JP7106013B2 - ヒートシンクおよび半導体モジュール - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子などの冷却対象を冷却するヒートシンクおよび半導体モジュールに関する。

従来、半導体素子などを冷却するヒートシンクが知られている。例えば、特許文献１には、表面に半導体素子が取り付けられた矩形状のベースプレートと、ベースプレートの裏面に取り付けられて互いに平行に配置された複数のフィンと、ベースプレートの裏面に向けて冷媒を噴出する冷媒ノズルとを備えるヒートシンクが開示されている。

特許文献１に開示されたヒートシンクでは、ベースプレートの幅方向に６列およびベースプレートの長さ方向に２列に並べられた１２個のフィンが設けられている。ベースプレートの長さ方向に並べられたフィンとフィンとの間には、冷媒ノズルが嵌め込まれている。平面視で、冷媒ノズルと半導体素子の中心部とは、互いに重なる位置に配置されている。

特開２０１４－１５０１１７号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたヒートシンクでは、半導体素子の中心部と重なる位置にフィンがないため、半導体素子の中心部で発生した熱がフィンを介して冷媒に伝達されにくく、半導体素子の中心部の冷却が不十分になる。その結果、半導体素子における中心部の温度が下がりにくいという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、冷却対象における中心部の温度が下がりやすいヒートシンクおよび半導体モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるヒートシンクは、冷却対象を冷却する冷媒が流れる冷媒流路が内部に形成されたヒートシンクであって、冷却対象が配置される第１面と第１面の裏面である第２面とを有する第１部材と、第２面を向く第３面と第３面の裏面である第４面とを有する第２部材と、第１部材の第２面と第２部材の第３面とに接触して設けられた第１仕切壁と、第１部材の第２面に接触して設けられた複数の第１フィンと、第２部材を挟んで第１部材と反対に配置される第３部材と、を備える。冷媒流路は、第１部材と第２部材との間に形成される第１流路と、第２部材と第３部材との間に形成される第２流路と、第２部材に形成され、第１流路と第２流路とを連通する複数の中継流路と、を含む。第１流路には、第１仕切壁によって隔てられた複数の第１分割領域が形成される。第１分割領域には、複数の第１フィンが互いに間隔を空けて並べて配置される。第１仕切壁の少なくとも一部を第１面に投影したときの位置、または、第１フィンの少なくとも一部を第１面に投影したときの位置は、冷却対象の中心部と重なる。中継流路と第１分割領域と第１フィンとを第１面に投影すると、中継流路は、複数の第１分割領域のそれぞれと重なる位置に少なくとも１つずつ配置され、かつ、複数の第１フィンを横切るように細長く形成されている。

本発明によれば、冷却対象における中心部の温度が下がりやすいという効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる半導体モジュールを示す分解斜視図 実施の形態１にかかる第１流路形成板を示す斜視図 実施の形態１にかかる第２流路形成板を示す斜視図 実施の形態１にかかる第１流路形成板を示す平面図 図４に示されたＶ－Ｖ線に沿った半導体モジュールの断面図 図４に示されたＶＩ－ＶＩ線に沿った半導体モジュールの断面図 図４に示されたＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った半導体モジュールの断面図 第１仕切壁と第１フィンと中継流路とを第１面に投影した状態を示す平面図 図７に示された半導体モジュールの部分拡大断面図 実施の形態１にかかるヒートシンクの第１流路における冷媒の流れを説明するための説明図 実施の形態１の変形例１にかかる半導体モジュールのヒートシンクを示す図であって、ヒートシンクの第１流路における冷媒の流れを説明するための説明図 実施の形態１の変形例２にかかる半導体モジュールを示す分解斜視図 実施の形態１の変形例２にかかる半導体モジュールの部分拡大断面図 実施の形態１の変形例３にかかる半導体モジュールを示す図であって、第１仕切壁と第１フィンと中継流路とを第１面に投影した状態を示す平面図 実施の形態１の変形例４にかかる半導体モジュールの第１流路形成板を示す平面図 実施の形態１の変形例５にかかる半導体モジュールの第１流路形成板を示す平面図 実施の形態１の変形例６にかかる半導体モジュールの第１仕切壁および第１フィンを示す平面図 実施の形態１の変形例６にかかる半導体モジュールの第２仕切壁および第２フィンを示す平面図 本発明の実施の形態２にかかる半導体モジュールを示す図であって、第１仕切壁と第１フィンと中継流路とを第１面に投影した状態を示す平面図 本発明の実施の形態３にかかる半導体モジュールを示す分解斜視図 実施の形態３にかかる半導体モジュールの第１流路形成板を示す平面図 図２１に示されたＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線に沿った半導体モジュールの断面図 図２１に示されたＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ線に沿った半導体モジュールの断面図

以下に、本発明の実施の形態にかかるヒートシンクおよび半導体モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体モジュール１を示す分解斜視図である。図１に示された矢印は、冷媒の流れを示している。図１に示すように、半導体モジュール１は、冷却対象である半導体素子２と、ヒートシンク３と、を備える。半導体素子２は、例えば、発光素子、パワー半導体である。発光素子は、例えば、シングルレーザ素子、アレイレーザ素子である。パワー半導体は、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板などの基板上に形成される。半導体素子２が駆動されたときに、半導体素子２から熱が発生する。

ヒートシンク３は、半導体素子２で発生した熱を放熱する部材である。ヒートシンク３は、伝熱板３１、第１流路形成板３２、中継流路形成板３３、第２流路形成板３４および底板３５が重ね合わされて形成されている。半導体素子２に近い方から、伝熱板３１、第１流路形成板３２、中継流路形成板３３、第２流路形成板３４および底板３５の順に配置されている。伝熱板３１、第１流路形成板３２、中継流路形成板３３、第２流路形成板３４および底板３５は、いずれも熱伝導率の高い金属材料で形成される。熱伝導率の高い金属材料は、例えば、銅、アルミニウムである。各板３１～３５は、同種の金属材料で形成されることが好ましい。各板３１～３５の接合方法は、例えば、拡散接合である。各板３１～３５の形状は、特に制限されないが、本実施の形態では矩形である。なお、本実施の形態では、ヒートシンク３を形成する板の枚数を５枚としたが、ヒートシンク３を形成する板の枚数は６枚以上でもよい。ヒートシンク３の内部には、冷媒が流れる冷媒流路４が形成されている。冷媒は、例えば、純水、不凍液である。冷媒流路４については、後に詳しく説明する。

第１部材である伝熱板３１は、半導体素子２が配置される第１面３１ａと、第１面３１ａの裏面である第２面３１ｂとを有する。伝熱板３１には、半導体素子２の熱が直に伝わる。第１面３１ａは、ヒートシンク３の外部に臨む面である。第２面３１ｂは、ヒートシンク３の内部に臨む面である。伝熱板３１と半導体素子２との接合方法は、例えば、半田付けである。伝熱板３１には、第１開口８および第２開口９が１つずつ形成されている。第１開口８および第２開口９は、半導体素子２と離れた位置に設けられている。第１開口８および第２開口９は、伝熱板３１を、その伝熱板３１の板厚方向に貫通している。第１開口８は、本実施の形態では、冷媒をヒートシンク３内に流入させる冷媒流入口となる。第２開口９は、本実施の形態では、冷媒をヒートシンク３外に流出させる冷媒流出口となる。なお、第１開口８を冷媒流出口とし、第２開口９を冷媒流入口としてもよい。

第１流路形成板３２は、伝熱板３１と中継流路形成板３３との間に第１流路５を形成する板である。第１流路形成板３２には、第１外周壁１５と、複数の第１仕切壁１２と、複数の第１フィン１３とが形成されている。第１外周壁１５、第１仕切壁１２および第１フィン１３については、後に詳しく説明する。第１流路形成板３２には、複数の第１分割領域５１、１つの第１共通ヘッダ領域５２および１つの第３開口１０が形成されている。第１分割領域５１、第１共通ヘッダ領域５２および第３開口１０は、第１流路形成板３２を、その第１流路形成板３２の板厚方向に貫通している。平面視で、第３開口１０は、第１開口８と重なる位置に配置されている。第３開口１０は、第１開口８と連通する。第３開口１０の周囲には、第１隔壁１４ｂが設けられている。第３開口１０は、第１隔壁１４ｂによって第１分割領域５１および第１共通ヘッダ領域５２と隔てられている。これにより、第３開口１０を流れる冷媒と、第１分割領域５１および第１共通ヘッダ領域５２を流れる冷媒とが交わらないようになっている。第１分割領域５１および第１共通ヘッダ領域５２については、後に詳しく説明する。

第２部材である中継流路形成板３３は、中継流路７を形成する板である。中継流路形成板３３は、第２面３１ｂを向く第３面３３ａと、第３面３３ａの裏面である第４面３３ｂとを有する。中継流路形成板３３には、複数の中継流路７および１つの第４開口１１が形成されている。中継流路７および第４開口１１は、中継流路形成板３３を、その中継流路形成板３３の板厚方向に貫通している。平面視で、第４開口１１は、第１開口８および第３開口１０と重なる位置に配置されている。第４開口１１は、第１開口８および第３開口１０と連通する。中継流路７については、後に詳しく説明する。

第２流路形成板３４は、底板３５と中継流路形成板３３との間に第２流路６を形成する板である。第２流路形成板３４には、第２外周壁２０と、複数の第２仕切壁１７と、複数の第２フィン１８とが形成されている。第２外周壁２０、第２仕切壁１７および第２フィン１８については、後に詳しく説明する。第２流路形成板３４には、複数の第２分割領域６１および１つの第２共通ヘッダ領域６２が形成されている。第２分割領域６１および第２共通ヘッダ領域６２は、第２流路形成板３４を、その第２流路形成板３４の板厚方向に貫通している。第２分割領域６１および第２共通ヘッダ領域６２については、後に詳しく説明する。

第３部材である底板３５は、第１流路形成板３２、中継流路形成板３３および第２流路形成板３４を挟んで伝熱板３１と反対に配置されている。底板３５は、開口のない平板である。

次に、冷媒流路４について詳しく説明する。冷媒流路４は、第１開口８と、第２開口９と、第３開口１０と、第４開口１１と、第１流路５と、第２流路６と、複数の中継流路７と、を含む。第１流路５は、伝熱板３１と中継流路形成板３３と第１外周壁１５とによって形成される。第２流路６は、中継流路形成板３３と底板３５と第２外周壁２０とによって形成される。複数の中継流路７は、第１流路５と第２流路６とを連通する。

第１開口８、第３開口１０および第４開口１１は、ヒートシンク３に冷媒を流入するための流入流路となる。第１開口８には、冷媒をヒートシンク３内に供給する図示しないパイプが接続される。第２開口９には、冷媒をヒートシンク３外に排出する図示しないパイプが接続される。第１開口８および第２開口９は、パイプを介して、図示しないリザーブタンクと繋がっている。図示しないポンプを駆動させることにより、冷媒は、リザーブタンクからパイプを通って第１開口８へと供給される。

図２は、実施の形態１にかかる第１流路形成板３２を示す斜視図である。第１流路５には、複数の第１分割領域５１と、１つの第１共通ヘッダ領域５２とが形成されている。複数の第１分割領域５１は、第１仕切壁１２によって隔てられている。本実施の形態では、第１流路５の一部が４つの第１仕切壁１２によって４つの第１分割領域５１に分割されている。第１仕切壁１２は、第１流路５の一部を複数の第１分割領域５１に分割する役割の他に、伝熱板３１の熱を冷媒に伝えるフィンとしての役割も果たす。４つの第１仕切壁１２は、１つの中心点から放射状に延びている。４つの第１仕切壁１２は、１つの中心点を軸とする周方向に沿って９０度間隔で配置されている。４つの第１仕切壁１２を区別する場合には、第１仕切壁１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと称する。４つの第１分割領域５１を区別する場合には、第１分割領域５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄと称する。

第１仕切壁１２ｂの先端には、第１分割領域５１ｂと反対側に突出する第１隔壁１４ａが形成されている。第１仕切壁１２ｃの先端は、第１分割領域５１ｂと隣接する第１隔壁１４ｂに繋がっている。第１仕切壁１２ｄの先端には、第１分割領域５１ｄと反対側に突出する第１隔壁１４ｃが形成されている。第１仕切壁１２ａの先端は、第１外周壁１５に繋がっている。第１仕切壁１２ａ，１２ｂと第１隔壁１４ａとで仕切られた空間は、第１分割領域５１ａである。第１仕切壁１２ｂ，１２ｃと第１隔壁１４ｂとで仕切られた空間は、第１分割領域５１ｂである。第１仕切壁１２ｃ，１２ｄと第１隔壁１４ｃとで仕切られた空間は、第１分割領域５１ｃである。第１仕切壁１２ａ，１２ｄと第１外周壁１５とで仕切られた空間は、第１分割領域５１ｄである。

各第１分割領域５１には、複数の第１フィン１３が配置されている。複数の第１フィン１３は、互いに間隔を空けて平行に並べて配置されている。全ての第１分割領域５１における第１フィン１３の設置間隔は、等しい。第１フィン１３は、平板状に形成されている。第１フィン１３は、各第１仕切壁１２から第１分割領域５１に向けて突出している。第１フィン１３のうち長さ方向に沿った一端は、第１仕切壁１２に繋がっている。第１フィン１３のうち長さ方向に沿った他端は、第１共通ヘッダ領域５２に臨んでいる。隣り合う第１分割領域５１に配置される第１フィン１３は、互いに異なる第１仕切壁１２から突出している。隣り合う第１分割領域５１に配置される第１フィン１３の長さ方向の向きは、互いに直交している。隣り合う第１フィン１３と第１フィン１３との間、および、隣り合う第１フィン１３と第１仕切壁１２との間には、第１フィン間流路１６が形成されている。また、隣り合う第１フィン１３と第１隔壁１４ａ～１４ｃのいずれかとの間、および、隣り合う第１フィン１３と第１外周壁１５との間には、第１フィン間流路１６が形成されている。

第１共通ヘッダ領域５２は、複数の第１分割領域５１を囲うように設けられた領域である。第１共通ヘッダ領域５２は、各第１分割領域５１における第１フィン間流路１６と連通する。図１に示すように、平面視で、第１共通ヘッダ領域５２は、第２開口９と重なる位置に配置されている。第１共通ヘッダ領域５２は、第２開口９と連通する。

図３は、実施の形態１にかかる第２流路形成板３４を示す斜視図である。第２流路６には、複数の第２分割領域６１と、１つの第２共通ヘッダ領域６２とが形成されている。複数の第２分割領域６１は、第２仕切壁１７によって隔てられている。本実施の形態では、第２流路６の一部が４つの第２仕切壁１７によって４つの第２分割領域６１に分割されている。４つの第２仕切壁１７は、１つの中心点から放射状に延びている。４つの第２仕切壁１７は、１つの中心点を軸とする周方向に沿って９０度間隔に配置されている。４つの第２仕切壁１７を区別する場合には、第２仕切壁１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄと称する。４つの第２分割領域６１を区別する場合には、第２分割領域６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄと称する。

第２仕切壁１７ｂの先端には、第２分割領域６１ｂと反対側に突出する第２隔壁１９ａが形成されている。第２仕切壁１７ｃの先端は、第２分割領域６１ｂと隣接する第２隔壁１９ｂに繋がっている。第２仕切壁１７ｄの先端には、第２分割領域６１ｄと反対側に突出する第２隔壁１９ｃが形成されている。第２仕切壁１７ａの先端は、第２外周壁２０に繋がっている。第２仕切壁１７ａ，１７ｂと第２隔壁１９ａとで仕切られた空間は、第２分割領域６１ａである。第２仕切壁１７ｂ，１７ｃと第２隔壁１９ｂとで仕切られた空間は、第２分割領域６１ｂである。第２仕切壁１７ｃ，１７ｄと第２隔壁１９ｃとで仕切られた空間は、第２分割領域６１ｃである。第２仕切壁１７ａ，１７ｄと第２外周壁２０とで仕切られた空間は、第２分割領域６１ｄである。

各第２分割領域６１には、複数の第２フィン１８が配置されている。複数の第２フィン１８は、互いに間隔を空けて平行に並べて配置されている。全ての第２分割領域６１における第２フィン１８の設置間隔は、等しい。第２フィン１８は、平板状に形成されている。第２フィン１８は、各第２仕切壁１７から第２分割領域６１に向けて突出している。第２フィン１８のうち長さ方向に沿った一端は、第２仕切壁１７に繋がっている。第２フィン１８のうち長さ方向に沿った他端は、第２共通ヘッダ領域６２に臨んでいる。隣り合う第２分割領域６１に配置される第２フィン１８は、互いに異なる第２仕切壁１７から突出している。隣り合う第２分割領域６１に配置される第２フィン１８の長さ方向の向きは、互いに直交している。隣り合う第２フィン１８と第２フィン１８との間、および、隣り合う第２フィン１８と第２仕切壁１７との間には、第２フィン間流路２１が形成されている。また、隣り合う第２フィン１８と第２隔壁１９ａ～１９ｃのいずれかとの間、および、隣り合う第２フィン１８と第２外周壁２０との間には、第２フィン間流路２１が形成されている。

第２共通ヘッダ領域６２は、複数の第２分割領域６１を囲うように設けられた領域である。第２共通ヘッダ領域６２は、各第２分割領域６１における第２フィン間流路２１と連通する。図１に示すように、平面視で、第２共通ヘッダ領域６２は、第１開口８、第３開口１０および第４開口１１と重なる位置に配置されている。第１開口８、第３開口１０、第４開口１１および第２共通ヘッダ領域６２は、互いに連通している。

中継流路７は、１つ中心点を軸とする周方向に沿って９０度間隔で４つ配置されている。４つの中継流路７は、等間隔に配置されている。４つの中継流路７を区別する場合には、中継流路７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄと称する。中継流路７の形状は、特に制限されないが、本実施の形態では細長い矩形状である。隣り合う中継流路７の長さ方向は、互いに直交している。平面視で、第１分割領域５１ａと第２分割領域６１ａと中継流路７ａとは、互いに重なる位置に配置されている。第１分割領域５１ａにおける第１フィン１３の長さ方向と、第２分割領域６１ａにおける第２フィン１８の長さ方向とは、互いに平行である。平面視で、第１分割領域５１ｂと第２分割領域６１ｂと中継流路７ｂとは、互いに重なる位置に配置されている。第１分割領域５１ｂにおける第１フィン１３の長さ方向と、第２分割領域６１ｂにおける第２フィン１８の長さ方向とは、互いに平行である。平面視で、第１分割領域５１ｃと第２分割領域６１ｃと中継流路７ｃは、互いに重なる位置に配置されている。第１分割領域５１ｃにおける第１フィン１３の長さ方向と、第２分割領域６１ｃにおける第２フィン１８の長さ方向とは、互いに平行である。平面視で、第１分割領域５１ｄと第２分割領域６１ｄと中継流路７ｄとは、互いに重なる位置に配置されている。第１分割領域５１ｄにおける第１フィン１３の長さ方向と、第２分割領域６１ｄにおける第２フィン１８の長さ方向とは、互いに平行である。

図４は、実施の形態１にかかる第１流路形成板３２を示す平面図である。図５は、図４に示されたＶ－Ｖ線に沿った半導体モジュール１の断面図である。図６は、図４に示されたＶＩ－ＶＩ線に沿った半導体モジュール１の断面図である。図７は、図４に示されたＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った半導体モジュール１の断面図である。図４では、説明の便宜上、半導体素子２を破線で図示している。図４では、説明の便宜上、ヒートシンク３のうち第１流路形成板３２のみを図示しており、第１流路形成板３２を用いて図５～図７に示す半導体モジュール１の断面の位置を示している。図５に示すように、第１仕切壁１２は、伝熱板３１の第２面３１ｂと中継流路形成板３３の第３面３３ａとに接触して設けられている。第１外周壁１５は、伝熱板３１の第２面３１ｂと中継流路形成板３３の第３面３３ａとに接触して設けられている。第２仕切壁１７は、中継流路形成板３３の第４面３３ｂと底板３５とに接触して設けられている。第２外周壁２０は、中継流路形成板３３の第４面３３ｂと底板３５とに接触して設けられている。

図６および図７に示すように、第１フィン１３は、伝熱板３１の第２面３１ｂと中継流路形成板３３の第３面３３ａとに接触して設けられている。第２フィン１８は、中継流路形成板３３の第４面３３ｂと底板３５とに接触して設けられている。図７に示すように、第１フィン間流路１６と第２フィン間流路２１とは、中継流路７を介して連通する。第１仕切壁１２の幅と第２仕切壁１７の幅とは、同一である。第１フィン１３の幅と第２フィン１８の幅とは、同一である。第１フィン１３の設置間隔は、第２フィン１８の設置間隔と同一である。なお、冷媒の圧力損失の低減、冷媒による冷却効果の向上、第１フィン１３などの腐食の抑制を考慮する場合には、中継流路７を流れる冷媒の平均流速と、第１フィン間流路１６を流れる冷媒の平均流速とを概ね同じにすることが好ましい。例えば、中継流路７の開口幅を第１フィン１３の高さの半分程度にすると、中継流路７を流れる冷媒の平均流速と、第１フィン間流路１６を流れる冷媒の平均流速とを概ね同じにできる。

図８は、第１仕切壁１２と第１フィン１３と中継流路７とを第１面３１ａに投影した状態を示す平面図である。なお、図８では、説明の容易化のため、第１仕切壁１２および第１フィン１３を実線で図示し、中継流路７および半導体素子２を破線で図示している。また、図８では、説明の容易化のため、伝熱板３１を極端に小さく描いている。第１仕切壁１２の一部と第１フィン１３の一部と第１フィン間流路１６の一部とを第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２と重なる。本実施の形態では、４つの第１仕切壁１２の中心点と半導体素子２の中心部とが一致している。第１仕切壁１２の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部および半導体素子２の中心部の周囲と重なる。第１フィン１３の一部および第１フィン間流路１６の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部の周囲と重なる。なお、本実施の形態では、第１仕切壁１２の一部を第１面３１ａに投影したときの位置が半導体素子２の中心部と重なるが、第１フィン１３の一部を第１面３１ａに投影したときの位置が半導体素子２の中心部と重なってもよい。

中継流路７と第１分割領域５１と第１フィン１３とを第１面３１ａに投影すると、中継流路７は、複数の第１分割領域５１のそれぞれと重なる位置に１つずつ配置され、かつ、複数の第１フィン１３を横切るように細長く形成されている。中継流路７の長さ方向は、第１フィン１３の長さ方向と直交している。中継流路７は、第１フィン１３のうち第１仕切壁１２に繋がる根元部分と重なる位置に配置されている。

以上のように、冷媒流路４は、半導体素子２が配置される第１面３１ａに最も近い第１流路５と、第１面３１ａの法線方向において第１流路５より第１面３１ａから遠い側に離れて形成された第２流路６と、第１流路５と第２流路６との間にあって第１流路５と第２流路６とを連通する中継流路７と、を有するように階層状に形成されている。第１流路５は、内面として第１面３１ａ側に第２面３１ｂと、第２面３１ｂとに対向する第３面３３ａと、を有している。第１流路５には、第２面３１ｂと第３面３３ａとの間に設けられた第１仕切壁１２によって隔てられた複数の第１分割領域５１が形成されている。第１分割領域５１は、互いに間隔を空けて並び、第１仕切壁１２から延びるように形成された複数の第１フィン１３を有している。第１仕切壁１２の少なくとも一部を第１面３１ａに投影したときの位置、または、第１フィン１３の少なくとも一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、第１面３１ａの半導体素子２を設置する領域の中心部と重なる。中継流路７と第１分割領域５１と第１フィン１３とを第１面３１ａに投影すると、中継流路７は、複数の第１分割領域５１のそれぞれと重なる位置に少なくとも１つずつ配置され、かつ、第１仕切壁１２に沿って複数の第１フィン１３を横切るように細長く形成されている。ヒートシンク３では、中継流路７を介して冷媒が第１流路５と第２流路６との間に流れるようにされている。

次に、図１を参照して、冷媒の流れについて説明する。第１開口８からヒートシンク３内に流入した冷媒は、第３開口１０および第４開口１１を通って、第２共通ヘッダ領域６２に流入する。続いて、冷媒は、第２共通ヘッダ領域６２から各第２分割領域６１における第２フィン間流路２１に流入する。続いて、冷媒は、第２フィン間流路２１から中継流路７を通って、各第１分割領域５１における第１フィン間流路１６に流入する。このとき、第２分割領域６１ａにおける第２フィン間流路２１の冷媒は、中継流路７ａを通って、第１分割領域５１ａにおける第１フィン間流路１６に流入する。第２分割領域６１ｂにおける第２フィン間流路２１の冷媒は、中継流路７ｂを通って、第１分割領域５１ｂにおける第１フィン間流路１６に流入する。第２分割領域６１ｃにおける第２フィン間流路２１の冷媒は、中継流路７ｃを通って、第１分割領域５１ｃにおける第１フィン間流路１６に流入する。第２分割領域６１ｄにおける第２フィン間流路２１の冷媒は、中継流路７ｄを通って、第１分割領域５１ｄにおける第１フィン間流路１６に流入する。その後、冷媒は、各第１分割領域５１における第１フィン間流路１６から第１共通ヘッダ領域５２に流入する。続いて、冷媒は、第１共通ヘッダ領域５２から第２開口９を通って、ヒートシンク３外へと流出する。

次に、本実施の形態にかかる半導体モジュール１の作用効果について説明する。

図７に示すように、半導体素子２で発生した熱は、伝熱板３１に伝わる。伝熱板３１に伝わった熱は、第１仕切壁１２と第１フィン１３とに伝わる。冷媒が第１流路５内を流れると、伝熱板３１と冷媒との間、第１仕切壁１２と冷媒との間、第１フィン１３と冷媒との間で熱交換が行われる。すなわち、冷媒は、伝熱板３１、第１仕切壁１２および第１フィン１３に伝わった熱を吸収する。これにより、伝熱板３１、第１仕切壁１２および第１フィン１３を介して、冷媒により半導体素子２が冷却される。図８に示すように、本実施の形態では、第１仕切壁１２の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部と重なる。また、第１フィン１３の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部の周囲と重なる。そのため、半導体素子２の中心部で発生した熱が、伝熱板３１を介して、第１仕切壁１２および第１フィン１３に伝わりやすくなる。第１仕切壁１２および第１フィン１３に伝わった熱は、第１フィン間流路１６を流れる冷媒に吸収されるため、半導体素子２の中心部への冷却効果が高まる。

図１および図９を参照して、冷媒による半導体素子２への冷却効果について説明する。図９は、図７に示された半導体モジュール１の部分拡大断面図である。一般的に、半導体素子２で発生した熱の温度は、半導体素子２の中心部に近いほど高い。そのため、半導体素子２および伝熱板３１の温度分布には、偏りが発生する。本実施の形態では、図１に示す第１開口８から冷媒が流入すると、図９に示す第２フィン間流路２１から中継流路７を通って第１フィン間流路１６に流入した冷媒が、半導体素子２の中心部に近い位置で伝熱板３１の第２面３１ｂに衝突する。このため、半導体素子２の中心部の温度を下げられて、半導体素子２における温度分布の偏りを緩和できる。なお、図９に示すように、第１フィン間流路１６に冷媒が流入すると、第１フィン間流路１６において伝熱板３１と第１仕切壁１２との接合部２２の近くに渦２３が発生して、第１フィン間流路１６に冷媒の淀みが発生する。冷媒が淀んだ箇所では、冷媒による伝熱板３１への冷却効果が低下する。この点、本実施の形態では、冷媒は、淀んだ箇所の近くで伝熱板３１の第２面３１ｂに衝突するため、冷媒の淀みによる伝熱板３１の温度上昇を抑制できる。

図８に示すように、本実施の形態では、中継流路７と第１分割領域５１と第１フィン１３とを第１面３１ａに投影すると、中継流路７は、複数の第１フィン１３を横切るように細長く形成されている。このため、中継流路７の流路面積が小さくなり、中継流路７を通る際に冷媒の流速が上がる。その結果、流速が上がった状態の冷媒が、半導体素子２の中心部に近い位置で伝熱板３１の第２面３１ｂに衝突するため、半導体素子２の中心部の温度をより一層下げられて、半導体素子２における温度分布の偏りを緩和できる。

ここで、図９に示す第１仕切壁１２と第２仕切壁１７と中継流路形成板３３とが重ね合わされて形成された壁を１つの中心仕切壁２４とする。中継流路７は、中心仕切壁２４における高さ方向の中間部と隣接して配置される。このようにすると、第２フィン間流路２１から第１フィン間流路１６に向かう冷媒の流れを、伝熱板３１に極力近い位置で、伝熱板３１と垂直な方向に変えられる。そのため、中継流路７を通った冷媒は、伝熱板３１と垂直に近い状態で、伝熱板３１の第２面３１ｂに衝突する。これにより、渦２３の発生量を低減できる。このため、半導体素子２の中心部の温度をより一層下げられて、半導体素子２における温度分布の偏りを緩和できる。

図１０を参照して、本実施の形態にかかる半導体モジュール１の作用効果についてさらに説明する。図１０は、実施の形態１にかかるヒートシンク３の第１流路５における冷媒の流れを説明するための説明図である。

図１０に示すように、本実施の形態にかかるヒートシンク３では、隣り合う第１分割領域５１に配置される第１フィン１３が、互いに異なる第１仕切壁１２から突出している。隣り合う第１分割領域５１に配置される第１フィン１３の長さ方向は、互いに直交している。隣り合う中継流路７の長さ方向は、互いに直交している。４つの中継流路７は、等間隔に配置されている。第１分割領域５１ａにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、図１０の紙面左から右に向かって流れる。第１分割領域５１ｂにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、図１０の紙面下から上に向かって流れる。第１分割領域５１ｃにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、図１０の紙面右から左に向かって流れる。第１分割領域５１ｄにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、図１０の紙面上から下に向かって流れる。つまり、本実施の形態では、冷媒が、第１フィン間流路１６において図１０の紙面の上、下、左および右に向かって均等に流れるため、半導体素子２における温度分布の偏りを緩和できる。また、４つの中継流路７が等間隔に配置されるため、図９に示すように冷媒が半導体素子２の中心部に近い位置で伝熱板３１の第２面３１ｂに衝突したときの、冷媒による伝熱板３１への冷却効果も均等になる。

図１０に示すように、本実施の形態では、中継流路７は、第１フィン１３のうち第１仕切壁１２に繋がる根元部分と重なる位置に配置されている。このため、中継流路７から第１フィン間流路１６に流入した冷媒は、第１仕切壁１２の近くから第１共通ヘッダ領域５２に向けて流れる。つまり、第１フィン間流路１６を流れる冷媒の一部は、伝熱板３１のうち半導体素子２の中心部に近い部分に先に接触し、その後、伝熱板３１のうち半導体素子２の外周部に近い部分に接触する。これにより、伝熱板３１のうち半導体素子２の中心部に近い部分の熱を、より多く冷媒に吸収させることができるため、半導体素子２における温度分布の偏りを緩和できる。また、第１フィン間流路１６を流れる冷媒は、第１流路形成板３２の外周に向かうほど熱を吸収するため、温度が上昇する。これにより、冷媒による半導体素子２の外周部への冷却効果は、冷媒による半導体素子２の中心部への冷却効果よりも相対的に低くなるため、半導体素子２における温度分布の偏りを緩和できる。

本実施の形態では、半導体素子２の外周部よりも半導体素子２の中心部への冷却効果が高いため、第１フィン間流路１６の長さを短くしても、例えば、第１フィン間流路１６の長さを半分にしても、冷媒による半導体素子２の中心部への冷却効果を十分に発揮できる。また、第１フィン間流路１６の長さを短くすることにより、第１フィン間流路１６における冷媒の圧力損失を低減できる。

図８に示すように、本実施の形態では、第１流路５には、４つの第１仕切壁１２によって隔てられた４つの第１分割領域５１が形成されている。第１分割領域５１の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２と重なる。また、中継流路７と第１分割領域５１と第１フィン１３とを第１面３１ａに投影すると、中継流路７は、複数の第１分割領域５１のそれぞれと重なる位置に１つずつ配置されている。このようにすると、中継流路７から第１分割領域５１に冷媒が流入して、各第１分割領域５１において冷媒が伝熱板３１の第２面３１ｂに衝突する。これにより、冷媒が伝熱板３１の第２面３１ｂに衝突する箇所が増えて、冷媒による半導体素子２への冷却効果が高まる。本発明者の実験によれば、第１流路５の一部を複数の第１分割領域５１に分割すると、第１仕切壁１２を設けることなくストレートフィンを並べた場合、すなわち第１流路５の一部を複数の第１分割領域５１に分割しない場合に比べて、冷媒による半導体素子２への冷却効果が高まることが判明した。なお、この実験結果は、第１流路５の一部を複数の第１分割領域５１に分割した場合と第１流路５の一部を複数の第１分割領域５１に分割しない場合とで、第１フィン間流路１６を流れる冷媒の平均流速が同じであることが条件となる。

図２に示すように、本実施の形態では、第１流路５には、第１分割領域５１を囲むように設けられた第１共通ヘッダ領域５２が形成され、第１共通ヘッダ領域５２は、各第１分割領域５１における第１フィン間流路１６と連通する。このようにすると、各第１分割領域５１における全ての第１フィン間流路１６と第１共通ヘッダ領域５２とが同一階層に配置されるため、ヒートシンク３全体を薄くでき、ヒートシンク３の小型化を図れる。図３に示すように、本実施の形態では、第２流路６には、第２分割領域６１を囲むように設けられた第２共通ヘッダ領域６２が形成され、第２共通ヘッダ領域６２は、各第２分割領域６１における第２フィン間流路２１と連通する。このようにすると、各第２分割領域６１における全ての第２フィン間流路２１と第２共通ヘッダ領域６２とが同一階層に配置されるため、ヒートシンク３全体を薄くでき、ヒートシンク３の小型化を図れる。

ヒートシンク３と半導体素子２とでは、熱膨張率およびヤング率が異なるため、ヒートシンク３と半導体素子２との接合時に発生する熱により、ヒートシンク３と半導体素子２との間に生じる反り、応力、歪が大きくなる。そのため、半導体素子２の破壊、ヒートシンク３と半導体素子２との接合不良などの弊害が生じる。本実施の形態のようにヒートシンク３全体を薄くできることにより、ヒートシンク３と半導体素子２との間に生じる反り、応力、歪を低減でき、上記のような弊害の発生を抑制できる。

図１に示す第１分割領域５１の数は、多ければ多いほど半導体素子２への冷却効果が高まる。一方で、第１分割領域５１の数は、多ければ多いほどヒートシンク３の作製コストが嵩む。一般的に、冷媒流路４を有するヒートシンク３は、複数の部材を接合および切削することにより作製される。第１分割領域５１の数が多いほど、接合点数および切削点数が増えるため、ヒートシンク３の作製コストが嵩む。そこで、本実施の形態のように、第１流路５の一部を４つの第１分割領域５１に分割すると、冷媒による半導体素子２に対する冷却効果の向上とヒートシンク３の作製コストの抑制とを、バランスよく両立させることができる。

図１に示すように、本実施の形態では、第１フィン１３は平板状に形成され、複数の第１フィン１３は互いに平行に並べて配置されている。そのため、第１フィン間流路１６の設計および作製が容易になる。また、本実施の形態では、第２フィン１８は平板状に形成され、複数の第２フィン１８は互いに平行に並べて配置されている。そのため、第２フィン間流路２１の設計および作製が容易になる。

なお、冷却対象は、発熱する電子デバイスであれば、半導体素子２に限定されるものではなく、例えば、コンデンサでもよい。本実施の形態では、各板３１～３５の接合方法として拡散接合を用いたが、各板３１～３５の接合方法は、特に制限されるものではなく、例えば、ロウ付けでもよい。伝熱板３１、第１流路形成板３２、中継流路形成板３３および第２流路形成板３４のそれぞれは、一枚の平板に開口を形成する加工を行うことにより作製されている。開口を形成する加工方法は、打ち抜き、切削、ワイヤカット、エッチングなどである。ヒートシンク３の作製方法については、例えば特開２００７－２０５６９４号公報などに開示されている作製方法を用いることができる。すなわち、多数の薄板を積層して接合することにより、ヒートシンク３を作製してもよい。このようにヒートシンク３を作製する場合には、例えば、第１流路形成板３２、中継流路形成板３３および第２流路形成板３４のそれぞれを複数の薄板で形成する。本実施の形態では、ヒートシンク３を複数の板３１～３５で形成したが、３Ｄプリンタなどを用いてヒートシンク３を一体形成してもよい。ヒートシンク３を一体形成した場合には、実際に部材が分かれていないが、第１面３１ａと第２面３１ｂとを有する領域を第１部材として捉える。また、ヒートシンク３を一体形成した場合には、第３面３３ａと第４面３３ｂとを有する領域を第２部材として捉える。また、ヒートシンク３を一体形成した場合には、第２部材との間で第２流路６を形成する領域を第３部材として捉える。本実施の形態では、４つの第１分割領域５１を設けたが、４つ以外の複数の第１分割領域５１を設けてもよい。第２分割領域６１および中継流路７の数は、第１分割領域５１の数に合わせて適宜変更すればよい。本実施の形態では、複数の第１フィン１３を平行に並べて配置したが、平行に並べて配置しなくてもよい。本実施の形態では、複数の第２フィン１８を平行に並べて配置したが、平行に並べて配置しなくてもよい。本実施の形態では、ヒートシンク３が第２流路形成板３４および底板３５を備えるとともに、冷媒流路４が第２流路６および複数の中継流路７を含む構成にしたが、第２流路形成板３４および底板３５を省略して、冷媒流路４が第２流路６および複数の中継流路７を含まない構成にしてもよい。このように構成する場合には、中継流路形成板３３を、本実施の形態にかかる底板３５と同様に、開口のない平板にする。また、第１流路形成板３２の第３開口１０を省略する。また、第１開口８を、平面視で第１分割領域５１と重なる位置に設ける。例えば、第１開口８を、複数の第１分割領域５１のそれぞれと重なる位置に１つずつ配置してもよい。本実施の形態では、中継流路７を、複数の第１分割領域５１のそれぞれと重なる位置に１つずつ配置したが、２つ以上ずつ配置してもよい。また、中継流路形成板３３に単一の中継流路７を形成して、単一の中継流路７を全ての第１分割領域５１と重なる位置に配置してもよい。本実施の形態では、中継流路７を、第１フィン１３のうち第１仕切壁１２に繋がる根元部分と重なる位置に配置したが、中継流路７が第１フィン１３と重なる位置であれば、第１フィン１３に対する中継流路７の位置は適宜変更してよい。

次に、図１１を参照して、実施の形態１の変形例１にかかる半導体モジュール１について説明する。図１１は、実施の形態１の変形例１にかかる半導体モジュール１のヒートシンク３を示す図であって、ヒートシンク３の第１流路５における冷媒の流れを説明するための説明図である。なお、変形例１では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。変形例１は、第１流路５における冷媒の流れが、上記した実施の形態１と相違する。

図１１に示すように、本変形例にかかるヒートシンク３では、第１流路５の一部が４つの第１仕切壁１２によって４つの第１分割領域５１に分割されている。隣り合う第１分割領域５１ｃ，５１ｄに配置される第１フィン１３は、互いに異なる第１仕切壁１２から突出していない。すなわち、隣り合う第１分割領域５１ｃ，５１ｄに配置される第１フィン１３は、同じ第１仕切壁１２ｄから互いに逆向きに突出している。第１分割領域５１ａ，５１ｃ，５１ｄに配置される第１フィン１３の長さ方向は、互いに平行である。第１フィン１３のうち第１仕切壁１２に繋がる根元部分と重なる位置に中継流路７を配置すると、３つの中継流路７ａ，７ｃ，７ｄが互いに平行になる。４つの中継流路７は、不等間隔に配置される。第１分割領域５１ａ，５１ｄにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、図１１の紙面左から右に向かって流れる。第１分割領域５１ｂにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、図１１の紙面下から上に向かって流れる。第１分割領域５１ｃにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、図１１の紙面右から左に向かって流れる。本変形例でも、第１仕切壁１２の一部を図示しない第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部と重なる。また、第１フィン１３の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部の周囲と重なる。そのため、半導体素子２の中心部で発生した熱が、伝熱板３１を介して、第１仕切壁１２および第１フィン１３に伝わりやすくなる。第１仕切壁１２および第１フィン１３に伝わった熱は、第１フィン間流路１６を流れる冷媒に吸収されるため、半導体素子２の中心部への冷却効果が高まる。

次に、図１２および図１３を参照して、実施の形態１の変形例２にかかる半導体モジュール１について説明する。図１２は、実施の形態１の変形例２にかかる半導体モジュール１を示す分解斜視図である。図１３は、実施の形態１の変形例２にかかる半導体モジュール１の部分拡大断面図である。なお、変形例２では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。変形例２は、冷媒の流れが、上記した実施の形態１と相違する。

図１２に示すように、本変形例では、第２開口９からヒートシンク３内に冷媒を流入させる。第２開口９からヒートシンク３内に流入した冷媒は、第１共通ヘッダ領域５２に流入する。続いて、冷媒は、第１共通ヘッダ領域５２から各第１分割領域５１における第１フィン間流路１６に流入する。続いて、冷媒は、第１フィン間流路１６から中継流路７を通って、各第２分割領域６１における第２フィン間流路２１に流入する。このとき、第１分割領域５１ａにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、中継流路７ａを通って、第２分割領域６１ａにおける第２フィン間流路２１に流入する。第１分割領域５１ｂにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、中継流路７ｂを通って、第２分割領域６１ｂにおける第２フィン間流路２１に流入する。第１分割領域５１ｃにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、中継流路７ｃを通って、第２分割領域６１ｃにおける第２フィン間流路２１に流入する。第１分割領域５１ｄにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、中継流路７ｄを通って、第２分割領域６１ｄにおける第２フィン間流路２１に流入する。その後、冷媒は、各第２分割領域６１における第２フィン間流路２１から第２共通ヘッダ領域６２に流入する。続いて、冷媒は、第２共通ヘッダ領域６２から第４開口１１、第３開口１０および第１開口８を通って、ヒートシンク３外へと流出する。

次に、図１３を参照して、第１フィン間流路１６および中継流路７における冷媒の流れについて説明する。第１フィン間流路１６に流入した冷媒は、第１仕切壁１２に向けて流れる。図１３に示す冷媒は、第１フィン間流路１６を図１３の紙面左から右に向かって流れ、第１仕切壁１２に衝突する。冷媒は、第１仕切壁１２により図１３の紙面下に流れを変えられて、中継流路７に流入する。このとき、伝熱板３１と第１仕切壁１２との接合部２２の近くに渦２３が発生するが、第１フィン間流路１６を流れる冷媒の流速が早いほど、渦２３の規模が小さくなる。そのため、渦２３が伝熱板３１および第１仕切壁１２の温度の上昇に与える影響を抑えられる。また、冷媒が第１仕切壁１２に衝突すると、冷媒の境界層が薄くなるため、第１仕切壁１２を効率良く冷却できる。第１仕切壁１２は、半導体素子２の中心部の近くに配置されるため、半導体素子２の中心部の熱が伝熱板３１を通じて伝わりやすい部分である。この第１仕切壁１２に冷媒が衝突することにより、第１仕切壁１２を集中的に冷却できるため、半導体素子２の中心部の温度を効率良く下げることができる。なお、半導体素子２で発生した熱は、伝熱板３１、第１仕切壁１２および第１フィン１３を介して冷媒に伝わる。半導体素子２の発熱量に対して十分な流量の冷媒を冷媒流路４に流すことにより、半導体素子２から伝わる熱による冷媒の温度の上昇を抑えられる。したがって、冷媒の流量が多いほど、半導体素子２の中心部を効率良く冷却できるため、半導体素子２における温度分布の偏りを緩和できる。

次に、図１４を参照して、実施の形態１の変形例３にかかる半導体モジュール１について説明する。図１４は、実施の形態１の変形例３にかかる半導体モジュール１を示す図であって、第１仕切壁１２と第１フィン１３と中継流路７とを第１面３１ａに投影した状態を示す平面図である。図１４では、説明の容易化のため、第１仕切壁１２および第１フィン１３を実線で図示し、中継流路７および半導体素子２を破線で図示している。また、図１４では、説明の容易化のため、伝熱板３１を極端に小さく描いている。なお、変形例３では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。変形例３は、第１フィン間流路１６の流路幅を不均等にした点が、上記した実施の形態１と相違する。

各第１分割領域５１には、複数の第１フィン間流路１６が設けられている。各第１分割領域５１において、第１フィン間流路１６の流路幅は、不均等である。第１フィン間流路１６の流路幅は、半導体素子２の中心部に近い位置で狭く、半導体素子２の外周部に近い位置で広い。本変形例では、６つの第１フィン間流路１６が各第１分割領域５１に設けられている。半導体素子２の中心部に近い方から４つ目までの第１フィン間流路１６の流路幅は、同一である。以下、これら４つの第１フィン間流路１６を、中心側フィン間流路１６Ａと称する場合がある。残り２つの第１フィン間流路１６の流路幅は、同一である。以下、これら２つの第１フィン間流路１６を、外周側フィン間流路１６Ｂと称する場合がある。外周側フィン間流路１６Ｂの流路幅は、中心側フィン間流路１６Ａの流路幅よりも広い。各第１分割領域５１において、第１フィン間流路１６の流路長さは、同一である。

中継流路７は、本変形例では、複数の第１分割領域５１のそれぞれと重なる位置に３つずつ配置されている。各第１分割領域５１において、中継流路７の流路面積は、半導体素子２の中心部に近い位置で広く、半導体素子２の外周部に近い位置で狭い。半導体素子２の中心部に最も近い中継流路７の流路面積は、残り２つの中継流路７の流路面積よりも大きい。以下、半導体素子２の中心部に最も近い中継流路７を中心側中継流路７Ａと称し、残り２つの中継流路７を外周側中継流路７Ｂと称する場合がある。２つの外周側中継流路７Ｂの流路面積は、同一である。外周側フィン間流路１６Ｂには、外周側中継流路７Ｂが１つずつ連通している。図示は省略するが、第２フィン間流路２１も、第１フィン間流路１６と同様の構成になる。すなわち、半導体素子２の中心部に近い位置で流路幅の狭い第２フィン間流路２１が設けられ、半導体素子２の外周部に近い位置で流路幅の広い第２フィン間流路２１が設けられる。

本変形例では、第１フィン間流路１６の流路幅を半導体素子２の中心部に近い位置で狭く、半導体素子２の外周部に近い位置で広くすることにより、半導体素子２の中心部に近い位置で第１フィン１３を密に配置して、より多くの第１フィン１３を配置できる。そのため、半導体素子２の外周部よりも半導体素子２の中心部に近い位置で、第１フィン１３による放熱面積を増やすことができるとともに、冷媒が伝熱板３１の第２面３１ｂに衝突する箇所を増やすことができる。これにより、半導体素子２の中心部の温度をより一層下げられて、半導体素子２における温度分布の偏りを緩和できる。なお、実施の形態１のように第１フィン間流路１６の流路幅を均等にして、本変形例のように流路面積の広い中継流路７を半導体素子２の中心部に近い位置に配置し、流路面積の狭い中継流路７を半導体素子２の外周部に近い位置に配置してもよい。このようにすると、半導体素子２の外周部よりも半導体素子２の中心部に近い位置で、冷媒の流量が増える。そのため、半導体素子２の外周部よりも半導体素子２の中心部の温度を下げられて、半導体素子２における温度分布の偏りを緩和できる。

なお、第１フィン間流路１６の流路幅を、半導体素子２の中心部に近い位置で狭く、半導体素子２の外周部に近い位置で広くすると、流路幅が狭い第１フィン間流路１６と流路幅が広い第１フィン間流路１６とで冷媒の圧力損失が異なり、偏流が発生する可能性がある。この点、本変形例では、中継流路７の流路面積を、半導体素子２の中心部に近い位置で広く、半導体素子２の外周部に近い位置で狭くすることにより、流路幅が狭い第１フィン間流路１６と流路幅が広い第１フィン間流路１６とで冷媒の圧力損失が等しくなるように調整できる。これにより、流路幅が狭い第１フィン間流路１６を流れる冷媒の流量と、流路幅が広い第１フィン間流路１６を流れる冷媒の流量とが、等しくなるように調整できる。

次に、図１、図９および図１５を参照して、実施の形態１の変形例４にかかる半導体モジュール１について説明する。図１５は、実施の形態１の変形例４にかかる半導体モジュール１の第１流路形成板３２を示す平面図である。なお、変形例４では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。変形例４は、第１仕切壁１２の幅が第１フィン１３の幅よりも狭い点が、上記した実施の形態１と相違する。

第１仕切壁１２の幅は、第１フィン１３の幅よりも狭い。上記のとおり、図１に示す第１開口８からヒートシンク３内に冷媒が流入すると、図９に示すように伝熱板３１の第２面３１ｂに冷媒が衝突して、第１仕切壁１２と伝熱板３１との接合部２２の近くで渦２３が発生する。このような渦２３が発生すると、第１仕切壁１２の熱交換効率が第１フィン１３の熱交換効率よりも低くなり、半導体素子２の中心部への冷却効果が低下することがある。そこで、本変形例では、図１５に示すように、第１仕切壁１２の幅を第１フィン１３の幅よりも狭くすることにより、図９に示す伝熱板３１の第２面３１ｂを半導体素子２の中心部に近付けることができるとともに、伝熱板３１の第２面３１ｂと接触する冷媒の接触面積を増やすことができる。このため、渦２３が発生した場合でも、半導体素子２の中心部への冷却効果が高まる。

次に、図１２、図１３および図１６を参照して、実施の形態１の変形例５にかかる半導体モジュール１について説明する。図１６は、実施の形態１の変形例５にかかる半導体モジュール１の第１流路形成板３２を示す平面図である。なお、変形例５では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。変形例５は、第１仕切壁１２の幅が第１フィン１３の幅よりも広い点が、上記した実施の形態１と相違する。

第１仕切壁１２の幅は、第１フィン１３の幅よりも広い。図１２に示す第２開口９からヒートシンク３内に冷媒が流入すると、図１３に示すように第１仕切壁１２に冷媒が衝突する。このように第１仕切壁１２に冷媒が衝突する場合には、第１仕切壁１２の熱交換効率が第１フィン１３の熱交換効率よりも高くなるとともに、冷媒の衝突により第１仕切壁１２に潰食が発生することがある。そこで、本変形例では、図１６に示すように、第１仕切壁１２の幅を第１フィン１３の幅よりも広くすることにより、第１仕切壁１２の放熱面積が増えて半導体素子２の中心部への冷却効果が高まるとともに、第１仕切壁１２の寿命を延ばすことができる。

次に、図１、図１７および図１８を参照して、実施の形態１の変形例６にかかる半導体モジュール１について説明する。図１７は、実施の形態１の変形例６にかかる半導体モジュール１の第１仕切壁１２および第１フィン１３を示す平面図である。図１８は、実施の形態１の変形例６にかかる半導体モジュール１の第２仕切壁１７および第２フィン１８を示す平面図である。なお、変形例６では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。変形例６は、第２フィン間流路２１の流路幅が第１フィン間流路１６の流路幅よりも広い点、および、第２フィン１８の幅が第１フィン１３の幅よりも広い点が、上記した実施の形態１と相違する。

図１８に示す第２フィン間流路２１の流路幅は、図１７に示す第１フィン間流路１６の流路幅よりも広い。言い換えると、第２フィン１８の設置間隔は、第１フィン１３の設置間隔よりも広い。図１８に示す第２フィン１８の幅は、図１７に示す第１フィン１３の幅よりも広い。

図１に示すように、第２フィン間流路２１は、第１フィン間流路１６よりも半導体素子２から離れた位置に配置されているため、第１フィン間流路１６よりも半導体素子２への冷却に寄与しない。一方で、第２フィン間流路２１の流路幅を狭めるほど第２フィン間流路２１における冷媒の圧力損失が大きくなる。そこで、本変形例では、図１７および図１８に示すように、第２フィン間流路２１の流路幅を第１フィン間流路１６の流路幅よりも広くすることにより、第２フィン間流路２１における冷媒の圧力損失を低減できる。

ここで、本変形例の作用効果についてさらに説明する。例えば、図１に示す半導体素子２と伝熱板３１との間に、電気の伝導を絶つ絶縁材を配置して、半導体素子２と伝熱板３１とを絶縁することがある。伝熱板３１の材料は、例えば、銅である。一方、絶縁材の材料は、例えば、窒化アルミニウム、炭化ケイ素である。伝熱板３１と絶縁材とは異種の材料で形成されるため、伝熱板３１と絶縁材とでは熱膨張率に違いがある。そのため、伝熱板３１と絶縁材とを接合する際に伝熱板３１と絶縁材とが昇温し、その後、伝熱板３１と絶縁材とが冷やされると、伝熱板３１に反りが発生する。伝熱板３１に反りが発生すると、他の板３２～３５にも反りが発生して、ヒートシンク３全体が反り返る。

このようなヒートシンク３の反りを低減する方法として、伝熱板３１に絶縁材を接合するだけでなく、底板３５にも絶縁材を接合して、伝熱板３１と底板３５とを概ね同じ構成とする方法が考えられる。また、ヒートシンク３の反りを低減する方法として、第１流路形成板３２と第２流路形成板３４とを概ね同じ構成とする方法が考えられる。上記した実施の形態１では、後者の方法を採用して、第１流路形成板３２における第１フィン１３の構成と第２流路形成板３４における第２フィン１８の構成とを同じにしている。つまり、第１フィン１３の設置間隔と第２フィン１８の設置間隔とを同一にして、第１フィン１３の幅と第２フィン１８の幅とを同一にしている。

一方、図１７および図１８に示す本変形例のように、第２フィン間流路２１における冷媒の圧力損失を低減させることを重視して、第２フィン１８の設置間隔を第１フィン１３の設置間隔よりも広くすると、ヒートシンク３の反りを低減できない。この点、本変形例では、第２フィン１８の幅を第１フィン１３の幅よりも広くすることにより、第２フィン１８の剛性を高めて、ヒートシンク３の反りを抑制できる。つまり、本変形例では、第２フィン間流路２１の流路幅を第１フィン間流路１６の流路幅よりも広くすることにより、第２フィン間流路２１における冷媒の圧力損失を低減できつつ、第２フィン１８の幅を第１フィン１３の幅よりも広くすることにより、ヒートシンク３の反りを抑制できる。なお、第２フィン１８の幅だけでなく、第１フィン１３の幅も広くして、ヒートシンク３の反りを低減してもよい。また、第１フィン１３の幅のみを広くして、ヒートシンク３の反りを低減してもよい。

実施の形態２．
次に、図１９を参照して、本発明の実施の形態２にかかる半導体モジュール１Ａについて説明する。図１９は、本発明の実施の形態２にかかる半導体モジュール１Ａを示す図であって、第１仕切壁１２と第１フィン１３と中継流路７とを第１面３１ａに投影した状態を示す平面図である。図１９では、説明の容易化のため、第１仕切壁１２および第１フィン１３を実線で図示し、中継流路７および半導体素子２を破線で図示している。また、図１９では、説明の容易化のため、伝熱板３１を極端に小さく描いている。なお、実施の形態２では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。実施の形態２は、６つの第１分割領域５１を設けた点が、上記した実施の形態１と相違する。

本実施の形態では、第１流路５の一部が６つの第１仕切壁１２によって６つの第１分割領域５１に分割されている。６つの第１仕切壁１２は、１つの中心点から放射状に延びている。６つの第１仕切壁１２は、１つの中心点を軸とする周方向に沿って６０度間隔で配置されている。６つの第１仕切壁１２を区別する場合には、第１仕切壁１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ，１２ｊと称する。６つの第１分割領域５１を区別する場合には、第１分割領域５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈ，５１ｉ，５１ｊと称する。図示は省略するが、第２流路６の一部も、６つの第２仕切壁１７によって６つの第２分割領域６１に分割される。

中継流路７は、１つの中心点を軸とする周方向に沿って６０度間隔で６つ配置されている。６つの中継流路７を区別する場合には、中継流路７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ，７ｉ，７ｊと称する。平面視で、第１分割領域５１ｅと中継流路７ｅとは、互いに重なる位置に配置されている。平面視で、第１分割領域５１ｆと中継流路７ｆとは、互いに重なる位置に配置されている。平面視で、第１分割領域５１ｇと中継流路７ｇとは、互いに重なる位置に配置されている。平面視で、第１分割領域５１ｈと中継流路７ｈとは、互いに重なる位置に配置されている。平面視で、第１分割領域５１ｉと中継流路７ｉとは、互いに重なる位置に配置されている。平面視で、第１分割領域５１ｊと中継流路７ｊとは、互いに重なる位置に配置されている。

第１仕切壁１２の一部と第１フィン１３の一部と第１フィン間流路１６の一部とを第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２と重なる。本実施の形態では、６つの第１仕切壁１２の中心点と半導体素子２の中心部とが一致している。第１仕切壁１２の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部および半導体素子２の中心部の周囲と重なる。第１フィン１３の一部および第１フィン間流路１６の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部の周囲と重なる。なお、本実施の形態では、第１仕切壁１２の一部を第１面３１ａに投影したときの位置が半導体素子２の中心部と重なるが、第１フィン１３の一部を第１面３１ａに投影したときの位置が半導体素子２の中心部と重なってもよい。

中継流路７と第１分割領域５１と第１フィン１３とを第１面３１ａに投影すると、中継流路７は、複数の第１分割領域５１のそれぞれと重なる位置に１つずつ配置され、かつ、複数の第１フィン１３を横切るように細長く形成されている。中継流路７の長さ方向は、第１フィン１３の長さ方向と直交している。中継流路７は、第１フィン１３のうち第１仕切壁１２に繋がる根元部分と重なる位置に配置されている。

本実施の形態では、第１流路５の一部は、６つの第１仕切壁１２によって６つの第１分割領域５１に分割されている。また、中継流路７と第１分割領域５１と第１フィン１３とを第１面３１ａに投影すると、中継流路７は、複数の第１分割領域５１のそれぞれと重なる位置に１つずつ配置されている。このため、中継流路７から第１分割領域５１に冷媒が流入して、各第１分割領域５１において冷媒が伝熱板３１の第２面３１ｂに衝突する。その結果、４つの第１分割領域５１が設けられた実施の形態１にかかるヒートシンク３に比べて、伝熱板３１の第２面３１ｂに冷媒が衝突する箇所が増えて、半導体素子２の中心部への冷却効果が高まる。なお、本実施の形態では、第１フィン間流路１６における冷媒の圧力損失を概ね等しくするために、各第１分割領域５１における第１フィン１３の長さを概ね同一にしているが、各第１分割領域５１における第１フィン１３の長さを異なるようにしてもよい。

実施の形態３．
次に、図２０～図２３を参照して、本発明の実施の形態３にかかる半導体モジュール１Ｂについて説明する。図２０は、本発明の実施の形態３にかかる半導体モジュール１Ｂを示す分解斜視図である。図２１は、実施の形態３にかかる半導体モジュール１Ｂの第１流路形成板３２を示す平面図である。図２２は、図２１に示されたＸＸＩＩ－ＸＸＩＩ線に沿った半導体モジュール１Ｂの断面図である。図２３は、図２１に示されたＸＸＩＩＩ－ＸＸＩＩＩ線に沿った半導体モジュール１Ｂの断面図である。図２１では、説明の便宜上、半導体素子２および中継流路７を破線で図示している。図２１では、説明の便宜上、ヒートシンク３のうち第１流路形成板３２のみを図示しており、第１流路形成板３２を用いて図２２および図２３に示す半導体モジュール１Ｂの断面の位置を示している。なお、実施の形態３では、前記した実施の形態１と重複する部分については、同一符号を付して説明を省略する。実施の形態３は、第１開口８および第２開口９を底板３５に設けた点、第３開口１０を第２流路形成板３４に設けた点、および、２つの第１分割領域５１を設けた点が、上記した実施の形態１と相違する。

図２０に示すように、ヒートシンク３は、伝熱板３１、第１流路形成板３２、中継流路形成板３３、第２流路形成板３４および底板３５が重ね合わされて形成されている。半導体素子２に近い方から、伝熱板３１、第１流路形成板３２、中継流路形成板３３、第２流路形成板３４および底板３５の順に配置されている。伝熱板３１は、開口のない平板である。第１開口８および第２開口９は、本実施の形態では、底板３５に形成されている。第１開口８および第２開口９は、互いに離れた位置に設けられている。第１開口８および第２開口９は、底板３５を、その底板３５の板厚方向に貫通している。第１開口８および第２開口９のうち一方は、冷媒流入口となる。第１開口８および第２開口９のうち他方は、冷媒流出口となる。

第３開口１０は、本実施の形態では、第２流路形成板３４に形成されている。第３開口１０は、第２流路形成板３４を、その第２流路形成板３４の板厚方向に貫通している。第３開口１０の周囲には、第２隔壁１９ｅが設けられている。第３開口１０は、第２隔壁１９ｅによって第２分割領域６１および第２共通ヘッダ領域６２と隔てられている。これにより、第３開口１０を流れる冷媒と、第２分割領域６１および第２共通ヘッダ領域６２を流れる冷媒とが交わらないようになっている。平面視で、第１開口８、第３開口１０、第４開口１１および第１共通ヘッダ領域５２は、互いに重なる位置に配置されている。第１開口８、第３開口１０、第４開口１１および第１共通ヘッダ領域５２は、互いに連通する。

図２１に示すように、本実施の形態では、第１流路５の一部が１つの第１仕切壁１２によって２つの第１分割領域５１に分割されている。１本の第１仕切壁１２は、図２１の紙面の左右方向に沿って直線状に延びている。２つの第１分割領域５１を区別する場合には、第１分割領域５１ｋ，５１ｍと称する。第１仕切壁１２は、四角環状の第１外周壁１５の一辺から内向きに突出している。第１仕切壁１２の先端は、矩形状の第１隔壁１４ｅに繋がっている。第１仕切壁１２と第１外周壁１５の一辺と第１隔壁１４ｅとで仕切られた２つの空間のうち一方は、第１分割領域５１ｋである。第１仕切壁１２と第１外周壁１５の一辺と第１隔壁１４ｅとで仕切られた２つの空間のうち他方は、第１分割領域５１ｍである。

各第１分割領域５１には、複数の第１フィン１３が配置されている。複数の第１フィン１３は、互いに間隔を空けて平行に並べて配置されている。全ての第１分割領域５１における第１フィン１３の設置間隔は、等しい。第１フィン１３は、第１仕切壁１２から第１分割領域５１に向けて突出している。第１フィン１３のうち長さ方向に沿った一端は、第１仕切壁１２に繋がっている。第１フィン１３のうち長さ方向に沿った他端は、第１共通ヘッダ領域５２に臨んでいる。隣り合う第１分割領域５１に配置される第１フィン１３は、同じ第１仕切壁１２から逆向きに突出している。第１フィン１３は、第１仕切壁１２における幅方向に沿った一方の端面と、第１仕切壁１２における幅方向に沿った他方の端面とからそれぞれ突出している。隣り合う第１フィン１３と第１フィン１３との間、隣り合う第１フィン１３と第１外周壁１５の一辺との間、および、隣り合う第１フィン１３と第１隔壁１４ｅとの間には、第１フィン間流路１６が形成されている。

図２０に示すように、本実施の形態では、第２流路６の一部が１つの第２仕切壁１７によって２つの第２分割領域６１に分割されている。１本の第２仕切壁１７は、図２０の紙面の左右方向に沿って直線状に延びている。２つの第２分割領域６１を区別する場合には、第２分割領域６１ｋ，６１ｍと称する。平面視で、第２共通ヘッダ領域６２は、第２開口９と重なる位置に配置されている。第２共通ヘッダ領域６２は、第２開口９と連通する。

第２仕切壁１７は、四角環状の第２外周壁２０の一辺から内向きに突出している。第２仕切壁１７の先端は、矩形状の第２隔壁１９ｅに繋がっている。第２仕切壁１７と第２外周壁２０の一辺と第２隔壁１９ｅとで仕切られた２つの空間のうち一方は、第２分割領域６１ｋである。第２仕切壁１７と第２外周壁２０の一辺と第２隔壁１９ｅとで仕切られた２つの空間のうち他方は、第２分割領域６１ｍである。

各第２分割領域６１には、複数の第２フィン１８が配置されている。複数の第２フィン１８は、互いに間隔を空けて平行に並べて配置されている。全ての第２分割領域６１における第２フィン１８の設置間隔は、等しい。第２フィン１８は、第２仕切壁１７から第２分割領域６１に向けて突出している。第２フィン１８のうち長さ方向に沿った一端は、第２仕切壁１７に繋がっている。第２フィン１８のうち長さ方向に沿った他端は、第２共通ヘッダ領域６２に臨んでいる。隣り合う第２分割領域６１に配置される第２フィン１８は、同じ第２仕切壁１７から互いに逆向きに突出している。第２フィン１８は、第２仕切壁１７における幅方向に沿った一方の端面と、第２仕切壁１７における幅方向に沿った他方の端面とからそれぞれ突出している。隣り合う第２フィン１８と第２フィン１８との間、隣り合う第２フィン１８と第２外周壁２０の一辺との間、および、隣り合う第２フィン１８と第２隔壁１９ｅとの間には、第２フィン間流路２１が形成されている。第１分割領域５１ｋにおける第１フィン１３の長さ方向と、第２分割領域６１ｋにおける第２フィン１８の長さ方向とは、互いに平行である。第１分割領域５１ｍにおける第１フィン１３の長さ方向と、第２分割領域６１ｍにおける第２フィン１８の長さ方向とは、互いに平行である。

図２２に示すように、第１フィン１３は、伝熱板３１の第２面３１ｂと中継流路形成板３３の第３面３３ａとに接触して設けられている。第２フィン１８は、中継流路形成板３３の第４面３３ｂと底板３５とに接触して設けられている。

図２３に示すように、第１仕切壁１２は、伝熱板３１の第２面３１ｂと中継流路形成板３３の第３面３３ａとに接触して設けられている。第１外周壁１５は、伝熱板３１の第２面３１ｂと中継流路形成板３３の第３面３３ａとに接触して設けられている。第２仕切壁１７は、中継流路形成板３３の第４面３３ｂと底板３５とに接触して設けられている。第２外周壁２０は、中継流路形成板３３の第４面３３ｂと底板３５とに接触して設けられている。第１フィン間流路１６と第２フィン間流路２１とは、中継流路７を介して連通する。第１仕切壁１２の幅と第２仕切壁１７の幅とは、同一である。第１フィン１３の幅と第２フィン１８の幅とは、同一である。第１フィン１３の設置間隔は、第２フィン１８の設置間隔と同一である。

図２０に示すように、中継流路７は、互いに離れた位置に２つ配置されている。２つの中継流路７を区別する場合には、中継流路７ｋ，７ｍと称する。平面視で、第１分割領域５１ｋと第２分割領域６１ｋと中継流路７ｋとは、互いに重なる位置に配置されている。平面視で、第１分割領域５１ｍと第２分割領域６１ｍと中継流路７ｍとは、互いに重なる位置に配置されている。

図２１に示すように、第１仕切壁１２の一部と第１フィン１３の一部と第１フィン間流路１６の一部とを図示しない第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２と重なる。本実施の形態では、第１仕切壁１２の中心点と半導体素子２の中心部とが一致している。第１仕切壁１２の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部および半導体素子２の中心部の周囲と重なる。第１フィン１３の一部および第１フィン間流路１６の一部を第１面３１ａに投影したときの位置は、半導体素子２の中心部の周囲と重なる。なお、本実施の形態では、第１仕切壁１２の一部を第１面３１ａに投影したときの位置が半導体素子２の中心部と重なるが、第１フィン１３の一部を第１面３１ａに投影したときの位置が半導体素子２の中心部と重なってもよい。

中継流路７と第１分割領域５１と第１フィン１３とを第１面３１ａに投影すると、中継流路７は、複数の第１分割領域５１のそれぞれと重なる位置に１つずつ配置され、かつ、複数の第１フィン１３を横切るように細長く形成されている。中継流路７の長さ方向は、第１フィン１３の長さ方向と直交している。中継流路７は、第１フィン１３のうち第１仕切壁１２に繋がる根元部分と重なる位置に配置されている。

次に、図２０を参照して、冷媒の流れについて説明する。まず、第１開口８から冷媒を流入させる場合について説明する。第１開口８からヒートシンク３内に流入した冷媒は、第３開口１０および第４開口１１を通って、第１共通ヘッダ領域５２に流入する。続いて、冷媒は、第１共通ヘッダ領域５２から各第１分割領域５１における第１フィン間流路１６に流入する。続いて、冷媒は、第１フィン間流路１６から中継流路７を通って、各第２分割領域６１における第２フィン間流路２１に流入する。このとき、第１分割領域５１ｋにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、中継流路７ｋを通って、第２分割領域６１ｋにおける第２フィン間流路２１に流入する。第１分割領域５１ｍにおける第１フィン間流路１６の冷媒は、中継流路７ｍを通って、第２分割領域６１ｍにおける第２フィン間流路２１に流入する。その後、冷媒は、各第２分割領域６１における第２フィン間流路２１から第２共通ヘッダ領域６２に流入する。続いて、冷媒は、第２共通ヘッダ領域６２から第２開口９を通って、ヒートシンク３外へと流出する。

次に、第２開口９から冷媒を流入させる場合について説明する。第２開口９からヒートシンク３内に流入した冷媒は、第２共通ヘッダ領域６２に流入する。続いて、冷媒は、第２共通ヘッダ領域６２から各第２分割領域６１における第２フィン間流路２１に流入する。続いて、冷媒は、第２フィン間流路２１から中継流路７を通って、各第１分割領域５１における第１フィン間流路１６に流入する。このとき、第２分割領域６１ｋにおける第２フィン間流路２１の冷媒は、中継流路７ｋを通って、第１分割領域５１ｋにおける第１フィン間流路１６に流入する。第２分割領域６１ｍにおける第２フィン間流路２１の冷媒は、中継流路７ｍを通って、第１分割領域５１ｍにおける第１フィン間流路１６に流入する。その後、冷媒は、各第１分割領域５１における第１フィン間流路１６から第１共通ヘッダ領域５２に流入する。続いて、冷媒は、第１共通ヘッダ領域５２から第４開口１１、第３開口１０および第１開口８を通って、ヒートシンク３外へと流出する。

本実施の形態では、第１流路５の一部は、１つの第１仕切壁１２によって２つの第１分割領域５１に分割されている。また、第２流路６の一部は、１つの第２仕切壁１７によって２つの第２分割領域６１に分割されている。また、中継流路形成板３３には、２つの中継流路７が形成されている。このため、４つの第１分割領域５１と４つの第２分割領域６１と４つの中継流路７とが形成された実施の形態１にかかるヒートシンク３に比べて、第１流路５、第２流路６および中継流路７の構成が簡易になるため、ヒートシンク３の作製コストを削減できる。

なお、第１開口８および第２開口９は、ヒートシンク３の使用条件によって伝熱板３１または底板３５に設ければよい。本実施の形態では、ヒートシンク３を形成する板の枚数を５枚としたが、ヒートシンク３を形成する板の枚数は６枚以上でもよい。本実施の形態では、ヒートシンク３を複数の板３１～３５で形成したが、３Ｄプリンタなどを用いてヒートシンク３を一体形成してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ 半導体モジュール、２ 半導体素子、３ ヒートシンク、４ 冷媒流路、５ 第１流路、６ 第２流路、７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆ，７ｇ，７ｈ，７ｉ，７ｊ，７ｋ，７ｍ 中継流路、７Ａ 中心側中継流路、７Ｂ 外周側中継流路、８ 第１開口、９ 第２開口、１０ 第３開口、１１ 第４開口、１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇ，１２ｈ，１２ｉ，１２ｊ 第１仕切壁、１３ 第１フィン、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｅ 第１隔壁、１５ 第１外周壁、１６ 第１フィン間流路、１６Ａ 中心側フィン間流路、１６Ｂ 外周側フィン間流路、１７，１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 第２仕切壁、１８ 第２フィン、１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｅ 第２隔壁、２０ 第２外周壁、２１ 第２フィン間流路、２２ 接合部、２３ 渦、２４ 中心仕切壁、３１ 伝熱板、３１ａ 第１面、３１ｂ 第２面、３２ 第１流路形成板、３３ 中継流路形成板、３３ａ 第３面、３３ｂ 第４面、３４ 第２流路形成板、３５ 底板、５１，５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆ，５１ｇ，５１ｈ，５１ｉ，５１ｊ，５１ｋ，５１ｍ 第１分割領域、５２ 第１共通ヘッダ領域、６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６１ｋ，６１ｍ 第２分割領域、６２ 第２共通ヘッダ領域。

Claims (11)

1. 冷却対象を冷却する冷媒が流れる冷媒流路が内部に形成されたヒートシンクであって、
   前記冷却対象が配置される第１面と前記第１面の裏面である第２面とを有する第１部材と、
   前記第２面を向く第３面と前記第３面の裏面である第４面とを有する第２部材と、
   前記第１部材の前記第２面と前記第２部材の前記第３面とに接触して設けられた第１仕切壁と、
   前記第１部材の前記第２面に接触して設けられた複数の第１フィンと、
   前記第２部材を挟んで前記第１部材と反対に配置される第３部材と、
   を備え、
   前記冷媒流路は、前記第１部材と前記第２部材との間に形成される第１流路と、前記第２部材と前記第３部材との間に形成される第２流路と、前記第２部材に形成され、前記第１流路と前記第２流路とを連通する複数の中継流路と、を含み、
   前記第１流路には、前記第１仕切壁によって隔てられた複数の第１分割領域が形成され、
   前記第１分割領域には、複数の前記第１フィンが互いに間隔を空けて並べて配置され、
   前記第１仕切壁の少なくとも一部を前記第１面に投影したときの位置、または、前記第１フィンの少なくとも一部を前記第１面に投影したときの位置は、前記冷却対象の中心部と重なり、
   前記中継流路と前記第１分割領域と前記第１フィンとを前記第１面に投影すると、前記中継流路は、複数の前記第１分割領域のそれぞれと重なる位置に少なくとも１つずつ配置され、かつ、複数の前記第１フィンを横切るように細長く形成されていることを特徴とするヒートシンク。
2. 冷却対象を冷却する冷媒が流れる冷媒流路が内部に形成されたヒートシンクであって、
   前記冷却対象が配置される第１面と前記第１面の裏面である第２面とを有する第１部材と、
   前記第２面を向く第３面と前記第３面の裏面である第４面とを有する第２部材と、
   前記第１部材の前記第２面と前記第２部材の前記第３面とに接触して設けられた第１仕切壁と、
   前記第１部材の前記第２面に接触して設けられた複数の第１フィンと、
   前記第２部材を挟んで前記第１部材と反対に配置される第３部材と、
   を備え、
   前記冷媒流路は、前記第１部材と前記第２部材との間に形成される第１流路と、前記第２部材と前記第３部材との間に形成される第２流路と、前記第２部材に形成され、前記第１流路と前記第２流路とを連通する複数の中継流路と、を含み、
   前記第１流路には、前記第１仕切壁によって隔てられた複数の第１分割領域が形成され、
   前記第１分割領域には、複数の前記第１フィンが互いに間隔を空けて並べて配置され、
   前記第１仕切壁の少なくとも一部を前記第１面に投影したときの位置、または、前記第１フィンの少なくとも一部を前記第１面に投影したときの位置は、前記冷却対象の中心部と重なり、
   前記第１仕切壁は、放射状に延びる複数の壁であり、
   前記第１フィンは、各前記第１仕切壁から前記第１分割領域に向けて突出しており、
   隣り合う前記第１分割領域に配置される前記第１フィンは、互いに異なる前記第１仕切壁から突出していることを特徴とするヒートシンク。
3. 冷却対象を冷却する冷媒が流れる冷媒流路が内部に形成されたヒートシンクであって、
   前記冷却対象が配置される第１面と前記第１面の裏面である第２面とを有する第１部材と、
   前記第２面を向く第３面と前記第３面の裏面である第４面とを有する第２部材と、
   前記第１部材の前記第２面と前記第２部材の前記第３面とに接触して設けられた第１仕切壁と、
   前記第１部材の前記第２面に接触して設けられた複数の第１フィンと、
   前記第２部材を挟んで前記第１部材と反対に配置される第３部材と、
   前記第２部材の前記第４面と前記第３部材とに接触して設けられた第２仕切壁と、
   前記第２部材の前記第４面と前記第３部材とに接触して設けられた複数の第２フィンと、
   を備え、
   前記冷媒流路は、前記第１部材と前記第２部材との間に形成される第１流路と、前記第２部材と前記第３部材との間に形成される第２流路と、前記第２部材に形成され、前記第１流路と前記第２流路とを連通する複数の中継流路と、を含み、
   前記第１流路には、前記第１仕切壁によって隔てられた複数の第１分割領域が形成され、
   前記第１分割領域には、複数の前記第１フィンが互いに間隔を空けて並べて配置され、
   前記第１仕切壁の少なくとも一部を前記第１面に投影したときの位置、または、前記第１フィンの少なくとも一部を前記第１面に投影したときの位置は、前記冷却対象の中心部と重なり、
   前記第２流路には、前記第２仕切壁によって隔てられた複数の第２分割領域が形成され、
   前記第２分割領域には、複数の前記第２フィンが互いに間隔を空けて並べて配置され、
   前記第２フィンの設置間隔は、前記第１フィンの設置間隔よりも広いことを特徴とするヒートシンク。
4. 前記中継流路は、前記第１フィンのうち前記第１仕切壁に繋がる根元部分と重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載のヒートシンク。
5. 隣り合う前記第１フィンの間には、前記冷媒が流れる第１フィン間流路が形成され、
   前記第１流路には、複数の前記第１分割領域を囲うように第１ヘッダ領域が形成され、
   前記第１ヘッダ領域は、各前記第１分割領域における前記第１フィン間流路と連通することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のヒートシンク。
6. 前記第１流路には、４つの前記第１分割領域が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のヒートシンク。
7. 前記第１分割領域における前記第１フィンの設置間隔は、不均等であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のヒートシンク。
8. 前記第１仕切壁の幅は、前記第１フィンの幅よりも狭いことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のヒートシンク。
9. 前記第２フィンの幅は、前記第１フィンの幅よりも広いことを特徴とする請求項３に記載のヒートシンク。
10. 冷却対象を冷却する冷媒が流れる冷媒流路が内部に形成されたヒートシンクであって、
    前記冷媒流路は、
    前記冷却対象が配置される第１面に最も近い第１流路と、
    前記第１面の法線方向において、前記第１流路より前記第１面から遠い側に離れて形成された第２流路と、
    前記第１流路と前記第２流路との間にあって前記第１流路と前記第２流路とを連通する中継流路と、を有するように階層状に形成され、
    前記第１流路は、内面として前記第１面側に第２面と、前記第２面とに対向する第３面と、を有し、
    前記第１流路には、前記第２面と前記第３面との間に設けられた第１仕切壁によって隔てられた複数の第１分割領域が形成され、
    前記第１分割領域は、互いに間隔を空けて並び、前記第１仕切壁から延びるように形成された複数の第１フィンを有し、
    前記第１仕切壁の少なくとも一部を前記第１面に投影したときの位置、または、前記第１フィンの少なくとも一部を前記第１面に投影したときの位置は、前記第１面の前記冷却対象を設置する領域の中心部と重なり、
    前記中継流路と前記第１分割領域と前記第１フィンとを前記第１面に投影すると、前記中継流路は、複数の前記第１分割領域のそれぞれと重なる位置に少なくとも１つずつ配置され、かつ、前記第１仕切壁に沿って複数の前記第１フィンを横切るように細長く形成され、
    前記中継流路を介して前記冷媒が前記第１流路と前記第２流路との間に流れるようにされたことを特徴とするヒートシンク。
11. 請求項１から１０のいずれか１項に記載のヒートシンクと、
    前記第１面に配置され、前記冷却対象である半導体素子と、
    を備えることを特徴とする半導体モジュール。

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