(57)【要約】【課題】内部を冷却流体が流通する半導体素子の冷却装置に適用され、その表面の温度をより一層均一にすることで最高温度を下げることが可能な冷却性能の高い冷却プレートおよび冷却装置を提供する。【解決手段】内部に冷却流体を流通させる流路が設けられた冷却プレート１００において、隔壁１０６と、隔壁１０２と、隔壁１０４と、を備え、流路は、少なくとも一組の往路１１０および復路１１２を備え、往路１１０と復路１１２とは、隔壁１０６を介して隣接して配置され、隔壁１０６の往路１１０側の隔壁面１１４に伝熱促進部１０８が設けられ、隔壁１０６の復路１１２側の隔壁面１１６に伝熱促進部１０８が設けられ、往路１１０側の伝熱促進部１０８と、復路１１２側の伝熱促進部１０８とが、冷却流体の流通方向と平行な方向を基準として交互に配置された。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に冷却流体を流通させる流路が設けられた冷却プレートであって、
第１の隔壁と、第２の隔壁と、第３の隔壁と、を備え、
前記流路は、少なくとも一組の往路および復路を備え、
前記往路と前記復路とは、前記第１の隔壁を介して隣接して配置され、
前記第１の隔壁の前記往路側の隔壁面に第１の伝熱促進部が設けられ、
前記第１の隔壁の前記復路側の隔壁面に第２の伝熱促進部が設けられ、
前記第１の伝熱促進部と、前記第２の伝熱促進部とが、前記冷却流体の流通方向と平行な方向を基準として交互に配置された、
ことを特徴とする冷却プレート。
【請求項２】
前記伝熱促進部の断面形状が凸形状である、
ことを特徴とする請求項１に記載の冷却プレート。
【請求項３】
前記第１の伝熱促進部と、前記第１の隔壁との間にフィレットが設けられ、
前記第２の伝熱促進部と、前記第１の隔壁との間にフィレットが設けられた、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却プレート。
【請求項４】
前記第２の隔壁の前記往路側の面に第３の伝熱促進部が設けられ、
前記第３の隔壁の前記復路側の面に第４の伝熱促進部が設けられ、
前記第１の伝熱促進部と、前記第３の伝熱促進部とが、前記冷却流体の流通方向と平行な方向を基準として交互に配置され、
前記第２の伝熱促進部と、前記第４の伝熱促進部とが、前記冷却流体の流通方向と平行な方向を基準として交互に配置された、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の冷却プレート。
【請求項５】
前記第３の伝熱促進部と、前記第２の隔壁との間にフィレットが設けられ、
前記第４の伝熱促進部と、前記第３の隔壁との間にフィレットが設けられた、
ことを特徴とする請求項４に記載の冷却プレート。
【請求項６】
前記流路は、少なくとも二組の往路および復路を備え、
前記往路および前記復路は、それぞれ、略直線部と、円弧形状部と、を備え、
前記往路の前記略直線部と、前記復路の前記略直線部とが、前記冷却プレートの端部近傍において前記円弧形状部を介して接続され、
前記円弧形状部は滑らかな表面形状を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の冷却プレート。
【請求項７】
前記略直線部と前記円弧形状部との接続部近傍の領域が滑らかな表面形状を備え、
前記冷却流体の進行方向と平行な方向を基準として、前記領域の長さが、前記第１の伝熱促進部のピッチの長さ未満である、
ことを特徴とする請求項６に記載の冷却プレート。
【請求項８】
前記伝熱促進部の断面形状が、四角形状、台形状、三角形状または円弧形状である、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の冷却プレート。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の冷却プレートを備える、
ことを特徴とする冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部を冷却流体が流通する半導体素子の冷却装置に用いられる冷却プレートおよび冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子が様々な用途で使われるようになってきている。半導体素子は通電される電流によって熱が発生するが、発生する熱による半導体素子の温度上昇によって特性の低下を招いてしまう。このため、特性が低下しない温度以下になるよう冷却される必要がある。特に大容量の半導体素子では発生する熱も大きいため、冷却流体に水を使った冷却能力の高い水冷プレートが使われる。
【０００３】
水冷プレートは、素子取り付け面の内側に冷却流体が流れる流路が形成されていて、入口から流入した冷却流体はその流路部分を通って最後に出口から流出するようになっている。流路や出入口の形状や配置が冷却性能に影響するため、その設計は重要である。
【０００４】
冷却流体は、入口から流入した後に流路部分を通過する際、半導体素子からの熱によって徐々に温度上昇していき、出口から出るときには最も温度が高くなる。このため、通常、水冷プレート表面の半導体素子を冷却する面の温度は、入口近傍で最も低く、出口近傍が最も高くなることになる。つまり、入口近傍の半導体素子は良く冷やされていても、出口近傍の半導体素子は十分冷やされない。このように、半導体素子の温度が最も高い出口近傍の温度を所定の温度以下にする必要があるので、出口近傍の温度が水冷プレート全体の冷却性能を左右することになる。  
【０００５】
これに対し、入口と出口の中間位置で流路が折り返しになるようにして、水冷プレートの全面にわたって、中間位置より入口側の往路と中間位置より出口側の復路とが並んで配置されている水冷プレートが提案されている。このようにすると、水冷プレートのどの部分を取り出してみても、冷たい冷却流体と温かい冷却流体とがそろって並んで流通することになる。こうすることで、相対的に温度の高い復路近傍の水冷プレート表面も、すぐ隣り合っていて相対的に温度の低い往路による影響で温度上昇が抑えられる。復路のうち最も温度の高い出口近傍は、往路のうち最も温度の低い入口近傍と隣り合っているため、相殺されて両者の中間的な温度となる。このように、水冷プレート全体で表面の温度が均一となり、最高温度が下がることになるので、冷却性能は向上することになる。
【０００６】
特許文献１〜３には、上述の往路と復路とが並んで配置されている水冷プレートであって、さらに流路の内面に何らかの形状を付与することで冷却性能を向上させた水冷プレートが提案されている。特許文献１には、対向面に断面形状で円弧とした凹部が形成された水冷プレートが記載されており、特許文献２には、具体的には玉形状の転写によるパイプの内表面に形成された凹凸が表面積を増加させることによって、冷却効率を向上させた水冷プレートが記載されている。特許文献３には、各流路内にフィンなどを取り付け、熱伝達率を向上させる手段が追加されていても同様の効果を奏する旨が記載されている。上記特許文献１〜３においては、上述した水冷プレート表面温度の均一化の効果に加えて、流路内部の工夫によって冷却性能を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−２６８１２７号公報
【特許文献２】特開平１１−２０４７１０号公報
【特許文献３】特開２００５−１９７４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１〜３のいずれも、冷却性能向上のために流路内面に付与する形状の配置については詳細に言及していない。その中でも、特許文献１に記載された対向面という用語から、特許文献１においては、凹凸は流路の両側の壁で位置がそろっていると推察される。特許文献２においては、凹凸形状の付与の方法がショット玉形状の転写とあるので、やはり流路の両側の壁で位置がそろっていると推察される。このように流路内面の凹凸形状がそろっているような場合、伝熱が促進されて熱伝達率が高い壁面周辺の相対的に温度が下がる領域と、伝熱が促進されず熱伝達率が低い壁面周辺の相対的に温度が下がらない領域とが、冷却流体の流通方向に沿って、そろって現れることになる。すなわち、相対的に温度の低い部分と相対的に高い部分とがそろって現れ、結果的に温度差が生じることになる。なお、特許文献３においては、流路内面にあるとされるフィンの位置については記載されていない。
【０００９】
特許文献１〜３に記載された往路と復路とが並んで配置されている水冷プレートは、表面温度を均一にして最高温度を下げることが主要な目的であったが、流路内面に付与する伝熱促進部の形状の配置についての記載はなく、水冷プレート表面の温度の均一化には不十分であった。
【００１０】
本発明は、上記事情を鑑みなされたものであって、内部を冷却流体が流通する半導体素子の冷却装置に適用され、その表面の温度をより一層均一にすることで最高温度を下げることが可能な冷却性能の高い冷却プレートおよび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】
【００１１】
本発明の第１の観点に係る冷却プレートは、
内部に冷却流体を流通させる流路が設けられた冷却プレートであって、
第１の隔壁と、第２の隔壁と、第３の隔壁と、を備え、
前記流路は、少なくとも一組の往路および復路を備え、
前記往路と前記復路とは、前記第１の隔壁を介して隣接して配置され、
前記第１の隔壁の前記往路側の隔壁面に第１の伝熱促進部が設けられ、
前記第１の隔壁の前記復路側の隔壁面に第２の伝熱促進部が設けられ、
前記第１の伝熱促進部と、前記第２の伝熱促進部とが、前記冷却流体の流通方向と平行な方向を基準として交互に配置された、
ことを特徴とする。
【００１２】
前記伝熱促進部の断面形状が凸形状であってもよい。
【００１３】
前記第１の伝熱促進部と、前記第１の隔壁との間にフィレットが設けられ、
前記第２の伝熱促進部と、前記第１の隔壁との間にフィレットが設けられてもよい。
【００１４】
前記第２の隔壁の前記往路側の面に第３の伝熱促進部が設けられ、
前記第３の隔壁の前記復路側の面に第４の伝熱促進部が設けられ、
前記第１の伝熱促進部と、前記第３の伝熱促進部とが、前記冷却流体の流通方向と平行な方向を基準として交互に配置され、
前記第２の伝熱促進部と、前記第４の伝熱促進部とが、前記冷却流体の流通方向と平行な方向を基準として交互に配置されてもよい。
【００１５】
前記第３の伝熱促進部と、前記第２の隔壁との間にフィレットが設けられ、
前記第４の伝熱促進部と、前記第３の隔壁との間にフィレットが設けられてもよい。
【００１６】
前記流路は、少なくとも二組の往路および復路を備え、
前記往路および前記復路は、それぞれ、略直線部と、円弧形状部と、を備え、
前記往路の前記略直線部と、前記復路の前記略直線部とが、前記冷却プレートの端部近傍において前記円弧形状部を介して接続され、
前記円弧形状部は滑らかな表面形状を備えてもよい。
【００１７】
前記略直線部と前記円弧形状部との接続部近傍の領域が滑らかな表面形状を備え、
前記冷却流体の進行方向と平行な方向を基準として、前記領域の長さが、前記第１の伝熱促進部のピッチの長さ未満であってもよい。
【００１８】
前記伝熱促進部の断面形状が、四角形状、台形状、三角形状または円弧形状であってもよい。
【００１９】
本発明の第２の観点に係る冷却装置は、
上記冷却プレートを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、内部を冷却流体が流通する半導体素子の冷却装置に適用され、その表面の温度をより一層均一にすることで最高温度を下げることが可能な冷却性能の高い冷却プレートおよび冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る冷却プレートおよび冷却装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る冷却プレートの伝熱促進部近傍における冷却流体の流れを模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図１１】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図１３】本発明の実施形態に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る冷却プレートの端部近傍の構造を模式的に示す断面図である。
【図１５】関連技術に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【図１６】関連技術に係る冷却プレートの構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態に係る水冷プレート１００（冷却プレート）および冷却装置２００について図を用いて説明する。本発明の実施形態に係る冷却装置２００は、水冷プレート１００を備える（図１）。なお、本明細書においては、図面の簡略化と明瞭化のため、図１においてのみ冷却装置２００が水冷プレート１００を備える形態が図示されているが、本発明の実施形態に係る冷却装置２００は、図２〜図１４に示す本発明の実施形態に係る水冷プレートのいずれをも備え得る。
【００２３】
本発明の実施形態においては、内部に冷却流体である水を流通させる流路（往路１１０および復路１１２）を設けた水冷プレート１００において、その流路は少なくとも一組の往路１１０と復路１１２とが隔壁１０６を介して隣接して配置されている。このため、図１、図２、図４〜図１４の水冷プレート１００に描かれている流路は、水冷プレート１００全体で往路１１０と復路１１２とが隣り合っている中で、その一部分について、流路の中心を通って水冷プレート１００表面と平行な面で見た断面図としている。
【００２４】
図１に示すように、水冷プレート１００は、往路１１０外側の隔壁１０２（第２の隔壁）と、復路１１２外側の隔壁１０４（第３の隔壁）と、往路１１０と復路１１２との間にある隔壁１０６（第１の隔壁）と、を備え、隔壁１０２と隔壁１０６との間に冷却流体が流通する往路１１０を備え、隔壁１０４と隔壁１０６との間に冷却流体が流通する復路１１２を備える。図１においては、一組の往路１１０および復路１１２からなる形態について説明したが、水冷プレート１００は少なくとも一組の往路１１０および復路１１２を備えていればよく、以下に限定されるものではないが、たとえば、二組の往路１１０および復路１１２を備えてもよいし、五組の往路１１０および復路１１２を備えてもよいし、十組の往路１１０および復路１１２を備えてもよい。
【００２５】
水冷プレート１００の材質は熱伝導性の高い材料であることが好ましく、たとえば、アルミニウムや銅およびそれらの合金が好適に用いられる。とりわけアルミニウム合金は軽量なので、たとえば自動車用や車両用に使われる半導体素子の冷却用途としては、燃費向上につながるので、より好ましい。水冷プレート１００を製造する際には、内部に流路となる内部空間を形成するとともに、冷却流体の入口および出口を設ける必要がある。水冷プレート１００の製造方法としては、たとえば、切削加工、プレス成形、押し出し成形などの方法を用いて、複数の部品に分割して製造し、それらを接合する方法等が用いられる。水冷プレート１００を複数の部品に分割する方法は様々考えられるが、その接合方法としては、アルミニウム合金の場合、たとえば、ロウ付け加熱等によって各部品同士を接合する方法が量産性に優れ、好適に用いられる。なお、本発明の効果は水冷プレート１００の材質や製造方法によらず、水冷プレート１００の材質および製造方法は適宜選択され得る。
【００２６】
また、隣り合う往路１１０と復路１１２との間の隔壁１０６の往路１１０側の隔壁面１１４および復路１１２側の隔壁面１１６の両方に設けられた伝熱促進部１０８（第１の伝熱促進部および第２の伝熱促進部）をハッチングで図１に示す。伝熱促進部１０８は冷却流体の主流の流通方向（往路１１０における流通方向をＤ１、復路１１２における流通方向をＤ２とする）と平行な方向に沿って、往路１１０側および復路１１２側に交互に配置される（図１）。伝熱促進部１０８は、伝熱が促進されて熱伝達率が高くなる壁面をその表面に有し、冷却流体から隔壁１０６への伝熱を促進する機能を有する。伝熱促進部１０８が、往路１１０側および復路１１２側に交互に配置されることにより、熱伝達率が高い伝熱促進部１０８の壁面周辺の相対的に温度が下がる水冷プレート１００表面の領域が、均等に、ばらけて配置され、特定の位置に集中しないため、水冷プレート１００において温度がより一層均一化することになり、より好ましい。伝熱促進部１０８と、隔壁１０６とは、たとえば、それぞれ別部材のものがロウ付けやハンダ付けによって接合されて一体になっていてもよいし、もともと一体の部材から流路（往路１１０および／または復路１１２）の部分の素材が、たとえば切削加工などの方法により除去されることによって形成されてもよい。
【００２７】
一方、図１５に、関連技術として、水冷プレート１において伝熱促進部８の配置がそろっている場合を示す。水冷プレート１は、往路外側の隔壁２と、復路外側の隔壁４と、往路と復路との間にある隔壁６と、を備え、隔壁２と隔壁６との間に冷却流体が流通する往路１０を備え、隔壁４と隔壁６との間に冷却流体が流通する復路１２を備える。図１５の水冷プレート１のように、伝熱促進部８の配置が、往路１０側の隔壁面１４と復路１２側の隔壁面１６とで交互ではなく揃っていると、熱伝達率が高い壁面周辺の相対的に温度が下がる水冷プレート１表面の領域が、冷却流体の流通方向（ｄ１およびｄ２）に沿って断続的に現れることになる。つまり、相対的に温度の下がる部分と相対的に温度が高いままの部分とが断続的に現れるので、水冷プレート１の温度の均一化は不十分となってしまう。
【００２８】
なお、本発明の実施形態において、伝熱促進部１０８の具体的な形状としては、後述する凸形状の他に、フィン状であったり、流れを攪拌するような形状であったり、それらが別部品で接合されていたり、また微細な表面形状や表面の特性を変えることで伝熱を促進するようなものであったり、いずれの形状および／または手段でもよい。
【００２９】
伝熱促進部１０８の具体的な形状として、たとえば、冷却流体の流れの主流に向かって突き出た格好の凸形状、すなわち、冷却プレート１００の表面に平行な流路（往路１１０および復路１１２）の断面における伝熱促進部１０８の形状が凸形状、が挙げられる。こうすることによって、冷却流体の流れは伝熱促進部１０８の凸形状の部分で蛇行して方向を変えるとともに流速が急激に大きくなる。そして、流速が大きくなった壁面（たとえば図２における高熱伝達率壁面１１８）では熱伝達率が大きくなる。また、冷却流体の流れの方向が変わる時に冷却流体を十分攪拌することが可能となり、壁面近傍で熱をもらって温度が上昇した冷却流体と、壁面から離れて流路の中心近くを流れている冷却流体（比較的温度が低い冷却流体）とが入れ替わるようになる。そうすると、壁面には比較的温度の低い冷却流体が入れ替わって接触するようになるので、伝熱を促進する作用が大きくなる。伝熱促進部１０８の形状が、凸形状であることによって、冷却流体の流れの澱みなどが発生しにくくなり、冷却流体を攪拌する効果をより大きく得ることができる。以上のように、冷却流体の流速が大きくなることと、冷却流体の流れの向きが変わること、などにより、伝熱促進部１０８における熱伝達率が大きくなって水冷プレート１００の伝熱が促進される。
【００３０】
図２は、凸形状の伝熱促進部１０８について、さらに具体的な形状として四角形状のものを示している。冷却流体の流れの主流に向かって突き出た格好の四角形状は、冷却流体の流速を大きくするとともに、冷却流体の流れを攪拌して伝熱を促進し、熱伝達率を高める作用が大きくなるので、より好ましい。伝熱促進部１０８の形状を四角形状にすることによって、図３に示すように、冷却流体の流れＤ３は伝熱促進部１０８の凸形状の部分で、流路が狭くなるところに向けて蛇行して方向を変えるとともに、流路の狭いところの近傍では流速が急激に大きくなる。そして、流速が大きくなった四角形の凸形状の壁面および反対側の壁面で熱伝達率が大きくなる。また、四角形の凸形状を避けるように流れの方向が変わる時に、冷却流体を十分攪拌することができて、壁面近傍で熱をもらって温度上昇した冷却流体と、壁面から離れて流路の中心近くを流れている冷却流体とが入れ替わるようになる。そうすると、壁面には比較的温度の低い冷却流体が入れ替わって接触するようになるので、伝熱を促進する作用が大きくなる。こうすることによって、図４に示すように、隔壁中に温度の低い部分（低温部分１２０）が連続するようになり、温度がより均一になるので、より好ましい。
【００３１】
一方、図１６に、関連技術として、四角形の凸形状の配置がそろっている形態を示す。四角形の凸形状が往路側と復路側で配置が交互ではなくそろっている場合、熱伝達率が高くなる壁面周辺の相対的に温度が下がる水冷プレート表面の領域が、冷却流体の流通方向に沿って断続的に現れることになる。つまり、相対的に温度の下がる部分と相対的に温度が高いままの部分が断続的に現れるので、温度の均一化が不十分となってしまう。
【００３２】
図５〜図７は、伝熱促進部１０８の凸形状が、それぞれ、台形状、三角形状、円弧形状である形態を示す。伝熱促進部１０８の凸形状が、台形状、三角形状、円弧形状であることによる効果は、上述した四角形状の場合の効果と同様である。どのような凸形状の伝熱促進部１０８を用いるかによって、伝熱促進部１０８を水冷プレート１００の各隔壁に設ける方法に違いはあるが、冷却流体の攪拌の効果や圧力損失の増加の程度、および製造容易性等を考慮して、適宜、伝熱促進部１０８の形状を選ぶことが可能である。また、本明細書において図示された伝熱促進部１０８の形状はあくまで一例であり、他の形状であってもよく、また、凸形状の縦横等の比率は図示したものに限られるものではない。
【００３３】
図８〜図１１は、それぞれ、図２、図５〜図７に示した四角形状、台形状、三角形状、円弧形状からなる凸形状の伝熱促進部１０８と隔壁１０６との境目の部分にフィレット１２２が設けられて、伝熱促進部１０８と隔壁１０６とが滑らかに繋げられた形態を示す。フィレット１２２を設けることにより、冷却流体の流れが変わる凸形状の伝熱促進部１０８の根元付近における冷却流体の澱みの部分が少なくなるので、往路１１０および復路１１２における圧力損失の増加が抑えられる。なお、フィレット１２２の形状については、図８〜図１１に図示するように直線的であってもよいし、曲線状になっていてもよい。フィレット１２２は、たとえば、別部材のものがロウ付けやハンダ付けによって接合されて一体になっていてもよいし、もともと一体の部材から流路（往路１１０および復路１１２）の部分の素材がたとえば切削加工などの方法によって除去されて残った素材がフィレットを形成してもよい。
【００３４】
図１２に、往路１１０と復路１１２との間の隔壁１０６だけでなく、その反対側の壁面（往路１１０側の壁面１２４および復路１１２側の壁面１２６）にも凸形状の伝熱促進部１０８（第３の伝熱促進部および第４の伝熱促進部）が設けられた形態を示す。図１２に示す水冷プレート１００においては、往路１１０と復路１１２との間の隔壁１０６の凸形状を有する伝熱促進部１０８と、その反対側の壁面（壁面１２４および壁面１２６）の凸形状を有する伝熱促進部１０８とが、冷却流体の主流の流通方向と平行な方向に沿って交互に配置されている。図１２に示すように伝熱促進部１０８を交互に配置することによって、往路１１０と復路１１２のそれぞれで考えると、冷却流体の流路に沿って流れが蛇行はするものの、流路幅の拡大・縮小が緩和されるので、流速の変化が小さくなることになる。このため、圧力損失の増加を抑えることができる。また、図１２に示す形態においては、凸形状を有する伝熱促進部１０８が、往路１１０の壁面と復路１１２の壁面とを合わせて、合計４つの壁面において交互に配置されている。このため、水冷プレート１００の温度が下がる部分が、さらに均等に、ばらけて配置され、特定の位置に集中しないので、温度がより一層均一化することになり、より一層好ましい。
【００３５】
図１３に、伝熱促進部１０８の凸形状が四角形状で、その根元にフィレット１２２が設けられ、往路１１０と復路１１２との間の隔壁１０６だけでなく、その反対側の壁面（往路１１０側の壁面１２４および復路１１２側の壁面１２６）にも凸形状を有する伝熱促進部１０８およびその根元にフィレット１２２が設けられた形態を示す。図１３に示すような流路形状とすることによって、往路１１０と復路１１２のそれぞれで考えた場合、流路に沿って冷却流体の流れが蛇行はするものの、流路幅の拡大・縮小がより一層緩和されるので、冷却流体の流速の変化がより一層小さくなる。このため、水冷プレート１００内の流路（往路１１０および復路１１２）における圧力損失の増加を最小限に抑えることができ、より一層好ましい。また、流路（往路１１０および復路１１２）が、縦横の直線および円弧の組合せだけで構成されるので、製造容易性をより一層高めることができる。たとえば、切削加工によって流路を形成する場合に、工具のエンドミルのＲと、伝熱促進部１０８の凸形状の根元に設けられるフィレット１２２のＲと、を同じに合わせておけば、直線的な工具の動きだけで流路を形成することができるので、水冷プレート１００を製造する際の加工時間を短縮することができる。図１３においては、伝熱促進部１０８の凸形状が四角形状である水冷プレート１００にフィレット１２２が設けられた形態について説明したが、伝熱促進部１０８は他の形状であってもよく、以下に限定されるものではないが、たとえば、台形状、三角形状、円弧形状などの形状である伝熱促進部１０８を備える水冷プレート１００にフィレット１２２が設けられてもよい。
【００３６】
図１４に、水冷プレート１００の端部近傍における往路１１０および復路１１２の折り返しの流路形状を示す。図１４において、水冷プレート１００は、往路１１０と復路１１２の組を二組備え、往路１１０および復路１１２は、それぞれ、略直線状の部分と、円弧形状の部分と、を備え、往路１１０の略直線状の部分と復路１１２の略直線状の部分とが円弧形状の部分を介して折り返すように接続され、水冷プレート１００の端部近傍に円弧状流路１２８が形成される。図１４に示すように、水冷プレート１００の端部における円弧状流路１２８およびその近傍には凸形状からなる伝熱促進部１０８が設けられておらず、滑らかな表面形状を有している。すなわち、凸形状を有する伝熱促進部１０８は冷却流体を攪拌して伝熱を促進するために水冷プレート１００に設けられるものであるが、冷却流体の方向が１８０度変わる折り返し部分（円弧状流路１２８およびその近傍の領域）においては、冷却流体が自然に攪拌されるので、凸形状を有する伝熱促進部１０８をさらに設けることによって冷却流体を攪拌しなくてもよく、水冷プレート１００の端部において凸形状を有する伝熱促進部１０８が設けられないことによって（すなわち、滑らかな表面形状を有することによって）、圧力損失の増大を抑制することができる。このため、本発明の実施形態において、水冷プレート１００の円弧状流路１２８だけでなく、その近傍にも凸形状を有する伝熱促進部１０８が無い領域を設けている。なお、円弧状流路１２８の端部から、最も円弧状流路１２８に近い伝熱促進部１０８（図１４中、最も右側に設けられた伝熱促進部１０８）までの距離Ｗ’が、略直線状の部分にある凸形状を有する伝熱促進部１０８のピッチＷよりも小さければ、該領域に凸形状を有する伝熱促進部１０８を設けなくてもよい。円弧状流路１２８を形成する部分の隔壁も、上述の水冷プレート１００の隔壁と同様、たとえば、切削加工、プレス成形や押し出し成形等によって製造される。なお、図１４においては、二組の往路１１０および復路１１２を備える形態について説明したが、四組の往路１１０および復路１１２を備えてもよいし、六組の往路１１０および復路１１２を備えてもよい。
【００３７】
上述のように、本発明の実施形態に係る水冷プレート１００においては、水冷プレート１００表面の温度をより一層均一にして、水冷プレート１００の最高温度を下げることができ、それゆえに、水冷プレート１００を、半導体素子の内部を冷却流体が流通する半導体素子の冷却装置２００に適用することによって、冷却性能の高い冷却装置２００を得ることができる。とりわけ、大容量の半導体素子のように発生する熱量が大きい場合に、本発明の実施形態に係る水冷プレート１００およびそれを備える冷却装置２００を用いることがより好ましい。
【００３８】
また、上述のように、伝熱促進部１０８の凸形状の根元近傍にフィレット１２２を設けるとともに、往路１１０と復路１１２との間の隔壁１０６だけでなく、その反対側の壁面１１４および壁面１１６にも凸形状からなる伝熱促進部１０８を設けることによって、往路１１０および復路１１２における圧力損失の増加を最小限に抑えることができるとともに、製造容易性がより高められた水冷プレート１００とすることも、より一層好ましい。
【００３９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の変形及び応用が可能である。たとえば、本実施形態においては、冷却流体として水を用いる形態について説明したが、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）やオイルを冷却流体として用いてもよい。また、空気などの気体を冷却流体として用いてもよく、伝熱促進部１０８等の寸法を変える必要はあるものの、水冷プレート１００と同様の理由で、同様の作用・効果を発揮できる。すなわち、本発明の実施形態に係る冷却プレートは、水冷プレート１００であってもよいし、ロングライフクーラントやオイルを冷却流体として用いる冷却プレートであってもよいし、空気などの気体を冷却流体として用いる冷却プレートであってもよい。
【００４０】
また、本発明の実施形態においては、往路１１０と復路１１２との組からなる流路の一部分のみを説明したが、水冷プレート１００全体の構造としては、往路１１０および復路１１２の組がどのように配置されていてもよく、以下に限定されるものではないが、たとえば、つづら折りのように往路１１０および復路１１２を配置してもよい。
【００４１】
また、冷却流体が入口から入ってきたところで往路１１０が複数に分岐していて、それぞれが往路１１０および復路１１２の組になって上述のような伝熱促進部１０８が形成され、最後に収束して出口までつながるような流路構造であってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１      水冷プレート
２      隔壁
４      隔壁
６      隔壁
８      伝熱促進部
１０    往路
１２    復路
１４    隔壁面
１６    隔壁面
１００  水冷プレート
１０２  隔壁
１０４  隔壁
１０６  隔壁
１０８  伝熱促進部
１１０  往路
１１２  復路
１１４  隔壁面
１１６  隔壁面
１１８  高熱伝達率壁面
１２０  低温部分
１２２  フィレット
１２４  壁面
１２６  壁面
１２８  円弧状流路
２００  冷却装置
【図１】
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【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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