(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面の少なくとも一面が放熱の用をなす放熱面（１５）とされている発熱体（１０）と、
表面の少なくとも一面が前記放熱面に対向しつつ冷却の用をなす冷却面（２２）とされている金属製の熱交換器（２０）と、
表裏の板面のうちの一面を前記放熱面に対向させ、他面を前記冷却面に対向させた状態で、前記放熱面と前記冷却面との間に介在する電気絶縁性且つ熱伝導性を有する絶縁板（３０）と、を備え、
前記発熱体に発生する熱が、前記絶縁板を介して前記放熱面と前記冷却面との間で熱交換されることにより、前記熱交換器に放熱されるようになっている冷却モジュールであって、
前記冷却面と前記絶縁板との間には、金属製の接合材（４０）が介在し、前記接合材によって、前記絶縁板は前記冷却面に一体に接合されており、
前記放熱面と前記絶縁板とは、前記接合材よりも低弾性な弾性部材（５０）を介して密着しており、
前記放熱面および前記冷却面は、前記接合材、前記絶縁板および前記弾性部材を介して熱的に接続されており、
前記熱交換器は、前記発熱体、前記熱交換器、前記絶縁板の積層方向を厚さ方向とし、表裏の矩形の主面を有する薄型の直方体形状とされ、前記発熱体と対向する一方の主面が前記冷却面とされており、内部に冷媒が流れる流路（２１）を有していることを特徴とする冷却モジュール。
【請求項２】
前記接合材が少なくとも２種類の金属から構成される共晶からなることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の冷却モジュール。
【請求項３】
前記絶縁板は、前記熱交換器の表面における前記冷却面とは反対側の面（２３）にも設けられ、
当該反対側の面に対して、前記接合材によって前記絶縁板が一体に接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の冷却モジュール。
【請求項４】
前記発熱体は複数個設けられ、前記熱交換器は複数個設けられたものであり、
前記複数個の発熱体は、直列に配列され、隣り合う前記発熱体同士のそれぞれの間に、前記熱交換器が介在するように、前記複数個の発熱体および前記複数個の熱交換器が積層されて積層体（１００）を形成しており、
前記放熱面、前記冷却面はそれぞれ、隣り合う前記発熱体と前記熱交換器とにおいて互いに対向する前記発熱体の面、前記熱交換器の面であり、
当該対向する前記放熱面と前記冷却面との間では、前記接合材、前記絶縁板および前記弾性部材を介した熱的な接続がなされていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の冷却モジュール。
【請求項５】
前記接合材は、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ａｇ、Ａｌ−Ｓｉのいずれか１つにより構成されることを特徴とする請求項２に記載の冷却モジュール。
【請求項６】
前記接合材は、Ａｌ−Ｃｕで構成されており、前記接合材による共晶部を形成するθ相の厚さが２μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載の冷却モジュール。
【請求項７】
前記熱交換器は、前記冷却面が前記放熱面より大きくされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載の冷却モジュール。
【請求項８】
前記熱交換器は、内部に前記流路を構成するフィンが位置されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１つに記載の冷却モジュール。
【請求項９】
前記熱交換器は、内部に、前記積層方向において領域を２分割する部材が配置されており、
前記フィンは、前記２分割された領域にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項８に記載の冷却モジュール。
【請求項１０】
前記部材は、Ａｌで構成されていることを特徴とする請求項９に記載の冷却モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器の冷却面と発熱体の放熱面とを、絶縁板を介して熱的に接続してなる冷却モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の冷却モジュールとしては、一面が放熱の用をなす放熱面とされている発熱体と、一面が放熱面に対向しつつ冷却の用をなす冷却面とされている熱交換器と、放熱面と冷却面との間に介在する電気絶縁性且つ熱伝導性を有する絶縁板と、放熱グリスと、を備えたものが一般的である。
【０００３】
ここで、発熱体に発生する熱が、絶縁板を介して放熱面と冷却面との間で熱交換されることにより、熱交換器に放熱されるようになっている。また、一般には、冷却面と絶縁板との間、および、放熱面と絶縁板の間には、放熱グリスが介在されることで、これら冷却面、絶縁板、放熱面の各同士が密着し、上記熱交換が可能となるように熱的に接続されている。
【０００４】
しかしながら、この構成の場合、パワーサイクルによって、放熱グリスによる密着性が低下するなどの不具合が生じるため、熱抵抗が悪化する、という課題が発生する。
【０００５】
一方で、従来より、冷却モジュールとしては、冷却面と絶縁板との間、および、放熱面と絶縁板の間を、ＣｕやＡｇ等による接合や、ろう付けによる接合などの金属接合によって接合することで、高熱伝導性且つ絶縁機能を持たせたものが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−９８３８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記特許文献１に記載の冷却モジュールの場合、熱交換器の冷却面と発熱体の放熱面の両方に対して、絶縁板を金属による接合を用いて接続している。この場合、冷却面、放熱面、および接合用金属の各部を構成する金属と、絶縁板を構成するセラミック等とでは、発熱による線膨張係数の差から応力、つまり熱応力が発生する。そして、この応力によるダメージは、線膨張係数の低い絶縁板において大きく、最悪、絶縁板の破損につながるという問題が発生する。
【０００８】
そのため、上記特許文献１に記載の冷却モジュールの構成を採用する場合、さらに、冷却面を含む熱交換器の少なくとも一部、接合用金属、絶縁板、接合用金属および発熱体を、モールド樹脂で囲う必要が出てくる。そうすると、たとえば発熱体の故障等が発生したとき、発熱体のみを取り替えることが困難になる等の不具合が生じる。
【０００９】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、絶縁板を介して熱交換器の冷却面と発熱体の放熱面とを熱的に接続するにあたって、冷却面と放熱面との絶縁性を確保しつつ、線膨張差により絶縁板に発生する応力の緩和、および、当該熱的接続部分における熱抵抗の悪化の低減を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、表面の少なくとも一面が放熱の用をなす放熱面（１５）とされている発熱体（１０）と、表面の少なくとも一面が放熱面に対向しつつ冷却の用をなす冷却面（２２）とされている金属製の熱交換器（２０）と、表裏の板面のうちの一面を放熱面に対向させ、他面を冷却面に対向させた状態で、放熱面と冷却面との間に介在する電気絶縁性且つ熱伝導性を有する絶縁板（３０）と、を備え、発熱体に発生する熱が、絶縁板を介して放熱面と冷却面との間で熱交換されることにより、熱交換器に放熱されるようになっている冷却モジュールであって、さらに、次のような特徴を有する。
【００１１】
すなわち、請求項１の冷却モジュールにおいては、冷却面と絶縁板との間には、金属製の接合材（４０）が介在し、接合材によって、絶縁板は冷却面に一体に接合されており、放熱面と絶縁板とは、接合材よりも低弾性な弾性部材（５０）を介して密着しており、放熱面および冷却面は、接合材、絶縁板および弾性部材を介して熱的に接続されており、熱交換器は、発熱体、熱交換器、絶縁板の積層方向を厚さ方向とし、表裏の矩形の主面を有する薄型の直方体形状とされ、発熱体と対向する一方の主面が冷却面とされており、内部に冷媒が流れる流路（２１）を有していることを特徴とする。
【００１２】
それによれば、熱交換器の冷却面と発熱体の放熱面との間の放熱経路に、電気絶縁性の絶縁板が介在するので、冷却面と放熱面とは電気的に絶縁される。また、当該放熱経路において、冷却面と絶縁板との間に介在する金属製の接合材により、熱抵抗の悪化を抑制することができる。
【００１３】
また、当該放熱経路において、放熱面と絶縁板との間に介在する低弾性の弾性部材により、発熱による線膨張係数差に起因して絶縁板に発生する応力を緩和することができるから、当該熱的接続部分をモールド樹脂で囲う必要はない。
【００１４】
よって、本発明によれば、冷却面と放熱面との絶縁性を確保しつつ、線膨張差により絶縁板に発生する応力の緩和、および、当該熱的接続部分における熱抵抗の悪化の低減を実現することができる。
【００１５】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる冷却モジュールを示す概略断面図である。
【図２】図１における熱交換器の冷却面と接合材との界面の拡大図である。
【図３】本発明の第２実施形態にかかる冷却モジュールを示す概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態にかかる冷却モジュールを示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる冷却モジュールＳ１について、図１を参照して述べる。この冷却モジュールＳ１は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置における電力変換装置等に適用されるものである。
【００１９】
本実施形態の冷却モジュールＳ１は、大きくは、駆動時等に発熱する発熱体１０と、発熱体１０と熱交換する金属製の熱交換器２０と、発熱体１０と熱交換器２０との間に介在し、発熱体１０と熱交換器２０とを電気的に絶縁する絶縁板３０と、を備えている。
【００２０】
本実施形態の発熱体１０は、いわゆる両面放熱型のモールドパッケージとして構成されている。具体的に、発熱体１０は、発熱素子１１と、発熱素子１１に電気的および熱的に接続されたヒートシンク１２と、これら発熱素子１１およびヒートシンク１２を封止するモールド樹脂１３とよりなるものである。
【００２１】
発熱素子１１は、シリコン半導体等よりなるもので、たとえばＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴ等のパワー素子等よりなる。このような発熱素子１１は、通常の半導体プロセス等により、たとえば半導体チップとして形成されたものである。
【００２２】
ここで、ヒートシンク１２は、発熱素子１１の表裏両側（図１中の発熱素子１１の上下両側に相当）それぞれに設けられている。このヒートシンク１２は、Ｃｕ（銅）やＦｅ（鉄）等の放熱性に優れた金属等よりなるもので、板状をなし、発熱素子１１の放熱板且つ電極として機能するものである。
【００２３】
発熱素子１１における表裏の各側において、ヒートシンク１２の一方の板面と発熱素子１１とが、はんだ１４を介して電気的および機械的に接合されている。このはんだ１４は、この種のモールドパッケージに通常採用されるものとすることができ、典型的にはＰｂ（鉛）フリーはんだ等よりなるものである。
【００２４】
そして、これらヒートシンク１２、発熱素子１１、ヒートシンク１２が順次積層された積層体が、モールド樹脂１３により、包み込まれるように封止されている。このモールド樹脂１３は、ポリイミドやエポキシ樹脂等の典型的なモールド材料よりなり、トランスファー成形、コンプレッション成形等より形成されたものである。
【００２５】
ここで、発熱素子１１の表裏両側において、各ヒートシンク１２は、発熱素子１１とはんだ接続されている板面とは反対側の板面をモールド樹脂１３より露出させている。そして、各ヒートシンク１２において、このモールド樹脂１３から露出する面が、放熱の用をなす放熱面１５として構成されている。
【００２６】
このように、本実施形態では、発熱体１０は、当該発熱体１０の表面において２個の放熱面１５を有している。駆動時等に発生する発熱素子１１の熱は、ヒートシンク１２に伝わり、放熱面１５を介して、発熱体１０の外部に放出されるようになっている。このように、本実施形態の発熱体１０は、発熱素子１１の表裏両側、すなわち発熱体１０の表裏両側に放熱面１５を有しており、上記した両面放熱型のモールドパッケージとして構成されている。
【００２７】
なお、発熱体１０は、この種のモールドパッケージと同様に、一部がモールド樹脂１３で封止された図示しないリードフレームを備えている。そして、このリードフレームにおけるインナーリードと発熱素子１１とがワイヤボンディング等で接続されている。また、このリードフレームにおけるアウターリードは、モールド樹脂１３より露出して、外部配線部材等との電気的接続が可能なものとされている。
【００２８】
また、図示しないが、各ヒートシンク１２には、各ヒートシンク１２に一体に形成された端子部が設けられ、この端子部はモールド樹脂１３より露出している。そして、これらリードフレームや各ヒートシンク１２の端子部により、本実施形態の発熱体１０は、発熱体１０外部、ひいては冷却モジュールＳ１外部との電気的な接続が可能なものとされている。
【００２９】
熱交換器２０は、発熱体１０と熱交換して発熱体１０を冷却する冷却器として機能するものである。ここでは、熱交換器２０は、内部を水やエチレングリコール等の冷媒が流れるもので、いわゆる水冷タイプのものである。
【００３０】
この熱交換器２０は、たとえばＡｌ（アルミニウム）等の熱伝導性に優れ、軽量化等に適した金属よりなるものである。熱交換器２０は、内部に冷媒が流れる流路２１を有しており、図示しないタンク等からポンプ等により、冷媒が流路２１に供給されるようになっている。
【００３１】
本実施形態では、熱交換器２０は、発熱体１０における表裏の両放熱面１５のそれぞれに対向して設けられている。つまり、本実施形態の冷却モジュールＳ１は、２個の熱交換器２０の間に発熱体１０が挟まれてなる積層構成を有するものとされている。
【００３２】
この熱交換器２０のそれぞれにおいては、表面のうち発熱体１０の放熱面１５に対向する一面が、放熱面１５と熱的に接続される冷却面２２とされている。つまり、冷却面２２は、放熱面１５との間で熱交換して発熱体１０を冷却する用をなすものとされている。
【００３３】
具体的には、各熱交換器２０は、図１中の上下方向を厚さ方向とし、表裏の矩形の主面を有する薄型の直方体形状をなすもので、発熱体１０と対向する一方の主面に冷却面２２が形成されている。なお、図１では、各熱交換器２０の表面における冷却面２２とは反対側の主面は、反対側の面２３として示してある。
【００３４】
絶縁板３０は、電気絶縁性且つ熱伝導性を有する板であり、発熱体１０の放熱面１５と熱交換器２０の冷却面２２との間の電気絶縁性および熱伝導性を確保するものである。絶縁板３０としては、たとえばシリコンナイトライド（ＳｉＮ）やアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）等のセラミックやガラス等よりなる板が挙げられる。また、絶縁板３０は、絶縁板３０としての電気絶縁性および熱伝導性が確保されるならば、たとえば電気絶縁性の樹脂等を板状に成形したものであってもよい。
【００３５】
この絶縁板３０は、発熱体１０の表裏の各側において、放熱面１５と熱交換器２０の冷却面２２との間に介在している。具体的には、各絶縁板３０は、表裏の板面のうちの一面を放熱面１５に対向させ、他面を冷却面２２に対向させた状態とされている。
【００３６】
ここで、各熱交換器２０の冷却面２２と絶縁板３０との間には、金属製の接合材４０が介在し、この接合材４０によって、絶縁板３０は冷却面２２に一体に接合されている。この接合材４０は、典型的には、ろう材であるが、はんだ等であってもよい。
【００３７】
たとえば、ろう材としてはＡｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ａｇ、Ａｌ−Ｓｉ等が挙げられ、はんだとしては、Ｃｕを含むＣｕ系のはんだ等が挙げられる。このように、絶縁板３０は、冷却面２２に対して、ろう付けやはんだ付けにより一体に接合されている。
【００３８】
ここで、このような金属製の接合材４０は、２種類の金属から構成される共晶からなるもの、つまり共晶部とされたものであり、図２に示されるように、冷却面２２と接合されていることが望ましい。
【００３９】
この共晶部としての接合材４０は、冷却面２２と接合材４０とについて共晶による接合を発現しやすい材料を適宜選択することで接合される。接合材４０による共晶部が形成されていると、冷却面２２と接合材４０とで接合は確保されるので、強固な接合が実現されやすくなる、という利点がある。また、冷却モジュールの壊れ方を考えた場合、この共晶部の存在により、共晶部の脆弱な部分が優先的に破損するので、接合された絶縁板３０自身が破損することはなく、漏電による機能停止を防ぐことができる、という利点もある。
【００４０】
具体的に述べると、典型的には、接合材４０を構成する金属は、冷却面２２すなわち熱交換器２０を構成する金属とは異種金属である。また、共晶とは、共融混合物とも言い、同時に析出する２種以上の結晶の混合物である。
【００４１】
ここで、冷却面２２を構成する金属が、たとえばＡｌであり、接合材４０が、たとえば、Ａｌ−Ｃｕである場合には、接合材４０を構成する金属はＣｕである。そして、この場合、共晶部は、Ａｌ−Ｃｕの共晶により構成される。また、接合材４０がＡｌ−Ｃｕで構成されている場合、接合性の確保等の点から、接合材４０による共晶部を形成するθ相の厚さが２μｍ以下であることが望ましい。なお、絶縁板３０と接合材４０とは、直接接触した状態で、ろう付けやはんだ付けの形態で接合されていればよい。
【００４２】
また、発熱体１０の各放熱面１５と絶縁板３０との間には、接合材４０よりも低弾性な弾性部材５０、すなわち接合材４０よりも軟らかい弾性部材５０が介在しており、各放熱面１５と絶縁板３０とは、弾性部材５０を介して密着している。
【００４３】
さらに言えば、弾性部材５０は、接合材４０よりも弾性率（あるいはヤング率）が小さく、軟らかく変形しやすいものである。このような低弾性率の弾性部材５０としては、典型的には、シリコーン樹脂等よりなる放熱グリスが挙げられる。なお、弾性部材５０としては、弾性を有するとともに使用環境耐性を有するものであれば、その他、ゴム等よりなるシートなどであってもよい。
【００４４】
こうして、本実施形態の冷却モジュールＳ１は、熱交換器２０、絶縁板３０、および、発熱体１０が、接合材４０および弾性部材５０を介して積層された構成となっている。そして、発熱体１０の放熱面１５とこれに対向する熱交換器２０の冷却面とは、接合材４０、絶縁板３０および弾性部材５０を介して接触することで、熱的に接続されている。
【００４５】
このような熱的接続構成を採用することにより、本実施形態では、接合材４０、絶縁板３０および弾性部材５０を介して放熱面１５と冷却面２２との間で熱交換が行われる。そのため、発熱体１０に発生する熱は、熱交換器２０に放熱され、発熱体１０は冷却されるようになっている。
【００４６】
ここで、本実施形態では、熱交換器２０、絶縁板３０、発熱体１０、絶縁板３０、熱交換器２０が順次積層された積層構成とされているが、この積層構成は、図示しない箇所にて、ねじ止め等の固定手段等により保持されている。具体的には、積層方向（図１の上下方向に相当）に圧縮される力が印加された状態で、これら熱交換器２０、絶縁板３０および発熱体１０の積層がなされている。
【００４７】
このような本実施形態の冷却モジュールＳ１の組み付け方法の一例を、次に示す。まず、熱交換器２０の冷却面２２に、接合材４０を介して絶縁板３０を接合し、熱交換器２０と絶縁板３０とを一体化しておく。
【００４８】
次に、絶縁板３０に弾性部材５０を配置しておくか、もしくは、発熱体１０の放熱面１５に弾性部材５０を配置しておき、熱交換器２０と発熱体１０とを積層する。そして、上記ねじ止め等を行い、積層された各部品同士を固定する。こうして、本実施形態の冷却モジュールＳ１ができあがる。
【００４９】
ところで、本実施形態によれば、熱交換器２０の冷却面２２と発熱体１０の放熱面１５との間の伝熱経路、つまり放熱経路に、電気絶縁性の絶縁板３０が介在するので、冷却面２２と放熱面１５とは電気的に絶縁される。また、当該放熱経路において、冷却面２２と絶縁板３０との間に介在する金属製の接合材４０により、熱抵抗の悪化を抑制することができる。
【００５０】
また、当該放熱経路において、放熱面１５と絶縁板３０との間に介在する低弾性の弾性部材５０により、発熱による線膨張係数差に起因して絶縁板３０に発生する応力を緩和することができるから、従来のような当該熱的接続部分をモールド樹脂で囲う構成を採用することは、不要となる。
【００５１】
また、弾性部材５０については、上記した積層構造の冷却モジュールＳ１に印加されている圧縮力によって放熱面１５と絶縁板３０とに密着した状態となっている。そのため、たとえば固定手段等による圧縮力を解除してやれば、発熱体１０と絶縁板３０との取り外しが容易なものとなる。これによれば、たとえば発熱体１０の故障等が生じた場合、発熱体１０のみを取り替えることが容易となる。
【００５２】
さらには、放熱面１５や絶縁板３０に凹凸が存在していても、これら凹凸は弾性部材５０の変形により埋められるため、放熱面１５と絶縁板３０との密着性が向上する等の利点が期待できる。
【００５３】
よって、本実施形態によれば、熱交換器２０の冷却面２２と発熱体１０の放熱面１５との絶縁性を確保しつつ、線膨張差により絶縁板３０に発生する応力の緩和、および、熱的接続部分における熱抵抗の悪化の低減を実現することができる。
【００５４】
また、本実施形態によれば、予め熱交換器２０と絶縁板３０とを一体に接合したうえで、放熱面１５と絶縁板３０との間に弾性部材５０を配置して、発熱体１０を組み付けている。そのため、放熱面１５と絶縁板３０との間、および、絶縁板３０と冷却面２２との間の両方に、それぞれ放熱グリス等の弾性部材を配置して組み付けを行う場合に比べて、組み付け性の簡素化が期待できる。
【００５５】
［第１実施形態の他の例］
また、上記図１では、各熱交換器２０は、表面に１個の冷却面２２を有し、この冷却面２２に絶縁板３０を設けていた。ここで、冷却面２２は、上述したように、発熱体１０の放熱面１５に対向し、接合材４０、絶縁板３０、弾性部材５０を介して、放熱面１５と熱的に接続される面である。また、図１では、熱交換器２０の表面のうち冷却面２２とは反対側に位置し、放熱面１５と熱的に接続されない面を、反対側の面２３とした。
【００５６】
ここで、好ましい形態として、図１に示されるように、絶縁板３０を、冷却面２２に加えて各熱交換器２０における反対側の面２３にも設けた構成としている。具体的には、放熱面１５と対向していない反対側の面２３に対しても、接合材４０によって絶縁板３０が一体に接合されている。
【００５７】
この好ましい形態によれば、熱交換器２０における冷却面２２とこれとは反対側の面２３との両面について、絶縁板３０が接合材４０により一体に接合されているので、当該両面のどちらに対しても、発熱体１０を熱的に接続することが可能となる。
【００５８】
つまり、発熱体１０の発熱状況に応じて、当該両面のどちらか一方を冷却面として選択することが可能になる。具体的には、熱交換器２０において絶縁板３０が接合されている２個の冷却面２２のうち、一方を選択して、当該選択された方に発熱体１０を接続してやればよい。また、この反対側の面２３へ絶縁板３０を接合する効果として、熱交換器２０の冷却面２２と反対側の冷却面２３の表面の反り量を低減する効果が期待される。
【００５９】
さらに、この好ましい形態を応用すれば、熱交換器２０における冷却面２２および反対側の面２３の両方を、冷却面として、当該両方の冷却面に発熱体１０を熱的に接続することも可能になる。この場合、熱交換器２０は、表面のうちの一面側の冷却面と、一面とは反対側の他面側の冷却面との２個の冷却面を有するものとされる。
【００６０】
なお、本実施形態においては、上記好ましい形態を採用せずに、熱交換器２０における反対側の面２３は、何も接合されることなく露出した面とした構成、すなわち、絶縁板３０を、熱交換器２０における冷却面２２のみに設けた構成を採用してもかまわない。
【００６１】
また、上記図１では、発熱体１０の表裏両側の放熱面１５に対応して、２個の熱交換器２０を備えた構成とされたが、熱交換器２０は、どちらか１個であってもよい。たとえば、上記図１において、発熱体１０の下側の熱交換器２０を省略した構成として、発熱体１０における下側の放熱面１５を、外気にさらされた状態としてもよい。
【００６２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態にかかる冷却モジュールＳ２について、図３を参照して、上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。この冷却モジュールＳ２は、上記図１に示される、熱交換器２０、発熱体１０、熱交換器２０が順に積層された構成を、複数個繰り返してなる積層体１００により構成されるものである。
【００６３】
本実施形態では、発熱体１０は複数個設けられ、熱交換器２０も複数個設けられたものである。ここでは、図３に示されるように、発熱体１０、熱交換器２０は、それぞれ３個、４個である。なお、本実施形態では、熱交換器２０と発熱体１０とが交互に繰り返し積層された積層体１００が形成されていればよく、発熱体１０の個数および熱交換器２０の個数は、ともに複数であればよく、特に限定するものではない。
【００６４】
つまり、複数個の発熱体１０は、直列に配列され、隣り合う発熱体１０同士のそれぞれの間に、熱交換器２０が介在するように、複数個の発熱体１０および複数個の熱交換器２０が交互に繰り返し積層されて積層体１００を形成している。
【００６５】
ここで、放熱面１５、冷却面２２はそれぞれ、隣り合う発熱体１０と熱交換器２０とにおいて互いに対向する発熱体１０の面、熱交換器２０の面とされている。そして、隣り合う発熱体１０および熱交換器２０同士において、互いに対向する放熱面１５と冷却面２２との間では、上記第１実施形態と同様、接合材４０、絶縁板３０および弾性部材５０を介した熱的な接続がなされている。
【００６６】
このように、冷却モジュールＳ２は、発熱体１０と熱交換器２０とが繰り返して配置された積層体１００よりなる。そして、上述のように、図３の例では、３個の発熱体１０と４個の熱交換器２０とが繰り返し積層されている。
【００６７】
ここで、図３中の上端および下端に位置する２個の熱交換器２０以外の、中間の２個の熱交換器２０については、上下両側に発熱体１０が配置され、当該上下両側にて放熱面１５と対向している。そして、図３における当該中間の２個の熱交換器２０のそれぞれにおいては、上面と下面とが冷却面２２とされており、この上下両側の冷却面２２に対して、接合材４０によって絶縁板３０が一体に接合されている。
【００６８】
そして、当該上下両側の冷却面２２に接合された絶縁板３０に対して、これに隣り合う発熱体１０の放熱面１５が弾性部材５０を介して密着している。こうして、本実施形態においても、隣り合う熱交換器２０と発熱体１０との間で、冷却面２２と放熱面１５との熱的な接続が実現されている。
【００６９】
そして、本実施形態の各発熱体１０においても、上記図１に示された構成と同様に、発熱体１０における両放熱面１５のそれぞれが、これに隣り合う熱交換器２０の冷却面２２に対して、接合材４０、絶縁板３０および弾性部材５０を介して熱的に接続され、効率の良い両面放熱を可能としている。
【００７０】
さらに言えば、図３に示される構造においては、上端および下端に位置する２個の熱交換器２０は、一面のみが熱交換器２０に熱的に接続される冷却面２２とされ、反対側の面２３側には発熱体１０が配置されないものである。一方、中間の２個の熱交換器２０は、上下両面が冷却面２２とされたものであり、表面の２面が冷却面２２とされた熱交換器２０に相当する。
【００７１】
［第２実施形態の他の例］
上述したが、図３の構造においては、中間の２個の熱交換器２０は、上下両面が冷却面２２とされているもので、２個の冷却面２２を有するものであった。ここにおいて、この中間の２個の熱交換器２０においても、冷却面２２を１個のみ有するものとしてもよい。
【００７２】
たとえば、図３において、中間の２個の熱交換器２０のそれぞれについて、上面および下面のいずれか一方のみを冷却面２２としてやればよい。この場合、この一方の冷却面２２とこれに対向する発熱体１０の放熱面１５との間を、上記同様に、接合材４０、絶縁板３０、弾性部材５０を介して熱的に接続してやればよい。
【００７３】
また、この場合、中間の２個の熱交換器２０のそれぞれにおいて、一方の冷却面２２とは反対側の冷却面ではない面には、絶縁板３０を設けず、当該冷却面ではない面とこれに対向する発熱体１０の放熱面１５とは隙間を有した構成とすればよい。
【００７４】
あるいは、中間の２個の熱交換器２０のそれぞれにおいて、当該冷却面ではない面には、接合材４０を介して絶縁板３０は設けるが、弾性部材５０までは設けないようにしてもよい。この場合、当該冷却面ではない面側において、絶縁板３０とこれに対向する発熱体１０の放熱面１５とが隙間を有した構成とされる。
【００７５】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態にかかる冷却モジュールＳ３について、図４を参照して述べる。本実施形態は、上記第１実施形態と比較して絶縁板３０の構成を変形したところが相違するものであり、この相違点を中心に述べる。
【００７６】
上記第１実施形態では、絶縁板３０は、セラミックやガラス等よりなる単一の板として構成されていた。これに対して、本実施形態では、発熱体１０の放熱面１５と熱交換器２０の冷却面２２との間に介在する絶縁板３０を、図４に示されるように、当該絶縁層３０における表裏の板面のうち冷却面２２に対向する他面側に金属層３０ａを積層したものとしている。
【００７７】
つまり、本実施形態の絶縁板３０は、セラミックやガラス等の絶縁部３０ｂと、この絶縁部３０ｂにおける冷却面２２側の面に積層された金属層３０ａとの２層の積層構造よりなる。ここで、本実施形態においても、絶縁板３０は、電気絶縁性の絶縁部３０ｂを有するものであるから、熱交換器２０の冷却面２２と発熱体１０の放熱面１５との間の電気絶縁が確保される。
【００７８】
この金属層３０ａは、ろう材やはんだ等よりなる接合材４０との接合性に優れた金属、具体的には、銅やアルミニウム等の金属よりなる。そして、この金属層３０ａは、絶縁部３０ｂの表面にスパッタ、蒸着、めっき、あるいは、ロウ付け等の成膜法により設けられ、絶縁板３０において冷却面２２に対向する他面を構成している。
【００７９】
そして、本実施形態では、各熱交換器２０の冷却面２２と絶縁板３０の金属層３０ａとの間には、接合材４０が介在することによって、絶縁板３０は冷却面２２に一体に接合されている。一方、本実施形態では、発熱体１０の各放熱面１５と絶縁板３０の絶縁部３０ｂとの間において、上記第１実施形態同様、各放熱面１５と絶縁部３０ｂとが弾性部材５０を介して密着している。
【００８０】
本実施形態では、絶縁板３０のうち接合材４０による接合が行われる冷却面２２側において、金属層３０ａを設け、この金属層３０ａにて接合材４０を接合するようにしているため、接合性の向上が期待できる。つまり、接合材４０による接合対象として、絶縁部３０ｂよりもろう付けやはんだ付け性に優れた金属層３０ａが用いられることで、接合強度の向上が図れる。
【００８１】
また、図３の例では、絶縁板３０は、熱交換器２０の冷却面２２側のみに金属層３０ａを有する２層構成であったが、さらに発熱体１０の放熱面１５側にも金属層３０ａを有するものであってもよい。
【００８２】
この場合、図示しないが、絶縁板３０は、発熱体１０側から熱交換器２０側へ向かって、金属層３０ａ、絶縁部３０ｂ、金属層３０ａが積層された３層構成となる。このような３層構成の場合、絶縁部３０ｂの両側に金属層３０ａが積層されているため、２層構成に比べて、絶縁板３０が反りにくくなるという効果が期待できる。
【００８３】
なお、本実施形態においても、上記図１と同様、熱交換器２０における反対側の面２３に、絶縁板３０を設けており、この反対側の面２３の絶縁板３０は、上記第１実施形態と同様、単一の板として構成されたものである。しかし、この絶縁板３０も、上記図３のような積層構成のものとしてもかまわない。
【００８４】
また、本実施形態においても、上記図１と同様、熱交換器２０における反対側の面２３は、何も接合されることなく露出した面とした構成を採用してもかまわない。また、本実施形態においても、発熱体１０の表裏両側の放熱面１５のどちらか１個のみに対応して、熱交換器２０を設けた構成を採用してもよい。つまり、図４における上下の放熱面１５の一方にて熱交換器２０を省略し、当該一方の放熱面１５を外気にさらした構成としてもよい。
【００８５】
さらに、本実施形態は、絶縁板３０を上記した積層構成としただけのものであるから、上記第２実施形態のように、積層構成を複数個繰り返してなる積層体により構成されるものに対しても、採用できることはもちろんである。
【００８６】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態においては、発熱体１０は、発熱素子１１の表裏両側に放熱面１５を有する両面放熱タイプのものであったが、発熱体１０としては、発熱素子１１の表裏の一方側のみに放熱面１５を有するものでもよい。このような構成は周知であるが、具体的には、上記図１に示される発熱体１０において、一方のヒートシンク１２を省略したパッケージ構成とすればよい。
【００８７】
また、発熱体１０としては、表面の少なくとも一面が放熱面１５とされているものであればよく、上記したモールドパッケージに限定されるものではない。たとえば、配線基板の一面側に発熱素子が搭載され、配線基板の他面側を放熱面とする電子装置等であってもよい。
【００８８】
また、熱交換器２０は、表面の少なくとも一面が冷却面２２とされたものであればよく、１個の熱交換器２０について３面以上の冷却面２２が設けられていてもよい。また、熱交換器２０としては、上記した水冷式のもの以外にも、たとえば空冷式のフィン構造体などであってもよい。
【００８９】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００９０】
１０  発熱体
１５  発熱体の放熱面
２０  熱交換器
２２  熱交換器の冷却面
３０  絶縁板
４０  接合材
５０  弾性部材
【図１】
0006409690.tif 000002
【図２】
0006409690.tif 000003
【図３】
0006409690.tif 000004
【図４】
0006409690.tif 000005