JPWO2014098214A1 - 流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、熱交換効率を高めた流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体装置に関する。本発明の流路部材１、１０１，１０２，１０３によれば、枠体部３と、枠体部３の一方側を覆う第１蓋体部２ａおよび枠体部３の他方側を覆う第２蓋体部２ｂを備えてなる蓋体部２とで、内部に流体８が流れる流路６を構成してなり、第１蓋体部２ａおよび第２蓋体部２ｂのうち一方の蓋体部２に、流路６内に向けて延びる第１のピン状フィン４が設けられているとともに、一方の蓋体部２と第１のピン状フィン４との間に、流路６側に向けて広がる隙間７が設けられていることから、この隙間７によってピン状フィン４の根本部４ｂで流体８に渦流を発生させ熱交換効率を向上できる。そして、本発明の流路部材１，１０１，１０２，１０３を用いた熱交換器２１ならびに半導体装置３１，３２は熱交換効率を高めたものとすることができる。

Description

本発明は、流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体装置に関する。

近年、電子部品の小型化傾向に伴い、実装される半導体素子の高集積化・高速化が進んでいる。それに伴い、半導体素子からの発熱量が増大しており電子部品が高温の環境下で使用されるようになってきている。それゆえ、電子部品を冷却する必要性が高くなってきている。

例えば特許文献１には、半導体モジュールを冷却するための流路部材として、半導体モジュールを載置する載置面の反対面に冷媒の流れに直交するようにピン状フィンを複数立設した流路部材が提案されている。

特開２０１２−４４０５号公報

しかしながら、現在では、さらに熱交換効率を高めた流路部材が求められている。

本発明は、上記課題を解決するために案出されたものであり、熱交換効率の高い流路部材およびこれを用いた熱交換器ならびに半導体装置を提供することを目的とするものである。

本発明の流路部材は、枠体部と、該枠体部の一方側を覆う第１蓋体部および前記枠体部の他方側を覆う第２蓋体部を備えてなる蓋体部とを有し、前記枠体部および前記蓋体部で囲まれた内部空間が、流体が流れる流路とされた流路部材であって、前記第１蓋体部および前記第２蓋体部のうち一方の蓋体部に、前記流路内に向けて延びる第１のピン状フィンが設けられており、前記一方の蓋体部と前記第１のピン状フィンとの間には、前記流路に向かって広がる隙間が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の熱交換器は、上記構成の流路部材における前記第１蓋体部および第２蓋体部のうち、前記第１のピン状フィンまたは前記第２のピン状フィンが設けられた蓋体部の少なくとも一方において、前記流路側と反対側の表面に、金属部材が設けられていることを特徴とするものである。

また、本発明の半導体装置は、上記構成の熱交換器に半導体素子が実装されてなる半導体装置であって、前記半導体素子は、前記金属部材が設けられた前記蓋体部に実装されていることを特徴とするものである。

本発明の流路部材によれば、第１のピン状フィンの根本部で渦流を発生させることができ、それにより熱交換効率を向上できる。

また、本発明の熱交換器によれば、流路部材と金属部材との熱交換を効率的に行なうことができ、熱交換効率の高い熱交換器とすることができる。

また、本発明の半導体装置によれば、シンプルな構造で半導体素子の発熱による温度上昇を抑制する半導体装置とすることができる。

本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
本実施形態の流路部材の一例を示す図であり、（ａ）は流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ｂ）は流体の流れる方向に直交する方向の断面図であり、（ｃ）は（ａ）の点線で囲んだＡ部を拡大した断面図である。 本実施形態の流路部材の他の一例を示す図であり、（ａ）は流体の流れる方向に沿って垂直な断面図であり、（ｂ）は流体の流れる方向に直交する方向の断面図である。 本実施形態の流路部材のさらに他の一例を示す図であり、（ａ）は流体の流れる方向に沿って垂直な断面図であり、（ｂ）は流体の流れる方向に直交する方向の断面図である。 本実施形態の流路部材のさらに他の一例を示す図であり、（ａ）は流体の流れる方向に沿って垂直な断面図であり、（ｂ）は流体の流れる方向に直交する方向の断面図である。 本実施形態に用いるピン状フィンの一例の横断面形状を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は方形状の例であり、（ｄ）および（ｅ）は円形状の例である。 本実施形態の熱交換器の一例を示し、流路部材における蓋体部の流路の反対側主面の上に金属部材を設けた熱交換器の斜視図である。 本実施形態の半導体装置の一例を示し、熱交換器に半導体素子が実装された半導体装置の斜視図である。 本実施形態の半導体装置の他の一例を示し、熱交換器の上面および下面にそれぞれ半導体素子が実装された半導体装置の断面図である。

以下、図面を参考にして本発明の好適な実施の形態について説明する。
本発明の流路部材の実施の形態の一例を、図１を用いて説明する。

図１は、本実施形態の流路部材１の一例を示す図であり、（ａ）は流体の流れる方向に沿う方向の断面図であり、（ｂ）は流体の流れる方向に直交する方向の断面図であり、（ｃ）は（ａ）の点線で囲んだＡ部を拡大した断面図である。なお、以降の図において、同一の構成には同一の符号を用いて説明する。

図１に示す本実施形態の流路部材１は、枠体部３と、この枠体部３の一方側を覆う第１蓋体部２ａおよび枠体部３の他方側を覆う第２蓋体部２ｂを備えてなる蓋体部２とを有し、枠体部３および蓋体部２で囲まれた内部空間が、流体８が流れる流路６とされており、第１蓋体部２ａに、流路６内に向けて延びる第１のピン状フィン４が設けられている。なお、図１に示す流路部材１においては、第１のピン状フィン４は、第１蓋体部２ａに根本部４ｂが挿入されて固定されている（以下、第１のピン状フィン４が蓋体部２に挿入されて固定されている部位を接合部９という場合がある。）とともに、第１のピン状フィン４が挿入された部分において第１蓋体部２ａと第１のピン状フィン４との間に、流路６側に向けて広がる隙間７を有している。なお、図１では、第１蓋体部２ａの内面側に第１のピン状フィン４を挿入して設けた例を示したが、第２蓋体部２ｂにのみ第２のピン状フィン４’を設けることもできる。この場合においては、第１のピン状フィン４と第１蓋体部２ａとの間、第２のピン状フィン４’と第２の蓋体部２ｂとの間のそれぞれに、流路６に向かって広がる隙間７を有していればよい。

また、本実施形態では、流体８は枠体部３の一方の側面に設けられた供給口１６から供給され、対向する他方の側面に設けられた排出口１７より排出されるが、供給口１６および排出口１７の位置については第１蓋体部２ａまたは第２蓋体部２ｂのいずれ側にあってもよく、さらには第１蓋体部２ａ、第２蓋体部２ｂに設けることもできる。

なお、本実施形態における第１のピン状フィン４とは、横断面形状において、長辺方向の寸法と短辺方向の寸法とのアスペクト比が１０以下であって、一方の先端部４ａ（以下、単に先端部という場合がある。）が、第１蓋体部２ａ、第２蓋体部２ｂのいずれにも固定されていないものを指す。そして、第１のピン状フィン４の長辺方向は、流体８の流れに沿う方向であり、短辺方向とは流体８の流れに直交する方向である。また、第１のピン状フィン４は第１蓋体部２ａまたは第２蓋体部２ｂに対して複数設けられていることが好ましく、この場合において第１蓋体部２ａまたは第２蓋体部２ｂの内面側に格子状または千鳥格子状などに配置されていることが好ましい。

また、本実施形態において蓋体部２と第１のピン状フィン４との間に、流路６に向かって広がる隙間７を有しているとは、蓋体部２の内面側に挿入された第１のピン状フィン４の根本部４ｂの全周を取り巻くように隙間７が存在する場合と、一部分にのみ隙間７が存在する場合とのいずれも含むものとする。なお、一部分にのみ隙間７が存在する場合には、供給口１６側にあることが好ましい。

本実施形態における隙間７は、蓋体部２と第１のピン状フィン４との接合部９の蓋体部２側に隙間７を存在させた場合の説明としたが、第１のピン状フィン４の根本部４ｂの径を他の部分より小さくすることによって段差を設けることによって隙間７とすることもできる。

そして、本実施形態の流路部材１は、第１蓋体部２ａに流路６内に向けて延びる第１のピン状フィン４が設けられて固定されているとともに、第１蓋体部２ａと第１のピン状フィン４との間に、流路６に向かって広がる隙間７を有していることから、枠体部３の一方の側面に設けられた供給口１６から流体８を流路６に流したとき、流体８の一部は第１のピン状フィン４の合間を縫って流れる伏流８ａと、第１のピン状フィン４の先端部４ａと第２蓋体部２ｂ間の隙間とを流れる表面流８ｂとになって、枠体部３の他方の側面に設けられた排出口１７から流路部材１の外部に排出される。この際、伏流８ａと表面流８ｂとは第１のピン状フィン４の表面に沿って流れる沿面流８ｃによって混ざり合うとともに、さらに、伏流８ａおよび沿面流８ｃの一部が、隙間７で渦流８ｄを発生させる。この渦流８ｄによって、第１蓋体部２ａの内面近傍に生じた境膜を壊す、または境膜を生じ難くするので、流路６を流れる流体８と流路部材１の外部との熱伝導抵抗を低くすることができ、第１のピン状フィン４の根本部４ｂでの熱交換効率を高めることができる。このような構成の流路部材１においては、第１蓋体部２ａの外表面に熱交換対象物を配置したとき、熱交換対象物との距離が近い第１のピン状フィン４の根本部４ｂで効率的に熱交換ができる。

また、流体８の流れは、第１のピン状フィン４の配置が、格子状または千鳥状に配置されている場合には、流体８は、第１のピン状フィン４の間に向けて左右にも分散される。それにより、流路６の幅方向における温度ばらつきを抑制できるとともに、圧力損失が高まることも抑制できる。

つぎに、図２は本実施形態の流路部材の他の一例を示す図であり、（ａ）は流体８の流れる方向に沿って垂直な断面図であり、（ｂ）は流体８の流れる方向に直交する方向の断面図である。

図２に示すように、本実施形態の他の一例である流路部材１０１においては、第１蓋体部２ａに第１のピン状フィン４が、第２蓋体部２ｂに第２のピン状フィン４’が設けられている。それにより、より効率よく熱交換を行うことができる。なお、以下の説明において、第１のピン状フィン４および第２のピン状フィン４’の両方に共通する説明については、単にピン状フィン４という場合がある。

また、図２に示した第２のピン状フィン４’は、第１のピン状フィン４と同様に、第２蓋体部２ｂに根本部４ｂが挿入されて固定されており、第２蓋体部２ｂと第２のピン状フィン４’との間に、流路６側に向けて広がる隙間７を有している。それにより、第１のピン状フィン４と同様に、供給口１６からの流体８の一部が、伏流８ａと、第２のピン状フィン４’の先端部４ａと第１蓋体部２ａ間の隙間とを流れる表面流８ｂとになり、渦流８ｄが生じる。この渦流８ｄにより、第２蓋体部２ｂの内面近傍に生じた境膜を壊す、または境膜を生じ難くするので、流路６を流れる流体８と流路部材１０１の外部との熱伝導抵抗を低くすることができ、第２のピン状フィン４’の根本部４ｂでの熱交換効率を高めることができる。つまり、第１蓋体部２ａおよび第２蓋体部２ｂの外面側に熱交換対象物を配置したとき、それぞれの熱交換対象物との距離が近い第１蓋体部２ａおよび第２蓋体部２ｂに設けられた第１のピン状フィン４および第２のピン状フィン４’の根本部４ｂで効率的に熱交換できる。

具体的には、本実施形態の流路部材１，１０１において、ピン状フィン４は、根本部４ｂが蓋体部２に設けられた凹部２ｃに挿入されて固定されていることが好ましい。

このように、ピン状フィン４が蓋体部２に設けられた個々の凹部２ｃに挿入されて固定されているときには、ピン状フィン４の根本部４ｂの後端（ピン状フィン４の他方の先端）は、蓋体部２の熱交換対象物を配置する外表面と近接するから、熱交換効率をさらに高めることができる。

また、本実施形態の流路部材１０１においては、第１のピン状フィン４と第２のピン状フィン４’とが交互に設けられているとともに、流体８の流れる方向に沿った垂直な断面視において、一方の蓋体部２ａに設けられた第１のピン状フィン４の先端（以下、単に「先端」という場合がある。）が、他方の蓋体部２ｂに設けられた第２のピン状フィン４’の先端よりも、他方の蓋体部２ｂ側に位置することが好ましい。言い換えれば、他方の蓋体部２ｂに設けられた第２のピン状フィン４’の先端が、一方の蓋体部２ａに設けられた第１のピン状フィン４の先端よりも、一方の蓋体部２ａ側に位置することが好ましい。

このように、本実施形態の流路部材１０１は、一方の蓋体部２ａに設けられた第１のピン状フィン４の先端が、他方の蓋体部２ｂに設けられた第２のピン状フィン４’の先端よりも他方の蓋体部２ｂ側に位置することから、枠体部３の一方の側面に設けられた供給口１６から供給された流体８は、枠体部３の他方の側面に設けられた排出口１７より排出されるまでの間で、第１のピン状フィン４と第２のピン状フィン４’との間を縫って流れる伏流８ａとなる。そして、第１のピン状フィン４の先端部４ａと第２のピン状フィン４’の先端部４ａとが密接して配置されることから、この部分での圧力損失が高くなり第１のピン状フィン４および第２のピン状フィン４’の各先端部４ａの間の部分を流れる伏流８ａは少なくなる。言い換えれば、圧力損失が相対的に低くなりやすい蓋体部２側を流体８が流れやすくなる。それにより熱交換効率を向上することができる。

また、本実施形態の流路部材は、枠体部３、第１蓋体部２ａ、第２蓋体部２ｂ、第１のピン状フィン４および第２のピン状フィン４’のそれぞれがセラミックスからなることがより好ましい。

本実施形態の流路部材１，１０１の枠体部３、第１蓋体部２ａ、第２蓋体部２ｂ、第１のピン状フィン４および第２のピン状フィン４’のそれぞれがセラミックスからなるときは、耐熱性、耐食性に富むため高熱を発する半導体装置や燃焼ガスの冷却用熱交換器等の流路部材として適している。

特に蓋体部２がセラミックスからなるときは、蓋体部２の外面側（流路６の反対側の主面）に直接、配線導体などの金属部材を形成することができるため、この金属部材上に半導体素子を実装でき、部品点数の削減ができるとともに、部品の接合部が少なくできる分、接合部９における熱抵抗を低減でき熱交換効率を高められる。

また、半導体素子の材料としてセラミックスも使われつつあり、半導体素子の材料と流路部材１，１０１がいずれもセラミックスであれば熱膨張係数が近似しているため、流路部材１，１０１ならびに半導体素子の温度が高くなったときに、これらの間に配線層などの金属部材が介在していても、配線層などの金属部材を挟む流路部材１，１０１と半導体素子との熱応力に大きなアンバランスが発生しないことから、剪断応力を生じることを抑制できる。それにより、半導体素子などの接合部の剥離の発生を抑制できる。

ここで、セラミックス材料としては、アルミナ、ジルコニア、ムライト、炭化硅素、窒化珪素、窒化アルミニウムやこれらの複合材料でもよい。

また、本実施形態の流路部材１，１０１は、ピン状フィン４が、セラミックスの積層体からなることが好ましい。ピン状フィン４がセラミックスの積層体からなるときには、耐熱性、耐食性に富むため高熱を発する半導体装置や燃焼ガスの冷却用熱交換器等の流路部材として適している。なおこの場合において、枠体部３、第１蓋体部２ａ、第２蓋体部２ｂは、セラミックスのほか、金属、樹脂等を用いて作製してもよい。

ピン状フィン４がセラミックスの積層体からなるときには、容易にピン状フィン４の高さを調整することができる。例えば、蓋体部２の発熱体直下に位置するピン状フィン４の高さを高くし、それ以外を低くすることにより、熱交換効率の向上と圧力損失のバランスをとることもてきる。また、各層毎に位置を少しずつずらして積層することによって、各層毎に、段差（凸または凹となった部分）を形成することができ、この段差があることによって流体８が渦流を起こしやすくなる。それにより流体８と熱交換対象物との熱交換の効率を高くすることができる。

ちなみに、枠体部３、蓋体部２およびピン状フィン４のそれぞれがセラミックスからなり、ピン状フィン４が、根本部４ｂが蓋体部２に設けられた凹部２ｃに挿入されて固定されている場合には、以下の様にして作製することができる。

まず、蓋体部２となるセラミックグリーンシートの板状体にプレス成型やレーザ加工等により凹部２ｃを形成する。次に、セラミックグリーンシートをプレス成型やレーザ加工等によって、ピン状フィン４となる板状のシートを加工し、その板状のシートを積層して棒状の成形体を形成する。あわせて、セラミックグリーンシートの板状体を用いて枠体部３となる成形体を形成する。この棒状の成形体を凹部２ｃに嵌め込み、さらに、枠体部３の成形体と蓋体部２の成形体とを、それぞれ組合せ、所定の温度で焼成することにより、流路部材１，１０１を作製することができる。なお、ピン状フィン４は、押出成形により棒状の成形体を形成し、凹部２ｃに嵌め込んでもよい。

また、蓋体部２とピン状フィン４との接合部９に、流路６側に開口する隙間７を形成する方法としては、プレス成型やレーザ加工によって、凹部２ｃの開口部にＲ面またはＣ面を形成すればよい。プレス成型においては、蓋体部２の材質が金属やセラミックのグリーンシートの板状体であれば、凹部２ｃの開口部にＲ面またはＣ面が形成できるようなポンチを用いてプレス成型すればよい。また、レーザ加工でもレーザ光の照射深度を変化させることによって凹部２ｃの開口部にＲ面またはＣ面が形成できる。

ちなみに、ピン状フィン４は上記のように加工した板状のシートを積層して棒状の成形体を形成して作製するほか、例えば、スラリーを何層にも重ねて塗ることで、積層体と同様の形状としてもよい。さらには、蓋体部２とピン状フィン４とは異なる材料から形成してもよく、例えば、それぞれの材料が金属とセラミックスのように異なっていれば、これらをロウ付けなどにより接合すればよい。

つぎに、図３および図４は、本実施形態の流路部材のさらに他の一例を示す図であり、図３および図４の（ａ）は流体８の流れる方向に沿って垂直な断面図であり、図３および図４の（ｂ）は流体８の流れる方向に直交する方向の断面図である。

図３に示す流路部材１０２では、第１蓋体部２ａに設けられた第１のピン状フィン４が、流体の流れる方向に対して傾斜して設けられ、第２蓋体部２ｂに設けられた第２のピン状フィン４’は流体の流れる方向に対して直角に設けられている。また、図４に示す流路部材１０３では、第１蓋体部２ａに設けられた第１のピン状フィン４および第２蓋体部２ｂに設けられた第２のピン状フィン４’のそれぞれが、流体の流れる方向に対して傾斜して設けられている。

ここで、ピン状フィン４（先端部４ａ）を、流体の流れる方向に対して、上流側に傾斜させて流体８の流れる方向とピン状フィン４の延びる方向とが鋭角となるように傾斜させた構成としたときには、流体の流れがより蓋体部２側に流れることとなり、効率よく熱交換を行うことができる。

一方で、ピン状フィン４（先端部４ａ）を、流体の流れる方向に対して、下流側に傾斜させて流体８の流れる方向とピン状フィン４の延びる方向とが鈍角となるように傾斜させた構成としたときには、圧力損失が高まることを抑制することができる。

それゆえ、ピン状フィン４を設けるにあたり、後述するように蓋体部２に熱交換対象物を設ける場合には、熱交換対象物を設ける蓋体部２に設けるピン状フィン４は、流体の流れる方向に対して、流体８の流れる方向とピン状フィン４の延びる方向とが鋭角となるように傾斜させて設けることが好ましい。

なおこの際、他方側の蓋体部２に設けるピン状フィン４は、図３に示す流路部材１０２のように直角となるように、または図４に示す流路部材１０３のように流体８の流れる方向とピン状フィン４の延びる方向とが鈍角となるように傾斜させて設けることが好ましい。

上記の例以外にも、例えば、蓋体部２に載置される熱交換対象物が半導体素子であるときは、供給口１６に近いピン状フィン４の先端部４ａを下流側に傾斜させ、載置された半導体素子の直下付近のピン状フィン４の先端部４ａが流体８の流れる方向に対して垂直方向となるように設けることにより、全体の圧力損失が高まることを抑制しつつ半導体素子の近辺の熱交換効率を高めることができる。

この様に、使用する用途に応じて、ピン状フィン４の配置や傾斜方向を適宜選択することができる。

図５は、本実施形態に用いるピン状フィン４の一例の横断面形状を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は方形状の例であり、（ｄ）および（ｅ）は円形状の例である。

ここで、図５においては、（ａ）は流体８の流れ方向に長辺が沿った長方形で、（ｂ）は四角形で、（ｃ）は対角線の一方が流体８の流れ方向に沿っており、角部の一つが流体８の流れに当る菱形であり、（ｄ）は流体８の流れの方向に長軸が沿った楕円形で、（ｅ）は円形である。

このように、ピン状フィン４の横断面形状が長方形や四角形などの方形状であって、方形の辺の少なくとも一つが、流体８の流れに直交するように備えられた（ａ）および（ｂ）の方形状の場合には、流体８が衝突するピン状フィン４の箇所では、流体８が渦流や沿面流となり周囲の流体８との混合が促進され熱交換効率は高くなる。

一方、ピン状フィン４の横断面形状が楕円形や円形などの略円形状である（ｄ）および（ｅ）のときには、流体８が衝突するピン状フィン４の箇所では、流体８の多くが円形にそって左右に振り分けられ背面に回り込むために、ピン状フィン４と流体８との熱交換の温度分布にバラツキが抑えられ、かつ、圧力損失も低く抑えられる。

なお、ピン状フィン４の横断面形状が、対角線の一方が流体８の流れ方向に沿っており、角部の一つが流体８の流れに当る菱形である（ｃ）の場合は、上記ピン状フィン４の形状が（ａ）および（ｂ）の方形状の場合と、（ｄ）および（ｅ）場合との中間の作用が得られる。

なお、ピン状フィン４の形状についても、一つの流路部材１，１０１，１０２，１０３の中で、複数の形状を組み合わせてもよい。流路６の圧力損失が高まることを抑制しつつ、流路６の中程で熱交換効率を高めるのであれば、流路６の上流側におけるピン状フィン４の形状は、図３（ａ）の長方形や（ｄ）の楕円形、（ｅ）の円形とし、流路６の中程を（ｂ）（ｃ）の正方形や菱形とすればよい。

このように、圧力損失の高低や、熱交換による温度分布ばらつきの大小のいずれを重要視するかにより、ピン状フィン４の横断面形状を選択すればよい。

図６は、本実施形態の熱交換器の一例を示し、流路部材における蓋体部の流路の反対側主面の上に金属部材を設けた熱交換器の斜視図である。

図６に示す本実施形態の熱交換器２１は、流路部材１，１０１，１０２，１０３の第１蓋体部２ａの流路６側と反対側の表面に金属部材２２が設けられている。これにより、流路部材１，１０１，１０２，１０３と金属部材２２との熱交換を効率よく行なうことができ、熱交換効率の高い熱交換器２１とすることができる。

ここで示す熱交換器２１は、第１蓋体部２ａの上に金属部材２２を設けているが、第１蓋体部２ａおよび第２蓋体部２ｂのうち、第１のピン状フィン４または第２のピン状フィン４’が設けられた蓋体部２の少なくとも一方の蓋体部２において、流路６側と反対側の表面に金属部材２２を設けることが好ましい。なお金属部材２２は、蓋体部２の内部に設けてあってもよい。

ここで、熱交換器２１のそれぞれの蓋体部２に設けられる金属部材２２は、配線導体であれば、厚膜や薄膜の印刷によるものやメッキ法によるものや金属板の接合によるもの等の何れでもよい。

図７は、本実施形態の半導体装置３１の一例を示し、熱交換器に半導体素子が実装された半導体装置の斜視図である。

図７に示す本実施形態の半導体装置３１は、図６に示す熱交換器２１において、金属部材２２が設けられた蓋体部２に半導体素子３３が実装されていることから、部品点数が少ないシンプルな構造で、発熱源である半導体素子３３と流路部材１，１０１，１０２，１０３を流れる流体８との熱交換効率を高めることができるほか、コストを抑えることができる。

図８は、本実施形態の半導体装置３２の他の一例を示し、熱交換器の上面および下面にそれぞれ半導体素子が実装された半導体装置の断面図である。

図８に示す本実施形態の半導体装置３２は、熱交換器２１の上面および下面の蓋体部２に金属部材２２が設けられており、それぞれの金属部材２２に半導体素子３３が実装されている。ここに用いた熱交換器２１は、流路部材１，１０１，１０２，１０３を用いているため、第１蓋体部２ａおよび第２蓋体部２ｂのいずれもが熱交換効率が高く、したがって、いずれの金属部材２２の上に載置された半導体素子３３の温度上昇をも抑制できる。

また、流路部材１，１０１，１０２，１０３の蓋体部２の内部に金属部材２２を設けた熱交換器とすれば、金属部材２２を複数に分割し、それぞれを電極とし電源と接続することにより電極間に吸引力が発生する。このような熱交換器は、ウエハを吸着するための静電チャックとして用いることができ、例えば、プラズマ処理装置として用いるならば、プラズマに曝されるウエハや電極が過度に高温となることを抑制できる。なお、蓋体部２の中に金属部材２２を設ける場合は、セラミックグリーンシートにタングステンなどの導電性ペーストを印刷しさらにセラミックグリーンシートを積層する方法により電極を作製することができる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。

１，１０１，１０２，１０３：流路部材
２：蓋体部
２ａ：第１蓋体部
２ｂ：第２蓋体部
２ｃ：凹部
３：枠体部
４：第１のピン状フィン
４’：第２のピン状フィン
４ａ：先端部
４ｂ：根本部
６：流路
７：隙間
８：流体
８ａ：伏流
８ｂ：表面流
８ｃ：沿面流
８ｄ：渦流
９：接合部
１６：供給口
１７：排出口
２１：熱交換器
２２：金属部材
３１，３２：半導体装置
３３：半導体素子

本発明の流路部材は、枠体部と、該枠体部の一方側を覆う第１蓋体部および前記枠体部の他方側を覆う第２蓋体部を備えてなる蓋体部とを有し、前記枠体部および前記蓋体部で囲まれた内部空間が、流体が流れる流路とされた流路部材であって、前記第１蓋体部および前記第２蓋体部のうち一方の蓋体部に、前記流路内に向けて延びる第１のピン状フィンが設けられており、前記一方の蓋体部と前記第１のピン状フィンとの間には、前記流路に向かって広がる隙間が設けられ、前記第１蓋体部および前記第２蓋体部のうち他方の蓋体部に、前記流路内に向けて延びる第２のピン状フィンが設けられており、前記他方の蓋体部と前記第２のピン状フィンとの間には、前記流路に向かって広がる隙間が設けられていることを特徴とするものである。
また本発明の流路部材は、枠体部と、該枠体部の一方側を覆う第１蓋体部および前記枠体部の他方側を覆う第２蓋体部を備えてなる蓋体部とを有し、前記枠体部および前記蓋体部で囲まれた内部空間が、流体が流れる流路とされた流路部材であって、前記第１蓋体部および前記第２蓋体部のうち一方の蓋体部に、前記流路内に向けて延びる第１のピン状フィンが設けられており、該第１のピン状フィンは、前記一方の蓋体部に根本部が挿入されて固定され、前記一方の蓋体部と前記第１のピン状フィンとの間には、前記流路に向かって広がる隙間が設けられていることを特徴とするものである。

Claims (9)

1. 枠体部と、
   該枠体部の一方側を覆う第１蓋体部および前記枠体部の他方側を覆う第２蓋体部を備えてなる蓋体部とを有し、
   前記枠体部および前記蓋体部で囲まれた内部空間が、流体が流れる流路とされた流路部材であって、
   前記第１蓋体部および前記第２蓋体部のうち一方の蓋体部に、前記流路内に向けて延びる第１のピン状フィンが設けられており、前記一方の蓋体部と前記第１のピン状フィンとの間には、前記流路に向かって広がる隙間が設けられていることを特徴とする流路部材。
2. 前記第１蓋体部および前記第２蓋体部のうち他方の蓋体部に、前記流路内に向けて延びる第２のピン状フィンが設けられており、前記他方の蓋体部と前記第２のピン状フィンとの間には、前記流路に向かって広がる隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の流路部材。
3. それぞれの前記ピン状フィンが、それぞれの前記蓋体部に設けられた凹部に挿入されて固定されていることを特徴とする請求項２に記載の流路部材。
4. 前記第１のピン状フィンが、流体の流れる方向に対して鋭角に傾斜しているとともに、前記第２のピン状フィンが流体の流れる方向に対して鈍角に傾斜しているまたは直角に設けられていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の流路部材。
5. 前記一方の蓋体部に設けられた第１のピン状フィンの先端が、前記他方の蓋体部に設けられた第２のピン状フィンの先端よりも他方の蓋体部側に位置することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか１つに記載の流路部材。
6. 前記枠体部、前記第１蓋体部、前記第２蓋体部、前記第１のピン状フィンおよび前記第２のピン状フィンのそれぞれがセラミックスからなることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載の流路部材。
7. 前記第１のピン状フィンおよび前記第２のピン状フィンがセラミックスの積層体からなることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか１つに記載の流路部材。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の流路部材の前記第１蓋体部および前記第２蓋体部のうち、前記第１のピン状フィンまたは前記第２のピン状フィンが設けられた蓋体部の少なくとも一方において、前記流路側と反対側の表面に、金属部材が設けられていることを特徴とする熱交換器。
9. 請求項８に記載の熱交換器に半導体素子が実装されてなる半導体装置であって、前記半導体素子は、前記金属部材が設けられた蓋体部に実装されていることを特徴とする半導体装置。

Images