特開 2024-137553 ヒートシンク、ヒートシンクの製造方法及び設計方法並びに冷却装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024137553

(43)【公開日】2024-10-07

(54)【発明の名称】ヒートシンク、ヒートシンクの製造方法及び設計方法並びに冷却装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 23/36 20060101AFI20240930BHJP

   H05K 7/20 20060101ALI20240930BHJP

【ＦＩ】

H01L23/36 Z

H05K7/20 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023049112

(22)【出願日】2023-03-25

(71)【出願人】

【識別番号】506060258

【氏名又は名称】公立大学法人北九州市立大学

(74)【代理人】

【識別番号】100163267

【弁理士】

【氏名又は名称】今中 崇之

(72)【発明者】

【氏名】井上 浩一

【テーマコード（参考）】

5E322

5F136

【Ｆターム（参考）】

5E322AA01

5E322AA06

5E322AA10

5E322DA04

5E322DB06

5E322FA01

5F136BA06

5F136CB06

5F136DA27

5F136FA02

5F136FA03

5F136GA13

(57)【要約】

【課題】流動抵抗の低減と伝熱性能の向上の両立を図ることができるヒートシンク、ヒートシンクの製造方法及び設計方法並びに冷却装置を提供する。
【解決手段】ヒートシンク１０は、千鳥配置され冷媒に接触する複数のピンフィン１０２を備えたヒートシンクであって、ピンフィン１０２の断面形状が、数式にて表現される翼型となっている。数式は、少なくとも２つのパラメータを含み、２つのパラメータが、それぞれ翼弦長ｃ及び最大翼厚比τである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

千鳥配置され冷媒に接触する複数のピンフィンを備え、
前記ピンフィンの断面形状が、数式にて表現される翼型となっているヒートシンク。

【請求項2】

千鳥配置され冷媒に接触する複数のピンフィンを備え、
前記ピンフィンの断面形状が、数式にて表現される翼型から該翼型の後縁が取り除かれた形状となっているヒートシンク。

【請求項3】

請求項２記載のヒートシンクにおいて、
前記ピンフィンの後端部の形状が、後端に向かうに従って厚さが小さくなっているヒートシンク。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１記載のヒートシンクにおいて、
前記数式が、少なくとも２つのパラメータを含み、
前記２つのパラメータが、それぞれ翼弦長ｃ及び最大翼厚比τであるヒートシンク。

【請求項5】

請求項４記載のヒートシンクにおいて、
前記翼型がＮＡＣＡ４桁翼であるヒートシンク。

【請求項6】

請求項５記載のヒートシンクにおいて、
前記翼型が、実質的な対称翼であるヒートシンク。

【請求項7】

請求項６記載のヒートシンクであって、
該ヒートシンクが、前記ピンフィンの先端側から見て、長手方向と交差する方向に並んだ複数の区域に分けられ、
隣接する前記区域に形成されている前記ピンフィンの向きが、互い違いとなっているヒートシンク。

【請求項8】

請求項１記載のヒートシンクの製造方法であって、
前記ヒートシンクによって生じる圧力損失及び該ヒートシンクの伝熱量を目的関数とし、１）最大翼厚比τ、２）翼弦長ｃ及び３）互いに隣接する前記ピンフィンの配置を規定する一組のパラメータを設計変数として前記翼型のパレート最適解の集合を求める最適化工程と、
前記パレート最適解の集合の中から適切な前記翼型が選択され、前記ピンフィンの断面形状として決定される決定工程と、
前記決定工程にて決定された前記断面形状に基づいて前記ピンフィンが形成される形成工程と、を含むヒートシンクの製造方法。

【請求項9】

請求項２記載のヒートシンクの製造方法であって、
前記ヒートシンクによって生じる圧力損失及び該ヒートシンクの伝熱量を目的関数とし、１）最大翼厚比τ、２）翼弦長ｃ及び３）互いに隣接する前記ピンフィンの配置を規定する一組のパラメータを設計変数として前記翼型のパレート最適解の集合を求める最適化工程と、
前記パレート最適解の集合の中から適切な前記翼型が選択され、該翼型の後縁が取り除かれた形状が前記ピンフィンの断面形状として決定される決定工程と、
前記決定工程にて決定された前記断面形状に基づいて前記ピンフィンが形成される形成工程と、を含むヒートシンクの製造方法。

【請求項10】

請求項１記載のヒートシンクの設計方法であって、
前記ヒートシンクによって生じる圧力損失及び該ヒートシンクの伝熱量を目的関数とし、１）最大翼厚比τ、２）翼弦長ｃ及び３）互いに隣接する前記ピンフィンの配置を規定する一組のパラメータを設計変数として前記翼型のパレート最適解の集合を求める最適化工程と、
前記パレート最適解の集合の中から適切な前記翼型が選択され、前記ピンフィンの断面形状として決定される決定工程と、を含むヒートシンクの設計方法。

【請求項11】

請求項２記載のヒートシンクの設計方法であって、
前記ヒートシンクによって生じる圧力損失及び該ヒートシンクの伝熱量を目的関数とし、１）最大翼厚比τ、２）翼弦長ｃ及び３）互いに隣接する前記ピンフィンの配置を規定する一組のパラメータを設計変数として前記翼型のパレート最適解の集合を求める最適化工程と、
前記パレート最適解の集合の中から適切な前記翼型が選択され、該翼型の後縁が取り除かれた形状が前記ピンフィンの断面形状として決定される決定工程と、を含むヒートシンクの設計方法。

【請求項12】

複数の請求項４記載のヒートシンクが冷媒の流路に沿って配置されている冷却装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒートシンク、ヒートシンクの製造方法及び設計方法並びに冷却装置に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、フィンに向けて空気を送風するときの空気抵抗を小さくし、風量の低下を防いで放熱効率を高め、また乱流の発生を抑えて騒音の小さな静かな環境を保つことができる発熱素子の冷却装置が記載されている。
この発熱素子の冷却装置は、発熱素子の熱を受けるヒートシンクと、このヒートシンクに冷却用の空気を送風する送風手段と、この送風手段により送風される空気の送風通路内に配置するようにヒートシンクに一体的に設けられた複数のフィンとを具備し、各フィンの断面形状が送風通路内を流通する空気の流れの方向に沿って延びる翼形状となっていることを特徴としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－３３２１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで一般に、ヒートシンクの流動抵抗と伝熱性能はトレードオフの関係にある。
本発明は、流動抵抗の低減と伝熱性能の向上の両立を図ることができるヒートシンク、ヒートシンクの製造方法及び設計方法並びに冷却装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

請求項１に記載の発明は、千鳥配置され冷媒に接触する複数のピンフィンを備え、前記ピンフィンの断面形状が、数式にて表現される翼型となっているヒートシンクである。

【0006】

請求項２に記載の発明は、千鳥配置され冷媒に接触する複数のピンフィンを備え、前記ピンフィンの断面形状が、数式にて表現される翼型から該翼型の後縁が取り除かれた形状となっているヒートシンクである。

【0007】

請求項３に記載の発明は、請求項２記載のヒートシンクにおいて、前記ピンフィンの後端部の形状が、後端に向かうに従って厚さが小さくなっている。

【0008】

請求項４に記載の発明は、請求項１～３のいずれか１記載のヒートシンクにおいて、前記数式が、少なくとも２つのパラメータを含み、前記２つのパラメータが、それぞれ翼弦長ｃ及び最大翼厚比τである。

【0009】

請求項５に記載の発明は、請求項４記載のヒートシンクにおいて、前記翼型がＮＡＣＡ４桁翼である。

【0010】

請求項６に記載の発明は、請求項５記載のヒートシンクにおいて、前記翼型が、実質的な対称翼である。

【0011】

請求項７に記載の発明は、請求項６記載のヒートシンクであって、該ヒートシンクが、前記ピンフィンの先端側から見て、長手方向と交差する方向に並んだ複数の区域に分けられ、隣接する前記区域に形成されている前記ピンフィンの向きが、互い違いとなっている。

【0012】

請求項８に記載の発明は、請求項１記載のヒートシンクの製造方法であって、前記ヒートシンクによって生じる圧力損失及び該ヒートシンクの伝熱量を目的関数とし、１）最大翼厚比τ、２）翼弦長ｃ及び３）互いに隣接する前記ピンフィンの配置を規定する一組のパラメータを設計変数として前記翼型のパレート最適解の集合を求める最適化工程と、前記パレート最適解の集合の中から適切な前記翼型が選択され、前記ピンフィンの断面形状として決定される決定工程と、前記決定工程にて決定された前記断面形状に基づいて前記ピンフィンが形成される形成工程と、を含むヒートシンクの製造方法である。

【0013】

請求項９に記載の発明は、請求項２記載のヒートシンクの製造方法であって、前記ヒートシンクによって生じる圧力損失及び該ヒートシンクの伝熱量を目的関数とし、１）最大翼厚比τ、２）翼弦長ｃ及び３）互いに隣接する前記ピンフィンの配置を規定する一組のパラメータを設計変数として前記翼型のパレート最適解の集合を求める最適化工程と、前記パレート最適解の集合の中から適切な前記翼型が選択され、該翼型の後縁が取り除かれた形状が前記ピンフィンの断面形状として決定される決定工程と、前記決定工程にて決定された前記断面形状に基づいて前記ピンフィンが形成される形成工程と、を含むヒートシンクの製造方法である。

【0014】

請求項１０に記載の発明は、請求項１記載のヒートシンクの設計方法であって、前記ヒートシンクによって生じる圧力損失及び該ヒートシンクの伝熱量を目的関数とし、１）最大翼厚比τ、２）翼弦長ｃ及び３）互いに隣接する前記ピンフィンの配置を規定する一組のパラメータを設計変数として前記翼型のパレート最適解の集合を求める最適化工程と、前記パレート最適解の集合の中から適切な前記翼型が選択され、前記ピンフィンの断面形状として決定される決定工程と、を含むヒートシンクの設計方法である。

【0015】

請求項１１に記載の発明は、請求項２記載のヒートシンクの設計方法であって、前記ヒートシンクによって生じる圧力損失及び該ヒートシンクの伝熱量を目的関数とし、１）最大翼厚比τ、２）翼弦長ｃ及び３）互いに隣接する前記ピンフィンの配置を規定する一組のパラメータを設計変数として前記翼型のパレート最適解の集合を求める最適化工程と、前記パレート最適解の集合の中から適切な前記翼型が選択され、該翼型の後縁が取り除かれた形状が前記ピンフィンの断面形状として決定される決定工程と、を含むヒートシンクの設計方法である。

【0016】

請求項１２に記載の発明は、複数の請求項４記載のヒートシンクが冷媒の流路に沿って配置されている冷却装置である。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、流動抵抗の低減と伝熱性能の向上の両立を図ることができるヒートシンク、ヒートシンクの製造方法及び設計方法並びに冷却装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１の実施の形態に係るヒートシンクの使用例を模式的に示す説明図である。

【図2】同ヒートシンクをピンフィンの先端側から見た図である。

【図3】同ヒートシンクの側面図である。

【図4】図２のＡ部の拡大図であって、同ヒートシンクのピンフィンの形状を示す説明図ある。

【図5】同ヒートシンクの第１の使用例を模式的に示す説明図である。

【図6】同ヒートシンクの第２の使用例を模式的に示す説明図である。

【図7】同ヒートシンクの変形例を示す説明図である。

【図8】本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクのピンフィンの形状を示す説明図である。

【図9】第１の実施の形態に係るヒートシンクの効果を示すシミュレーション結果であって、流動抵抗ΔＰと伝熱性能Ｑの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。

【0020】

〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態に係るヒートシンク１０は、図１に示すように、例えば、インバータに搭載されたパワー半導体（発熱体の一例）２０を冷却するための冷却装置に用いられる。
冷却装置が備えるヒートシンク１０は、図２及び図３に示すように、基部１０１と、基部１０１に形成されたピンフィン１０２と、を有し、流路形成部材３０（図１参照）とともに冷却水（冷媒の一例）が流れる流路４０を形成する。
ヒートシンク１０の材質は、例えばアルミニウム合金や銅などの金属である。

【0021】

基部１０１は、例えば板状の部材である。基部１０１は、パワー半導体２０が実装された側に配置される。

【0022】

ピンフィン１０２は、基部１０１のパワー半導体２０が実装された側とは反対の側に形成され、図２の矢印にて示す方向に流れる冷却水に接触することで、パワー半導体２０が発生した熱を放出できる。
ピンフィン１０２は、同図２に示すように、基部１０１の表面の全範囲にわたって複数形成されており、先端側からみて、冷却水の流れの方向とこれに交差する方向にそれぞれ間隔を空けるように千鳥配置されている。

【0023】

各ピンフィン１０２の断面形状は、少なくとも２つのパラメータを含む数式にて表現される翼型である。この翼型は、例えば、翼弦長ｃ及び最大翼厚比τをパラメータとする数式で表現され、具体的には、例えばＮＡＣＡ４桁翼として次式にて表現される。ＮＡＣＡ４桁翼（数式にて表現される翼型の一例）は、対称翼であることが好ましい。

【0024】

【数1】

【0025】

ここで、ｘは、前縁からの翼弦（ｘ軸）に沿った距離であり、ｙ_ｔは、翼厚分布を規定するための翼弦（ｘ軸）からの距離である。ｙ_ｔは、翼厚の半分の距離となる。

【0026】

ピンフィン１０２の断面形状となる翼型は、後述するように、ヒートシンク１０によって生じる流動抵抗を低減するとともにヒートシンク１０の伝熱性能を向上させる多目的最適化により決定される。
従って、ピンフィン１０２の断面形状が、前述の数式にて示されるようなＮＡＣＡ４桁翼の対称翼であることにより、パレート最適解を求めるための計算量が低減される。
なお、「対称翼」は、厳密な意味での「対称翼」ではない。すなわち「対称翼」とは、設計上や製造上の誤差が許容され、「実質的な対称翼」という意味である。

【0027】

このようにして多目的最適化により決定された本実施の形態に係るヒートシンク１０は、例えば円柱形状のピンフィンを備えるヒートシンクと比較して、流動抵抗が低減されるとともに伝熱性能が向上する。

【0028】

次に、ピンフィン１０２を備えたヒートシンク１０の製造方法について説明する。ヒートシンク１０は、ピンフィン１０２の設計方法（工程Ｐ１－１、Ｐ１－２）を含む工程Ｐ１－１、Ｐ１－２、Ｐ１－３に従って製造される。

【0029】

（工程Ｐ１－１）
本工程Ｐ１－１は、前述の数式にて示されるピンフィン１０２の最適な断面形状を求める最適化工程であり、ヒートシンク１０によって生じる圧力損失［Ｐａ］及びヒートシンク１０の伝熱量［Ｗ］を目的関数とした多目的最適化が実行される。

【0030】

設計変数は、以下のとおりである（図４参照）。
（１）最大翼厚比τ
（２）翼弦長ｃ
（３）隣接するピンフィン１０２の前縁同士を結ぶ線分Ｌ１の長さＰ（前縁間の距離Ｐ）
（４）線分Ｌ１と、隣接するピンフィン１０２の後縁及び前縁を結ぶ線分Ｌ２と、がなす角度θ

【0031】

多目的最適化の結果、例えば次表に示すようなパレート最適解の集合が求められる。

【0032】

【表1】

【0033】

なお、前述の（３）距離Ｐ及び（４）角度θは、ピンフィン１０２の配置を決定するためパラメータである。従って、ピンフィン１０２の配置を決定するための一組のパラメータであれば任意でよい。この一組のパラメータの他の例として、あるピンフィンの後縁を基準とする、隣接するピンフィンの前縁の位置を表すパラメータであって、翼弦に沿う方向の位置Ｘ１及びこれに直交する方向の位置Ｙ１が挙げられる。

【0034】

従って、設計変数は、以下とおりであってもよい。
（１）最大翼厚比τ
（２）翼弦長ｃ
（３）ピンフィン１０２の配置を決定するための一組のパラメータ

【0035】

このように、本工程Ｐ１－１において、多目的最適化によるピンフィン１０２の最適形状が求められるので、流動性能と伝熱性能の向上の両立が図られる。

【0036】

（工程Ｐ１－２）
本工程Ｐ１－２は、適切なピンフィン１０２の断面形状を決定する決定工程である。
現実の条件を考慮して、パレート最適解の集合の中から適切な翼型が選択される。現実の条件とは、例えば、冷却装置が備える、冷却水を送出するためのポンプの性能である。
その後、選択された翼型が、ピンフィン１０２の断面形状として決定される。

【0037】

（工程Ｐ１－３）
本工程Ｐ１－３は、ヒートシンク１０を形成する形成工程である。
前工程Ｐ１－２にて決定された断面形状に基づいてピンフィン１０２を備えたヒートシンク１０が形成される。ヒートシンク１０を形成する方法は、例えば鍛造である。ただし、鍛造に限定されるものではない。

【0038】

以上の工程Ｐ１－１、Ｐ１－２、Ｐ１－３が実施されることによって、流動抵抗の低減と伝熱性能の向上の両立が図られたヒートシンク１０が製造される。

【0039】

次に、ピンフィン１０２を備えたヒートシンク１０の使用方法について説明する。
冷却装置が備えるヒートシンク１０は、前述のとおり、ピンフィン１０２が一方向に流れる冷却水に接触できるように単独で使用されるほか、以下に示す第１及び第２の使用例のように、モジュール化して使用することも可能である。

【0040】

（第１の使用例）
第１の使用例は、複数のパワー半導体モジュールに対して適用可能な使用例である。
図５に示すように、１つのヒートシンク１０が１つのパワー半導体モジュールの熱を放出できるようにモジュール化され、例えば３つのパワー半導体モジュールにそれぞれ対応する３つのモジュールが冷却水の流れの方向（矢印参照）に沿って直列的に接続される。

【0041】

（第２の使用例）
第２の使用例は、大型のパワー半導体モジュールに対して適用可能な使用例である。
図６に示すように、ヒートシンク１０がモジュール化され、例えば４つのモジュール全体で１つの大型のパワー半導体モジュールから生じた熱を放出できるように構成される。これらの複数のモジュールは冷却水の流れの方向（矢印参照）に沿って直列的に接続される。ただし、４つのモジュールうちの２つのモジュールは上流側に配置され、残りの２つのモジュールは、上流側とは反対方向に流れる下流側の流路内に配置される。

【0042】

第１及び第２の使用例のように、ヒートシンク１０がモジュール化して使用され、流路に沿って配置されることにより、パワー半導体の多様な形態に柔軟に対応できる冷却装置が提供される。

【0043】

次に、ヒートシンク１０の変形例であるヒートシンク１０ａについて説明する。
図７に示すように、ヒートシンク１０ａは、ピンフィン１０２の先端側から見て、ヒートシンク１０ａの長手方向と交差する方向に並んだ複数の区域Ｂ１～Ｂ３に分けられ、隣接する区域Ｂ１～Ｂ３に形成されているピンフィン１０２の向きが、互い違いとなっている。

【0044】

区域Ｂ１と区域Ｂ２との間には、流路の一部を形成するための流路隔壁１０４ａが設けられ、区域Ｂ２と区域Ｂ３との間には、流路隔壁１０４ｂが設けられている。
矢印にて示すように、区域Ｂ１に入った冷却水は、流れの方向が反対向きとなって区域Ｂ２に入り、区域Ｂ２を抜けた後、再度流れの方向が反対向きとなって区域Ｂ３に入り、ヒートシンク１０ａの外部へと抜ける。
すなわち、冷却水の流れの方向は、クランク状となるように、隣接する第１～第３の区域Ｂ１～Ｂ３においてそれぞれ反対方向となっており、これに対応してピンフィン１０２の向きも反対方向となっている。

【0045】

従って、ピンフィン１０２がこのように配置されていることにより、ヒートシンク１０ａを冷却する冷却水の流路が多重パス化される。
なお、流路を形成する部材の一部である流路隔壁１０４ａ、１０４ｂは、ヒートシンク１０ａに形成されていてもよいし、ヒートシンク１０ａとともに流路を形成する流路形成部材として形成されていてもよい。

【0046】

〔第２の実施の形態〕
続いて、本発明の第２の実施の形態に係るヒートシンクについて説明する。第１の実施の形態に係るヒートシンク１０と同一の構成要素については、同じ符号を付して詳しい説明を省略する。
第２の実施の形態に係るヒートシンクは、第１の実施の形態に係るヒートシンク１０、１０ａと対比すると、ピンフィンの形状が相違する。

【0047】

各ピンフィン１０２ａの断面形状は、図８に示すように、数式で表現される翼型からこの翼型の後縁が取り除かれた形状となっている。具体的には、断面形状は、ＮＡＣＡ４桁翼から鋭利な形状となっている後縁が取り除かれた形状となっている。
各ピンフィン１０２ａの後端部の形状は、後端に向かうに従って厚さが小さくなっており、具体的には、例えば、後縁が面取りされた形状となっている。

【0048】

このように、ピンフィン１０２ａは、鋭利な形状となっている翼型の後縁が取り除かれた形状となっているので、本実施の形態に係るヒートシンクは、第１の実施の形態に係るヒートシンク１０、１０ａと比較して、製造がより容易である。

【0049】

次に、ピンフィン１０２ａを備えたヒートシンクの製造方法について説明する。ヒートシンクは、ピンフィン１０２ａの設計方法（工程Ｐ２－１、Ｐ２－２）を含む工程Ｐ２－１、Ｐ２－２、Ｐ２－３に従って製造される。

【0050】

（工程Ｐ２－１）
本工程Ｐ２－１は、ピンフィン１０２ａの最適な断面形状を求める最適化工程である。第１の実施の形態に係る工程Ｐ１－１と実質的に同一であるため、その詳細な説明は割愛する。

【0051】

（工程Ｐ２－２）
本工程Ｐ２－２は、適切なピンフィン１０２ａの断面形状を決定する決定工程である。
現実の条件を考慮して、パレート最適解の集合の中から適切な翼型が選択される。現実の条件とは、例えば、冷却水を送出するためのポンプの性能である。
翼型が選択された後、その翼型の後縁が取り除かれた形状がピンフィン１０２ａの断面形状として決定される

【0052】

（工程Ｐ２－３）
本工程Ｐ２－３は、ヒートシンクを形成する形成工程である。
前工程Ｐ２－２にて決定された断面形状に基づいてピンフィン１０２ａを備えたヒートシンクが形成される。ヒートシンクを形成する方法は、例えば鍛造である。ただし、鍛造に限定されるものではない。

【0053】

以上の工程Ｐ２－１、Ｐ２－２、Ｐ２－３が実施されることによって、流動抵抗の低減と伝熱性能の向上の両立が図られたヒートシンクが製造される。

【実施例0054】

次に、第１の実施の形態に係るヒートシンク１０のシミュレーション結果を示し、その効果についてより具体的に説明する。
発明者は、ピンフィン１０２を備えたヒートシンク１０と、比較例となる円柱形状のピンフィンを備えたヒートシンクについて、同一条件の下で多目的最適化を行った。
ヒートシンク１０についての多目的最適化方法については、前述の工程Ｐ１－１に示したとおりである。

【0055】

多目的最適化は、市販のＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙａｍｉｃｓ）ソフトウェアＦｌｏＴＨＥＲＭ ＸＴとｍｏｄｅＦＲＯＮＴＩＥＲを組み合わせて実行した。多目的最適化アルゴリズムとして、複合戦略アルゴリズムＰｉｌＯＰＴを使用した。このＰｉｌＯＰＴは自律型最適化アルゴリズムであり、最適化の回数や最適化に費やした時間に基づく効率的な最適化アルゴリズムである。

【0056】

各ヒートシンクの長さＬＨ（図２参照）は１００ｍｍであり、幅ＷＨは、５０ｍｍである。ピンフィン１０２の基部１０１の表面からの高さＨＦ（図３参照）は、８ｍｍであり、円柱形状のピンフィンの高さも８ｍｍである。
発熱体と冷却水との温度差は７５℃である。冷却水の流量は、２．４Ｌ／ｍｉｎである。

【0057】

多目的最適化の結果、図９に示すようなシミュレーション結果が得られた。なお、同図９の横軸は無次元化された流動抵抗ΔＰであり、縦軸は無次元化された伝熱性能Ｑである。
このシミュレーション結果から、ヒートシンク１０のパレート最適解が、円柱形状のピンフィンを備えたヒートシンクよりも明らかに優位であることが理解できる。
従って、ピンフィン１０２を備えたヒートシンク１０は、円柱形状のピンフィンを備えたヒートシンクと比較して、高性能であることが確認された。

【0058】

以上説明したように、第１の実施の形態に係るヒートシンク１０、ヒートシンク１０の製造方法及びヒートシンク１０の設計方法並びに第２の実施の形態に係るヒートシンク、ヒートシンクの製造方法及びヒートシンクの設計方法によれば、流動抵抗の低減と伝熱性能の向上の両立を図ることができる。

【0059】

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
発熱体はパワー半導体に限定されるものではなく、任意の発熱体でよい。また、冷媒は冷却水に限定されるものではなく、任意の冷媒でよい。

【符号の説明】

【0060】

１０、１０ａ ヒートシンク
２０ パワー半導体
３０ 流路形成部材
４０ 流路
１０１ 基部
１０２、１０２ａ ピンフィン
１０４ａ、１０４ｂ 流路隔壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】