JP2014175568A - Semiconductor element cooling device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体素子を冷却する半導体素子の冷却装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device cooling apparatus for cooling a semiconductor device.
高発熱性の半導体素子が高密度に実装された半導体素子モジュールにおいて、放熱性を高めるために冷却板が用いられている。冷却板は、内部に液体の冷媒（以下、冷却液）が流れる流路が形成されており、半導体素子を収容する金属容器（以下、キャリア）に密着して取り付けられることで、半導体素子を間接的に冷却する。近年、半導体の微細化及び半導体素子の高出力化によって半導体素子の発熱密度が高まり、半導体素子と冷却装置間の熱抵抗も増加しつつある。半導体素子モジュールの放熱性能を高めるため、熱抵抗を低減させる放熱シートを設ける、キャリアにおける半導体素子の直下に突起を設けて冷却板に接触させる等、放熱性能の優れた各種の冷却構造がある（例えば特許文献１参照）。 In a semiconductor element module in which highly exothermic semiconductor elements are mounted at a high density, a cooling plate is used to enhance heat dissipation. The cooling plate has a flow path through which a liquid refrigerant (hereinafter referred to as cooling liquid) flows, and is attached in close contact with a metal container (hereinafter referred to as carrier) that houses the semiconductor element, so that the semiconductor element is indirectly attached. Cool. In recent years, the heat generation density of semiconductor elements has increased due to the miniaturization of semiconductors and the increase in output of semiconductor elements, and the thermal resistance between semiconductor elements and cooling devices is also increasing. In order to enhance the heat dissipation performance of the semiconductor element module, there are various cooling structures with excellent heat dissipation performance, such as providing a heat dissipation sheet that reduces thermal resistance, providing a protrusion directly below the semiconductor element in the carrier and contacting the cooling plate ( For example, see Patent Document 1).
一方、冷却板自体の冷却能力を高めるため、複数のマイクロチャネル流路を内部に有したマイクロチャネル冷却板が知られている。マイクロチャネル冷却板は、微細加工により冷却板内部にフィンを設けて複数のマイクロチャネル流路を形成し、半導体素子の直下に冷却板を構成することで、半導体素子を直接冷却する（例えば特許文献２参照）。マイクロチャネル冷却板は、冷却板内面に複数のフィンを設けて冷却液の流れに乱流を発生させることで、温度境界層が薄くなって熱伝達率が増加し、特許文献１に示すような従来の冷却板よりも放熱性能が向上する。マイクロチャネル流路の幅は数十〜数百ミクロンオーダと小さく、流路に冷却液を流した時に高い熱伝達率を得ることができる。また、フィン総面積に比例して放熱量が増加するので、フィンの本数を増やしたり、フィンを長くしたりすることで冷却能力を更に向上させることができる。 On the other hand, in order to increase the cooling capacity of the cooling plate itself, a microchannel cooling plate having a plurality of microchannel flow paths inside is known. A microchannel cooling plate directly cools a semiconductor element by providing fins inside the cooling plate by microfabrication to form a plurality of microchannel flow paths, and forming a cooling plate directly under the semiconductor element (for example, Patent Documents) 2). The microchannel cooling plate is provided with a plurality of fins on the inner surface of the cooling plate to generate turbulence in the flow of the cooling liquid, thereby reducing the temperature boundary layer and increasing the heat transfer coefficient. The heat dissipation performance is improved as compared with the conventional cooling plate. The width of the microchannel flow path is as small as several tens to several hundreds of microns, and a high heat transfer coefficient can be obtained when a coolant is passed through the flow path. Further, since the heat radiation amount increases in proportion to the total fin area, the cooling capacity can be further improved by increasing the number of fins or lengthening the fins.
しかしながら、マイクロチャネル冷却板は、フィンの長さを長くすればするほど、フィンの本数を増やせば増やすほど、圧力損失が増える。このため、圧力損失の増加が冷却液の流れを阻害してしまう。この圧力損失の増加によって引き起こされる問題は様々なものがある。 However, in the microchannel cooling plate, the longer the fin length, the greater the number of fins, the greater the pressure loss. For this reason, the increase in pressure loss inhibits the flow of the coolant. There are various problems caused by this increased pressure loss.
一つ目は、高圧力損失のために、マイクロチャネル冷却板内で冷却液を流すために多くの動力が必要となるという問題である。冷却液を用いて冷却する場合、一定以上の冷却能力を持たせるために必要な流量を確保する必要がある。マイクロチャネル冷却板は、極小の流路を有するため高圧力損失となり、結果として必要な流量を確保するためには多くの動力が必要となる。 The first problem is that a large amount of power is required to flow the coolant in the microchannel cooling plate due to high pressure loss. When cooling using a cooling liquid, it is necessary to secure a flow rate necessary to provide a cooling capacity higher than a certain level. The microchannel cooling plate has a very small flow path, resulting in a high pressure loss. As a result, a large amount of power is required to ensure a necessary flow rate.
二つ目は、マイクロチャネル冷却板を半導体素子の直下に接触させ、マイクロチャネル流路をキャリアで塞ぐ場合における、フィン部分の接合作業の生産性の問題である。マイクロチャネルのフィン部分は非常に微細であるため、フィンをキャリアに接合する作業が困難となる。また、フィンのキャリアへの接合が可能であったとしても、はんだやボンド等の接合材がフィン部分の間隙に流れ込み、隣接するフィン間に形成されるマイクロチャネル流路が詰まる恐れがあるため、その接合作業は容易ではない。更に、マイクロチャネル流路の圧力損失が非常に高いため、フィンをキャリアに接合せずにフィン下端とキャリア上面の間に間隙を形成する構造とした場合には、フィン部分に冷却液が流れ難くなるという問題がある。 The second problem is the productivity problem of the bonding work of the fin portion when the microchannel cooling plate is brought into contact with the semiconductor element and the microchannel flow path is closed with a carrier. Since the fin portion of the microchannel is very fine, the operation of joining the fin to the carrier becomes difficult. In addition, even if the fin can be bonded to the carrier, the bonding material such as solder or bond may flow into the gap between the fin portions, and the microchannel flow path formed between adjacent fins may be clogged. The joining operation is not easy. Furthermore, since the pressure loss of the microchannel flow path is very high, when a structure is formed in which a gap is formed between the lower end of the fin and the upper surface of the carrier without bonding the fin to the carrier, it is difficult for the coolant to flow through the fin portion. There is a problem of becoming.
図４は、フィンとキャリアの間隙に冷却液が流れている状況を示す断面図である。図４において、半導体素子１は冷却板５に接着層４０を介して接着され、冷却板５は接合層４を介在してキャリア２の上面に接合されている。冷却板５の内部流路にはマイクロチャネル流路を形成する複数のフィン５ａが形成されている。フィン５ａは、冷却板５のベース部５ｂに一体的に形成されている。図４に示すように、フィン５ａとキャリア２を非接合とし、フィン下端とキャリア上面の間に間隙を設けると、冷却液７がフィン５ａの下部分の接合されていない部分へと流れてしまうことがある。フィン５ａの下部分に冷却液が流れた場合は、マイクロチャネル流路に流れる冷却液の流量が低下するため、冷却板５の冷却能力が低下することとなる。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a situation where the cooling liquid is flowing in the gap between the fin and the carrier. In FIG. 4, the
三つ目は、マイクロチャネル流路の圧力損失に伴う高い内圧により半導体素子１が破損する可能性があるという問題である。マイクロチャネル流路の断面積が小さくなり内圧が高くなり過ぎた場合、冷却板５のベース部５ｂの肉厚を厚くするなどして耐圧を高める必要がある。この場合、ベースを厚くすると熱抵抗が悪くなり冷却能力が低下してしまうため、ベース厚さを厚くするには限界がある。
The third problem is that the
この発明は係る課題を解決するためになされたものであって、マイクロチャネルを用いて半導体装置の冷却装置の冷却能力を向上させるとともに、マイクロチャネル流路の圧力損失を低減させることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and has an object to improve the cooling capacity of a cooling device of a semiconductor device using a microchannel and reduce the pressure loss of the microchannel flow path. .
この発明による半導体素子の冷却装置は、一方の面に半導体素子の載置される実装面を有し、他方の面における上記実装面の直下に先端部が接合されていない複数のフィンを配列したフィン部が設けられ、当該フィン部により冷却液が流れる複数のマイクロチャネル流路が形成されたマイクロチャネル冷却板と、一方の面に、上記マイクロチャネル冷却板を支持する支持部と、先端部が接合されていない可撓性を有した複数のフィンの配列されたフィン部が設けられ、当該フィン部のそれぞれのフィンの先端が上記マイクロチャネル冷却板の有するフィンの先端と対向しかつ当該フィン部のそれぞれのフィン面が上記マイクロチャネル冷却板の有するフィン面と交差するように配置されるとともに、当該フィン部の各フィン間が上記マイクロチャネル冷却板の各マイクロチャネル流路と連通して上記冷却液が流入する冷却板と、を備えたものである。 A cooling device for a semiconductor element according to the present invention has a mounting surface on which a semiconductor element is placed on one surface, and a plurality of fins whose tip portions are not joined to each other on the other surface immediately below the mounting surface. A fin portion is provided, a microchannel cooling plate in which a plurality of microchannel flow paths through which the cooling liquid flows is formed by the fin portion, a support portion that supports the microchannel cooling plate on one surface, and a tip portion A fin portion in which a plurality of flexible fins that are not joined is arranged is provided, and the tip of each fin of the fin portion is opposed to the tip of the fin of the microchannel cooling plate, and the fin portion The fin surfaces of the microchannel cooling plate are arranged so as to intersect with the fin surfaces of the microchannel cooling plate, and between the fins of the fin portion, In communication with the micro flow channel of Yaneru cooling plate is obtained and a cooling plate in which the cooling liquid flows.
この発明によれば、冷却装置の冷却能力を保持したまま、マイクロチャネルを有した冷却板内に流れる冷却液の圧力損失をより低減することができる。また、圧力損失を低減することで、マイクロチャネル流路内の内圧上昇による半導体素子の破損を防止することができる。 According to the present invention, the pressure loss of the coolant flowing in the cooling plate having the microchannel can be further reduced while maintaining the cooling capacity of the cooling device. Further, by reducing the pressure loss, it is possible to prevent the semiconductor element from being damaged due to an increase in internal pressure in the microchannel flow path.
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による半導体素子１の冷却装置１０の構成を示す断面図である。図１において、冷却装置１０は、半導体素子１を搭載するマイクロチャネル冷却板５と、マイクロチャネル冷却板５に接合される冷却板６と、キャリア２から構成される。マイクロチャネル冷却板５及び冷却板６には、冷却液７が流れる。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a
半導体素子１は、無線用の送信または受信モジュール、電力変換器等を構成する増幅器，電力変換素子等の高発熱性を有した半導体素子から構成される。半導体素子１は、半導体の微細化及び高出力化によって発熱密度（単位面積当たりの発熱量）が高くなっている。半導体素子１は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム），ＳｉＣ（炭化シリコン）等を基材とする電界効果トランジスタ、ダイオード等のワイドバンドギャップ半導体から構成されている。また、半導体素子１は、ＧａＡｓ（砒化ガリウム），ＳｉＧｅ（シリコンゲルマン）等を基材とする電界効果トランジスタ、ダイオード等から構成されていても良い。また、半導体素子１は、ＭＭＩＣ（monolithic microwave integrated circuit），ＭＯＳＦＥＴ等を構成していても良い。
The
マイクロチャネル冷却板５は、接触熱抵抗を下げるとともに熱伝導率の高い熱良導性の導電性接着剤，はんだ等の接合材からなる接着層４０を介在して、半導体素子１の直下に接合される。マイクロチャネル冷却板５は、半導体素子１と熱膨張係数が近い素材から形成され、鉄ニッケルコバルト合金、カーボン含有の合成樹脂基板、セラミック基板、シリコン基板等から構成されると良い。マイクロチャネル冷却板５は、フィン部５ａと、平板状のベース部５ｂと、外周部５ｃからなる。ベース部５ｂは外側（図１の上面側）の平坦な面上に半導体素子１を載置する実装面が形成される。外周部５ｃは、ベース部５ｂの内側面（図１の下面）の外縁部から立設した矩形枠体形状をなしており、ベース部５ｂと一体的に形成されている。フィン部５ａは、外周部５ｃよりも内側でベース部５ｂの内側面上（図１の下面）に設けられ、全体的な外形が直方体形状をなしている。また、フィン部５ａは、半導体素子１の直下に配置される。外周部５ｃの一方端と他方端の間には、フィン部５ａを挟んで、凹み形状をなす２つのマニホールド部１１が形成されている。フィン部５ａは、複数の直方体形状のフィンから構成され、隣接するフィンの間に所定の間隔を空けて、各フィンが平行に一列に並べて配置されている。フィン部５ａは、ベース部５ｂ及び外周部５ｃと一体的に形成される。または、フィン部５ａを別体で構成し、接着層４０を介在してフィン部５ａをベース部５ｂ上に接合しても良い。フィン部５ａを別体で構成する場合は、無垢の金属平板の一方側から放電加工や切削により溝を加工し、他方側の面をベース部５ｂ上に接合するようにしても良い。またフィン部５ａを別体で構成する場合は、ベース部５ｂとは異なる素材から構成しても良く、例えば切削性の良いアルミまたはその合金で構成しても良い。フィン部５ａの各フィンは、隣接するフィンとの間に冷却液７の流れるマイクロチャネル流路１２を形成する。フィン部５ａの形成する複数のマイクロチャネル流路１２は、フィン部５ａ両側の２つのマニホールド部１１と連通するように配向され、２つのマニホールド部１１はそれぞれ冷却液７の流入口と吐出口を形成する。例えば図１において、マイクロチャネル流路１２は紙面の左右方向に平行になるように配置される。
The
冷却板６は、フィン部６ａと、平板状のベース部６ｂと、外周部６ｃからなる。ベース部６ｂは、外側（図１の下面側）が平坦な面上をなしており、当該外側面がキャリア２の上面に接合される支持部を構成する。外周部６ｃは、ベース部６ｂの内側面（図１の上面側）の外縁部から立設した矩形枠体形状をなしており、ベース部６ｂと一体的に形成されている。フィン部６ａは、外周部６ｃよりも内側でベース部６ｂの内側面上（図１の上面）に設けられ、全体的な外形が直方体形状をなしている。冷却板６の外周部６ｃの上面は、はんだ、熱良導性の導電性接着剤等の接合材からなる接合層４を介在して、マイクロチャネル冷却板５の外周部５ｃの下面に、水密性を確保した状態で接合される。冷却板６のベース部６ｂ及び外周部６ｃは、マイクロチャネル冷却板５との熱膨張係数差が小さい素材から形成され、鉄ニッケルコバルト合金、カーボン含有の合成樹脂基板、セラミック基板、シリコン基板等から構成されると良い。冷却板６のフィン部６ａは、ベース部６ｂ及び外周部６ｃとは別体で形成され、接合層４を介在してベース部６ｂ及び外周部６ｃに接合される。フィン部６ａは、可撓性を有した弾性定数の高い金属材料から構成される。或いは、フィン部６ａとベース部６ｂと外周部６ｃを、弾性定数の高い金属材料から一体的に形成しても良い。当該一体的に形成される場合は、マイクロチャネル冷却板５と冷却板６の接合部の熱膨張率差を緩和するため、冷却板６の外周部６ｃに熱膨張率差を吸収するための溝を設けて、外周部６ｃの弾性率が弱くなるように設定しても良い。フィン部６ａを別体で構成する場合は、無垢の金属平板の一方側から放電加工や切削により溝を加工し、他方側の面をベース部６ｂ上に接合するようにしても良い。またフィン部６ａを別体で構成する場合は、ベース部６ｂとは異なる素材から構成しても良く、例えば切削性の良いアルミまたはその合金で構成しても良い。
The
フィン部６ａは、外周部６ｃよりも内側でベース部６ｂの内側面上（図１の下面）に設けられ、全体的な外形が直方体形状をなしている。外周部６ｃの一方端と他方端の間には、フィン部６ａを挟んで２つの穴部１３が形成されている。フィン部６ａは、複数の直方体形状のフィンから構成され、隣接するフィンの間に所定の間隔を空けて、各フィンが平行に一列に並べて配置されている。フィン部６ａの各フィンは、隣接するフィンとの間に冷却液７が流入するマイクロチャネル流路１４を形成する。フィン部６ａの形成する複数のマイクロチャネル流路１４は、フィン部６ａ両側の２つの穴部１３の間に挟まれて配置される。マイクロチャネル流路１４は、マイクロチャネル流路１２を形成するフィン部５ａの流路の配向方向（冷却液７が流れる方向）に対して、フィン部６ａの流路の配向方向（冷却液７が流れる方向）が垂直になるように配置される。例えば図１において、マイクロチャネル流路１４は紙面の前後方向に平行になるように配置される。また、フィン部６ａの先端部（図１の上端部）は、フィン部５ａの先端部（図１の下端部）と非接合の状態で配置される。２つの穴部１３は冷却液７の流れる管路を構成し、それぞれ冷却液７の流入口と吐出口をなしている。また、２つの穴部１３は、マイクロチャネル冷却板５のマニホールド部１１とそれぞれ連通している。
The
図２は、実施の形態１によるマイクロチャネル冷却板５及び冷却板６の構成を示す断面図であって、マイクロチャネル冷却板５におけるフィン部５ａと、冷却板６におけるフィン部６ａの配置関係を示している。図２（ａ）はマイクロチャネル冷却板５と冷却板６を図１の側面から見た断面図、図２（ｂ）はマイクロチャネル冷却板５と冷却板６を図１の正面から見た断面図を示す。図２に示すように、冷却板６のフィン部６ａは、マイクロチャネル冷却板５のフィン部５ａの直下に配置される。また、フィン部６ａの各フィンは、フィン部５ａの各フィンと直交するように配置される。これによってフィン部６ａの各フィンは、フィン部５ａのマイクロチャネル流路１２中の冷却液７の流れを変える働きをする。また、冷却板６内にあるフィン部６ａの各フィンは、冷却液７の流量に応じて倒れ、その倒れる角度が流量に応じて変化するようになっている。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the
キャリア２は、マイクロチャネル冷却板５及び冷却板６を支持する基台であって、導電性接着剤、銀ろう材、はんだ等を介在して、冷却板６の直下に接合される。キャリア２は、鉄ニッケルコバルト合金、アルミ等から構成される。キャリア２は、冷却板６の穴部１３とそれぞれ連通する２つの穴部１５を有している。２つの穴部１５は冷却液７の流れる管路を構成し、それぞれ冷却液７の流入口と吐出口をなしている。
The
次に、実施の形態１による半導体素子１の冷却装置１０の動作について説明する。
冷却装置１０は、半導体素子１の直下に接合されるマイクロチャネル冷却板５と冷却板６から、冷却部を構成している。この冷却板６は、上述したように弾性率の良い材料から構成されている。冷却装置１０は、半導体素子１の直下にマイクロチャネル冷却板５を配置することで、半導体素子１を冷却液７によって間接的に冷却する。マイクロチャネル冷却板５はマイクロチャネル流路１２を形成しているので、半導体素子１と冷却液７との間の熱抵抗を低減し、冷却装置１０の冷却能力を向上させることができる。
Next, the operation of the
The
冷却液７は、キャリア２における流入口側の穴部１５から流入し、冷却板６の流入口側の穴部１３を通って、マイクロチャネル冷却板５の流入口側のマニホールド部１１からフィン部５ａに流入する。フィン部５ａに流入した冷却液７は、フィン部５ａの各フィン間に形成されるマイクロチャネル流路１２を通り、マイクロチャネル冷却板５の吐出口側のマニホールド部１１に吐出される。その後、冷却板６の吐出口側の穴部１３を通って、キャリア２における吐出口側の穴部１５から吐出される。
The
半導体素子１は、図示しない配線回路を通じて外部から電力の供給を受けると、高温度で発熱する。半導体素子１の発生した熱は、マイクロチャネル冷却板５の上面に伝達される。マイクロチャネル冷却板５に伝達された熱は、ベース部５ｂの板厚方向に伝導してフィン部５ａに伝達される。
The
フィン部５ａに伝達した熱は、各フィンからマイクロチャネル流路１２を流れる冷却液７に伝達される。冷却液７に伝達された熱は、冷却液７の流れに沿って冷却板６の吐出口側の穴部１３に伝わり、キャリア２における吐出口側の穴部１５から外部に放熱される。
The heat transferred to the
ここで、マイクロチャネル冷却板５の対面に弾性定数の高い材料で作製したフィンを設けた冷却板６を取付けているので、マイクロチャネル冷却板５内のフィンと弾性率の良い材料で製作した冷却板６内のフィンの接触による熱伝導によって、冷却部の冷却能力の向上を図ることができる。
Here, since the
また、半導体素子１からの排熱によって冷却液７は温められるが、この温められた冷却液７の熱は熱移動によって冷却板６へと伝わるので、冷却液７の温度上昇による冷却能力の低下を防ぐことができる。
In addition, although the
更に、冷却板６はマイクロチャネル冷却板５のフィン部５ａと直交するようにフィン部６ａが設けてあり、そのフィン部６ａの各フィンが冷却液の流れを変える作用がある。これにより、マイクロチャネル流路１２からフィン部５ａの下部分(接合されていない部分)へと流れた冷却液７は、冷却板６内の各フィンによって、再びマイクロチャネル冷却板５のマイクロチャネル流路１２に戻されることとなる。このように、冷却板６のフィン部６ａのフィンが冷却液７の流れをマイクロチャネル冷却板５へと誘導する働きをするため、冷却液７はマイクロチャネル流路１２内を有効に流れることとなり、冷却液の流量低下を防ぐことができる。
Further, the
ところで、マイクロチャネル冷却板５のマイクロチャネル流路１２を構成するフィン間の幅は、数十〜数百ミクロンオーダと小さい。このため、マイクロチャネル１２の熱伝達率が高くなり、冷却能力を高めることができるが、その一方でマイクロチャネル流路１２の圧力損失が高くなってしまう。しかしながら、実施の形態１の冷却装置１０は、マイクロチャネル冷却板５の対面に弾性定数の高い材料で作製した冷却板６を取り付けていることによって、冷却能力を低下させずに圧力損失のみを低減させることができる。
By the way, the width between the fins constituting the
図３は、実施の形態１による冷却板６における、冷却液７の流量に応じた変形形態を段階的に示す断面図であって、（ａ）は冷却液７の流量が少ないときの冷却板６のフィン部６ａの形状を示し、（ｂ）は冷却液７の流量が（ａ）の状態よりも多くなったときの冷却板６のフィン部６ａの形状を示し、（ｃ）は冷却液７の流量が更に（ｂ）の状態よりも多くなったときの冷却板６のフィン部６ａの形状を示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing stepwise variations in the
図３（ａ）において、冷却液７の流量が少ないときは、フィン部６ａの各フィンが倒れないようになっている。この場合、冷却液７はマイクロチャネル冷却板６内のフィン部６ａに沿って流れの向きを変えて、半導体素子１直下のフィン部６ａのフィン面に冷却液７が垂直に衝突した後、マイクロチャネル冷却板５のマイクロチャネル流路１２を形成するフィン部５ａを通過する。一般的に、衝突熱伝達率は高い値を示すため、このフィン部５ａにおいて局所的に高い熱伝達率を示すこととなる。
In FIG. 3A, when the flow rate of the
また、図３（ｂ）において、マイクロチャネル冷却板６内の冷却液７の流量が多くなり、マイクロチャネル冷却板５内でのマイクロチャネル流路１２の圧力損失が増加した場合、フィン部６ａが角度を変えて冷却液７の逃げ道を作ることにより、フィン部５ａのフィン先端とフィン部６ａのフィン先端との間隙が拡がる。この間隙の拡がりにより、高圧力損失による半導体素子の破損や水漏れを防止することができる。図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態よりも更に圧力損失が過剰に増加した場合を示しており、フィン部５ａのフィン先端とフィン部６ａのフィン先端との間隙が更に拡がり、マイクロチャネル冷却板５のマイクロチャネル流路１２内の圧力損失を更に低減することができる。
3B, when the flow rate of the
以上説明した通り、実施の形態１による半導体素子１の冷却装置１０は、一方の面に半導体素子１の載置される実装面を有し、他方の面における上記実装面の直下に先端部が接合されていない複数のフィンを配列したフィン部５ａが設けられ、当該フィン部５ａにより冷却液７が流れる複数のマイクロチャネル流路１２が形成されたマイクロチャネル冷却板５と、一方の面に、上記マイクロチャネル冷却板５を支持する支持部（外周部５ｃ）と、先端部が接合されていない可撓性を有した弾性材かなる複数のフィンの配列されたフィン部６ａが設けられ、当該フィン部６ａのそれぞれのフィンの先端が上記マイクロチャネル冷却板５の有するフィンの先端と対向しかつ当該フィン部６ａのそれぞれのフィン面が上記マイクロチャネル冷却板５の有するフィン面と交差するように配置されるとともに、当該フィン部６ａの各フィン間が上記マイクロチャネル冷却板５の各マイクロチャネル流路１２と連通して上記冷却液７が流入する冷却板と、を備えたことを特徴とする。
As described above, the
また、上記冷却板のフィンは、上記マイクロチャネル冷却板のマイクロチャネル流路１２を流れる冷却液７の流量に応じて、倒れる角度が可変する。
Further, the angle of the fins of the cooling plate varies depending on the flow rate of the
冷却装置１０はこのように構成されることにより、マイクロチャネル冷却板５の所要の冷却能力を確保または保持したまま、マイクロチャネル流路１２の圧力損失を低減することができる。また、これによって半導体素子１を構成する半導体の微細化による高発熱密度化、熱抵抗の増加、高出力化等に伴う温度上昇をより抑えることが可能となる。
By configuring the
また、マイクロチャネル冷却板５内に流れる冷却液７の流量を減らしても、従来と同等の冷却能力を得ることができるので、結果としてマイクロチャネル冷却板５内のマイクロチャネル流路１２の圧力損失のみを低減することができる。また、冷却液７の流量増加に応じて冷却板６のフィンが倒れることで、マイクロチャネル流路１２の圧力損失を低減させることができるので、マイクロチャネル流路の内圧上昇による半導体素子１の破損を防止することができる。更に、冷却液７が冷却板６のフィンと衝突することによって、冷却液７をマイクロチャネル流路１２に戻す作用が働くので、マイクロチャネル冷却板５内に冷却液７を流れ易くすることができる。
Further, even if the flow rate of the
１ 半導体素子、２ キャリア、３ 冷却板、４ 接合層、５ マイクロチャネル冷却板、５ａ フィン部、５ｂ ベース部、５ｃ 外周部、６ 冷却板、６ａ フィン部、６ｂ ベース部、７ 冷却液、１０ 冷却装置、４０ 接着層。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
一方の面に、上記マイクロチャネル冷却板を支持する支持部と、先端部が接合されていない可撓性を有した複数のフィンの配列されたフィン部が設けられ、当該フィン部のそれぞれのフィンの先端が上記マイクロチャネル冷却板の有するフィンの先端と対向しかつ当該フィン部のそれぞれのフィン面が上記マイクロチャネル冷却板の有するフィン面と交差するように配置されるとともに、当該フィン部の各フィン間が上記マイクロチャネル冷却板の各マイクロチャネル流路と連通して上記冷却液が流入する冷却板と、を備えた半導体素子の冷却装置。 A fin portion having a mounting surface on which the semiconductor element is placed on one surface and a plurality of fins, the tip portions of which are not joined, is provided directly below the mounting surface on the other surface. A microchannel cooling plate in which a plurality of microchannel flow paths through which the coolant flows are formed;
One surface is provided with a support portion that supports the microchannel cooling plate and a fin portion in which a plurality of flexible fins that are not joined to the tip portion are arranged, and each fin portion of the fin portion is arranged. Are arranged so that the tips of the fins face the tips of the fins of the microchannel cooling plate and the fin surfaces of the fin portions intersect with the fin surfaces of the microchannel cooling plate. A cooling device for a semiconductor device, comprising: a cooling plate in which fins communicate with each microchannel flow path of the microchannel cooling plate and into which the cooling liquid flows.
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| JP2013048710A Pending JP2014175568A (en) | 2013-03-12 | 2013-03-12 | Semiconductor element cooling device |
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018163912A (en) * | 2017-03-24 | 2018-10-18 | 株式会社ケーヒン | Power module |
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| KR20200139747A (en) * | 2018-05-18 | 2020-12-14 | 로저스 저매니 게엠베하 | Metal-ceramic substrate, metal-ceramic substrate cooling system and method for manufacturing the system |
| CN114280443A (en) * | 2021-11-03 | 2022-04-05 | 浙江大学杭州国际科创中心 | Power chip manifold type micro-channel heat exchanger testing device |
-
2013
- 2013-03-12 JP JP2013048710A patent/JP2014175568A/en active Pending
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| JP7130775B2 (en) | 2018-05-18 | 2022-09-05 | ロジャーズ ジャーマニー ゲーエムベーハー | System for cooling a metal-ceramic substrate, metal-ceramic substrate, and method of manufacturing the system |
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| US11848248B2 (en) | 2018-05-18 | 2023-12-19 | Rogers Germany Gmbh | System for cooling a metal-ceramic substrate, a metal-ceramic substrate and method for manufacturing the system |
| CN114280443A (en) * | 2021-11-03 | 2022-04-05 | 浙江大学杭州国际科创中心 | Power chip manifold type micro-channel heat exchanger testing device |
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