(57)【要約】  【課題】  熱交換効率を高めた流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体装置を提供する。  【解決手段】  本発明の流路部材１、11〜13は、内部に流体８が流れる流路６を有する流路部材１、11〜13であって、流路６側の主面２ａに凹部２ｃを有する基体２と、筐体15と、基体２の凹部２ｃに接合されたベース部３に複数のフィン４が設けられてなるフィン部材５とを備え、このフィン部材５は、ベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’と凹部２ｃの流路側の端２ｃ’とが異なる位置となるように、凹部２ｃに接合されていることから、この段差９によって流体８が渦流８ｄを発生し易くなり、熱交換効率を高めることができる。そして、本発明の流路部材１、11〜13を用いた熱交換器21ならびに半導体装置31は熱交換効率を高めたものとすることができる。【選択図】  図１
2014045134.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に流体が流れる流路を有する流路部材であって、前記流路側の主面に凹部を有する基体と、筐体と、前記基体の凹部に接合されたベース部に複数のフィンが設けられてなるフィン部材とを備え、該フィン部材は、前記ベース部の流路側表面における最も流路側に位置する部位と前記凹部の前記流路側の端とが異なる位置となるように、前記凹部に接合されていることを特徴とする流路部材。
【請求項２】
前記フィン部材は、前記ベース部の流路側表面における最も流路側に位置する部位が、前記凹部の前記流路側の端よりも前記流路側から凹んでい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】
前記フィン部材は、前記ベース部の流路側表面における最も流路側に位置する部位が、前記凹部の前記流路側の端よりも前記流路側に突出していることを特徴とする請求項１に記載の流路部材。
【請求項４】
前記基体が複数の前記凹部を有し、それぞれの該凹部に前記フィン部材が接合されているとともに、前記複数のフィン部材において、前記基体の中央部の凹部における前記ベース部の流路側表面における最も流路側に位置する部位と前記凹部の前記流路側の端との差が、前記基体の中央部以外の部位の凹部における前記ベース部の流路側表面における最も流路側に位置する部位と前記凹部の前記流路側の端との差よりも大きいことを特徴とする請求項２または３に記載の流路部材。
【請求項５】
前記基体および前記フィンが非可撓性部材からな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】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の流路部材における前記基体の前記流路側と反対側の主面上に金属層が設けられていることを特徴とする熱交換器。
【請求項７】
請求項６に記載の熱交換器の前記金属層の上方に半導体素子が実装されていることを特徴とする半導体装置。
【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半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
空冷や水冷の流路部材において、複数のフィンを立設した部材を用いることが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ジャケット本体に設けられた凹部内にフィン部材をろう付け固定した流路部材に関するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006-324647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に記載の流路部材では、熱交換効率をさらに高めたものが求められている現在、この要求に十分応えられるものではなかった。
【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、熱交換効率の高い流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体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、内部に流体が流れる流路を有する流路部材であって、前記流路側の主面に凹部を有する基体と、筐体と、前記基体の凹部に接合されたベース部に複数のフィンが設けられてなるフィン部材とを備え、該フィン部材は、前記ベース部の流路側表面における最も流路側に位置する部位と前記凹部の前記流路側の端とが異なる位置となるように、前記凹部に接合されてい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、上記構成の流路部材における前記基体の前記流路側と反対側の主面上に金属層が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の半導体装置は、上記構成の熱交換器の上方に半導体素子が実装されてい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、内部に流体が流れる流路を有する流路部材であって、流路側の主面に凹部を有する基体と、筐体と、基体の凹部に接合されたベース部に複数のフィンが設けられてなるフィン部材とを備え、このフィン部材は、ベース部の流路側表面における最も流路側に位置する部位と凹部の流路側の端とが異なる位置となるように、凹部に接合されていることから、この段差によって流体が渦流を発生し、熱交換効率を高めることができる。
【００１１】
また、本発明の熱交換器は、上記構成の流路部材における基体の流路側と反対側の主面上に金属層が設けられていることから、基体と金属層との熱交換を効率的に行なうことができ、熱交換効率の高い熱交換器とすることができる。
【００１２】
また、本発明の半導体装置は、上記構成の熱交換器の上方に半導体素子が実装されていることから、シンプルな構造で半導体素子の発熱による温度上昇を抑制する半導体装置とすることができる。
【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）および（ｂ）は流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ｃ）は（ａ）の点線Ａで囲んだ段差部を拡大した断面図であり、（ｄ）は（ｂ）の点線Ａで囲んだ段差部を拡大した断面図であり、（ｅ）は（ａ）および（ｂ）の破線Ｂで囲んだフィン部材の変形例の断面図である。
【図２】本実施形態の流路部材の他の一例を示す、（ａ）は、図１（ａ）の点線Ａで囲んだ段差部を拡大した断面図であり、（ｂ）は段差部の変形例を拡大した断面図であり、（ｃ）は、図１（ｂ）の点線Ａで囲んだ段差部を拡大した断面図である。
【図３】本実施形態の流路部材のその他の一例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ｂ）は流体の流れる方向に直交する方向の断面図である。
【図４】本実施形態の流路部材のその他の一例を示し、流体の流れる方向に沿う方向の断面図である。
【図５】本実施形態のフィンの一例の横断面形状を示す、（ａ）〜（ｃ）は方形状であり、（ｄ）および（ｅ）は円形状である。
【図６】本実施形態の熱交換器の一例を示し、流路部材における基体の反対側の主面上に金属層を設けた熱交換器の斜視図である。
【図７】本実施形態の半導体装置の一例を示し、熱交換器に半導体素子が実装された半導体装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明の流路部材の実施の形態の一例を、図１および図２を用いて説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態の流路部材の一例を示す、（ａ）および（ｂ）は流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ｃ）は（ａ）の点線Ａで囲んだ段差部を拡大した断面図であり、（ｄ）は（ｂ）の点線Ａで囲んだ段差部を拡大した断面図であり、（ｅ）は（ａ）および（ｂ）の破線Ｂで囲んだフィン部材の変形例の断面図である。また、図２は、本実施形態の流路部材の他の一例を示す、（ａ）は、図１（ａ）の点線Ａで囲んだ段差部を拡大した断面図であり、（ｂ）は段差部の変形例を拡大した断面図であり、（ｃ）は、図１（ｂ）の点線Ａで囲んだ段差部を拡大した断面図である。
【００１７】
図１に示す本実施形態の流路部材１，11は、内部に流体８が流れる流路６を有する流路部材１，11であって、流路側の主面２ａに凹部２ｃを有する基体２と、筐体15と、基体２の凹部２ｃに接合されたベース部３に複数のフィン４が設けられてなるフィン部材５とを備え、このフィン部材５は、ベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’と、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’とが異なる位置となるように、凹部２ｃに接合されていることが重要である。なお、本実施形態において、最も流路側に位置する部位３ａ’と凹部２ｃの流路側の端２ｃ’とが異なる位置となるとは、上下方向に見た場合に異なる位置となって、段差を有していることを意味する。
【００１８】
ここで、ベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’と、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’とが異なる位置（以下、段差９と言う場合もある。）とは、図１（ａ）および（ｃ）に示すように、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’に対して、ベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’が上方に位置する（言い換え
れば凹んでいる）場合ならびに、図１（ｂ）および（ｄ）に示すように、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’に対して、ベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’が下方に位置する（言い換えれば流路６側に突出している）場合の両方を意味する。
【００１９】
このように、本実施形態の流路部材１，11は、フィン部材５のベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ｃ’と、基体２の凹部２ｃの流路側の端２ｃ’とが異なる位置となるように段差９を設けて接合されている。これにより流路部材１の場合には、流路６を流れる流体８がフィン４に当たり、このフィン４に当たった流体の一部がフィン４の根本部４ｂの方へ流れ、段差９の部分の流路側の端２ｃ’と根本部４ｂとの間のスペースで流体が渦流８ｄを発生し、流体８と流路部材１との熱交換効率を高めることができる。また、流路部材11の場合には、流路６を流れる流体８が、流路側の主面２ａとベース３との段差９に当たり、流路側の主面２ａとは反対の方向へと流れる渦流８ｄが発生し、流体８と流路部材11との熱交換効率を高めることができる。
【００２０】
また、受熱部となる基体２の反対側の主面２ｂとフィン４との熱伝達のための距離が、基体２の流路側の主面２ａが平坦な面である場合に比べ、凹部２ｃで基体２の厚みを薄くした分短くできる。それにより、基体２の反対側主面２ｂでの熱が効率よくフィン４に伝熱され、さらにフィン４の根本部４ｂにて流体８が渦流８ｄを発生しやすいことから、結果として流体８とフィン部材５との熱交換効率を高めることができる。さらに、流路部材１，11の基体２の凹部２ｃを除く部分は、厚みが厚いために基体２の剛性も確保できる。
【００２１】
また、図１に示す流路部材１，11のフィン４は、流体８の流れる方向または流れに直交する方向の何れからみた場合においても、板状のほか、特に限定されるものではないが、流体８を効率よく流すにあたり、複数に分割されていることが好ましい。以下特に断らない限り、複数に分割されている例を用いて説明する。なお、言い換えれば複数の部材からフィン４を形成してもよく、その場合において、板状、棒状等、適宜公知の構造を採用することができる。
【００２２】
また、図１（ａ）〜（ｄ）の流路部材１，11においては、フィン部材５のフィン４は、ベース部３の孔３ｂに挿入して固定しているが、図１（ｅ）の変形例に示すように、フィン部材５はフィン４とベース部３とが一体化されたものであってもよい。
【００２３】
また、（以下、不図示）さらに、ベース部３に凹部を設けフィン４を接合する場合や、ベース部３の表面３ａに直接接合する場合であってもよく、さらに、フィン４が板状のときには、フィン部材５を上下方向の長さが短い板状体と、長さが長い板状体とを用いて、凹部２ｃとなる側の一端を揃えてそれぞれの板状体を交互に積層し接合することにより、ベース部３とフィン４とを有するフィン部材５とすることもできる。なおこの場合、それぞれの板状体のうち、長さの短い板状体に対応する部分がベース部３に相当し、長さが長い板状体のうち、長さの短い板状体に対応する部分より下方部分がフィン４に相当する。
【００２４】
さらに、流体８の供給口16と排出口17とは、筐体15の流路側の主面２ａに近い位置に設けることが好ましい。これにより、流体８は段差９の近辺に流れ込みやすくなり渦流８ｄが生じやすくなる。それゆえ、フィン４の根本部４ｂでの熱交換が活発になり熱交換効率を向上することができる。
【００２５】
なお、流体８の供給口16と排出口17とは、筐体15の流路側の主面２ａに近い位置に設けることに限定されず、メンテナンス等の観点からは、基体２に設けるほか、筐体15の底部15ａに設けてもよい。
【００２６】
また、流路６に効率よく流体８を流すにあたり、フィン４の先端部４ａは筐体15との間に隙間を設けて配置することが好ましい。なお、流路６の圧力損失を高めて熱交換効率を高めるためには先端部４ａと筐体15との間の隙間を狭くし、流路部材の強度の問題で圧力損失が高まることを抑制するためには先端部４ａと筐体15との間の隙間を広くすればよい。
【００２７】
図２は、本実施形態の流路部材の他の一例を示すもので、（ａ）は、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’に対して、ベース部３の最も流路側に位置する部位３ａ’の位置が凹んでいて、かつ、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’が斜面状となっているものである。また（ｂ）は、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’に対して、ベース部３の最も流路側に位置する部位３ａ’の位置が凹んでいて、かつ、ベース部３の最も流路側に位置する部位３ａ’が斜面状となっているものである。さらに（ｃ）は、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’に対して、ベース部３の最も流路側に位置する部位３ａ’の位置が流路側の主面２ａより突出していて、かつ、角状となっているものである。
【００２８】
このように、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’の形状、或いは、ベース部３の流路側の表面３ａの最も流路側に位置する部位３ａ’の形状が曲面状を含む斜面状の場合においても、段差９によって渦流８ｄが発生し、流体８と流路部材1，11との熱交換効率を高めること
ができる。
【００２９】
なお、基体２の流路側の主面２ａの凹部２ｃは、その平面形状は問わず、正方形、長方形を含む方形や楕円を含む円形でもよい。さらに、段差９を存在させる箇所も凹部２ｃの周縁の少なくとも一部に存在すればよいが、段差９で渦流８ｄを発生させ熱交換を効率的に行なうためには、流体８の流れの上流側に設けることが好ましい。また、基体２およびフィン部材５は、熱伝導性の高い、銅、アルミニウムまたはそれらを主成分とする合金や、アルミナ、ジルコニア、ムライト、炭化珪素、窒化珪素および窒化アルミニウムやこれらの複合材料でもよいが、絶縁性の高いアルミナやジルコニア、ムライトおよび窒化珪素などを用いれば、基体２の反対側の主面２ｂに直接、配線導体を形成でき、これに半導体素子を搭載することで、シンプルな構造で、かつ、熱交換の効率の高い流路部材１，11を備える半導体装置とすることができる。
【００３０】
そして、基体２とフィン部材５との接合は、例えば、基体２がセラミックス材料からなるときには、基体２を粉末プレス成型や押出成形、グリーンシート成形により成形体を作製し、フィン部材５もグリーンシートの成形体を積層して作製し、これらを組み合わせて焼成することや、または、インジェクション成形により成形体を作製し、これらの基体２と上記のフィン部材５とを組合せたあとに焼成することによって一体化した基体２とすることができる。
【００３１】
また、その他の材料や、複数の材料の組合せて用いる場合には、例えば、ろう材やはんだなどの接合剤やねじ止め等により基体２とフィン部材５とを接合でき、基体２としては絶縁性、熱伝導性および耐熱性が高いものを選択し、フィン部材５としては熱伝導性が高い材料を選択することができる。
【００３２】
なお、図２（ｂ）および（ｃ）に示すフィン部材５において、フィン４を接合するベース部３の全て或いは流路６側の表層（不図示）が、ろう材やはんだを含む接着剤でコーティングされていてもよい。この場合であっても、段差９における渦流８ｄの発生に影響はない。
【００３３】
また、フィン４を複数に分割した状態でベース部３に設けるにあたっては、基体２の流路側の主面２ａ側から平面視したときに、（不図示）格子状となるように配置することも
できるが、フィン４の配置が千鳥状になるように設けることが好ましい。この様な構成とすれば、流体８はフィン４に衝突した後にフィン４の左右に分散されて進み、その後さらにその次のフィン４に衝突しさらに分散される。それにより、流体８が分散と混合とを繰り返す頻度が高くなることから、流路部材１，11の流体８の流れる方向に対して垂直な方向における温度バラツキが高くなることを抑制できる。
【００３４】
さらに、フィン４を複数に分割した状態でベース部３に設ける場合において、フィン４の密度は、流体の流れる方向に沿って流体の入口側を高くする場合や、熱交換対象物が設けられる付近の密度を高くするなど、熱交換対象物の配置方法により適宜選択して設けることで、基体２の受熱部となる反対側の主面２ｂ全体の温度バラツキの低減を図ることができる。
【００３５】
以上のように、本実施形態の流路部材１が、フィン部材５のベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’が、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’よりも凹んでいる場合（図１（ａ），（ｃ）および図２（ａ）および（ｂ）に示すような構成）であれば、流路部材１の供給口16から流路６内に入った流体８は、その一部が段差９の凹みのフィン４の根本部４ｂで渦流８ｄとなり、流体８とフィン部材５との熱交換を活発にし、かつ、基体２は凹部２ｃを形成し他の部分より厚みが薄くなっていることから、受熱部となる反対側の主面２ｂとの熱交換効率を高めることができる。また、基体２の凹部が設けられていない部分（例えば枠体となる部分）の厚みが凹部２ｃの基体２の厚みより厚いために剛性を確保でき、基体２の反りなどの発生も抑制でき、流路部材１が破壊することを抑制できる。
【００３６】
また、以上のように、本実施形態の流路部材11が、フィン部材５のベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’が、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’よりも突出している場合（図１（ｂ），（ｄ）および図２（ｃ）示すような構成）であれば、流路部材11の供給口16から流路６内に入った流体８は、その一部が段差９の突出したフィン４の根本部４ｂで渦流８ｄとなり、流体８とフィン部材５との熱交換を活発にし、かつ、基体２は凹部２ｃを形成し他の部分より厚みが薄くなっていることから、受熱部となる反対側の主面２ｂとの熱交換効率を高めることができる。また、基体２の凹部が設けられていない部分（例えば、枠体となる部分）の厚みが凹部２ｃの基体２の厚みより厚いために剛性を確保でき、基体２の反りなどの発生も抑制でき流路部材11が破壊することを抑制できる。
【００３７】
なお、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’に対して、ベース部の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’が、凹んでいるものと突出しているものとの双方が、一つのフィン部材５の周縁にあってもよい。なお、フィン部材５の周縁に限られるものではない。
【００３８】
次に、図３および図４を用いて、本実施形態の流路部材のその他の一例を説明する。
【００３９】
図３は本実施形態の流路部材のその他の一例を示す、（ａ）は流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ｂ）は流体の流れる方向に直交する方向の断面図であり、図４は本実施形態の流路部材のその他の一例を示し、流体の流れる方向に沿う方向の断面図である。
【００４０】
図３に示す本実施形態の流路部材12は、（ａ）に示すように、流体８の流れる方向に沿う方向に凹部２ｃを３つ設けて、それぞれの凹部２ｃにフィン部材５を配置しており、（ｂ）に示すように、流体８の流れる方向に直交する方向に凹部２ｃを２つ設けて、それぞれの凹部２ｃにフィン部材５を配置している。すなわち１つの基体２に６つのフィン部材
５が接合されている。なおそれぞれのフィン部材５において、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’に対して、ベース部３の最も流路側に位置する部位３ａ’が凹んでいる段差９が設けられている。
【００４１】
また、図４に示す本実施形態の流路部材13は、流体８の流れる方向に沿う方向に、凹部２ｃを３つ設けて、それぞれの凹部２ｃにフィン部材５を配置している。なおそれぞれのフィン部材５において、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’に対して、ベース部３の最も流路側に位置する部位３ａ’が流路６側に突出している。なお、図４における流体８に直交する方向の断面図は、図３（ｂ）の配置と同じであるから記載は省略する。
【００４２】
本実施形態の流路部材12、13は、基体２が複数の凹部２ｃを有し、それぞれの凹部２ｃにフィン部材５が接合されているとともに、複数のフィン部材５において、基体２の中央部２ｄの凹部２ｃにおけるベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’と、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’との差が、基体２の中央部以外の部位２ｅの凹部２ｃにおけるベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’と凹部２ｃの流路側の端２ｃ’との差よりも大きいことがより好ましい。それにより、熱交換対象物を中央部に配置する場合に、より熱交換効率の向上した流路部材12,13とするこ
とができる。
【００４３】
なお、ここで、流路部材12，13は、流体８の流れる方向に３つの凹部２ｃと、流体８の流れる方向に直交する方向に２つの凹部２ｃを形成しているが、流路部材12,13の大きさ
によって、凹部２ｃならびに凹部２ｃに挿入し接合するフィン部材５の個数および配置を変更すればよい。
【００４４】
また、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’に対して、ベース部の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’が、凹んでいるものと突出しているものとの双方が、１つの流路部材12或いは13の中に混合していてもよい。
【００４５】
また、基体２の中央部２ｄとは、基体２の筐体15との接合部を除く流路側の主面２ａの長さ方向および幅方向において、それぞれの寸法の中心から端の方に向かって25％までの範囲内とすればよい。
【００４６】
以上のように、本実施形態の流路部材12が、フィン部材５のベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’が、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’よりも凹んでおり、また基体２の中央部２ｄの凹部２ｃにおけるベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’と、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’との差（段差９）が、基体２の中央部以外の部位２ｅの凹部２ｃにおけるベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’と凹部２ｃの流路側の端２ｃ’との差（段差９）よりも大きいときには、それぞれの段差９による流体８の渦流８ｄのうち、中央部２ｄで発生する渦流８ｄが最も大きくなりやすい。したがって、受熱部である基体２の反対側の主面２ｂの中央部２ｄにおける熱交換効率が高められ、熱交換対象物を基体２の反対側の主面２ｂの中央部２ｄ付近に配置したとき、基体２の中央部２ｄと中央部以外２ｅとの温度バラツキをより低減できる。
【００４７】
また、以上のように、本実施形態の流路部材13が、フィン部材５のベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’が、流路６側に突出しており、また基体２の中央部２ｄの凹部２ｃにおけるベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’と、凹部２ｃの流路側の端２ｃ’との差（段差９）が、基体２の中央部以外の部位２ｅの凹部２ｃにおけるベース部３の流路側表面３ａにおける最も流路側に位置する部位３ａ’と凹部２ｃの流路側の端２ｃ’との差（段差９）よりも大きいときに
は、それぞれの段差９による流体８の渦流８ｄは中央部２ｄで発生する渦流８ｄが最も大きくなりやすい。したがって、受熱部である基体２の反対側の主面２ｂの中央部２ｄにおける熱交換効率が高められ、熱交換対象物を基体２の反対側の主面２ｂの中央部２ｄ付近に配置したとき、基体２の中央部２ｄと中央部以外２ｅとの温度バラツキをより低減できる。
【００４８】
図５は、本実施形態の流路部材に用いるフィンの一例の横断面形状を示す、（ａ）〜（ｃ）は方形状であり、（ｄ）および（ｅ）は円形状である。なお、ここではフィン４が分割されている場合とし、その１つのみについて示している。
【００４９】
ここで、図５においては、（ａ）は流体８の流れ方向に長い長方形で、（ｂ）は正方形で、（ｃ）は角部の一つが流体８の流れに当る菱形であり、（ｄ）は流体８の流れの方向に長い楕円形で、（ｅ）は円形である。
【００５０】
このように、分割されたフィン４の横断面形状が長方形や正方形などの方形状であって、方形の辺の少なくとも一つが、流体８の流れに直交する構成である（ａ）および（ｂ）に示す方形状の場合には、流体８が衝突するフィン４の箇所では、流体８が渦流や沿面流となり周囲の流体８との混合が促進されるものの、流体８との抵抗が高くなることから圧力損失が高くなることと、流体８が衝突するフィン４の背面側で圧力損失が低くなることから、局部的には、フィン４と流体８の熱交換の温度分布にバラツキが生じやすい一面もあるが、全体としては、熱交換効率は高くなる。
【００５１】
これに対して、フィン４の横断面形状が楕円形や円形などの略円形状である（ｄ）および（ｅ）のときには、流体８が衝突するフィン４の箇所では、流体８の多くが円形にそって左右に振り分けられ、かつ、背面に回り込むために、フィン４と流体８との熱交換の温度分布にバラツキが抑えられ、かつ、圧力損失も低く抑えられる。
【００５２】
なお、フィン４の横断面形状が、角部の一つが流体８の流れに当る菱形である（ｃ）の場合は、上記フィン４の形状が（ａ）および（ｂ）の方形状の場合と、（ｄ）および（ｅ）の中間との中間の作用が得られる。
【００５３】
このように、圧力損失の高低や、熱交換による温度分布バラツキの大小のいずれを重要視するかにより、フィン４の横断面形状を選択すればよい。
【００５４】
例えば、図４に示す様に、熱交換対象物が実装される基体２の中央部２ｄの近辺のフィン部材５のフィン４形状は方形状とし、中央部以外２ｅのフィン部材５のフィン４形状は円形状としてもよい。
【００５５】
また、本実施形態の流路部材１，11〜13は、基体２およびフィン部材５が非可撓性部材からなることが好ましく、基体２が非可撓性部材からなる場合であれば、剛性が高く基体２の反対側の主面２ｂ上に熱交換対象物を実装したとしても、荷重や熱膨張係数の差による反りの発生をより抑制でき、流路部材１，11〜13の破壊を抑制できる。
【００５６】
また、フィン部材５が非可撓性部材からなる場合であるときには、流路部材１，11〜13の流路６に流体８を圧送したとき、流体８や流体８に含まれる固形物がフィン４に当たっても、フィン４が変形や磨耗することを抑制できる。したがって、フィン４間の流路６が塞がれることも抑制でき、熱交換効率の低下を抑制できる。
【００５７】
また、流路部材１，11〜13の製造工程においては、例えば、流路部材１，11〜13の成形、焼成等において流路６内に付着物が付着することがあり、このようなときには、メディ
アを混合した流体を流路部材１，11〜13の流路６に流すことによって流路６内を洗浄しても、フィン４が非可撓性材料からなるため変形や磨耗を抑制しつつ流路６の洗浄が可能となる。
【００５８】
また、上記非可撓性部材としては、セラミックスであることがより好ましい。
【００５９】
流路部材１，11〜13の基体２およびフィン部材５がセラミックスからなるときは、基体２の反対側の主面２ｂに直接、例えば、配線導体などの金属層を形成することができるため、この金属層上に半導体素子を直接実装でき、部品点数の削減ができるとともに、部品の接合部が少なくできる分、接合部における熱抵抗を低減でき熱交換効率を高められる。
【００６０】
また、半導体素子の材料はシリコンが多用されているが、近年は炭化珪素も使われつつあり、これらの半導体素子の材料とセラミックスとは、金属、樹脂などに比較し熱膨張係数が近似しているため、流路部材１，11〜13ならびに半導体素子の温度が高くなったときでも、これらの部材間に熱応力による剪断応力を生じることを抑制できる。それにより、流路部材１，11〜13のフィン部材５と基体２との上方に設けられる熱交換対象物である半導体素子などとの接合部の剥離の発生を抑制できる。
【００６１】
ここで、セラミックス材料としては、アルミナ、ジルコニア、ムライト、炭化硅素、窒化珪素および窒化アルミニウムやこれらの複合材料でもよいが、絶縁性や価格を重要視するならばアルミナが好ましく、熱伝導性を重要視するならば炭化珪素、窒化アルミニウムおよび窒化硅素のいずれかを選択すればよい。
【００６２】
図６は本実施形態の熱交換器の一例を示し、流路部材における基体の反対側の主面上に金属層を設けた熱交換器の斜視図である。
【００６３】
図６に示す、本実施形態の熱交換器21は、本実施形態の流路部材１，11〜13の基体２の反対側の主面２ｂの上方に金属層22が設けられている。これにより、基体２と金属層22との熱交換を効率よく行なうことができ、熱交換効率の高い熱交換器21とすることができる。
【００６４】
ここで、熱交換器21に設けられる金属層22は、配線導体であれば、厚膜や薄膜の印刷によるものやメッキ法によるものや金属板の接合によるもの等の何れでもよい。また、金属層22上に別の流体が流れる流路部材を接合してもよく、この場合には他の流体との効果的な熱交換ができる。
【００６５】
図７は本実施形態の半導体装置の一例を示し、熱交換器に半導体素子が実装された半導体装置の斜視図である。
【００６６】
図７に示す本実施形態の半導体装置31は、熱交換器21に設けられた金属層22の上方に半導体素子32が実装されていることから、部品点数が少ないシンプルな構造で、発熱体である半導体素子32を実装できる。
【００６７】
したがって、半導体素子32と流路部材１，11〜13の流路を流れる流体間には熱抵抗となる部品点数を最小限としたため熱交換効率が高く、かつ、コストを抑えられる。さらに、フィン部材が流体や流体に含まれる固形物などによる変形や磨耗の発生を抑制できることから、半導体素子32の発熱による温度上昇を抑制する半導体装置31とすることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１、11〜13：流路部材
２：基体
２ａ：流路側の主面、２ｂ：反対側の主面、２ｃ：凹部、２ｃ’：流路側の端、２ｄ：中央部、２ｅ：中央部以外
３：ベース部
３ａ：流路側の表面、３ａ’：最も流路側に位置する部位
４：フィン
４ａ：先端部、４ｂ：根本部
５：フィン部材
６：流路
８：流体、８ａ：伏流、８ｂ：表面流、８ｃ：沿面流、８ｄ：渦流
９：段差（段差部）
15：筐体
16：供給口
17：排出口
21：熱交換器
22：金属層
31：半導体装置
32：半導体素子
【図１】
2014045134.tif 000003
【図２】
2014045134.tif 000004
【図３】
2014045134.tif 000005
【図４】
2014045134.tif 000006
【図５】
2014045134.tif 000007
【図６】
2014045134.tif 000008
【図７】
2014045134.tif 000009