以外の領域の厚さが予め定められた厚さの板状部となるように、突起形状部32A以外の領域を切削する。一例では、機械切削加工または放電ワイヤカット加工によって、突起形状部32Aが加工される。 First, a method for manufacturing the main body top portion 30 will be described with reference to FIGS. 5 to 12. As shown in FIGS. 5 and 9, a rectangular parallelepiped block material 30A is prepared. In one example, the block material 30A is made of Cu. Next, as shown in FIGS. 6 and 10, the block material 30A is processed to produce a protrusion-shaped portion 32A in which the pin fin arrangement region 32R is more protruding than other regions. That is, the area other than the protrusion-shaped part 32A is cut so that the thickness of the area other than the protrusion-shaped part 32A becomes a plate-like part having a predetermined thickness. In one example, the protrusion-shaped portion 32A is processed by mechanical cutting or electric discharge wire cutting.

その後、図7および図11に示されるように、突起形状部32Aに複数の並行した流路溝331からなる流路溝群331Gを作製する。流路溝331は、Y軸に対してθ/2の角度で交差する。一例では、流路溝群331Gの作製は、メタルソーを用いた機械切断加工によって行われる。具体的には、Y軸に対してθ/2の角度でメタルソーを突起形状部32Aに挿入し、予め定められた深さまでメタルソーの刃を入れることによって、流路溝331が形成される。そして、等ピッチで同じ加工を繰り返すことによって、互いに並行な流路溝331が複数配置された流路溝群331Gが作製される。このとき、複数の刃が取り付けられた専用メタルソーを用いて、同時に複数の流路溝331を形成してもよい。メタルソーの幅は、200μm以上600μm以下であり、メタルソーが挿入される深さは3mm以上5mm以下である。また、メタルソーの刃のピッチは、1mm以下とされ、θは10度以上50度以下とされる。 Thereafter, as shown in FIGS. 7 and 11, a channel groove group 331G consisting of a plurality of parallel channel grooves 331 is created in the protrusion-shaped portion 32A. The channel groove 331 intersects the Y axis at an angle of θ/2. In one example, the channel groove group 331G is produced by mechanical cutting using a metal saw. Specifically, the channel groove 331 is formed by inserting a metal saw into the protruding portion 32A at an angle of θ/2 with respect to the Y axis and inserting the blade of the metal saw to a predetermined depth. Then, by repeating the same processing at equal pitches, a channel groove group 331G in which a plurality of mutually parallel channel grooves 331 are arranged is produced. At this time, a plurality of channel grooves 331 may be simultaneously formed using a dedicated metal saw equipped with a plurality of blades. The width of the metal saw is 200 μm or more and 600 μm or less, and the depth into which the metal saw is inserted is 3 mm or more and 5 mm or less. Further, the pitch of the metal saw blade is 1 mm or less, and θ is 10 degrees or more and 50 degrees or less.

同様に、図8および図12に示されるように、突起形状部32Aに異なる方向に延在する複数の並行した流路溝332からなる流路溝群332Gを作製する。流路溝332は、Y軸に対して-θ/2の角度で交差し、図7および図11で作製した流路溝331に対してθの角度で交差する。流路溝群332Gの作製は、図7および図11の場合と同様にして、メタルソーを用いた機械切断加工によって行われる。これによって、突起形状部32Aには、平面図で菱形形状を有するピンフィン32が本体頂部30の下面上に二次元的に配置される。ピンフィン32では20度以上100度以下の範囲の交差角度θで2つの方向の流路溝331,332が交差する。また、ピンフィン32によって、200μm以上600μm以下の幅と、3mm以上5mm以下の深さと、を有する流路33が1mm以下のピッチで幅方向に配置された流路群33Gが形成される。つまり、流路溝331と流路溝332は、内部水路の第1方向に延在した第1流路および第2方向に延在した第2流路を含む流路33となる。 Similarly, as shown in FIGS. 8 and 12, a channel groove group 332G consisting of a plurality of parallel channel grooves 332 extending in different directions is produced in the protrusion-shaped portion 32A. The channel groove 332 intersects the Y axis at an angle of −θ/2, and intersects the channel groove 331 produced in FIGS. 7 and 11 at an angle of θ. The flow path groove group 332G is produced by mechanical cutting using a metal saw in the same manner as in FIGS. 7 and 11. As a result, the pin fin 32 having a diamond shape in plan view is two-dimensionally arranged on the lower surface of the main body top part 30 in the protrusion-shaped part 32A. In the pin fin 32, the channel grooves 331 and 332 in two directions intersect at an intersection angle θ in a range of 20 degrees or more and 100 degrees or less. Further, the pin fins 32 form a channel group 33G in which channels 33 having a width of 200 μm or more and 600 μm or less and a depth of 3 mm or more and 5 mm or less are arranged in the width direction at a pitch of 1 mm or less. In other words, the channel groove 331 and the channel groove 332 become a channel 33 including a first channel extending in the first direction of the internal water channel and a second channel extending in the second direction.

なお、以上では、流路溝群331G,332Gは、メタルソーを用いた機械切断加工によって作製される場合を示したが、放電ワイヤカット加工によって作製されてもよい。また、ピンフィン32の加工後に、ブロック材30Aに対して、ニッケルメッキ等の防食メッキ処理が実行されてもよい。以上によって、本体頂部30が作製される。 In addition, although the case where the channel groove groups 331G and 332G are produced by mechanical cutting using a metal saw has been described above, they may be produced by electric discharge wire cutting. Furthermore, after the pin fins 32 are processed, the block material 30A may be subjected to anti-corrosion plating treatment such as nickel plating. Through the above steps, the main body top portion 30 is manufactured.

つぎに、図13から図18を参照して、本体底部20の製造方法について説明する。図13および図16に示されるように、直方体状のブロック材20Aを用意する。ブロック材20Aは、一例では、Cuからなる。ついで、図14および図17に示されるように、ブロック材20Aを加工し、扁平流路22を形成する。扁平流路22は、Y軸の正方向側に設けられ、X軸方向に延在する第1扁平流路22aと、Y軸の負方向側に設けられ、X軸方向に延在する第2扁平流路22bと、第1扁平流路22aと第2扁平流路22bとの間を接続する第3扁平流路22cと、を含む。扁平流路22は、ブロック材20Aを上面側から予め定められた深さだけ掘ることによって形成される溝である。扁平流路22は、一例では、機械切削加工によって作製される。 Next, a method for manufacturing the main body bottom 20 will be described with reference to FIGS. 13 to 18. As shown in FIGS. 13 and 16, a rectangular parallelepiped block material 20A is prepared. In one example, the block material 20A is made of Cu. Next, as shown in FIGS. 14 and 17, the block material 20A is processed to form the flat channel 22. The flat flow path 22 includes a first flat flow path 22a provided on the positive direction side of the Y-axis and extending in the X-axis direction, and a second flat flow path 22a provided on the negative direction side of the Y-axis and extending in the X-axis direction. It includes a flat flow path 22b and a third flat flow path 22c connecting between the first flat flow path 22a and the second flat flow path 22b. The flat channel 22 is a groove formed by digging the block material 20A to a predetermined depth from the upper surface side. In one example, the flat channel 22 is produced by mechanical cutting.

その後、図15および図18に示されるように、ブロック材20AのX軸の負方向側の側面である冷却水供給面20aから第1扁平流路22aの端部までを繋げる円管流路23aをブロック材20Aの内部に形成し、同じく冷却水供給面20aから第2扁平流路22bの端部までを繋げる円管流路23bをブロック材20Aの内部に形成する。円管流路23a,23bは、X軸方向に延在する。このとき、水路継手部材41a,41bをネジで本体底部20に固定する場合には、冷却水供給面20aにおける円管流路23a,23bの周囲に、水路継手部材41a,41bを取り付けるためのネジ穴が加工される。また、円管流路23a,23bの形成後に、ブロック材20Aに対して、ニッケルメッキ等の防食メッキ処理が実行されてもよい。以上によって、本体底部20が作製される。 Thereafter, as shown in FIGS. 15 and 18, a circular pipe channel 23a connects the cooling water supply surface 20a, which is the side surface on the negative side of the X axis of the block material 20A, to the end of the first flat channel 22a. is formed inside the block material 20A, and a circular pipe flow path 23b connecting the cooling water supply surface 20a to the end of the second flat flow path 22b is similarly formed inside the block material 20A. The circular tube flow paths 23a and 23b extend in the X-axis direction. At this time, when fixing the water channel coupling members 41a, 41b to the main body bottom 20 with screws, screws for attaching the water channel coupling members 41a, 41b around the circular pipe channels 23a, 23b on the cooling water supply surface 20a. The hole is machined. Moreover, after the formation of the circular pipe channels 23a and 23b, anti-corrosion plating treatment such as nickel plating may be performed on the block material 20A. Through the above steps, the main body bottom portion 20 is manufactured.

最後に、図19および図20を参照してヒートシンク1を組み立てる方法について説明する。図19に示されるように、本体頂部30のピンフィン32が形成された面と、本体底部20の扁平流路22が形成された面と、を対向させて配置させる。その後、図20に示されるように、両者を一体化させる。一体化には、ロウ材によるロウ付け接合、はんだ材によるはんだ接合、樹脂系接着材を用いた接着、貫通電子ビーム溶接、またはCu同士の拡散接合を用いることができる。ヒートシンク1の使用用途の1つである半導体レーザ素子を冷却する際には、半導体レーザ素子を素子実装面31に実装する際に用いられる接合材の融点でも、一体化された本体頂部30および本体底部20の接合部分が溶融破断されない方式が採用される。例えば、ロウ付け接合、はんだ接合または接着によって接合する場合であれば、各々ロウ材、はんだ材または接着材に、半導体レーザ素子の実装時に使用される接合材よりも高融点の材料が使用される。また、冷却水循環時の異種金属間腐食を抑制する場合には、一体化にあたってロウ付け接合、はんだ接合または接着に用いられる各々ロウ材、はんだ材または接着材には、母材であるCuに対して、イオン化傾向の近いものを使用することが望ましい。さらに、溶融破断、異種金属間腐食を抑制する場合には、一体化の手法としては、電子ビーム溶接または拡散接合方式を用いることが望ましい。 Finally, a method for assembling the heat sink 1 will be described with reference to FIGS. 19 and 20. As shown in FIG. 19, the surface of the main body top 30 on which the pin fins 32 are formed and the surface of the main body bottom 20 on which the flat channel 22 is formed are arranged to face each other. Thereafter, as shown in FIG. 20, the two are integrated. For integration, brazing bonding using a brazing material, soldering bonding using a solder material, bonding using a resin adhesive, penetrating electron beam welding, or diffusion bonding between Cu particles can be used. When cooling a semiconductor laser device, which is one of the uses of the heat sink 1, even the melting point of the bonding material used when mounting the semiconductor laser device on the device mounting surface 31 will cause the integrated body top 30 A method is adopted in which the joint portion of the bottom portion 20 is not melted and broken. For example, in the case of joining by brazing, soldering, or adhesive, a material with a higher melting point than the joining material used when mounting the semiconductor laser device is used as the brazing material, solder material, or adhesive, respectively. . In addition, in order to suppress corrosion between dissimilar metals during cooling water circulation, each brazing material, solder material, or adhesive used for brazing, soldering, or adhesion during integration should be Therefore, it is desirable to use materials with similar ionization tendencies. Further, in order to suppress melt fracture and corrosion between dissimilar metals, it is desirable to use electron beam welding or diffusion bonding as the integration method.

その後、水路継手部材41a,41bを本体底部20の冷却水供給面20aに固定する。一例では、ネジを用いて、水路継手部材41a,41bを本体底部20に固定する。また、他の例では、溶接手法によって、水路継手部材41a,41bを本体底部20に固定してもよい。以上によって、図1から図3に示されるヒートシンク1が得られる。 Thereafter, the water channel coupling members 41a and 41b are fixed to the cooling water supply surface 20a of the bottom portion 20 of the main body. In one example, the water channel coupling members 41a, 41b are fixed to the main body bottom 20 using screws. In other examples, the water channel joint members 41a and 41b may be fixed to the main body bottom 20 by welding. Through the above steps, the heat sink 1 shown in FIGS. 1 to 3 is obtained.

なお、上記した説明では、本体底部20に扁平流路22を形成した後に、図15および図18で円管流路23a,23bを形成する場合を説明した。しかし、本体底部20に扁平流路22を形成した後に、本体頂部30と本体底部20とを一体化し、その後に、円管流路23a,23bを形成してもよい。 In addition, in the above description, after forming the flat channel 22 in the main body bottom part 20, the case where the circular tube channels 23a and 23b are formed in FIG. 15 and FIG. 18 was explained. However, after forming the flat channel 22 in the main body bottom 20, the main body top 30 and the main body bottom 20 may be integrated, and then the circular pipe channels 23a and 23b may be formed.

図21は、実施の形態1によるヒートシンクの扁平流路における流速分布の一例を示す図である。ここでは、幅が200μmであり、深さが4mmである複数の流路33が60度の交差角度で交差する流路群33Gを有するヒートシンク1における扁平流路22の流速分布が示されている。第1扁平流路22aから第2扁平流路22bに向かって、ピンフィン配置領域32Rの入口での平均流速が1.5m/sとなるように、冷却水が流される。 FIG. 21 is a diagram showing an example of the flow velocity distribution in the flat channel of the heat sink according to the first embodiment. Here, the flow velocity distribution of the flat channel 22 in the heat sink 1 having a channel group 33G in which a plurality of channels 33 having a width of 200 μm and a depth of 4 mm intersect at a crossing angle of 60 degrees is shown. . Cooling water is flowed from the first flat flow path 22a toward the second flat flow path 22b such that the average flow velocity at the entrance of the pin fin arrangement region 32R is 1.5 m/s.

このような条件下では、図21より、最大流速は、ピンフィン配置領域32Rの出口付近で、最大4m/s程度となる。この最大流速は、特許文献1に記載の放熱器におけるマイクロチャンネル構造の水路で推定される最大流速に比して小さい。また、ピンフィン配置領域32Rにおける平均流速も、特許文献1に記載の放熱器の水路で推定される平均流速に比して小さくなる。このように、半導体レーザ素子の温度上昇を抑制しながら、水路における平均流速および最大流速を従来に比して抑えることができる。 Under such conditions, as shown in FIG. 21, the maximum flow velocity is about 4 m/s at the maximum near the exit of the pin fin arrangement region 32R. This maximum flow velocity is smaller than the maximum flow velocity estimated in the water channel of the microchannel structure in the radiator described in Patent Document 1. Further, the average flow velocity in the pin fin arrangement region 32R is also smaller than the average flow velocity estimated in the water channel of the radiator described in Patent Document 1. In this way, the average flow velocity and maximum flow velocity in the water channel can be suppressed compared to the conventional method while suppressing the temperature rise of the semiconductor laser element.

流速が遅くなることで、冷却水循環による潰食および腐食の影響が小さくなり、ヒートシンク1本体の寿命が延びる。また、ヒートシンク1における冷却性能が担保されることになり、半導体レーザ素子の寿命を延ばすことができるという効果を有する。また、ヒートシンク1の内部に水路継手部材41a,41bを介して冷却水を供給する構造としたので、複数のヒートシンク1を隣接して配置することができる。 By lowering the flow rate, the effects of erosion and corrosion due to cooling water circulation are reduced, and the life of the heat sink 1 body is extended. Furthermore, the cooling performance of the heat sink 1 is ensured, which has the effect of extending the life of the semiconductor laser element. Moreover, since the structure is such that cooling water is supplied into the inside of the heat sink 1 via the water channel joint members 41a and 41b, a plurality of heat sinks 1 can be arranged adjacently.

実施の形態1によるヒートシンク1によれば、半導体レーザ素子の大きさと同等またはそれよりも大きいピンフィン配置領域32Rに、平面図で菱形の形状のピンフィン32を並べた形状の流路33を形成した。200μm以上600μm以下の幅と、3mm以上5mm以下の深さと、を有する流路33が1mm以下のピッチで幅方向に配置された流路群33Gが形成されるように、ピンフィン32は配置される。また、隣接する2つの流路33は、20度以上100度以下の範囲の交差角度θで交わるようにした。このように、菱形形状のピンフィン32の配置によって、高アスペクト比の扁平形状の流路33を形成することで、冷却水の流速および圧力損失が低い状態でも、排熱性能をストレート形状のフィンよりも向上させることが可能となる。つまり、特許文献1に記載の放熱器の場合よりも低い平均流速で冷却水を流した場合でも、実装される半導体レーザ素子で発生した熱をピンフィン配置領域32Rで排熱し、半導体レーザ素子の温度を予め定められた温度に保つことができる。そして、ヒートシンク1の内部水路での冷却水の平均速度および最大流速を、特許文献1に記載のマイクロチャンネル構造の水路を有する放熱器と比較して、低減させることができるので、特許文献1に記載の放熱器と比較して、ヒートシンク1の内部水路における潰食および腐食を抑制することができる。 According to the heat sink 1 according to the first embodiment, a channel 33 having a shape in which pin fins 32 having a diamond shape in a plan view are arranged is formed in a pin fin arrangement region 32R that is equal to or larger than the size of a semiconductor laser element. The pin fins 32 are arranged such that a channel group 33G is formed in which channels 33 having a width of 200 μm or more and 600 μm or less and a depth of 3 mm or more and 5 mm or less are arranged in the width direction at a pitch of 1 mm or less. . Further, two adjacent channels 33 were arranged to intersect at an intersection angle θ in a range of 20 degrees or more and 100 degrees or less. In this way, by forming a flat flow path 33 with a high aspect ratio by arranging the diamond-shaped pin fins 32, the heat exhaust performance can be improved compared to straight-shaped fins even when the flow rate and pressure loss of cooling water are low. It is also possible to improve In other words, even when cooling water is flowed at a lower average flow rate than in the case of the heat sink described in Patent Document 1, the heat generated in the mounted semiconductor laser element is exhausted in the pin fin arrangement region 32R, and the temperature of the semiconductor laser element is increased. can be maintained at a predetermined temperature. Furthermore, the average velocity and maximum flow velocity of the cooling water in the internal water channel of the heat sink 1 can be reduced compared to the radiator having the microchannel structure water channel described in Patent Document 1. Compared to the described heat radiator, erosion and corrosion in the internal water channels of the heat sink 1 can be suppressed.

また、素子実装面31とは反対側の本体頂部30の面にピンフィン配置領域32Rを設け、ピンフィン配置領域32Rの大きさを実装される素子の大きさと同等以上の大きさとした。これによって、冷却源と発熱源との間の距離を近づけ、また排熱面積を大きくできるので、熱抵抗を低減することができる。 Further, a pin fin arrangement region 32R is provided on the surface of the top portion 30 of the main body opposite to the element mounting surface 31, and the size of the pin fin arrangement region 32R is set to be equal to or larger than the size of the element to be mounted. As a result, the distance between the cooling source and the heat generating source can be shortened, and the heat exhaust area can be increased, so that thermal resistance can be reduced.

実施の形態2.
図22は、実施の形態2によるヒートシンクの構成の一例を示す上面図である。図23は、実施の形態2によるヒートシンクの構成の一例を示す断面図であり、図22のXXIII-XXIII断面図である。図24は、実施の形態2によるヒートシンクの構成の一例を示す断面図であり、図23のXXIV-XXIV断面図である。なお、これらの図で、ヒートシンク1Aの厚さ方向をZ軸とする。また、Z軸に垂直でヒートシンク1Aに対して冷却水が出入りする方向をY軸とし、Y軸およびZ軸に垂直な軸をX軸とする。さらに、以下の説明では、Z軸における2つの相対的な位置関係が、「上」または「下」を使用して表現される場合がある。さらに、以下では、実施の形態1と異なる部分について説明し、実施の形態1と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
Embodiment 2.
FIG. 22 is a top view showing an example of the configuration of the heat sink according to the second embodiment. FIG. 23 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the heat sink according to the second embodiment, and is a cross-sectional view taken along line XXIII-XXIII in FIG. 22. FIG. 24 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the heat sink according to the second embodiment, and is a cross-sectional view taken along line XXIV-XXIV in FIG. 23. Note that in these figures, the thickness direction of the heat sink 1A is taken as the Z axis. Further, the direction in which cooling water flows in and out of the heat sink 1A perpendicular to the Z-axis is defined as the Y-axis, and the axis perpendicular to the Y-axis and the Z-axis is defined as the X-axis. Furthermore, in the following description, two relative positions on the Z-axis may be expressed using "above" or "below". Further, in the following, portions different from those in Embodiment 1 will be explained, and the same components as in Embodiment 1 will be denoted by the same reference numerals, and their explanation will be omitted.

実施の形態1では、水路継手部材41a,41bがヒートシンク1Aの1つの側面に設けられる場合を示したが、実施の形態2では、水路継手部材41a,41bが、本体底部20の対向する側面に設けられる。図の例では、Y軸に垂直な側面である冷却水供給面20aに水路継手部材41aが設けられ、冷却水供給面20aとは反対側の側面である冷却水排出面20bに水路継手部材41bが設けられる。すなわち、水路継手部材41aから水路継手部材41bまでの内部水路が、湾曲部を有さない、ストレート状となっている。 In the first embodiment, a case was shown in which the water channel coupling members 41a and 41b were provided on one side surface of the heat sink 1A, but in the second embodiment, the water channel coupling members 41a and 41b were provided on opposite sides of the main body bottom 20. provided. In the illustrated example, a water channel joint member 41a is provided on the cooling water supply surface 20a, which is a side surface perpendicular to the Y axis, and a water channel joint member 41b is provided on the cooling water discharge surface 20b, which is a side surface opposite to the cooling water supply surface 20a. will be provided. That is, the internal waterway from the waterway coupling member 41a to the waterway coupling member 41b has a straight shape without a curved portion.

図22に示されるように、素子実装面31は、本体頂部30の上面のY軸方向の中央部を含む領域に設けられる。また、図23および図24に示されるように、複数のピンフィン32は、素子実装面31に対応する本体頂部30の下面に設けられる。なお、複数のピンフィン32の構造、および複数のピンフィン32によって形成される流路33の形状は、実施の形態1と同様である。 As shown in FIG. 22, the element mounting surface 31 is provided in a region including the center portion of the upper surface of the main body top portion 30 in the Y-axis direction. Further, as shown in FIGS. 23 and 24, the plurality of pin fins 32 are provided on the lower surface of the main body top portion 30 corresponding to the element mounting surface 31. Note that the structure of the plurality of pin fins 32 and the shape of the flow path 33 formed by the plurality of pin fins 32 are the same as in the first embodiment.

また、図24に示されるように、本体底部20は、Y軸方向に延在する溝状の扁平流路22を備える。また、扁平流路22のY軸の負方向の端面と本体底部20の冷却水供給面20aとの間に、円管流路23aが設けられ、扁平流路22のY軸の正方向の端面と本体底部20の冷却水排出面20bとの間に、円管流路23bが設けられる。水路継手部材41aは、冷却水供給面20aの円管流路23aの位置に固定され、水路継手部材41bは、冷却水排出面20bの円管流路23bの位置に固定される。 Further, as shown in FIG. 24, the main body bottom 20 includes a groove-shaped flat channel 22 extending in the Y-axis direction. Further, a circular pipe flow path 23a is provided between the end surface of the flat flow path 22 in the negative direction of the Y-axis and the cooling water supply surface 20a of the main body bottom 20, and the end surface of the flat flow path 22 in the positive direction of the Y-axis A circular pipe flow path 23b is provided between the cooling water discharge surface 20b of the main body bottom portion 20 and the cooling water discharge surface 20b of the main body bottom portion 20. The water channel joint member 41a is fixed at the position of the circular pipe flow path 23a on the cooling water supply surface 20a, and the water channel joint member 41b is fixed at the position of the circular pipe flow path 23b on the cooling water discharge surface 20b.

本体底部20、本体頂部30および水路継手部材41a,41bは、実施の形態1と同様に、素子実装面31に実装される半導体レーザ素子から発生する熱を効率よく放熱するために、熱伝導性に優れたCuなどの材料によって構成される。 As in the first embodiment, the main body bottom 20, the main body top 30, and the water channel joint members 41a, 41b are made of thermally conductive material in order to efficiently dissipate the heat generated from the semiconductor laser element mounted on the element mounting surface 31. It is made of a material such as Cu, which has excellent properties.

つぎに、このようなヒートシンク1Aの製造方法について説明する。なお、本体頂部30の製造工程および本体頂部30と本体底部20との一体化工程については、実施の形態1と同様であるので、その説明を省略する。図25から図30は、実施の形態2によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である。図25から図27は、実施の形態2によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を模式的に示す上面図である。図28から図30は、実施の形態2によるヒートシンクの本体底部の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。図28は、図25のXXVIII-XXVIII断面図であり、図29は、図26のXXIX-XXIX断面図であり、図30は、図27のXXX-XXX断面図である。 Next, a method for manufacturing such a heat sink 1A will be explained. Note that the manufacturing process of the main body top part 30 and the process of integrating the main body top part 30 and the main body bottom part 20 are the same as those in Embodiment 1, so the description thereof will be omitted. 25 to 30 are diagrams schematically showing an example of a procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to the second embodiment. 25 to 27 are top views schematically showing an example of a procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to the second embodiment. 28 to 30 are cross-sectional views schematically showing an example of a procedure for manufacturing the bottom of the heat sink body according to the second embodiment. 28 is a cross-sectional view taken along line XXVIII-XXVIII in FIG. 25, FIG. 29 is a cross-sectional view taken along line XXIX-XXIX in FIG. 26, and FIG. 30 is a cross-sectional view taken along line XXX-XXX in FIG. 27.

まず、図25および図28に示されるように、直方体状のブロック材20Bを用意する。ブロック材20Bは、一例では、Cuからなる。ついで、図26および図29に示されるように、ブロック材20Bを加工し、扁平流路22を形成する。扁平流路22は、ブロック材20Bを上面側から予め定められた深さだけ掘ることによって形成される溝である。扁平流路22は、一例では、機械切削加工によって作製される。 First, as shown in FIGS. 25 and 28, a rectangular parallelepiped block material 20B is prepared. In one example, the block material 20B is made of Cu. Next, as shown in FIGS. 26 and 29, the block material 20B is processed to form the flat channel 22. The flat channel 22 is a groove formed by digging a predetermined depth from the top surface of the block material 20B. In one example, the flat channel 22 is produced by mechanical cutting.

その後、図27および図30に示されるように、ブロック材20BのY軸の負方向側の側面である冷却水供給面20aから扁平流路22の端部までを繋げる円管流路23aをブロック材20Bの内部に形成する。また、ブロック材20BのY軸の正方向側の冷却水排出面20bから扁平流路22の端部までを繋げる円管流路23bをブロック材20Bの内部に形成する。円管流路23a,23bは、Y軸方向に延在する。このとき、水路継手部材41a,41bをネジで本体底部20に固定する場合には、冷却水供給面20aにおける円管流路23aの周囲および冷却水排出面20bにおける円管流路23bの周囲に、水路継手部材41a,41bを取り付けるためのネジ穴が加工される。また、円管流路23a,23bの形成後に、ブロック材20Bに対して、ニッケルメッキ等の防食メッキ処理が実行されてもよい。以上によって、本体底部20が形成される。 Thereafter, as shown in FIGS. 27 and 30, the circular pipe flow path 23a connecting the cooling water supply surface 20a, which is the side surface on the negative side of the Y axis of the block material 20B, to the end of the flat flow path 22 is blocked. It is formed inside the material 20B. Further, a circular pipe flow path 23b connecting the cooling water discharge surface 20b on the positive side of the Y axis of the block material 20B to the end of the flat flow path 22 is formed inside the block material 20B. The circular tube flow paths 23a and 23b extend in the Y-axis direction. At this time, when the water channel joint members 41a and 41b are fixed to the main body bottom 20 with screws, the circumference of the circular pipe flow path 23a on the cooling water supply surface 20a and the circumference of the circular pipe flow path 23b on the cooling water discharge surface 20b. , threaded holes for attaching the water channel coupling members 41a, 41b are machined. Moreover, after the formation of the circular pipe channels 23a and 23b, anti-corrosion plating treatment such as nickel plating may be performed on the block material 20B. Through the above steps, the main body bottom portion 20 is formed.

なお、上記した説明では、本体底部20に水路継手部材41a,41bをネジ止めによって固定する場合を例示したが、本体底部20に水路継手部材41a,41bを溶接手法によって固定してもよい。また、実施の形態1と同様に、本体底部20に扁平流路22を形成した後に、本体頂部30と本体底部20とを一体化し、その後に、円管流路23a,23bを形成してもよい。 In addition, in the above description, the case where the waterway coupling members 41a and 41b are fixed to the main body bottom part 20 by screwing was illustrated, but the waterway coupling members 41a and 41b may be fixed to the main body bottom part 20 by a welding method. Further, as in the first embodiment, after forming the flat channel 22 in the bottom portion 20 of the main body, the top portion 30 of the main body and the bottom portion 20 of the main body may be integrated, and then the circular pipe channels 23a and 23b may be formed. good.

実施の形態2では、ヒートシンク1Aは、冷却水の入口から出口までがストレート状の内部水路を有する。つまり、冷却水の入り口とピンフィン配置領域32Rとの境界における水路の湾曲と、ピンフィン配置領域32Rと冷却水の出口との境界における水路の湾曲と、がない。その結果、流速を均一化することができ、最大流速を下げることができるという効果を実施の形態1の効果に加えて得ることができる。 In the second embodiment, the heat sink 1A has a straight internal water channel from the cooling water inlet to the outlet. That is, there is no curvature of the water channel at the boundary between the cooling water inlet and the pin fin arrangement region 32R, and no curvature of the water channel at the boundary between the pin fin arrangement region 32R and the cooling water outlet. As a result, in addition to the effects of the first embodiment, the flow velocity can be made uniform and the maximum flow velocity can be lowered.

実施の形態3.
図31は、実施の形態3によるヒートシンクの構成の一例を示す断面図である。図31は、実施の形態1の図2のIII-III断面図に対応している。なお、以下では、実施の形態1と異なる部分について説明する。また、実施の形態1,2と同一の構成要素には同一の符号を付して、その説明を省略する。
Embodiment 3.
FIG. 31 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of a heat sink according to the third embodiment. FIG. 31 corresponds to the III-III cross-sectional view of FIG. 2 of the first embodiment. In addition, the different parts from Embodiment 1 will be explained below. Further, the same components as those in Embodiments 1 and 2 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.

実施の形態3によるヒートシンク1Bでは、ピンフィン配置領域32Rの流路33に流れる冷却水の流速を均一化するために、交差する流路33の幅を変更している。また、ピンフィン32は、平面図で平行四辺形状を有する。より詳しくは、流れに沿う方向に設けられる第1流路33aの流路面積を小さくし、流れに対向する方向に設けられる第2流路33bの流路面積を大きくする。すなわち、第2流路33bの幅を第1流路33aの幅よりも大きくする。これによって、冷却水の供給口、ピンフィン配置領域32Rおよび排出口がストレート状に配置されておらず、ピンフィン配置領域32Rに冷却水が湾曲して流入するような場合でも、流れに沿う方向の第1流路33aと流れに対向する方向の第2流路33bとの間で生じる圧力損失の差を小さくすることができる。ピンフィン配置領域32Rの大きさは、排熱性能を考慮して、半導体レーザ素子の大きさと同等またはそれよりも大きいことが望ましい。 In the heat sink 1B according to the third embodiment, the widths of the intersecting channels 33 are changed in order to equalize the flow rate of cooling water flowing through the channels 33 in the pin fin arrangement region 32R. Further, the pin fin 32 has a parallelogram shape in a plan view. More specifically, the flow area of the first flow path 33a provided in the direction along the flow is made smaller, and the flow path area of the second flow path 33b provided in the direction opposite to the flow is increased. That is, the width of the second flow path 33b is made larger than the width of the first flow path 33a. As a result, even if the cooling water supply port, the pin fin arrangement region 32R, and the discharge port are not arranged in a straight manner, and the cooling water flows into the pin fin arrangement region 32R in a curved manner, it is possible to The difference in pressure loss that occurs between the first flow path 33a and the second flow path 33b in the direction opposite to the flow can be reduced. The size of the pin fin arrangement region 32R is desirably equal to or larger than the size of the semiconductor laser element in consideration of heat dissipation performance.

ここで、ピンフィン配置領域32Rで流れに沿う方向および流れに対向する方向について説明する。ピンフィン配置領域32Rの冷却水の入口側における円管流路23aおよび第1扁平流路22aでの冷却水の流れる方向をDFとし、DFに垂直な方向をDPとする。なお、この例では、DFはX軸と平行であり、DPはY軸と平行である。ピンフィン配置領域32Rに設けられる第1流路33aでの冷却水の流れる方向をFL1とし、第2流路33bでの冷却水の流れる方向をFL2とする。そして、これらの方向FL1,FL2をDF方向の成分とDP方向の成分とに分解したときに、DF方向の成分の向きが、冷却水の流れる向きと一致している場合を「流れに沿う方向」という。また、DF方向の成分の向きが、冷却水の流れる向きと一致していない場合、すなわち冷却水の流れる向きとは反対の場合を「流れに対向する方向」という。図31の場合では、第1流路33aでの冷却水の流れる方向FL1が流れに沿う方向となり、第2流路33bでの冷却水の流れる方向FL2が流れに対向する方向となる。すなわち、幅の狭い第1流路33aが流れに沿う方向の流路であり、幅の広い第2流路33bが流れに対向する方向の流路である。 Here, the direction along the flow and the direction opposite to the flow in the pin fin arrangement region 32R will be explained. The direction in which the cooling water flows in the circular pipe channel 23a and the first flat channel 22a on the cooling water inlet side of the pin fin arrangement region 32R is defined as DF, and the direction perpendicular to DF is defined as DP. Note that in this example, DF is parallel to the X-axis, and DP is parallel to the Y-axis. Let FL1 be the direction in which the cooling water flows in the first flow path 33a provided in the pin fin arrangement region 32R, and let FL2 be the direction in which the cooling water flows in the second flow path 33b. When these directions FL1 and FL2 are decomposed into a component in the DF direction and a component in the DP direction, the case where the direction of the component in the DF direction matches the direction in which the cooling water flows is called a "direction along the flow." ”. Further, a case where the direction of the component in the DF direction does not match the direction in which the cooling water flows, that is, a case where the direction of the component in the DF direction is opposite to the direction in which the cooling water flows is referred to as a "direction opposite to the flow". In the case of FIG. 31, the direction FL1 in which the cooling water flows in the first flow path 33a is a direction along the flow, and the direction FL2 in which the cooling water flows in the second flow path 33b is a direction opposite to the flow. That is, the narrow first flow path 33a is a flow path in the direction along the flow, and the wide second flow path 33b is a flow path in the direction opposite to the flow.

つぎに、このようなヒートシンク1Bの製造方法について説明する。なお、本体底部20の製造工程および本体頂部30と本体底部20との一体化工程については、実施の形態1と同様であるので、その説明を省略する。図32から図39は、実施の形態3によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を模式的に示す図である。図32から図35は、実施の形態3によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を模式的に示す下面図である。図36から図39は、実施の形態3によるヒートシンクの本体頂部の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。図36は、図32のXXXVI-XXXVI断面図であり、図37は、図33のXXXVII-XXXVII断面図であり、図38は、図34のXXXVIII-XXXVIII断面図であり、図39は、図35のXXXIX-XXXIX断面図である。 Next, a method for manufacturing such a heat sink 1B will be explained. Note that the manufacturing process of the main body bottom part 20 and the process of integrating the main body top part 30 and the main body bottom part 20 are the same as in Embodiment 1, so a description thereof will be omitted. 32 to 39 are diagrams schematically illustrating an example of a procedure for manufacturing the top portion of the heat sink body according to the third embodiment. 32 to 35 are bottom views schematically showing an example of a procedure for manufacturing the top part of the heat sink body according to the third embodiment. 36 to 39 are cross-sectional views schematically showing an example of a procedure for manufacturing the top portion of the heat sink body according to the third embodiment. 36 is a sectional view taken along XXXVI-XXXVI in FIG. 32, FIG. 37 is a sectional view taken along XXXVII-XXXVII in FIG. 33, FIG. 38 is a sectional view taken along XXXVIII-XXXVIII in FIG. 34, and FIG. 35 is a sectional view taken along XXXIX-XXXIX.

まず、図32および図36に示されるように、直方体状のブロック材30Bを用意する。ブロック材30Bは、一例では、Cuからなる。ついで、図33および図37に示されるように、ブロック材30Bを加工し、ピンフィン配置領域32Rが他の領域に比して突出した突起形状部32Bを作製する。すなわち、突起形状部32B以外の領域の厚さが予め定められた厚さとなるように、突起形状部32B以外の領域を切削する。一例では、機械切削加工または放電ワイヤカット加工によって、突起形状部32Bが加工される。 First, as shown in FIGS. 32 and 36, a rectangular parallelepiped block material 30B is prepared. In one example, the block material 30B is made of Cu. Next, as shown in FIGS. 33 and 37, the block material 30B is processed to produce a protrusion-shaped portion 32B in which the pin fin arrangement region 32R is more protruding than other regions. That is, the area other than the protrusion-shaped part 32B is cut so that the thickness of the area other than the protrusion-shaped part 32B becomes a predetermined thickness. In one example, the protrusion-shaped portion 32B is processed by mechanical cutting or electric discharge wire cutting.

その後、図34および図38に示されるように、突起形状部32Bに複数の並行した流路溝333からなる流路溝群333Gを作製する。一例では、流路溝群333Gの作製は、メタルソーを用いた機械切断加工によって行われる。具体的には、Y軸に対して予め定められた角度でメタルソーを突起形状部32Bに挿入し、予め定められた深さまでメタルソーの刃を入れることによって、流路溝333が形成される。そして、等ピッチで同じ加工を繰り返すことによって、互いに並行な流路溝333が複数配置された流路溝群333Gが作製される。また、流路溝群333Gは、第1扁平流路22aと第3扁平流路22cとの境界位置において、冷却水の流れに対向する方向となるような角度とされる。このとき、複数の刃が取り付けられた専用メタルソーを用いて、同時に複数の流路溝333を形成してもよい。メタルソーの幅は、200μm以上600μm以下であり、メタルソーが挿入される深さは3mm以上5mm以下である。また、メタルソーの刃のピッチは、1mm以下とされる。 Thereafter, as shown in FIGS. 34 and 38, a channel groove group 333G consisting of a plurality of parallel channel grooves 333 is created in the protrusion-shaped portion 32B. In one example, the channel groove group 333G is produced by mechanical cutting using a metal saw. Specifically, the channel groove 333 is formed by inserting a metal saw into the protruding portion 32B at a predetermined angle with respect to the Y axis and inserting the blade of the metal saw to a predetermined depth. Then, by repeating the same processing at equal pitches, a channel groove group 333G in which a plurality of mutually parallel channel grooves 333 are arranged is produced. Further, the flow path groove group 333G is angled so as to face the flow of the cooling water at the boundary position between the first flat flow path 22a and the third flat flow path 22c. At this time, a plurality of channel grooves 333 may be simultaneously formed using a dedicated metal saw equipped with a plurality of blades. The width of the metal saw is 200 μm or more and 600 μm or less, and the depth into which the metal saw is inserted is 3 mm or more and 5 mm or less. Further, the pitch of the blades of the metal saw is 1 mm or less.

同様に、図35および図39に示されるように、流路溝群333Gとは異なる方向に延在し、流路溝333とは異なる幅を有する複数の並行した流路溝334からなる流路溝群334Gを突起形状部32Bに作製する。一例では、流路溝群334Gの作製は、流路溝群333Gを作製したときのメタルソーとは異なる幅を有するメタルソーを用いた機械切断加工によって行われる。具体的には、Y軸に対して予め定められた角度でメタルソーを、突起形状部32Bに対して挿入し、予め定められた深さまでメタルソーの刃を入れることによって、流路溝334が形成される。そして、等ピッチで同じ加工を繰り返すことによって、互いに並行な流路溝334が複数配置された流路溝群334Gが作製される。また、流路溝群334Gは、第1扁平流路22aと第3扁平流路22cとの境界位置において、冷却水の流れに沿う方向となるような角度とされる。これによって、突起形状部32Bには、平面図で平行四辺形状を有するピンフィン32が本体頂部30の下面上に二次元的に配置される。ピンフィン32によって、200μm以上600μm以下の幅と、3mm以上5mm以下の深さと、を有する第1流路33aおよび第2流路33bが1mm以下のピッチで幅方向に配置された流路群33Gが形成される。ただし、ここでは、流路溝334の幅は、流路溝333の幅よりも小さくされる。つまり、流路溝334は、内部水路の第1方向に延在した第1流路33aとなり、流路溝333は、内部水路の第2方向に延在した第2流路33bとなる。 Similarly, as shown in FIGS. 35 and 39, a flow path consisting of a plurality of parallel flow grooves 334 extending in a direction different from the flow groove group 333G and having a width different from that of the flow groove 333. A groove group 334G is created in the protrusion-shaped portion 32B. In one example, the channel groove group 334G is produced by mechanical cutting using a metal saw having a width different from that of the metal saw used to produce the channel groove group 333G. Specifically, the channel groove 334 is formed by inserting a metal saw into the protruding portion 32B at a predetermined angle with respect to the Y axis and inserting the blade of the metal saw to a predetermined depth. Ru. Then, by repeating the same processing at equal pitches, a channel groove group 334G in which a plurality of mutually parallel channel grooves 334 are arranged is produced. Moreover, the flow path groove group 334G is angled so as to be in the direction along the flow of the cooling water at the boundary position between the first flat flow path 22a and the third flat flow path 22c. As a result, the pin fins 32 having a parallelogram shape in a plan view are two-dimensionally arranged on the lower surface of the main body top portion 30 in the protrusion-shaped portion 32B. The pin fins 32 form a channel group 33G in which a first channel 33a and a second channel 33b having a width of 200 μm or more and 600 μm or less and a depth of 3 mm or more and 5 mm or less are arranged in the width direction at a pitch of 1 mm or less. It is formed. However, here, the width of the channel groove 334 is made smaller than the width of the channel groove 333. That is, the channel groove 334 becomes a first channel 33a extending in the first direction of the internal water channel, and the channel groove 333 becomes a second channel 33b extending in the second direction of the internal channel.

なお、以上では、流路溝群333Gおよび流路溝群334Gは、メタルソーを用いた機械切断加工によって作製される場合を示したが、放電ワイヤカット加工によって作製されてもよい。また、ピンフィン32の加工後に、ブロック材30Bに対して、ニッケルメッキ等の防食メッキ処理が実行されてもよい。以上によって、本体頂部30が作製される。 In addition, although the case where the channel groove group 333G and the channel groove group 334G are produced by mechanical cutting using a metal saw has been described above, they may be produced by electrical discharge wire cutting. Furthermore, after processing the pin fins 32, anti-corrosion plating treatment such as nickel plating may be performed on the block material 30B. Through the above steps, the main body top portion 30 is manufactured.

図40は、実施の形態3による第1流路および第2流路の幅と冷却水の熱抵抗および流速との関係の一例を示す図である。この図において、横軸は、第2流路33bの幅を示す。左側の縦軸は、冷却水の熱抵抗を示し、右側の縦軸は冷却水の最大流速を示す。ここでは流れに沿う第1流路33aの幅を200μmと一定とし、流れに対向する第2流路33bの幅を200μm、300μmおよび400μmとした場合の第2流路33bにおける熱抵抗値および最大流速を求める。 FIG. 40 is a diagram illustrating an example of the relationship between the widths of the first flow path and the second flow path and the thermal resistance and flow velocity of cooling water according to the third embodiment. In this figure, the horizontal axis indicates the width of the second flow path 33b. The vertical axis on the left side shows the thermal resistance of the cooling water, and the vertical axis on the right side shows the maximum flow rate of the cooling water. Here, the width of the first flow path 33a along the flow is constant at 200 μm, and the width of the second flow path 33b facing the flow is set to 200 μm, 300 μm, and 400 μm. Find the flow velocity.

図40に示されるように、最大流速は、流れに沿う方向の第1流路33aの幅と、流れに対向する方向の第2流路33bの幅との組合せで変動する。また、第2流路33bにおける最大流速を低減させるには、最適値があることが分かる。図40より、第1流路33aの幅が200μmであり、第2流路33bの幅が300μmであるときに、最大流速が3.4m/s程度となり、測定した第2流路33bの幅の中で最小となる。しかし、第2流路33bの幅が200μmおよび400μmのときには最大流速は4m/s前後である。このように、第2流路33bの幅が、第1流路33aの幅よりも大きく、かつ第1流路33aの幅の2倍よりも小さいときに、最大流速を低減させることができる。なお、第2流路33bの幅が200μm、300μmおよび400μmのいずれでも熱抵抗値は0.16K/W前後となっている。 As shown in FIG. 40, the maximum flow velocity varies depending on the combination of the width of the first flow path 33a in the direction along the flow and the width of the second flow path 33b in the direction opposite to the flow. Furthermore, it can be seen that there is an optimum value for reducing the maximum flow velocity in the second flow path 33b. From FIG. 40, when the width of the first flow path 33a is 200 μm and the width of the second flow path 33b is 300 μm, the maximum flow velocity is about 3.4 m/s, and the measured width of the second flow path 33b is is the smallest among However, when the width of the second flow path 33b is 200 μm and 400 μm, the maximum flow velocity is around 4 m/s. In this way, the maximum flow velocity can be reduced when the width of the second flow path 33b is larger than the width of the first flow path 33a and smaller than twice the width of the first flow path 33a. Note that the thermal resistance value is approximately 0.16 K/W when the width of the second flow path 33b is 200 μm, 300 μm, or 400 μm.

そして、第2流路33bの幅が上記の範囲にある場合の最大流速は、特許文献1に記載の放熱器におけるマイクロチャンネル構造の水路で推定される最大流速に比して小さい。最大流速が小さくなることで、冷却水の循環による潰食および腐食の影響が小さくなる。 The maximum flow velocity when the width of the second flow path 33b is within the above range is smaller than the maximum flow velocity estimated in the water channel of the microchannel structure in the radiator described in Patent Document 1. By reducing the maximum flow rate, the influence of erosion and corrosion due to circulation of cooling water is reduced.

実施の形態3によるヒートシンク1Bによれば、半導体レーザ素子の大きさと同等またはそれよりも大きいピンフィン配置領域32Rに、平面図で平行四辺形の形状のピンフィン32を並べた形状の流路を形成した。また、流れに対向する第2流路33bの流路面積を、流れに沿う第1流路33aの流路面積よりも大きくなるように、平行四辺形の形状のピンフィン32が配置される。これによって、ピンフィン配置領域32Rにおける冷却水の流速を低減することができ、かつ第1流路33aおよび第2流路33bにおける流速分布が小さくされる。すなわち、ピンフィン配置領域32R内での流速が均一化される。その結果、排熱性能を向上させることができる。特に、第2流路33bの幅が、第1流路33aの幅よりも大きく、かつ第1流路33aの幅の2倍よりも小さくすることで、最大流速を低減させることができる。最大流速を低減させることで、冷却水の循環による潰食および腐食の影響が小さくなる。その結果、ヒートシンク1B本体の寿命が延び、冷却性能が担保されることになり、半導体レーザ素子の寿命を延ばすことができるという効果を有する。 According to the heat sink 1B according to the third embodiment, a channel having a shape in which pin fins 32 having a parallelogram shape in a plan view are arranged is formed in a pin fin arrangement region 32R that is equal to or larger than the size of a semiconductor laser element. . Further, the parallelogram-shaped pin fins 32 are arranged so that the passage area of the second passage 33b facing the flow is larger than the passage area of the first passage 33a along the flow. Thereby, the flow velocity of the cooling water in the pin fin arrangement region 32R can be reduced, and the flow velocity distribution in the first flow path 33a and the second flow path 33b is reduced. That is, the flow velocity within the pin fin arrangement region 32R is made uniform. As a result, heat exhaust performance can be improved. In particular, the maximum flow velocity can be reduced by making the width of the second flow path 33b larger than the width of the first flow path 33a and smaller than twice the width of the first flow path 33a. By reducing the maximum flow rate, the effects of erosion and corrosion due to cooling water circulation are reduced. As a result, the life of the heat sink 1B body is extended, the cooling performance is ensured, and the life of the semiconductor laser element can be extended.

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。 The configurations shown in the embodiments described above are examples of the contents of the present invention, and can be combined with other known techniques, and the configurations can be modified without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change parts.

1,1A,1B ヒートシンク、10 本体部、20 本体底部、20A,20B,30A,30B ブロック材、20a 冷却水供給面、20b 冷却水排出面、22 扁平流路、22a 第1扁平流路、22b 第2扁平流路、22c 第3扁平流路、23a,23b 円管流路、30 本体頂部、31 素子実装面、32 ピンフィン、32A,32B 突起形状部、32R ピンフィン配置領域、33 流路、33G 流路群、33a 第1流路、33b 第2流路、41a,41b 水路継手部材、331,332,333,334 流路溝、331G,332G,333G,334G 流路溝群。 1, 1A, 1B heat sink, 10 main unit, 20 main unit bottom, 20A, 20B, 30A, 30B block material, 20a cooling water supply surface, 20b cooling water discharge surface, 22 flat flow path, 22a first flat flow path, 22b 2nd flat flow path, 22c 3rd flat flow path, 23a, 23b circular tube flow path, 30 main body top, 31 element mounting surface, 32 pin fin, 32A, 32B protrusion-shaped portion, 32R pin fin arrangement area, 33 flow path, 33G Channel group, 33a first channel, 33b second channel, 41a, 41b channel coupling member, 331, 332, 333, 334 channel groove, 331G, 332G, 333G, 334G channel groove group.

Claims (5)

動作時に発熱する素子を冷却するヒートシンクにおいて、
内部に冷却水を流す内部水路が設けられる本体部と、
前記内部水路を構成する側面に突出して配置される複数のピンフィンと、
を備え、
第1方向に延在する第1流路と、前記第1方向と交差する第2方向に延在する第2流路と、が前記内部水路で交差するように、延在方向に垂直な面内で平行四辺形状を有する前記複数のピンフィンが配置され、
前記第1流路および前記第2流路の幅に対する高さの比であるアスペクト比が5以上であり、
前記第1流路および前記第2流路は、200μm以上600μm以下の幅を有し、3mm以上5mm以下の深さを有し、前記幅の方向に1mm以下のピッチで並行に配置され、
前記第1流路および前記第2流路は同じ幅を有し、
前記第1流路と前記第2流路とは、20度以上100度以下の角度(ただし、30.2度以上36.0度以下の角度を除く)で交差し、
前記複数のピンフィンは、菱形形状を有することを特徴とするヒートシンク。
In heat sinks that cool elements that generate heat during operation,
a main body portion provided with an internal waterway through which cooling water flows;
a plurality of pin fins protruding from a side surface forming the internal waterway;
Equipped with
A plane perpendicular to the extending direction such that a first channel extending in a first direction and a second channel extending in a second direction intersecting the first direction intersect at the internal water channel. the plurality of pin fins having a parallelogram shape are arranged within;
The aspect ratio, which is the ratio of the height to the width of the first flow path and the second flow path , is 5 or more,
The first channel and the second channel have a width of 200 μm or more and 600 μm or less, a depth of 3 mm or more and 5 mm or less, and are arranged in parallel in the width direction at a pitch of 1 mm or less,
the first flow path and the second flow path have the same width;
The first flow path and the second flow path intersect at an angle of 20 degrees or more and 100 degrees or less (excluding an angle of 30.2 degrees or more and 36.0 degrees or less),
The heat sink , wherein the plurality of pin fins have a rhombic shape .
動作時に発熱する素子を冷却するヒートシンクにおいて、
内部に冷却水を流す内部水路が設けられる本体部と、
前記内部水路を構成する側面に突出して配置される複数のピンフィンと、
を備え、
第1方向に延在する第1流路と、前記第1方向と交差する第2方向に延在する第2流路と、が前記内部水路で交差するように、延在方向に垂直な面内で平行四辺形状を有する前記複数のピンフィンが配置され、
前記第1流路および前記第2流路の幅に対する高さの比であるアスペクト比が5以上であり、
前記第1流路および前記第2流路は、200μm以上600μm以下の幅を有し、3mm以上5mm以下の深さを有し、前記幅の方向に1mm以下のピッチで並行に配置され
前記第2流路の幅は、前記第1流路の幅よりも大きく、前記第1流路の幅の2倍よりも小さいことを特徴とするヒートシンク。
In heat sinks that cool elements that generate heat during operation,
a main body portion provided with an internal waterway through which cooling water flows;
a plurality of pin fins protruding from a side surface forming the internal waterway;
Equipped with
A first flow path extending in a first direction and a second flow path extending in a second direction intersecting the first direction intersect at the internal waterway in a plane perpendicular to the extending direction. the plurality of pin fins having a parallelogram shape are arranged within;
The aspect ratio, which is the ratio of the height to the width of the first flow path and the second flow path, is 5 or more,
The first channel and the second channel have a width of 200 μm or more and 600 μm or less, a depth of 3 mm or more and 5 mm or less, and are arranged in parallel in the width direction at a pitch of 1 mm or less ,
The heat sink , wherein the width of the second flow path is larger than the width of the first flow path and smaller than twice the width of the first flow path .
前記複数のピンフィンは、前記素子が実装される前記本体部の第1領域に対応する前記内部水路を構成する側面の第2領域に、前記本体部の第1面とは反対側の第2面に向かって突出するように配置され、
前記第2領域は、前記素子の大きさ以上の大きさを有することを特徴とする請求項1または2に記載のヒートシンク。
The plurality of pin fins are arranged in a second region of a side surface forming the internal waterway corresponding to a first region of the main body portion where the element is mounted, and a second surface opposite to the first surface of the main body portion. It is arranged so that it protrudes towards the
The heat sink according to claim 1 or 2 , wherein the second region has a size larger than the size of the element.
前記本体部の前記内部水路に前記冷却水を供給する第1水路継手部材と、
前記内部水路を通過した前記冷却水を排出する第2水路継手部材と、
をさらに備え、
前記第1水路継手部材および前記第2水路継手部材は、前記本体部の同じ側面に設けられることを特徴とする請求項1からのいずれか1つに記載のヒートシンク。
a first water channel joint member that supplies the cooling water to the internal water channel of the main body;
a second water channel joint member that discharges the cooling water that has passed through the internal water channel;
Furthermore,
The heat sink according to any one of claims 1 to 3 , wherein the first water channel coupling member and the second water channel coupling member are provided on the same side surface of the main body.
前記本体部の前記内部水路に前記冷却水を供給する第1水路継手部材と、
前記内部水路を通過した前記冷却水を排出する第2水路継手部材と、
をさらに備え、
前記第2水路継手部材は、前記本体部の前記第1水路継手部材が設けられる側面とは反対側の側面に設けられることを特徴とする請求項1からのいずれか1つに記載のヒートシンク。
a first water channel joint member that supplies the cooling water to the internal water channel of the main body;
a second water channel joint member that discharges the cooling water that has passed through the internal water channel;
Furthermore,
The heat sink according to any one of claims 1 to 3 , wherein the second water channel coupling member is provided on a side surface of the main body portion opposite to a side surface on which the first water channel coupling member is provided. .
JP2019219248A 2019-12-04 2019-12-04 heat sink Active JP7407577B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019219248A JP7407577B2 (en) 2019-12-04 2019-12-04 heat sink

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019219248A JP7407577B2 (en) 2019-12-04 2019-12-04 heat sink

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021089959A JP2021089959A (en) 2021-06-10
JP7407577B2 true JP7407577B2 (en) 2024-01-04

Family

ID=76220478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019219248A Active JP7407577B2 (en) 2019-12-04 2019-12-04 heat sink

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7407577B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010080455A (en) 2006-12-22 2010-04-08 Nec Corp Cooling device and cooling method for electronic equipment
JP2013120897A (en) 2011-12-08 2013-06-17 Showa Denko Kk Heat sink
JP2013175526A (en) 2012-02-24 2013-09-05 Mitsubishi Electric Corp Cooler and cooling device
JP2016004806A (en) 2014-06-13 2016-01-12 昭和電工株式会社 Liquid cooling type cooling device
JP2018120904A (en) 2017-01-24 2018-08-02 三菱電機株式会社 Heat sink

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010080455A (en) 2006-12-22 2010-04-08 Nec Corp Cooling device and cooling method for electronic equipment
JP2013120897A (en) 2011-12-08 2013-06-17 Showa Denko Kk Heat sink
JP2013175526A (en) 2012-02-24 2013-09-05 Mitsubishi Electric Corp Cooler and cooling device
JP2016004806A (en) 2014-06-13 2016-01-12 昭和電工株式会社 Liquid cooling type cooling device
JP2018120904A (en) 2017-01-24 2018-08-02 三菱電機株式会社 Heat sink

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021089959A (en) 2021-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101661915B (en) Liquid-cooled-type cooling device
KR101906646B1 (en) Cooler for semiconductor module, and semiconductor module
JP4326525B2 (en) Heat sink, laser module, laser apparatus and laser processing apparatus
US8120914B2 (en) Semiconductor cooling apparatus
JP5600097B2 (en) Cold plate assembly and power electronics module
JP4929612B2 (en) Semiconductor laser device and heat sink
WO2004077630A1 (en) Semiconductor laser assembly
CN114287056B (en) Radiator and semiconductor module
WO2018021009A1 (en) Cooling apparatus
JP6893003B2 (en) Cooler, semiconductor module
JP6054423B2 (en) Channel member, heat exchanger using the same, and semiconductor device
JP7407577B2 (en) heat sink
JP6345100B2 (en) Heat sink and laser diode device
JP5114324B2 (en) Semiconductor device
JP7693105B2 (en) Coolers for cooling power electronics equipment
CN218976016U (en) Semiconductor laser array package device and semiconductor laser
CN118140109A (en) Radiator and method for manufacturing radiator
JP7610763B2 (en) Flow Inverter and Power Semiconductor Components
JP7277174B2 (en) heatsinks and electronics
JP2025101447A (en) cooling device
JP4522725B2 (en) heatsink
JP4626555B2 (en) Heat sink, power module member and power module
JP2025167120A (en) heat sink
WO2021246290A1 (en) Laser module
TW202425734A (en) Cooler

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220914

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20230615

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230704

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230823

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20231121

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20231219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7407577

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150