JP5916603B2 - 放熱装置および半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、セラミックシートを積層することで形成した放熱装置に関する。さらに本発明は、半導体素子を実装した金属板を、当該放熱装置に接合することで構成された半導体装置に関する。

従来、たとえば特許文献１が開示する半導体装置つまり半導体モジュールは、窒化アルミニウムなどのセラミック基板つまり絶縁基板の表裏両面に、純アルミニウムなどの金属板をそれぞれ接合することで形成した回路基板を有し、この回路基板に放熱装置つまりヒートシンクを接合することでモジュール化している。この種の半導体装置では、半導体素子が発する熱は、放熱装置によって放熱される。

特開２００６−２９４６９９号公報

ところで、前記文献の半導体装置は、回路基板の絶縁機能を充足するためにセラミック基板を用いる一方で、放熱装置を、熱伝導性に優れているとともに軽量であるアルミニウムによって形成している。このため前記文献の半導体装置は、部品点数が多くなっていた。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、絶縁機能と冷却機能とを充足させつつ、部品点数を削減することができる放熱装置および半導体装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、本発明の一態様によれば、セラミックからなる基体と、前記基体の内部に冷媒を流す冷媒流路とを備える放熱装置であって、前記基体は、複数枚のセラミックシートを積層してなり、前記複数枚のセラミックシートは、冷却対象物が搭載される搭載面を有し、前記搭載面に冷媒流入口と冷媒排出口とが開口されたセラミックシートと、前記冷媒流路を構成する複数本のスリットが形成されたセラミックシートと、前記スリットの延設方向に延びかつ前記セラミックシートの積層方向に延びる断面で前記冷媒流路を視たときに、前記搭載面とは反対側に位置する底板部を構成するセラミックシートとを含み、前記複数本のスリットが形成されたセラミックシートには、前記冷媒流入口に対向する第１通路形成部及び前記冷媒排出口に対向する第２通路形成部が形成され、前記第１通路形成部及び前記第２通路形成部は、前記底板部において前記冷媒流路と連通しており、前記底板部は、前記冷媒流路の底面を区画形成し、前記冷媒流路の底面は、前記搭載面に向かって突出する突状部を備える。

この構成によれば放熱装置は、複数枚のセラミックシートを積層して焼成することで形成される。よって放熱装置自体が、冷却機能と絶縁機能とを持つことが可能となる。このため本発明の放熱装置が、たとえば半導体装置に採用される場合、半導体素子が実装された配線層として機能する金属板は、放熱装置に直接接合することができる。したがって放熱装置は、絶縁機能と冷却機能とを充足させつつ、部品点数を削減することができる。

また、この構成によれば、放熱装置への冷媒流入口と、放熱装置からの冷媒排出口とを、冷却対象物が搭載される基体における搭載面に開口させることで、冷媒供給用の管路や冷媒排出用の管路を、搭載面に接続することができる。このため、放熱装置に必要な部品を、搭載面に集約した状態で配置することが可能となる。したがって、放熱装置を小型化することができる。
さらに、冷媒流路を流れる冷媒の流れの方向は、冷媒流路の底面の突状部によって、冷却対象物が搭載される搭載面に向かうように変わる。このことから、冷却対象物と冷媒との間でより効果的な熱交換が促進されることになり、冷却性能を向上させることができる。

好適には、前記基体を前記搭載面から平面視した場合に、前記冷媒流路は波線状に形成されていることが望ましい。この構成によれば、たとえば冷媒流路を平面視で直線状に形成したような場合に比して、冷媒流路の表面積を増加させることができる。したがって、冷却性能を向上させることができる。

好適には前記複数本のスリットが形成された前記セラミックシートは、酸化アルミニウム、窒化炭素、炭化珪素、窒化アルミニウムおよびアルミナ・ジルコニアのいずれか、もしくはこれらの複数の材料の組み合わせからなることが望ましい。この構成によれば、セラミックシートの強度を向上させることで、幅狭の冷媒流路つまりスリットを形成することができる。その結果、放熱装置の冷却性能を向上させることができる。

好適には前記冷媒流路には、前記スリットの延設方向に前記スリットを仕切る少なくとも１つの仕切りが設けられていることが望ましい。この構成によれば、仕切りが梁の役目を果たす。よって放熱装置の製造段階において、複数枚のセラミックシートを積層しかつ互いに接合するときに、強度不足でこれらセラミックシートが変形することや積層ズレが生ずることを防止できる。

好適には複数の前記仕切りは、少なくとも１つの梯子状の連を構成する。前記スリットの延設方向に延びかつ前記セラミックシートの積層方向に延びる断面で、前記冷媒流路を視る。このときに複数の前記仕切りが、前記セラミックシートの積層の順に順次ズレて配設することによって、前記梯子状の連を構成することが望ましい。この構成によれば、梯子のステップとなるそれぞれの仕切りによって、冷媒流路を流れる冷媒の流れの方向が変わる。このため冷媒の放射状の拡散流が、生じやすくなる。よって、冷却対象物と冷媒との間でより効果的な熱交換が促進されることになり、放熱装置の冷却性能を向上させることができる。

好適には前記スリットの延設方向に対して垂直な断面で、前記冷媒流路を視る。このときに前記冷媒流路の両側面は、前記スリットと前記基体との間の一対の境界線を規定する。前記一対の境界線は、前記スリットを挟んで互いに対称性があるように折れ曲がりかつそれぞれ矩形を覆うように折れ曲がる形状を呈していることが望ましい。この構成によれば、スリットの延設方向に対して垂直な断面で冷媒流路は、高さ方向つまり搭載面と底面との間で、拡幅と狭幅とを繰り返す形状になる。このため高さ方向への冷媒の流れは、狭幅部で一部が渦流となり、乱流を引き起こす。さらに冷媒流路の断面が拡幅と狭幅とを繰り返すことで、冷媒流路の表面積も広くなる。これら双方の効果によって、効果的に冷媒と基体との間で熱交換が促進されることになる。よって放熱装置の冷却性能を向上させることができる。

好適には前記スリットの延設方向に対して垂直な断面で、前記冷媒流路を視る。前記冷媒流路の両側面は、前記スリットと前記基体との間の一対の境界線を規定する。前記一対の境界線は、双方とも同一方向に折れ曲がりかつそれぞれ矩形を覆うように折れ曲がる形状を呈していることが望ましい。この構成によれば、スリットの延設方向に対して垂直な断面で冷媒流路は、高さ方向つまり搭載面と底面との間で、ジグザグな形状になる。このため冷媒流路の冷媒の流れは、高さ方向にくねった流れとなる。また冷媒流路の表面積も広くなる。これら双方の効果によって、効果的に冷媒と基体との間で熱交換が促進されることになり、放熱装置の冷却性能を向上させることができる。

好適には前記冷媒流路には、当該冷媒流路を幅方向に窄める少なくとも１つの狭窄部が設けられていることが望ましい。この構成によれば、冷媒流路を流れる冷媒が、狭窄部を通過する際に乱流を起こす。よって、より効果的な熱交換が冷媒と基体との間で促進されることになり、放熱装置の冷却性能を向上させることができる。

好適には半導体装置は、半導体素子と、前記半導体素子が実装された金属板と、前記金属板が接合される前述の放熱装置とを備える。前記金属板が前記搭載面に接合されることによって、前記半導体装置は構成される。

この構成によれば、半導体素子が実装される配線層として機能する金属板が、前述の放熱装置に直接接合することで、半導体装置は形成される。したがって半導体装置の絶縁機能と冷却機能とを充足させつつ、半導体装置の部品点数を削減することができる。

好適には前記冷媒流入口には、前記冷媒を前記冷媒流路へ供給する供給パイプが設けられる。前記冷媒排出口には、前記冷媒流路を通過した冷媒を外部に排出する排出パイプが設けられる。前記供給パイプと前記排出パイプとは、軟質材料によって形成されことが望ましい。この構成によれば、たとえ半導体装置に激しい振動などが加わった場合であっても、軟質材料で形成されたパイプたとえば供給パイプや排出パイプが、半導体装置の振動を吸収することができる。

本発明によれば、絶縁機能と冷却機能とを充足させつつ、部品点数を削減することができる。

一実施形態の放熱装置の斜視図。 図１の放熱装置を有する半導体装置の斜視図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 図２のＢ−Ｂ線断面図。 図１の放熱装置を構成する複数枚のセラミックシートの平面図。 別例におけるセラミックシートの平面図。 さらに別の放熱装置を構成する複数枚のセラミックシートの平面図。 さらに別の別例の放熱装置を構成する複数枚のセラミックシートの平面図。 さらに別の別例の放熱装置を構成する複数枚のセラミックシートの平面図。 図９のセラミックシートによって構成される放熱装置の斜視図。 図１０のＣ−Ｃ線断面であり、図９のセラミックシートで構成した冷媒流路における冷媒の流れの概念図。 （ａ）と（ｂ）とは、それぞれ図１０の放熱装置のＤ−Ｄ線における冷媒流路の形状の、互いに異なる実施形態の断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、それぞれ冷媒流路の横断面が互いに異なる実施形態の部分拡大概念図。 （ａ）と（ｂ）とは、それぞれ冷媒流路の互いに異なる実施形態の部分拡大断面図。

図１〜図５は、本発明を具体化した一実施形態を説明する。

図１が示す放熱装置Ｈは、セラミックからなる基体１４を備え、基体１４の内部には、冷媒を流す図４に示す冷媒流路Ｔが形成されている。図３では、冷媒流路Ｔが紙面の奥に隠れている。図２は、図１に示す放熱装置Ｈを用いた、半導体モジュールとしての半導体装置１０の一例を示す。図１に示す放熱装置Ｈは、冷却対象物が搭載される搭載面１５を有する。図２に示すように、搭載面１５には、電子部品としての半導体素子１２が実装された金属回路板としての金属板１１が接合される。そうすることで、半導体装置１０は構成されている。

金属板１１は、配線層および接合層として機能するとともに、純アルミニウムたとえば工業用純アルミニウムである１０００系アルミニウムや、銅によって形成されている。また半導体素子１２としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor ）や、ダイオードが用いられる。金属板１１と半導体素子１２との接合や、金属板１１と放熱装置Ｈとの接合には、半田付けやロウ付けが用いられる。

本実施形態において放熱装置Ｈは、それぞれ厚さ１ｍｍ程度のセラミックシートを複数枚積層してなる積層体を、焼成することで形成されている。セラミックシートの材料としては、酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウム、およびアルミナ・ジルコニアなどが用いられる。なお放熱装置の冷却方式として、水冷方式を採用する場合、セラミックシートの材料は、耐水性の高い材料が好ましい。

図５は、放熱装置Ｈの分解図であり、つまり本実施形態の放熱装置Ｈを構成する複数枚のセラミックシートを示す。具体的には図５は、第１セラミックシート１３ａ、複数の第２セラミックシート１３ｂ、複数の第３セラミックシート１３ｃ、および第４セラミックシート１３ｄを示す。なお搭載面１５を有する放熱装置Ｈの部分を、つまり金属板１１に接合される接合面を有する放熱装置Ｈの部分を、「放熱装置Ｈの天板部」と呼ぶことにする。第１セラミックシート１３ａは、放熱装置Ｈの天板部を構成する。これらセラミックシートを、セラミックシート１３と総称することがある。なお図５は、放熱装置Ｈの冷媒流路の位置関係を視やすくするために各セラミックシート１３が正方形のように描かれているが、実際には図１や図２に示すように、各セラミックシート１３の冷媒流れ方向の長さは、幅方向よりも長く形成されている。

第１セラミックシート１３ａには、それぞれ貫通孔状の冷媒供給部ＩＮと冷媒排出部ＯＵＴとが、形成されている。本実施形態において冷媒供給部ＩＮと冷媒排出部ＯＵＴとは、互いに同一の開口面積で形成されている。冷媒供給部ＩＮには、放熱装置Ｈ内に冷媒を供給する供給パイプＰ１（図１〜図３に示す）が接続される。冷媒排出部ＯＵＴには、放熱装置Ｈ内を流通した冷媒を、外部に排出する排出パイプＰ２（図１〜図３に示す）が接続される。本実施形態では、冷媒供給部ＩＮが冷媒流入口となり、冷媒排出部ＯＵＴが冷媒排出口となる。

それぞれ第２セラミックシート１３ｂには、第１セラミックシート１３ａの冷媒供給部ＩＮに対応する位置に、貫通孔状の第１通路形成部Ｔａが形成されている。また第２セラミックシート１３ｂには、第１セラミックシート１３ａの冷媒排出部ＯＵＴに対応する位置に、貫通孔状の第２通路形成部Ｔｂが形成されている。第１通路形成部Ｔａは冷媒供給部ＩＮに対向し、第２通路形成部Ｔｂは冷媒排出部ＯＵＴに対向する。また本実施形態において第１通路形成部Ｔａと第２通路形成部Ｔｂとは、同一開口面積で形成されている。

それぞれ第３セラミックシート１３ｃには、冷媒流路Ｔを構成する流路形成部としての複数本のスリット（細隙）Ｓが形成されている。放熱装置Ｈ内に形成される冷媒流路Ｔが、冷却対象となる半導体素子１２が実装される放熱装置Ｈの部位である実装部位に対応する位置に配置されるように、スリットＳは形成されている。これによって冷媒流路Ｔは、半導体素子１２の直下に配置されることになる。冷媒流路Ｔは、セラミックからなる放熱装置Ｈの基体の内部に冷媒を流す。本実施形態において各スリットＳは、平面視で直線状に形成されている。また本実施形態において各スリットＳは、互いに同一開口面積で形成されている。各スリットＳの長さは、第２セラミックシート１３ｂにおける第１通路形成部Ｔａと第２通路形成部Ｔｂとの両者間の離間長さよりも長くなっている。また第４セラミックシート１３ｄは、放熱装置Ｈの天板部とは反対側の、放熱装置Ｈの底板部を構成する。

本実施形態では、放熱装置Ｈの底板部となる第４セラミックシート１３ｄ上に、複数枚つまり本実施形態では５枚の第３セラミックシート１３ｃが積層されている。その上に複数枚つまり本実施形態では２枚の第２セラミックシート１３ｂが積層され、その上に第１セラミックシート１３ａが積層されている。これら第１セラミックシート１３ａ〜第４セラミックシート１３ｄは、このような順に積層された積層体とされている。なお複数枚の第３セラミックシート１３ｃは、各スリットＳのスリットの延設方向が同一方向となるように積層されている。また複数枚の第２セラミックシート１３ｂは、第１通路形成部Ｔａ同士が重なるように、かつ第２通路形成部Ｔｂ同士が重なるように積層されている。スリットＳの両端のうちの一端に第１通路形成部Ｔａが配置され、かつスリットＳの他端に第２通路形成部Ｔｂが配置されるように第２セラミックシート１３ｂは、第３セラミックシート１３ｃに対して積層されている。また第１セラミックシート１３ａは、冷媒供給部ＩＮに第１通路形成部Ｔａが重なるとともに、冷媒排出部ＯＵＴに第２通路形成部Ｔｂが重なるように、第２セラミックシート１３ｂに対して積層されている。そして放熱装置Ｈは、前述のように積層してなる積層体を焼成することで、図１〜図４に示すように形成される。

放熱装置Ｈには、積層した第３セラミックシート１３ｃのスリットＳによって、直線状をなす複数本たとえば本実施形態では８本の冷媒流路Ｔが形成される。また互いに隣合う冷媒流路Ｔ同士の間の充実部分は、冷媒流路Ｔに面する側面を有するフィンＦとして機能する。図３は、フィンＦの断面を示しており、スリットＳは紙面の奥に隠れている。本実施形態の放熱装置Ｈにおいて、冷媒流路Ｔは、それぞれが独立した流路として形成される。複数本たとえば本実施形態では７本のフィンＦが、冷媒流路Ｔを複数本に区画することで冷媒流路Ｔを互いに独立させる。よって、放熱装置Ｈ内における冷媒の接触面積つまり流路の表面積が、増加することになる。また第４セラミックシート１３ｄが冷媒流路Ｔの底部をなすとともに、第１セラミックシート１３ａと第２セラミックシート１３ｂによって冷媒流路Ｔの上部が覆蓋されることで、それぞれ冷媒流路Ｔは、冷媒流路Ｔが延びる方向に対して垂直な断面において、閉塞された空間として区画形成される。

また放熱装置Ｈには、積層した第１セラミックシート１３ａの冷媒供給部ＩＮと、第２セラミックシート１３ｂの第１通路形成部Ｔａとによって、第１連通路Ｒ１が形成される。さらに放熱装置Ｈには、積層した第１セラミックシート１３ａの冷媒排出部ＯＵＴと、第２セラミックシート１３ｂの第２通路形成部Ｔｂとによって、第２連通路Ｒ２が形成される。これらの第１連通路Ｒ１と第２連通路Ｒ２とは、図３に示すように、それぞれ冷媒流路Ｔに接続される。また第１連通路Ｒ１には供給パイプＰ１が接続され、第２連通路Ｒ２には排出パイプＰ２が接続される。これによって第１連通路Ｒ１と第２連通路Ｒ２とはそれぞれ、冷媒流路Ｔと、放熱装置Ｈの外部とを互いに連通する。

なお第１セラミックシート１３ａ〜第４セラミックシート１３ｄの材料は、前述した酸化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化アルミニウムおよびアルミナ・ジルコニアのいずれか、もしくはこれらの複数の材料の組み合わせでも構わない。

特に、金属板１１が載置（接合）される第１セラミックシート１３ａは、絶縁性が高い材料たとえば酸化アルミニウム、窒化珪素、およびアルミナ・ジルコニア等を用いることが、より好ましい。また第１連通路Ｒ１の一部を構成する第１通路形成部Ｔａと、第２連通路Ｒ２の一部を構成する第２通路形成部Ｔｂとが形成される第２セラミックシート１３ｂは、熱伝導率の高い材料たとえば窒化珪素、炭化珪素、および窒化アルミニウム等を用いることが、より好ましい。また互いに隣合うフィンＦ同士の間に区画形成される冷媒流路Ｔを有する第３セラミックシート１３ｃは、冷却性能を上げるためにはたとえばフィンＦの幅を細くしたりスリットＳの幅を狭くしたりすることで、フィンＦやスリットＳ各々の本数を増やすことが好適であるため、機械的強度が高くかつ熱伝導率が高いたとえば窒化珪素等を用いることが、より好ましい。

（作用）
このように構成した放熱装置Ｈでは、冷媒供給源から供給された冷媒が供給パイプＰ１から第１連通路Ｒ１に流入するとともに、その冷媒は第１連通路Ｒ１を介してそれぞれ冷媒流路Ｔへ流入する。それぞれ冷媒流路Ｔに流入した冷媒は、第２連通路Ｒ２に向かって同一方向に流れる。金属板１１を介して放熱装置Ｈに、つまりフィンＦに伝達された半導体素子１２の熱は、このように冷媒流路Ｔを流れる冷媒へと放熱される。そしてフィンＦとの熱交換後の冷媒は、冷媒流路Ｔから第２連通路Ｒ２へ到達し、排出パイプＰ２から放熱装置Ｈの外部に排出される。図３に示すように、本実施形態の放熱装置Ｈにおいて冷媒は、放熱装置Ｈの上面（搭載面１５）つまり金属板１１との放熱装置Ｈの接合面から、放熱装置Ｈの内部に流入し、放熱装置Ｈの内部を通過した後、再び放熱装置Ｈの上面（搭載面１５）から排出される。また本実施形態の放熱装置Ｈは、セラミック材料で形成されていることから、冷却機能に加えて絶縁機能も有することになる。

したがって本実施形態は、以下に示す効果を得ることができる。

（１）複数枚の第１セラミックシート１３ａ〜第４セラミックシート１３ｄを積層し、そして焼成することで、放熱装置Ｈを形成した。これによって、放熱装置Ｈ自体に冷却機能と絶縁機能とを持たせることが可能となる。このため半導体素子１２を実装した配線層として機能する金属板１１が、放熱装置Ｈに直接接合されることで、半導体装置１０を形成することができる。したがって放熱装置Ｈと半導体装置１０とはそれぞれ、絶縁機能と冷却機能とを充足させつつ、部品点数を削減することができる。すなわち本実施形態は従来とは異なり、たとえば絶縁機能を充足させるためのセラミック基板と、冷却機能を充足させるための放熱装置とを、別体とするような必要がない。

（２）半導体素子１２を実装した金属板１１が、放熱装置Ｈに直接接合されることで、半導体装置１０は形成される。よって半導体装置１０を小型化することができる。

（３）第３セラミックシート１３ｃに形成されたスリットＳによって、細分化された互いに独立した複数本の冷媒流路Ｔが形成された。よって本実施形態は、放熱装置Ｈにおける冷媒流路Ｔの表面積を、たとえば流路の断面積を広くした単一の流路を形成するような場合に比して、より広くすることができる。したがって放熱装置Ｈの冷却性能を向上させることができる。

（４）互いに独立した冷媒流路Ｔが複数本形成されることで、互いに隣合う冷媒流路Ｔの間にはフィンＦが形成された。このため本実施形態は、放熱装置Ｈに単一の流路を形成するような場合に比して、放熱装置Ｈの強度を向上させることができる。すなわちフィンＦは、冷媒流路Ｔの表面積を増加させることに加えて、放熱装置Ｈの補強材としても機能することになる。そして放熱装置Ｈの強度を向上させることで放熱装置Ｈを薄く形成することができるので、熱源となる半導体素子１２と放熱装置Ｈ内の冷媒流路Ｔの間隔を短くすることが可能となる。これによって、放熱装置Ｈの熱抵抗を減少させるとともに熱伝達性能を向上させることができるので、冷却性能を向上させることができる。

（５）第３セラミックシート１３ｃのスリットＳによって冷媒流路Ｔを形成するので、冷媒流路Ｔの設計の自由度を向上させることができる。すなわち冷却対象とする半導体素子１２の形状、発熱量、実装位置などに応じて、要求される冷却性能を充足し得る冷媒流路Ｔを容易に形成することができる。また金属板１１に複数個の半導体素子１２を実装する場合であっても、それぞれ半導体素子１２に応じた冷媒流路Ｔを容易に形成することができる。

（６）放熱装置Ｈへの冷媒流入口つまり冷媒供給部ＩＮと、放熱装置Ｈからの冷媒排出口つまり冷媒排出部ＯＵＴとは、いずれも放熱装置Ｈの金属板１１との接合面つまり搭載面１５に開口された。これによって、金属板１１との接合面に、冷媒供給用の管路つまり供給パイプＰ１や、冷媒排出用の管路つまり排出パイプＰ２を接続することができる。このため、半導体装置１０に必要な部品たとえば金属板１１や半導体素子１２などを、金属板１１との接合面に、集約した状態で配置することが可能となる。したがって、半導体装置１０を小型化しやすい。

（７）放熱装置Ｈを焼成体とした。よって放熱装置Ｈは、必要な冷却性能を充足することができるとともに、放熱装置Ｈが水冷方式を採用した場合の水漏れの発生を防止することもできる。

なお本実施形態は、以下のように変更してもよい。

○ 図６に示すように、第３セラミックシート１３ｃに形成するスリットＳを、平面視波線状としても良い。つまり冷却対象物が搭載される搭載面１５から、基体１４を平面視した場合に、スリットＳは、波線状に形成されてもよい。このようにスリットＳを形成した場合、放熱装置Ｈには、平面視波線状の冷媒流路が形成されることになる。平面視波線状の冷媒流路は、たとえば冷媒流路が平面視直線状のような場合に比して、冷媒の流れを乱し、乱流効果によって冷却性能をさらに向上させることができる。

○ 第３セラミックシート１３ｃに、形状が互いに異なるスリットＳを形成しても良い。具体的に言えば、金属板１１に複数の半導体素子１２を実装する場合に、その半導体素子１２の発熱量に応じて異なる形状のスリットＳによって冷媒流路Ｔを形成する。たとえば発熱量が比較的少ない半導体素子１２が実装される放熱装置Ｈの部位に対応させて、平面視直線状の冷媒流路ＴとなるスリットＳを形成する。一方、発熱量が比較的多い半導体素子１２が実装される放熱装置Ｈの部位に対応させて、平面視波線状の冷媒流路ＴとなるスリットＳを形成する。このように形状が互いに異なる冷媒流路Ｔは、放熱装置Ｈが複数枚のセラミックシートによる積層構造とされることで容易に形成することができる。

○ 放熱装置Ｈの冷却方式を、空冷としても良い。このように構成した場合、冷媒流路Ｔには、空気などの冷却用気体が流れることになる。

○ 放熱装置Ｈを構成するセラミックシートの積層枚数を、変更しても良い。たとえば積層枚数は、放熱装置Ｈ内に形成する冷媒流路Ｔの断面積（流路面積）に応じて増減させる。また積層枚数は、第１連通路Ｒ１と第２連通路Ｒ２との大きさ（深さ）に応じて増減させる。

○ 第３セラミックシート１３ｃに形成するスリットＳの数を、変更しても良い。スリットＳの数は、金属板１１に実装する半導体素子１２の実装面積や、冷媒流路Ｔの通路幅などによって変更される。すなわち冷媒流路Ｔを形成する領域面積を同一とすると、それぞれスリットＳの通路幅を広くすれば、１つの第３セラミックシート１３ｃが有するスリットＳの数は少なくなる。逆にそれぞれスリットＳの通路幅を狭くすれば、１つの第３セラミックシート１３ｃが有するスリットＳの数は多くなる。

○ 図７に示すように、冷媒流路Ｔに、スリットＳをスリットの延設方向に仕切る仕切りＣを設けても良い。図７は、別例における放熱装置Ｈを構成する第１セラミックシート１３ａ〜第４セラミックシート１３ｄの平面図を示す。この別例の第３セラミックシート１３ｃには仕切りＣが、冷媒流路Ｔ（スリットＳ）をスリットＳの延設方向に仕切るように設けている。つまり仕切りＣは、冷媒流路ＴとスリットＳとを横切って延びる。またこの別例では、５枚の第３セラミックシート１３ｃのうち、真ん中（３枚目）の第３セラミックシート１３ｃに、仕切りＣが形成する。この１つの仕切りＣは、各スリットＳの延設方向の中央付近を横断している。なお図７の別例では、仕切りＣを１つ形成しているが、スリットＳの延設方向に亘って複数の仕切りＣが分布するように形成しても良い。また図７では、１枚の第３セラミックシート１３ｃに仕切りＣを形成しているが、複数枚たとえば２枚の第３セラミックシート１３ｃに、それぞれ仕切りＣを形成しても良い。

たとえばフィンＦの幅を狭くしたりスリットＳの幅を細くしたりすることで、フィンＦやスリットＳ各々の本数を増やすと、冷媒Ｒと基体２０との熱交換が増し、冷却効率は向上できる。しかし、放熱装置Ｈの製造段階において、複数枚の第３セラミックシート１３ｃを互いに積層したり接合したりするときに、強度不足から第３セラミックシート１３ｃが変形することや積層ズレが生ずるおそれも考えられる。このため図７に示すように、冷媒流路Ｔを横切るように１つまたは複数の仕切りＣを設けると、仕切りＣが梁の役目を果たすため、フィンＦの強度を確保しやすい。よって仕切りＣは、スリットＳやフィンＦの変形や積層ズレを防止できる。なお複数の第３セラミックシート１３ｃを互いに接合するために積層および加圧したときに、加圧力をそれぞれ第３セラミックシート１３ｃに確実に伝搬させたり、第３セラミックシート１３ｃを互いに十分に接合させたりすることで、第３セラミックシート１３ｃの層間剥離の発生を防止するとともに冷媒流路Ｔを確保するためには、複数の仕切りＣの形成位置を、互いに僅かにズラして配置することが好ましい。

○ 図８の実施形態と、図９〜図１１の実施形態とでは、複数枚たとえば５枚の第３セラミックシート１３ｃに、それぞれ仕切りＣが形成されている。これら仕切りＣは、第３セラミックシート１３ｃの積層の順に、順次ズレて形成されている。なお図８は、第５セラミックシート１３ｄ１が１枚の実施形態を示す。図９〜図１１は、第５セラミックシート１３ｄ１が２枚の実施形態を示す。図１１に示すように、スリットＳの延設方向に延びかつ第３セラミックシート１３ｃの積層方向に延びる断面で冷媒流路Ｔを視たときに、複数たとえば５つの仕切りＣが、第３セラミックシート１３ｃの積層の順に順次ズレて配設されていることによって、「梯子状の連」が形成されている。つまり図１１が示す冷媒Ｒの流れの概念図に現われるように、これら仕切りＣによって、梯子状の連Ｌが構成されている。

図８の実施形態と、図９〜図１１の実施形態とでは、梯子状の連Ｌは１つであるが、梯子状の連Ｌを複数形成することがより好ましい。たとえば放熱装置Ｈに複数の冷却対象物を搭載するときには、スリットＳの延設方向に互いに隣合う１対の梯子状の連Ｌのうち、搭載面１５に最も近接した１対の仕切りＣの間に対応する搭載面１５の部分に、冷却対象物たとえば半導体素子１２等を配置する。こうすれば冷却対象物は、仕切りＣが邪魔になることなく冷媒Ｒに接近するため、効果的に冷媒Ｒと熱交換できる。

このように複数の仕切りＣが、梯子状の連Ｌを構成するように配設されている構成において、冷媒Ｒが、外部の供給パイプＰ１から、放熱装置Ｈの冷媒供給部ＩＮに供給されると、冷媒Ｒは、第１連通路Ｒ１から、第３セラミックシート１３ｃのスリットＳつまり冷媒流路Ｔに送り込まれる。冷媒Ｒの流れの方向は、梯子状の連Ｌを構成する段差つまりステップを構成するそれぞれの仕切りＣによって変わる。その結果、冷媒Ｒの放射状の拡散流が、冷媒流路Ｔにおいて生じやすくなる。

図８に示すように、この実施形態での放熱装置Ｈは、第１セラミックシート１３ａ、第３セラミックシート１３ｃ、および第５セラミックシート１３ｄ１、および第４セラミックシート１３ｄが順に積層されて焼成されることで形成されている。第３セラミックシート１３ｃも、第１連通路Ｒ１と第２連通路Ｒ２とをそれぞれ構成するための貫通孔を、冷媒供給部ＩＮと冷媒排出部ＯＵＴとにそれぞれ対向するように有している。第５セラミックシート１３ｄ１も、第１連通路Ｒ１と第２連通路Ｒ２とをそれぞれ構成するための貫通孔を有しており、第５セラミックシート１３ｄ１が有する貫通孔は、第１連通路Ｒ１をスリットＳつまり冷媒流路Ｔに連通したり、第２連通路Ｒ２をスリットＳつまり冷媒流路Ｔに連通したりする。なお図８の放熱装置Ｈに、第２セラミックシート１３ｂを追加しても支障ない。

冷媒Ｒの第１連通路Ｒ１と第２連通路Ｒ２とは、それぞれ第１セラミックシート１３ａと第３セラミックシート１３ｃとを貫通することで第５セラミックシート１３ｄ１に達する。第１連通路Ｒ１と第２連通路Ｒ２とは、それぞれ第４セラミックシート１３ｄによって折り返され、冷媒流路Ｔに連通する。第４セラミックシート１３ｄは、冷却対象物が搭載される搭載面１５とは反対側の放熱装置Ｈの部分としての、底板部１６を構成する。冷媒Ｒは、第５セラミックシート１３ｄ１の第１連通路Ｒ１から、底板部１６に送り込まれる。また冷媒流路Ｔを通過した全ての冷媒Ｒは、第５セラミックシート１３ｄ１の第２連通路Ｒ２に集まり、そして冷媒排出部ＯＵＴを通過することで排出される。このような構成によって冷媒流路Ｔでは、冷媒Ｒの放射状の拡散流が、さらに生じやすくなり好ましい。

第１セラミックシート１３ａは、冷却対象物が搭載される搭載面１５を有する天井板として機能する。よって第１セラミックシート１３ａの厚みは、半導体素子１２等の発熱をより効果的に伝達させるために、他のセラミックシートよりも薄いことが望ましい。第１セラミックシート１３ａの厚さは、たとえば第３セラミックシート１３ｃの３０％〜５０％の厚みが好ましい。また前述のように、放熱装置Ｈの搭載面１５に複数の冷却対象物を搭載するときには、複数の梯子状の連Ｌ同士の間に冷却対象物たとえば半導体素子１２等を配置することで、より効果的に冷媒Ｒと冷却対象物との間で熱交換できる。

○ 図１１に示すように、放熱装置Ｈの底板部１６は、冷媒流路Ｔの底面を区画形成しており、底面は、冷却却対象物の搭載面１５に向かって突出する突状部Ｐｒを備えていると良い。冷媒供給部ＩＮに供給された冷媒Ｒは、第１セラミックシート１３ａと第３セラミックシート１３ｃと第５セラミックシート１３ｄ１とによって形成される第１連通路Ｒ１を経て、第３セラミックシート１３ｃが区画形成する冷媒流路Ｔに送り込まれる。図９と図１１とで示される実施形態では、底板部１６の中央付近には、２段の階段状からなる突状部Ｐｒが形成されている。突状部Ｐｒの１段目は、第４セラミックシート１３ｄに隣接する第５セラミックシート１３ｄ１によって構成される。突状部Ｐｒの２段目は、第４セラミックシート１３ｄから２つ目の第５セラミックシート１３ｄ１によって構成される。つまり図９と図１１とに示すように、底板部１６から２つ目の第５セラミックシート１３ｄ１が第１連通路Ｒ１と第２連通路Ｒ２とを構成するために有する貫通孔は、底板部１６に隣接する第５セラミックシート１３ｄ１が有する貫通孔よりも、底板部１６の中央寄りまで開口している。よって２段の突状部Ｐｒが構成される。一方、図８の実施形態は、第５セラミックシート１３ｄ１を１つだけ有しているため、突状部Ｐｒは１段のみ形成されている。

図１１は、２つの階段状からなる突状部Ｐｒを備えた冷媒流路Ｔでの、冷媒Ｒの流れの概念図を示している。冷媒Ｒの流れの方向は、冷媒流路Ｔの底面に存在する突状部Ｐｒによって、冷却対象物が搭載される搭載面１５つまり放熱装置Ｈの天井部に向かうように変わる。このためより効果的に、冷媒Ｒと冷却対象物との間の熱交換が促進される。なお突状部Ｐｒは、階段状に構成されることに限定されず、たとえば斜面によって構成されるスロープ状であっても良い。

○ 図１２（ａ）に示すように、冷媒流路を横断面視したとき、つまりスリットＳの延設方向に対して垂直な断面で、冷媒流路Ｔを視たとき、それぞれ冷媒流路Ｔの両側面Ｔ１は、スリットＳを挟んで互いに対称性がある矩形状を呈しても良い。スリットＳを挟む一対の側面Ｔ１のうちの一方の側面Ｔ１を、スリットＳを間に挟むように反転させると、他方の側面Ｔ１に重なる。つまりスリットＳを挟む一対の側面Ｔ１は、線対称である。図１２（ａ）は、図８または図９の放熱装置Ｈを組み立てたときの、図１０のＤ−Ｄ線による冷媒流路Ｔの断面図であり、仕切りＣとは異なる箇所の断面図である。図１２（ａ）に示すように、詳細にはそれぞれ冷媒流路Ｔの両側面は、スリットＳと基体１４との間の一対の境界線を規定する。これら一対の境界線は、矩形波のように、高さ方向つまり底板部１６と搭載面１５との間で延びている。つまりスリットＳと基体１４との間の一対の境界線は、図１２（ａ）でのそれぞれスリットＳを挟んで互いに対称性があるように折れ曲がり、かつそれぞれ矩形の３辺を覆うように折れ曲がる形状を呈している。

このような図１２（ａ）の冷媒流路Ｔは、高さ方向つまり底板部１６と搭載面１５との間で、拡幅と狭幅とを繰り返す。このため高さ方向への冷媒Ｒの流れは、狭幅部にぶつかる部分が渦流Ｒ３となり、よって乱流を引き起こす。また高さ方向たとえば底板部１６から搭載面１５への冷媒Ｒの流れは、前述の底板部１６の突状部Ｐｒなどによって生じる。また冷媒流路Ｔが拡幅と狭幅とを繰り返すため、冷媒流路Ｔの表面積も広くなる。これら乱流と、冷媒流路Ｔの表面積増大との双方の効果によって、冷媒Ｒと基体１４との間で熱交換が効果的に促進され、冷却性能を向上させることができる。

ここで、「両側面Ｔ１がスリットＳを挟んで対称性がある矩形状」とは、側面Ｔ１が有するそれぞれの矩形つまり凹凸の方向が、スリットＳの中心を挟んで両側面Ｔ１同士で互いに対称であり、かつ矩形状の突出量が両側面Ｔ１でおおよそ同等の状態を指す。なお図６に示すように冷媒流路ＴつまりスリットＳが波線状であるように、直線状以外の場合、図１２（ａ）が示す断面は、個々の冷媒流路Ｔ（スリットＳ）の進行方向に対して直角な断面を示す。

図１２（ａ）に示す冷媒流路Ｔの作製方法は、スリットＳの寸法が大小の計２種類の第３セラミックシート１３ｃを準備する。そしてこれら第３セラミックシート１３ｃを、積層順に交互に積層しかつ接合すれば良い。なお必ずしも第３セラミックシート１３ｃの１枚ずつ交互にスリットＳの拡幅と狭幅とを繰り返す必要はなく、たとえば２つ拡幅が連続したり、３つ拡幅が連続したりしてもよい。つまりおおよそ交互に拡幅と狭幅とが配置されれば良い。

側面Ｔ１の矩形状の突出量ｗ２は、１０μｍ〜４０μｍの範囲であることがより好ましい。突出量ｗ２がこの範囲内であれば、第３セラミックシート１３ｃの層間剥離の発生を抑制しつつ、冷媒流路Ｔの表面積をより広く確保できる。なお突出量ｗ２は、冷媒流路Ｔの幅ｗと同じ方向の寸法を意味する。

○ 図１２（ｂ）に示すように、冷媒流路を横断面視したとき、つまりスリットＳの延設方向に対して垂直な断面で冷媒流路Ｔを視たとき、それぞれ冷媒流路Ｔの両側面Ｔ１は、双方とも同一方向に折れ曲がりかつそれぞれ矩形を覆うように折れ曲がる形状を呈しても良い。つまり冷媒流路Ｔの両側面Ｔ１は、互いに同一性がある矩形状を呈しても良い。図１２（ｂ）において、スリットＳを挟む一対の側面Ｔ１のうちの一方の側面Ｔ１を平行移動させると、他方の側面Ｔ１に重なる。この構成によれば、冷媒Ｒは高さ方向に、くねった流れを辿り、かつ冷媒Ｒと基体１４との間での接触表面積が広くなる。よって効果的に、冷媒Ｒと基体１４との間で熱交換が促進される。

ここで、「両側面Ｔ１が、互いに同一性がある矩形状」とは、側面Ｔ１のそれぞれの矩形つまり凹凸の方向が、両側面で同一方向であり、かつ矩形状の突出量が両側面Ｔ１でおおよそ同等の状態を指す。なお図６に示すように冷媒流路ＴつまりスリットＳが波線状である場合、図１２（ｂ）が示す断面は、個々の冷媒流路Ｔ（スリットＳ）の進行方向に対して直角な断面を示す。図１２（ｂ）に示す冷媒流路Ｔの作製方法は、スリットＳの寸法が一種類の第３セラミックシート１３ｃを複数、スリットＳの積層位置が積層順に交互にズレるように配置し、積層して接合すれば良い。なお必ずしも１枚ずつ交互にスリットＳの配置をズラす必要もなく、たとえば第３セラミックシート１３ｃが２枚連続してズレないように積層したり、３枚連続して第３セラミックシート１３ｃがズレないように積層したりしてもよい。つまりおおよそ交互にスリットＳの位置がズレるように、第３セラミックシート１３ｃは配置されれば良い。

図１２（ｂ）の側面Ｔ１の矩形状の突出量ｗ２は、１０μｍ〜４０μｍの範囲であることがより好ましい。突出量ｗ２がこの範囲内であれば、第３セラミックシート１３ｃの層間剥離の発生を抑制しつつ、冷媒流路Ｔの表面積をより多く確保できる。

○ 冷媒流路Ｔに、当該冷媒流路Ｔを幅方向または高さ方向に窄める狭窄部を設けても良い。狭窄部は、スリットＳを区画形成する第３セラミックシート１３ｃに形成される。第３セラミックシート１３ｃは、１つまたは複数の冷媒流路Ｔを窄めるように狭窄部を設けても良い。図１〜図７のそれぞれ実施形態では、冷媒流路Ｔを構成するスリットＳの通路幅は、一定であった。しかし、これら図１〜図７の冷媒流路Ｔに、１つまたは複数の狭窄部を設けると、冷媒Ｒは、狭窄部を通過する際に乱流を起こす。よって冷媒とフィンＦとの間での、より効果的な熱交換が促進され、冷却性能を向上できる。

○ 図１３（ｂ）に示すように、冷媒流路Ｔの高さ寸法を窄める狭窄部を設けても良い。冷媒流路Ｔの最大高さ寸法ｈ０に対する、狭窄部によって窄められた冷媒流路Ｔの最小高さ寸法ｈ１の比、つまり最小高さ寸法ｈ１／最大高さ寸法ｈ０は、０．９６以上１未満であると良い（０．９６≦ｈ１／ｈ０＜１）。ここで、「冷媒流路Ｔの高さ寸法ｈ」とは、複数の第３セラミックシート１３ｃが積層されることで積み上げられた複数のスリットＳの合計の高さ寸法ｈを指す。

図１３（ａ）は、冷媒流路Ｔを、スリットＳの延設方向に対して垂直な断面で視た概念図を示し、かつ狭窄部が無い場合を示す。図１３（ｂ）の冷媒流路Ｔでは、一対の狭窄部が、冷媒流路Ｔの幅方向の中央に設けられている。つまり一対の狭窄部が、冷媒流路Ｔの上下面に設けられている。

図１３（ｂ）に示すように、冷媒流路Ｔの高さ寸法を窄める狭窄部が存在し、狭窄部による冷媒流路Ｔの最小高さ寸法ｈ１／最大高さ寸法ｈ０の比が０．９６以上であるとき、たとえば狭窄部が冷媒Ｒの流れを堰き止めてしまうような異常の発生を抑制できる。よって最小高さ寸法ｈ１／最大高さ寸法ｈ０が０．９６以上でれば、供給パイプＰ１は、冷媒Ｒの供給圧力を極端に高める必要が無い。また最小高さ寸法ｈ１／最大高さ寸法ｈ０が１未満であるとき、冷媒Ｒの流れが、狭窄部によって適度に停滞する。つまり狭窄部によって堰き止められた一部の冷媒Ｒが、渦流となる。よって冷媒Ｒの乱流が生じやすくなり、効果的な熱交換が冷媒Ｒと基体１４との間で促進される。

複数のセラミックシート１３を積層しかつ接合する製造方法のうち、たとえば図１３（ｂ）の高さ方向狭窄部の形成方法は、スリットＳの延設方向の中央付近の接合時の加圧力と、その他の部分たとえばフィンＦの接合時の加圧力とを、互いに違えるように複数のセラミックシート１３を加圧する加圧治具を用いて加圧する。そしてこれらセラミックシート１３を焼成する。加圧治具は、たとえば積層した複数のセラミックシート１３を狭持することで加圧する複数の治具であり、少なくとも一つの治具は、他の部分よりも高い加圧力をスリットＳに向けて掛けるように突面を備える。このような高い加圧力によって、高さ方向で冷媒流路Ｔの内部に突出する高さ方向狭窄部が形成される。焼成後の基体１４には、冷却対象物が搭載される搭載面１５を平坦化するための研削が施される。よって、冷却対象物である半導体素子１２等を搭載する金属板１１は、支障なく放熱装置Ｈの搭載面１５に搭載することができる。

○ 図１３（ｃ）に示すように、冷媒流路Ｔの幅寸法を窄める狭窄部を設けても良い。冷媒流路Ｔの最大幅ｗ０に対する、狭窄部によって窄められた冷媒流路Ｔの最小幅ｗ１の比、つまり最小幅ｗ１／最大幅ｗ０は、０．９６以上１未満であると良い（０．９６≦ｗ１／ｗ０＜１）。ここで、「冷媒流路Ｔの最小幅ｗ１」とは、冷媒流路Ｔの幅方向で最も内側の壁部同士の間の間隔を指す。

図１３（ａ）は、幅方向にも狭窄部が無い冷媒流路Ｔを示す。図１３（ｃ）の冷媒流路Ｔでは、一対の幅方向狭窄部が、冷媒流路Ｔの高さ方向の中央に設けられている。つまり一対の幅方向狭窄部が、冷媒流路Ｔの両側面に設けられている。

図１３（ｃ）に示すように、冷媒流路Ｔの幅寸法を窄める狭窄部が存在し、狭窄部による冷媒流路Ｔの最小幅ｗ１／最大幅ｗ０の比が０．９６以上であるとき、たとえば狭窄部が冷媒Ｒの流れを堰き止めてしまうような異常の発生を抑制できる。よって最小幅ｗ１／最大幅ｗ０の比が０．９６以上であれば、供給パイプＰ１は、冷媒Ｒの供給圧力を極端に高める必要が無い。また最小幅ｗ１／最大幅ｗ０が１未満であるとき、冷媒Ｒの流れが、狭窄部によって適度に停滞する。つまり狭窄部によって堰き止められた一部の冷媒Ｒが、渦流となり、冷媒Ｒの乱流が生じやすくなる。よって効果的な熱交換が、冷媒Ｒと基体１４との間で促進される。

複数のセラミックシート１３を積層しかつ接合する製造方法のうち、たとえば図１３（ｃ）の幅方向狭窄部の形成方法は、前述した図１３（ｂ）の高さ方向狭窄部の形成方法と同様に、加圧治具を用いる。加圧治具は、たとえば積層した複数のセラミックシート１３を狭持することで加圧する治具であり、少なくとも一つの治具は、他の部分よりも高い加圧力をスリットＳ同士の間つまりフィンＦに掛けるように突面を備える。このような高い加圧力によって、幅方向で冷媒流路Ｔの内部に突出する幅方向狭窄部が形成される。焼成後の基体１４は、搭載面１５が形成されるべく研削される。

○ 放熱装置Ｈにおける冷媒流入口つまり冷媒供給部ＩＮの位置や、冷媒排出口つまり冷媒排出部ＯＵＴの位置を、変更しても良い。たとえば放熱装置Ｈの下面（底面）に、冷媒流入口と冷媒排出口とを配置しても良い。この場合、第１セラミックシート１３ａが、放熱装置Ｈの底板部を構成する。第１セラミックシート１３ａの上に第２セラミックシート１３ｂを積層し、第２セラミックシート１３ｂの上に第３セラミックシート１３ｃを積層し、第３セラミックシート１３ｃの上に第４セラミックシート１３ｄを順に積層する。さらに別の変更例として、冷媒流入口と冷媒排出口とのうちの何れか一方を、放熱装置Ｈの上面に配置するとともに、冷媒流入口と冷媒排出口とのうちの他方を、放熱装置Ｈの下面に配置しても良い。

○ 放熱装置Ｈに接続される供給パイプＰ１と排出パイプＰ２とを、軟質材料で形成しても良い。つまり冷媒供給部ＩＮや冷媒排出部ＯＵＴを、冷媒の流体源に接続する少なくとも放熱装置Ｈ側の管路を、軟質材料で形成しても良い。放熱装置Ｈが接合された半導体素子１２を有する半導体装置１０を、たとえば車載用途に用いたとき、半導体装置１０には、激しい振動が加わることが予測される。そこでこの構成によれば、軟質材料で形成された供給パイプＰ１や排出パイプＰ２といった管路が、半導体装置１０の振動を吸収可能である。特に好ましい軟質材料としては、耐熱性、高強度、および耐薬品性に富むシリコーンゴムや、フェノール樹脂含浸綿布基材等を用いるとよい。

○ 図１１に示すように、梯子状の連Ｌは、冷媒供給部ＩＮから冷媒排出部ＯＵＴへの冷媒流路Ｔの流れ方向に沿って、冷媒流路Ｔの底面に近付くように傾斜していると良い。このように梯子状の連Ｌが傾斜するように、梯子状の連Ｌを構成する複数の仕切りＣは配置されると良い。この場合、冷媒供給部ＩＮから第１通路形成部Ｔａを経て冷媒流路Ｔに送り込まれた冷媒Ｒが、梯子状の連Ｌを通過する位置は、冷媒供給部ＩＮから冷媒排出部ＯＵＴへの冷媒Ｒの流れ方向に沿って、搭載面１５から冷媒流路Ｔの底面に向かって順次ズレる。つまりそれぞれの仕切りＣによって、冷媒流路Ｔでの冷媒Ｒの流れは、図１１に示すように放射状の拡散流となり、搭載面１５に向かう冷媒Ｒの流れが満遍なく拡散される。したがって搭載面１５の前面に亘って満遍なく熱交換が促進され、冷却性能をより向上させることができる。

○ 上記実施形態は、冷却対象物を搭載する放熱装置Ｈを例示した。しかし本発明が適用されるのは放熱装置に限らず、加温目的の熱交換装置に応用してもよい。つまり冷媒Ｒが流れる冷媒流路Ｔに限らず、本発明の装置は、液体または気体を含む流体が流れる流路を有する装置であれば良い。

（実施例）
以下に説明するように、図１２（ａ）や図１２（ｂ）に示した冷媒流路Ｔの側面Ｔ１の、好ましい矩形波状の寸法について調査した。図１４（ａ）と図１４（ｂ）とを用いつつ説明する。

本実施例では、図８に示す第１セラミックシート１３ａと、５つの第３セラミックシート１３ｃと、１つの第５セラミックシート１３ｄ１と、第４セラミックシート１３ｄとの合計８層を積層する。つまり突状部Ｐｒは１段である。これらセラミックシート１３ａ，１３ｃ，１３ｄ１，１３ｄを接合して焼成後には、第１セラミックシート１３ａの厚みは０．５ｍｍである。焼成後の第３セラミックシート１３ｃの厚みと、第５セラミックシート１３ｄ１の厚みと、第４セラミックシート１３ｄの厚みは、それぞれ１ｍｍである。スリットＳの幅ｗは１ｍｍであり、延設方向ｅのスリットＳの長さは１８０ｍｍである。隣合うスリットＳ同士の間隔、つまりフィンＦの幅は、１ｍｍである。直線状の８本のスリットＳが、形成されている。放熱装置Ｈの外辺寸法は、２２０ｍｍ（流れ方向寸法）×５０ｍｍ（幅寸法）である。

酸化アルミニウムと酸化珪素、酸化カルシウム、および酸化マグネシウムの粉末を混合し、これにアクリル樹脂を主成分とするバインダを混合することで、スラリーを得る。

次に、上記スラリーを公知のドクターブレード法で処理することで、平坦なセラミックシートを製作する。次に、上記セラミックシートを金型で処理することで、個々のセラミックシート１３を製作する。これらセラミックシート１３は、積層したときに製品形状となる。

次に、上記セラミックシート１３を積層し加圧、接合させるために、セラミックシート１３同士の接合部に、上記スラリーと同一のものを密着液として、公知のスクリーン印刷法によって塗布する。

次に、セラミックシート１３を積層し、最下層に、セラミックシート１３の圧力伝搬状態を観察するためのプレスケール（富士フイルム株式会社製 型名：ＬＬＬＷ超低圧０．２〜０．６ＭＰａ用）を挟み込む。プレスケールは、積層したセラミックシート１３の全面に均等な加圧力が掛かっているか観察するために用いられる。プレスケールが示す赤色の発色度合いによって、セラミックシート１３の加圧力が判断される。

次に、上記のように積層したセラミックシート１３とプレスケールとを、加圧治具で挟持することで０．５ＭＰａの加圧を行う。加圧後のプレスケールを確認し、発色がまばらであった場合は、再加圧するか、もしくはセラミックシート１３を不良として処分する。

次に、酸化雰囲気のトンネル型焼成炉を用いて、約１５００°Ｃ〜１６５０°Ｃの最高温度（本実施例では１６００°Ｃ）で焼成する。その結果、酸化アルミニウム９６質量％含有のセラミック焼結体である放熱装置Ｈが得られる。

図１４（ａ）と図１４（ｂ）とは、それぞれ図１０に示す放熱装置ＨのＤ−Ｄ線の断面図であり、冷媒流路Ｔの延設方向eに対して垂直な断面を部分拡大して示す。図１４（ａ）は、図１２（ａ）のように冷媒流路Ｔの両側面Ｔ１が、対称性がある矩形状の波線を規定する実施例を示す。ただし、下から３番目と４番目との第３セラミックシート１３ｃは、狭幅のスリットＳが２つ連続している。図１４（ｂ）は、図１２（ｂ）のように冷媒流路Ｔの両側面Ｔ１が、互いに同一性がある矩形状の波線を規定する実施例を示す。ただし、下から３番目と４番目との第３セラミックシート１３ｃは、図１４（ｂ）の右方に積層ズレしたスリットＳが２つ連続している。

１つの放熱装置Ｈが有する複数の冷媒流路Ｔは、互いに同一形状かつ同一寸法である。５層の第３セラミックシート１３ｃのスリットＳの寸法値を、それぞれ違えて冷媒流路Ｔを作製した。図１４（ａ）のように対称性がある矩形状の波を有する両側面Ｔ１では、矩形の凹部間の幅をｗとし、矩形の突出量つまりズレ量をｗ２とした。図１４（ｂ）に示すように互いに同一性がある矩形状の波を有する両側面Ｔ１では、幅方向に向い合う矩形の凹凸間の幅をｗとし、矩形の突出量をｗ２とした。そして、下記の表１に示す試料をそれぞれ準備した。

このようにして得られた放熱装置Ｈの試料それぞれの、積層されたセラミックシート１３の接合状態を観察すべく、超音波探傷試験を実施した。

超音波探傷試験では、日立建機ファインテック株式会社製の型名：ｍｉ−ｓｃｏｐｅｈｙｐｅｒと、超音波プローブ 型名：５０Ｐ６Ｆ１５およびＰＴ−３−２５−１７とを用いた。それぞれの試料の接合部を、周波数５０ＭＨＺと２５ＭＨＺとにそれぞれ変えて探した。それぞれの超音波探傷試験で得られる画像において、セラミックシート１３の接合不良である層間剥離の状態を観察した。冷媒流路Ｔの、延設方向に垂直な断面つまり横断面に現れる剥離の深さをＤ１とした。個々の放熱装置Ｈの冷媒流路Ｔの矩形状の突出量ｗ２と、剥離の深さＤ１とが、表１の範囲に入る試料を選択することで、計１０個の試料を準備した。

次に、放熱装置Ｈのそれぞれ試料の搭載面１５に、ヒータと熱電対とを取付けた。これらヒータや熱電対は、搭載面１５の温度が８０°Ｃになるように加熱した。

さらに冷媒供給部ＩＮに、冷媒Ｒとして１８°Ｃの水を、０．５ＭＰａの圧力で供給した。こうして３０分経過後の、搭載面１５の温度を測定し、その平均値を求めた。

冷却試験終了後には、それぞれの試料で超音波探傷試験を実施し、剥離の深さＤ１を測定した。なお超音波探傷試験で得られる画像では、空洞が存在すれば白い画像が表示され、空洞が無い場合には黒い画像が表示される。しかし細かい剥離の深さＤ１を、計量値で示すことは実際にはできない。そこで事前に、セラミックシートの層間剥離の試料をクロスセクションしたものを用いて、ＳＥＭ画像で剥離の深さＤ１を求めたものを作った。このように事前に得たものと、実際に得た画像とを比較対照することで、剥離の深さＤ１の数値を求めた。

これらによって得られたデータを、表１に示す。

表1は、図１４（ａ）のように冷媒流路Ｔの側面Ｔ１が、対称性がある矩形状を示す試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５と、図１４（ｂ）のように互いに同一性がある矩形状の試料Ｎｏ．１１〜Ｎｏ．１５とを示す。これら試料Ｎｏ．１〜５と試料Ｎｏ．１１〜１５ともに、矩形状の突出量ｗ２が大きくなるにつれ、冷却効果は向上する。冷却効率は、Ｎｏ．１１〜１５のように互いに同一性がある矩形状の方が、Ｎｏ．１〜５のように対称性がある矩形状よりも上回ることも分かる。これは、Ｎｏ．１１〜１５のように互いに同一性がある矩形状では、冷媒Ｒが高さ方向にも、くねるように流れることによって、基体１４と冷媒Ｒとの間でのより効果的な熱交換が行われた結果であると考えられる。

矩形状の突出量ｗ２が４０μｍ以上である試料Ｎｏ．４，５と、試料Ｎｏ．１４，１５とでは、冷却試験前の冷媒流路Ｔの側面Ｔ１の剥離の深さＤ１が、最大値で６μｍ〜１５μｍと大きくなっている。これは、セラミックシート１３を積層、接合するときの加圧力が、側面Ｔ１の矩形部に十分に伝搬しなかったためと推測される。高圧の水を所定時間供給した結果、試料Ｎｏ．５と試料Ｎｏ．１５とでは、それぞれ１個の冷媒流路Ｔが流路破壊を起こした。これは、側面Ｔ１の剥離の深さＤ１のもっとも大きい箇所が起点となって、流路破壊が起きたものであると考えられる。

これらの矩形状の突出量ｗ２について、冷却効果とセラミックシート１３の層間剥離（流路破壊）への耐性との両面から考察すると、次のことが分かる。つまりセラミックシート１３のズレ量である矩形状の突出量ｗ２は、１０μｍ以上５０μｍ未満の範囲に設定すると良く、より好ましくは１０μｍ以上４０μｍ未満に設定すると良い。

１０…半導体装置。１１…金属板。１２…半導体素子。１３ａ〜１３ｄ１…セラミックシート。１４…基体。１５…搭載面。１６・・・底板部。Ｈ…放熱装置。ＩＮ…第１連通路の一部を構成する冷媒供給部。ＯＵＴ…第２連通路の一部を構成する冷媒排出部。Ｔａ…第１連通路の一部を構成する通路形成部。Ｔｂ…第２連通路の一部を構成する通路形成部。Ｔ…冷媒流路。Ｔ１・・・側面。ｅ・・・スリットの延設方向。Ｓ…スリット。Ｃ…仕切り。Ｒ１…第１連通路。Ｒ２…第２連通路。Ｐ１…供給パイプ。Ｐ２…排出パイプ。Ｒ・・・冷媒。Ｒ１・・・渦流。Ｐｒ・・・突状部。Ｌ・・・連。ｈ・・・冷媒流路（スリット）の高さ寸法。ｈ０・・・冷媒流路（スリット）の最大高さ寸法。ｈ１・・・冷媒流路（スリット）の最小高さ寸法。ｗ・・・冷媒流路（スリット）の幅。ｗ０・・・冷媒流路（スリット）の最大幅。ｗ１・・・冷媒流路（スリット）の最小幅。ｗ２・・・矩形状の突出量，ズレ量。Ｄ１・・・剥離の深さ。

Claims (10)

1. セラミックからなる基体と、前記基体の内部に冷媒を流す冷媒流路とを備える放熱装置であって、
   前記基体は、複数枚のセラミックシートを積層してなり、
   前記複数枚のセラミックシートは、
   冷却対象物が搭載される搭載面を有し、前記搭載面に冷媒流入口と冷媒排出口とが開口されたセラミックシートと、
   前記冷媒流路を構成する複数本のスリットが形成されたセラミックシートと、
   前記スリットの延設方向に延びかつ前記セラミックシートの積層方向に延びる断面で前記冷媒流路を視たときに、前記搭載面とは反対側に位置する底板部を構成するセラミックシートとを含み、
   前記複数本のスリットが形成されたセラミックシートには、前記冷媒流入口に対向する第１通路形成部及び前記冷媒排出口に対向する第２通路形成部が形成され、
   前記第１通路形成部及び前記第２通路形成部は、前記底板部において前記冷媒流路と連通しており、
   前記底板部は、前記冷媒流路の底面を区画形成し、
   前記冷媒流路の底面は、前記搭載面に向かって突出する突状部を備える
   ことを特徴とする、放熱装置。
2. 前記複数本のスリットが形成された前記セラミックシートは、酸化アルミニウム、窒化炭素、炭化珪素、窒化アルミニウムおよびアルミナ・ジルコニアのいずれか、もしくはこれらの複数の材料の組み合わせからなる、
   請求項１記載の放熱装置。
3. 前記スリットの延設方向に対して垂直な断面で前記冷媒流路を視たときに、前記冷媒流路の両側面は、前記スリットと前記基体との間の一対の境界線を規定し、
   前記一対の境界線は、前記スリットを挟んで互いに対称性があるように折れ曲がりかつそれぞれ矩形を覆うように折れ曲がる形状を呈している、
   請求項１または２記載の放熱装置。
4. 前記スリットの延設方向に対して垂直な断面で前記冷媒流路を視たときに、前記冷媒流路の両側面は、前記スリットと前記基体との間の一対の境界線を規定し、
   前記一対の境界線は、双方とも同一方向に折れ曲がりかつそれぞれ矩形を覆うように折れ曲がる形状を呈している、
   請求項１または２記載の放熱装置。
5. 前記冷媒流路には、当該冷媒流路を幅方向に窄める少なくとも１つの狭窄部が設けられている、
   請求項１〜４何れか一項記載の放熱装置。
6. 前記基体を前記搭載面から平面視した場合に、前記冷媒流路は波線状に形成されている、
   請求項１〜５何れか一項記載の放熱装置。
7. 前記冷媒流路には、前記スリットの延設方向に前記スリットを仕切る少なくとも１つの仕切りが設けられている、
   請求項１〜６何れか一項記載の放熱装置。
8. 複数の前記仕切りは、少なくとも１つの梯子状の連を構成し、
   前記スリットの延設方向に延びかつ前記セラミックシートの積層方向に延びる断面で前記冷媒流路を視たときに、複数の前記仕切りが、前記セラミックシートの積層の順に順次ズレて配設されることによって、前記梯子状の連は構成される、
   請求項７記載の放熱装置。
9. 半導体素子と；
   前記半導体素子が実装された金属板と；
   前記金属板が接合される請求項１〜８何れか一項記載の放熱装置と
   を備える半導体装置であって、
   前記金属板が前記搭載面に接合されることによって前記半導体装置は構成された
   ことを特徴とする、半導体装置。
10. 前記冷媒流入口には、前記冷媒を前記冷媒流路へ供給する供給パイプが設けられ、
    前記冷媒排出口には、前記冷媒流路を通過した冷媒を、外部に排出する排出パイプが設けられ、
    前記供給パイプと前記排出パイプとは、軟質材料によって形成された、
    請求項９記載の半導体装置。