(57)【要約】【課題】異方性熱伝導体に発生する応力を抑制しつつ、熱抵抗を低減できる冷却装置を提供すること。【解決手段】冷却装置１Ａであって、発熱体２と、凹部３１を備えるベース面３０を有するヒートシンク３と、凹部３１に設けられ、熱伝導率が異なる熱伝導面４０〜４５を有する異方性熱伝導体４と、を備えている。熱伝導面４０〜４５のうち、熱伝導率が高い方の熱伝導面を高熱伝導面４０〜４３といい、熱伝導率が低い方の熱伝導面を低熱伝導面４４，４５というとき、発熱体２は、異方性熱伝導体４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。異方性熱伝導体４は、ヒートシンク３に対して高熱伝導面４０〜４３の少なくとも一面４２、４３で接合される。【選択図】図１
2018022792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と、
凸部もしくは凹部を備えるベース面を有するヒートシンクと、
前記凸部もしくは前記凹部に設けられ、熱伝導率が異なる熱伝導面を有する異方性熱伝導体と、を備える冷却装置であって、
前記熱伝導面のうち、熱伝導率が高い方の熱伝導面を高熱伝導面といい、熱伝導率が低い方の熱伝導面を低熱伝導面というとき、
前記発熱体は、前記異方性熱伝導体の前記高熱伝導面の少なくとも一部に接合され、
前記異方性熱伝導体は、前記ヒートシンクに対して前記高熱伝導面の少なくとも一面で接合される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
請求項1に記載された冷却装置において、
前記異方性熱伝導体は、複数の高熱伝導面を備え、前記複数の高熱伝導面のうち、前記発熱体が接合される高熱伝導面以外の高熱伝導面を介して前記ヒートシンクに対して接合される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載された冷却装置において、
前記異方性熱伝導体は、前記発熱体が接合される高熱伝導面を介して前記ヒートシンクに対して接合される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までの何れか一項に記載された冷却装置において、
前記異方性熱伝導体は、複数の高熱伝導面と、複数の低熱伝導面と、を備え、
前記複数の高熱伝導面は、互いに対向して配置され、
前記複数の低熱伝導面は、互いに対向して配置され、
前記複数の高熱伝導面の間の距離は、前記複数の低熱伝導面の間の距離よりも長く設定される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載された冷却装置において、
前記異方性熱伝導体の前記低熱伝導面と、前記ヒートシンクとの間には、空隙が設けられる
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項６】
請求項５に記載された冷却装置において、
前記空隙には、応力緩衝剤が充填される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６までの何れか一項に記載された冷却装置において、
前記発熱体及び前記異方性熱伝導体の組は、複数組が設けられ、
前記複数組における異方性熱伝導体は、夫々の低熱伝導面同士が対向配置される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までの何れか一項に記載された冷却装置において、
前記ヒートシンクにおいて前記異方性熱伝導体が形成される前記ベース面と反対側の面に、放熱フィンが設けられる
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項９】
請求項１から請求項７までの何れか一項に記載された冷却装置において、
前記ヒートシンクにおいて前記異方性熱伝導体が形成される前記ベース面と反対側の面に、電気絶縁層が接合され、
前記電気絶縁層において前記ヒートシンクが接合される面と反対側の面に、冷却器が接合される
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までの何れか一項に記載された冷却装置において、
前記高熱伝導面の熱伝導率は、前記ヒートシンクの熱伝導率より高く、
前記低熱伝導面の熱伝導率は、前記ヒートシンクの熱伝導率よりも低い
ことを特徴とする冷却装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までの何れか一項に記載された冷却装置において、
前記ヒートシンクは、銀、銅、アルミニウム及び金のうちいずれか一つである
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、異方性熱伝導体を用いて発熱体を冷却する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パワーモジュールの冷却装置では、ヒートシンクを用いた冷却装置が知られている。この冷却装置は、パワーモジュールと、異方性熱伝導体と、ヒートシンクと、を備える。異方性熱伝導体は、パワーモジュールの熱をヒートシンクに熱分散させる経路となる。異方性熱伝導体は、ヒートシンクのベース面に沿って配された二層構造を有する。第１層目は、縦方向及び横方向の熱伝導率が高く、奥行方向の熱伝導率が低い。第２層目は、縦方向及び奥行方向の熱伝導率が高く、横方向の熱伝導率が低い（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第5784261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、従来の冷却装置にあっては、異方性熱伝導体の第１層目において、奥行方向の熱伝導率が低く、第２層目において、横方向の熱伝導率が低い。例えば、異方性熱伝導体がグラファイトの場合は、熱伝導率と熱膨張率とが反比例する関係にある。このため、熱伝導率が低い方向ほど熱膨張が起こりやすい。これにより、異方性熱伝導体に発生する応力を抑制できない、という問題がある。また、従来の冷却装置にあっては、熱伝導率の低い面がヒートシンクと接触している。このため、パワーモジュールの熱がヒートシンクに伝わりにくい。これにより、冷却装置の熱抵抗を低減できない、という問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、異方性熱伝導体に発生する応力を抑制しつつ、熱抵抗を低減できる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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は、冷却装置であって、発熱体と、凸部もしくは凹部を備えるベース面を有するヒートシンクと、凸部もしくは凹部に設けられ、熱伝導率が異なる熱伝導面を有する異方性熱伝導体と、を備えている。熱伝導面のうち、熱伝導率が高い方の熱伝導面を高熱伝導面といい、熱伝導率が低い方の熱伝導面を低熱伝導面というとき、発熱体は、異方性熱伝導体の高熱伝導面の少なくとも一部に接合される。異方性熱伝導体は、ヒートシンクに対して高熱伝導面の少なくとも一面で接合される。
【発明の効果】
【０００７】
この結果、異方性熱伝導体に発生する応力を抑制しつつ、熱抵抗を低減できる冷却装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】実施例１における冷却装置の全体構成を示す断面図であって、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】実施例１における冷却装置の全体構成を示す断面図であって、図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】実施例１における異方性熱伝導体の構成を示す斜視図である。
【図５】実施例２における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図６】実施例３における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図７】実施例４における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図８】実施例４における冷却装置の全体構成を示す断面図であって、図７のＣ−Ｃ線断面図である。
【図９】実施例４における冷却装置の全体構成を示す断面図であって、図７のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】実施例５における冷却装置の配置構成を示す斜視図である。
【図１１】実施例５における冷却装置の配置構成を示す断面図であって、図１０のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１２】実施例６における冷却装置の配置構成を示す斜視図である。
【図１３】実施例６における冷却装置の配置構成を示す断面図であって、図１２のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１４】実施例７における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１５】実施例８における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１６】実施例８における冷却装置の全体構成を示す断面図であって、図１５のＧ−Ｇ線断面図である。
【図１７】実施例９における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１８】実施例１０における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図１９】実施例１１における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２０】実施例１２における冷却装置の全体構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の冷却装置を実現する最良の形態を、図面に示す実施例１〜実施例１２に基づいて説明する。また、実施例１〜実施例１２を説明するにあたって、用語を下記のとおりに定義付けする。
「異方性熱伝導体」とは、方向によって熱伝導率が異なる性質を有する物質をいう。「熱伝導率」とは、物質の熱伝導のし易さを示すパラメータのことをいう。「熱伝導」とは、物質の高温側から低温側へ熱が伝わる移動現象のことをいう。「熱分散」とは、温度勾配によって物質が移動する現象のことをいう。「温度勾配」とは、任意の２地点間における温度の変化率や変化量のことをいう。「熱膨張率」とは、温度の上昇によって物体の長さや体積が熱膨張する割合を、温度当たりで示したものをいう。「熱膨張」とは、物体の体積が温度の上昇により増加する現象のことをいう。「応力」とは、物体に外部から力が働いたときに、物体に生じる単位面積あたりの力のことをいい、物体の温度変化による引張応力がある。「引張応力」とは、物体に対して外部から引張の力が働いたときに、物体が感じる応力のことをいう。「熱抵抗」とは、物体における熱の通りにくさを意味する。「接合」とは、焼成銀や半田などの接合材を用いて部材同士を熱的に結合することをいう。
【実施例１】
【００１０】
まず、構成を説明する。
実施例１における冷却装置は、走行用駆動源などとして車両に搭載されるモータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。以下、実施例１における冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【００１１】
［全体構成］
図１〜図３は実施例１における冷却装置の全体構成を示す。図４は実施例１における異方性熱伝導体の構成を示す。以下、図１〜図４に基づいて、全体構成を説明する。
【００１２】
以下では、説明の便宜上、ＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係を説明する。詳細には、冷却装置の幅方向をＸ軸方向（＋Ｘ方向)とする。また、Ｘ軸方向に直交して、冷却装置の前後方向をＹ軸方向（＋Ｙ方向)、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に直交し、冷却装置の高さ方向をＺ軸方向（＋Ｚ方向)とする。なお、＋Ｘ方向を右方向（−Ｘ方向を左方向)、＋Ｙ方向を前方向（−Ｙ方向を後方向)、＋Ｚ方向を上方向（−Ｚ方向を下方向)として、適宜使用する。
【００１３】
実施例１の冷却装置１Ａは、図１に示すように、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、を備える。
ここで、「グラファイト」とは、炭素材料から成る元素鉱物をいう。「元素鉱物」とは、天然に産する一定の化学組成を有した無機質結晶質物質のこという。
【００１４】
半導体素子２（例えば、ＳｉＣ）は、インバータ（不図示）のスイッチング回路（不図示）に用いられる。半導体素子２は、図１に示すように、平板状に形成される。半導体素子２は、図１に示すように、グラファイト４に接合される。
【００１５】
銅３は、図１に示すように、半導体素子２の発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、熱伝導率（例えば、４００Ｗ／ｍＫ）を有する。銅３は、図１に示すように、直方体状に形成される。銅３は、図１に示すように、ベース面３０を有する。ベース面３０は、図２及び図３に示すように、−Ｚ方向に窪んだ凹部３１を備える。凹部３１は、図２及び図３に示すように、側面３１ａ，３１ｂと、側面３１ｃ，３１ｄと、底面３１ｅと、を備える。側面３１ａ，３１ｂは、図２に示すように、Ｘ方向に対向する。側面３１ｃ，３１ｄは、図３に示すように、Ｙ方向に対向する。凹部３１の幅は、図２に示すように、グラファイト４の幅などを考慮して設定される。凹部３１の深さは、図２に示すように、グラファイト４の高さなどを考慮して設定される。凹部３１の前後方向の長さは、図３に示すように、グラファイト４の前後方向の長さなどを考慮して設定される。
【００１６】
グラファイト４は、図１に示すように、半導体素子２で発生した熱を、接合材５を介して銅３に伝導する。グラファイト４は、図４に示すように、直方体状に形成される。グラファイト４は、図２及び図３に示すように、銅３の凹部３１に設けられる。グラファイト４は、図４に示すように、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。積層されたグラフェン（不図示）は、ファンデルワールス力で結合している。グラファイト４は、図４に示すＸ方向と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。グラファイト４のＹＺ方向における熱伝導率は、１０００〜１５００Ｗ／ｍＫである。グラファイト４のＸ方向における熱伝導率は、５〜１００Ｗ／ｍＫである。グラファイト４は、図４に示すように、熱伝導率が異なる複数の熱伝導面４０〜４５を備える。図４に示す熱伝導面４０〜４５のうち、熱伝導率が高い方の面４０〜４３を高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４，４５を低熱伝導面とする。高熱伝導面４２，４３の間の距離Ｌ１は、図４に示すように、低熱伝導面４４，４５の間の距離Ｌ２よりも長く設定される。
ここで、「グラフェン」とは、１原子の厚さのsp２結合炭素原子のシートのことをいう。「sp２結合」とは、原子価状態の軌道関数を表すために人為的に導入された混成軌道のことをいう。「ファンデルワールス力」とは、原子、イオン、分子間に働く引力または反発力の総称であって、例えば、炭素原子間に働く引力のことをいう。
【００１７】
接合材５は、図３に示すように、銅３の凹部３１において、グラファイト４を銅３に対して接合する。
【００１８】
［配置構成］
以下、図２及び図３に基づいて、配置構成を説明する。
【００１９】
半導体素子２は、図２及び図３に示すように、グラファイト４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
ここで、「少なくとも一部」とは、一部又は全部を含む意味であり、グラファイト４の高熱伝導面４０の一部に半導体素子２を接合する場合と、高熱伝導面４０の全部に半導体素子２を接合する場合とを含む。
【００２０】
グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、図３に示すように、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、図３に示すように、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４の低熱伝導面４４，４５は、図２に示すように、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、図３に示すように、銅３に対して高熱伝導面４０〜４３の少なくとも一面４２，４３で接合される。即ち、グラファイト４は、図３に示すように、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４２，４３を介して銅３に対して接合される。グラファイト４は、図３に示すように、凹部３１の側面３１ｃに対して、接合材５を介して高熱伝導面４２で接合される。グラファイト４は、図３に示すように、凹部３１の側面３１ｄに対して、接合材５を介して高熱伝導面４３で接合される。凹部３１の側面３１ａと、低熱伝導面４４との間は、図２に示すように、接合材５が介在しない。凹部３１の側面３１ｂと、低熱伝導面４５との間は、図２に示すように、接合材５が介在しない。そのため、グラファイト４は、図４に示すように、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。
ここで、「高熱伝導面の少なくとも一面」とは、複数の高熱伝導面と、単一の高熱伝導面との双方を含む意味である。「高熱伝導面の少なくとも一面で接合される」とは、グラファイト４が銅３に対して複数の高熱伝導面で接合される場合と、銅３に対して一つの高熱伝導面で接合される場合と、の双方を含む。
【００２１】
次に、作用を説明する。
実施例１の冷却装置１Ａにおける作用を、「熱膨張の発生メカニズム」と、「冷却装置１Ａにおける特徴作用」に分けて説明する。
【００２２】
［熱膨張の発生メカニズム］
一般的なパワーモジュールなどの半導体素子においては、発熱するチップ間で熱干渉を生じることなくすることが必要である。
ここで、「熱干渉」とは、例えば、発熱量の大きな複数のチップが近くに配置されることにより、各チップが発する熱が干渉し合い、各チップが高温になることをいう。
【００２３】
このような問題を解決するために、従来では、即時にヒートシンク全体に熱拡散を行うことができる冷却装置及びこれを用いたパワーモジュールが知られている。このパワーモジュールは、発熱する第１のチップ及び第２のチップを備える。冷却装置は、パワーモジュールを冷却する。冷却装置は、ベース面を有するヒートシンクを備える。ベース面には、パワーモジュールが密着する。ヒートシンクは、ベース面を備えた本体と、平板状の異方性高熱伝導体と、で構成される。異方性高熱伝導体は、縦、横、奥行方向の内の２方向の熱伝導率が高く、１方向の熱伝導率が低い。異方性高熱伝導体は、ヒートシンクの本体よりも熱伝導率の高い、第１の高熱伝導体及び第２の高熱伝導体を備える。第１の高熱伝導体及び第２の高熱伝導体は、ヒートシンクのベース面に沿って配された２層構造の異方性高熱伝導体として構成される。第１層目は、熱伝導率の低い方向が、ヒートシンクの表面と水平な方向、即ち、奥行方向である。第２層目は、熱伝導率の低い方向が、ヒートシンクの表面と水平、かつ、第１層目の熱伝導率が低い方向とは垂直な方向、即ち、横方向である。第１のチップは、第１の高熱伝導体の一端に配線基板を通して当接する。第２のチップは、第２の高熱伝導体の一端に配線基板を通して当接する。第１のチップは、第１の高熱伝導体を介して、第２のチップと別の独立した熱分散経路に接続される。第２のチップは、第２の高熱伝導体を介して、第１のチップと別の独立した熱分散経路に接続される。
しかし、上記のような冷却装置にあっては、積層異方性高熱伝導体の１層目において、奥行方向の熱伝導率が低く、第２層目において、横方向の熱伝導率が低い。例えば、グラファイトは、グラフェンが積層された構造を有する。そのため、グラファイトは、熱伝導率や引張強度に異方性を有する。グラフェンは、ファンデルワールス力で結合しているため、積層方向に引っ張られると、はがれやすい性質を持つ。グラファイトは、熱伝導率と熱膨張率とが反比例する関係にある。このため、異方性熱伝導体にグラファイトを用いると、熱伝導率が低い方向ほど熱膨張が起こりやすい。これにより、異方性熱伝導体に発生する応力を抑制できない、という課題がある。
【００２４】
［冷却装置１Ａにおける特徴作用］
これに対し、実施例１では、半導体素子２は、グラファイト４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合され、グラファイト４は、銅３に対して高熱伝導面の少なくとも一面４２，４３で接合される。
即ち、高熱伝導面４０，４２は、低熱伝導面４４，４５よりも熱伝導率が高い。このため、半導体素子２の発生する熱は、高熱伝導面４０，４２，４３を介してＹＺ方向（高熱伝導方向）に拡散されやすい。これにより、熱膨張が起こりやすい低熱伝導面４４，４５への熱の拡散が抑制される。つまり、グラファイト４に発生する応力を抑制できる。また、グラファイト４は、高熱伝導面４２，４３を介して銅３に接合される。このため、半導体素子２の発生する熱が、銅３の広い範囲に拡散される。これにより、冷却装置１Ａの熱抵抗を低減できる。
その結果、グラファイト４に発生する応力を抑制しつつ、熱抵抗を低減できる。
加えて、グラファイト４は、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。グラファイト４のＸ方向の熱膨張率は、銅３の熱膨張率よりも大きい。グラファイト４及び銅３の温度が低下する場合、銅３よりもグラファイト４の方が熱収縮時のひずみが大きい。そのため、低熱伝導面４４，４５を銅３に接合させた状態で温度が低下すると、グラファイト４の引張応力により、グラファイト４が銅３から剥離するおそれがある。これに対し、実施例１では、低熱伝導面４４，４５を銅３に接合させない。このため、熱収縮による低熱伝導面４４，４５での引張応力の発生を抑制できる。これにより、グラファイト４の剥離を抑制できる。
従って、冷却装置１Ａの信頼性が向上する。
【００２５】
実施例１では、グラファイト４は、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４２，４３を介して銅３に対して接合される。
即ち、グラファイト４は、２つの高熱伝導面４２，４３を介して銅３に対して接合される。このため、１つの高熱伝導面を介して銅３に対して接合する場合と比べて接合面積が増える。これにより、半導体素子２の発生する熱がより広い範囲に拡散される。
従って、１つの高熱伝導面を介して銅３にグラファイト４を接合する場合と比べて、冷却装置１Ａの熱抵抗を低減できる。
【００２６】
実施例１では、高熱伝導面４２，４３の間の距離Ｌ１は、低熱伝導面４４，４５の間の距離Ｌ２よりも長く設定される。
即ち、対向する高熱伝導面４２，４３の距離Ｌ１が、対向する低熱伝導面４４，４５の距離Ｌ２よりも大きい。このため、半導体素子２で発生する熱がより広い範囲に拡散される。
従って、冷却装置１Ａの熱抵抗をより低減できる。
【００２７】
実施例１では、高熱伝導面４０〜４３の熱伝導率は、銅３の熱伝導率より高く、低熱伝導面４４，４５の熱伝導率は、銅３の熱伝導率よりも低い。
即ち、銅３の熱伝導率が例えば、４００Ｗ／ｍＫであるのに対して、グラファイト４の高熱伝導面４０〜４３における熱伝導率は１０００〜１５００Ｗ／ｍＫである。このため、半導体素子２を直接銅３に接合するよりも、半導体素子２で発生する熱がより広範囲に拡散される。また、低熱伝導面４４，４５における熱伝導率は５〜１００Ｗ／ｍＫであり、銅３の熱伝導率と比べて低い。このため、低熱伝導面４４，４５を銅３に接合しなくても熱抵抗への影響を抑制できる。
従って、半導体素子２で発生する熱を銅３の広い範囲で抜熱できる。
ここで、「抜熱」とは、半導体素子２で発生する熱を拡散させることをいう。
【００２８】
実施例１では、ヒートシンクは、銅である。
即ち、ヒートシンクは、金属の中でも比較的熱伝導率が良い銅３で構成される。
従って、半導体素子２で発生する熱の放熱性を向上できる。
【００２９】
次に、効果を説明する。
実施例１における冷却装置１Ａにあっては、下記に列挙する効果が得られる。
【００３０】
(1) 発熱体（半導体素子２）と、
凸部もしくは凹部（凹部３１）を備えるベース面（ベース面３０）を有するヒートシンク（銅３）と、
凸部もしくは凹部（凹部３１）に設けられ、熱伝導率が異なる熱伝導面（熱伝導面４０〜４５）を有する異方性熱伝導体（グラファイト４）と、を備える冷却装置（冷却装置１Ａ）であって、
熱伝導面（熱伝導面４０〜４５）のうち、熱伝導率が高い方の熱伝導面を高熱伝導面（高熱伝導面４０〜４３）といい、熱伝導率が低い方の熱伝導面を低熱伝導面（低熱伝導面４４，４５）というとき、
発熱体（半導体素子２）は、異方性熱伝導体（グラファイト４）の高熱伝導面（高熱伝導面４０）の少なくとも一部に接合され、
異方性熱伝導体（グラファイト４）は、ヒートシンク（銅３）に対して高熱伝導面（高熱伝導面４０〜４３）の少なくとも一面（高熱伝導面４２，４３）で接合される（図３）。
このため、異方性熱伝導体（グラファイト４）に発生する応力を抑制しつつ、熱抵抗を低減できる冷却装置（冷却装置１Ａ）を提供することができる。
【００３１】
(2) 異方性熱伝導体（グラファイト４）は、複数の高熱伝導面（高熱伝導面４０〜４３）を備え、複数の高熱伝導面（高熱伝導面４０〜４３）のうち、発熱体（半導体素子２）が接合される高熱伝導面（高熱伝導面４０）以外の高熱伝導面（高熱伝導面４２，４３）を介してヒートシンク（銅３）に対して接合される。
このため、１つの高熱伝導面を介してヒートシンク（銅３）に異方性熱伝導体（グラファイト４）を接合する場合と比べて、冷却装置（冷却装置１Ａ）の熱抵抗を低減できる。
【００３２】
(3) 異方性熱伝導体（グラファイト４）は、複数の高熱伝導面（高熱伝導面４０〜４３）と、複数の低熱伝導面（低熱伝導面４４，４５）と、を備え、
複数の高熱伝導面（高熱伝導面４２，４３）は、互いに対向して配置され、
複数の低熱伝導面（低熱伝導面４４，４５）は、互いに対向して配置され、
複数の高熱伝導面（高熱伝導面４２，４３）の間の距離（距離Ｌ１）は、複数の低熱伝導面（低熱伝導面４４，４５）の間の距離（距離Ｌ２）よりも長く設定される（図２）。
このため、(1)及び(2)の効果に加え、冷却装置（冷却装置１Ａ）の熱抵抗をより低減できる。
【００３３】
(4) 高熱伝導面（高熱伝導面４０〜４３）の熱伝導率は、ヒートシンク（銅３）の熱伝導率より高く、
低熱伝導面（低熱伝導面４４，４５）の熱伝導率は、ヒートシンク（銅３）の熱伝導率よりも低い（図１）。
このため、(1)〜(3)の効果に加え、発熱体（半導体素子２）で発生する熱をヒートシンク（銅３）の広い範囲で抜熱できる。
【００３４】
(5) ヒートシンク（銅３）は、銀、銅、アルミニウム及び金のうちいずれか一つである（図１）。
このため、(1)〜(4)の効果に加え、半導体素子２で発生する熱の放熱性を向上できる。
【実施例２】
【００３５】
実施例２は、ベース面が凸部を備える例である。
【００３６】
まず、構成を説明する。
実施例２における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。図５は実施例２における冷却装置の全体構成を示す。以下、図５に基づいて、実施例２における冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【００３７】
［全体構成］
冷却装置１Ｂは、実施例１と同様に、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、を備える。
【００３８】
銅３は、実施例１と同様に、半導体素子２の発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、実施例１と同様に、ベース面３０を有する。ベース面３０は、一対の凸部３２を備える。一対の凸部３２は、ベース面３０において、Ｙ方向に離間した位置に配置される。一対の凸部３２間のＹ方向における離間距離は、グラファイト４のＹ方向の寸法などを考慮して設定される。一対の凸部３２間のＺ方向における高さは、グラファイト４のＺ方向の高さなどを考慮して設定される。
【００３９】
グラファイト４は、実施例１と同様に、半導体素子２で発生した熱を接合材５を介して銅３に伝導する。グラファイト４は、銅３の一対の凸部３２間に設けられる。グラファイト４は、実施例１と同様に、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、Ｘ方向（積層方向）と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、熱伝導率が異なる熱伝導面４０〜４５を有する。実施例１と同様に、熱伝導面４０〜４５のうち、熱伝導率が高い方の面４０〜４３を高熱伝導面とし、面４４，４５を低熱伝導面とする。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【００４０】
［配置構成］
半導体素子２は、実施例１と同様に、グラファイト４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
【００４１】
グラファイト４は、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４１〜４３を介して銅３に対して接合される。グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４の低熱伝導面４４，４５は、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、一対の凸部３２間のベース面３０に対して、接合材５を介して高熱伝導面４１で接合される。グラファイト４は、一対の凸部３２の側面に対して、接合材５を介して高熱伝導面４２，４３で接合される。低熱伝導面４４，４５は、冷却装置１Ｂの外部に露出している。即ち、低熱伝導面４４，４５は、銅３に対して接合されない。
【００４２】
次に、作用を説明する。
実施例２では、グラファイト４は、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４１〜４３を介して銅３に対して接合される。
即ち、グラファイト４は、３つの高熱伝導面４１〜４３を介して銅３に対して接合される。このため、２つ以下の高熱伝導面を介して銅３に対して接合する場合と比べて接合面積が増える。これにより、半導体素子２の発生する熱がより広い範囲に拡散される。
従って、２つ以下の高熱伝導面を介してヒートシンク（銅３）に異方性熱伝導体（グラファイト４）を接合する場合と比べて、冷却装置１Ｂの熱抵抗を低減できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００４３】
次に、効果を説明する。
実施例２における冷却装置１Ｂにあっては、実施例１の(1)〜(5)と同様の効果を得ることができる。
【実施例３】
【００４４】
実施例３は、発熱体が接合される高熱伝導面を介して、異方性熱伝導体がヒートシンクに接合される例である。
【００４５】
まず、構成を説明する。
実施例３における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。図６は実施例３における冷却装置の全体構成を示す。以下、図６に基づいて、実施例３における冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【００４６】
［全体構成］
冷却装置１Ｃは、実施例１と同様に、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、を備える。
【００４７】
銅３は、実施例１と同様に、半導体素子２の発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、実施例１と同様に、ベース面３０を有する。ベース面３０は、一対の凸部３３を備える。凸部３３は、基端部３３Ｂと、先端部３３Ｔと、を備える。基端部３３Ｂは、Ｚ方向に延びる柱状に形成される。先端部３３Ｔは、各基端部３３Ｂに対してＹ方向に折れ曲がった形状を有する。一対の基端部３３Ｂは、ベース面３０において、Ｙ方向に離間した位置に配置される。一対の基端部３３Ｂ間のＹ方向における離間距離は、グラファイト４のＹ方向の寸法などを考慮して設定される。一対の基端部３３Ｂ間のＺ方向における距離は、グラファイト４のＺ方向の寸法などを考慮して設定される。一対の先端部３３Ｔ間のＹ方向における離間距離は、半導体素子２のＹ方向の寸法などを考慮して設定される。
【００４８】
グラファイト４は、実施例１と同様に、半導体素子２で発生した熱を銅３に伝導する。グラファイト４は、銅３の一対の凸部３３間に設けられる。グラファイト４は、実施例１と同様に、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、Ｘ方向と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、熱伝導率が異なる熱伝導面４０〜４５を有する。熱伝導面４０〜４５のうち、熱伝導率が高い方の面４０〜４３を高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４，４５を低熱伝導面とする。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【００４９】
［配置構成］
半導体素子２は、実施例１と同様に、グラファイト４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
【００５０】
グラファイト４は、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０を介して銅３に対して接合される。グラファイト４は、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４１〜４３を介しても銅３に対して接合される。グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４の低熱伝導面４４，４５は、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、各先端部３３Ｔの下面３３ＴＤに対して、接合材５を介して高熱伝導面４０で接合される。グラファイト４は、各基端部３３Ｂ間のベース面３０に対して、接合材５を介して高熱伝導面４１で接合される。グラファイト４は、各基端部３３Ｂの側面に対して、接合材５を介して高熱伝導面４２，４３で接合される。低熱伝導面４４，４５は、冷却装置１Ｃの外部に露出している。即ち、グラファイト４は、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。
【００５１】
次に、作用を説明する。
実施例３では、グラファイト４は、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０を介して銅３に対して接合される。
即ち、グラファイト４は、高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４１〜４３に加えて、高熱伝導面４０によっても銅３に対して接合される。これにより、高熱伝導面４０以外の高熱伝導面で銅３にグラファイト４を接合する場合と比べて、半導体素子２から発生する熱の抜熱経路を拡大できる。
従って、冷却装置１Ｃの熱抵抗をより低減できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００５２】
次に、効果を説明する。
実施例３における冷却装置１Ｃにあっては、上記(1)〜(5)の効果に加え、下記の効果が得られる。
【００５３】
(6) 異方性熱伝導体（グラファイト４）は、発熱体（半導体素子２）が接合される高熱伝導面（高熱伝導面４０）を介してヒートシンク（銅３）に対して接合される（図６）。
このため、冷却装置（冷却装置１Ｃ）の熱抵抗をより低減できる。
【実施例４】
【００５４】
実施例４は、発熱体が接合される高熱伝導面を介して、異方性熱伝導体がヒートシンクに接合される例である。
【００５５】
まず、構成を説明する。
実施例４における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。以下、実施例４における冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【００５６】
［全体構成］
図７〜図９は実施例４における冷却装置の全体構成を示す。以下、図７〜図９に基づいて、実施例４における冷却装置の全体構成を説明する。
【００５７】
冷却装置１Ｄは、図７に示すように、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、を備える。
【００５８】
銅３は、図７に示すように、半導体素子２の発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、図７に示すように、直方体状の本体部３Ｂと、一対の平板部３Ｆと、を備える。本体部３Ｂは、図７に示すように、ベース面３０を有する。ベース面３０は、図７に示すように、−Ｚ方向に窪んだ凹部３１を備える。凹部３１は、図８及び図９に示すように、側面３１ａ，３１ｂと、側面３１ｃ，３１ｄと、底面３１ｅと、を備える。側面３１ａ，３１ｂは、図８に示すように、Ｘ方向に対向する。側面３１ｃ，３１ｄは、図９に示すように、Ｙ方向に対向する。各平板部３Ｆは、図７に示すように、Ｙ方向に離間した位置に配置される。各平板部３ＦのＹ方向における離間距離は、図７に示すように、半導体素子２のＹ方向の寸法などを考慮して設定される。
【００５９】
グラファイト４は、図７に示すように、半導体素子２で発生した熱を銅３に伝導する。グラファイト４は、図８及び図９に示すように、銅３の凹部３１に設けられる。グラファイト４は、実施例１と同様に、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、Ｘ方向と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。グラファイト４は、図７〜図９に示すように、熱伝導率が異なる複数の熱伝導面４０〜４５を備える。熱伝導面４０〜４５のうち、熱伝導率が高い方の面４０〜４３（図９）を高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４，４５（図８）を低熱伝導面とする。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【００６０】
［配置構成］
以下、図８及び図９に基づいて、配置構成を説明する。
【００６１】
半導体素子２は、図８及び図９に示すように、グラファイト４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
【００６２】
グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、図９に示すように、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、図９に示すように、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。低熱伝導面４４，４５は、図８に示すように、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、図８及び図９に示すように、銅３に対して高熱伝導面４０〜４３で接合される。即ち、グラファイト４は、図９に示すように、各平板部３Ｆの下面３ＦＤに対して、接合材５を介して高熱伝導面４０で接合される。グラファイト４は、図９に示すように、凹部３１の３１ｅに対して、接合材５を介して高熱伝導面４１で接合される。グラファイト４は、図９に示すように、凹部３１の側面３１ｃに対して高熱伝導面４２で接合される。グラファイト４は、図９に示すように、凹部３１の側面３１ｄに対して高熱伝導面４３で接合される。グラファイト４は、図８に示すように、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。即ち、凹部３１の側面３１ａと、低熱伝導面４４との間には、図８に示すように、接合材５が介在しない。凹部３１の側面３１ｂと、低熱伝導面４５との間には、図８に示すように、接合材５が介在しない。
【００６３】
次に、作用を説明する。
実施例４では、グラファイト４は、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０を介して銅３に対して接合される。
即ち、グラファイト４は、高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４１〜４３に加えて、高熱伝導面４０によっても銅３に対して接合される。これにより、高熱伝導面４０以外の高熱伝導面で銅３にグラファイト４を接合する場合と比べて、半導体素子２から発生する熱の抜熱経路を拡大できる。
従って、冷却装置１Ｄの熱抵抗をより低減できる。
なお、他の作用は、実施例１及び実施例３と同様であるので、説明を省略する。
【００６４】
次に、効果を説明する。
実施例４における冷却装置１Ｄにあっては、実施例１の(1)〜(5)及び実施例３の(6)と同様の効果を得ることができる。
【実施例５】
【００６５】
実施例５は、異方性熱伝導体の低熱伝導面と、ヒートシンクとの間に空隙を設けた例である。
【００６６】
まず、構成を説明する。
実施例５における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。以下、実施例５における冷却装置における「配置構成」について説明する。なお、実施例５の冷却装置における「全体構成」については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００６７】
図１０及び図１１は実施例５における冷却装置１Ｅの配置構成を示す。以下、図１０及び図１１に基づいて、実施例５における冷却装置１Ｅの配置構成を説明する。
【００６８】
半導体素子２（発熱体）は、図１０及び図１１に示すように、グラファイト４（異方性熱伝導体）の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
【００６９】
グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、図１０に示すように、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、図１０に示すように、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４の低熱伝導面４４，４５は、図１１に示すように、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、図１０に示すように、銅３に対して高熱伝導面４０〜４３の少なくとも一面４２，４３で接合される。即ち、グラファイト４は、図１０に示すように、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４２，４３を介して銅３に対して接合される。グラファイト４は、図１０に示すように、凹部３１に対して、接合材５を介して高熱伝導面４２，４３で接合される。グラファイト４は、図１１に示すように、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。即ち、凹部３１の側面３１ａと、低熱伝導面４４との間には、図１１に示すような空隙Ｇ１が設けられる。凹部３１の側面３１ｂと、低熱伝導面４５との間には、図１１に示すような空隙Ｇ２が設けられる。
【００７０】
次に、作用を説明する。
実施例５では、グラファイト４の低熱伝導面４４，４５と、銅３との間には、空隙Ｇ１，Ｇ２が設けられる。
即ち、グラファイト４の低熱伝導面４４，４５が、いずれも銅３との間に空隙を有する。これにより、温度上昇時における銅３とグラファイト４の熱膨張率の違いによりグラファイト４に発生する圧縮応力が、空隙によって抑制される。
従って、冷却装置１Ｅの信頼性を向上できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００７１】
次に、効果を説明する。
実施例５における冷却装置１Ｅにあっては、上記(1)〜(5)の効果に加え、下記の効果が得られる。
【００７２】
(7) 異方性熱伝導体（グラファイト４）の低熱伝導面（低熱伝導面４４，４５）と、ヒートシンク（銅３）との間には、空隙（空隙Ｇ１，Ｇ２）が設けられる（図１１）。
このため、冷却装置（冷却装置１Ｅ）の信頼性を向上できる。
【実施例６】
【００７３】
実施例６は、異方性熱伝導体の低熱伝導面と、ヒートシンクとの間の空隙に応力緩衝剤を充填した例である。
【００７４】
まず、構成を説明する。
実施例６における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。以下、実施例６における冷却装置における「配置構成」について説明する。なお、実施例６の冷却装置における「全体構成」については、実施例１と同様であるので説明を省略する。
【００７５】
図１２及び図１３は実施例６における冷却装置１Ｆの配置構成を示す。以下、図１２及び図１３に基づいて、実施例６における冷却装置１Ｆの配置構成を説明する。
【００７６】
半導体素子２（発熱体）は、図１２及び図１３に示すように、グラファイト４（異方性熱伝導体）の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
【００７７】
グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、図１２に示すように、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、図１２に示すように、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４の低熱伝導面４４，４５は、図１３に示すように、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、図１２に示すように、銅３に対して高熱伝導面４０〜４３の少なくとも一面４２，４３で接合される。即ち、グラファイト４は、図１２に示すように、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４２，４３を介して銅３に対して接合される。グラファイト４は、図１２に示すように、凹部３１に対して、接合材５を介して高熱伝導面４２，４３で接合される。グラファイト４は、図１３に示すように、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。即ち、凹部３１の側面３１ａと、低熱伝導面４４との間には、図１３に示すような空隙Ｇ１が設けられる。凹部３１の側面３１ｂと、低熱伝導面４５との間には、図１３に示すような空隙Ｇ２が設けられる。空隙Ｇ１，Ｇ２には、図１３に示すような応力緩衝剤Ｃ（例えば、ゲル）が充填される。
ここで、「応力緩衝剤」とは、例えば、グラファイト４のＸ方向における熱伝導率（５〜１００Ｗ／ｍＫ）よりも低い熱伝導率を有し、且つ、Ｘ方向に作用する圧縮応力を吸収可能な柔軟性のある材料をいう。「ゲル」とは、分散質のネットワークにより高い粘性を持ち流動性を失い、系全体としては固体状になったものをいう。
【００７８】
次に、作用を説明する。
実施例６では、グラファイト４の低熱伝導面４４，４５と、銅３との間の空隙Ｇ１，Ｇ２には、応力緩衝剤Ｃが充填される。
即ち、グラファイト４の低熱伝導面４４，４５が、いずれも銅３との間の隙間に応力緩衝剤Ｃを有する。これにより、温度上昇時における銅３とグラファイト４の熱膨張率の違いによりグラファイト４に発生する圧縮応力が、応力緩衝剤Ｃによって緩衝される。
従って、冷却装置１Ｆの信頼性をより向上できる。
なお、他の作用は、実施例１、実施例３及び実施例５と同様であるので、説明を省略する。
【００７９】
次に、効果を説明する。
実施例６における冷却装置１Ｆにあっては、上記(1)〜(5),(7)の効果に加え、下記の効果が得られる。
【００８０】
(8) 空隙（空隙Ｇ１，Ｇ２）には、応力緩衝剤（応力緩衝剤Ｃ）が充填される（図１３）。
このため、冷却装置（冷却装置１Ｆ）の信頼性をより向上できる。
【実施例７】
【００８１】
実施例７は、発熱体及び異方性熱伝導体の組を複数設けた例である。
【００８２】
まず、構成を説明する。
実施例７における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。図１４は実施例７における冷却装置の全体構成を示す。以下、図１４に基づいて、実施例７の冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【００８３】
［全体構成］
冷却装置１Ｇは、実施例１と同様に、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、を備える。実施例７では、半導体素子２（例えば、ＳｉＣ）と、グラファイト４との組は、二つの組が設けられる。実施例７では、＋Ｘ方向寄りの半導体素子２を第１半導体素子２Ａとし、−Ｘ方向寄りの半導体素子２を第２半導体素子２Ｂとする。実施例７では、＋Ｘ方向寄りのグラファイト４を第１グラファイト４Ａとし、−Ｘ方向寄りのグラファイト４を第２グラファイト４Ｂとする。
【００８４】
第１半導体素子２Ａ及び第２半導体素子２Ｂは、実施例１と同様に、インバータ（不図示）のスイッチング回路（不図示）に用いられる。第１半導体素子２Ａは、第１グラファイト４Ａに接合される。第２半導体素子２Ｂは、第２グラファイト４Ｂに接合される。
【００８５】
銅３は、実施例１と同様に、第１半導体素子２Ａ及び第２半導体素子２Ｂの発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、実施例１と同様に、ベース面３０を有する。ベース面３０は、二対の凸部３２を備える。実施例７では、ベース面３０において＋Ｘ方向寄りに配置された一対の凸部３２を一対の凸部３２ＲＨとし、−Ｘ方向寄りに配置された一対の凸部３２を一対の凸部３２ＬＨとする。一対の凸部３２ＲＨと、一対の凸部３２ＬＨとは、ベース面３０において、Ｙ方向に離間した位置に配置される。Ｙ方向における離間距離は、グラファイト４のＹ方向の寸法などを考慮して設定される。一対の凸部３２ＲＨのＺ方向における距離は、第１グラファイト４ＡのＺ方向の寸法などを考慮して設定される。一対の凸部３２ＬＨのＺ方向における距離は、第２グラファイト４ＢのＺ方向の寸法などを考慮して設定される。
【００８６】
第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、実施例１と同様に、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、Ｘ軸方向に並んで配置される。第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、実施例１と同様に、Ｘ方向と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。第１グラファイト４Ａは、実施例１と同様に、第１半導体素子２Ａで発生した熱を銅３に伝導する。第１グラファイト４Ａは、一対の凸部３２ＲＨ間に設けられる。第１グラファイト４Ａは、実施例１と同様に、熱伝導率が異なる熱伝導面４０ＲＨ〜４５ＲＨを有する。実施例１と同様に、熱伝導面４０ＲＨ〜４５ＲＨのうち、熱伝導率が高い方の面４０ＲＨ〜４３ＲＨを高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４ＲＨ，４５ＲＨを低熱伝導面とする。第２グラファイト４Ｂは、実施例１と同様に、第２半導体素子２Ｂで発生した熱を銅３に伝導する。第２グラファイト４Ｂは、一対の凸部３２ＬＨ間に設けられる。第２グラファイト４Ｂは、実施例１と同様に、熱伝導率が異なる熱伝導面４０ＬＨ〜４５ＬＨを有する。実施例１と同様に、熱伝導面４０ＬＨ〜４５ＬＨのうち、熱伝導率が高い方の面４０ＬＨ〜４３ＬＨを高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４ＬＨ，４５ＬＨを低熱伝導面とする。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【００８７】
［配置構成］
第１半導体素子２Ａは、実施例１と同様に、第１グラファイト４Ａの高熱伝導面４０ＲＨの少なくとも一部に接合される。第２半導体素子２Ｂは、実施例１と同様に、第２グラファイト４Ｂの高熱伝導面４０ＬＨの少なくとも一部に接合される。
【００８８】
第１グラファイト４Ａは、複数の高熱伝導面４０ＲＨ〜４３ＲＨのうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０ＲＨ以外の高熱伝導面４１ＲＨ〜４３ＲＨを介して銅３に対して接合される。第１グラファイト４Ａの高熱伝導面４０ＲＨ，４１ＲＨは、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。第１グラファイト４Ａの高熱伝導面４２ＲＨ，４３ＲＨは、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。第１グラファイト４Ａの低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＲＨは、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。第１グラファイト４Ａは、一対の凸部３２ＲＨ間のベース面３０に対して、接合材５を介して高熱伝導面４１ＲＨで接合される。第１グラファイト４Ａは、一対の凸部３２ＲＨの側面に対して、接合材５を介して高熱伝導面４２ＲＨ，４３ＲＨで接合される。第１グラファイト４Ａの低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＲＨは、冷却装置１Ｇの外部に露出している。即ち、第１グラファイト４Ａは、銅３に対して低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＲＨで接合されない。
【００８９】
第２グラファイト４Ｂは、複数の高熱伝導面４０ＬＨ〜４３ＬＨのうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０ＬＨ以外の高熱伝導面４１ＬＨ〜４３ＬＨを介して銅３に対して接合される。第２グラファイト４Ｂの高熱伝導面４０ＬＨ，４１ＬＨは、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。第２グラファイト４Ｂの高熱伝導面４２ＬＨ，４３ＬＨは、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。第２グラファイト４Ｂの低熱伝導面４４ＬＨ，４５ＬＨは、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。第２グラファイト４Ｂは、一対の凸部３２ＬＨ間のベース面３０に対して、接合材５を介して高熱伝導面４１ＬＨで接合される。第２グラファイト４Ｂは、一対の凸部３２ＬＨの側面に対して、接合材５を介して高熱伝導面４２ＬＨ，４３ＬＨで接合される。第２グラファイト４Ｂの低熱伝導面４４ＬＨ，４５ＬＨは、冷却装置１Ｇの外部に露出している。即ち、第２グラファイト４Ｂは、銅３に対して低熱伝導面４４ＬＨ，４５ＬＨで接合されない。
【００９０】
第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、夫々の低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＬＨ同士がＸ方向に離間した位置に対向配置される。
【００９１】
次に、作用を説明する。
実施例７では、半導体素子２及びグラファイト４の組は、二つの組が設けられ、二つの組における第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、夫々の低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＬＨ同士が対向配置される。
即ち、第１グラファイト４Ａの低熱伝導面４４ＲＨと、第２グラファイト４Ｂの低熱伝導面４５ＬＨと、が接合されない。
これにより、温度上昇時における銅３とグラファイト４の熱膨張率の違いにより低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＬＨ間に発生する熱応力が抑制される。
従って、冷却装置１Ｇの信頼性を向上できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【００９２】
次に、効果を説明する。
実施例７における冷却装置１Ｇにあっては、上記(1)〜(5)の効果に加え、下記の効果が得られる。
【００９３】
(9) 発熱体（半導体素子２）及び異方性熱伝導体（グラファイト４）の組は、複数組（二つの組）が設けられ、
複数組（二つの組）における異方性熱伝導体（第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂ）は、夫々の低熱伝導面（低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＬＨ）同士が対向配置される（図１４）。
このため、冷却装置（冷却装置１Ｇ）の信頼性を向上できる。
【実施例８】
【００９４】
実施例８は、発熱体及び異方性熱伝導体の組を複数設けた例である。
【００９５】
まず、構成を説明する。
実施例８における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。図１５及び図１６は実施例８における冷却装置の全体構成を示す。以下、図１５及び図１６に基づいて、実施例８の冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【００９６】
［全体構成］
実施例８の冷却装置１Ｈは、図１５に示すように、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、を備える。実施例８では、半導体素子２（例えば、ＳｉＣ）と、グラファイト４との組は、図１５及び図１６に示すように、二つの組が設けられる。図１５及び図１６に示すように、実施例８では、＋Ｘ方向寄りの半導体素子２を第１半導体素子２Ａとし、−Ｘ方向寄りの半導体素子２を第２半導体素子２Ｂとする。図１５及び図１６に示すように、実施例８では、図１５及び図１６に示すように、＋Ｘ方向寄りのグラファイト４を第１グラファイト４Ａとし、−Ｘ方向寄りのグラファイト４を第２グラファイト４Ｂとする。
【００９７】
第１半導体素子２Ａ及び第２半導体素子２Ｂは、実施例１と同様に、インバータ（不図示）のスイッチング回路（不図示）に用いられる。第１半導体素子２Ａは、図１５及び図１６に示すように、第１グラファイト４Ａに接合される。第２半導体素子２Ｂは、図１５及び図１６に示すように、第２グラファイト４Ｂに接合される。
【００９８】
銅３は、実施例１と同様に、第１半導体素子２Ａ及び第２半導体素子２Ｂの発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、図１５に示すように、直方体状に形成される。銅３は、図１５に示すように、ベース面３０を有する。ベース面３０は、図１５に示すように、−Ｚ方向に窪んだ凹部３１を備える。凹部３１は、図１５及び図１６に示すように、側面３１ａ，３１ｂと、側面３１ｃ，３１ｄと、底面３１ｅと、を備える。側面３１ａ，３１ｂは、図１６に示すように、Ｘ方向に対向する。側面３１ｃ，３１ｄは、図１５に示すように、Ｙ方向に対向する。凹部３１のＹ方向の距離は、図１５に示すように、第１グラファイト４Ａ又は第２グラファイト４ＢのＹ方向の距離などを考慮して設定される。凹部３１の深さは、図１６に示すように、第１グラファイト４Ａ又は第２グラファイト４ＢのＺ方向の距離などを考慮して設定される。
【００９９】
第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、実施例１と同様に、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、図１５及び図１６に示すように、銅３の凹部３１に設けられる。第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、図１５及び図１６に示すように、Ｘ軸方向に並んで配置される。第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、実施例１と同様に、Ｘ方向と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。第１グラファイト４Ａは、図１５及び図１６に示すように、第１半導体素子２Ａで発生した熱を銅３に伝導する。第１グラファイト４Ａは、図１５及び図１６に示すように、熱伝導率が異なる熱伝導面４０ＲＨ〜４５ＲＨを有する。実施例１と同様に、熱伝導面４０ＲＨ〜４５ＲＨのうち、熱伝導率が高い方の面４０ＲＨ〜４３ＲＨを高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４ＲＨ，４５ＲＨを低熱伝導面とする。第２グラファイト４Ｂは、図１５及び図１６に示すように、第２半導体素子２Ｂで発生した熱を銅３に伝導する。第２グラファイト４Ｂは、図１５及び図１６に示すように、熱伝導率が異なる熱伝導面４０ＬＨ〜４５ＬＨを有する。実施例１と同様に、熱伝導面４０ＬＨ〜４５ＬＨのうち、熱伝導率が高い方の面４０ＬＨ〜４３ＬＨを高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４ＬＨ，４５ＬＨを低熱伝導面とする。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【０１００】
［配置構成］
第１半導体素子２Ａは、図１５及び図１６に示すように、第１グラファイト４Ａの高熱伝導面４０ＲＨの少なくとも一部に接合される。第２半導体素子２Ｂは、図１５及び図１６に示すように、第２グラファイト４Ｂの高熱伝導面４０ＬＨの少なくとも一部に接合される。
【０１０１】
第１グラファイト４Ａの高熱伝導面４０ＲＨ，４１ＲＨは、図１６に示すように、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。第１グラファイト４Ａの高熱伝導面４２ＲＨ，４３ＲＨは、図１５に示すように、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。第１グラファイト４Ａの低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＲＨは、図１６に示すように、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。第１グラファイト４Ａは、図１５及び図１６に示すように、銅３に対して高熱伝導面４１ＲＨ，４２ＲＨ，４３ＲＨで接合される。第１グラファイト４Ａは、図１６に示すように、銅３に対して低熱伝導面４５ＲＨで接合されない。即ち、凹部３１の側面３１ｂと、低熱伝導面４５ＲＨとの間には、図１６に示すような空隙Ｇ３が形成される。
【０１０２】
第２グラファイト４Ｂの高熱伝導面４０ＬＨ，４１ＬＨは、図１６に示すように、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。第２グラファイト４Ｂの高熱伝導面４２ＬＨ，４３ＬＨは、図１５に示すように、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。第２グラファイト４Ｂの低熱伝導面４４ＬＨ，４５ＬＨは、図１６に示すように、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。第２グラファイト４Ｂは、図１５及び図１６に示すように、銅３に対して高熱伝導面４１ＬＨ，４２ＬＨ，４３ＬＨで接合される。第２グラファイト４Ｂは、図１６に示すように、銅３に対して低熱伝導面４４ＬＨ，４５ＬＨで接合されない。即ち、凹部３１の側面３１ａと、低熱伝導面４４ＬＨとの間には、図１６に示すような空隙Ｇ４が形成される。
【０１０３】
第１グラファイト４Ａの低熱伝導面４４ＲＨと、第２グラファイト４Ｂの低熱伝導面４５ＬＨとは、図１６に示すように、Ｘ方向に離間した位置に対向して配置される。低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＬＨ間には、図１６に示すような空隙Ｇ５が形成される。
【０１０４】
次に、作用を説明する。
実施例８では、半導体素子２及びグラファイト４の組は、二つの組が設けられ、二つの組における第１グラファイト４Ａ及び第２グラファイト４Ｂは、夫々の低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＬＨ同士が対向配置される。
即ち、第１グラファイト４Ａの低熱伝導面４４ＲＨと、第２グラファイト４Ｂの低熱伝導面４５ＬＨと、が接合されない。
これにより、温度上昇時における銅３とグラファイト４の熱膨張率の違いにより低熱伝導面４４ＲＨ，４５ＬＨ間に発生する熱応力が抑制される。
従って、冷却装置１Ｈの信頼性を向上できる。
なお、他の作用は、実施例１、実施例５及び実施例７と同様であるので、説明を省略する。
【０１０５】
次に、効果を説明する。
実施例８における冷却装置１Ｈにあっては、実施例１の(1)〜(5)、実施例５の(7)及び実施例７の(9)と同様の効果を得ることができる。
【実施例９】
【０１０６】
実施例９は、ヒートシンクに放熱フィンを設けた例である。
【０１０７】
まず、構成を説明する。
実施例９における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。図１７は実施例９における冷却装置の全体構成を示す。以下、図１７に基づいて、実施例９の冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【０１０８】
［全体構成］
実施例９の冷却装置１Ｉは、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、放熱フィン６（例えば、アルミニウム）と、を備える。
【０１０９】
銅３は、実施例１と同様に、半導体素子２の発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、実施例１と同様に、ベース面３０を有する。ベース面３０は、一対の凸部３２を備える。一対の凸部３２は、ベース面３０において、Ｙ方向に離間した位置に配置される。一対の凸部３２間のＹ方向における離間距離は、グラファイト４のＹ方向の距離などを考慮して設定される。一対の凸部３２のＺ方向における距離は、グラファイト４のＺ方向の距離などを考慮して設定される。
【０１１０】
グラファイト４は、実施例１と同様に、半導体素子２で発生した熱を銅３に伝導する。グラファイト４は、銅３のベース面３０において一対の凸部３２間に設けられる。グラファイト４は、実施例１と同様に、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、Ｘ方向と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、熱伝導率が異なる熱伝導面４０〜４５を有する。実施例１と同様に、熱伝導面４０〜４５のうち、熱伝導率が高い方の面４０〜４３を高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４，４５を低熱伝導面とする。
【０１１１】
放熱フィン６は、銅３の発する熱を熱交換により放熱する。放熱フィン６は、板状のフィンである。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【０１１２】
［配置構成］
半導体素子２は、実施例１と同様に、グラファイト４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
【０１１３】
グラファイト４は、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４１〜４３を介して銅３に対して接合される。グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４の低熱伝導面４４，４５は、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、一対の凸部３２間のベース面３０に対して、接合材５を介して高熱伝導面４１で接合される。グラファイト４は、一対の凸部３２の側面に対して、接合材５を介して高熱伝導面４２，４３で接合される。低熱伝導面４４，４５は、冷却装置１Ｂの外部に露出している。即ち、グラファイト４は、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。
【０１１４】
放熱フィン６は、銅３においてにおいてグラファイト４が形成されるベース面３０と反対側の面３４に設けられる。放熱フィン６は、複数枚の放熱板６０を備える。各放熱板６０は、Ｘ方向に離間した位置に配置される。Ｘ方向における離間距離は、面３４の面積などを考慮して設定される。
【０１１５】
次に、作用を説明する。
実施例９では、銅３においてグラファイト４が形成されるベース面３０と反対側の面３４に、放熱フィン６が設けられる。
即ち、銅３に放熱フィン６が設けられる。このため、グラファイト４を介して半導体素子２から銅３へ伝導された熱が、放熱フィン６によって放熱される。これにより、半導体素子２の発する熱を放熱する効果を、銅３に放熱フィン６を設けない場合と比べて大きくできる。
従って、冷却装置１Ｉにおける熱抵抗を、銅３に放熱フィン６を設けない場合と比べて低減できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【０１１６】
次に、効果を説明する。
実施例９における冷却装置１Ｉにあっては、上記(1)〜(5)の効果に加え、下記の効果が得られる。
【０１１７】
(10) ヒートシンク（銅３）において異方性熱伝導体（グラファイト４）が形成されるベース面（ベース面３０）と反対側の面（面３４）に、放熱フィン（放熱フィン６）が設けられる（図１７）。
このため、冷却装置（冷却装置１Ｉ）における熱抵抗を、ヒートシンク（銅３）に放熱フィン（放熱フィン６）を設けない場合と比べて低減できる。
【実施例１０】
【０１１８】
実施例１０は、ヒートシンクに放熱フィンを設けた例である。
【０１１９】
まず、構成を説明する。
実施例１０における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。図１８は実施例１０における冷却装置の全体構成を示す。以下、図１８に基づいて、実施例１０の冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【０１２０】
［全体構成］
冷却装置１Ｊは、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、放熱フィン６（例えば、アルミニウム）と、を備える。
【０１２１】
銅３は、実施例１と同様に、半導体素子２の発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、実施例１と同様に、ベース面３０を有する。ベース面３０は、実施例１と同様に、−Ｚ方向に窪んだ凹部３１を備える。
【０１２２】
グラファイト４は、実施例１と同様に、半導体素子２で発生した熱を銅３に伝導する。グラファイト４は、実施例１と同様に、銅３の凹部３１に設けられる。グラファイト４は、実施例１と同様に、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、Ｘ方向と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、熱伝導率が異なる熱伝導面４０〜４５を有する。実施例１と同様に、熱伝導面４０〜４５のうち、熱伝導率が高い方の面４０〜４３を高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４，４５を低熱伝導面とする。
【０１２３】
放熱フィン６は、半導体素子２から銅３に伝導される熱を熱交換により放熱する。放熱フィン６は、板状のフィンである。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【０１２４】
［配置構成］
半導体素子２は、実施例１と同様に、グラファイト４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
【０１２５】
グラファイト４は、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４１〜４３を介して銅３に対して接合される。グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４の低熱伝導面４４，４５は、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、凹部３１の側面に対して、接合材５を介して高熱伝導面４１〜４３で接合される。グラファイト４は、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。即ち、凹部３１の側面と、低熱伝導面４４との間は、接合材５が介在しない。凹部３１の側面と、低熱伝導面４５との間は、接合材５が介在しない。
【０１２６】
放熱フィン６は、銅３においてグラファイト４が形成されるベース面３０と反対側の面３４に設けられる。放熱フィン６は、複数枚の放熱板６０を備える。各放熱板６０は、Ｘ方向に離間した位置に配置される。Ｘ方向における離間距離は、面３４の面積などを考慮して設定される。
【０１２７】
次に、作用を説明する。
実施例１０では、銅３においてグラファイト４が形成されるベース面３０と反対側の面３４に、放熱フィン６が設けられる。
即ち、銅３に放熱フィン６が設けられる。このため、グラファイト４を介して半導体素子２から銅３へ伝導された熱が、放熱フィン６によって放熱される。これにより、半導体素子２の発する熱を放熱する効果を、銅３に放熱フィン６を設けない場合と比べて大きくできる。
従って、冷却装置１Ｊにおける熱抵抗を、銅３に放熱フィン６を設けない場合と比べて低減できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【０１２８】
次に、効果を説明する。
実施例１０における冷却装置１Ｊにあっては、実施例１の(1)〜(5)及び実施例９の(10)と同様の効果を得ることができる。
【実施例１１】
【０１２９】
実施例１１は、ヒートシンクに電気絶縁層及び冷却器を設けた例である。
【０１３０】
まず、構成を説明する。
実施例１１における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。図１９は実施例１１における冷却装置の全体構成を示す。以下、図１９に基づいて、実施例１１の冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【０１３１】
［全体構成］
冷却装置１Ｋは、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、電気絶縁層７（例えば、窒化ケイ素）と、冷却器８（例えば、アルミニウム）と、を備える。
【０１３２】
銅３は、実施例１と同様に、半導体素子２の発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、実施例１と同様に、ベース面３０を有する。ベース面３０は、一対の凸部３２を備える。一対の凸部３２は、ベース面３０において、Ｙ方向に離間した位置に配置される。一対の凸部３２間のＹ方向における離間距離は、グラファイト４のＹ方向の寸法などを考慮して設定される。一対の凸部３２間のＺ方向における高さは、グラファイト４のＺ方向の高さなどを考慮して設定される。
【０１３３】
グラファイト４は、実施例１と同様に、半導体素子２で発生した熱を銅３に伝導する。グラファイト４は、銅３のベース面３０において一対の凸部３２間に設けられる。グラファイト４は、実施例１と同様に、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、Ｘ方向と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、熱伝導率が異なる熱伝導面４０〜４５を有する。実施例１と同様に、熱伝導面４０〜４５のうち、熱伝導率が高い方の面４０〜４３を高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４，４５を低熱伝導面とする。
【０１３４】
電気絶縁層７は、銅３を冷却器８と絶縁する。電気絶縁層７は、平板状に形成される。
【０１３５】
冷却器８は、半導体素子２から銅３に伝導される熱を拡散する。冷却器８は、直方体状に形成される。冷却器８は、内部を冷媒（例えば、水）が流通する管路（不図示）を備える。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【０１３６】
［配置構成］
半導体素子２は、実施例１と同様に、グラファイト４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
【０１３７】
グラファイト４は、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４１〜４３を介して銅３に対して接合される。グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４の低熱伝導面４４，４５は、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、一対の凸部３２間のベース面３０に対して、接合材５を介して高熱伝導面４１で接合される。グラファイト４は、一対の凸部３２の側面に対して、接合材５を介して高熱伝導面４２，４３で接合される。低熱伝導面４４，４５は、冷却装置１Ｂの外部に露出している。即ち、グラファイト４は、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。
【０１３８】
電気絶縁層７は、銅３においてグラファイト４が形成されるベース面３０と反対側の面３４に接合される。
【０１３９】
冷却器８は、電気絶縁層７において銅３が接合される面７０と反対側の面７１に接合される。
【０１４０】
次に、作用を説明する。
実施例１１では、銅３においてグラファイト４が形成されるベース面３０と反対側の面３４に、電気絶縁層７が接合され、電気絶縁層７において銅３が接合される面７０と反対側の面７１に、冷却器８が接合される。
即ち、電気絶縁層７を介して銅３が冷却器８に接合される。これにより、半導体素子２で発生した熱が、冷却器８の冷媒に放熱される。つまり、半導体素子２から銅３に伝わる熱が、冷却器８に拡散される。
従って、冷却装置１Ｋにおける熱抵抗を、銅３に電気絶縁層７及び冷却器８を設けない場合と比べて低減できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【０１４１】
次に、効果を説明する。
実施例１１における冷却装置１Ｋにあっては、上記(1)〜(5)の効果に加え、下記の効果が得られる。
【０１４２】
(11) ヒートシンク（銅３）において異方性熱伝導体（グラファイト４）が形成されるベース面（ベース面３０）と反対側の面（面３４）に、電気絶縁層（電気絶縁層７）が接合され、
電気絶縁層（電気絶縁層７）においてヒートシンク（銅３）が接合される面（面７０）と反対側の面（面７１）に、冷却器（冷却器８）が接合される。
このため、冷却装置（冷却装置１Ｋ）における熱抵抗を、ヒートシンク（銅３）に電気絶縁層（電気絶縁層７）及び冷却器（冷却器８）を設けない場合と比べて低減できる。
【実施例１２】
【０１４３】
実施例１２は、ヒートシンクに電気絶縁層及び冷却器を設けた例である。
【０１４４】
まず、構成を説明する。
実施例１２における冷却装置は、実施例１と同様に、モータジェネレータのインバータに用いられる半導体素子の冷却装置に適用したものである。図２０は実施例１２における冷却装置の全体構成を示す。以下、図２０に基づいて、実施例１２の冷却装置の構成を、「全体構成」と、「配置構成」に分けて説明する。
【０１４５】
［全体構成］
冷却装置１Ｌは、半導体素子２（発熱体）と、銅３（ヒートシンク）と、グラファイト４（異方性熱伝導体）と、接合材５（例えば、焼成銀）と、電気絶縁層７（例えば、窒化ケイ素）と、冷却器８（例えば、アルミニウム）と、を備える。
【０１４６】
銅３は、実施例１と同様に、半導体素子２の発する熱を熱交換により放熱する。銅３は、実施例１と同様に、ベース面３０を有する。ベース面３０は、実施例１と同様に、−Ｚ方向に窪んだ凹部３１を備える。
【０１４７】
グラファイト４は、実施例１と同様に、半導体素子２で発生した熱を銅３に伝導する。グラファイト４は、実施例１と同様に、銅３の凹部３１に設けられる。グラファイト４は、実施例１と同様に、グラフェン（不図示）がＸ方向に積層された構造を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、Ｘ方向と比べてＹＺ方向（面内方向）に高い熱伝導率を有する。グラファイト４は、実施例１と同様に、熱伝導率が異なる熱伝導面４０〜４５を有する。実施例１と同様に、熱伝導面４０〜４５のうち、熱伝導率が高い方の面４０〜４３を高熱伝導面とし、熱伝導率が低い方の面４４，４５を低熱伝導面とする。
【０１４８】
電気絶縁層７は、銅３を冷却器８と絶縁する。電気絶縁層７は、平板状に形成される。
【０１４９】
冷却器８は、半導体素子２から銅３に伝導される熱を拡散する。冷却器８は、直方体状に形成される。冷却器８は、内部を冷媒（例えば、水）が流通する管路（不図示）を備える。
なお、他の構成は、実施例１と同様であるので、対応する構成に同一符号を付して説明を省略する。
【０１５０】
［配置構成］
半導体素子２は、実施例１と同様に、グラファイト４の高熱伝導面４０の少なくとも一部に接合される。
【０１５１】
グラファイト４は、複数の高熱伝導面４０〜４３のうち、半導体素子２が接合される高熱伝導面４０以外の高熱伝導面４１〜４３を介して銅３に対して接合される。グラファイト４の高熱伝導面４０，４１は、Ｚ軸方向に互いに対向して配置される。高熱伝導面４２，４３は、Ｙ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４の低熱伝導面４４，４５は、Ｘ軸方向に互いに対向して配置される。グラファイト４は、凹部３１の側面に対して、接合材５を介して高熱伝導面４１〜４３で接合される。グラファイト４は、銅３に対して低熱伝導面４４，４５で接合されない。即ち、凹部３１の側面と、低熱伝導面４４，４５との間は、接合材５が介在しない。
【０１５２】
電気絶縁層７は、銅３においてグラファイト４が形成されるベース面３０と反対側の面３４に接合される。
【０１５３】
冷却器８は、電気絶縁層７において銅３が接合される面７０と反対側の面７１に接合される。
【０１５４】
次に、作用を説明する。
実施例１２では、銅３においてグラファイト４が形成されるベース面３０と反対側の面３４に、電気絶縁層７が接合され、電気絶縁層７において銅３が接合される面７０と反対側の面７１に、冷却器８が接合される。
即ち、電気絶縁層７を介して銅３が冷却器８に接合される。これにより、半導体素子２で発生した熱が、冷却器８の冷媒に放熱される。つまり、半導体素子２から銅３に伝わる熱が、冷却器８に拡散される。
従って、冷却装置１Ｌにおける熱抵抗を、銅３に電気絶縁層７及び冷却器８を設けない場合と比べて低減できる。
なお、他の作用は、実施例１と同様であるので、説明を省略する。
【０１５５】
次に、効果を説明する。
実施例１２における冷却装置１Ｌにあっては、実施例１の(1)〜(5)及び実施例１１の(11)と同様の効果を得ることができる。
【０１５６】
以上、本発明の冷却装置を実施例１〜実施例１２に基づいて説明してきたが、具体的な構成については、これらの実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲の各請求項に係る発明の要旨を逸脱しない限り、設計の変更や追加などは許容される。
【０１５７】
実施例１〜実施例１２では、ヒートシンクを銅とする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、ヒートシンクが、銀、アルミニウム及び金などの金属や、AlN（窒化アルミニウム）やアルミナ（酸化アルミニウム）等の電気を通さず熱を通す材料から構成されても良い。
【０１５８】
実施例１〜実施例１２では、接合材５を焼成銀とする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、接合材５が、半田などの合金や、銅やアルミニウムなどの金属から構成されても良い。要するに、接合材５は、部材同士を熱的に結合できる材料であれば良い。
【０１５９】
実施例１〜実施例１２では、発熱体を、ＳｉＣ材料の半導体素子とする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、発熱体が、Ｓｉ材料の半導体素子から構成されても良い。また、発熱体が、ＦＥＴ、バイポーラジャンクショントランジスタ（ＢＪＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などの半導体スイッチング素子や、ＩＣから構成されても良い。要するに、発熱体は、基板に実装される部品であれば良い。
【０１６０】
実施例６では、応力緩衝剤Ｃをゲルとする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、応力緩衝剤Ｃが、一般的な樹脂材から構成されても良い。要するに、銅３とグラファイト４の熱膨張率の違いによりグラファイト４に発生する圧縮応力を緩衝できる材料であれば良い。
【０１６１】
実施例７及び実施例８では、半導体素子２及びグラファイト４の組を二組設ける例を示した。しかし、これに限られない。例えば、半導体素子２及びグラファイト４の組を一組又は三組以上設けても良い。
【０１６２】
実勢例９及び実施例１０では、銅３に板状のフィンを設ける例を示した。しかし、これに限られない。例えば、銅３にピンフィンを設けても良い。要するに、フィンは、半導体素子２の冷却に必要な放熱面積を銅３に確保できる形状であれば良い。
【０１６３】
実勢例９及び実施例１０では、放熱フィン６をアルミニウムとする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、放熱フィン６が銅などで構成されても良い。要するに、発熱体からヒートシンクに伝導される熱を熱交換により放熱できる材料であれば良い。
【０１６４】
実施例１１及び実施例１２では、電気絶縁層７を窒化ケイ素とする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、電気絶縁層７が窒化アルミニウムなどのセラミック系の材料から構成されても良い。要するに、銅３を冷却器８と絶縁できれば良い。
【０１６５】
実施例１１及び実施例１２では、冷却器８をアルミニウムとする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、冷却器８が銅などで構成されても良い。要するに、半導体素子２から銅３に伝導される熱を拡散できれば良い。
【０１６６】
実施例１１及び実施例１２では、冷却器８内の管路を流通する冷媒を水とする例を示した。しかし、これに限られない。例えば、冷却器８内の管路を流通する冷媒を空気で構成しても良い。要するに、半導体素子２から銅３に伝導される熱を吸収し、この熱を運んで放出する物質であれば良い。
【０１６７】
実施例１〜実施例１２では、本発明の冷却装置を、モータジェネレータの交流/直流の変換装置として用いられるインバータに適用する例を示した。しかし、本発明の冷却装置は、インバータ以外の様々な電力変換装置（例えば、充電器など）に対しても適用することができる。
【符号の説明】
【０１６８】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ  冷却装置
２，２Ａ，２Ｂ  半導体素子（発熱体）
３  銅（ヒートシンク）
４，４Ａ，４Ｂ  グラファイト（異方性熱伝導体）
６  放熱フィン
７  電気絶縁層
８  冷却器
３０  ベース面
３１  凹部
３２，３２ＲＨ，３２ＬＨ，３３  凸部
３４  ベース面と反対側の面
７０  電気絶縁層においてヒートシンクが接合される面
７１  電気絶縁層においてヒートシンクが接合される面と反対側の面
４０，４１，４２，４３，４４，４５，４０ＲＨ，４１ＲＨ，４２ＲＨ，４３ＲＨ，４４ＲＨ，４５ＲＨ，４０ＬＨ，４１ＬＨ，４２ＬＨ，４３ＬＨ，４４ＬＨ，４５ＬＨ  熱伝導面
４０，４１，４２，４３，４０ＲＨ，４１ＲＨ，４２ＲＨ，４３ＲＨ，４０ＬＨ，４１ＬＨ，４２ＬＨ，４３ＬＨ  高熱伝導面
４４，４５，４４ＲＨ，４５ＲＨ，４４ＬＨ，４５ＬＨ  低熱伝導面
６０  放熱板
Ｃ  応力緩衝剤
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５  空隙
Ｌ１，Ｌ２  距離
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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