(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓋体部と一つまたは複数の板状体からなる側壁部と底板部とで構成され、内部に流体を流すための流路を有してなり、前記蓋体部と、該蓋体部に隣り合う前記側壁部を構成する前記板状体との間に、前記側壁部の前記流路側の端面に沿って、前記流路につながる隙間を有することを特徴とする流路部材。
【請求項２】
前記側壁部は、前記流路を形成するための孔を有する板状体を複数備えてなる積層体であって、前記流路は、前記積層体を構成する板状体の間に、前記側壁部の前記流路側の端面に沿って、前記流路につながる隙間を有することを特徴とする請求項１に記載の流路部材。
【請求項３】
前記流体が流れる方向に対して直交するように断面視したとき、前記隙間が矩形状または台形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流路部材。
【請求項４】
前記流体が流れる方向に対して直交するように断面視したとき、前記隙間は、前記側壁部側に延びる方向に向かって、上下に開口する方向の高さが低くなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の流路部材。
【請求項５】
前記流体が流れる方向に対して直交するように断面視したとき、前記隙間は、前記側壁部側に延びる方向の奥行きをａとし、上下に開口する方向の最大高さをｂとしたとき、ａ＞ｂの関係であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の流路部材。
【請求項６】
前記奥行きが０．０３ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の流路部材。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の流路部材の前記蓋体部の外面に、金属板を設けてなることを特徴とする熱交換器。
【請求項８】
請求項７に記載の熱交換器の前記金属板上に電子部品を搭載してなることを特徴とする電子部品装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに電子部品装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子部品に搭載される半導体素子の高集積化・高速化に伴い、半導体素子からの発熱量が増大しており、さらには、電子部品が高温の環境下で使用されるようになり、電子部品を冷却する必要性が高くなってきている。
【０００３】
特許文献１に開示された流路部材は、積層された複数のシートが焼成されて形成された回路基板であって、冷媒を通すための略円形断面の冷媒用流路が内部に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−142822号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の流路部材を製作する際には、金型を用いて複数のセラミックグリーンシートを所望の形状に打ち抜き、積層，加圧して接合したあとに焼成することによって中空の流路部材を得るが、流路と流体との接触面積を広くするために、流路を構成するための一部である蓋体部と側壁部との接合部に流路につながる隙間を形成することに関する記載や示唆はなかった。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、流路の体積を増加させ熱交換効率が向上した流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに電子部品装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の流路部材は、蓋体部と一つまたは複数の板状体からなる側壁部と底板部とで構成され、内部に流体を流すための流路を有してなり、前記蓋体部と、該蓋体部に隣り合う前記側壁部を構成する前記板状体との間に、前記側壁部の前記流路側の端面に沿って、前記流路につながる隙間を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の熱交換器は、前記流路部材の前記蓋体部に金属板を設けてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の電子部品装置は、前記金属板上に電子部品を搭載してなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の流路部材によれば、蓋体部と一つまたは複数の板状体からなる側壁部と底板部とで構成され、内部に流体を流すための流路を有してなり、前記蓋体部と、該蓋体部に隣り合う前記側壁部を構成する前記板状体との間に、前記側壁部の前記流路側の端面に沿って、前記流路につながる隙間を有していることから、このような流路部材の蓋体部側に熱交換対象物を搭載して用いるときには、流路は、蓋体部と側壁部との間に入り込んでいる部分が存在することにより、流体が流れるための流路の体積が大きくなり蓋体部との熱交換効率を高めることができる。
【００１１】
また、本発明の熱交換器によれば、本発明の流路部材の蓋体部の外面に、熱交換対象物を搭載するための金属板を設けてなることから、熱交換効率の高い熱交換器を提供できる
。
【００１２】
また、本発明の電子部品装置によれば、本発明の熱交換器に電子部品を搭載してなることから、熱交換効率が高い電子部品装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の流路部材の一例を示す、（ａ）は流路の長さ方向に垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の破線で囲んだ円内の部分拡大図である。
【図２】本実施形態の流路部材の他の一例を示す、（ａ）は流路の長さ方向に垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の破線で囲んだ円内の部分拡大図である。
【図３】本実施形態の流路部材の隙間の一例を示す断面図であり、（ａ）は矩形状であり、（ｂ）は台形状であり、（ｃ）は隙間が側壁部側に延びる方向に向かって、上下に開口する方向の高さが低くなる形状を示す図である。
【図４】本実施形態の流路部材の蓋体部の外面に金属板を設けた熱交換器の一例を示す斜視図である。
【図５】本実施形態の熱交換器に電子部品を載置した電子部品装置の一例を示す斜視図である。
【図６】本実施形態の流路部材の側壁部を構成するためのセラミックグリーンシートに流路となる貫通孔を加工するための方法の例を示す、（ａ）は金型を用いたときの断面模式図であり、（ｂ）はレーザ光を用いたときの断面模式図であり、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれの加工法を用いたときのセラミックグリーンシートの切断面に垂直な面の部分断面図である。
【図７】本実施形態の流路部材を示す、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の流路部材の実施の形態の例を説明する。
【００１５】
図１は本実施形態の流路部材の一例を示す、（ａ）は流路の長さ方向に垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の破線で囲んだ円内の部分拡大図である。
【００１６】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施形態の流路部材１は、蓋体部１ａと一つの板状体からなる側壁部１ｃと底板部１ｂとにより構成され、その内部には、電子部品を冷却するための気体や液体などの流体を流すための流路３を有してなり、蓋体部１ａと、この蓋体部１ａに隣り合う側壁部１ｃを構成する板状体との間に、側壁部１ｃの端面に沿って、流路３につながる隙間４を有している。
【００１７】
本実施形態の流路部材１によれば、蓋体部１ａと一つまたは複数の板状体からなる側壁部１ｃと底板部１ｂとで構成され、内部に流体を流すための流路３を有してなり、蓋体部１ａとこの蓋体部１ａに隣り合う側壁部１ｃを構成する板状体との間に、側壁部１ｃの流路３側の端面に沿って、流路３につながる隙間４を有することが重要である。
【００１８】
本実施形態の流路部材１によれば、内部に流体を流すための流路３を形成するための蓋体部１ａと、この蓋体部１ａに隣り合う側壁部１ｃを構成する板状体との間に、側壁部１ｃの流路３側の端面に沿って、流路３につながる隙間を有することから、流路３が隙間４を有さないときに比べ流路の体積が大きくなり、流路部材１の蓋体部１ａ側に熱交換対象物を搭載して用いるときには、蓋体部１ａと流体との熱交換効率を高めることができる。また、流路部材１の製造工程において、蓋体部１ａと側壁部１ｃとなる板状体を個別に製作するときに、板状体には予め流路３となる貫通孔を形成する必要があるが、貫通孔を製作する場合には、この貫通孔の端面に少なからずバリが発生しやすい。本実施形態の流路部材１においては、流路３は、蓋体部１ａと、この蓋体部１ａに隣り合う側壁部１ｃを構成する板状体との間に、側壁部１ｃの流路側３側の端面に沿って、流路３につながる隙間４を有することにより、蓋体部１ａと側壁部１ｃと底板部１ｂとを、積層，加圧して接合，焼成することによって流体が流れるための流路を有する流路部材１を製作しても、バリ１ｆが、隙間４に収まり接合部１ｄに挟み込むおそれが少なくなり、接合不良の発生を低減することができる。その結果、流路部材１に高い圧力で流体を流しても流路３の内部からの破壊の発生を抑制することができる。
【００１９】
図２は、本実施形態の流路部材の他の一例を示す、（ａ）は流路の長さ方向に垂直な断面を示す斜視図であり、（ｂ）は（ａ）の破線で囲んだ円内の部分拡大図である。
【００２０】
図２（ａ）および（ｂ）に示す本実施形態の他の一例を示す流路部材11は、側壁部１ｃが、板状体に流路３となる貫通孔を形成したものを複数枚積層してなるものである。
そして、流路３は、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの間（接合部１ｄ）に側壁部１ｃの流路３側の端面に沿って、流路３につながる隙間を有するとともに、さらに、流路３は、積層体を構成する板状体の間（接合部１ｄ）に側壁部１ｃの流路側の端面に沿って、流路３につながる隙間４を有している。
【００２１】
このような流路部材11において、例えば、薬液の熱交換器として耐薬品性に優れるようにするにあたっては、蓋体部１ａ、側壁部１ｃおよび底板部１ｂは、それぞれセラミックスにて製作することが好ましく、各部材をセラミックスにて製作するにあたっては、例えば、未焼成のセラミックグリーンシートを積層した積層体を焼成することで製作できる。
【００２２】
そして、内部に流体が流れる流路３を形成するには、例えば、側壁部１ｃとなる未焼成のセラミックグリーンシートの板状体に任意の流路３となる貫通孔を予め形成すればよい。なお、側壁部を複数のグリーンシートを積層して製作する場合には、それぞれの板状体に対応する貫通孔を設ける。そして、このような未焼成の状態であるセラミックグリーンシートに貫通孔を形成したものと、この貫通孔の上下を塞ぐためのセラミックグリーンシートを準備し、これらのセラミックグリーンシートを積層，加圧した後に焼成することによって流路部材11とすることができる。
【００２３】
しかしながら、側壁部１ｃとなる板状体を製作するとなると、貫通孔の端面にはバリが発生することは避けられず、このようなセラミックグリーンシートを積層，加圧すると、貫通孔の端面に発生したバリがセラミックグリーンシートの接合部に挟まり、積層したセラミックグリーンシートを加圧しても接合部に挟まったバリに加圧力が集中してしまい、加圧のムラが発生することによって接合不良が発生しやすい。本実施形態の流路部材11では、流路３につながる接合部１ｄに隙間４を有することにより、側壁部１ｃの端面１ｇに発生したバリ１ｆが接合部１ｄに挟み込むおそれが少なくなり、接合不良の発生を低く抑えられ、流路３に流体を流した時でも接合不良が少ないためにクラックや流路３の破壊といった問題の発生を抑制することができる。
【００２４】
なお上述においては、流路部材１の材質をセラミックスとした例にて説明したが、蓋体部１ａがセラミックスで側壁部１ｃがアルミニウムや銅系などの金属などの他の材料であっても同様の効果を得ることができる。
【００２５】
図３は、本実施形態の流路部材の隙間の一例を示す断面図であり、（ａ）は矩形状であり、（ｂ）は台形状であり、（ｃ）は隙間が側壁部側に延びる方向に向かって、上下に開口する方向の高さが低くなる形状を示す図である。
【００２６】
図３（ａ）および（ｂ）に示す流路部材13,14は、流体が流れる方向に対して直交する
ように断面視したとき、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄに、流路３とつながる接合部１ｄの奥行き方向の距離が４ａ（以下、単に奥行き４ａとする。），上下に開口する方向の最大高さが４ｂ（以下、単に最大高さ４ｂとする。）となる、それぞれ矩形状、台形状の隙間４を有している。
【００２７】
このように、隙間４の形状がそれぞれ矩形状または台形状であるときには、流路３を構成するための貫通孔の製作工程において、セラミックグリーンシートに流路３となる貫通孔を形成したとき、貫通孔の端面にバリが発生しても、これらのセラミックグリーンシートを積層し加圧し所定の温度で焼成して得られた流路部材において、側壁部１ｃの接合部１ｄには流路３側に開口する隙間４があり、隙間４は一定の奥行き４ａ・最大高さ４ｂの矩形状または台形状であるため、バリがこの隙間４の中に収まり接合部１ｄに挟み込むことを少なくできる。したがって、蓋体部１ａと側壁部１ｃおよび側壁部１ｃを複数枚の板状体を積層した場合であっても接合不良およびクラックならびに流路の破壊の発生を抑制できる。
【００２８】
また、図３（ｃ）に示す流路部材15は、流体が流れる方向に対して直交するように断面視したとき、隙間４が蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄおよび側壁部１ｃを複数枚の板状体を積層した流路３とつながる接合部１ｄにおいて、側壁部１ｃ側に延びる方向に向かって、上下に開口する方向の高さが低くなる（以下、三角形状という。）隙間４を有している。
【００２９】
このように、隙間４の断面形状を三角形状とするにあたっては、流路３を構成するための貫通孔の製作工程において、セラミックグリーンシートに流路３となる貫通孔を、たとえば金型により形成し、セラミックグリーンシートへの貫通孔の打ち抜き時に面取りする箇所は突設したパンチで押圧し形成する方法がある。そのような方法によると、面取りする部分の体積量が面取りした直近の箇所に押し込まれセラミックグリーンシートの密度が高まり、その一部が金型のパンチとウスとの間のクリアランスに入り込み貫通孔の端面にバリとして表れやすい。
【００３０】
しかし、矩形状や台形状の面取りに比べ三角形状は押圧する体積が小さいことから必然的に貫通孔の端面に発生するバリは小さくなりやすく、これらのセラミックグリーンシートを積層し加圧して接合したとしても、バリ１ｆが接合部１ｄに挟み込むことを少なくでき、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合不良およびクラックならびに流路の破壊の発生を抑制できる。さらに、隙間４が三角形状であるから流体と流路部材１の接触面積が大きくなり熱交換効率の向上が図れる。また、ここで、隙間４の三角形状は、楔状や鈎状といった形状を含む略三角形状であっても良い。
【００３１】
また、本実施形態の流路部材は、流体が流れる方向に対して直交するように断面視したとき、隙間は、側壁部側に延びる方向の奥行きをａとし、上下に開口する方向の最大高さをｂとしたとき、ａ＞ｂの関係であることが好ましい。
【００３２】
図１（ｂ）、図２（ｂ）および図３（ａ）、（ｂ）に示す各流路部材は、蓋体部１ａと側壁部１ｃの接合部１ｄの流路３側の端面１ｇに、流路３とつながる奥行き４ａ，最大高さ４ｂの隙間４が存在しているが、流路３を構成するための貫通孔の製作工程において、セラミックグリーンシートの貫通孔の端面を面取りするときに、流路部材１における隙間４の最大高さ４ｂを高くすると端面１ｃに発生するバリ１ｆの高さも大きくなる傾向にある。例えば、金型加工でセラミックグリーンシートに貫通孔を打ち抜くことにより隙間の高さを高く形成すると、面取りする部分の体積分の高い密度がセラミックグリーンシートの端面付近に集中しやすく、金型のパンチとウスとのクリアランスにセラミックグリーンシートの一部が噛み込み、発生するバリの高さも高くなる。したがって、セラミックグリーンシートを積層したときにバリ１ｆが接合部１ｄに挟み込むおそれが高くなることから、隙間４の奥行き４ａをａとし、上下に開口する方向の最大高さ４ｂをｂとしたとき、ａ＞ｂの関係を満たすことが好ましい。
【００３３】
それにより、バリ１ｆが発生しても、この隙間４の中に収まり、接合部１ｄに挟み込む
ことを少なくし、接合不良およびクラックならびに流路３の破壊の発生を抑制できる。さらに、隙間４の最大高さ４ｂよりも奥行き４ａが長いことから、隙間４に入り込んだ流体は滞留しやすく（沿面流動することにより隙間４内で渦流を発生させる）、流体と流路部材１との熱交換効率の向上が図れる。
【００３４】
また、本実施形態の流路部材は、隙間の奥行きが0.03ｍｍ以上0.08ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３５】
流路部材１の隙間４の奥行き４ａが0.03ｍｍ以上であるときには、流路３を構成するための貫通孔の製作工程において生じる端面１ｇのバリ１ｆが、接合部１ｄまで到達して入り込むおそれをさらに少なくでき、接合不良の発生をさらに低減できる。さらに、奥行き４ａは長くすることで、流路３の表面積を増大させることができ、流体と流路部材１との熱交換効率の向上が図れる。また、隙間４の奥行き４ａが0.08ｍ以下であると、流路３を構成するための貫通孔の製作工程において、流路３となる貫通孔を形成した複数枚のセラミックグリーンシートを積層し加圧したときに、接合部１ｄに加圧力が十分に伝搬するために接合不良の発生を抑制できる。そして、焼成して得られた流路部材１に高い圧力で流体を供給したとしても隙間４が起点となってクラックが入り流路３の破壊が発生することも抑制できる。
【００３６】
このように、本実施形態の流路部材１は、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄの剥離やクラックの発生が少なく、高い圧力で流体を流した場合であっても流路３の内部からの破壊の発生を抑制できる。さらに、熱交換効率が高いため、半導体装置や半導体製造装置の冷却用流路部材として、また、加熱と加温を繰り返すような半導体製造装置の熱交換用流路部材として、さらには、薬液の熱交換器やプリンター等のインク流路部材として用いることができる。
【００３７】
図４は本実施形態の流路部材の蓋体部の外面に金属板を設けた熱交換器の一例を示す斜視図である。
【００３８】
図４に示す本実施形態の熱交換器20は、内部に流体が流れる流路３を有する本実施形態の流路部材１の蓋体部１ａの外面に金属板５が接合して設けてある。このように、蓋体部１ａの外面に金属板５が接合されているときには、金属板５上に熱交換対象物を搭載することにより、流体との熱交換が容易にしやすくなる。
【００３９】
図５は、本実施形態の熱交換器20の金属板５の上に電子部品６を搭載した電子部品装置30の一例を示す斜視図であり、流路部材１の流路に冷媒となる流体を流すことにより、電子部品６を効果的に冷却することができ、流路破壊の発生が少なく、かつ、熱交換効率が高い電子部品装置30を提供できる。
【００４０】
電子部品装置30としては、ＰＣＵなどの半導体モジュールや、高出力ＬＥＤ前照灯の半導体装置、直流高電圧電源装置およびスイッチング装置など作動時に高熱を発する装置として有用である。
【００４１】
以下、本実施形態の流路部材１の製造方法の一例について説明する。
【００４２】
流路部材１は、アルミニウムや銅系などの金属やセラミック材料により製作することができるが、例えば、耐薬品性に優れるようにするためにセラミック材料より製作する場合には、セラミック材料として、アルミナ，ジルコニア，窒化珪素，炭化珪素および窒化アルミニウムまたはこれらの複合物を用いることができる。中でも絶縁性や材料コスト等を考慮すればアルミナが好ましい。さらに、酸化珪素等を含みアルミナ含有量94〜97質量％
の材料であれば比較的低い温度で焼結するために、焼成コストを考慮すれば特に好ましい。
【００４３】
以下、流路部材１をアルミナで製作する場合について詳細に説明する。
【００４４】
まず、平均粒径が1.4〜1.8μｍ程度の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の粉末と、酸化珪素（ＳｉＯ２）と、酸化カルシウム（ＣａＯ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の少なくとも１種の粉末とを準備し、例えば、各粉末の混合割合が、酸化アルミニウム96.4質量％，酸化珪素2.3質量％，酸化カルシウム0.3質量％および酸化マグネシウ1.0質量％と
なるように秤量し混合した混合粉末を、ポリエチレングリコールからなるバインダとともに回転ミルに投入して、高純度のアルミナボールで混合する。ここで、バインダの添加量は混合粉末100質量％に対して４〜８質量％程度とする。なお、バインダの添加量が混合
粉末100質量％に対して４〜８質量％程度の範囲内であれば、成形体の強度や可撓性が良
好で、また、焼成時に成形用バインダの脱脂が不十分となる不具合を抑制できる。
【００４５】
次に、これにポリビニルアルコール，ポリエチレングリコールやアクリル樹脂またはブチラール樹脂等のバインダを、混合粉末100質量％に対して４〜８質量％程度添加し、混
合してスラリーを得る。ここで、バインダの添加量が混合粉末100質量％に対して４〜８
質量％程度とすれば成形体の強度や可撓性が良好で、また、焼成時に成形用バインダの脱脂が不十分となる不具合を抑制できる。
【００４６】
次に、このスラリーを用いてセラミックスの一般的な成形法であるドクターブレード法やロールコンパクション成形法によりセラミックグリーンシートを形成し、次に、製品形状とするための金型により打ち抜いてセラミックグリーンシートを製作する。積層する各セラミックグリーンシートは、焼成時の収縮差による変形や反り、また、クラックの発生を少なくするために同一のロットのものを用いることが好ましい。
【００４７】
図６は、本実施形態の流路部材の側壁部を構成するためのセラミックグリーンシートに流路となる貫通孔を加工するための方法の例を示す、（ａ）は金型を用いたときの断面模式図であり、（ｂ）はレーザ光を用いたときの断面模式図であり、（ｃ）および（ｄ）はそれぞれの加工法を用いたときのセラミックグリーンシートの切断面に垂直な面の部分断面図である。
【００４８】
図６（ａ）に示すように、セラミックグリーンシート７を金型21で打ち抜くことにより、（ｃ）に示すような、打ち抜いたセラミックグリーンシート７の端面７ｂ’に矩形状の面取り７ｃ’を形成することができる。特に、セラミックグリーンシート７と当接する上パンチ22ａと下パンチ2１ｃとの当接面の両端に凸部22ｃを設けることにより、セラミッ
クグリーンシート７を凸部22ｃで狭持しながら上下のパンチ22の嵌合で打ち抜くことにより、セラミックグリーンシート７の端面７ｂ’に、矩形状の面取り７ｃ’を形成できる。また、面取り７ｃ’を台形状，Ｃ面またはＲ面にする場合にも、同様な方法でパンチ22の凸部22ｃの形状を変更することで可能である。また、下パンチ2１ｃの凸部22ｃがない金
型21を用いれば、セラミックグリーンシート７の端面７ｂ’の上パンチ22ａ側にのみ矩形状の面取り７ｃ’を形成することができる。
【００４９】
図６（ｂ）は、セラミックグリーンシートをレーザ加工により、（ｄ）に示すようなセラミックグリーンシート８の端面８ｂ’に面取り８ｃ’を形成することができる。特に、レーザ光26を集光レンズ28を通してセラミックグリーンシート７に照射するが、スポット27がセラミックグリーンシート８の厚みの中央付近となるように調整することにより、セラミックグリーンシート８の端面８ｂ’の上下面とも面取り８ｃ’を形成することができる。
【００５０】
なお、セラミックグリーンシートを、レーザ加工する場合には、レーザ光源は、ＣＯ２レーザ，ＹＡＧレーザまたはエキシマレーザ等を用いればよく、例えば、ＣＯ２レーザであれば、レーザ光26の発振周波数を2000Ｈｚ程度とし、パルスデューティを70〜80％（信号ＯＮ時間の割合）、レーザ光26のセラミックグリーンシート８上での移動速度を８〜10ｍ／分とすることにより所望の形状の切断加工ができる。
【００５１】
また、セラミックグリーンシート８の端面８ｂ’の上下面の片側のみに面取り８ｃ’を形成する場合は、レーザ光26のスポット27の焦点をセラミックグリーンシート８の上下面のいずれかの面の表面に合わせればよい。
【００５２】
このようにして製作した複数のセラミックグリーンシート７または８を所望の流路３’となるように積層するが、それぞれのセラミックグリーンシート７または８の接合面に、セラミックグリーンシートを製作するときに用いたものと同様のバインダを密着液として塗布し、セラミックグリーンシート７または８を積層したあとに、平板状の加圧具を介して約0.5ＭＰａ程度の加圧を加え、そのあとに、約50〜70℃の室温で約10〜15時間乾燥さ
せる。
【００５３】
次に、流路部材１となる積層したセラミックグリーンシートを、例えば公知のプッシャー方式やローラー方式の連続トンネル炉で焼成する。それぞれの材質により焼成温度は異なるが、アルミナ含有量が94〜97質量％の材料であれば、最高温度が約1500〜1650℃で酸化雰囲気にて焼成すればよい。
【００５４】
特に図５に示すような、高熱を発する電子部品６が搭載された基板を流路部材１の蓋体部１ａに搭載するときには、流路を形成するために貫通孔を封止している蓋体部１ａの厚みは、熱交換の効率を向上させるためになるべく薄くすることが好ましく、アルミナ含有量が94〜97質量％においては、0.3〜0.5ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００５５】
以上により流路部材１が製作され、この流路部材１に、金属板５を介してＬＳＩやＬＥＤ等の電子部品６を搭載することによって、気体や液体といった冷媒を流路部材１の流路に通すことで電子部品６を冷却することができる。
【００５６】
また、本実施形態の流路部材１は、冷却用途だけでなく温熱用途など幅広い用途にも利用することができる。
【００５７】
図７（ａ）に示す本実施形態の流路部材12は、全長がＬ，高さがＨ，幅がＤであって、厚みがｔ１の蓋体部１ａが１枚，厚みがｔ２の側壁部１ｃが３枚，厚みがｔ３の底板部１ｂが１枚積層されており、内部に２つの四角形状の流路３が形成されている。そして、図７（ｂ）に示すように、流路３を形成する側壁部１ｃの端面１ｇに隙間４となる面取り１ｅを付けてあり、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄおよび側壁部１ｃと底板部１ｂとの接合部１ｄに流路３側に開口した奥行き４ａ，最大高さ４ｂの隙間４が形成されている。また、流路部材12の外側から流路３までの距離をＢ，Ｇ、流路３の幅をＣ，Ｆ、隣り合う流路３の間の距離をＥで示す。
【００５８】
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００５９】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）として平均粒径が1.6μｍ程度の粉末と、酸化珪素（
ＳｉＯ２）と、酸化カルシウム（ＣａＯ）および酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の粉末とを
準備する。
【００６０】
そして、各粉末の混合割合が、酸化アルミニウム96.4質量％，酸化珪素2.3質量％，酸
化カルシウム0.3質量％および酸化マグネシウム1.0質量％となるように秤量し混合した混合粉末を、混合粉末100質量％に対して６質量％のポリエチレングリコールからなるバイ
ンダとともに回転ミルに投入して、高純度のアルミナボールで混合する。
【００６１】
次に、これにアクリル樹脂等のバインダを混合粉末100質量％に対して４質量％添加し
、混合してスラリーを得る。
【００６２】
次に、得られたスラリーを公知のドクターブレード法でシート状のセラミックグリーンシートを製作し、さらに、このセラミックグリーンシートを積層したときに製品形状となるように、金型を用いて個々のセラミックグリーンシートを製作する。
【００６３】
実施例では、図７（ａ）に示す流路部材12と同形状の試料を製作した。また、流路部材12の寸法を、全長Ｌが200ｍｍ、高さＨが4.5ｍｍ、幅Ｄが12ｍｍで、蓋体部１ａの厚みｔ１が0.5ｍｍ、その他の側壁部１ｃおよび底板部１ｂの厚みｔ２およびｔ３が1.0ｍｍで、図７（ｂ）に示す流路部材12の外側から流路３までの距離ＢおよびＧが３ｍｍ、流路３の幅ＣおよびＦが２ｍｍ、隣り合う流路３の間の距離Ｅが２ｍｍとなるように試料を製作した。
【００６４】
また、表１に示すように、図７（ｂ）の隙間４の奥行き４ａが無いもの（実質的には奥行き４ａが0.005ｍｍ以下を無いものと見なす）と0.08ｍｍ、最大高さ４ｂが無いもの（
実質的には最大高さ４ｂが0.005ｍｍ以下を無いものと見なす）と0.06ｍｍのものを各試
料につきそれぞれ50個製作した。これを試料Ｎｏ．１および24とする。
【００６５】
そして、流路部材12の熱交換効率を確認するために、（以下、不図示）流体の供給口を一方の側面に、また、この供給口に対向する他方の側面に排出口をアルミニウム材で作製したものをろう付けした。
【００６６】
さらに、蓋体部１ａはセラミックスで、側壁部１ｃと底板部１ｂとが金属からなる流路部材12も製作した。
【００６７】
各寸法は試料Ｎｏ．１および24と同一で、蓋体部１ａのセラミックスも試料Ｎｏ．１および24と同一である。側壁部１ｃおよび底板部１ｂの金属は、純度99.7％のアルミニウムを用い、隙間４の無いものを試料Ｎｏ．101、隙間４のあるものを試料Ｎｏ．102とした。
【００６８】
また、試料Ｎｏ．１および24の流路部材12を構成する各々のｔ２の貫通孔の製造方法として、セラミックグリーンシートを図６（ａ）に示す金型21を用いて成形することにより、図７（ｂ）に示す隙間４となるように、セラミックグリーンシートの端面に矩形状の面取りを成形し、上述した流路部材12の外形寸法となるような３枚のセラミックグリーンシートを製作した。
【００６９】
次に製作したセラミックグリーンシートを積層し加圧，接合するときの密着液は、セラミックグリーンシートを製作するときと同じバインダを用い、（以下、不図示）密着液であるバインダの塗布方法は、400メッシュ、厚み0.02ｍｍのステンレス製スクリーンを用
い、ゴム製のスキージで積層する個々のセラミックグリーンシートの全面に塗布した。
【００７０】
次に、これらの密着液が塗布された５枚のセラミックグリーンシートを積層し、積層したセラミックグリーンシートの上下を平板で挟み約0.5ＭＰａで加圧した。
【００７１】
このときに、セラミックグリーンシートの下端に圧力伝搬状態を観察するために、プレスケール（富士フィルム株式会社製 型名：ＬＬＬＷ 超低圧0.2〜0.6ＭＰａ用）を挟み込み（以下、不図示）、積層したセラミックグリーンシートの全面に均等に加圧していることを確認した。このとき、セラミックグリーンシートの全面に均等な圧力が掛かっていれば、流路パターン以外の箇所は赤色に発色するが、流路パターン以外の箇所で発色していない場合には、再度加圧するか、もしくは、この時点で試料から除外した。
【００７２】
次に、この製品形状の成形体である流路部材12を、プッシャー式トンネルキルンにて最高温度が1600℃で焼成して、表１に示す試料Ｎｏ．１および24の隙間４が三角形状の流路部材を得た。また、流路部材12の一部製品は、接合部の状態を確認するための試料として未焼成のものを一部保管した。
【００７３】
また、蓋体部１ａがアルミナセラミックスで、側壁部１ｃと底板部１ｂとの金属がアルミニウムの試料Ｎｏ．101および102の作製方法は、蓋体部１ａは試料Ｎｏ．１および24と同じ方法により、予め、蓋体部１ａを焼成したものを準備した。
【００７４】
そして、側壁部１ｃと底板部１ｂとは、公知の熱間押出成形法により側壁部１ｃと底板部１ｂとが一体となったものを作製した。
【００７５】
次に、得られた蓋体部１ａと側壁部１ｃとをろう付けにより接合することにより流路部材12を製作した。なお、ろう付けは、スクリーン印刷法によりＡｌ−Ｓｉからなるろう材を塗布し、約0.15ＭＰａで加圧した状態で約590℃の温度で熱処理した。
【００７６】
次に、流体の供給口および排出口は試料Ｎｏ．１および24と同様に作製した。
【００７７】
このようにして得られた流路部材12の試料Ｎｏ．１および24について、超音波探傷試験を行なった。
【００７８】
超音波探傷試験の目的は、焼成後の流路部材12の内部の流路３を形成する蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄに接合不良とみなせる層間剥離の発生がないかを確認するためのものである。
【００７９】
超音波探傷試験は、日立建機ファインテック株式会社製の型名：ｍｉ−ｓｃｏｐｅｈｙｐｅｒを用い、流路部材１の蓋体部１ａと側壁部１ｃとの積層の厚みｔが4.5ｍｍに対し
て、上下から１，２層までを周波数50ＭＨｚの超音波プローブ（型名：50Ｐ６Ｆ15）を用い、積層の中間になる３層目については25ＭＨｚの超音波プローブ（型名：ＰＴ−３−25−17）を用い、流路部材の全面の超音波探傷試験を行なった 。そして、積層した蓋体部
１ａと側壁部１ｃと底板部１ｂとの１，２層と３層と４，５層との、それぞれの超音波探傷試験の画像を観察した。ここで、使用する超音波プローブは、セラミックシートの積層した厚みｔにより使い分けるもので、さらに、厚みｔが厚くなる場合には、周波数のさらに低いものを使用すればよい。
【００８０】
超音波探傷試験においては、空洞があれば白い画像、空洞がないところは黒い画像となる。したがって、本来の流路パターンから外れる所に白色部があれば接合不良による層間剥離が発生している。
【００８１】
超音波探傷試験の評価は、各試料の隙間４の奥行き４ａと超音波探傷試験による隙間の奥行き４ａとの比較により評価し、本来の隙間４の奥行き４ａと超音波探傷試験による画像の隙間４の奥行き４ａとの差の最大値が±10％の範囲内であれば良品とし、＋10％を超
えるものは不良品とした。また、奥行き４ａが0.005ｍｍ以下のものは実質的に隙間４が
ないものとした。そして、各試料50個の流路部材１の不良率が０％であれば評価は優良とし、不良率が２％以下であれば評価は良とし、不良率が２％を超えるものは評価が否とした。
【００８２】
そしてさらに、接合不良の原因を解明するために、各試料と同じ未焼成の流路部材12について、各試料50個の接合部１ｄについて、手で剥離しながら拡大鏡（10倍）により接合不良に繋がるような原因がないか観察を行なった。
【００８３】
また、流路部材12の蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄに流路３につながる隙間４があることによって、熱交換対象物を載置する搭載面への熱交換効率の影響度合いも確認した。
【００８４】
試験方法としては、上記各試料の蓋体部１ａの外面にヒータと熱電対を取り付けた。そして、熱電対を取り付けた箇所の温度が50℃となるように加熱した。
【００８５】
次に、流体として水温が18℃の水を用い、約0.3ＭＰａで流路部材12に供給した。
【００８６】
こうして、30分経過後に蓋体部１ａの外面の表面温度を測定し、各試料において平均の温度変化量を確認した。
【００８７】
得られた結果を表１に示す。
【００８８】
【表１】
0005502133.tif 000002
【００８９】
表１に示す結果から分かるように、蓋体部１ａと側壁部１ｃとがセラミックスからなる試料Ｎｏ．１は、接合不良の発生率が８％であり、評価は否であった。また、保管していた未焼成の試料を調べたところ、積層したセラミックグリーンシートの接合部に、セラミックグリーンシートを金型21で成形したとき生じたバリが付着しており、このバリによりセラミックグリーンシートの接合が十分に行なわれなかったものであった。
【００９０】
また、試料Ｎｏ．１と同じくセラミックスの試料Ｎｏ．24は、上記接合不良の発生率が０％であって、評価は優良であった。
【００９１】
これは、隙間４の奥行き４ａが、0.08ｍｍであって、最大高さ４ｂが0.06ｍｍであるか
ら、端面１ｇにバリ１ｆが発生したとしても、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄまで入り込むことがなく接合不良の発生を防止できたことが考えられる。ちなみに、未焼成の試料の接合部を確認したがセラミックグリーンシートの流路側端面のバリがセラミックグリーンシートの接合部に巻き込まれて接合不良を起こしているものは見つからなかった。
【００９２】
また、蓋体部１ａがアルミナセラミックスで側壁部１ｃおよび底板部１ｂがアルミニウムで一体成形したものをろう付けで接合した試料101および102は、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄの流路３につながる隙間４の有無にかかわらず、接合不良の発生はなかった。これは、試料Ｎｏ．１および24は、いずれも柔らかい生の成形体で積層，加圧，焼成して接合するもので、流路３となる近辺は側壁部１ｃとなる中間層への加圧力の伝搬がバリの有無により大きく左右されるのに対して、試料Ｎｏ．101および102は、焼結体を接合するのであるから、端面等にバリが存在すれば研磨等により除去できることと、ろう材の厚み等で平坦度を含めバリも吸収できることによる。さらに、堅いものを接合するから流路の近辺への加圧力の伝搬にも影響が少ないからである。
【００９３】
また、流路部材12の加熱、冷却の試験結果では、蓋体部１ａと側壁部１ｃと底板部１ｂとがセラミックスであるものにおいては、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄに流路３につながる隙間４がない試料Ｎｏ．１の温度変化量が18℃であったのに対して、隙間４がある試料Ｎｏ．24の温度変化量が20℃であって、僅かな隙間４であっても、隙間４があることで熱交換効率が向上することが分かる。
【００９４】
また、同様に、蓋体部１ａがセラミックスで、側壁部１ｃおよび底板部１ｂが金属の試料Ｎｏ．101と102では、隙間４のない試料Ｎｏ．101の温度変化量が26℃に対して、隙間
４のある試料Ｎｏ．102は28℃であり、こちらも、隙間４があることで熱交換効率が向上
することが分かる。
【００９５】
以上の結果から、流路部材12の蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄには、流路３につながる隙間４があることによって、流路３と流体との熱の接触面積が大きくなる分、蓋体部１ａの外面との熱交換効率を向上できることが分かる。
【００９６】
また、セラミックグリーンシートを積層して、内部に流路を形成する場合、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄに流路３につながる隙間４が、セラミックグリーンシートの流路３となる貫通孔を形成するときに発生するバリを隙間４中で吸収し接合部１ｄに挟み込むことがないから接合不良の発生を抑制できることが分かる。
【００９７】
ここでは、流路部材の材質は、セラミックスや金属の何れでも良いとしたが、流路が曲がりくねっている場合には、押出成形や射出成形や鋳型若しくはプレスによる一体成型では困難であるから、一般的には流路となる複雑な貫通孔を個々に形成した複数のシートを積層して作製することになる。そして、昇温と冷却を繰り返すような熱交換器である場合には、蓋体部と側壁部ならびに底板部とが同一材料であれば熱膨張差による接合部の剥離等が生じるおそれが少ないから、流路が複雑で、使用温度範囲の広い場合には、セラミックグリーンシートを積層、焼成したセラミック流路部材とすることがより好ましい。
【実施例２】
【００９８】
次に、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄで形成される流路３につながる隙間４の形状と接合不良との関係を確認した。
【００９９】
試料は、実施例１で用いたアルミナセラミックスと同じものを用いて作製し、接合不良の評価方法も同じである。
【０１００】
なお、試料Ｎｏ．１および14は実施例１と同じであるが、試料Ｎｏ．２〜８は隙間４の形状か矩形状で、試料Ｎｏ．11〜17は隙間４の形状が台形形状であり、試料Ｎｏ．21〜27は隙間４の形状が三角形状である。また、各試料の形状に合う金型を作製して成形し、隙間４の奥行き４ａおよび最大高さ４ｂは表に示すとおりである。
【０１０１】
得られた結果を表２に示す。
【０１０２】
【表２】
0005502133.tif 000003
【０１０３】
表２に示す結果から分かるように、まず、試料Ｎｏ．１は、接合不良の発生率が８％であり、評価は否であった。また、保管していた未焼成の試料を調べたところ、積層したセラミックグリーンシートの接合部に、セラミックグリーンシートを金型21で成形したとき生じたバリが付着しており、このバリによりセラミックグリーンシートの接合が十分に行なわれなかったものであった。
【０１０４】
実施例の試料Ｎｏ．２，11および21は、上記接合不良の発生率が２％であって、評価は良であった。接合不良の原因は試料Ｎｏ．１と同じく金型21によるセラミックグリーンシートへの成形時のバリであり、発生率は少ないものの、隙間４の奥行き４ａが0.02ｍｍと浅いために、セラミックグリーンシートの流路側端面に発生したバリがセラミックグリー
ンシート圧着時に接合部に挟み込んだものがあったと推測される。
【０１０５】
また、実施例の試料Ｎｏ．６，15および25は、上記接合不良の発生率は２％で、試料Ｎｏ．２と同じく評価は良であったが、接合不良の原因となるようなバリの挟み込みは見つからなかった。セラミックグリーンシートの積層後、加圧したときに圧力伝搬状態を見るために挟み込んだプレスケールを確認したところ隙間４の奥行き４ａが、焼成後の寸法値に換算したときに約0.09ｍｍの付近が赤色発色の濃度が薄くなっているので、加圧の圧力伝搬が不足していたことが接合不良の原因であると考えられる。
【０１０６】
また、試料Ｎｏ．７，８，16，17，26および27は、隙間４の奥行き４ａと最大高さ４ｂとが同じ長さのものであるが、接合不良の発生率はいずれも２％で評価は良であった。接合不良の原因は最大高さ４ｂに対して奥行き４ａが同等であったためバリの一部が接合部に入り込んだためである。
【０１０７】
また、隙間４の奥行き４ａが、0.03，0.04，0.08ｍｍであって、最大高さ４ｂよりも長い試料Ｎｏ．３〜５，12〜14および22〜24は、接合不良の発生率は、いずれも０％で評価は優良であった。なお、未焼成の試料の接合部を確認したがセラミックグリーンシートの流路側端面のバリがセラミックグリーンシートの接合部に巻き込まれて接合不良を起こしているものは見つからなかった。
【０１０８】
以上の結果から、流路部材12を、セラミックグリーンシートを積層して、内部に流路を形成する場合、流路の側面の積層したセラミックグリーンシートの接合部１ｄには、流路３側に開口した隙間４があることにより接合不良の発生を抑制できることが分かる。
【０１０９】
また、隙間４の形状は、流路３側に開口した矩形状，台形状または三角形状のいずれでも良いことが分かる。
【０１１０】
隙間４の形状が矩形状または台形状を選択するときは、製造工程において、セラミックグリーンシートに流路３となる貫通孔の端面に発生するバリを隙間４の中で許容したいときであり、三角形状を選択するときは、バリの大きさを抑えたいときであり、加工方法も適宜選択すればよい。
【０１１１】
また、隙間４の奥行き４ａが、0.03〜0.08ｍｍであって、かつ、最大高さ４ｂの長さよりも長いときには、セラミックグリーンシートを積層、加圧したときにバリの接合部への挟み込みによる接合不良および加圧力の伝搬不足による接合不良の発生をさらに抑制することができる。
【実施例３】
【０１１２】
次に、酸化アルミニウムの含有量を増減したときの、蓋体部１ａと側壁部１ｃとの接合部１ｄの接合不良への影響の有無を調査した。
【０１１３】
ここでは、図７に示す流路部材12の各寸法は実施例２で用いた試料Ｎｏ．４と同じであるが、酸化アルミニウムの含有量を94.0質量％と97.0質量％とに変更して、残部が酸化珪素，酸化カルシウムおよび酸化マグネシウムからなる表３に示す試料Ｎｏ．９と10とを製作した。
【０１１４】
各試料50個の流路部材12を実施例１と同様の方法で製作し、また、接合不良の確認も超音波探傷試験により行ない、評価の方法も同じように行なった。
【０１１５】
得られた結果を表３に示す。
【０１１６】
【表３】
0005502133.tif 000004
【０１１７】
表３に示す結果から分かるように、実施例である酸化アルミニウムの含有量が94.0質量％の試料Ｎｏ．９および、97.0質量％の試料Ｎｏ．10のいずれも接合部１ｄの接合不良の発生率は０％で評価は優良であった。
【０１１８】
ここでは、流路部材12の外形寸法が、長さＬが200ｍｍ、幅Ｄが12ｍｍ、高さＨが4.5ｍｍの構造物であるが、酸化アルミニウムの含有量が94.0〜97.0質量％で残部が酸化珪素と酸化カルシウムと酸化マグネシウムからなるときには、焼成温度が1600℃のままであっても、流路部材12の内部の蓋体部１ａと側壁部１ｃとの各接合部１ｄも問題なく接合していることから焼結性の問題も発生が抑制されたと言える。適度な焼結助剤を含有していることから焼結性が高められ焼成温度を高める必要もなく、焼成コストを低減することができる。
【０１１９】
以上のように、本実施例の流路部材12は、側壁部の接合不良の発生のおそれが少なく、流体を高圧で流し冷却用や温熱用などに用いたとしても、層間剥離の発生を抑制できる。さらには、比較的低コストの流路部材を提供できるものである。
【符号の説明】
【０１２０】
１，11，12，13，14，15：流路部材
１ａ：蓋体部
１ｂ：底板部
１ｃ：側壁部
１ｄ：接合部
１ｅ：面取り
１ｆ：バリ
１ｇ：端面
３：流路
４：隙間
４ａ：隙間の奥行き
４ｂ：隙間の最大高さ
５：金属板
６：電子部品
７，８：加工したセラミックグリーンシート
７ｂ’，８ｂ’：端面
７ｃ’，８ｃ’：面取り
20：熱交換器
30：電子部品装置
【図１】
0005502133.tif 000005
【図２】
0005502133.tif 000006
【図３】
0005502133.tif 000007
【図４】
0005502133.tif 000008
【図５】
0005502133.tif 000009
【図６】
0005502133.tif 000010
【図７】
0005502133.tif 000011