WO2022130660A1

WO2022130660A1 - 冷却装置

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Publication number: WO2022130660A1
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Authority: WO
Inventors: 宗廷謝; 昆耀何
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Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2022-06-23
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Abstract

冷却流体が流れる方向に沿って設けられた１つ以上の発熱体を、前記冷却流体により冷却する冷却装置であって、前記１つ以上の発熱体に熱的に接続された第１面部と、前記第１面部に対向する第２面部と、を有し、前記第１面部と前記第２面部の間に、前記冷却流体が流れる流路が形成され、前記冷却装置は、前記第１面部と前記第２面部を繋ぎ、且つ、前記冷却流体が流れる方向に沿って延びる側壁を有し、前記側壁の高さは、前記流路の出口において、前記第２面部側から前記第１面部側に向かって小さくされ、高さが小さくされた前記側壁の部分において、前記第２面部の少なくとも一部は欠落しており、前記側壁が前記第１面部に接する部分は、少なくとも前記流路の出口に最も近い発熱体の全体に重なる。

Description

冷却装置

　本発明は半導体素子等の発熱体を冷却する冷却装置に関する。

　絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子を冷却する冷却装置は、例えば、特許文献１に開示されている。特許文献１の冷却装置では、水平な板部材の上に複数の垂直なフィンを設け、フィンとフィンの間に水平方向（冷却液が流れる方向）に延びるフィン間流路を形成している。そして、複数のフィン間流路の集合体として略直方体の流路を形成し、当該流路に冷却液を流すことにより、発熱体である半導体素子を冷却している。直方体流路の表面積（発熱体と接触する表面の大きさ）とフィンの大きさは、冷却装置の冷却能力に大きく影響する。

特開２０２０－８８１９９号公報

　特許文献１では、流路が水平方向に延び、且つ、流路の側壁であるフィンの高さが、流路の入口から出口まで不変であるので、流路に対して冷却液を水平方向に流入・流出させることは容易にできる。しかし、流路に対して冷却液を垂直方向に流入・流出させる場合には、流路の入口・出口のフィンを除去して、垂直方向に流れる冷却液を徐々に方向転換して水平方向に流すためのスペース（遷移区間）を確保しなければならない。しかし、このようなスペースを設けると、流路の一部（入口・出口）を削除することになるので、流路の表面積が小さくなり、冷却装置の冷却能力が低下する。
　本発明の目的は、冷却流体が流路の底面部に垂直な方向からスムーズに流入・流出できるようにしつつ、冷却装置の冷却能力の低下を抑制できる構造を提供することである。

　本発明の１つの態様による冷却装置は、冷却流体が流れる方向に沿って設けられた１つ以上の発熱体を、前記冷却流体により冷却する冷却装置であって、前記１つ以上の発熱体に熱的に接続された第１面部と、前記第１面部に対向する第２面部と、を有し、前記第１面部と前記第２面部の間に、前記冷却流体が流れる流路が形成され、前記冷却装置は、前記第１面部と前記第２面部を繋ぎ、且つ、前記冷却流体が流れる方向に沿って延びる側壁を有し、前記側壁の高さは、前記流路の出口において、前記第２面部側から前記第１面部側に向かって小さくされ、高さが小さくされた前記側壁の部分において、前記第２面部の少なくとも一部は欠落しており、前記側壁が前記第１面部に接する部分は、少なくとも前記流路の出口に最も近い発熱体の全体に重なる。

　発熱体が第１面部の下面に設けられている場合、前記側壁の高さが前記流路の出口において前記第１面部側に小さくなっており、且つ、高さが小さくされた前記側壁の部分において、前記第２面部の少なくとも一部は欠落しているという構造は、前記流路の上部が切り欠かれた構造であると言える。前記流路の上部が切り欠かれているので、冷却流体が流路から出る場合、流路底面部から垂直方向に流出し易い。また、前記流路の下部は切り欠かれていないので、前記流路出口において、前記流路の底面部は、平面視で、最下流の発熱体の全体を覆うことができる。流路出口において最下流の発熱体の全体を覆うことにより、最下流の発熱体に対する冷却能力を低下させないようにしている。

　前記側壁の高さは、前記流路の入口においても、前記第２面部側から前記第１面部側に向かって小さくされてもよい。
　前記冷却装置は、前記側壁に設けられて、前記冷却流体の流れを前記第１面部に向ける第１突起をさらに有してもよい。
　前記冷却装置は、第１突起の下流で前記側壁に設けられて、前記冷却流体の流れを前記第１の突起により生成された低流速域に向ける第２突起をさらに有してもよい。
　前記第１突起及び前記第２突起を形成する位置は、前記１つ以上の発熱体のそれぞれの位置に対応してよい。

　前記第１突起は、前記流路の前記冷却流体が流れる方向に対して、第１所定角度傾斜しており、前記第２突起は前記第１所定角度とは異なる角度で、前記流路の長手方向に対して傾斜してよい。あるいは、前記第１突起及び前記第２突起は、前記流路の長手方向に対して、約３０度傾斜してもよい。
　高さが小さくされた前記側壁の部分の高さは、高さが小さくされていない部分の高さの１／２以下であってよい。
　高さが小さくされた前記側壁の部分の高さは一定ではなくてもよい。
　前記第１突起及び第２突起は、前記側壁と対向する側壁に接触してよい。

　前記第１突起及び第２突起は、打ち抜き加工で形成されてよい。
　前記１つ以上の発熱体は、板状部材を介して前記第１面部に設けられ、前記板状部材は銅板であってよい。前記板状部材は、銅製の筐体を有するベイパーチャンバに置換してもよい。
　前記１つ以上の発熱体はヒートパイプを介して前記第１面部に設けられてよい。
　前記１つ以上の発熱体のうち少なくとも１つは絶縁ゲートバイポーラトランジスタであってよい。

　前記第１面部と前記側壁と前記第２面部は、コの字状の１つの金属板により構成されてよい。また、前記流路は、複数の前記コの字状の金属板を、前記第１面部と平行かつ前記冷却流体が流れる方向と垂直な方向に連結して形成されてよい。
　前記コの字状の金属板はフィン部材であってよい。また、前記流路は複数の前記フィン部材により形成されてよい。前記金属板は銅板であってよい。
　前記側壁は、前記第１面部から前記第２面部に向けて垂直に設けられた複数の放熱フィンであってよい。

　本発明によれば、冷却流体が流路の板状部材に垂直な方向からスムーズに流入・流出できるようにしつつ、冷却装置の冷却能力の低下を抑制できる。

本発明の実施形態１に係る冷却装置を含む冷却システムの外観斜視図である。図１Ａの冷却システムの透視図である。冷却装置と、冷却装置により冷却される半導体素子の斜視図である。冷却装置の斜視図である。流路を構成する複数のフィンのうちの１つフィンを示す図である。図２Ｂに示したフィンの側面図である。（ａ）は３つの半導体素子がボード部材を介して流路（冷却装置）に取り付けられている状態を示す底面図であり、（ｂ）は側面図である。流路の出口近傍における冷却流体の流れを示す断面図である。第１比較例の流路出口近傍における冷却流体の流れを示す断面図である。第２比較例の流路出口近傍における冷却流体の流れを示す断面図である。第２比較例の底面図である。本発明の実施形態のフィンに設けられた突起を説明する図である。第３比較例を説明する図である。実施形態２に係る冷却装置を含む冷却システムの斜視図である。実施形態２の冷却装置の概略断面図である。第４比較例を示す拡大断面図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための実施形態を詳細に説明する。以下に説明する実施形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明が適用される装置やシステムの構成や各種条件によって適宜修正または変更されるべきものであり、本発明は以下の実施形態に限定されない。

実施形態１
　図１Ａは本発明の実施形態１に係る冷却装置２０を含む冷却システム２２の外観図である。図１Ｂは図１Ａの冷却システム２２の透視図である。図１Ｃは、冷却装置２０と、冷却装置２０を載置するボード部材２８と、ボード部材２８の下に位置して、冷却装置２０により冷却される３つの半導体素子５１、５２、５３の斜視図である。図１Ｃには、後述する冷却流体の導入パイプ２４、第１接続部２５、カバー部材２６、第２接続部３１、流出パイプ３０が示されていない。本実施形態では、半導体素子５１、５２、５３は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であるとする。

　冷却システム２２は、冷却流体（矢印Ａ）を冷却装置２０に導入する導入パイプ（入口側パイプ）２４と、冷却装置２０を覆うカバー部材２６と、カバー部材２６を載置するボード部材２８と、冷却装置２０から流出する冷却流体（矢印Ｂ）が流れる流出パイプ（出口側パイプ）３０とを有する。冷却装置２０は、ボード部材２８の上に位置して、且つ、カバー部材２６の内部に位置している。冷却流体は、例えば、水またはオイルである。ボード部材２８は、例えば、銅板である。半導体素子５１～５３と冷却装置２０の間に、ボード部材２８（銅板）が設けられることになるが、銅は熱伝導率が高いので、冷却装置２０の冷却能力は維持できる。

　本明細書では、図１Ａに示されたボード部材２８の長手方向をＸ方向と称し、ボード部材２８の高さ方向をＺ方向と称し、Ｘ方向とＺ方向に垂直な方向をＹ方向と称する。Ｘ方向とＹ方向により規定される平面は、本実施形態では水平面と称する。また、Ｚ方向は垂直方向と称される場合もある。＋Ｚ方向は上方と称し、－Ｚ方向は下方と称する。

　導入パイプ２４の下流端には、導入パイプ２４をカバー部材２６の一端（図１Ａでは左端）に繋ぐ第１接続部２５が設けられている。第１接続部２５の下流端は、冷却装置２０の流路入口３４ａに繋がっている。流出パイプ３０の上流端には、流出パイプ３０をカバー部材２６の他端（図１Ａでは右端）に繋ぐ第２接続部３１が設けられている。第２接続部３１の上流端は、冷却装置２０の流路出口３４ｂに繋がっている。

　矢印Ａのように導入パイプ２４を通って流入してくる冷却流体は、第１接続部２５に至るまで略水平方向に流れる。第１接続部２５に到達した冷却流体は、第１接続部２５により、その進行方向が水平方向から垂直方向に変わり、下方に流れる。冷却流体は、第１接続部２５からカバー部材２６に入ると、冷却装置２０の流路３４内を水平方向に流れる。
　つまり、冷却流体は、ボード部材２８に平行に、Ｘ方向に流れる。冷却装置２０の流路出口３４ｂに到達した冷却流体は、第２接続部３１により、その進行方向が水平方向から垂直方向に変わり、上方に流れる。そして、冷却流体は、第２接続部３１から流出パイプ３０に流れて、矢印Ｂのように冷却システム２２から排出される。

　ボード部材２８は、図１Ｃに示すように、矩形の板状部材である。ボード部材２８の長手方向はＸ方向と一致している。３つの半導体素子５１、５２、５３は、ボード部材２８の下面に設けられているので、図１Ｃでは破線で描かれている。冷却装置２０は、略直方体形状を有しており、冷却装置２０の内部には、冷却流体をＸ方向に流す流路３４が形成されている。本実施形態では、流路３４の出口３４ｂ側（図中、右側）の高さが小さくなっている。

　図２Ａは冷却装置２０の斜視図であり、図２Ｂは流路３４を構成する複数のフィン３６の１つを示す図である。図２Ａと図２Ｂは、－Ｙ方向から見た斜視図である。図２ＣはＹ方向から見たフィン３６の側面図であり、図２Ｂのフィン３６の裏側を示している。
　図２Ｂから分かるように、フィン３６はＸ方向で見た場合、コの字状の断面を有している。コの字の上辺に相当する部分をフィン３６の上面部３６ａと称し、底辺に相当する部分をフィン３６の下面部３６ｃと称し、上面部と下面部を繋ぐ縦辺に相当する部分をフィン３６の側面部３６ｂと称する。フィン３６は、コの字状の金属板により構成されている。金属板（フィン３６）は、例えば、銅板である。銅は熱伝導率が高いので、冷却装置２０を形成する材料として適している。

　尚、フィン３６の下面部３６ｃを第１面部と称し、上面部３６ａを第２面部と称し、側面部３６ｂを側壁と称してもよい。第２面部（上面部３６ａ）は、第１面部（下面部３６ｃ）に対向する面部である。そして、第１面部（下面部３６ｃ）と第２面部（上面部３６ａ）の間に、冷却流体が流れる流路３４が形成される。側壁３６ｂは、第１面部と第２面部を繋ぎ、且つ、冷却流体が流れる方向に沿って延びる側壁となる。

　図２Ｂから分かるように、フィン３６の側面部３６ｂには複数の突起３８ａ、３８ｂが設けられている。本実施形態では、２つの突起３８ａ、３８ｂにより一対の突起３８が構成され、複数対の突起３８が、フィン３６の側面部３６ｂに設けられている。複数対の突起３８は、所定間隔でＸ方向に配置されている。以下の説明では、突起３８ａを第１突起と称し、突起３８ｂを第２突起と称することがある。第１突起３８ａ及び第２突起３８ｂは、図２Ｂでは、紙面から手前に突出している（Ｙ方向に突出している）。第１突起３８ａ及び第２突起３８ｂは、打ち抜き加工により形成される。図２Ｃでは、第１突起３８ａ及び第２突起３８ｂは見えないが、打ち抜き加工により形成された菱形の孔４０が示されている。第１突起３８ａ及び第２突起３８ｂの詳細は後述する。

　図２Ｂから分かるように、フィン３６の上面部３６ａには複数の爪部４２と係合穴４３が設けられている。冷却装置２０（流路３４）は、複数のコの字状のフィン３６（図２Ｂ）を－Ｙ方向に連結することにより構成される。つまり、冷却装置２０は、複数のフィン３６を、上面部３６ａと平行かつＸ方向（冷却流体が流れる方向）と垂直な方向に連結することにより形成される。－Ｙ方向にフィン３６同士を連結する際、１つのフィン３６の爪部４２が隣のフィン３６の係合穴４３に係合する。隣接するフィン３６とフィン３６の間には、Ｘ方向に延びるフィン間流路３４ｃが形成され、複数のフィン間流路３４ｃにより、流路３４が構成される。第１突起３８ａ及び第２突起３８ｂは、隣接するフィン３６とフィン３６の間において、一方のフィン３６の側壁３６ｂから突出して、他方のフィン３６の側壁３６ｂに接触する。つまり、フィン間流路３４ｃの幅（Ｙ方向の寸法）は、第１突起３８ａ及び第２突起３８ｂの突出量に等しい。

　図３（ａ）は３つの半導体素子５１、５２、５３がボード部材２８を介して冷却装置２０に取り付けられている（熱的に接続されている）状態を示す底面図であり、図３（ｂ）は側面図である。図３（ｂ）から分かるように、半導体素子５１、５２、５３は、ボード部材２８の下面２８ｂに、冷却流体が流れる方向（Ｘ方向）に沿って所定間隔で設けられている。ボード部材２８の上面２８ａには、冷却装置２０が設けられている。フィン３６の下面部３６ｃを第１面部と称するならば、フィン３６の第１面部３６ｃは、１つ以上の発熱体（半導体素子５１～５３）に、ボード部材２８を介して、熱的に接続された面部であると言える。

　図３（ａ）に示すように、本実施形態では、３つの半導体素子５１～５３のうち、半導体素子５２と５３の全体が冷却装置２０の下に位置している。つまり、半導体素子５２の上面の全体は冷却装置２０に接し（ボード部材２８を介して）、半導体素子５３の上面の全体も冷却装置２０に接している（ボード部材２８を介して）。この構成により、フィン３６の側壁部３６ｂが下面部３６ｃに接する部分は、少なくとも流路３４の出口３４ｂに最も近い半導体素子５３の全体に重なることになる。冷却流体が流路３４をＸ方向に流れると、発熱体である半導体素子５１、５２、５３の熱が冷却流体に伝達されるので、冷却流体の温度は、流路３４の上流から下流に行くに従って上昇する。よって、最も下流の発熱体である半導体素子５３も冷却装置２０により十分に冷却できるようにするために、半導体素子５３の全体が冷却装置２０の下に位置するようにしている。

　また、本実施形態では、フィン３６の側壁３６ｂの高さは、流路３４の出口３４ｂにおいて、上面部３６ａから下面部３６ｃ側に向かって小さくされている。より詳しくは、フィン３６の高さＨ１は、流路３４の出口３４ｂにおいて、半分以下にされている（高さＨ２にされている）。つまり、高さが小さくされた側壁３６ｂの部分の高さＨ２は、高さが小さくされていない部分の高さＨ１の１／２以下である。フィン３６の高さがＨ１からＨ２に減じられている理由は、図４を参照して説明する。フィン３６の高さが小さくされている部分は、低背部３６ｄと称する。本実施形態では、低背部３６ｄの高さＨ２は一定であるとする。低背部３６ｄにおいて、フィン３６の上面部３６ａは一部（３６ｅ）を除いて除去されている。

　図４は流路３４の出口３４ｂ近傍の断面図である。図４では、第２接続部３１とカバー部材２６も示されている。上記したように、本実施形態では、流路３４の出口３４ｂにおいて、フィン３６の高さが半分以下になっている。また、低背部３６ｄにおいて、フィン３６の上面部３６ａの大部分は除去されている。従って、流路３４をＸ方向に水平に流れてきた冷却流体（矢印Ｃ）は、流路３４の出口３４ｂにおいて、矢印Ｄで示すように低背部３６ｄから第２接続部３１に向かって滑らかに方向転換する。そして、冷却流体は第２接続部３１に入ると、矢印Ｅで示すようにＺ方向に流れていく。尚、図４では、説明を簡単にするため、突起３８ａ、３８ｂによる冷却流体の流れの変化は無視している。突起３８ａ、３８ｂによる冷却流体の流れの変化については、図８を用いて後述する。

　図４の構造では、側壁３６ｂの高さが流路３４の出口３４ｂにおいて上面部３６ａ側から下面部３６ｃ側に小さくなっている。この構造は、流路３４の上部（冷却装置２０の上部）が切り欠かれた構造であると言える。流路３４の上部が切り欠かれているので、冷却流体が流路３４から出る場合、流路底面部（下面部３６ｃ）から垂直方向に流出し易い。つまり、図４の構造では、低背部３６ｄにより、冷却流体が水平方向から垂直方向に徐々に進行方向を変えるための遷移区間が形成されている。
　また、流路３４の下部（下面部３６ｃ）は切り欠かれていないので、流路出口３４ｂにおいて、冷却装置２０の底面部は、平面視で、半導体素子５３の全体を覆うことができる。冷却流体は下流に流れるのに従って温度が高くなるので、流路出口において最下流の発熱体（半導体素子５３）への冷却能力の低下が課題になる。本実施形態では、冷却装置２０が半導体素子５３の全体を覆うことにより、半導体素子５３に対する冷却能力を低下させないようにしている。

　上記した構成により達成される本実施形態の効果について、図５、図６及び図７を参照して説明する。
　図５は、第１比較例の冷却装置１００における流路出口３４ｂ近傍の断面図である。第１比較例では、フィン３６の高さはＨ１のままであり、フィン３６は低背部を有していない。第１比較例では、フィン３６のＸ方向の長さは図４と同じである。第１比較例では、フィン３６に低背部３６ｄが形成されていないので、冷却流体が水平方向から垂直方向に徐々に方向を変えるための遷移区間が無い。従って、流路出口３４ｂにおいて冷却流体の流れが絞られてしまい、冷却流体は流路３４から第２接続部３１へスムーズに流れることができない。

　図６は、第２比較例の冷却装置２００における流路出口３４ｂ近傍の断面図である。第２比較例では、冷却流体が水平方向から垂直方向に徐々に方向を変えるための遷移区間を設けるために、フィン３６のＸ方向の長さを短くしている。フィン３６の高さはＨ１のままであり、フィン３６は低背部を有していない点は、第１比較例と同じである。

　第２比較例では、冷却流体は水平方向から垂直方向に徐々に方向を変えることができる。しかし、冷却流体の進行方向を徐々に変化させるための遷移区間を設けたために、冷却装置２００の底面が切り取られてしまい、冷却装置２００は半導体素子５３の全体を覆うことができない。その結果、半導体素子５３に対する冷却能力が低下してしまう。図７は、第２比較例の底面図である。図７に示すように、冷却装置２００は半導体素子５３の全体を覆っていない。
　第１比較例及び第２比較例と比べて、本実施形態の冷却装置２０（図４）では、半導体素子５３への冷却能力を低下させること無く、流路出口３４ｂにおける冷却流体の流れをスムーズにすることができる。

　次に、図８を参照して、本実施形態の冷却装置２０の突起３８について説明する。また、突起３８の作用を説明する際に、突起３８が設けられていない構成（第３比較例）における冷却流体の流れを、図９を参照して説明する。
　上記したように、フィン３６の側壁３６ｂに第１突起３８ａと第２突起３８ｂが設けられている。第１突起３８ａは、冷却流体の流れをフィン３６の底面部３６ｃに向ける突起である。

　図８に示すように、流路３４内を流れる冷却流体は第１突起３８ａに到達するまで、矢印Ｆに示すように、流路３４に沿って流れる。矢印Ｆの流れは、図９に示すように、流路中央の流速が速く、流路壁に近づくにつれて流速が遅くなる。これは、流路壁では、冷却流体の粘性に起因する境界層９０（図９ではドットで示している）が生成されるからである。境界層９０が形成されると、冷却能力が低下することが知られている。そこで、本実施形態では、図８の矢印Ｇ１、Ｇ２で示すように、第１突起３８ａにより、流路３４内の冷却流体の流れをフィン３６の底面部３６ｃ方向に向けることによって、半導体素子５３が取り付けられているボード部材２８側の境界層を破壊し（または当該境界層の発生を低減し）、冷却能力の低下を抑制している。

　第１突起３８ａにより、冷却流体の流れをフィン底面部３６ｃ（流路３４の底面部）に向けると、第１突起３８ａの下流に低流速域５６が発生する可能性がある。低流速域では冷却能力が低下するので、第２突起３８ｂにより、冷却流体の流れを低流速域５６に向けることにより（矢印Ｊ１、Ｊ２）、冷却能力の低下を抑制している。

　突起３８（第１突起３８ａ及び第２突起３８ｂ）は冷却装置２０の冷却能力を維持する（冷却能力の低下を抑制する）要素であるので、図３に示すように、突起３８の形成位置は、半導体素子５１、５２、５３の位置に対応させてある。よって、本実施形態の冷却装置２０によれば、発熱体（５１～５３）の冷却を十分に行うことができる。

変形例
　本発明の冷却装置２０は上記において説明した構成に限定されない。例えば、以下のような変更が可能である。（１）冷却装置２０とボード部材２８の間にヒートパイプを設けてもよい。ヒートパイプにより、冷却装置２０の放熱効率を向上することができる。（２）ボード部材２８をベイパーチャンバに置換してもよい。ベイパーチャンバの筐体は、例えば、銅製である。ボード部材２８の代わりにベイパーチャンバを使用することにより、冷却装置２０の放熱効率を向上することができる。

　（３）冷却装置２０は複数のコの字状のフィン３６により構成されなくてもよい。例えば、冷却装置２０は、第１板部材と、第１板部材から第２板部材に向けて垂直に設けられた複数の放熱フィンと、複数の放熱フィンを覆うように設けられる第２板部材と、から構成されてもよい。この場合も、流路は第１板部材と第２板部材の間に形成され、流路の出口において放熱フィンの高さが第２板部材側から第１板部材側に向かって小さくされる。この冷却装置では、フィンの形状はコの字ではなく、Ｉ字である。あるいは、Ｌ字形状のフィンを複数連結して、上に板部材を設けることにより流路（冷却装置）を形成し、流路の出口においてフィンの高さを小さくしてもよい。

　（４）低背部３６ｄの高さＨ２は一定でなくてもよい。例えば、低背部３６ｄは、傾斜してもよい。傾斜する場合、例えば、低背部３６ｄの高さＨ２は、流路出口３４ｂに近づくのに伴い小さくなる。

　（５）半導体素子５１～５３は発熱体の一例であり、本発明の冷却装置２０は半導体素子以外の「熱を発生する物体」にも適用できる。
　（６）３つの半導体素子５１～５３が冷却装置２０に取り付けられていたが、半導体素子の数は１以上であればよい。
　（７）半導体素子５１、５２、５３は絶縁ゲートバイポーラトランジスタであるとしたが、３つのうちの１つまたは２つの半導体素子は絶縁ゲートバイポーラトランジスタでなくてもよい。例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを電界効果トランジスタ等にしてもよい。あるいは、３つの半導体素子５１～５３の全てを電界効果トランジスタ等にしてもよい。

　（８）図３では、流路入口に最も近い半導体素子５１については、半導体素子５１の一部しか、冷却装置２０の下に位置していないが、半導体素子５１の全体が冷却装置２０の下に位置するようにしてもよい。つまり、フィン３６の側壁部３６ｂが下面部３６ｃに接する部分は、半導体素子５１の全体に重なるようにしてもよい。この場合、フィン３６の長さを－Ｘ方向に延長することになるが、フィン３６の高さは、延長部分においてＨ２になるようにする。つまり、流路入口３４ａにおいて、フィンが延長部分として低背部を有するようにしてもよい。この構成は、実施形態２として後述する。
　フィン３６の側壁部３６ｂの高さが流路３４の入口３４ａにおいても低くなれば、冷却流体が流路３４に入る際に、第１接続部２５を垂直方向（下方向）に流れる冷却流体は徐々に水平方向に向かって角度を変えることができるので、流路３４に流入し易い。また、流路３４の下部（フィン３６の下面部３６ｃ）は切り欠かれていないので、流路入口３４ａにおいて、冷却装置２０の底壁は、半導体素子５１を覆うことができ、半導体素子５１を十分に冷却することができる。

実施形態２
　次に、本発明の実施形態２に係る冷却装置１２０を、図１０～図１２を参照して説明する。図１０は、冷却装置１２０を含む冷却システム１２２の斜視図である。図１０は透視図で描かれている。図１１は、図１０の符号１１の部分の断面図であり、冷却装置１２０の流路出口近傍を－Ｘ方向から見た場合の詳細を示している。図１２は、第４比較例を示す図であり、図１１の符号１２の部分に相当する構成の拡大断面図である。
　以下の説明において、実施形態１と同様な構成には、実施形態１と同じ参照符号を付ける。実施形態２の冷却システム１２２は、実施形態１の冷却システム２２と比べると、導入パイプ部１２４、第１接続部１２５、カバー部材１２６、流出パイプ部１３０および第２接続部１３１の形状が異なる。ボード部材２８に対する半導体素子５１～５３の配置は実施形態１と同じである。
　実施形態１の冷却装置２０と実施形態２の冷却装置１２０の主な相違点は、フィン１３６ｂが流路入口においても低背部を有していることである。冷却装置１２０内における冷却流体の流れは実施形態１とほぼ同じであるが、フィン１３６ｂが流路入口に低背部を有しているので、第１接続部１２５から流路入口に入る冷却流体は、フィン１３６ｂの低背部からスムーズに流路に流入することができる。フィン１３６ｂは、実施形態１と比較すると、－Ｘ方向に延長されており、フィン１３６ｂは上面視で半導体素子５１の全体を覆っている。以下、実施形態１の冷却装置２０との相違点を中心に説明する。

　冷却装置１２０は、１枚の底面部材１３６ｃと、底面部材１３６ｃからＺ方向に延びる複数の側壁部（フィン）１３６ｂと、複数のフィン１３６ｂの上に設けられる上面部材１３６ａとを有する。尚、図１１では、図示の都合上、上面部材１３６ａの上側が２点鎖線で示されている。冷却装置１２０は、実施形態１と同じように、流路出口３４ｂにおいて低背部１３６ｄを有する。隣り合うフィン１３６ｂとフィン１３６ｂの間にフィン間流路３４ｃが形成される。ボード部材２８は、底面部材１３６ｃの下に位置することになる。
　本実施形態では、第２接続部１３１が冷却装置１２０の出口付近全体を覆っている。第２接続部１３１は上部１３１ａと下部１３１ｂを有する。第２接続部１３１の上部１３１ａは、冷却装置１２０の上面部材１３６ａの上方に張り出している。第２接続部１３１の上部１３１ａが流出パイプ部１３０に繋がっている。尚、第２接続部１３１はカバー部材１２６と一体である。
　冷却装置１２０は流路出口において低背部１３６ｄを有するので、実施形態１と同じように、流路入口３４ａから流入出口３４ｂの前までは、フィン１３６の高さはＨ１であり、流路出口３４ｂにおいて高さがＨ２にされている。流路入口においても、冷却装置１２０は低背部１３６ｄを有している。

　本実施形態では、第２接続部１３１の上部１３１ａが、下部１３１ｂに比べて、流路幅方向の内側に突出して、冷却装置１２０の上部に延びているので、冷却流体が流路出口３４ｂから第２接続部１３１の上部１３１ａに流れる際に、流路幅方向の両脇において第２接続部１３１の上部１３１ａが冷却流体に対する障害になる可能性がある。すなわち、図１２に示すように、もし冷却装置１２０（またはフィン１３６）が低背部１３６ｄを有していなければ、第２接続部１３１の上部１３１ａと冷却装置１２０の上面部材１３６ａとの隙間が小さくなり、冷却流体の流れを阻害する。
　これに対し、本実施形態では、図１１に示すように、フィン１３６が低背部１３６ｄを有するので、冷却装置１２０の上面部材１３６ａと第２接続部１３１の上部１３１ａとの間に冷却流体が流れる十分なスペースが確保される。

　尚、実施形態２は上記した構成に限定されない。例えば、実施形態１の変形例として説明した構成（１）～（７）を適宜採用してもよい。

　２０…冷却装置
　３４…流路
　３６…フィン
　３６ａ…上面部
　３６ｂ…側面部（側壁部）
　３６ｃ…下面部
　３６ｄ…低背部
　３８ａ…第１突起
　３８ｂ…第２突起
　５１、５２、５３…半導体素子
　Ｈ１…フィンの高さ
　Ｈ２…低背部の高さ

Claims

　冷却流体が流れる方向に沿って設けられた１つ以上の発熱体を、前記冷却流体により冷却する冷却装置であって、
　前記１つ以上の発熱体に熱的に接続された第１面部と、
　前記第１面部に対向する第２面部と、を有し、
　前記第１面部と前記第２面部の間に、前記冷却流体が流れる流路が形成され、
　前記冷却装置は、前記第１面部と前記第２面部を繋ぎ、且つ、前記冷却流体が流れる方向に沿って延びる側壁を有し、
　前記側壁の高さは、前記流路の出口において、前記第２面部側から前記第１面部側に向かって小さくされ、
　高さが小さくされた前記側壁の部分において、前記第２面部の少なくとも一部は欠落しており、
　前記側壁が前記第１面部に接する部分は、少なくとも前記流路の出口に最も近い発熱体の全体に重なることを特徴とする冷却装置。
　前記側壁の高さは、前記流路の入口においても、前記第２面部側から前記第１面部側に向かって小さくされていることを特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
　前記側壁に設けられて、前記冷却流体の流れを前記第１面部に向ける第１突起をさらに有することを特徴とする請求項１または２に記載の冷却装置。
　前記第１突起の下流で前記側壁に設けられて、前記冷却流体の流れを前記第１の突起により生成された低流速域に向ける第２突起をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の冷却装置。
　前記第１突起及び前記第２突起を形成する位置は、前記１つ以上の発熱体のそれぞれの位置に対応していることを特徴とする請求項４に記載の冷却装置。
　前記第１突起は、前記流路の前記冷却流体が流れる方向に対して、第１所定角度傾斜しており、前記第２突起は前記第１所定角度とは異なる角度で、前記流路の長手方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項４または５に記載の冷却装置。
　前記第１突起及び前記第２突起は、前記流路の長手方向に対して、約３０度傾斜していることを特徴とする請求項４または５に記載の冷却装置。
　高さが小さくされた前記側壁の部分の高さは、高さが小さくされていない部分の高さの１／２以下であることを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の冷却装置。
　高さが小さくされた前記側壁の部分の高さは一定ではないことを特徴とする請求項１～８のいずれか１項に記載の冷却装置。
　前記第１突起及び第２突起は、前記側壁と対向する側壁に接触することを特徴とする請求項１～９のいずれか１項に記載の冷却装置。
　前記第１突起及び第２突起は、打ち抜き加工で形成されたことを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の冷却装置。
　前記１つ以上の発熱体は、板状部材を介して前記第１面部に設けられ、前記板状部材は銅板であることを特徴とする請求項１～１１のいずれか１項に記載の冷却装置。
　前記板状部材は銅製の筐体を有するベイパーチャンバであることを特徴とする請求項１２に記載の冷却装置。
　前記１つ以上の発熱体はヒートパイプを介して前記第１面部に設けられていることを特徴とする請求項１～１３のいずれか１項に記載の冷却装置。
　前記１つ以上の発熱体のうち少なくとも１つは絶縁ゲートバイポーラトランジスタであることを特徴とする請求項１～１４のいずれか１項に記載の冷却装置。
　前記第１面部と前記側壁と前記第２面部は、コの字状の１つの金属板により構成され、前記流路は、複数の前記コの字状の金属板を、前記第１面部と平行かつ前記冷却流体が流れる方向と垂直な方向に連結して形成されることを特徴とする請求項１～１５のいずれか１項に記載の冷却装置。
　前記コの字状の金属板はフィン部材であり、前記流路は複数の前記フィン部材により形成されることを特徴とする請求項１６に記載の冷却装置。
　前記金属板は銅板であることを特徴とする請求項１６または１７に記載の冷却装置。
　前記側壁は、前記第１面部から前記第２面部に向けて垂直に設けられた複数の放熱フィンであることを特徴とする請求項１～１５のいずれか１項に記載の冷却装置。