(57)【要約】第１〜第５セラミックシート（２１，２２，２３，２４，２５）の積層方向において、第１スリット（２２ｃ）及び第２スリット（２２ｄ）は、第１連通孔（２３ｃ）、第２連通孔（２３ｄ）、第３連通孔（２３ｅ）及び第４連通孔（２３ｆ）に対し、第１搭載部（１２１）及び第２搭載部（１３１）寄りに位置する。そして、各第１スリット（２２ｃ）と第１連通孔（２３ｃ）との重なり部（３５）、及び各第２スリット（２２ｄ）と第３連通孔（２３ｅ）との重なり部（３６）は、第１〜第５セラミックシート（２１，２２，２３，２４，２５）の積層方向から見て、第１搭載部（１２１）及び第２搭載部（１３１）が設けられた領域の近傍に位置する。
2014014054.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱装置であって、
複数のセラミックシートが積層されてなる基体と、
該基体の内部に設けられた冷媒が流れる冷媒流路と、
冷却対象物が搭載される部位として前記基体の第１面に設けられた少なくとも一つの搭載部と、
前記複数のセラミックシートのうちの少なくとも一つによって形成されるスリット形成層であって、該スリット形成層は、前記冷媒流路の一部を構成する複数のスリットを有し、該複数のスリットは、前記セラミックシートの積層方向から見て、少なくとも部分的に前記搭載部を含む領域と重なり合うように形成された、前記スリット形成層と、
前記複数のセラミックシートのうちの少なくとも一つによって形成される連通路形成層であって、該連通路形成層は、前記冷媒流路の一部を構成するとともに前記複数のスリットに連通する連通路を有し、前記セラミックシートの積層方向において、前記スリットは、前記連通路に対し前記搭載部寄りに位置する、前記連通路形成層と、を有し、
前記積層方向から見て、前記スリットと前記連通路とにおける重なり部は、前記搭載部が設けられた領域の近傍に位置している、放熱装置。
【請求項２】
断面視において、前記搭載部に対応する冷媒流路の上流側に位置する前記重なり部は、前記搭載部直下の第１の重なり部と、該第１の重なり部以外の第２の重なり部とを含み、該第２の重なり部の長さが、前記第１の重なり部の長さよりも長くなっている、請求項１に記載の放熱装置。
【請求項３】
前記基体の第１面には、複数の前記搭載部が並設されているとともに、
前記積層方向から見て、隣り合う搭載部の間に位置する前記冷媒流路の一部は、前記隣り合う搭載部の一方から、前記基体における前記第１面に対して反対側の第２面に向かう方向に延びるとともに、さらに、該第２面から前記隣り合う搭載部の他方に向かう方向に延びている、請求項１又は２に記載の放熱装置。
【請求項４】
前記基体は、隣り合う搭載部の一方から前記第２面に向かう方向に前記冷媒流路の一部が延びた先に位置する前記第２面の部位に、別の冷却対象物が搭載される搭載部をさらに有している、請求項３に記載の放熱装置。
【請求項５】
前記スリット形成層のスリットにおいて前記冷媒が流れる方向の下流側には、前記基体における前記第１面に対して反対側の第２面に向かって延びる延設流路が設けられており、
前記第１面寄りに位置する前記延設流路の流路面の一部と前記第２面寄りに位置する前記延設流路の流路面の一部とが前記積層方向において対向している、請求項１〜４のいずれか一項に記載の放熱装置。
【請求項６】
前記スリット形成層は、複数の第１スリット、複数の第２スリット、及び、これら複数の第１スリットと複数の第２スリットとを連通する連通部、を有しており、
前記複数の第１スリットは、前記積層方向から見て、隣り合う搭載部の一方を含む領域と少なくとも部分的に重なり合っており、
前記複数の第２スリットは、前記積層方向から見て、隣り合う搭載部の他方を含む領域と少なくとも部分的に重なり合っている、請求項３に記載の放熱装置。
【請求項７】
前記冷媒流路は、
前記搭載部の直下に形成された直下流路と、
前記直下流路における冷媒の流れる方向の上流側に連通されるとともに冷媒を前記直下流路に供給する供給流路と、
前記直下流路における冷媒の流れる方向の下流側に連通されるとともに前記直下流路を流れた冷媒を排出する排出流路と、
前記供給流路と前記排出流路との間に位置し、前記直下流路に対して鉛直方向下方から上方に向けて冷媒を噴出させる噴出流路と、を有する、請求項１に記載の放熱装置。
【請求項８】
前記噴出流路は、前記供給流路から分岐している、請求項７に記載の放熱装置。
【請求項９】
複数の前記噴出流路を有する、請求項７又は８に記載の放熱装置。
【請求項１０】
前記噴出流路は、前記搭載部の中央部に向けて前記冷媒を噴出させる、請求項７〜９のいずれか一項に記載の放熱装置。
【請求項１１】
放熱装置であって、
複数のセラミック部材が積層されてなる基体と、
前記基体の内部に設けられた冷媒流路と、
冷却対象物が搭載される部位として前記基体の第１面に設けられた少なくとも一つの搭載部とを備え、
前記冷媒流路は、
前記搭載部の直下に形成された直下流路と、
前記直下流路における冷媒の流れる方向の上流側に連通されるとともに冷媒を前記直下流路に供給する供給流路と、
前記直下流路における冷媒の流れる方向の下流側に連通されるとともに前記直下流路を流れた冷媒を排出する排出流路と、
前記供給流路と前記排出流路との間に位置し、前記直下流路に対して鉛直方向下方から上方に向けて冷媒を噴出させる噴出流路と、を有する、放熱装置。
【請求項１２】
前記冷媒流路は、前記基体における前記第１面に開口した冷媒供給孔及び冷媒排出孔を備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の放熱装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の放熱装置と、
前記放熱装置の前記搭載部に搭載される金属板と、
前記金属板に実装される半導体素子と、
を備える、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セラミックシートが積層されて形成された放熱装置、及び半導体素子が実装された金属板が当該放熱装置に搭載されることで構成された半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の放熱装置が、例えば特許文献１に開示されている。特許文献１の放熱装置は、冷媒流路の構成要素である複数のスリットを有するセラミックシートと、冷媒流路と外部とを連通する連通路を有するセラミックシートとを含む複数のセラミックシートが積層された積層体が焼成されることで形成されている。そして、半導体素子を実装した金属板が放熱装置に接合されることで半導体装置が構成される。金属板を介して放熱装置に伝達された半導体素子の熱は、冷媒流路を流れる冷媒に放熱され、半導体素子が冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１１／１３６３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような放熱装置において、半導体素子等の冷却対象物に対する冷却性能のさらなる向上が望まれている。
本開示の目的は、冷却対象物に対する冷却性能を向上させることができる放熱装置、及び半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示における放熱装置の一態様は、複数のセラミックシートが積層されてなる基体と、該基体の内部に設けられた冷媒が流れる冷媒流路と、冷却対象物が搭載される部位として前記基体の第１面に設けられた少なくとも一つの搭載部と、前記複数のセラミックシートのうちの少なくとも一つによって形成されるスリット形成層であって、該スリット形成層は、前記冷媒流路の一部を構成する複数のスリットを有し、該複数のスリットは、前記セラミックシートの積層方向から見て、少なくとも部分的に前記搭載部を含む領域と重なり合うように形成された、前記スリット形成層と、前記複数のセラミックシートのうちの少なくとも一つによって形成される連通路形成層であって、該連通路形成層は、前記冷媒流路の一部を構成するとともに前記複数のスリットに連通する連通路を有し、前記セラミックシートの積層方向において、前記スリットは、前記連通路に対し前記搭載部寄りに位置する、前記連通路形成層と、を有し、前記積層方向から見て、前記スリットと前記連通路とにおける重なり部は、前記搭載部が設けられた領域の近傍に位置している。【０００６】
本開示における放熱装置の更なる態様は、複数のセラミック部材が積層されてなる基体と、前記基体の内部に設けられた冷媒流路と、冷却対象物が搭載される部位として前記基体の第１面に設けられた少なくとも一つの搭載部とを備え、前記冷媒流路は、前記搭載部の直下に形成された直下流路と、前記直下流路における冷媒の流れる方向の上流側に連通されるとともに冷媒を前記直下流路に供給する供給流路と、前記直下流路における冷媒の流れる方向の下流側に連通されるとともに前記直下流路を流れた冷媒を排出する排出流路と、前記供給流路と前記排出流路との間に位置し、前記直下流路に対して鉛直方向下方から上方に向けて冷媒を噴出させる噴出流路と、を有する。【０００７】
本開示における半導体装置の態様は、上記態様の放熱装置と、前記放熱装置の前記搭載部に搭載される金属板と、前記金属板に実装される半導体素子と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態における半導体装置の斜視図。
【図２】図１の半導体装置における放熱装置の斜視図。
【図３】図２の放熱装置の構成要素である複数のセラミックシートの平面図。
【図４】図１の半導体装置の断面図。
【図５】（ａ）は図４における１−１線に沿った断面図、（ｂ）は図４における２−２線に沿った断面図。
【図６】図４の半導体装置の一部を拡大した断面図。
【図７】別の実施形態におけるセラミックシートの平面図。
【図８】図７のセラミックシートを備える半導体装置の断面図。
【図９】別の実施形態における半導体装置の一部を拡大した断面図。
【図１０】別の実施形態における半導体装置の一部を拡大した断面図。
【図１１】別の実施形態における半導体装置の断面図。
【図１２】別の実施形態におけるセラミックシートの平面図。
【図１３】別の実施形態における半導体装置の断面図。
【図１４】図１３の半導体装置の一部を拡大した断面図。
【図１５】図１３の半導体装置における放熱装置の構成要素である複数のセラミックシートの平面図。
【図１６】第２実施形態における放熱装置の斜視図。
【図１７】図１６の放熱装置を備える半導体装置の斜視図。
【図１８】図１７における３−３線に沿った断面図。
【図１９】図１７における４−４線に沿った断面図。
【図２０】図１６の放熱装置における基体の構成要素である複数のセラミックシートの平面図。
【図２１】別の実施形態における半導体装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図１〜図６にしたがって説明する。
図１に示す半導体装置１０は、放熱装置１１の基体１２における一方の面（第１面）１２ａに、半導体素子１３ａが実装された金属板１３ｂ、及び半導体素子１４ａが実装された金属板１４ｂが搭載されることで、構成されている。金属板１３ｂ，１４ｂは、配線層及び接合層として機能するとともに、純アルミニウム（例えば、工業用純アルミニウムである１０００系アルミニウム）や銅により形成されている。また、半導体素子１３ａ，１４ａとしては、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やダイオードが用いられる。また、半導体素子１３ａ，１４ａと金属板１３ｂ，１４ｂとは、金属接合、例えば、半田付けやろう付けによって接合されている。また、金属板１３ｂ，１４ｂと放熱装置１１とは、金属接合、例えば、半田付けやろう付けによって接合されている。これにより、金属板１３ｂ，１４ｂは、基体１２における第１面１２ａに搭載されている。
【００１０】
図２に示すように、基体１２における第１面１２ａにおいて、金属板１３ｂ，１４ｂが載置される部位（図２において破線で示す部位）は、金属板１３ｂ，１４ｂが搭載される搭載部としての第１搭載部１２１及び第２搭載部１３１である。すなわち、基体１２の第１面１２ａには搭載部が複数（第１実施形態では２つ）並設されている。
【００１１】
基体１２は、セラミック製のシートが複数枚（第１実施形態では５枚）積層されることで構成されており、放熱装置１１は、基体１２が焼成されることによって形成されている。セラミックの材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、及びアルミナ・ジルコニウムなどが用いられる。なお、放熱装置１１の冷却方式として水冷方式を採用する場合、セラミックの材料としては、耐水性の高い材料が好ましい。
【００１２】
図３に示すように、第１実施形態の放熱装置１１はセラミックシートとしての第１〜第５セラミックシート２１，２２，２３，２４，２５を構成要素として備えている。なお、以下の説明は、放熱装置１１において第１セラミックシート２１を「上」とし、第５セラミックシート２５を「下」として説明する。第１セラミックシート２１は、放熱装置１１の天板部を構成するとともに、その一面（上面）が基体１２における第１面１２ａである。また、第１セラミックシート２１には貫通孔状の冷媒供給孔２１ａ及び冷媒排出孔２１ｂが形成されている。冷媒供給孔２１ａ及び冷媒排出孔２１ｂは同一開口面積を有する。冷媒供給孔２１ａには、放熱装置１１内に冷媒を供給する供給管Ｐ１（図１及び図２に示す）が接続されるとともに、冷媒排出孔２１ｂには、放熱装置１１内を流通した冷媒を外部に排出する排出管Ｐ２（図１及び図２に示す）が接続される。
【００１３】
第２セラミックシート２２には貫通孔状の第１冷媒流入孔２２ａが形成されている。第１冷媒流入孔２２ａは、第１〜第５セラミックシート２１，２２，２３，２４，２５の積層方向から見て、冷媒供給孔２１ａと重なる位置に形成されている。また、第２セラミックシート２２には貫通孔状の第１冷媒流出孔２２ｂが形成されている。第１冷媒流出孔２２ｂは、第１〜第５セラミックシート２１，２２，２３，２４，２５の積層方向（以下、単に積層方向Ａと言う場合もある。）から見て、冷媒排出孔２１ｂと重なる位置に形成されている。第１冷媒流入孔２２ａ及び第１冷媒流出孔２２ｂは、対称となる位置に形成されている。第１冷媒流入孔２２ａ及び第１冷媒流出孔２２ｂは同一開口面積を有する。
【００１４】
また、第２セラミックシート２２における第１冷媒流入孔２２ａと第１冷媒流出孔２２ｂとの間には、スリットとしての複数の第１スリット２２ｃが形成されている。各第１スリット２２ｃは、第２セラミックシート２２を貫通するとともに、第２セラミックシート２２における第１冷媒流入孔２２ａ寄りの位置から第２セラミックシート２２の中央部に亘って直線状に延びている。第１スリット２２ｃの長さは互いに同じであり、第１スリット２２ｃは同一開口面積を有する。複数の第１スリット２２ｃは、少なくとも部分的に第１搭載部１２１（金属板１３ｂ及び半導体素子１３ａ）の直下に配置されている。すなわち、積層方向Ａから見て、第１スリット２２ｃは少なくとも部分的に、第１搭載部１２１と重なり合っている。
【００１５】
また、第２セラミックシート２２における第１冷媒流入孔２２ａと第１冷媒流出孔２２ｂとの間には、スリットとしての複数の第２スリット２２ｄが形成されている。各第２スリット２２ｄは、第２セラミックシート２２を貫通するとともに、第２セラミックシート２２における第１冷媒流出孔２２ｂ寄りの位置から第２セラミックシート２２の中央部に亘って直線状に延びている。第２スリット２２ｄの長さは互いに同じであり、第２スリット２２ｄは同一開口面積を有する。複数の第２スリット２２ｄは、少なくとも部分的に第２搭載部１３１（金属板１４ｂ及び半導体素子１４ａ）の直下に配置されている。すなわち、積層方向Ａから見て、第２スリット２２ｄは少なくとも部分的に、第２搭載部１３１と重なり合っている。
【００１６】
第３セラミックシート２３には貫通孔状の第２冷媒流入孔２３ａが形成されている。第２冷媒流入孔２３ａは、積層方向Ａから見て、第１冷媒流入孔２２ａと重なる位置に形成されている。また、第３セラミックシート２３には貫通孔状の第２冷媒流出孔２３ｂが形成されている。第２冷媒流出孔２３ｂは、積層方向Ａから見て、第１冷媒流出孔２２ｂと重なる位置に形成されている。第２冷媒流入孔２３ａ及び第２冷媒流出孔２３ｂは同一開口面積を有する。
【００１７】
また、第３セラミックシート２３には、各第１スリット２２ｃの延設方向に対して直交する方向に延びる第１連通孔２３ｃが形成されている。第１連通孔２３ｃは、積層方向Ａから見て、各第１スリット２２ｃにおける第１冷媒流入孔２２ａ寄りの端部である一端部と部分的に重なっている。よって、各第１スリット２２ｃと第１連通孔２３ｃとは連通している。さらに、第３セラミックシート２３における第１連通孔２３ｃよりも第２冷媒流出孔２３ｂに近い位置には、各第１スリット２２ｃの延設方向に対して直交する方向に延びる第２連通孔２３ｄが形成されている。第２連通孔２３ｄは、積層方向Ａから見て、各第１スリット２２ｃにおける第１冷媒流出孔２２ｂ寄りの端部である他端部と部分的に重なっている。よって、各第１スリット２２ｃと第２連通孔２３ｄとは連通している。
【００１８】
また、第３セラミックシート２３には、各第２スリット２２ｄの延設方向に対して直交する方向に延びる第３連通孔２３ｅが形成されている。第３連通孔２３ｅは、積層方向Ａから見て、各第２スリット２２ｄにおける第１冷媒流入孔２２ａ寄りの端部である一端部と部分的に重なっている。よって、各第２スリット２２ｄと第３連通孔２３ｅとは連通している。さらに、第３セラミックシート２３における第３連通孔２３ｅよりも第２冷媒流出孔２３ｂに近い位置には、各第２スリット２２ｄの延設方向に対して直交する方向に延びる第４連通孔２３ｆが形成されている。第４連通孔２３ｆは、積層方向Ａから見て、各第２スリット２２ｄにおける第１冷媒流出孔２２ｂ寄りの端部である他端部と部分的に重なっている。よって、各第２スリット２２ｄと第４連通孔２３ｆとは連通している。
【００１９】
第４セラミックシート２４には、第１貫通孔２４ａ、第２貫通孔２４ｂ、及び第３貫通孔２４ｃが形成されている。第１貫通孔２４ａは、積層方向Ａから見て、第２冷媒流入孔２３ａ、及び第１連通孔２３ｃの一部と重なって、第２冷媒流入孔２３ａと第１連通孔２３ｃとを連通している。また、第２貫通孔２４ｂは、積層方向Ａから見て、第２連通孔２３ｄの一部及び第３連通孔２３ｅの一部と重なって、第２連通孔２３ｄと第３連通孔２３ｅとを連通している。さらに、第３貫通孔２４ｃは、積層方向Ａから見て、第４連通孔２３ｆの一部及び第２冷媒流出孔２３ｂと重なって、第４連通孔２３ｆと第２冷媒流出孔２３ｂとを連通している。第５セラミックシート２５は、放熱装置１１の底板部を構成するとともに、その一面（下面）が基体１２における第２面１２ｂである。すなわち、当該第２面１２ｂは、基体１２において、第１面１２ａに対して反対側に位置する面である。
【００２０】
図４に示すように、放熱装置１１の基体１２は、第５セラミックシート２５上に第４セラミックシート２４、第３セラミックシート２３、第２セラミックシート２２、第１セラミックシート２１が順に積層されることにより形成されている。そして、基体１２の内部には、冷媒供給孔２１ａ、第１冷媒流入孔２２ａ、第２冷媒流入孔２３ａ、第１貫通孔２４ａ、第１連通孔２３ｃ、各第１スリット２２ｃ、第２連通孔２３ｄ、第２貫通孔２４ｂ、第３連通孔２３ｅ、各第２スリット２２ｄ、第４連通孔２３ｆ、第３貫通孔２４ｃ、第２冷媒流出孔２３ｂ、第１冷媒流出孔２２ｂ及び冷媒排出孔２１ｂによって、冷媒が流れる冷媒流路１５が形成されている。また、冷媒供給孔２１ａ及び冷媒排出孔２１ｂは基体１２における第１面１２ａに開口している。
【００２１】
第２連通孔２３ｄ、第２貫通孔２４ｂ及び第３連通孔２３ｅは、積層方向Ａから見て、第１搭載部１２１と第２搭載部１３１との間に位置する冷媒流路１５の一部を構成している。そして、第２連通孔２３ｄ、第２貫通孔２４ｂ及び第３連通孔２３ｅによって、冷媒流路１５の一部、すなわち、第１搭載部１２１から第２面１２ｂに向かう方向に延びるとともに、さらに、第２面１２ｂから第２搭載部１３１に向かう方向に延びる冷媒流路１５の一部が形成されている。
【００２２】
第１実施形態では、第２セラミックシート２２が、冷媒流路１５の一部を構成する複数の第１スリット２２ｃ及び第２スリット２２ｄを有するスリット形成層に相当する。また、第１連通孔２３ｃは、各第１スリット２２ｃにおける第１冷媒流入孔２２ａ寄りの一部が重なって各第１スリット２２ｃに連通する連通路に相当する。第２連通孔２３ｄは、各第１スリット２２ｃにおける第２冷媒流出孔２３ｂ寄りの一部が重なって第１スリット２２ｃに連通する連通路に相当する。第３連通孔２３ｅは、各第２スリット２２ｄにおける第１冷媒流入孔２２ａ寄りの一部が重なって各第２スリット２２ｄに連通する連通路に相当する。第４連通孔２３ｆは、各第２スリット２２ｄにおける第１冷媒流出孔２２ｂ寄りの一部が重なって各第２スリット２２ｄに連通する連通路に相当する。そして、第３セラミックシート２３が、連通路に相当する第１連通孔２３ｃ、第２連通孔２３ｄ、第３連通孔２３ｅ、及び第４連通孔２３ｆを有する連通路形成層に相当する。
【００２３】
そして、積層方向Ａにおいて、第１スリット２２ｃ及び第２スリット２２ｄは、第１連通孔２３ｃ、第２連通孔２３ｄ、第３連通孔２３ｅ及び第４連通孔２３ｆに対し第１搭載部１２１及び第２搭載部１３１寄りに位置している。
【００２４】
放熱装置１１では、第１スリット２２ｃにおいて冷媒が流れる下流側に、第２連通孔２３ｄが連設されるとともに、第２連通孔２３ｄに第２貫通孔２４ｂが連設され、基体１２の第１面１２ａから第２面１２ｂに向かって延びる延設流路Ｗが形成される。図４及び図６に示すように、延設流路Ｗでは、基体１２の第１面１２ａ寄りに位置する第１スリット２２ｃによって形成される流路の一部の流路面Ｘ１と、第２面１２ｂ寄りに位置する第２貫通孔２４ｂによって形成される流路の一部の流路面Ｙ１とが、第１〜第５セラミックシート２１〜２５の積層方向において対向している。
【００２５】
流路面Ｘ１は、第２セラミックシート２２よりも上側に位置する第１セラミックシート２１の面で構成されるとともに、流路面Ｙ１は、第４セラミックシート２４よりも下側に位置する第５セラミックシート２５の面で構成される。すなわち、第１スリット２２ｃで形成される流路は、前記積層方向の最上に位置する冷媒流路１５を構成する流路であり、流路面Ｘ１は前記流路の上面に相当する。また、第２貫通孔２４ｂで形成される流路は、前記積層方向の最下に位置する冷媒流路１５を構成する流路であり、流路面Ｙ１は前記流路の下面に相当する。
【００２６】
図５（ａ）に示すように、隣り合う第１スリット２２ｃの間には第１フィン３１が形成されている。また図５（ｂ）に示すように、隣り合う第２スリット２２ｄの間には第２フィン３２が形成されている。
【００２７】
図６に示すように、第１フィン３１の長さＨ（第１スリット２２ｃの長さ）は、積層方向Ａから見て、領域Ｚ（図６においてドットで示す領域）に含まれる長さに設定されている。この領域Ｚは、第１セラミックシート２１の断面において、直線Ａ，Ｂに挟まれる領域であり、これら直線Ａ，Ｂは、基体１２における第１面１２ａとのなす角度θが４５°となるように、金属板１３ｂの両端１３１ｂ，１３２ｂから延びる直線である。なお、基体１２における第１面１２ａに対する直線Ａ，Ｂの角度θは、３０°〜６０°の範囲内であればよい。この直線Ａ，Ｂに挟まれる領域Ｚは、半導体素子１３ａから発する熱が金属板１３ｂを介して放熱装置１１に伝達される熱伝達領域を示している。
【００２８】
そして、第１実施形態においては、積層方向Ａから見て、この領域Ｚに対応する第１連通孔２３ｃの部位が、各第１スリット２２ｃと第１連通孔２３ｃとの重なり部３５とされる。よって、重なり部３５は、半導体素子１３ａから発する熱が金属板１３ｂを介して放熱装置１１に伝達される熱伝達領域内に位置している。すなわち、積層方向Ａから見て、重なり部３５は、第１搭載部１２１が設けられた領域の近傍に位置している。重なり部３５は、各第１スリット２２ｃにおける第１冷媒流入孔２２ａ寄りの端２２１ｃに対して第１スリット２２ｃの内側に位置している。なお、第２フィン３２の長さ（第２スリット２２ｄの長さ）、及び各第２スリット２２ｄと第３連通孔２３ｅとの重なり部３６の説明については、第１フィン３１の長さＨ、及び各第１スリット２２ｃと第１連通孔２３ｃとの重なり部３５の説明と同じであり、その詳細な説明は省略する。
【００２９】
また、図６において、放熱装置１１の断面視において、重なり部３５は、第１搭載部１２１直下の第１の重なり部３５ａと、第１の重なり部３５ａ以外の第２の重なり部３５ｂとから構成されている。そして、第２の重なり部３５ｂの長さが、第１の重なり部３５ａの長さより長くなっている。なおここで言う第２の重なり部３５ｂの長さが、第１の重なり部３５ａの長さより長くなっているとは、放熱装置１１の断面視において、第２の重なり部３５ｂが、第１冷媒流入孔２２ａ側に延設されており、それにより第２の重なり部３５ｂの長さが、第１の重なり部３５ａの長さより長くなっていることを言う。また、ここでは第１搭載部１２１について説明したが、第２搭載部１３１側でも同様の形態としていても良い。なお、「搭載部直下」とは、搭載部に対し冷媒流路１５寄りの領域であって、積層方向Ａから見て、搭載部に重なる領域に相当する。
【００３０】
次に、第１実施形態の作用を説明する。
冷媒供給源から供給された冷媒は、供給管Ｐ１から冷媒供給孔２１ａ、第１冷媒流入孔２２ａ、第２冷媒流入孔２３ａ、第１貫通孔２４ａ及び第１連通孔２３ｃを介して各第１スリット２２ｃ内に流れ込む。ここで、第１連通孔２３ｃから各第１スリット２２ｃに冷媒が流れ込む際には、第１搭載部１２１（半導体素子１３ａ及び金属板１３ｂ）に向かうように第１連通孔２３ｃから各第１スリット２２ｃ内に冷媒が噴出される。これにより、第１連通孔２３ｃから各第１スリット２２ｃに流れ込む冷媒に噴流が生じ、各第１スリット２２ｃ内を流れる冷媒が撹拌される。その結果、例えば、冷媒が第１面１２ａに沿って流れた後、第１搭載部１２１（基体１２における第１面１２ａ）に沿うように各第１スリット２２ｃを流れる場合に比べると、金属板１３ｂを介して放熱装置１１（各第１フィン３１）に伝達される半導体素子１３ａの熱が、各第１スリット２２ｃを流れる冷媒によって効率良く放熱され、半導体素子１３ａに対する冷却性能が向上する。なお、第１実施形態では、半導体素子１３ａは第１の冷却対象物に相当する。
【００３１】
また、各第１スリット２２ｃを流れる冷媒は、第２連通孔２３ｄ、第２貫通孔２４ｂ、第３連通孔２３ｅを介して各第２スリット２２ｄ内に流れ込む。ここで、第３連通孔２３ｅから各第２スリット２２ｄに冷媒が流れ込む際には、第２搭載部１３１（半導体素子１４ａ及び金属板１４ｂ）に向かうように第３連通孔２３ｅから各第２スリット２２ｄ内に冷媒が噴出される。これにより、第３連通孔２３ｅから各第２スリット２２ｄに流れ込む冷媒に噴流が生じ、各第２スリット２２ｄ内を流れる冷媒が撹拌される。その結果、例えば、冷媒が第１面１２ａに沿って流れた後、第２搭載部１３１（基体１２における第１面１２ａ）に沿うように各第２スリット２２ｄを流れる場合に比べると、金属板１４ｂを介して放熱装置１１（各第２フィン３２）に伝達される半導体素子１４ａの熱が、各第２スリット２２ｄを流れる冷媒によって効率良く放熱され、半導体素子１４ａに対する冷却性能が向上する。なお、第１実施形態では、半導体素子１４ａは第２の冷却対象物に相当する。
【００３２】
そして、各第２スリット２２ｄを流れる冷媒は、第４連通孔２３ｆ、第３貫通孔２４ｃ、第２冷媒流出孔２３ｂ、第１冷媒流出孔２２ｂ及び冷媒排出孔２１ｂを介して排出管Ｐ２から放熱装置１１の外部に排出される。
【００３３】
上記第１実施形態では以下の効果が得られる。
（１）積層方向Ａにおいて、第１スリット２２ｃ及び第２スリット２２ｄは、第１連通孔２３ｃ、第２連通孔２３ｄ、第３連通孔２３ｅ及び第４連通孔２３ｆに対し第１搭載部１２１及び第２搭載部１３１寄りに位置している。そして、積層方向Ａから見て、各第１スリット２２ｃと第１連通孔２３ｃとの重なり部３５、及び各第２スリット２２ｄと第３連通孔２３ｅとの重なり部３６は、第１搭載部１２１及び第２搭載部１３１が設けられた領域の近傍に位置している。よって、第１連通孔２３ｃから各第１スリット２２ｃに流れ込む冷媒の流れ、及び第３連通孔２３ｅから各第２スリット２２ｄに流れ込む冷媒の流れが、第１搭載部１２１及び第２搭載部１３１に向かう流れとされ得る。よって、例えば、冷媒が第１搭載部１２１及び第２搭載部１３１に沿うように各第１スリット２２ｃ及び各第２スリット２２ｄを流れる場合に比べると、半導体素子１３ａ，１４ａが効率良く冷却されることができ、半導体素子１３ａ，１４ａに対する冷却性能が向上し得る。
【００３４】
（２）冷却対象物が搭載される第１の搭載部１２１に対応した領域Ｚ、すなわち、上述した熱伝達領域である領域Ｚにおいて、第２の重なり部３５ｂの長さは、第１の重なり部３５ａの長さより長くなっている。ここで、冷媒は細いスリットの冷媒流路に入ってから乱流が発生するが、乱流が熱交換に寄与するまでにタイムラグがある。よって、第２の重なり部３５ｂの長さが、第１の重なり部３５ａより長くなっていることにより、冷媒によって、上流側に位置する伝熱領域から冷却でき半導体素子１３ａが効率良く冷却されることができる。それにより、半導体素子１３ａに対する冷却性能が向上し得る。なお、第１の搭載部１２１と同様に、第２の搭載部１３１および後述する第３の搭載部１７１についても同様の形態とすれば、複数の半導体素子が各搭載部に搭載された場合にも同様の効果が得られる。
【００３５】
（３）冷媒流路１５の一部であって、第２連通孔２３ｄ、第２貫通孔２４ｂ及び第３連通孔２３ｅによって形成されている一部は、第１搭載部１２１から第２面１２ｂに向かう方向に延びるとともに、さらに、該第２面１２ｂから第２搭載部１３１に向かう方向に延びている。よって、冷媒流路１５を流れる冷媒の流れが、第１搭載部１２１及び第２搭載部１３１に向かう流れとされ得る。したがって、半導体素子１３ａが実装された金属板１３ｂが第１搭載部１２１に搭載されるとともに、半導体素子１４ａが実装された金属板１４ｂが第２搭載部１３１に搭載される場合において、半導体素子１３ａ，１４ａが効率良く冷却されることができ、半導体素子１３ａ，１４ａに対する冷却性能が向上し得る。
【００３６】
（４）第１連通孔２３ｃと第１スリット２２ｃ、第２連通孔２３ｅと第２スリット２２ｄ、のそれぞれが各搭載部に向かって階段状とされている。それにより、階段状の冷媒流路１５で冷媒を噴流させるとともに乱流も発生させることができ、各第１スリット２２ｃの上流側の端２２１ｃ及び各第２スリット２２ｄの上流側の端の流路面Ｘ１から効率よく冷却でき冷却性能を向上し得る。その結果として、冷却性能を向上させるために流路を長くする必要もなく放熱装置１１を小型化することができる。
【００３７】
（５）冷媒供給孔２１ａ及び冷媒排出孔２１ｂは、基体１２における第１面１２ａに開口している。よって、基体１２における第１面１２ａに冷媒供給用の供給管Ｐ１や冷媒排出用の排出管Ｐ２を接続することができるため、放熱装置１１に必要な部品が、基体１２における第１面１２ａ側に集約して配置され得る。その結果として、放熱装置１１を小型化することができる。
【００３８】
（６）第１フィン３１の長さＨ（第１スリット２２ｃの長さ）は、積層方向Ａから見て、領域Ｚに含まれる長さに設定されている。この領域Ｚは、金属板１３ｂの両端１３１ｂ，１３２ｂから延びるとともに基体１２における第１面１２ａとのなす角度θが４５°となる直線Ａ，Ｂに挟まれる領域である。これによれば、第１フィン３１の長さＨが半導体素子１３ａの放熱に最低限必要な長さとされ得る。すなわち、第１スリット２２ｃの長さを極力短くすることができ、第１スリット２２ｃが、領域Ｚよりも外側へはみ出す位置まで延びるように形成されている場合に比べると、第１スリット２２ｃ内を流れる冷媒の圧力損失が抑制され得る。
【００３９】
（７）延設流路Ｗが、流路面Ｘ１，Ｙ１が積層方向において互いに対向する流路とされることで、流路面積が小さくなる部分が減らされ得る。したがって、冷媒の圧力損失を低減させることができる。また、流路面Ｘ１，Ｙ１が対向されることで、延設流路Ｗは、積層方向Ａにおいて直線的な流路に近くなる。このため、延設流路Ｗにおける階段状部分を減らすことで、冷媒流路１５の横方向への広がりを低減させ、放熱装置１１の体格が小さくされ得る。
【００４０】
なお、上記第１実施形態は以下のように変更してもよい。
図７に示すように、第２セラミックシート２２に、各第１スリット２２ｃと各第２スリット２２ｄとを連通する連通部２２ｈが形成されてもよい。そして、図８に示すように、第２連通孔２３ｄ、第２貫通孔２４ｂ及び第３連通孔２３ｅが削除されてもよい。これによれば、第２セラミックシート２２のみで、各第１スリット２２ｃから連通部２２ｈを介して各第２スリット２２ｄに冷媒が流され得る。よって、各第１スリット２２ｃから第２連通孔２３ｄ、第２貫通孔２４ｂ及び第３連通孔２３ｅを介して各第２スリット２２ｄに冷媒を流す場合に比べると、冷媒の流れがスムーズになるため、冷媒の圧力損失が抑制され得る。なお、この場合、第１搭載部１２１に、最も冷却されることが望ましい半導体素子を実装した金属板が搭載されるのが好ましい。
【００４１】
図９に示すように、例えば、第１連通孔２３ｃの開口面積を、上記第１実施形態の第１連通孔２３ｃの開口面積よりも小さくして、第１連通孔２３ｃを通過する際の冷媒の流速を速くしてもよい。これによれば、第１連通孔２３ｃから各第１スリット２２ｃに流れ込む冷媒に噴流が生じ易くなる。その結果、半導体素子１３ａに対する冷却性能がさらに向上する。また、同様に、第３連通孔２３ｅの開口面積を、上記第１実施形態の第３連通孔２３ｅの開口面積よりも小さくして、第３連通孔２３ｅを通過する際の冷媒の流速を速くしてもよい。
【００４２】
図１０に示すように、例えば、第１貫通孔２４ａの開口面積を、上記第１実施形態の第１貫通孔２４ａの開口面積よりも大きくしてもよい。また、同様に、第２貫通孔２４ｂの開口面積を、上記第１実施形態の第２貫通孔２４ｂの開口面積よりも大きくしてもよい。
【００４３】
図１１に示すように、積層方向Ａから見て、第１搭載部１２１と第２搭載部１３１との間に位置する冷媒流路１５の一部が、第１搭載部１２１から基体１２における第２面１２ｂに向かう方向に延びた先に位置する第２面１２ｂの部位に、搭載部としての第３搭載部１７１がさらに設けられてもよい。そして、この場合、第２貫通孔２４ｂが複数のスリット４１に代えられるとともに、積層方向Ａから見て、第４セラミックシート２４における第３搭載部１７１と少なくとも部分的に重なる部位に複数のフィン４２が形成される。そして、半導体素子１７ａが実装された金属板１７ｂが第３搭載部１７１に搭載される。半導体素子１７ａは、複数のスリット４１を流れる冷媒によって放熱されることで冷却される。半導体素子１７ａは第３の冷却対象物に相当する。これによれば、放熱装置１１に半導体素子が極力多く搭載されることができ、全体の体積が減らされるとともに、放熱装置１１に搭載された半導体素子１３ａ，１４ａ，１７ａの冷却性能が向上され得る。
【００４４】
第２セラミックシートが、図１２に示すように、波線状の複数の第１スリット４３及び第２スリット４４が形成されてもよい。これによれば、平面視直線状の第１スリット２２ｃ及び第２スリット２２ｄに比べて放熱表面積が増加し、また冷媒の攪拌効果をもつことにより半導体素子１３ａ，１４ａに対する冷却性能がさらに向上され得る。
【００４５】
上記第１実施形態において、冷媒流路１５の冷媒供給孔及び冷媒排出孔の位置が変更されてもよい。例えば、冷媒供給孔及び冷媒排出孔が、基体１２における第２面１２ｂに開口されてもよい。
【００４６】
上記第１実施形態において、第１スリット２２ｃ及び第２スリット２２ｄは、積層方向Ａから見て、それらの少なくとも部分的に、第１搭載部１２１及び第２搭載部１３１を含む領域と重なり合っていればよい。
【００４７】
上記第１実施形態において、第１スリット２２ｃ及び第２スリット２２ｄの数が変更されてもよい。スリットの数は、半導体素子の面積や冷媒流路１５の通路幅などによって変更される。例えば、冷媒流路１５を形成する領域面積を同一とすると、通路幅を大きくすればスリットの数は少なくなり、通路幅を小さくすればスリットの数は多くなる。
【００４８】
上記第１実施形態において、放熱装置１１の基体１２を構成するセラミックシートの積層枚数が変更されてもよい。例えば、セラミックシートの積層枚数は、放熱装置１１内に形成される冷媒流路１５の断面積（流路面積）に応じて増減される。
【００４９】
上記第１実施形態において、半導体素子及び金属板の数は特に限定されるものではない。
上記第１実施形態において、搭載部の数は特に限定されるものではない。
【００５０】
上記第１実施形態において、放熱装置１１の冷却方式が空冷とされてもよい。このように構成した場合、冷媒流路１５には、空気などの冷却用気体が流れることになる。
図４に示す第１実施形態の放熱装置１１において、第１スリット２２ｃに繋がる延設流路Ｗに加えて、その延設流路Ｗと同様の構成を有する延設流路が第２スリット２２ｄ側に設けられても良い。
【００５１】
図１３及び図１４に示すように、延設流路Ｗとして、第１〜第５セラミックシート２１〜２５の積層方向に延びる直線状の延設流路Ｗ１，Ｗ２が設けられても良い。延設流路Ｗ１は、第１スリット２２ｃと、第２連通孔２３ｄと、第２貫通孔２４ｂとによって構成される冷媒流路１５の一部の流路である。延設流路Ｗ２は、冷媒流路１５の一部の流路であって、第２スリット２２ｄと、第４連通孔２３ｆと、第３貫通孔２４ｃとによって構成される。図１４に示すように、延設流路Ｗ１では、第１セラミックシート２１の面で構成される流路面Ｘ１と第５セラミックシート２５の面で構成される流路面Ｙ１とが、積層方向において対向する。この点は、延設流路Ｗ２でも同じである。直線状の延設流路Ｗ１，Ｗ２によれば、流路を階段状に形成する場合に比して、冷媒の圧力損失をさらに低減できる。また、階段状の部分を減らすことで、冷媒流路１５の横方向への広がりがさらに低減し、放熱装置１１の体格をさらに小さくすることもできる。
【００５２】
図１５に示すように、直線状の延設流路Ｗ１を形成する場合は、第２連通孔２３ｄにおける第２冷媒流入孔２３ａ寄りの端に対して反対の端（第２冷却流出孔２３ｂ寄りの端）の位置と、第１スリット２２ｃにおける第１冷媒流入孔２２ａ寄りの端に対して反対の端（第１冷却流出孔２２ｂ寄りの端）の位置と、を一致させる。また、延設流路Ｗ１を形成する場合は、第２連通孔２３ｄにおける第２冷媒流入孔２３ａ寄りの端の位置と、第２貫通孔２４ｂにおける第１貫通孔２４ａ寄りの端の位置と、を一致させる。また、直線状の延設流路Ｗ２を形成する場合は、第４連通孔２３ｆにおける第２冷媒流出孔２３ｂ寄りの端の位置と、第２スリット２２ｄにおける第１冷媒流出孔２２ｂ寄りの端の位置と、を一致させる。また、延設流路Ｗ２を形成する場合は、第４連通孔２３ｆにおける第２冷媒流出孔２３ｂ寄りの端に対して反対の端（第２冷却流入孔２３ａ寄りの端）の位置と、第３貫通孔２４ｃにおける第２貫通孔２４ｂ寄りの端の位置と、を一致させる。
【００５３】
（第２実施形態）
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図１６〜図２０にしたがって説明する。
図１６に示すように、放熱装置１１は、複数枚（第２実施形態では６枚）の第１〜第６セラミック部材２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７を積層してなる基体２１８を備えている。セラミック部材の材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、及びアルミナ・ジルコニアなどが用いられる。また、放熱装置１１の冷却方式として水冷方式を採用する場合、セラミックの材料としては、耐水性の高い材料が好ましい。
【００５４】
基体２１８は、冷媒供給孔２１９と冷媒排出孔２２０とを有する。外部供給される冷媒は、冷媒供給孔２１９を通じて、基体２１８の内部に形成された冷媒流路に供給され、上記冷媒流路を流通した冷媒は、冷媒排出孔２２０を通じて、基体２１８の外部に排出される。冷媒供給孔２１９及び冷媒排出孔２２０は、基体２１８の構成要素である第１セラミック部材２１２にそれぞれ開口している。すなわち、これら冷媒供給孔２１９及び冷媒排出孔２２０は、基体２１８における一方の面（第１面）にそれぞれ開口している。冷媒供給孔２１９には、外部の冷媒供給源に接続される供給管Ｐ１を接続することができるとともに、冷媒排出孔２２０には、冷媒を外部に排出する排出管Ｐ２を接続することができる。また、基体２１８には、第１〜第６セラミック部材２１２，２１３，２１４，２１５，２１６，２１７の積層方向（以下、単に積層方向Ｂと言う場合もある。）から見て、前記冷媒流路と少なくとも部分的に重なる位置に、電子部品２２１の搭載部２２２（図１６に破線で示す）が設けられる。第２実施形態において搭載部２２２は、冷媒供給孔２１９及び冷媒排出孔２２０が開口する第１セラミック部材２１２の面（第１面）であって、基体２１８の外部に位置する面に設けられる。
【００５５】
図１７に示すように、半導体装置１０は、上述した第１実施形態と同様に、放熱装置１１の基体２１８に設けられた搭載部２２２に、電子部品２２１として半導体素子２２６が実装された金属板２２７が搭載されることによって構成される。金属板２２７は、配線層及び接合層として機能するとともに、純アルミニウム（例えば、工業用純アルミニウムである１０００系アルミニウム）や銅である。半導体素子２２６は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やダイオードである。半導体素子２２６と金属板２２７、及び金属板２２７と放熱装置１１とは、例えば半田付けやろう付けなどによって金属接合される。
【００５６】
以下、第２実施形態の放熱装置１１について詳細に説明する。
図１８及び図１９に示すように、放熱装置１１の基体２１８の内部には、冷媒供給孔２１９と冷媒排出孔２２０とに連通する冷媒流路２２８が形成されている。なお、以下の説明は、基体２１８の構成要素であるとともに搭載部２２２を有する第１セラミック部材２１２を「上」とし、第１セラミック部材２１２から最も離れた位置にある第６セラミック部材２１７を「下」として説明する。
【００５７】
冷媒流路２２８は、第１〜第７流路Ｌ１〜Ｌ７を備える。詳細には、第１流路Ｌ１は、冷媒供給孔２１９に連設されるとともに冷媒を鉛直方向下方に流す直線状の流路である。第２流路Ｌ２は、第１流路Ｌ１から分岐されるとともに冷媒を斜め上方に流す流路である。第３流路Ｌ３は、第２流路Ｌ２に連設されるとともに搭載部２２２の直下に形成され、冷媒を水平方向に流す直線状の流路である。第４流路Ｌ４は、第３流路Ｌ３に連設されるとともに冷媒を鉛直方向下方に流す直線状の流路である。第５流路Ｌ５は、第４流路Ｌ４に連設されるとともに冷媒を水平方向に流す直線状の流路である。第６流路Ｌ６は、第５流路Ｌ５に連設されるとともに冷媒を鉛直方向上方に流す直線状の流路である。また、第７流路Ｌ７は、第２流路Ｌ２とともに第１流路Ｌ１から分岐され、冷媒を搭載部２２２の直下に位置する第３流路Ｌ３に向けて鉛直方向下方から上方に流す直線状の流路である。第１〜第６セラミック部材２１２〜２１７には、冷媒流路２２８の構成要素である複数の流路用孔が形成されている。そして、上述した第１〜第７流路Ｌ１〜Ｌ７は、複数の流路用孔が、第１〜第６セラミック部材２１２〜２１７の積層方向で繋ぎ合わせることで構成されている。
【００５８】
以下、図２０を用いて、放熱装置１１の各部材を説明する。なお、図２０においては、セラミック部材を形成するシートをセラミックシートとして称し、セラミック部材と同じ符号を用いて説明する。
【００５９】
図２０に示すように、第２実施形態において放熱装置１１の構成要素である６枚の第１〜第６セラミックシート２１２〜２１７は、その長さ及び幅がそれぞれ同一寸法の矩形状のシートである。
【００６０】
第１セラミックシート２１２は、搭載部２２２が設けられる放熱装置１１の天板を構成し、搭載部２２２の両側には、冷媒供給孔２１９を有する第１流路用孔２１２ａと、冷媒排出孔２２０を有する第６流路用孔２１２ｂと、を有する。第１流路用孔２１２ａと第６流路用孔２１２ｂは同一の開口面積を有する。
【００６１】
第２セラミックシート２１３は、積層された状態において、第１セラミックシート２１２の下方に位置する。第２セラミックシート２１３は、第１流路用孔２１３ａと、第６流路用孔２１３ｂとを有する。第１流路用孔２１３ａは、第１セラミックシート２１２の第１流路用孔２１２ａと同位置に形成されて該第１流路用孔２１２ａと連通し、かつ該第１流路用孔２１２ａと同一の開口面積を有する。第６流路用孔２１３ｂは、第１セラミックシート２１２の第６流路用孔２１２ｂと同位置に形成されて該第６流路用孔２１２ｂと連通し、かつ該第６流路用孔２１２ｂと同一の開口面積を有する。また、第２セラミックシート２１３は、第１流路用孔２１３ａと第６流路用孔２１３ｂとの間に、スリット状の複数本の第３流路用孔２１３ｃを（第２実施形態では５本）有する。各第３流路用孔２１３ｃは、同一形状であり、直線状に延びている。また、第３流路用孔２１３ｃにおいて、その延びる方向（長さ方向）に沿った長さは、搭載部２２２における同一方向に沿った長さよりも長く、複数の第３流路用孔２１３ｃは、その延びる方向（長さ方向）に直交する方向に沿って等間隔で位置している。そして、図１８及び図１９に示すように、第３流路用孔２１３ｃは、部分的に、搭載部２２２の直下に位置しており、その他の第３流路用孔２１３ｃの部分は、積層方向Ｂから見て、搭載部２２２の外側に位置している。
【００６２】
第３セラミックシート２１４は、積層された状態において、第２セラミックシート２１３の下方に位置する。第３セラミックシート２１４は、第１流路用孔２１４ａと、第６流路用孔２１４ｂとを有する。第１流路用孔２１４ａは、第２セラミックシート２１３の第１流路用孔２１３ａと同位置に形成されて該第１流路用孔２１３ａと連通し、かつ該第１流路用孔２１３ａと同一の開口面積を有する。第６流路用孔２１４ｂは、第２セラミックシート２１３の第６流路用孔２１３ｂと連通し、かつ該第６流路用孔２１３ｂと同一の開口面積を有する。また、第３セラミックシート２１４は、第１流路用孔２１４ａと第６流路用孔２１４ｂとの間に、スリット状の複数本の第３流路用孔２１４ｃを（第２実施形態では５本）有する。各第３流路用孔２１４ｃは、同一形状であり、直線状に延びている。各第３流路用孔２１４ｃは、積層方向Ｂから見て、第２セラミックシート２１３の第３流路用孔２１３ｃと部分的に重なる位置にある。そして、各第３流路用孔２１４ｃにおいて、その延びる方向（長さ方向）に沿った長さは、第２セラミックシート２１３の第３流路用孔２１３ｃにおける同一方向に沿った長さよりも長い。また複数の第３流路用孔２１４ｃは、その延びる方向（長さ方向）に直交する方向に沿って等間隔で位置している。また、第２セラミックシート２１３と第３セラミックシート２１４とが積層された状態において、第３流路用孔２１４ｃの両端は、積層方向Ｂから見て、第３流路用孔２１３ｃの両端の位置から外方に向かってそれぞれ同一の長さだけ突出した位置にある。
【００６３】
第２セラミックシート２１３と第３セラミックシート２１４とが積層された状態では、図１９に示すように、各第３流路用孔２１３ｃと各第３流路用孔２１４ｃとが積層方向で重なり合い、セラミックシート２枚分の高さの第３流路Ｌ３が形成される。
【００６４】
第４セラミックシート２１５は、積層された状態において、第３セラミックシート２１４の下方に位置する。第４セラミックシート２１５は、第１流路用孔２１５ａを有している。この第１流路用孔２１５ａは、第３セラミックシート２１４が積層された状態で、積層方向Ｂから見て、第１流路用孔２１４ａの全範囲に重なるとともに、第３流路用孔２１４ｃにおける第１流路用孔２１４ａ寄りの一部の範囲に重なる位置にある。第１流路用孔２１５ａの開口面積は、第３セラミックシート２１４の第１流路用孔２１４ａの開口面積よりも大きい。また、第１流路用孔２１５ａにおいて、第３セラミックシート２１４の第３流路用孔２１４ｃの延びる方向に直交する方向に沿った長さは、最外にそれぞれ位置する第３流路用孔２１４ｃの内面間の長さと同じである。
【００６５】
また、第４セラミックシート２１５は、第６流路用孔２１５ｂを有し、この第６流路用孔２１５ｂは、第３セラミックシート２１４の第６流路用孔２１４ｂと同位置に形成されて該第６流路用孔２１４ｂと連通し、かつ該第６流路用孔２１４ｂと同一の開口面積を有する。また、第４セラミックシート２１５は、第１流路用孔２１５ａと第６流路用孔２１５ｂとの間に第４流路用孔２１５ｃを有し、この第４流路用孔２１５ｃは、積層方向Ｂから見て、各第３流路用孔２１４ｃにおける第６流路用孔２１４ｂ寄りの一部の範囲に重なる位置にある。
【００６６】
また、第４セラミックシート２１５は、第１流路用孔２１５ａと第４流路用孔２１５ｃとの間に、スリット状の複数の第７流路用孔２１５ｄを（第２実施形態では５本）有する。各第７流路用孔２１５ｄは、同一形状であり、直線状に延びている。また、各第７流路用孔２１５ｄは、積層方向Ｂから見て、第３セラミックシート２１４の第３流路用孔２１４ｃと重なる位置にある。そして、各第７流路用孔２１５ｄにおいて、その延びる方向（長さ方向）に沿った長さは、第２，第３セラミックシート２１３，２１４の各第３流路用孔２１３ｃ，２１４ｃにおける同一方向に沿ったそれぞれの長さよりも短い。また複数の第７流路用孔２１５ｄは、その延びる方向（長さ方向）に直交する方向に沿って等間隔で位置している。また、第７流路用孔２１５ｄのそれぞれの中心は、搭載部２２２の中心を、第３流路用孔２１３ｃ，２１４ｃの延びる方向に直交する方向に通る線上に位置している。
【００６７】
第５セラミックシート２１６は、積層された状態において、第４セラミックシート２１５の下方に位置する。第５セラミックシート２１６は、第１流路用孔２１６ａと第５流路用孔２１６ｂとを有する。第１流路用孔２１６ａは、第４セラミックシート２１５が積層された状態で、積層方向Ｂから見て、第１流路用孔２１５ａの全範囲、及び各第７流路用孔２１５ｄの全範囲と重なる位置にある。また、第５流路用孔２１６ｂは、第４セラミックシート２１５が積層された状態で、積層方向Ｂから見て、第６流路用孔２１５ｂの全範囲、及び第４流路用孔２１５ｃの全範囲に重なる位置にある。第６セラミックシート２１７は、積層された状態で、第５セラミックシート２１６の下方に位置する。第６セラミックシート２１７は、放熱装置１１の底板を構成する。
【００６８】
放熱装置１１の基体２１８は、第６セラミック部材２１７上に、第５セラミック部材２１６、第４セラミック部材２１５、第３セラミック部材２１４、第２セラミック部材２１３、第１セラミック部材２１２の順に積層されることによって構成される。このように構成された基体２１８には、前述したように、この基体２１８の内部に冷媒流路２２８が形成される。
【００６９】
第１流路Ｌ１は、第１〜第５セラミック部材２１２〜２１６の各第１流路用孔２１２ａ，２１３ａ，２１４ａ，２１５ａ，２１６ａが繋がることによって形成される。第２流路Ｌ２は、第４セラミック部材２１５の第１流路用孔２１５ａの一部の範囲と、第３セラミック部材２１４の第３流路用孔２１４ｃの一部の範囲と、第２セラミック部材２１３の第３流路用孔２１３ｃの一部の範囲と、が階段状に繋がることによって形成される。第３流路Ｌ３は、第２セラミック部材２１３の第３流路用孔２１３ｃと第３セラミック部材２１４の第３流路用孔２１４ｃとが繋がることによって形成される。
【００７０】
第４流路Ｌ４は、第３セラミック部材２１４の第３流路用孔２１４ｃの一部の範囲と、第４セラミック部材２１５の第４流路用孔２１５ｃと、第５セラミック部材２１６の第５流路用孔２１６ｂの一部の範囲と、が直線状に繋がることによって形成される。第５流路Ｌ５は、第４セラミック部材２１５の第４流路用孔２１５ｃに繋がる第５セラミック部材２１６の第５流路用孔２１６ｂによって形成される。第６流路Ｌ６は、第５セラミック部材２１６の第５流路用孔２１６ｂに繋がるとともに、第１〜第４セラミック部材２１２〜２１５の各第６流路用孔２１２ｂ，２１３ｂ，２１４ｂ，２１５ｂが繋がることによって形成される。第７流路Ｌ７は、第５セラミック部材２１６の第１流路用孔２１６ａに繋がる第４セラミック部材２１５の第７流路用孔２１５ｄによって形成される。
【００７１】
第２実施形態において第３流路Ｌ３は、搭載部２２２の直下において冷媒を流す直下流路となる。また、第２実施形態において第２流路Ｌ２は第３流路Ｌ３における冷媒の流れる方向の上流側に連通され、第２流路Ｌ２に繋がる第１流路Ｌ１とともに冷媒を第３流路Ｌ３に供給する供給流路を構成する。また、第２実施形態において第４流路Ｌ４は第３流路Ｌ３における冷媒の流れる方向の下流側に連通され、第４流路Ｌ４に繋がる第５流路Ｌ５と、第５流路Ｌ５に繋がる第６流路Ｌ６とともに第３流路Ｌ３を流れた冷媒を排出する排出流路を構成する。また、第２実施形態において第７流路Ｌ７は前記供給流路と前記排出流路との間に位置し、第３流路Ｌ３に対して鉛直方向下方から上方に向けて冷媒を噴出させる噴出流路となる。噴出流路となる第７流路Ｌ７は、搭載部２２２の中央部に向けて冷媒を噴出させる。
【００７２】
また、図１９に示すように、基体２１８には、第３流路Ｌ３を構成する第２セラミック部材２１３の第３流路用孔２１３ｃの間にフィン２３０が形成されるとともに、第３流路Ｌ３を構成する第３セラミック部材２１４の第３流路用孔２１４ｃの間にはフィン２３１が形成される。フィン２３０，２３１は、積層方向Ｂで重なり合う。これらのフィン２３０，３１は、ストレートフィンである。
【００７３】
次に、第２実施形態の作用を説明する。
第２実施形態の放熱装置１１では、冷媒供給孔２１９を介して冷媒流路２２８に流入した冷媒が第１流路Ｌ１によって一旦、放熱装置１１の下方に流れる。第１流路Ｌ１を流れた冷媒は、第１流路Ｌ１から分岐する第２流路Ｌ２と第７流路Ｌ７とに分流し、それぞれの流路を流れるとともに、第２流路Ｌ２及び第７流路Ｌ７から第３流路Ｌ３に流れる。第３流路Ｌ３を流れる冷媒には、第３流路Ｌ３を塞ぐ第１セラミック部材２１２の面及びフィン２３０，２３１を通じて電子部品２２１（半導体素子２２６と金属板２２７）の熱が放熱される。そして、第３流路Ｌ３を流れる熱交換後の冷媒は、第４流路Ｌ４、第５流路Ｌ５及び第６流路Ｌ６を流れ、冷媒排出孔２２０から外部に排出される。
【００７４】
第２実施形態の放熱装置１１では、第３流路Ｌ３に対して電子部品２２１の搭載部２２２の外周領域から搭載部２２２に向かって斜め方向から冷媒を流す第２流路Ｌ２と、搭載部２２２の中央部に向かって下から上に冷媒を流す第７流路Ｌ７と、を備えている。これらの第２流路Ｌ２及び第７流路Ｌ７を流れる冷媒は、第３流路Ｌ３に向けて下から上に噴出される。これにより、第３流路Ｌ３を流れる冷媒に噴流が生じ、冷媒が攪拌される。この攪拌により、第３流路Ｌ３を流れる冷媒の温度境界層を薄くする。特に、第７流路Ｌ７により、搭載部２２２において最も高温となる電子部品２２１の中央部に向けて冷媒を噴出させることで、冷媒を直接的に発熱面に当てることができ、温度境界層を効果的に薄くする。
【００７５】
したがって、第２実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（８）第３流路Ｌ３に対して鉛直方向下方から上方に向けて冷媒を噴出させる第７流路Ｌ７を設けることで、冷媒を搭載部２２２に向けて直接的に当てることができる。これにより、第３流路Ｌ３を流れる冷媒の攪拌を効果的に行うことができ、第３流路Ｌ３を流れる冷媒の温度境界層を薄くできる。したがって、冷却対象物に対する冷却性能を向上させることができる。
【００７６】
（９）第７流路Ｌ７を第１流路Ｌ１から分岐した流路として形成している。このため、基体２１８に形成される冷媒流路２２８の構成を簡素化することができる。
（１０）第７流路Ｌ７は、冷媒を搭載部２２２の中央部に向かって噴出させる。これにより、第３流路Ｌ３を流れる冷媒の温度境界層を効果的に薄くできる。したがって、冷却対象物に対する冷却性能をさらに向上させることができる。
【００７７】
（１１）冷媒供給孔２１９や冷媒排出孔２２０を、搭載部２２２を設けた基体２１８の面（第１面）に開口させている。このため、冷媒供給孔２１９に接続される供給管Ｐ１や冷媒排出孔２２０に接続される排出管Ｐ２などの放熱装置１１に必要な部品を集約して配置することができる。その結果、放熱装置１１を小型化することができる。
【００７８】
（１２）第３流路Ｌ３に対して第２流路Ｌ２と第７流路Ｌ７との２つの流路から冷媒を噴出させる。このため、第３流路Ｌ３を流れる冷媒の攪拌を効果的に行うことができる。したがって、第３流路Ｌ３を流れる冷媒の温度境界層を薄くできる。
【００７９】
（１３）直線状の第４流路Ｌ４を設けている。このため、第４流路Ｌ４を階段状の流路とする場合に比して冷媒の圧力損失を低減させることができる。また、第４流路Ｌ４を直線状の流路とすることで、冷媒流路２２８において階段状となる部分を減らすことができ、冷媒流路２２８の横方向への広がりを低減することができる。したがって、放熱装置１１を小型化することができる。
【００８０】
（１４）放熱装置１１を有する半導体装置１０では、電子部品２２１（半導体素子２２６と金属板２２７）を効率良く冷却することができ、電子部品２２１に対する冷却性能を向上させることができる。
【００８１】
（１５）セラミック製の放熱装置１１では、放熱装置１１自体に冷却機能と絶縁機能とを持たせることが可能となる。このため、放熱装置１１に電子部品２２１（半導体素子２２６と金属板２２７）を直接接合することによって半導体装置１０を構成することができる。したがって、半導体装置１０における部品点数の削減や小型化を図ることができる。
【００８２】
なお、第２実施形態は以下のように変更してもよい。
上記第２実施形態において、図２１に示すように、冷媒流路２２８に複数の第７流路Ｌ７を形成しても良い。複数の第７流路Ｌ７を形成する場合、これらの第７流路Ｌ７は冷媒の噴出位置を、積層方向Ｂから見て、搭載部２２２の領域内に位置させることで、噴流の効果をより発揮させることができる。また、複数の第７流路Ｌ７のうち、少なくとも１つの第７流路Ｌ７を搭載部２２２の中央部に向けて冷媒を噴出させる位置に設けると良い。この構成によれば、複数の第７流路Ｌ７によって搭載部２２２に対して広範囲から冷媒を直接的に当てることができ、第３流路Ｌ３を流れる冷媒の温度境界層を効果的に薄くできる。したがって、冷却対象物に対する冷却性能をさらに向上させることができる。
【００８３】
上記第２実施形態において、基体２１８には、第３流路用孔２１３ｃ，２１４ｃを波状にすることで波状のフィンが形成されても良い。波状のフィンは、冷媒との接触面積が増加し、また冷媒の攪拌効果をもつので、冷却性能を向上させることができる。
【００８４】
上記第２実施形態において、第２流路Ｌ２に冷媒を供給する流路と第７流路Ｌ７に冷媒を供給する流路とを異ならせても良い。例えば、第７流路Ｌ７に対して、冷媒を外部から直接供給しても良い。
【００８５】
上記第２実施形態において、基体２１８における冷媒供給孔２１９や冷媒排出孔２２０の位置が変更されても良い。例えば、冷媒供給孔２１９や冷媒排出孔２２０を第６セラミック部材２１７に配置しても良いし、いずれか一方を第１セラミック部材２１２に配置し、他方を第６セラミック部材２１７に配置しても良い。
【００８６】
上記第２実施形態において、第３セラミック部材２１４の第３流路用孔２１４ｃの一部の範囲と、第４セラミック部材２１５の第４流路用孔２１５ｃと、第５セラミック部材２１６の第５流路用孔２１６ｂの一部の範囲と、を階段状に繋げることにより、第４流路Ｌ４を斜め下方に延びる流路としても良い。
【００８７】
上記第２実施形態において、第３流路用孔２１３ｃ，２１４ｃの本数が変更されても良い。これらの本数は、半導体素子の面積や冷媒流路２２８の通路幅などによって変更される。例えば、冷媒流路２２８を形成する領域面積を同一とすると、通路幅を大きくすれば数は少なくなり、通路幅を小さくすれば数は多くなる。
【００８８】
上記第２実施形態において、放熱装置１１の基体２１８を構成するセラミック部材の積層枚数が変更されてもよい。例えば、セラミック部材の積層枚数は、放熱装置１１内に形成される冷媒流路２２８の断面積（流路面積）に応じて増減させる。
【００８９】
上記第２実施形態において、放熱装置１１の冷却方式は液冷及び空冷の何れでも良い。
上記第２実施形態において、放熱装置１１に搭載する電子部品２２１の数を変更しても良い。なお、基体２１８内部の冷媒流路２２８は、電子部品２２１を搭載する搭載部２２２の数や配置などによって適宜変更される。
【符号の説明】
【００９０】
１０…半導体装置、１１…放熱装置、１２，２１８…基体、１２ａ…第１面、１２ｂ…第２面、１３ａ，１４ａ，１７ａ，２２６…半導体素子（冷却対象物）、１３ｂ，１４ｂ，１７ｂ，２２７…金属板、１５，２２８…冷媒流路、２１…セラミックシートとしての第１セラミックシート、２１ａ，２１９…冷媒供給孔、２１ｂ，２２０…冷媒排出孔、２２…スリット形成層に相当するセラミックシートとしての第２セラミックシート、２２ｃ，４３…スリットとしての第１スリット、２２ｄ，４４…スリットとしての第２スリット、２２ｈ…連通部、２３…連通路形成層に相当するセラミックシートとしての第３セラミックシート、２３ｃ…連通路に相当する第１連通孔、２３ｄ…連通路に相当する第２連通孔、２３ｅ…連通路に相当する第３連通孔、２３ｆ…連通路に相当する第４連通孔、２４…セラミックシートとしての第４セラミックシート、２５…セラミックシートとしての第５セラミックシート、３５，３６…重なり部、４１…スリット、１２１…搭載部としての第１搭載部、１３１…搭載部としての第２搭載部、１７１…搭載部としての第３搭載部、２１２〜２１７…第１〜第６セラミック部材（セラミックシート）、２２２…搭載部、２１２ａ，２１３ａ，２１４ａ，２１５ａ，２１６ａ…第１流路用孔、２１２ｂ，２１３ｂ，２１４ｂ，２１５ｂ…第６流路用孔、２１３ｃ，２１４ｃ…第３流路用孔、２１５ｃ…第４流路用孔、２１５ｄ…第７流路用孔、２１６ｂ…第５流路用孔、Ｗ，Ｗ１，Ｗ２…延設流路、Ｘ１，Ｙ１…流路面、Ｌ１〜Ｌ７…第１〜第７流路。
【図１】
2014014054.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】
2014014054.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2014014054.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2014014054.tif 000015
【図１４】
2014014054.tif 000016
【図１５】
2014014054.tif 000017
【図１６】
2014014054.tif 000018
【図１７】
2014014054.tif 000019
【図１８】
2014014054.tif 000020
【図１９】
2014014054.tif 000021
【図２０】
2014014054.tif 000022
【図２１】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年1月14日(2015.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
第１実施形態では、第２セラミックシート２２が、冷媒流路１５の一部を構成する複数の第１スリット２２ｃ及び第２スリット２２ｄを有するスリット形成層に相当する。また、第１連通孔２３ｃは、各第１スリット２２ｃにおける第１冷媒流入孔２２ａ寄りの一部が重なって各第１スリット２２ｃに連通する連通路に相当する。第２連通孔２３ｄは、各第１スリット２２ｃにおける第１冷媒流出孔２２ｂ寄りの一部が重なって各第１スリット２２ｃに連通する連通路に相当する。第３連通孔２３ｅは、各第２スリット２２ｄにおける第１冷媒流入孔２２ａ寄りの一部が重なって各第２スリット２２ｄに連通する連通路に相当する。第４連通孔２３ｆは、各第２スリット２２ｄにおける第１冷媒流出孔２２ｂ寄りの一部が重なって各第２スリット２２ｄに連通する連通路に相当する。そして、第３セラミックシート２３が、連通路に相当する第１連通孔２３ｃ、第２連通孔２３ｄ、第３連通孔２３ｅ、及び第４連通孔２３ｆを有する連通路形成層に相当する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
（４）第１連通孔２３ｃと第１スリット２２ｃ、第３連通孔２３ｅと第２スリット２２ｄ、のそれぞれが各搭載部に向かって階段状とされている。それにより、階段状の冷媒流路１５で冷媒を噴流させるとともに乱流も発生させることができ、各第１スリット２２ｃの上流側の端２２１ｃ及び各第２スリット２２ｄの上流側の端の流路面Ｘ１から効率よく冷却でき冷却性能を向上し得る。その結果として、冷却性能を向上させるために流路を長くする必要もなく放熱装置１１を小型化することができる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
第２セラミックシート２２が、図１２に示すように、波線状の複数の第１スリット４３及び第２スリット４４が形成されてもよい。これによれば、平面視直線状の第１スリット２２ｃ及び第２スリット２２ｄに比べて放熱表面積が増加し、また冷媒の攪拌効果をもつことにより半導体素子１３ａ，１４ａに対する冷却性能がさらに向上され得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
また、図１９に示すように、基体２１８には、第３流路Ｌ３を構成する第２セラミック部材２１３の第３流路用孔２１３ｃの間にフィン２３０が形成されるとともに、第３流路Ｌ３を構成する第３セラミック部材２１４の第３流路用孔２１４ｃの間にはフィン２３１が形成される。フィン２３０，２３１は、積層方向Ｂで重なり合う。これらのフィン２３０，２３１は、ストレートフィンである。
【国際調査報告】
2014014054.tif 000024
2014014054.tif 000025
2014014054.tif 000026
2014014054.tif 000027