(57)【要約】【課題】熱源に均一度の高い面内温度分布をもたせることを可能とし、それと同時に、短時間に、且つ低コストで作製することを可能とした熱交換器とその製造方法を提供する。【解決手段】熱交換器１０は、上下方向に区画形成された少なくとも２つの流体チャネル領域１２ａ，１２ｂを有している。熱源３０に間欠的に又は直接的に接触された流体チャネル領域１２ａには、流体の流通方向に区画形成された少なくとも２つの熱交換領域１３ａ，１３ｂが設けられている。流体チャネル領域１２ａ，１２ｂの入口２５ａ，２６ａから流れる流体を１つの熱交換領域１３ａ，１３ｂを介して他の流体チャネル領域１２ｂ，１２ａの出口２６ｂ，２５ｂへ流すように構成された流路２０ａ，２０ｂを有している。【選択図】図１
2008116105.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱源に対して熱交換を行う熱交換器であって、
上下方向に区画形成され、前記熱源に沿って流体を流す複数の流体チャネル領域と、
前記複数の流体チャネル領域のうち前記熱源に間欠的に又は直接的に接触された流体チャネル領域に、前記流体の流通方向に区画形成された複数の熱交換領域とを備え、
前記複数の流体チャネル領域のそれぞれは、前記流体を流入させる入口と前記流体を排出させる出口とを有し、前記入口から流れる流体を１つの前記熱交換領域を介していずれかの前記流体チャネル領域の前記出口へ流すように構成された流路を有してなることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記流路は、前記流体の流通方向に沿って左右交互に千鳥状に配されてなることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
前記流路は、前記熱交換領域で複数に分流されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器。
【請求項４】
前記熱交換領域は、前記流体チャネル領域と同数の領域を有してなることを特徴とする請求項１又は３記載の熱交換器。
【請求項５】
マイクロ流路を構成する複数の断面パターンをドナー基板上に形成する第一の工程と、前記複数の断面パターンを、ターゲット基板上に接合転写して積層する第二の工程とを有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱源を加熱又は冷却する複数の流路を有する熱交換器とその製造方法に係わり、特に、熱源の面内温度分布の均一性を向上することを可能とした熱交換器とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体モジュール１００は、図７に示すように、マイクロヒートシンク１０１を搭載したＩＣチップ１０２等が配線基板１０３上に実装されている。この半導体モジュール１００は、三次元に積み重ねられている。相互間の電気的な接続は、図示しないソケットと外部入出力ピンを用いて行われる。マイクロヒートシンク１０１の内部には、所定間隔に設けられた複数のフィン１０４によって複数のチャネル溝１０５が形成されている。各チャネル溝１０５には、外部からの冷媒が供給される。ＩＣチップ１０２からの熱は、冷媒に熱変換されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図８は、上記特許文献１に記載されたマイクロヒートシンク内部のチャネル溝の温度分布を模式的に示している。この従来のマイクロヒートシンク１０１は、冷媒をチャネル溝１０５の一端から他端へ向けて一方向に流す構成とされている。そのため、この従来のマイクロヒートシンク１０１では、図８に示すように、冷媒の入口付近に位置するマイクロヒートシンク部分の温度は低くなるが、冷媒の出口付近に位置するマイクロヒートシンク部分の温度は高くなり、冷媒は、出口に近づくほどＩＣチップ１０２によって熱せられることとなる。その結果、出口付近の冷媒温度は、入口付近の冷媒温度よりも大きく上昇することとなる。このように、チャネル溝１０５の入口と出口における冷媒の温度差（温度分布）が大きくなるので、ＩＣチップ１０２を均一に冷却することは困難となる。
【特許文献１】特開２００２−１５１６４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、熱源に均一度の高い面内温度分布をもたせることを可能とし、それと同時に、短時間に且つ低コストで作製することを可能とした熱交換器とその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
［１］本発明は、熱源に対して熱交換を行う熱交換器であって、上下方向に区画形成され、前記熱源に沿って流体を流す複数の流体チャネル領域と、前記複数の流体チャネル領域のうち前記熱源に間欠的に又は直接的に接触された流体チャネル領域に、前記流体の流通方向に区画形成された複数の熱交換領域とを備え、前記複数の流体チャネル領域のそれぞれは、前記流体を流入させる入口と前記流体を排出させる出口とを有し、前記入口から流れる流体を１つの前記熱交換領域を介していずれかの前記流体チャネル領域の前記出口へ流すように構成された流路を有してなることを特徴とする熱交換器にある。
【０００６】
［２］また本発明は、上記［１］記載の発明にあって、前記流路は、前記流体の流通方向に沿って左右交互に千鳥状に配されてなることを特徴としている。
【０００７】
［３］また本発明は、上記［１］又は［２］記載の発明にあって、前記流路は、前記熱交換領域で複数に分流されてなることを特徴としている。
【０００８】
［４］また本発明は、上記［１］又は［３］記載の発明にあって、前記熱交換領域は、前記流体チャネル領域と同数の領域を有してなることを特徴としている。
【０００９】
［５］更に本発明は、マイクロ流路を構成する複数の断面パターンをドナー基板上に形成する第一の工程と、前記複数の断面パターンを、ターゲット基板上に接合転写して積層する第二の工程とを有することを特徴とする熱交換器の製造方法にある。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、流体に良好な面内温度分布が生成され、熱源の熱交換面における温度分布の面内均一性が良好になる。複雑な構造を有する熱交換構造を短時間に低コストで作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
【００１２】
［第１の実施の形態］
（熱交換器の構成）
図１は、本発明における第１の実施の形態である熱交換器の一構成例を模式的に示す断面図であり、図２は、熱交換器の流路パターンの一構成例を模式的に示す平面図である。ここで、本発明にあって、熱交換器という用語は、マイクロクーラー又はマイクロ加熱器などを含んでおり、熱源という用語は、加熱源又は冷却源などをいう。流体という用語は、冷媒あるいは熱媒などの熱媒体を含んでいる。なお、本発明に係わる実施の形態では、マイクロクーラーの一構成例を例示する。
【００１３】
図１において、符号１０は、分岐や合流を有する立体構造の複数の微細な流路（チャネル）を有するマイクロクーラーの一構造例を示している。このマイクロクーラー１０（以下、ＭＣ１０という。）は、図１に示すように、上下の隔壁層１１ａ，１１ｂ間に第１及び第２の流体チャネル領域（以下、第１及び第２の流路領域という。）１２ａ，１２ｂを構成する部材を平面的及び立体的に重ね合わせた構造となっている。このＭＣ１０の基本構成は、２つの第１及び第２の流路領域１２ａ，１２ｂと同数の第１及び第２の熱交換領域１３ａ，１３ｂを冷媒の流通方向にわたって配しており、熱せられていない冷たい独立な冷媒をそれらの熱交換領域１３ａ，１３ｂに流すことができる構成となっている。
【００１４】
図示例によれば、ＭＣ１０は、第１の流路領域１２ａの上下流側のそれぞれに六重層の積層構造をもつ第１の熱交換領域１３ａと第２の熱交換領域１３ｂとを有している。第１の流路領域１２ａには、冷媒を流入させる入口２５ａ及び冷媒を排出させる出口２５ｂが設けられている。第２の流路領域１２ｂには、冷媒を流入させる入口２６ａ及び冷媒を排出させる出口２６ｂが設けられている。第１及び第２の流路領域１２ａ，１２ｂの途中には、第１の流路領域１２ａの入口２５ａから流入した冷媒の流通方向を第２の流路領域１２ｂに転換させるとともに、第２の流路領域の入口２６ａから流入した冷媒の流通方向を第１の流路領域１２ａに転換させる流路交換領域１４ａが設けられている。
【００１５】
このＭＣ１０にあっては、特に限定されるものではないが、例えば冷媒の流れ方向は、冷却処理の効率を考慮して、第１及び第２の流路領域１２ａ，１２ｂのそれぞれに流れる冷媒の流れ方向が同一方向となる並流とされている。冷媒としては、例えば冷却水、蒸留水、液体窒素などの温度を下げるために用いる熱媒体となる物質が挙げられる。
【００１６】
このＭＣ１０は、特に限定されるものではないが、例えばマイクロチップ又は集積回路等の電子デバイスである加熱源３０に接触するように構成される。図示例によると、ＭＣ１０及び加熱源３０間には、隔壁層１１ｂが設けられており、ＭＣ１０は、加熱源３０の表面に間接的に接触されている。これに代えて、ＭＣ１０は、加熱源３０の表面に直接接触してもよいことは勿論である。
【００１７】
ＭＣ１０の第１の流路領域１２ａは、図１及び図２に示すように、微小な流路の断面形状に対応した６枚の薄膜からなる第１の流路パターン部材２０と、冷媒の流れ方向を転換する微小な流路の断面形状に対応した６枚の薄膜からなる連通パターン部材２１とを交互に積層一体化して構成されている。一方、第２の流路領域１２ｂは、微小な流路の断面形状に対応した６枚の薄膜からなる第２の流路パターン部材２２を積層一体化して構成されている。図１においては、第２の流路領域１２ｂを説明するために、積層一体化した各流路パターン部材２２の図示を省略している。
【００１８】
第１の流路領域１２ａを構成する第１の流路パターン部材２０には、図２（ａ）に示すように、第１の熱交換領域１３ａ及び流路交換領域１４ａに対応して、複数の仕切壁を有する微細な第１の流路２０ａ及び微細な第１の流路交換部２１ａが連通して形成されるとともに、第２の熱交換領域１３ｂ及び流路交換領域１４ａに対応して、第２の流路２０ｂ及び第２の流路交換部２１ｂが連通して形成されている。第１及び第２の流路２０ａ，２０ｂは、冷媒の流通方向（Ｙ方向）に沿って左右（Ｘ方向）に千鳥状に配されている。これらの流路２０ａ，２０ｂの端部のそれぞれは、第１の流路２０ａに冷媒を流入させる入口２５ａ及び第２の流路２０ｂの冷媒を排出させる出口２５ｂとされる。
【００１９】
連通パターン部材２１には、図２（ｂ）に示すように、第１の流路パターン部材２０の第１及び第２の流路交換部２１ａ，２１ｂに対応して、第１及び第２の流路交換部２１ａ，２１ｂが貫通して形成されている。各流路交換部２１ａ，２１ｂ以外の残りの部分は、第１及び第２の流路２０ａ，２０ｂの隔壁として構成されている。第１の流路パターン部材２０と連通パターン部材２１とを交互に積層一体化することで、第１の流路領域１２ａは、六重層の流路により構成される。
【００２０】
一方、第２の流路領域１２ｂを構成する第２の流路パターン部材２２には、図２（ｃ）に示すように、第１の流路パターン部材２０の流路２０ａ，２０ｂ及び流路交換部２１ａ，２１ｂとは反対側の部位に、第１及び第２の流路２０ａ，２０ｂ及び流路交換部２１ａ，２１ｂが連通して形成されている。これらの流路２０ａ，２０ｂの端部のそれぞれは、冷媒を流入させる入口２６ａ及び冷媒を排出させる出口２６ｂとされる。この第２の流路パターン部材２２の流路２０ａ，２０ｂは、第１の流路パターン部材２０の流路２０ａ，２０ｂと左右（Ｘ方向）に所定の距離だけずらして千鳥状に配されている。第２の流路パターン部材２２を積層一体化することで、第２の流路領域１２ｂは、単一層の流路により構成される。
【００２１】
第１の流路領域１２ａの入口２５ａは、図１及び図２（ａ）に示すように、第２の流路領域１２ｂの出口２６ｂに通じる第１の流路２０ａに連結されている。この第１の流路２０ａは、第１の冷媒を第１の流路領域１２ａの第１の熱交換領域１３ａへ分流して流通させる流路と、一定の流路幅に縮流させる第１の流路交換部２１ａを介して第１の冷媒の流通方向を上方向（Ｚ方向）へ転換させる流路と、第１の冷媒の流通方向を水平方向（Ｙ方向）へ転換させ、一定の流路幅に拡流させる第２の流路領域１２ｂの下流側を流通させる流路とからなる階段状に構成されている。
【００２２】
第１の冷媒は、図１に実線の矢印で示すように、第１の流路領域１２ａの入口２５ａを介して第１の流路領域１２ａの第１の熱交換領域１３ａに入り、加熱源３０の第１の熱交換面に接近して流れる。その冷媒は、第１の流路交換部２１ａを介して上昇した後、加熱源３０から離れた第２の流路領域１２ｂの第１の流路２０ａに流れ込み、第２の流路領域１２ｂの出口２６ｂへ向けて流れる。このように、第１の流路領域１２ａの入口２５ａから流れる冷媒を第２の流路領域１２ｂの出口２６ｂへ流すように第１の流路２０ａが設けられているので、第１の流路領域１２ａの選択された熱交換領域１３ａに第１の冷媒を独立して供給することができる。
【００２３】
一方の第２の流路領域１２ｂの入口２６ａは、図１及び図２（ｃ）に示すように、第１の流路領域１２ａの出口２５ｂに通じる第２の流路２０ｂに連結されている。この第２の流路２０ｂは、第２の冷媒を第２の流路領域１２ｂの上流側から流通させる流路と、一定の流路幅に縮流させる第２の流路交換部２１ｂを介して第２の冷媒の流通方向を下方向（Ｚ方向）へ転換させる流路と、第２の冷媒の流通方向を水平方向（Ｙ方向）へ転換させ、第１の流路領域１２ａの第２の熱交換領域１３ｂへ分流して流通させる流路とからなる階段状に構成されている。
【００２４】
第２の冷媒は、図１に示す点線の矢印のように、第２の流路領域１２ｂの入口２６ａを介して第２の流路領域１２ｂに入り、第２の流路２０ｂに沿って流れる。その冷媒は、第２の流路交換部２１ｂを介して下降した後、第１の流路領域１２ａの第２の流路２０ｂに流れ込み、加熱源３０の第２の熱交換面に接近して流れ、第１の流路領域１２ａの出口２５ｂへ向けて流れる。このように、第２の流路領域１２ｂの入口２６ａから流れる冷媒を第１の流路領域１２ａの出口２５ｂへ流すように第２の流路２０ｂが設けられているので、第１の流路領域１２ａの選択された熱交換領域１３ｂに第２の冷媒を独立して供給することができる。
【００２５】
図３は、ＭＣ１０における第１及び第２の流路２０ａ，２０ｂの温度分布を模式的に示している。同図から理解できるように、以上のように構成されたＭＣ１０を採用することにより、上記図８に示すように冷媒の出口付近に位置する高温部分がなくなり、加熱源３０と冷媒との間で良好に熱交換が行われ、加熱源３０の熱交換面に均一度の高い面内温度分布を持たせることができるということが分かる。これは、加熱源３０により熱せられた冷媒は、加熱源３０の途中において離され、加熱源３０から離れて熱せられていない冷たい冷媒は、加熱源３０に沿って流れるように第１及び第２の流路２０ａ，２０ｂ、第１及び第２の流路交換部２１ａ，２１ｂが合理的に配置されているからである。このように、ＭＣ１０における第１及び第２の流路領域１２ａ，１２ｂの第１及び第２の流路２０ａ，２０ｂ、及び第１及び第２の流路交換部２１ａ，２１ｂに良好な面内温度分布が生成されるようになり、加熱源３０における熱い領域、暖かい領域及び冷たい領域の間の温度の差異を減少させることができる。こうして、第１及び第２の流路交換領域１４ａを含む第１及び第２の熱交換領域１３ａ，１３ｂでの良好な面内温度分布は、加熱源３０での良好な面内温度分布をもたらすことができる。
【００２６】
なお、図示例によれば、第１の流路領域１２ａは、六重層の流路からなっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば単一層の流路から形成されていてもよい。また、第２の流路領域１２ｂは、単一層の流路からなっていてもよいが、別の構造としては、例えば二重、三重、あるいは四重層などの流路から形成されていてもよい。
【００２７】
（第１の実施の形態に係わる熱交換器の製造方法）
以上の構成をもつＭＣ１０は、本発明の製造方法によって、以下のように効率的に製造することができる。なお、以下の製造例にあっては、上記第１の実施の形態のように１つの流路交換領域を有する２つの流路領域を製造する場合について述べるが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば３つ以上の流路領域を製造する場合をも含むものである。
【００２８】
（１）ドナー基板の作製
図４は、本発明の熱交換器の構成材料となる薄膜を着膜したパターニング後のドナー基板を模式的に示す平面図である。同図において、ドナー基板４０上には、３次元微小構造体であるＭＣ１０のマイクロ流路を構成する複数の断面パターン形状に対応した第１層〜第２０層のセル４１〜６０が、Ｘ方向及びＹ方向にピッチ１０ｍｍで４×５の２次元状に配列されている。図示例では、隔壁層１１ａ，１１ｂを構成する第１層及び第２０層の２枚のセル４１，６０と、第１の流路パターン部材２０及び連通パターン部材２１を構成する第２層〜第１３層の１２枚のセル４２〜５３と、第１４層〜第１９層の６枚のセル５４〜５９とを、矢印ＩＶに示す積層順序で重ね合わせることで積層一体化される。ドナー基板４０上のセルの大きさ、チャネル幅、パターン幅などについては、加熱源３０の大きさや発熱量によって適宜選択することができるが、セルの大きさとしては、例えば数ｍｍ角〜数１０ｍｍ角が好適である。チャネル幅Ｗ１とパターン幅Ｗ２としては、例えば数１０μｍ〜数１００μｍであることが好ましい。また、パターンの厚さとしては、例えば数１０〜数１００μｍであることが好ましい。
【００２９】
このドナー基板４０は、特に限定するものではないが、例えば電鋳法により作製することができる。その材料としては、例えば熱伝導性に優れるニッケルや銅などを用いることができる。ドナー基板４０の表面にＭＣ１０の構成材料となる薄膜を着膜して、フォトリソグラフィー法によりパターニングを行うことで、ＭＣ１０の第１〜第２０層の複数の薄膜パターン４１〜６０を一括して形成することができる。薄膜形成方法の他の一例としては、例えばスパッタ法、分子線ビームエピタキシャル法、化学気相堆積法、真空蒸着法、スピン塗布法等の一般的な薄膜形成方法を使用することができる。その薄膜のパターニングとしては、フォトリソグラフィー法の他に、例えば集束イオンビーム（ＦＩＢ）法、電子ビーム直接描画法等を用いることができる。
【００３０】
ここでは、ドナー基板４０を電鋳法を用いて作製する。先ず、所定の表面粗さを有するステンレス等からなる金属基板４０ａを準備する。次に、金属基板４０ａ上に厚膜フォトレジストを塗布し、作製するＭＣ１０の各断面形状に対応したフォトマスクにより露光し、フォトレジストを現像する。これにより、各断面形状のポジネガ反転したレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンを有する金属基板４０ａをめっき浴に浸漬し、フォトレジストに覆われていない金属基板４０ａの表面にニッケルめっきを成長させる。次に、レジストパターンを除去し、図４に示すように、金属基板４０ａ上にＭＣ１０の各断面形状に対応したセル（薄膜パターン）４１〜６０を形成する。これにより、金属基板４０ａ上に薄膜パターン４１〜６０が形成されたドナー基板４０が得られる。
【００３１】
（２）薄膜パターンの積層
図５（ａ）〜（ｆ）は、薄膜パターンの積層工程を概略的に示す図である。なお、ＭＣ１０の各断面形状に対応した複数の薄膜パターン４１〜６０が同一の積層工程を経てターゲット基板７０上に順次転写されるので、図４に示す薄膜パターン４１〜６０のうち薄膜パターン４１，４２の積層工程だけを説明する。そのため、図５においては、他の薄膜パターン４３〜６０の図示を省略している。
【００３２】
ＭＣ１０を製造するにあたっては、先ず、図５（ａ）に示すように、ドナー基板４０を真空槽内の図示しない下部ステージ上に配置し、ターゲット基板７０を真空層内の図示しない上部ステージ上に配置する。次いで、真空槽内を排気して高真空状態あるいは超高真空状態にする。次に、下部ステージを上部ステージに対して相対的に移動させて、ターゲット基板７０の直下にドナー基板４０の第１層目の薄膜パターン４１を位置させる。次に、ターゲット基板７０の表面、及び第１層目の薄膜パターン４１の表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化する。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、上部ステージを下降させ、所定の荷重力でターゲット基板７０とドナー基板４０とを所定の時間で押圧し、ターゲット基板７０と第１層目の薄膜パターン４１とを常温接合する。
【００３４】
次に、図５（ｃ）に示すように、上部ステージを上昇させると、第１層目の薄膜パターン４１が金属基板４０ａから剥離し、ターゲット基板７０側に転写される。これは、薄膜パターン４１とターゲット基板７０との接合力が薄膜パターン４１と金属基板４０ａとの密着力よりも大きいからである。
【００３５】
次に、図５（ｄ）に示すように、下部ステージを移動させ、ターゲット基板７０の直下にドナー基板４０上の第２層目の薄膜パターン４２を位置させる。次に、ターゲット基板７０側に転写された薄膜パターン４１の表面（金属基板４０ａに接触していた面）、及び第２層目の薄膜パターン４２の表面にアルゴン原子ビームを照射して清浄化する。
【００３６】
次に、図５（ｅ）に示すように、上部ステージを下降させ、第１層目と第２層目の薄膜パターン４１，４２を常温接合させ、図５（ｆ）に示すように、上部ステージを上昇させると、第２層目の薄膜パターン４２が金属基板４０ａから剥離し、ターゲット基板７０側に転写される。
【００３７】
他の薄膜パターン４３〜６０も、薄膜パターン４１，４２と同様に、ドナー基板４０とターゲット基板７０との位置決め、接合、離間を繰り返すことにより、ＭＣ１０の各断面形状に対応した複数の薄膜パターン４３〜６０をターゲット基板７０上に転写することができる。常温接合により薄膜パターン４１〜６０を接合することにより、薄膜パターン４１〜６０の形状や厚みの変化が少なくなり、高精度なＭＣ１０が得られる。
【００３８】
こうして、ターゲット基板７０上に転写された複数の薄膜パターン４１〜６０からなる積層体を上部ステージから取り外し、ターゲット基板７０を除去することで、所望の形状を有する微細な薄膜パターン４１〜６０からなるＭＣ１０を作製することができる。これにより、複雑な構造のＭＣ１０を短時間に低コストで作製することができる。なお、セルの形状、枚数などは、これに限定されるものではないことは勿論である。
【００３９】
［第２の実施の形態］
（熱交換器の構成）
図６は、本発明における第２の実施の形態である熱交換器の一構成例を模式的に示す断面図である。なお、同図において上記第１の実施の形態と実質的に同じ部材には同一の部材名と符号を付している。従って、これらの部材に関する詳細な説明は省略する。
【００４０】
同図において、上記第１の実施の形態と大きく異なるところは、上記第１の実施の形態では、加熱源３０を冷却する２つの冷媒を熱交換領域１３ａ，１３ｂの２箇所に独立して流通させる構成となっていたものを、この第２の実施の形態にあっては、加熱源３０を冷却する４つの冷媒を熱交換領域１３ａ，１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの４箇所に独立して流通させる構成を備えている点にある。
【００４１】
ＭＣ１０の第１の流路領域１２ａは、微小な流路の断面形状に対応した６枚の薄膜からなる第１の流路パターン部材２０と、冷媒の流れ方向を転換する微小な流路の断面形状に対応した６枚の薄膜からなる連通パターン部材２１とを交互に積層一体化している。これにより、第１の流路領域１２ａは、六重層の流路により構成される。一方、第２〜第４の流路領域１２ｂ〜１２ｄのそれぞれは、微小な流路の断面形状に対応した６枚の薄膜からなる第２〜第４の流路パターン部材２２〜２４間に連通パターン部材２１を介して積層一体化されている。これにより、第２〜第４の流路領域１２ｂ〜１２ｄのそれぞれは、単一層の流路により構成される。
【００４２】
この第２の実施の形態であるＭＣ１０は、４つの流路領域１２ａ〜１２ｄと同数の熱交換領域１３ａ〜１３ｄを冷媒の流通方向にわたって配している。流路領域１２ａ〜１２ｄの入口２５ａ〜２８ａから流れる独立な冷媒が、４つの熱交換領域１３ａ〜１３ｄのうち１つの熱交換領域及び６つの流路交換領域１４ａ〜１４ｆのうち３つの流路交換領域を介して、他の流路領域１２ａ〜１２ｄの出口２５ｂ〜２８ｂへ向けて流れるように、第１〜第４の流路２０ａ〜２０ｄが設けられている。第１〜第４の流路２０ａ〜２０ｄのそれぞれは、流通方向（Ｙ方向）に沿って左右交互に千鳥状に配されている。第１〜第４の冷媒の流れは、図６に実線、破線、一点鎖線及び二点鎖線の矢印でそれぞれ示している。
【００４３】
第１の流路領域１２ａの入口２５ａは、第４の流路領域１２ｄの出口２８ｂに通じる第１の流路２０ａに連結されている。この第１の流路２０ａは、図６に実線で示すように、第１の冷媒を第１の熱交換領域１３ａへ分流して流通させる流路と、第２〜第４の流路領域１２ｂ〜１２ｄへ向けて冷媒の流通方向を転換させる第１〜第３の流路交換領域１４ａ〜１４ｃを介して連通された流路とからなる。第１の流路領域１２ａの入口２５ａから流れる冷媒を第４の流路領域１２ｄの出口２８ｂへ流すように第１の流路２０ａが設けられているので、第１の流路領域１２ａの選択された熱交換領域１３ａに第１の冷媒を独立して供給することができる。
【００４４】
第２の流路領域１２ｂの入口２６ａは、第３の流路領域１２ｃの出口２７ｂに通じる第２の流路２０ｂに連結されている。この第２の流路２０ｂは、図６に破線で示すように、第２の冷媒を第２の熱交換領域１３ｂへ向けて冷媒の流通方向を転換させる第１の流路交換領域１４ａを介して連通された流路と、第２及び第３の流路領域１２ｂ，１２ｃへ向けて冷媒の流通方向を転換させる第４及び第５の流路交換領域１４ｄ，１４ｅを介して連通された流路とからなる。第２の流路領域１２ｂの入口２６ａから流れる冷媒を第３の流路領域１２ｃの出口２７ｂへ流すように第２の流路２０ｂが設けられているので、第１の流路領域１２ａの選択された熱交換領域１３ｂに第２の冷媒を独立して供給することができる。
【００４５】
第３の流路領域１２ｃの入口２７ａは、第２の流路領域１２ｂの出口２６ｂに通じる第３の流路２０ｃに連結されている。この第３の流路２０ｃは、図６に一点鎖線で示すように、第３の冷媒を第３の熱交換領域１３ｃへ向けて冷媒の流通方向を転換させる第２及び第４の流路交換領域１４ｂ，１４ｄを介して連通された流路と、第２の流路領域１２ｂへ向けて冷媒の流通方向を転換させる第６の流路交換領域１４ｆを介して連通された流路とからなっている。第３の流路領域１２ｃの入口２７ａから流れる冷媒を第２の流路領域１２ｂの出口２６ｂへ流すように第３の流路２０ｃが設けられているので、第１の流路領域１２ａの選択された熱交換領域１３ｃに第３の冷媒を独立して供給することができる。
【００４６】
第４の流路領域１２ｄの入口２８ａは、第１の流路領域１２ａの出口２５ｂに通じる第４の流路２０ｄに連結されている。第４の流路２０ｄは、図６に二点鎖線で示すように、第４の冷媒を第４の熱交換領域１３ｄへ向けて冷媒の流通方向を転換させる第３、第５及び第６の流路交換領域１４ｃ，１４ｅ，１４ｆを介して連通された流路からなっている。第４の流路領域１２ｄの入口２８ａから流れる冷媒を第１の流路領域１２ａの出口２５ｂへ流すように第４の流路２０ｄが設けられているので、第１の流路領域１２ａの選択された熱交換領域１３ｄに第４の冷媒を独立して供給することができる。
【００４７】
この第２の実施の形態であるＭＣ１０にあっては、熱せられていない冷たい冷媒を加熱源３０付近の第１の流路領域１２ａに４回流すことができる。このＭＣ１０は、上記第１の実施の形態であるＭＣ１０と比べると、冷媒の交換回数が多いので、加熱源３０の面内温度分布の均一性を確実に維持することができるようになる。これにより、ＭＣ１０の熱を効果的に除去することが可能になる。なお、必要に応じて、交換回数を３回あるいは４回よりも多くしてもよいことは勿論である。
【００４８】
上記のごとく構成されたＭＣ１０においては、各流路領域１２ａ〜１２ｄが薄膜パターンからなっており、それらの薄膜パターンを積層一体化した構成とされているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば各流路領域１２ａ〜１２ｄのうち所望の部位を一体成形したブロック体により構成することができることは勿論であり、ＭＣ１０の構造、形状、流路の本数、配置位置などは、図示例に限定されるものではない。また、流路の断面形状は任意であり、例えば正方形、長方形などの矩形、三角形、五角形、円形、半円形などの各種の形態を用いることができる。
【００４９】
上記各実施の形態によれば、第１の冷媒と第２の冷媒の流れ方向とは同一方向となる並流としていたが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば冷媒の流れ方向が相互に逆方向となる向流とすることもできることは勿論であり、上記各実施の形態、実施例及び図示例に限定されるものではなく、その発明の趣旨を逸脱しない範囲内で様々な設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明における第１の実施の形態である熱交換器の一構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の熱交換器における流路パターンの一構成例を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の熱交換器における流路の温度分布を説明するための説明図である。
【図４】本発明の熱交換器における構成材料となる薄膜を着膜したパターニング後のドナー基板を模式的に示す平面図である。
【図５】本発明の熱交換器の製造工程を模式的に示す図である。
【図６】本発明における第２の実施の形態である熱交換器の一構成例を模式的に示す断面図である。
【図７】従来の半導体装置の構成を示す断面図である。
【図８】従来の半導体装置におけるマイクロヒートシンク内部のチャネル溝の温度分布を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０                マイクロクーラー
１１ａ，１１ｂ      隔壁層
１２ａ〜１２ｄ      第１〜第４の流路領域
１３ａ〜１３ｄ      第１〜第４の熱交換領域
１４ａ〜１４ｆ      第１〜第６の流路交換領域
２０，２２〜２４    第１〜第４の流路パターン部材
２０ａ〜２０ｄ      第１〜第４の流路
２１                連通パターン部材
２１ａ〜２１ｄ      第１〜第４の流路交換部
２５ａ〜２８ａ      入口
２５ｂ〜２８ｂ      出口
３０                加熱源
４０                ドナー基板
４０ａ              金属基板
４１〜６０          第１層〜第２０層のセル（薄膜パターン）
７０                ターゲット基板
１００              半導体モジュール
１０１              マイクロヒートシンク
１０２              ＩＣチップ
１０３              配線基板
１０４              フィン
１０５              チャネル溝
Ｗ１                チャネル幅
Ｗ２                パターン幅
【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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