JP6906481B2 - 冷却機構 - Google Patents

Description

本発明は、冷媒を使用して、半導体装置を冷却する冷却機構に関する。

冷媒を使用して、半導体装置を冷却するために、様々な技術が開発されている。特許文献１では、冷媒を使用して、半導体装置等の電子部品を冷却するための構成（以下、「関連構成Ａ」ともいう）が開示されている。

国際公開第２０１４／０２７４０５号

冷媒が流れる流路において、当該冷媒の流れが乱れる場合がある。このような場合、半導体装置の冷却が正常に行われない。そこで、流路における冷媒の流れを整えることが要求される。関連構成Ａでは、この要求を満たすことはできない。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、冷媒の流れを整えることが可能な冷却機構を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る冷却機構は、半導体装置を冷却するための機構である。前記半導体装置が載せられた主面を有する冷却体を備え、前記冷却体には、冷媒が流れる流路が設けられており、前記流路は、前記冷媒が流れるための主流路と、前記冷媒が流れるための補助流路と、前記主流路を流れる前記冷媒である第１冷媒と、前記補助流路を流れる前記冷媒である第２冷媒とが合流するための合流流路とを有し、前記主流路は、前記補助流路よりも前記半導体装置に近い位置に存在し、前記主流路は、平面視において前記半導体装置と重なる冷却流路と、平面視において前記半導体装置と重ならない非冷却流路とを有し、前記主流路の前記非冷却流路には、当該主流路において前記第１冷媒が流れる量を調整するための流量調整機構が設けられており、前記主流路の前記非冷却流路には、さらに、前記第１冷媒の流れを整える整流機構が設けられている。

本発明によれば、前記冷却体には、冷媒が流れる流路が設けられている。前記流路は、主流路と、補助流路とを有する。前記主流路は、前記補助流路よりも前記半導体装置に近い位置に存在する。前記主流路の前記非冷却流路には、前記主流路を流れる前記第１冷媒の流れを整える整流機構が設けられている。これにより、冷媒の流れを整えることができる。

実施の形態１に係る冷却機構の外観を示す斜視図である。 図１のＡ１−Ａ２線に沿った、冷却機構の断面図である。 変形例１に係る冷却機構の外観を示す斜視図である。 図３のＢ１−Ｂ２線に沿った、冷却機構の断面図である。 変形例２に係る構成を有する冷却機構の外観を示す斜視図である。 図５のＣ１−Ｃ２線に沿った、冷却機構の断面図である。 図５のＤ１−Ｄ２線に沿った、冷却機構の断面図である。 変形例３に係る構成を有する冷却機構の断面図である。 変形例５に係る構成を有する単位ユニットの断面図である。 流量調整機構が整流機構よりも下流側に配置された構成を示す図である。 半導体装置に冷媒が直接接する構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。以下の図面では、同一の各構成要素には同一の符号を付してある。同一の符号が付されている各構成要素の名称および機能は同じである。したがって、同一の符号が付されている各構成要素の一部についての詳細な説明を省略する場合がある。

なお、実施の形態において例示される各構成要素の寸法、材質、形状、当該各構成要素の相対配置などは、本発明が適用される装置の構成、各種条件等により適宜変更されてもよい。また、各図における各構成要素の寸法は、実際の寸法と異なる場合がある。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る冷却機構１００の外観を示す斜視図である。図１において、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向は、互いに直交する。以下の図に示されるＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向も、互いに直交する。以下においては、Ｘ方向と、当該Ｘ方向の反対の方向（−Ｘ方向）とを含む方向を「Ｘ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｙ方向と、当該Ｙ方向の反対の方向（−Ｙ方向）とを含む方向を「Ｙ軸方向」ともいう。また、以下においては、Ｚ方向と、当該Ｚ方向の反対の方向（−Ｚ方向）とを含む方向を「Ｚ軸方向」ともいう。

また、以下においては、Ｘ軸方向およびＹ軸方向を含む平面を、「ＸＹ面」ともいう。また、以下においては、Ｘ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＸＺ面」ともいう。また、以下においては、Ｙ軸方向およびＺ軸方向を含む平面を、「ＹＺ面」ともいう。

（構成）
図２は、図１のＡ１−Ａ２線に沿った、冷却機構１００の断面図である。冷却機構１００は、冷媒Ｆ１を使用して、半導体装置Ｓ１を冷却するための機構である。冷媒Ｆ１は、半導体装置Ｓ１を冷却するための、冷えた媒体である。半導体装置Ｓ１は、例えば、半導体チップである。なお、半導体装置Ｓ１は、半導体チップに限定されず、電気で動作する他の半導体素子であってもよい。

冷媒Ｆ１は、例えば、液体である。なお、冷媒Ｆ１は、液体に限定されず、半導体装置Ｓ１の冷却のために使用可能な他の媒体であってもよい。

図１および図２を参照して、冷却機構１００は、冷却体１０を備える。冷却体１０は、例えば、金属で構成される。なお、冷却体１０は、金属に限定されず、熱伝導率の大きい別の材料で構成されてもよい。冷却体１０の形状は、直方体である。なお、冷却体１０の形状は直方体に限定されず、他の形状であってもよい。

冷却体１０は、主面１０ａと、側面１０ｓとを有する。主面１０ａには、ｎ個の半導体装置Ｓ１が載せられている。「ｎ」は、２以上の自然数である。なお、図２では、一例として、ｎが３である状態の冷却機構１００が示されている。すなわち、図２では、３個の半導体装置Ｓ１が示されている。ｎ個の半導体装置Ｓ１は、Ｙ軸方向に沿って、直線状に配置されている。なお、「ｎ」は２以上の自然数に限定されず、１であってもよい。

冷却体１０には、冷媒Ｆ１が流れる流路Ｐ１が設けられている。流路Ｐ１は、貫通孔である。流路Ｐ１の形状は、長尺状である。具体的には、流路Ｐ１の形状は、一例として、角柱状である。流路Ｐ１は、開口Ｈ１ａと開口Ｈ１ｂとを有する。開口Ｈ１ａは、冷媒Ｆ１の流入口である。開口Ｈ１ｂは、冷媒Ｆ１の流出口である。冷媒Ｆ１は、開口Ｈ１ａから開口Ｈ１ｂに向かって、流路Ｐ１内を流れる。

ｎ個の半導体装置Ｓ１は、流路Ｐ１の上方に設けられている。流路Ｐ１内には、ｎ個の仕切り板４が設けられている。

冷却機構１００は、Ｙ軸方向に並ぶｎ個の単位ユニットＵ１を有する。以下、１個の単位ユニットＵ１の構成について説明する。

単位ユニットＵ１は、１個の半導体装置Ｓ１と、１個の仕切り板４と、流量調整機構５と、整流機構６とを含む。仕切り板４は、主流路Ｐ１ａと、補助流路Ｐ１ｂと、合流流路Ｐ１ｗとが形成されるように、単位ユニットＵ１に設けられている。すなわち、流路Ｐ１は、主流路Ｐ１ａと、補助流路Ｐ１ｂと、合流流路Ｐ１ｗとを有する。主流路Ｐ１ａ、補助流路Ｐ１ｂおよび合流流路Ｐ１ｗの各々は、冷媒Ｆ１が流れるための流路である。以下においては、仕切り板４により形成された主流路Ｐ１ａおよび補助流路Ｐ１ｂが存在する区間を、「分割区間」ともいう。

主流路Ｐ１ａは、補助流路Ｐ１ｂよりも半導体装置Ｓ１に近い位置に存在する。具体的には、主流路Ｐ１ａは、補助流路Ｐ１ｂの上方に設けられている。

以下においては、主流路Ｐ１ａを流れる冷媒Ｆ１を、「冷媒Ｆ１ａ」ともいう。また、以下においては、補助流路Ｐ１ｂを流れる冷媒Ｆ１を、「冷媒Ｆ１ｂ」ともいう。合流流路Ｐ１ｗは、冷媒Ｆ１ａと冷媒Ｆ１ｂとが合流するための流路である。

主流路Ｐ１ａは、非冷却流路Ｐ１ａｎと、冷却流路Ｐ１ａｃとを有する。主流路Ｐ１ａにおいて、冷却流路Ｐ１ａｃは、非冷却流路Ｐ１ａｎよりも下流側に存在する。また、主流路Ｐ１ａの一部である冷却流路Ｐ１ａｃは、補助流路Ｐ１ｂの上方に設けられている。

冷却流路Ｐ１ａｃは、半導体装置Ｓ１を冷却するための流路である。以下においては、冷却体１０のうち、半導体装置Ｓ１と冷却流路Ｐ１ａｃとの間に存在する部分を、「熱交換部１０ｈ」ともいう。熱交換部１０ｈの形状は、板状である。

冷却流路Ｐ１ａｃに冷媒Ｆ１ａが流れることにより、熱交換部１０ｈにおいて、冷媒Ｆ１ａと半導体装置Ｓ１との間の熱交換が行われる。これにより、半導体装置Ｓ１は冷却される。

冷却流路Ｐ１ａｃは、平面視（ＸＹ面）において半導体装置Ｓ１と重なる。具体的には、半導体装置Ｓ１は、冷却流路Ｐ１ａｃの上方に設けられている。非冷却流路Ｐ１ａｎは、半導体装置Ｓ１の冷却には寄与しない、流量調整用の流路である。そのため、非冷却流路Ｐ１ａｎは、平面視（ＸＹ面）において半導体装置Ｓ１と重ならない。

補助流路Ｐ１ｂは、流路Ｐ１における冷媒Ｆ１の流量を調整するための流路である。以下においては、主流路Ｐ１ａにおいて冷媒Ｆ１ａが流れる量を、「流量Ｆｗａ」ともいう。また、以下においては、補助流路Ｐ１ｂにおいて冷媒Ｆ１ｂが流れる量を、「流量Ｆｗｂ」ともいう。

流量調整機構５は、主流路Ｐ１ａの非冷却流路Ｐ１ａｎに設けられている。流量調整機構５は、主流路Ｐ１ａにおいて冷媒Ｆ１ａが流れる量（流量Ｆｗａ）を調整するための機構である。流量調整機構５は、長尺状の長尺部材である。当該長尺部材の形状は、一例として、直方体（板状）である。なお、長尺部材の形状は、直方体に限定されない。長尺部材の形状は、例えば、長尺部材の断面の輪郭が曲線である形状であってもよい。

また、冷却体１０の上部には、孔Ｈ２が設けられている。孔Ｈ２には、流量調整機構５が挿入されている。

以下においては、流量調整機構５が主流路Ｐ１ａを遮断している状況における、当該流量調整機構５の状態を、「遮断状態」ともいう。遮断状態では、冷媒Ｆ１は、主流路Ｐ１ａを流れない。また、以下においては、流量調整機構５が主流路Ｐ１ａを遮断していない状況における、当該流量調整機構５の状態を、「開放状態」ともいう。以下においては、開放状態において存在する、非冷却流路Ｐ１ａｎのうち冷媒Ｆ１が通過可能な領域を、「通過用領域」ともいう。通過用領域は、非冷却流路Ｐ１ａｎのうち流量調整機構５が存在する領域である。

流量調整機構５の状態が遮断状態および開放状態の一方から他方へ移行するように、当該流量調整機構５は構成されている。以下においては、流量調整機構５（長尺部材）のうち冷媒Ｆ１が接触する領域の面積を、「接触面積」ともいう。具体的には、接触面積が変化するように、流量調整機構５は垂直方向（Ｚ軸方向）に移動自在に構成されている。接触面積が小さい程、主流路Ｐ１ａを流れる冷媒Ｆ１（Ｆ１ａ）の量は多い。

なお、主流路Ｐ１ａにおいて、冷却流路Ｐ１ａｃは、流量調整機構５が設けられている非冷却流路Ｐ１ａｎよりも下流側に存在する。そのため、主流路Ｐ１ａの冷却流路Ｐ１ａｃへ向かう冷媒Ｆ１ａの流量（すなわち、冷却流路Ｐ１ａｃにおける冷媒Ｆ１ａの流量）が変化するように、流量調整機構５は垂直方向（Ｚ軸方向）に移動自在に構成されている。つまり、流量調整機構５は、水門として機能する。

以下においては、流量調整機構５のうち、冷却体１０の外部に存在する部分を、「端部５ｘ」ともいう。端部５ｘは、作業者が掴むことが可能な部分である。作業者が端部５ｘを掴んだ状態で、当該端部５ｘ（流量調整機構５）を垂直方向に移動させることにより、主流路Ｐ１ａ（冷却流路Ｐ１ａｃ）における冷媒Ｆ１ａの流量を変化させることができる。

整流機構６は、主流路Ｐ１ａにおける冷媒Ｆ１ａの流れを整える機能を有する。整流機構６は、フィルターとして機能する。整流機構６は、例えば、網目構造を有する。網目構造は、例えば、直線状の複数の筒で構成される。各筒はＹ軸方向に延びる。なお、整流機構６の構造は、網目構造に限定されず、冷媒Ｆ１ａの流れを整える他の構造であってもよい。整流機構６は、主流路Ｐ１ａの非冷却流路Ｐ１ａｎに設けられている。

（動作）
上記の構成を有する冷却機構１００を使用して、半導体装置Ｓ１の動作試験が行われる。動作試験を行う場合、所望の試験環境が得られるように、半導体装置Ｓ１の発熱量に応じて、主流路Ｐ１ａにおける冷媒Ｆ１ａの流量が調整される。主流路Ｐ１ａにおける冷媒Ｆ１ａの流量の調整は、流量調整機構５の移動により行われる。流量調整機構５の移動は、例えば、作業者が端部５ｘを掴んだ状態で、当該端部５ｘ（流量調整機構５）を垂直方向に移動させることにより、行われる。

流量調整機構５の通過用領域を通過した冷媒Ｆ１ａは、整流機構６により整流される。整流された冷媒Ｆ１ａが冷却流路Ｐ１ａｃを流れることにより、半導体装置Ｓ１が冷却される。

なお、流量調整機構５の接触面積の大きさによっては、冷媒Ｆ１の一部は、冷媒Ｆ１ｂとして、補助流路Ｐ１ｂを流れる。そして、合流流路Ｐ１ｗにおいて、冷媒Ｆ１ａと、冷媒Ｆ１ｂとが合流する。これにより、合流流路Ｐ１ｗにおいて、流路Ｐ１における冷媒Ｆ１の流量は元に戻る。

上記のような工程が、ｎ個の単位ユニットＵ１に対し、順次行われる。これにより、各半導体装置Ｓ１に対し、高い均一性を有する試験環境を作成することができる。その結果、高い均一性を有する試験環境において、各半導体装置Ｓ１の動作試験を行うことができる。

（効果）
以上説明したように、本実施の形態によれば、冷却体１０には、冷媒が流れる流路Ｐ１が設けられている。流路Ｐ１は、主流路Ｐ１ａと、補助流路Ｐ１ｂとを有する。主流路Ｐ１ａは、補助流路Ｐ１ｂよりも半導体装置Ｓ１に近い位置に存在する。主流路Ｐ１ａの非冷却流路Ｐ１ａｎには、主流路Ｐ１ａを流れる冷媒の流れを整える整流機構６が設けられている。これにより、冷媒の流れを整えることができる。

また、本実施の形態によれば、各半導体装置Ｓ１の冷却に使用される冷媒Ｆ１ａの流量が最適な量になるように、当該流量を調整できる。そのため、流路Ｐ１の上流側の水温と、流路Ｐ１の下流側の水温との差が発生することを抑制することができる。したがって、複数の半導体装置Ｓ１の温度のばらつき（アンバランス）が発生することを抑制することができるという効果を奏する。

なお、流量調整機構５の通過用領域を通過した直後の冷媒Ｆ１ａの流れは不規則な状態（乱れた状態）となる。そこで、本実施の形態では、通過用領域を通過した直後の冷媒Ｆ１ａは、半導体装置Ｓ１の冷却に使用しない。通過用領域を通過した直後の冷媒Ｆ１ａは、整流機構６により整流される。

これにより、冷却流路Ｐ１ａｃに向かう冷媒Ｆ１ａの温度分布差、流速分布差等が非常に小さくされた当該冷媒Ｆ１ａが、半導体装置Ｓ１の冷却に使用される。したがって、各半導体装置Ｓ１に対して、高い均一性を有する試験環境を作りだすことができる。そのため、高い均一性を有する試験環境において、各半導体装置Ｓ１の動作試験を行うことができるという効果を奏する。したがって、各半導体装置Ｓ１の動作試験の精度を高めることができるという効果を奏する。

また、本実施の形態によれば、補助流路Ｐ１ｂを設け、さらに、補助流路Ｐ１ｂの下流側に、冷媒Ｆ１ａと冷媒Ｆ１ｂとが合流するための合流流路Ｐ１ｗが設けられる。この合流流路Ｐ１ｗにより、冷媒Ｆ１（Ｆ１ａ）が冷却流路Ｐ１ａｃを流れた後に、当該冷媒Ｆ１の流量が元に戻る。そのため、冷却機構１００における最大流量（最大冷却能力）を低下させずに、流路Ｐ１の下流側に存在する半導体装置Ｓ１の冷却を行うことができるという効果を奏する。冷却能力とは、半導体装置Ｓ１に対する冷却力である。

なお、予算、手持ちの装置等の制約から、一つの電源および一つの冷却機構を使用した構成で、動作試験を行う場合がある。当該構成として、以下に述べる従来の構成Ｎ１，Ｎ２が存在する。構成Ｎ１における電気的構成では、複数の半導体装置が直列に接続される。また、構成Ｎ１における冷却構成では、一つの冷却機構により、直線状に配置された複数の半導体装置が冷却される。

なお、構成Ｎ１では、冷却機構の数が１つである。そのため、冷却機構に含まれる流路において、上流側の水温と、下流側の水温との差が生じる。その結果、動作試験を、高い均一性を有す試験環境において、行うことが困難であるという問題がある。また構成Ｎ１では、複数の半導体装置の発熱量のばらつき（アンバランス）の発生を抑制することができないという問題がある。

また、構成Ｎ２における電気的構成では、複数の半導体装置が直列に接続される。また、構成Ｎ２における冷却構成では、一つの冷却機構を構成する複数の冷却ユニットが使用される。具体的には、複数の半導体装置が、当該複数の冷却ユニットに取り付けられた状態で、当該複数の半導体装置の冷却が行われる。

なお、構成Ｎ２では、複数の冷却ユニットを使用することにより、各冷却ユニットにおける水量が調整される。これにより、複数の半導体装置の発熱量のばらつきの発生を抑制することができる。しかしながら、構成Ｎ２では、水量を調整するためのポンプの能力不足により、複数の半導体装置を十分に冷却できない状況が発生する場合が考えられる。

そこで、構成Ｎ２では、温度（発熱量）のばらつきの発生の抑制のために、各半導体素子（半導体装置）のゲートへの印加電圧が調整される。しかしながら、この方法では、電圧不足による、各半導体素子（半導体装置）のセル部の不活性領域の発生等を考慮する必要があり、水量の調整可能な幅が狭いという問題がある。

なお、本実施の形態の冷却機構１００は、上記の効果を奏するための構成を有する。そのため、一つの電源および一つの冷却機構を使用する条件においても、各半導体装置の発熱量に対応した水量（冷却能力）を発生させることができる。これにより、温度ばらつきの発生を抑制し、かつ、高い均一性を有する試験環境において、各半導体装置の動作試験を行うことができる。そのため、本実施の形態の冷却機構１００により、構成Ｎ１，Ｎ２における、上記の各問題を解決することができる。

＜変形例１＞
以下においては、実施の形態１の構成を、「構成Ｃｔ１」ともいう。また、以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ１」ともいう。構成Ｃｔｍ１は、流量調整機構５の一部を、操作部として使用する構成である。構成Ｃｔｍ１は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）に適用される。

図３は、変形例１に係る冷却機構１００の外観を示す斜視図である。図４は、図３のＢ１−Ｂ２線に沿った、冷却機構１００の断面図である。

構成Ｃｔｍ１では、流量調整機構５（長尺部材）は、操作部５ｅを有する。操作部５ｅは、作業者が掴むことが可能な部分である。

操作部５ｅは、流量調整機構５（長尺部材）の一方の端部である。構成Ｃｔｍ１では、操作部５ｅが冷却体１０の外部に存在するように、当該操作部５ｅは側面１０ｓから突出している。具体的には、側面１０ｓには、孔Ｈ３が設けられている。孔Ｈ３には、流量調整機構５が挿入されている。すなわち、操作部５ｅは、半導体装置Ｓ１が載せられた主面１０ａと異なる面である側面１０ｓに設けられている。

なお、接触面積が変化するように、流量調整機構５は水平方向（Ｘ軸方向）に移動自在に構成されている。また、主流路Ｐ１ａにおいて、冷却流路Ｐ１ａｃは、流量調整機構５が設けられている非冷却流路Ｐ１ａｎよりも下流側に存在する。そのため、主流路Ｐ１ａの冷却流路Ｐ１ａｃへ向かう冷媒Ｆ１ａの流量（すなわち、冷却流路Ｐ１ａｃにおける冷媒Ｆ１ａの流量）が変化するように、流量調整機構５は水平方向（Ｘ軸方向）に移動自在に構成されている。

上記の構成により、作業者が操作部５ｅを掴んだ状態で、当該操作部５ｅ（流量調整機構５）を水平方向に移動させることにより、冷却流路Ｐ１ａｃにおける冷媒Ｆ１ａの流量を変化させることができる。

以上説明したように、本変形例によれば、単純な構造で、冷媒Ｆ１ａの流量を調整可能な流量調整機構５を実現することができる。また、操作部５ｅは、半導体装置Ｓ１が載せられた主面１０ａと異なる面である側面１０ｓに設けられている。そのため、半導体装置Ｓ１の上方の空間に、例えば、作業者の手等が入ることを防ぐことができる。また、流量調整機構５を移動させるために、作業者が操作部５ｅを操作する場合、作業者の手が半導体装置Ｓ１と干渉することなく、当該操作部５ｅの操作を行うことができる。

なお、流量調整機構５が設けられる位置は、図３に示される側面１０ｓに限定されない。流量調整機構５が設けられる位置は、主面１０ａと異なる面であって、かつ、側面１０ｓ以外の面であってもよい。

＜変形例２＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ２」ともいう。構成Ｃｔｍ２は、主流路Ｐ１ａおよび補助流路Ｐ１ｂが水平方向に並ぶ構成である。構成Ｃｔｍ２は、構成Ｃｔ１（実施の形態１）および構成Ｃｔｍ１（変形例１）の全てまたは一部に適用される。

一例として、構成Ｃｔｍ２が適用された構成Ｃｔｍ１（以下、「構成Ｃｔｍ１２」ともいう）を、以下に示す。構成Ｃｔｍ１２は、図３および図４の構成に、構成Ｃｔｍ２が適用されたものである。

図５は、変形例２に係る構成Ｃｔｍ１２を有する冷却機構１００の外観を示す斜視図である。図６は、図５のＣ１−Ｃ２線に沿った、冷却機構１００の断面図である。なお、図６では、Ｃ１−Ｃ２線よりも手前に存在する流量調整機構５も示されている。図７は、図５のＤ１−Ｄ２線に沿った、冷却機構１００の断面図である。図７では、冷却機構１００における、開口Ｈ１ａに最も近い１個の単位ユニットＵ１の構成が主に示されている。

図６および図７を参照して、構成Ｃｔｍ１２では、流路Ｐ１において、主流路Ｐ１ａ、および、補助流路Ｐ１ｂが水平方向に並ぶように、仕切り板４が単位ユニットＵ１に設けられている。すなわち、構成Ｃｔｍ１２では、主流路Ｐ１ａ、および、補助流路Ｐ１ｂが水平方向に並ぶように、当該主流路Ｐ１ａおよび当該補助流路Ｐ１ｂは設けられている。また、構成Ｃｔｍ１２における図５の流路Ｐ１の幅は、構成Ｃｔｍ１における図３の流路Ｐ１の幅より大きい。

なお、図７のように、主流路Ｐ１ａは、非冷却流路Ｐ１ａｎと、冷却流路Ｐ１ａｃとを有する。なお、構成Ｃｔｍ１２では、構成Ｃｔｍ１と同様に、流量調整機構５は水平方向（Ｘ軸方向）に移動自在に構成されている。構成Ｃｔｍ１２では、流量調整機構５の移動により、主流路Ｐ１ａ（冷却流路Ｐ１ａｃ）における冷媒Ｆ１ａの流量が変化する。

なお、流量調整機構５の位置は、図５および図６に示される位置に限定されない。流量調整機構５の位置は、試験環境等に応じて、図５および図６に示される位置と異なる位置に配置されてもよい。

以上説明したように、本変形例によれば、主流路Ｐ１ａおよび補助流路Ｐ１ｂが水平方向に並ぶ。そのため、図５の冷却体１０（流路Ｐ１）の高さが、図１の冷却体１０の高さと同じである場合、図７の主流路Ｐ１ａ（冷却流路Ｐ１ａｃ）の高さは、図２の主流路Ｐ１ａの高さより大きい。そのため、冷却流路Ｐ１ａｃにおける冷却能力を向上させることができる。

また、本変形例の冷却機構１００の冷却能力を、構成Ｃｔ１の冷却機構１００の冷却能力と同等にする場合、冷却体１０を薄くすることができる。

また、本変形例によれば、試験環境、試験サンプル等により、冷却機構１００の高さ、半導体装置の位置等に制約があっても、柔軟に対応することができる。

＜変形例３＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ３」ともいう。構成Ｃｔｍ３は、補助流路にも流量調整機構を設けた構成である。構成Ｃｔｍ３は、構成Ｃｔ１、構成Ｃｔｍ１および構成Ｃｔｍ２の全てまたは一部に適用される。

一例として、構成Ｃｔｍ３が適用された構成Ｃｔｍ１（以下、「構成Ｃｔｍ１３」ともいう）を、以下に示す。構成Ｃｔｍ１３は、図４の構成に、構成Ｃｔｍ３が適用されたものである。

図８は、変形例３に係る構成Ｃｔｍ１３を有する冷却機構１００の断面図である。構成Ｃｔｍ１３では、各単位ユニットＵ１の補助流路Ｐ１ｂには、流量調整機構５Ａが設けられている。流量調整機構５Ａは、補助流路Ｐ１ｂにおいて冷媒Ｆ１ｂが流れる量（流量Ｆｗｂ）を調整するための機構である。

なお、流量調整機構５Ａの形状および構成は、構成Ｃｔｍ１の流量調整機構５の形状および構成と同様である。例えば、流量調整機構５Ａは水平方向（Ｘ軸方向）に移動自在に構成されている。また、流量調整機構５Ａは、例えば、図３の流量調整機構５と同様に、操作部５ｅを有する。

以下においては、流量調整機構５Ａが補助流路Ｐ１ｂを遮断している状況における、当該流量調整機構５Ａの状態を、「遮断状態」ともいう。また、以下においては、流量調整機構５Ａが補助流路Ｐ１ｂを遮断していない状況における、当該流量調整機構５Ａの状態を、「開放状態」ともいう。流量調整機構５Ａの状態が遮断状態および開放状態の一方から他方へ移行するように、当該流量調整機構５Ａは移動する。

以上説明したように、本変形例によれば、補助流路Ｐ１ｂにおける冷媒Ｆ１ｂの流量も調整できる。そのため、冷却流路Ｐ１ａｃにおける冷媒Ｆ１ａの流量の調整幅を広げることができる。これにより、単位ユニットＵ１の冷却能力を、高精度に調整することができる。

以下においては、主流路Ｐ１ａ（冷却流路Ｐ１ａｃ）のみに冷媒Ｆ１を流した状況における、単位ユニットＵ１の冷却能力を、「冷却能力Ｍａｘ」ともいう。なお、図４の構成では、流量調整機構５の状態が開放状態である状況においても、冷媒Ｆ１は補助流路Ｐ１ｂに流れ込む。この場合、単位ユニットＵ１の冷却能力は、冷却能力Ｍａｘの約５０％である。

なお、本変形例では、補助流路Ｐ１ｂにも流量調整機構５Ａが設けられる。そのため、流量調整機構５の状態を開放状態にし、かつ、流量調整機構５Ａの状態を遮断状態にすることにより、主流路Ｐ１ａ（冷却流路Ｐ１ａｃ）のみに冷媒Ｆ１を流すことができる。これにより、単位ユニットＵ１の冷却能力を、冷却能力Ｍａｘにすることができる。そのため、半導体装置Ｓ１の温度のばらつき（アンバランス）が発生することを十分に抑制することができるという効果を奏する。

なお、流量調整機構５Ａの位置は、図８に示される位置に限定されない。流量調整機構５Ａの位置は、試験環境等に応じて、図８に示される位置と異なる位置に配置されてもよい。

＜変形例４＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ４」ともいう。構成Ｃｔｍ４は、構成Ｃｔｍ３における、流量調整機構５，５Ａが連動する構成である。構成Ｃｔｍ４は、構成Ｃｔｍ３に適用される。

構成Ｃｔｍ４では、図８の流量調整機構５，５Ａが連動するように構成される。構成Ｃｔｍ４では、例えば、流量調整機構５，５Ａを移動させる機能を有する機械が、当該流量調整機構５，５Ａを同時に移動させる。以下においては、流量Ｆｗａと流量Ｆｗｂとの合計を、「合計流量Ｆｗｚ」ともいう。

構成Ｃｔｍ４では、主流路Ｐ１ａにおいて冷媒Ｆ１ａが流れる量（流量Ｆｗａ）と補助流路Ｐ１ｂにおいて冷媒Ｆ１ｂが流れる量（流量Ｆｗｂ）とが連動するように、流量調整機構５および流量調整機構５Ａは連動する。具体的には、合計流量Ｆｗｚが一定値を維持するように、流量調整機構５および流量調整機構５Ａは連動（移動）する。

例えば、単位ユニットＵ１の冷却能力を高くする場合、流量Ｆｗａが多くなり、かつ、流量Ｆｗｂが少なくなるように、流量調整機構５および流量調整機構５Ａは連動（移動）する。また、例えば、流量Ｆｗｂを０にし、かつ、流量Ｆｗａを最大値にする場合は、流量調整機構５Ａの状態が遮断状態になり、流量調整機構５の状態が開放状態となるように、当該流量調整機構５および当該流量調整機構５Ａは連動（移動）する。

以上説明したように、本変形例によれば、流量Ｆｗａと流量Ｆｗｂとが連動するように、流量調整機構５および流量調整機構５Ａは連動（移動）する。これにより、主流路Ｐ１ａ（冷却流路Ｐ１ａｃ）における冷媒Ｆ１ａの流速、および、補助流路Ｐ１ｂにおける冷媒Ｆ１ｂの流速を安定させることができる。そのため、冷却流路Ｐ１ａｃにおける冷媒Ｆ１ａの温度を高精度に調整することができる。また、流量調整機構５，５Ａに加わる負荷を低減させることができる。これにより、流量調整機構５，５Ａを移動させる機構（例えば、機械）が故障することを抑制することができる。

なお、プログラム制御により、流量調整機構５，５Ａを連動させる構成としてもよい。当該構成では、単位ユニットＵ１の冷却能力を、０から冷却能力Ｍａｘの範囲において、細かく調整できる。

＜変形例５＞
以下においては、本変形例の構成を「構成Ｃｔｍ５」ともいう。構成Ｃｔｍ５は、複数の単位ユニットＵ１を連結可能にした構成である。構成Ｃｔｍ５は、構成Ｃｔ１、構成Ｃｔｍ１、構成Ｃｔｍ２、構成Ｃｔｍ３および構成Ｃｔｍ４の全てまたは一部に適用される。

一例として、構成Ｃｔｍ５が適用された構成Ｃｔｍ３（以下、「構成Ｃｔｍ３５」ともいう）を、以下に示す。構成Ｃｔｍ３５は、図８の単位ユニットＵ１に、構成Ｃｔｍ５が適用されたものである。

図９は、変形例５に係る構成Ｃｔｍ３５を有する単位ユニットＵ１の断面図である。図９には、１個の単位ユニットＵ１が示される。構成Ｃｔｍ３５を有する単位ユニットＵ１は、１個の冷却体１０を含む。冷却体１０の主面１０ａには、１個の半導体装置Ｓ１が載せられている。構成Ｃｔｍ３５における冷却体１０には、孔Ｈ４ａ，Ｈ４ｂ，Ｈ５ａ，Ｈ５ｂが設けられている。

図９を参照して、構成Ｃｔｍ３５では、流路Ｐ１は、主流路Ｐ１ａと、補助流路Ｐ１ｂと、合流流路Ｐ１ｗとを有する。

主流路Ｐ１ａの非冷却流路Ｐ１ａｎは、連結流路Ｃｎ１ａを含む。連結流路Ｃｎ１ａは、孔Ｈ４ａに接続される。連結流路Ｃｎ１ａは、冷媒Ｆ１（冷媒Ｆ１ａ）が流れるための流路である。また、連結流路Ｃｎ１ａは、複数の冷却体１０を連結するための流路である。なお、連結流路Ｃｎ１ａ（非冷却流路Ｐ１ａｎ）には、流量調整機構５が設けられている。構成Ｃｔｍ３５における流量調整機構５は、例えば、コック式の機構である。なお、当該流量調整機構５は、コック式と異なる方式の機構であってもよい。連結流路Ｃｎ１ａを流れる冷媒Ｆ１（冷媒Ｆ１ａ）は、整流機構６に向かう。

補助流路Ｐ１ｂは、連結流路Ｃｎ１ｂを含む。連結流路Ｃｎ１ｂは、孔Ｈ４ｂに接続される。連結流路Ｃｎ１ｂは、冷媒Ｆ１（冷媒Ｆ１ｂ）が流れるための流路である。また、連結流路Ｃｎ１ｂは、複数の冷却体１０を連結するための流路である。なお、連結流路Ｃｎ１ｂ（補助流路Ｐ１ｂ）には、流量調整機構５Ａが設けられている。構成Ｃｔｍ３５における流量調整機構５Ａは、例えば、コック式の機構である。なお、当該流量調整機構５Ａは、コック式と異なる方式の機構であってもよい。連結流路Ｃｎ１ｂを流れる冷媒Ｆ１（冷媒Ｆ１ｂ）は、冷却体１０内の補助流路Ｐ１ｂに向かう。

構成Ｃｔｍ３５における冷却機構１００は、複数の単位ユニットＵ１を備える。構成Ｃｔｍ３５における冷却機構１００において、複数の単位ユニットＵ１の各々に設けられた半導体装置Ｓ１の数は１である。構成Ｃｔｍ３５における冷却機構１００では、複数の単位ユニットＵ１に対応する複数の流路Ｐ１が連結されるように、当該複数の単位ユニットＵ１は連結される。なお、当該複数の単位ユニットＵ１は、例えば、直線状に連結される。例えば、単位ユニットＵ１の連結流路Ｃｎ１ａ，Ｃｎ１ｂは、それぞれ、別の単位ユニットＵ１の冷却体１０の孔Ｈ５ａ，Ｈ５ｂに連結される。

以上説明したように、本変形例によれば、試験環境に応じて、必要な数の単位ユニットＵ１を連結して、動作試験を行うことができる。また、試験環境毎に、当該試験環境に応じた冷却機構を、設計および作製する必要がなくなる。そのため、動作試験に関するコスト低減を実現することができる。

なお、変形例５に係る単位ユニットＵ１の構成は、図９の構成に限定されない。例えば、変形例５に係る単位ユニットＵ１は、図２の構成Ｃｔ１、図４の構成Ｃｔｍ１、図７の構成Ｃｔｍ２、および、図８の構成Ｃｔｍ３のいずれか１つの構成に示される単位ユニットＵ１と同様な構成を有してもよい。

例えば、変形例５に係る単位ユニットＵ１は、図８の単位ユニットＵ１と同様な構成を有してもよい。すなわち、変形例５に係る単位ユニットＵ１は、連結流路Ｃｎ１ａ，Ｃｎ１ｂに流量調整機構５，５Ａを設けず、１個の冷却体１０内に流量調整機構５，５Ａを設けた構成を有してもよい。

言い換えれば、変形例５に係る冷却機構１００は、「ｎ」が１である場合の構成Ｃｔ１，Ｃｔｍ１，Ｃｔｍ２，Ｃｔｍ３のいずれか１つの構成における冷却機構１００を、単位ユニットＵ１として複数備える構成としてもよい。

なお、図９では、冷却体１０の左側のみに連結流路を設けた構成としたがこれに限定されない。例えば、冷却体１０の左側および右側の両方に連結流路を設けた構成としてもよい。また、例えば、冷却体１０の右側のみに連結流路を設けた構成としてもよい。

また、構成Ｃｔｍ５に、流量調整機構５，５Ａが連動する構成Ｃｔｍ４を適用してもよい。これにより、変形例４と同じ効果が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態、各変形例を自由に組み合わせたり、実施の形態、各変形例を適宜、変形、省略することが可能である。

例えば、単位ユニットＵ１における流量調整機構５は、整流機構６よりも上流側に配置される構成に限定されない。例えば、図１０のように、流量調整機構５は、整流機構６よりも下流側に配置されてもよい。図１０では、冷却流路Ｐ１ａｃ、整流機構６および流量調整機構５の順に配置された構成を示している。ただし、当該構成は、冷却流路Ｐ１ａｃの上流側に整流機構６が存在しないため、流速の分布が乱れた冷媒Ｆ１が、冷却流路Ｐ１ａｃを流れる可能性がある。そのため、冷却流路Ｐ１ａｃの上流側に整流機構６を設けた構成（例えば、図１）が、望ましい構成である。

また、上記の実施の形態１および変形例１から５では、板状の熱交換部１０ｈを介して、半導体装置Ｓ１の冷却を行う構成であるがこれに限定されない。図１１のように、半導体装置Ｓ１に冷媒Ｆ１が直接接するように、当該半導体装置Ｓ１の下部に孔Ｈ６を設ける構成としてもよい。

また、上記の実施の形態１および変形例１から４では、流量調整機構５は、水門として機能する構成としたがこれに限定されない。流量調整機構５は、例えば、コック式の機構であってもよい。

５，５Ａ 流量調整機構、６ 整流機構、１０ 冷却体、１００ 冷却機構、Ｐ１ 流路、Ｐ１ａ 主流路、Ｐ１ａｃ 冷却流路、Ｐ１ａｎ 非冷却流路、Ｐ１ｂ 補助流路、Ｐ１ｗ 合流流路、Ｓ１ 半導体装置。

Claims (8)

1. 半導体装置を冷却するための冷却機構であって、
   前記半導体装置が載せられた主面を有する冷却体を備え、
   前記冷却体には、冷媒が流れる流路が設けられており、
   前記流路は、
   前記冷媒が流れるための主流路と、
   前記冷媒が流れるための補助流路と、
   前記主流路を流れる前記冷媒である第１冷媒と、前記補助流路を流れる前記冷媒である第２冷媒とが合流するための合流流路とを有し、
   前記主流路は、前記補助流路よりも前記半導体装置に近い位置に存在し、
   前記主流路は、
   平面視において前記半導体装置と重なる冷却流路と、
   平面視において前記半導体装置と重ならない非冷却流路とを有し、
   前記主流路の前記非冷却流路には、当該主流路において前記第１冷媒が流れる量を調整するための流量調整機構が設けられており、
   前記主流路の前記非冷却流路には、さらに、前記第１冷媒の流れを整える整流機構が設けられている
   冷却機構。
2. 前記主流路において、前記冷却流路は、前記非冷却流路よりも下流側に存在する
   請求項１に記載の冷却機構。
3. 前記流量調整機構は、長尺状の長尺部材であり、
   前記冷却体は、側面を有し、
   前記流量調整機構の一方の端部である操作部が前記冷却体の外部に存在するように、当該操作部は前記側面から突出しており、
   前記主流路の前記冷却流路における前記第１冷媒の流量が変化するように、当該流量調整機構は水平方向に移動自在に構成されている
   請求項２に記載の冷却機構。
4. 前記主流路の一部である前記冷却流路は、前記補助流路の上方に設けられている
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却機構。
5. 前記冷却流路を有する前記主流路、および、前記補助流路が水平方向に並ぶように、当該主流路および当該補助流路は設けられている
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却機構。
6. 前記補助流路には、当該補助流路において前記第２冷媒が流れる量を調整するための別の流量調整機構が設けられている
   請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却機構。
7. 前記主流路において前記第１冷媒が流れる量と前記補助流路において前記第２冷媒が流れる量とが連動するように、前記流量調整機構および前記別の流量調整機構は連動する
   請求項６に記載の冷却機構。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の前記冷却機構を、単位ユニットとして複数備える冷却機構であって、
   複数の前記単位ユニットの各々に設けられた前記半導体装置の数は１であり、
   前記複数の単位ユニットに対応する複数の前記流路が連結されるように、当該複数の単位ユニットは連結される
   冷却機構。

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