(57)【要約】【課題】冷却効率を改善し得る電子デバイスの冷却構造を提供する。【解決手段】本開示の少なくとも一実施形態に係る冷却構造は、少なくとも一方の面に電極が設けられた半導体素子の冷却構造であって、電極の内部に形成され冷媒が通過可能な冷媒流路を備えている。各々の冷媒流路には、電極と同一材料からなり、冷媒の流れに沿って冷媒流路内で一方の面又は他方の面の法線方向に延在する少なくとも一の仕切り板が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の面に電極が設けられた半導体素子の冷却構造であって、
前記電極の内部に形成され冷媒が通過可能な冷媒流路を備えている
ことを特徴とする冷却構造。
【請求項２】
前記電極は、
銅、グラファイト又は銅タングステンを含むとともに、
前記半導体素子における前記一方の面と前記他方の面とに夫々設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却構造。
【請求項３】
各々の前記冷媒流路には、前記電極と同一材料からなり、前記冷媒の流れに沿って前記冷媒流路内で前記一方の面又は他方の面の法線方向に延在する少なくとも一の仕切り板が形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却構造。
【請求項４】
前記冷媒は導電性液体を含み、
前記電極には前記冷媒と前記電極とを絶縁する絶縁性コーティングが形成されている
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の冷却構造。
【請求項５】
前記冷媒は代替フロン系冷媒を含む
ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の冷却構造。
【請求項６】
前記冷媒は二酸化炭素を含む
ことを特徴とする請求項５に記載の冷却構造。
【請求項７】
発熱体を含む電子デバイスの冷却構造であって、
前記発熱体に隣接する隣接素子の内部に形成され、前記発熱体の延在方向の一方から他方に向けて冷媒が通過可能な冷媒流路を備え、
前記冷媒流路の流路断面積は、上流側が下流側より大きく形成されている
ことを特徴とする電子デバイスの冷却構造。
【請求項８】
発熱体を含む電子デバイスの冷却構造であって、
少なくとも前記発熱体と前記発熱体に隣接する隣接素子とを収容する耐圧容器を備え、
前記耐圧容器は、
冷媒の入口と、
前記冷媒の出口と、を含み、
前記隣接素子の内部には、前記冷媒が通過可能な冷媒流路が形成されている
ことを特徴とする電子デバイスの冷却構造。
【請求項９】
発熱体を含む電子デバイスの冷却構造であって、
少なくとも前記発熱体と前記発熱体に隣接する隣接素子とを収容する耐圧容器を備え、
前記耐圧容器は、
冷媒の入口と、
前記冷媒の出口と、を含み、
前記耐圧容器の内壁と前記発熱体との間に前記冷媒が通過可能な隙間が形成されている
ことを特徴とする電子デバイスの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体素子の冷却構造及び電子デバイスの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、半導体素子等の電子デバイスの冷却においては、冷媒の循環系統を設け、半導体素子等の発熱部で生じた熱を大気等に放出するための冷却システムが使用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、半導体チップの一方の面側に、絶縁基板、配線、はんだ及び金属ベース等の複数の層を介して設けられた冷却流路を有する半導体冷却装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３８１５６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、近年開発が進む半導体素子等の電子デバイスにおいては熱流束が高く、高い発熱密度に起因して機器の温度が上昇しやすい。機器の温度が上昇すると、機器の信頼性が低下し、故障しやすくなる。このため、これら機器の冷却性能の向上が望まれている。
しかし、上記特許文献１に開示された半導体冷却装置のように、発熱体である半導体チップと冷却流路との間に絶縁基板等の多数の層が介在する構成では、発熱密度の高い電子デバイスの冷却に対応しきれない虞があるという問題がある。
【０００６】
上述した問題に鑑み、本開示の少なくとも一実施形態は、冷却効率を改善し得る電子デバイスの冷却構造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】
【０００７】
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る冷却構造は、
少なくとも一方の面に電極が設けられた半導体素子の冷却構造であって、
前記電極の内部に形成され冷媒が通過可能な冷媒流路を備えている。
【０００８】
上記（１）の構成によれば、半導体素子の少なくとも一方の面に設けられた電極の内部に冷媒流路が形成されていることにより、冷媒流路内を通過する冷媒と半導体素子との間に介在する熱抵抗となり得る部材を最小限に抑制することができるから、半導体素子を高効率に冷却することができる。また、冷却効率の向上により、例えば、同じ発熱量の半導体素子を冷却するための冷却構造をより小型化することができるほか、発熱密度がより高い半導体素子を高効率に冷却することができる。
【０００９】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の構成において、
前記電極は、
銅、グラファイト又は銅タングステンを含むとともに、
前記半導体素子における前記一方の面と前記他方の面とに夫々設けられていてもよい。
【００１０】
上記（２）の構成によれば、電極が銅、グラファイト又は銅タングステンを含むことにより、例えば、冷媒流路をモールド樹脂等で形成した場合に比べて冷却部の熱伝導率を大幅に向上させることができる。また、半導体素子の一方の面と他方の面とのそれぞれに、内部に冷媒流路を有する電極を設けることにより、半導体素子の冷却効率を向上させることができる。
【００１１】
（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載の構成において、
各々の前記冷媒流路には、前記電極と同一材料からなり、前記冷媒の流れに沿って前記冷媒流路内で前記一方の面又は他方の面の法線方向に延在する少なくとも一の仕切り板が形成されていてもよい。
【００１２】
上記（３）の構成によれば、電極と同一材料からなる仕切り板が、冷媒流路内において半導体素子の一方の面又は他方の面の法線方向に延在するようにして冷媒の流れに沿って形成されたことにより、冷媒流路内部における電極と冷媒との接触面積をより多く確保することができ、仕切り板がない場合に比べてさらに冷却効率の向上を図ることができる。したがって、冷却効率を改善し得る電子デバイスの冷却構造を提供することができる。
【００１３】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の構成において、
前記冷媒は導電性液体を含み、
前記電極には前記冷媒と前記電極とを絶縁する絶縁性コーティングが形成されていてもよい。
【００１４】
上記（４）の構成によれば、冷媒が比熱ないし熱伝導率の高い導電性液体を含むことにより、導電性液体でない冷媒を用いる場合に比べて冷却効率の向上を図ることができる。また、電極に、当該電極と冷媒とを絶縁する絶縁性コーティングを形成することにより、冷媒が導電性液体を含む場合であっても上記電極から導電性液体への漏電を防止することができる。よって、半導体素子の電気的又は電子的な特性を確保しつつ冷却効率の向上を図ることができる。
【００１５】
（５）幾つかの実施形態では、上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の構成において、
前記冷媒は代替フロン系冷媒を含んでもよい。
【００１６】
上記（５）の構成によれば、冷媒には代替フロン系冷媒が含まれ得る。つまり、代替フロン系冷媒は概して導電性が低いから、冷媒を介した半導体素子又は電極からの漏電を適切に防止することができる。
【００１７】
（６）幾つかの実施形態では、上記（５）に記載の構成において、
前記冷媒は二酸化炭素を含んでもよい。
【００１８】
上記（６）の構成によれば、冷媒には二酸化炭素が含まれ得る。つまり、一般に導電性が低く漏電を抑制可能である二酸化炭素を含む冷媒を用いることにより、半導体素子の電気的又は電子的な特性を確保しつつ冷却効率の向上を図ることができる。
【００１９】
（７）本開示の少なくとも一実施形態に係る電子デバイスの冷却構造は、
発熱体を含む電子デバイスの冷却構造であって、
前記発熱体に隣接する隣接素子の内部に形成され、前記発熱体の延在方向の一方から他方に向けて冷媒が通過可能な冷媒流路を備え、
前記冷媒流路の流路断面積は、上流側が下流側より大きく形成されている。
【００２０】
上記（７）の構成によれば、発熱体に隣接する隣接素子の内部に、発熱体の延在方向の一方から他方に向かう冷媒流路が形成されていることにより、冷媒流路内を通過する冷媒と発熱体との間に介在する熱抵抗となり得る部材を最小限に抑制することができるから、発熱体を高効率に冷却することができる。また、冷媒流路の断面積が上流側より下流側が小さくなるように構成されるから、出口側に向かうにつれて冷媒の流速が速くなる。一般に、熱伝達率は流速が速いほどその値が大きくなるから、冷媒の温度が高くなりがちな出口側に向かって冷媒の流速が速くなるように冷媒流路を構成することで、入口側と出口側との冷却量の均一化を図ることができ、発熱体の被冷却面温度の均一化を図ることができる。さらにまた、冷却効率の向上により、例えば、同じ発熱量の発熱体を冷却するための冷却構造をより小型化することができるほか、発熱密度がより高い発熱体を含む電子デバイスを高効率に冷却することができる。
【００２１】
（８）本開示の少なくとも一実施形態に係る電子デバイスの冷却構造は、
発熱体を含む電子デバイスの冷却構造であって、
少なくとも前記発熱体と前記発熱体に隣接する隣接素子とを収容する耐圧容器を備え、
前記耐圧容器は、
冷媒の入口と、
前記冷媒の出口と、を含み、
前記隣接素子の内部には、前記冷媒が通過可能な冷媒流路が形成されている。
【００２２】
上記（８）の構成によれば、発熱体に隣接する隣接素子の内部に、冷媒流路が形成されていることにより、冷媒流路内を通過する冷媒と発熱体との間に介在する熱抵抗となり得る部材を最小限に抑制することができるから、発熱体を高効率に冷却することができる。また、発熱体と隣接素子とが耐圧容器内に収容されていることにより、冷媒流路内外の圧力差を抑制することができるから、例えば、厚さの薄い冷媒流路に対しても、圧力の高い冷媒を用いて冷却することができる。これにより、冷媒の沸点を高くしたり超臨界状態としたりすることで、例えば、バーンアウト等の沸騰現象による熱伝達率の低下を防止して高効率な冷却を実現することができる。さらにまた、冷却効率の向上により、例えば、同じ発熱量の発熱体を冷却するための冷却構造をより小型化することができるほか、発熱密度がより高い発熱体を含む電子デバイスを高効率に冷却することができる。
【００２３】
（９）本開示の少なくとも一実施形態に係る電子デバイスの冷却構造は、
発熱体を含む電子デバイスの冷却構造であって、
少なくとも前記発熱体と前記発熱体に隣接する隣接素子とを収容する耐圧容器を備え、
前記耐圧容器は、
冷媒の入口と、
前記冷媒の出口と、を含み、
前記耐圧容器の内壁と前記発熱体との間に前記冷媒が通過可能な隙間が形成されている。
【００２４】
上記（９）の構成によれば、発熱体の直近に冷媒を流すことにより、冷媒と発熱体との間に介在する熱抵抗となり得る部材を最小限に抑制することができ、発熱体を高効率に冷却することができる。また、発熱体が耐圧容器内に収容されていることにより、高圧の冷媒を用いることができる。すなわち、高圧の冷媒を用いることで冷媒の沸点を高くしたり超臨界状態としたりすることができるから、例えば、バーンアウト等の沸騰現象による熱伝達率の低下を防止して高効率な冷却を実現することができる。さらにまた、冷却効率の向上により、例えば、同じ発熱量の発熱体を冷却するための冷却構造をより小型化することができるほか、発熱密度がより高い発熱体を含む電子デバイスを高効率に冷却することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、冷却効率を改善し得る冷却構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本開示の一実施形態に係る半導体素子の冷却構造の構成例を示す概略図であり、（ａ）は各電極内に単一の冷媒流路が形成された状態を示す図、（ｂ）は各電極内の冷媒流路に仕切り板が形成された状態を示す図である。
【図２】一実施形態に係る半導体素子の冷却構造の他の構成例を示す図であり、冷媒流路に面して絶縁性コーティングが形成された状態を示す図である。
【図３】一実施形態に係る半導体素子の冷却構造の他の構成例を示す概略図であり、（ａ）は冷媒にフロンあるいは代替フロン系冷媒を適用した状態を示す図、（ｂ）は冷媒に二酸化炭素を適用した状態を示す図である。
【図４】第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
【図５】本開示の第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の比較例を示す概略図である。
【図６】第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
【図７】第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
【図８】第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
【図９】第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
【図１０】第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
【図１１】第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
【図１２】第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
【図１３】本開示の第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の一構成例を概略的に示す斜視図である。
【図１４】第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す側面図である。
【図１５】第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す斜視図であり、耐圧容器内に複数の発熱体を含む状態を示す図である。
【図１６】第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は電子デバイスの少なくとも一部が耐圧容器の外側に延出する状態を示す斜視図、（ｂ）は同側面図である。
【図１７】第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒流路の他の例を示す図、（ｂ）は冷媒の噴流により発熱体を冷却する様子を示す図である。
【図１８】第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を示す概略図であり、冷媒に二酸化炭素を適用した状態を示す図である。
【図１９】第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒流路として発熱体の隣接素子を通る第１系統と耐圧容器内を通る第２系統との２系統含む例を示す図、（ｂ）は第１系統を側方から見た状態示す図である。
【図２０】第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を示す概略図であり、冷媒を、発熱体の隣接素子通過後に耐圧容器内を経由して耐圧容器外に案内する状態を示す図である。
【図２１】第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を示す概略図であり、耐圧容器内の隙間を最小限に形成した状態を示す図である。
【図２２】本開示の第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は耐圧容器内にバッフルを設けた状態を示す斜視図、（ｂ）は同側面図である。
【図２３】第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、耐圧容器内に複数の発熱体を含む状態を示す斜視図である。
【図２４】本開示の第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は電子デバイスの少なくとも一部を耐圧容器の外側に延出させた状態を示す斜視図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は発熱体の延在方向に沿って通過した冷媒を耐圧容器の側方に導く様子を示す図である。
【図２５】第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、冷媒の噴流により発熱体を冷却する様子を示す図である。
【図２６】第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒に絶縁性液体を適用した様子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【図２７】第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒に導電性液体を適用した様子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【図２８】第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒にフロンあるいは代替フロン系冷媒を適用した様子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、添付図面に従って本発明の例示的な実施形態について説明する。ただし、以下に示す幾つかの実施形態に記載された構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００２８】
［第１実施形態］
まず、本開示の第１実施形態に係る半導体素子の冷却構造の構成例について説明する。
図１は本開示の一実施形態に係る半導体素子の冷却構造の構成例を示す概略図であり、（ａ）は各電極内に単一の冷媒流路が形成された状態を示す図、（ｂ）は各電極内の冷媒流路に仕切り板が形成された状態を示す図である。
図１（ａ）に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係る冷却構造は、少なくとも一方の面に電極１２が設けられた半導体もしくは半導体チップ６Ａの冷却構造であって、電極１２の内部に冷媒４０が通過可能な冷媒流路１３が形成されている。
【００２９】
半導体もしくは半導体チップ６Ａは、発熱体６であり、例えば平板状の半導体素子や集積回路（例えばＬａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ：ＬＳＩ）等の形態で形成されていてもよい。
電極１２は、上記半導体もしくは半導体チップ６Ａに隣接して設けられている。この電極１２は、半導体もしくは半導体チップ６Ａの一方の面（例えば上面又は下面）に設けられていてもよい。
冷媒流路１３は、冷媒４０の入口１４と出口１５とを含み、内部を気体又は液体の冷媒４０が通過するように構成される。
この冷媒流路１３には、例えばポンプ等の輸送手段によって冷媒４０が流入され、出口１５から流出した冷媒４０が電極１２の外部で冷却されるように構成され得る。
なお、このような電極１２内部の冷媒流路１３は、例えば、エッチングや３Ｄプリンタを用いて形成してもよい。
【００３０】
上記のように半導体もしくは半導体チップ６Ａの少なくとも一方の面に設けられた電極１２の内部に冷媒流路１３が形成された構成によれば、冷媒流路１３内を通過する冷媒４０と半導体もしくは半導体チップ６Ａとの間に介在する熱抵抗となり得る部材を最小限に抑制することができるから、半導体もしくは半導体チップ６Ａを高効率に冷却することができる。また、冷却効率の向上により、例えば、同じ発熱量の半導体もしくは半導体チップ６Ａを冷却するための冷却構造をより小型化することができるほか、発熱密度がより高い半導体もしくは半導体チップ６Ａを高効率に冷却することができる。
【００３１】
幾つかの実施形態において、電極１２は、銅、グラファイト又は銅タングステンを含んでもよい。すなわち、電極１２は、銅、グラファイト又は銅タングステンにより形成されていてもよい。
このように、電極１２が銅、グラファイト又は銅タングステンを含むことにより、例えば、冷媒流路１３をモールド樹脂等で形成した場合に比べて冷却部の熱伝導率を大幅に向上させることができる。
そして、上記電極１２は、半導体もしくは半導体チップ６Ａにおける一方の面と他方の面（つまり複数の面）との夫々に設けられていてもよい。このように、半導体もしくは半導体チップ６Ａの一方の面と他方の面とのそれぞれに、内部に冷媒流路１３を有する電極１２を設けることにより、半導体もしくは半導体チップ６Ａの冷却効率を向上させることができる。
【００３２】
幾つかの実施形態では、例えば図１（ｂ）に非限定的に例示するように、各々の冷媒流路１３には、電極１２と同一材料からなり、冷媒４０の流れに沿って冷媒流路１３内で上記半導体素子６Ａの一方の面又は他方の面の法線方向に延在する少なくとも一の仕切り板１６が形成されていてもよい。
この仕切り板１６は、電極１２内部の冷媒流路１３内において所謂放熱フィンとして機能するものであり、半導体もしくは半導体チップ６Ａの表面に垂直に形成されていてもよく、上記半導体もしくは半導体チップ６Ａの表面に沿って複数本並んで配置されていてもよい。
なお、仕切り板１６は、冷媒流路１３の内部を完全に分断し得るように（つまり厚さ方向の全域に亘って）設けられていてもよいし、少なくとも半導体もしくは半導体チップ６Ａに近接する側に設けられていてもよい。
【００３３】
このように、電極１２と同一材料からなる仕切り板１６が、冷媒流路１３内において半導体もしくは半導体チップ６Ａの一方の面又は他方の面の法線方向に延在するようにして冷媒４０の流れに沿って形成された場合、冷媒流路１３内部における電極１２と冷媒４０との接触面積をより多く確保することができる。したがって、仕切り板１６がない場合に比べてさらに冷却効率の向上を図ることができる。
【００３４】
図２は一実施形態に係る半導体素子の冷却構造の他の構成例を示す図であり、冷媒流路に面して絶縁性コーティングが形成された状態を示す図である。
図２に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態において、冷媒４０は導電性液体４４を含み、電極１２には冷媒４０と電極１２とを絶縁する絶縁性コーティング１８が形成されていてもよい。
上記絶縁性コーティング１８は、例えば、ダイヤモンド又はセラミックを適用してもよい。
【００３５】
上記のように、冷媒４０が比熱ないし熱伝導率の高い導電性液体４４を含む場合、導電性液体４４でない冷媒を用いる場合に比べて冷却効率の向上を図ることができる。また、電極１２に、当該電極１２と冷媒４０とを絶縁する絶縁性コーティング１８を形成することにより、冷媒４０が導電性液体４４を含む場合であっても上記電極１２から導電性液体４４への漏電を防止することができる。よって、半導体もしくは半導体チップ６Ａの電気的又は電子的な特性を確保しつつ冷却効率の向上を図ることができる。
なお、冷媒流路１３の入口１４には冷媒４０流入用にヘッダ１４Ａを設けてもよい（図２参照）。
【００３６】
図３は一実施形態に係る半導体もしくは半導体チップの冷却構造の他の構成例を示す概略図であり、（ａ）は冷媒にフロン、あるいは代替フロン系冷媒を適用した状態を示す図、（ｂ）は冷媒に二酸化炭素を適用した状態を示す図である。
図３（ａ）に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷媒４０がフロンあるいは代替フロン系冷媒４２を含んでもよい。例えば図３（ａ）では、代替フロン系冷媒４２としてアンモニア４２Ａ（ＮＨ３）を適用した例を示している。
このように、冷媒４０がフロンあるいは代替フロン系冷媒４２を含む場合、フロンあるいは代替フロン系冷媒４２は概して導電性が低いから、冷媒４０を介した半導体もしくは半導体チップ６Ａ又は電極１２からの漏電を適切に防止することができる。
【００３７】
幾つかの実施形態では、例えば図３（ｂ）に非限定的に例示するように、冷媒４０は二酸化炭素４２Ｂを含んでもよい。上記二酸化炭素４２Ｂは気体（例えば炭酸ガス）であってもよいし液体（例えば液化炭酸ガス）であってもよい。このような構成例では冷媒４０の温度・圧力には規定はなく、例えば超臨界状態のＣＯ２なども対象に含まれ得る。
このように、一般に導電性が低く漏電を抑制可能である二酸化炭素４２Ｂを含む冷媒４０を用いることにより、半導体もしくは半導体チップ６Ａの電気的又は電子的な特性を確保しつつ冷却効率の向上を図ることができる冷却構造を低コストに実現することができる。
【００３８】
［第２実施形態］
続いて本開示の第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造について説明する。第２実施形態における冷却部の寸法は電子デバイスなどの発熱体と同寸法である必要は無い。
図４は第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。図５は本開示の第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の比較例を示す概略図である。
図４（ａ）、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係る電子デバイスの冷却構造は、発熱体６を含む電子デバイス５の冷却構造である。この冷却構造は、上記発熱体６に隣接する隣接素子１０の内部に形成され発熱体６の延在方向の一方から他方に向けて冷媒が通過可能な冷媒流路１３を備えている。
電子デバイス５は、例えば半導体素子であってもよい。
発熱体６は、電子デバイス５を構成する要素のうち熱を発生する種々の要素であってよく、例えば半導体もしくは半導体チップ６Ａであってもよい。
上記隣接素子１０は、例えば電極１２であってもよい。
そして、冷媒流路１３の流路断面積は、上流側（即ち入口１４側）が下流側（即ち出口１５側）より大きく形成されている（例えば図４（ａ）参照）。
【００３９】
上記のように、発熱体６に隣接する隣接素子１０の内部に、発熱体６の延在方向の一方から他方に向かう冷媒流路１３を形成した場合、冷媒流路１３内を通過する冷媒４０と発熱体６との間に介在する熱抵抗となり得る部材を最小限に抑制することができるから、発熱体６を高効率に冷却することができる。
また、冷媒流路１３の断面積が上流側より下流側が小さくなるように構成されるから、出口１５側に向かうにつれて冷媒４０の流速が速くなる。
ここで、冷媒４０による被冷却体（例えば半導体もしくは半導体チップ６Ａなどの発熱体６）の冷却量（熱流束）は、下記の式（１）で表される。
ｑ＝αΔＴ＝α（Ｔｃ−Ｔｗ）  ・・・（１）
ここで、αは熱伝達率［Ｗ／ｍ２Ｋ］であって流速等の関数として表され（α＝ｆ（Ｖ））、ΔＴは冷媒温度（Ｔｃ）と被冷却面温度（Ｔｗ）との温度差［℃］である。
上記式（１）に示すように、一般に、熱伝達率は流速が速いほどその値が大きくなるから、冷媒４０の温度が高くなりがちな出口１５側に向かって冷媒４０の流速が速くなるように冷媒流路１３を構成することで、例えば、図５に比較例として示す構成に比べて、入口１４側と出口１５側との冷却量の均一化を図ることができ、発熱体６の被冷却面温度の均一化を図ることができる。また、冷却効率の向上により、例えば、同じ発熱量の発熱体６を冷却するための冷却構造をより小型化することができるほか、発熱密度がより高い発熱体６を含む電子デバイス５を高効率に冷却することができるものである。
【００４０】
図６は第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
幾つかの実施形態では、例えば図６（ａ）に非限定的に例示するように、各々の冷媒流路１３には、電極１２と同一材料からなり、冷媒４０の流れに沿って冷媒流路１３内で一方の面又は他方の面の法線方向に延在する少なくとも一の仕切り板１６（放熱フィン）が形成されていてもよい。
上記仕切り板１６は、冷媒流路１３の入口１４から出口１５に向かってその厚さが厚くなるように形成されていてもよい（例えば図６（ａ）参照）。
ここで、フィン（仕切り板１６）による伝熱面積の拡大はその厚さが厚い方が、また熱伝達率が低い方が大きくなる。フィン設置時のフィン間流速、フィンによる伝熱面積拡大効果（フィン効率）を考慮して被冷却面温度が等しくなるようにその厚さを設定する。
Ｑ’＝［２α（Ｔｃ−Ｔｗ）ΦＨｆ＋α（Ｔｃ−Ｔｗ）ｐ］Ｌ  ・・・（２）
ここで、α＝ｆ（Ｖ）：熱伝達率（流速などの関数）［Ｗ／ｍ２Ｋ］、Φ：フィン効率［−］、Ｈｆ：フィン高さ［ｍ］、ｐ：フィン間隙間［ｍ］、Ｌ：単位長さ［ｍ］である。
【００４１】
図７は第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
幾つかの実施形態では、例えば図７（ａ）に非限定的に例示するように、半導体もしくは半導体チップ６Ａなどの発熱体６に発熱密度分布がある場合、高発熱密度領域の被冷却面温度を低下させるとともに温度分布発生を防止することを目的に、当該部における冷媒流路１３の幅（流路断面積）を狭め、当該部のフィン厚さを厚くしてもよい（１つの領域に限定しない）。
このように構成すれば、流路が狭いために高発熱密度領域の流速が速く、仕切り板１６（フィン）が厚いことでそのフィン効率が高くなるような冷媒流路１３および仕切り板１６（フィン）の設計を行うことにより、高発熱密度領域を含む被冷却面の温度分布発生を防止することができる（フィンのみでなく冷媒流路１３の流路壁厚さを変更してもよい）。
【００４２】
図８は第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
図８（ａ）〜８（ｃ）に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷媒流路１３の流路断面積を入口１４から出口１５に向かって厚さ方向に適切に狭く形成してもよい。なお冷却部の寸法は、半導体素子６Ａなどの発熱体６と同寸法に限定しない。
冷媒４０による被冷却体（例えば半導体もしくは半導体チップ６Ａなどの発熱体６）の冷却量（熱流束）は、上記式（１）で説明した内容と同様である。
【００４３】
図９は第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
図９に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷却能力向上を目的として冷媒流路１３の流路内に仕切り板１６（フィン）を設置してもよい。当該フィンは冷媒流路１３の入口１４から出口１５に向かってその厚さを厚く形成してもよい。
なお、フィン（仕切り板１６）による伝熱面積の拡大については上記式（２）を用いて説明した内容と同様である。
【００４４】
図１０は第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
図１０に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、半導体もしくは半導体チップ６Ａなどの発熱体６に発熱密度分布がある場合、高発熱密度領域の被冷却面温度を低下させるとともに温度分布発生を防止することを目的に、当該部における冷媒流路１３の幅（流路断面積）を狭め、当該部のフィン厚さを厚くしてもよい（１つの領域に限定しない）。
このように構成すれば、流路が狭いために高発熱密度領域の流速が速く、仕切り板１６（フィン）が厚いことでそのフィン効率が高くなるような冷媒流路１３および仕切り板１６（フィン）の設計を行うことにより、高発熱密度領域を含む被冷却面の温度分布発生を防止することができる（フィンのみでなく冷媒流路１３の流路壁厚さを変更してもよい（例えば図１０（ａ）参照）。
【００４５】
図１１は第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
図１１に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、高さ方向のみならず面方向においても冷媒流路１３の流路断面積を入口１４から出口１５に向かって適切に狭く形成してもよい。この場合、隣接する冷媒流路１３における冷媒４０の流れ方向は逆となる（例えば図１１（ａ）参照）。
このように構成すれば、高さに制限などがあり高さ変更のみで被冷却面の均温化が困難な場合に、均温化のために有効な手段となる。
【００４６】
図１２は第２実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は冷媒温度、被冷却面温度及び熱伝達率の関係を示す図である。
図１２に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷媒４０を被冷却体の両端側から供給し、中央部で排出するように構成してもよい（例えば図１２（ａ）及び図１２（ｂ）参照）。
このように構成すれば、例えば冷媒流路１３の勾配を大きく確保することで速度及び熱伝達率の変化を大きくすることができる（例えば図１２（ｃ）参照）。
なお、第２実施形態における冷媒４０はフロンあるいは代替フロン系冷媒４２等の絶縁性冷媒を含んでもよい。代替フロン系冷媒４２としてはアンモニア４２Ａ（ＮＨ３）を適用してもよい。
このように、冷媒４０がフロンあるいは代替フロン系冷媒４２を含む場合、フロンあるいは代替フロン系冷媒４２は概して導電性が低いから、冷媒４０を介した半導体もしくは半導体チップ６Ａ又は電極１２からの漏電を適切に防止することができる。
また、冷媒４０は二酸化炭素４２Ｂを含んでもよい。上記二酸化炭素４２Ｂは気体（例えば炭酸ガス）であってもよいし液体（例えば液化炭酸ガス）であってもよい。このような構成例では冷媒４０の温度・圧力には規定はなく、例えば超臨界状態の二酸化炭素なども対象に含まれ得る。
このように、一般に導電性が低く漏電を抑制可能である二酸化炭素４２Ｂを含む冷媒４０を用いることにより、半導体もしくは半導体チップ６Ａの電気的又は電子的な特性を確保しつつ冷却効率の向上を図ることができる冷却構造を低コストに実現することができる。
【００４７】
［第３実施形態］
続いて本開示の第３実施形態に係る半導体もしくは半導体チップ等の電子デバイスの冷却構造について説明する。
図１３は本開示の第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の一構成例を概略的に示す斜視図である。図１４は第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す側面図であり、図１３におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
図１３及び図１４に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係る電子デバイスの冷却構造は、発熱体６を含む電子デバイス５の冷却構造であって、少なくとも発熱体６と該発熱体６に隣接する隣接素子１０とを収容する耐圧容器２０を備えている。
上記耐圧容器２０は、冷媒４０の入口２４と、冷媒４０の出口２５と、を含む。
そして、上記隣接素子１０の内部には、内部を冷媒４０が通過可能な冷媒流路１３が形成されている。
発熱体６は、例えば半導体あるいは半導体チップ６Ａであってもよい。また、隣接素子１０は、例えば電極１２であってもよい。
この構成では、例えば電子デバイス５全体を耐圧容器２０内に入れ、耐圧容器２０内を冷媒４０（冷却液）で満たしてもよい。
なお、耐圧容器２０には仕切板３１を設け、電極１２及び半導体素子６Ａを介して内部を２つの空間に分断してもよい。仕切板３１は、例えばダイスに加熱した液状の材料（例えばシリカゲル、プラスチック等）を流し込み、冷やし固めることで成形してもよい。
冷媒４０はポンプ１１１を使用して流し込んでもよい。耐圧容器２０の形状は円筒を基本としてよいが、矩形等であってもよい。
【００４８】
上記のように、発熱体６に隣接する隣接素子１０の内部に、冷媒流路１３が形成された構成により、冷媒流路１３内を通過する冷媒４０と発熱体６との間に介在する熱抵抗となり得る部材を最小限に抑制することができるから、発熱体６を高効率に冷却することができる。また、発熱体６と隣接素子１０とが耐圧容器２０内に収容されていることにより、流路を構成する部材に圧力差が作用しないため、冷媒流路１３内外の圧力差を抑制することができるから、圧力の高い冷媒４０を用いることができる。これにより、冷媒４０の沸点を高くしたり超臨界状態としたりすることで、例えば、バーンアウト等の沸騰現象による熱伝達率の低下を防止して高効率な冷却を実現することができる。さらにまた、冷却効率の向上により、例えば、同じ発熱量の発熱体６を冷却するための冷却構造をより小型化することができるほか、発熱密度がより高い発熱体６を含む電子デバイス５を高効率に冷却することができる。なお、この耐圧容器２０は、半導体チップ６Ａをパッケージに収容し、該半導体チップ６Ａからパッケージ外にかけてリード線が延在するように構成した製品である半導体素子のパッケージに相当する部分でもよく、例えば図１３から図２１に示す例に適用できるものである。
【００４９】
図１５は第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す斜視図であり、耐圧容器内に複数の発熱体を含む状態を示す図である。
図１５に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、１つの耐圧容器２０内に、複数の発熱体６（例えば半導体あるいは半導体チップ６Ａ）が格納されていてもよい。
【００５０】
図１６は第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は電子デバイスの少なくとも一部が耐圧容器の外側に延出する状態を示す斜視図、（ｂ）は同側面図である。
図１６に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、電極１２の片側（または両側）を耐圧容器２０の外部に延出させる構成としてもよい。なお、半導体あるいは半導体チップ６Ａ等の発熱体６は、例えば電極１２等の隣接素子１０の一部に挟み込む構造としてもよい。
このように構成すれば、配線無しで外部機器と電気的に接続することが可能となる。
【００５１】
図１７は第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒流路の他の例を示す図、（ｂ）は冷媒の噴流により発熱体を冷却する様子を示す図である。
図１７に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、電極１２の上部と下部それぞれに冷却穴を設け，半導体あるいは半導体チップ６Ａ等の被冷却部は冷媒４０の噴流によって冷却してもよい。
このように噴流で半導体あるいは半導体チップ６Ａを冷却することにより、低い流速で単純な冷媒流路１３と同等の熱伝達率が確保することができ、少ない流路抵抗（圧損）で冷媒４０を流すことができる。
【００５２】
図１８は第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を示す概略図であり、冷媒に二酸化炭素（例えば液化炭酸ガス）を適用した状態を示す図である。
図１８に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷媒４０として二酸化炭素４２Ｂを用いてもよい。二酸化炭素４２Ｂは気体（例えば炭酸ガス）であってもよいし液体（例えば液化炭酸ガス等の絶縁性のある冷却液）であってもよい。このような構成例では冷媒４０の温度・圧力には規定はなく、例えば超臨界状態の二酸化炭素４２Ｂなども対象に含まれ得る。
高圧（例えば０．６ＭＰａＡ以上）の液化炭酸ガス（二酸化炭素４２Ｂ）は、水と比較して比誘電率が低いため（１．６μＳ／ｃｍ）絶縁性が高い。
自然冷媒である二酸化炭素４２Ｂを用いることによりフロン等と比較して、同程度の絶縁性を確保しながら環境負荷が低いなどの効果を得ることができる。
【００５３】
図１９は第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒流路として発熱体の隣接素子を通る第１系統と耐圧容器内を通る第２系統との２系統含む例を示す図、（ｂ）は第１系統を側方から見た状態示す図である。
図１９に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、電極１２等の隣接素子１０に設ける冷媒流路１３（第１系統）と、耐圧容器２０内の流路（第２系統）とを分けて構成してもよい。
上記第１系統と第２系統とには同じ冷媒４０を流してもよいし、異なる冷媒４０（例えば水と絶縁油など）を流してもよい。第１系統内の冷媒４０と第２系統内の冷媒４０とは同圧としてもよい。
第３実施形態における冷媒４０には、例えば水などの絶縁性がない媒体（導電性冷媒）を使用してもよい。絶縁性がない媒体を冷媒４０として使用する場合、例えば図１９（ａ）及び図１９（ｂ）に例示するように、冷媒流路１３の入口１４及び出口１５に絶縁性のヘッダ１４Ａ（例えばセラミックなど）を設けたり、或いは電極１２の表面に絶縁性コーティング１８を施したりして電極１２と冷媒４０との間を絶縁してもよい。
このような構成により、冷媒４０として通常用いられるフロン等と比較して熱伝達率が高い水が使用可能であり、冷却性能が高いという効果を得ることができる。また、水や油は一般的に冷媒として用いられるフロンと比較して環境への影響（有害性）が少ない。
【００５４】
図２０は第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を示す概略図であり、冷媒を、発熱体の隣接素子通過後に耐圧容器内を経由して耐圧容器外に案内する状態を示す図である。
図２０に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷媒４０を、冷却穴を通した後で耐圧容器２０内に導いてもよい。
このようにすれば、冷媒４０がすぐに電極１２内に到達するので、冷たいまま発熱体６を冷却でき、冷却性能が高くなるという効果が得られる。
【００５５】
図２１は第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を示す概略図であり、耐圧容器内の隙間を最小限に形成した状態を示す図である。
図２１に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷却穴の入口１４及び出口１５にヘッダ１４Ａを設け、耐圧容器２０と電極１２の隙間を最小限に構成してもよい。また、ヘッダ１４Ａに小さな穴を設けることで、耐圧容器２０内の液と同圧にしてもよい。
このようにすれば、耐圧容器２０の隙間が最小限となることにより、耐圧容器を含む電子デバイス５をコンパクトに製造することが可能となる。
なお、第３実施形態における冷媒４０はフロンあるいは代替フロン系冷媒４２等の絶縁性冷媒を含んでもよい。代替フロン系冷媒４２には例えばアンモニア４２Ａ（ＮＨ３）を適用してもよい。
このように、冷媒４０がフロンあるいは代替フロン系冷媒４２を含む場合、フロンあるいは代替フロン系冷媒４２は概して導電性が低いから、冷媒４０を介した半導体もしくは半導体チップ６Ａ又は電極１２からの漏電を適切に防止することができる。
【００５６】
［第４実施形態］
続いて本開示の第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造について説明する。
図２２は本開示の第４実施形態に係る半導体チップ等の電子デバイスの冷却構造の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は耐圧容器内にバッフルを設けた例を示す斜視図、（ｂ）は同側面図である。
図２２（ａ）及び図２２（ｂ）に非限定的に例示するように、本開示の少なくとも一実施形態に係る電子デバイスの冷却構造は、発熱体６を含む電子デバイス５の冷却構造であって、少なくとも発熱体６と該発熱体６に隣接する隣接素子１０とを収容する耐圧容器２０を備えている。
耐圧容器２０は、冷媒４０の入口２４と、冷媒４０の出口２５と、必要に応じて耐圧容器２０における入口２４側と出口２５側とを結ぶ方向に交差して延在し、耐圧容器２０内における冷媒４０の流路１３Ａの少なくとも一部を閉塞するように配置されたバッフル３０と、を含む。なお、本実施例では冷却性能向上を目的としてバッフル３０を設置しているが本バッフルは必ずしも設置が必要なものではない。すなわち、第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造は、第３実施形態に係る電子デバイスの冷却構造のうち、隣接素子１０内の冷媒流路１３を省略し、耐圧容器２０内を流れる冷媒４０で発熱体６を冷却する構成を基本構成としている。耐圧容器２０の内壁と発熱体６との間には冷媒４０が通過可能な隙間が形成されている。この耐圧容器２０は、半導体チップ６Ａをパッケージに収容し、該半導体チップ６Ａからパッケージ外にかけてリード線が延在するように構成した製品である半導体素子のパッケージに相当する部分でもよく、例えば図２２から図２８に示す例に適用できるものである。
発熱体６と耐圧容器２０の内壁との隙間やバッフル３０と耐圧容器２０の内壁との隙間は、冷却効率を考慮して各部の隙間寸法を異なるように設定してもよいし、均一化してもよい。
【００５７】
このような構成によれば、発熱体６の直近に冷媒４０を流すことにより、冷媒４０と発熱体６との間に介在する熱抵抗となり得る部材を最小限に抑制することができ、発熱体６を高効率に冷却することができる。また、発熱体６が耐圧容器２０内に収容されていることにより、高圧の冷媒４０を用いることができる。すなわち、高圧の冷媒４０を用いることで冷媒４０の沸点を高くしたり超臨界状態としたりすることで、例えば、バーンアウト等の沸騰現象による熱伝達率の低下を防止して高効率な冷却を実現することができる。さらにまた、冷却効率の向上により、例えば、同じ発熱量の発熱体６を冷却するための冷却構造をより小型化することができるほか、発熱密度がより高い発熱体６を含む電子デバイスを高効率に冷却することができる。
【００５８】
図２３は第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、耐圧容器内に複数の発熱体を含む状態を示す斜視図である。
図２３に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、１つの耐圧容器２０内に、複数の発熱体６（例えば半導体チップ６Ａ）が格納されていてもよい。
【００５９】
図２４は本開示の第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は電子デバイスの少なくとも一部を耐圧容器の外側に延出させた状態を示す斜視図、（ｂ）は同側面図、（ｃ）は発熱体の延在方向に沿って通過した冷媒を耐圧容器の側方に導く様子を示す図であり電極１２を耐圧容器２０の外部に延出させさらに流路隙間を一定にした例である。
図２４（ａ）、図２４（ｂ）及び図２４（ｃ）に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、電極１２の片側（または両側）を耐圧容器２０の外部に延出させる構成としてもよい。なお、半導体あるいは半導体チップ６Ａ等の発熱体６は、例えば電極１２等の隣接素子１０の一部に挟み込む構造としてもよい。
このように構成すれば、配線無しで外部機器と電気的に接続することが可能となる。
【００６０】
図２５は第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、冷媒の噴流により発熱体を冷却する様子を示す図である。
図２５に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、電極１２の外部の上部と下部それぞれに冷却穴を設け，半導体素子６Ａ等の被冷却部は冷媒４０の噴流によって冷却してもよい。
このように噴流で半導体素子６Ａを冷却することにより、低い流速で単純な冷媒流路１３と同等の熱伝達率が確保することができ、少ない流路抵抗（圧損）で冷媒４０を流すことができる。
【００６１】
図２６は第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒に絶縁性液体を適用した様子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
図２６に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷媒４０として冷媒に二酸化炭素４２Ｂ（絶縁性のある冷却液）を用いてもよい。二酸化炭素４２Ｂは気体（例えば炭酸ガス）であってもよいし液体（例えば液化炭酸ガス）であってもよい。このような構成例では冷媒４０の温度・圧力には規定はなく、例えば超臨界状態の二酸化炭素４２Ｂなども対象に含まれ得る。
高圧（例えば０．６ＭＰａＡ以上）の液化炭酸ガスは、水と比較して比誘電率が低いため（１．６μＳ／ｃｍ）絶縁性が高い。
自然冷媒である二酸化炭素４２Ｂを用いることによりフロン等と比較して、同程度の絶縁性を確保しながら環境負荷が低いなどの効果を得ることができる。
【００６２】
図２７は第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒に導電性液体を適用した様子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
図２７に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷却冷媒４０に導電性液体（例えば水）を用いて冷却する構成としてもよい。この場合、短絡回避のため、導電性液体４４と接する面には絶縁性コーティング１８を施してもよい。
このように構成すれば、熱伝導率、比熱の大きい冷却冷媒４０を使用することにより、冷却性能が高くなる。
【００６３】
図２８は第４実施形態に係る電子デバイスの冷却構造の他の構成例を概略的に示す図であり、（ａ）は冷媒にフロンあるいは代替フロン系冷媒を適用した様子を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面を示す図である。
図２８に非限定的に例示するように、幾つかの実施形態では、冷却冷媒にフロンあるいは代替フロン系冷媒４２を用いて冷却する構成としてもよい。
このように、フロンあるいは代替フロン系冷媒４２を使用することにより、絶縁対策が不要となる。
なお、第４実施形態における冷媒４０はフロンあるいは代替フロン系冷媒４２等の絶縁性冷媒を含んでもよい。代替フロン系冷媒４２としては例えばアンモニア４２Ａ（ＮＨ３）を適用してもよい。
このように、冷媒４０がフロンあるいは代替フロン系冷媒４２を含む場合、フロンあるいは代替フロン系冷媒４２は概して導電性が低いから、冷媒４０を介した半導体もしくは半導体チップ６Ａ又は電極１２からの漏電を適切に防止することができる。
【００６４】
上述した本開示の少なくとも一実施形態によれば、冷却効率を改善し得る電子デバイス５の冷却構造１を提供することができる。
【００６５】
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変更を加えた形態や、これらの形態を組み合わせた形態も含む。
【符号の説明】
【００６６】
１  冷却構造
５  電子デバイス
６  発熱体（被冷却体）
６Ａ  半導体あるいは半導体チップ（半導体素子、電子デバイス）
１０  隣接素子
１２  電極
１３，１３Ａ  冷媒流路
１４  入口
１４Ａ  ヘッダ
１５  出口
１６  仕切り板（フィン）
１８  絶縁性コーティング
２０  耐圧容器
２４  入口
２５  出口
３０  バッフル
３１  仕切板
４０  冷媒（絶縁冷媒）
４２  フロン系あるいは代替フロン系冷媒
４２Ａ  アンモニア
４２Ｂ  二酸化炭素
４４  導電性液体
４４Ａ  冷却水（水）
１１０  第１冷却ライン
１１１、１２１  ポンプ
１１２  第１熱交換器
１２０  第２冷却ライン
１２２  第２熱交換器
【図１】
2020004894.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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