JP6131730B2

JP6131730B2 - Semiconductor device and cooling method thereof

Info

Publication number: JP6131730B2
Application number: JP2013126823A
Authority: JP
Inventors: 聖二日比野; 水野　義博; 義博水野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-06-17
Filing date: 2013-06-17
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-06-17
Also published as: JP2015002291A

Description

本発明は、半導体装置及びその冷却方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a cooling method thereof.

半導体ＩＣチップやパッケージ、車載用パワー半導体等の電子部品や電子機器等では、動作時に発生する熱を効率的に取り除き、高い信頼性のもとに継続的に動作する機能を搭載することが求められている。例えば、サーバやＰＣには非常に多くの熱を発生するＣＰＵ（Central Processing Unit）が使用されているため、そこから発生する熱を効率よく取り除くとともに、筐体内部や設置場所の温度環境を適正に維持することが求められている。また、装置の小型化・高速化の進展に伴い、電流密度が増加しひいては発熱量も多くなっており、熱を効率的に取り除くことがますます求められている。 Electronic components and electronic devices such as semiconductor IC chips and packages, automotive power semiconductors, etc. must be equipped with a function that efficiently removes heat generated during operation and operates continuously with high reliability. It has been. For example, a server or PC uses a CPU (Central Processing Unit) that generates a great deal of heat, so that the heat generated from it can be removed efficiently and the temperature environment in the chassis and installation location is appropriate. Is required to be maintained. In addition, with the progress of miniaturization and speeding up of devices, the current density increases and the amount of heat generation increases, and there is an increasing demand for efficient removal of heat.

特に、複数の半導体チップを積み重ねて実装した三次元実装半導体装置では、表面に設けたヒートシンク等の放熱装置によって積層内の総ての半導体チップを冷却することは困難である。このため、如何にして内部の半導体チップから効率的に熱を取り除くかが重要となっている。 In particular, in a three-dimensional mounting semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are stacked and mounted, it is difficult to cool all the semiconductor chips in the stack by a heat dissipation device such as a heat sink provided on the surface. For this reason, it is important how to efficiently remove heat from the internal semiconductor chip.

このような背景から、三次元実装半導体装置の各半導体チップを効率よく冷却するための候補技術として、マイクロチャネルを用いた冷却技術が提案されている。この技術は、三次元実装半導体装置に複数のマイクロチャネルを設け、このマイクロチャネルに冷却用の液体を流すことにより、各半導体チップを冷却する方法である。半導体チップとマイクロチャネルチップを交互に三次元積層することによって、各半導体チップを効率よく冷却することが可能になる。 Against this background, a cooling technique using a microchannel has been proposed as a candidate technique for efficiently cooling each semiconductor chip of a three-dimensional mounting semiconductor device. This technique is a method of cooling each semiconductor chip by providing a plurality of microchannels in a three-dimensional mounting semiconductor device and flowing a cooling liquid through the microchannels. By alternately three-dimensionally stacking semiconductor chips and microchannel chips, each semiconductor chip can be efficiently cooled.

実開平０２−０８６１４１号公報Japanese Utility Model Publication No. 02-086141 特開平０８−２５０８８２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 08-250882 特開２００５−２５２０９２号公報JP 2005-252092 A

しかしながら、マイクロチャネルチップは、小型であり、また、少ない流量で高い熱交換率を実現できるという利点を有する一方、異物による目詰まりが生じやすいという欠点があった。マイクロチャネルが目詰まりを起こすと、マニホールド部で圧力上昇が生じ、その結果、冷媒流量が低下して冷却性能が低下することがあった。また、目詰まりが進行して著しい圧力上昇が生じると、機器の破損や冷媒の漏出が生じることもあった。 However, the microchannel chip has the advantage that it is small in size and has a merit that a high heat exchange rate can be realized with a small flow rate. When the microchannel is clogged, a pressure increase occurs in the manifold portion, and as a result, the refrigerant flow rate decreases and the cooling performance may decrease. In addition, when clogging progresses and a significant pressure increase occurs, damage to equipment and leakage of refrigerant may occur.

本発明の目的は、マイクロチャネルの目詰まりによる冷却性能の低下や冷媒の漏出を防止しうる半導体装置の構造及び半導体装置の冷却方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a structure of a semiconductor device and a method for cooling the semiconductor device, which can prevent a cooling performance from being lowered and a refrigerant from leaking due to clogging of a microchannel.

実施形態の一観点によれば、マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部と、前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する制御機構とを有する半導体装置が提供される。 According to one aspect of the embodiment, a stacked body in which a first substrate having a microchannel and a second substrate on which a semiconductor element is formed is bonded to the first side surface of the stacked body, A first refrigerant introduction portion for introducing a refrigerant into the microchannel from the first side surface, and a second side surface of the laminate that is in contact with the first side surface; A second refrigerant introduction part for introducing the refrigerant into the microchannel, and a third side surface of the laminate that is opposed to the first side surface, for discharging the refrigerant from the microchannel. When the pressure applied to the refrigerant introduced into the microchannel from the refrigerant discharge section and the first refrigerant introduction section exceeds a predetermined value, the refrigerant is introduced from the second refrigerant introduction section into the microchannel. Control mechanism A semiconductor device having a are provided.

また、実施形態の他の観点によれば、マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部とを有する半導体装置の冷却方法であって、前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入し、前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する半導体装置の冷却方法が提供される。 According to another aspect of the embodiment, a stacked body in which a first substrate having a microchannel and a second substrate on which a semiconductor element is formed is stacked; and a first side surface of the stacked body A first refrigerant introduction portion for introducing a refrigerant into the microchannel from the first side surface, and a second side surface of the laminate that is in contact with the first side surface; A second refrigerant introduction portion for introducing the refrigerant into the microchannel from the side surface of the laminated body, and a third side surface of the laminate opposite to the first side surface, and discharging the refrigerant from the microchannel. A cooling method for a semiconductor device having a refrigerant discharge part for introducing the refrigerant from the first refrigerant introduction part to the microchannel and introducing the refrigerant from the first refrigerant introduction part to the microchannel. The refrigerant Pressure applied is when a exceeds a predetermined value, the cooling method of a semiconductor device for introducing the coolant into the microchannel from the second refrigerant inlet portion is provided.

開示の半導体装置によれば、マイクロチャネルの目詰まりによる冷却性能の低下を防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。 According to the disclosed semiconductor device, it is possible to prevent a decrease in cooling performance due to clogging of the microchannel. Thereby, the reliability of the semiconductor device can be improved.

図１は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 図２は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その１）である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view (part 1) showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 図３は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その２）である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view (part 2) illustrating the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 図４は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その３）である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view (part 3) illustrating the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 図５は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その４）である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view (part 4) showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 図６は、第１実施形態による半導体装置の動作を説明する図（その１）である。FIG. 6 is a diagram (part 1) for explaining the operation of the semiconductor device according to the first embodiment. 図７は、第１実施形態による半導体装置の動作を説明する図（その２）である。FIG. 7 is a diagram (part 2) for explaining the operation of the semiconductor device according to the first embodiment. 図８は、第２実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment. 図９は、第３実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the third embodiment. 図１０は、第４実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the fourth embodiment.

［第１実施形態］
第１実施形態による半導体装置について図１乃至図７を用いて説明する。 [First Embodiment]
The semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図１は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略図である。図２乃至図５は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図６及び図７は、本実施形態による半導体装置の動作を説明する図である。 FIG. 1 is a schematic view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 2 to 5 are schematic cross-sectional views showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. 6 and 7 are diagrams for explaining the operation of the semiconductor device according to the present embodiment.

はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図１乃至図５を用いて説明する。 First, the structure of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.

本実施形態による半導体装置１０は、図１に示すように、素子部１２と、素子部１２に接合された第１のマニホールド４２、第２のマニホールド４４及び第３のマニホールド４６を有している。第１のマニホールド４２、第２のマニホールド４４及び第３のマニホールド４６には、それぞれ、導管５２、導管５４及び導管５６が接続されている。導管５６は、導管５２から分岐している。導管５２，５６の分岐部５８と第１のマニホールド４２との間の導管５２には、逆流防止弁６２が設けられている。導管５６には、リリーフ弁６４が設けられている。導管５２が冷媒を注入する側の導管（インレット）であり、導管５４が冷媒を排出する側の導管（アウトレット）である。 As shown in FIG. 1, the semiconductor device 10 according to the present embodiment includes an element portion 12, a first manifold 42, a second manifold 44, and a third manifold 46 joined to the element portion 12. . A conduit 52, a conduit 54, and a conduit 56 are connected to the first manifold 42, the second manifold 44, and the third manifold 46, respectively. The conduit 56 branches off from the conduit 52. A backflow prevention valve 62 is provided in the conduit 52 between the branch portion 58 of the conduits 52 and 56 and the first manifold 42. The conduit 56 is provided with a relief valve 64. The conduit 52 is a conduit (inlet) on the side of injecting the refrigerant, and the conduit 54 is a conduit (outlet) on the side of discharging the coolant.

なお、本願明細書では、導管５２、逆流防止弁６２及び第１のマニホールド４２を含む機構を第１の冷媒導入部と呼ぶこともある。また、導管５２、リリーフバルブ６４及び第３のマニホールド４６を含む機構を第２の冷媒導入部と呼ぶこともある。また、第２のマニホールド４４及び導管５４を含む機構を冷媒排出機構と呼ぶこともある。 In the present specification, a mechanism including the conduit 52, the backflow prevention valve 62, and the first manifold 42 may be referred to as a first refrigerant introduction part. In addition, a mechanism including the conduit 52, the relief valve 64, and the third manifold 46 may be referred to as a second refrigerant introduction unit. In addition, a mechanism including the second manifold 44 and the conduit 54 may be referred to as a refrigerant discharge mechanism.

図２及び図３は、素子部１２の構造を示す概略断面図である。図２が図１のＡ−Ａ′線断面図であり、図３が図１のＢ−Ｂ′線断面図である。 2 and 3 are schematic cross-sectional views showing the structure of the element portion 12. 2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB ′ in FIG.

素子部１２は、図２及び図３に示すように、マイクロチャネルチップ１４と半導体チップ１６とが交互に積層された積層体からなる。マイクロチャネルチップ１４の表面には複数のフィン２８が形成されており、これにより、マイクロチャネルチップ１４と半導体チップ１６との各界面には、フィン２８より壁面が画定されたマイクロチャネル１８が形成されている。なお、フィン２８は、マイクロチャネル１８の形状を維持するための柱であるとともに、ヒートシンクのフィンと同様、表面積を増加して冷媒との熱交換を高効率化する役割をも担うものである。素子部１２は、はんだバンプ等の接続電極２２を介して、回路基板２０上に搭載されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the element unit 12 is formed of a stacked body in which microchannel chips 14 and semiconductor chips 16 are alternately stacked. A plurality of fins 28 are formed on the surface of the microchannel chip 14, thereby forming a microchannel 18 having a wall surface defined by the fins 28 at each interface between the microchannel chip 14 and the semiconductor chip 16. ing. Note that the fins 28 are pillars for maintaining the shape of the microchannel 18 and, like the fins of the heat sink, also have a role of increasing the surface area and improving the efficiency of heat exchange with the refrigerant. The element unit 12 is mounted on the circuit board 20 via connection electrodes 22 such as solder bumps.

図には、４枚のマイクロチャネルチップ１４と４枚の半導体チップ１６とを交互に積層してなる素子部１２を示しているが、マイクロチャネルチップ１４及び半導体チップ１６の枚数や配置は、これに限定されるものではなく、適宜変更することができる。 In the figure, an element portion 12 is shown in which four microchannel chips 14 and four semiconductor chips 16 are alternately stacked. The number and arrangement of the microchannel chips 14 and semiconductor chips 16 are as follows. It is not limited to this, and can be changed as appropriate.

マイクロチャネルチップ１４及び半導体チップ１６は、必要に応じて図示しない貫通配線を有することがある。この貫通配線は、フィン２８部分を貫通するように形成することができる。また、マイクロチャネルチップ１４と半導体チップ１６とは、熱膨張係数の近い材料で形成することが望ましい。マイクロチャネルチップ１４と半導体チップ１６との熱膨張係数差が大きいと、駆動時の熱によってこれらの接合部に応力が加わり、接合の信頼性を低下する虞があるからである。 The microchannel chip 14 and the semiconductor chip 16 may have through wiring (not shown) as necessary. This through wiring can be formed so as to penetrate the fin 28 portion. Further, it is desirable that the microchannel chip 14 and the semiconductor chip 16 be formed of a material having a close thermal expansion coefficient. This is because if the difference in thermal expansion coefficient between the microchannel chip 14 and the semiconductor chip 16 is large, stress is applied to these joints due to heat during driving, and the reliability of the joints may be reduced.

マイクロチャネル１８の短部は、素子部１２の積層体の第１の側面３２、第１の側面３２に対向する第２の側面３４、第１の側面３２と第２の側面３４とを接続する第３の側面３６に露出している。第１のマニホールド４２、第２のマニホールド４４、第３のマニホールド４６は、マイクロチャネル１８が露出した第１の側面３２、第２の側面３４、第３の側面３６に、それぞれ接合されている。 The short part of the microchannel 18 connects the first side surface 32 of the stacked body of the element unit 12, the second side surface 34 facing the first side surface 32, and the first side surface 32 and the second side surface 34. The third side surface 36 is exposed. The first manifold 42, the second manifold 44, and the third manifold 46 are respectively joined to the first side surface 32, the second side surface 34, and the third side surface 36 where the microchannel 18 is exposed.

図４は、図２及び図３の一点鎖線部に沿ったマイクロチャネル１８に平行な面の断面図である。図５は、図４のＣ−Ｃ′線断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a plane parallel to the microchannel 18 along the alternate long and short dash line portion of FIGS. 2 and 3. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG.

本実施形態による半導体装置には、後述するように、第１の側面４２側から冷媒を注入して第２の側面４４側から排出する場合と、第３の側面４６側から冷媒を注入して第２の側面４４側から排出する場合の、２つの使用態様がある。この２通りの冷媒の流れを実現するため、本実施形態ではフィン２８を、プレート型フィンとはせず、ピン型フィンとしている。 In the semiconductor device according to the present embodiment, as will be described later, the refrigerant is injected from the first side face 42 side and discharged from the second side face 44 side, and the refrigerant is injected from the third side face 46 side. There are two modes of use when discharging from the second side surface 44 side. In order to realize the two types of refrigerant flow, in the present embodiment, the fin 28 is not a plate-type fin but a pin-type fin.

また、第３の側面４６側のマイクロチャネル１８の開口部２４は、図４及び図５に示すように、第１の側面４２側ほど開口率が大きく、第２の側面４４側ほど開口率が小さくなっている。ここで、開口率とは、面積当りの開口部の割合を意味する。開口部２４の開口率をこのように設定するのは、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなるようにするためである。こうすることで、マイクロチャネル１８に流れ込む冷媒の流量の面内均一化を図ることができる。 As shown in FIGS. 4 and 5, the opening 24 of the microchannel 18 on the third side face 46 side has a larger opening ratio toward the first side face 42 side and an opening ratio toward the second side face 44 side. It is getting smaller. Here, the aperture ratio means the ratio of openings per area. The reason why the opening ratio of the opening 24 is set in this way is that the pressure loss received by the refrigerant injected from the third side surface 36 side is smaller as the first side surface 32 side is larger and as the second side surface 34 side is larger. It is for doing so. By doing so, the in-plane uniformity of the flow rate of the refrigerant flowing into the microchannel 18 can be achieved.

次に、本実施形態による半導体装置の動作について図６及び図７を用いて説明する。 Next, the operation of the semiconductor device according to the present embodiment will be explained with reference to FIGS.

図６に示すように、素子部１２の動作時、冷媒となる液体が導管５２から導入される。冷媒は、特に限定されるものではなく、例えば、純水や有機溶媒を用いることができる。また、熱伝導率を上げるために、これら液体に、熱伝導率の高い材料のフィラーを分散させるようにしてもよい。 As shown in FIG. 6, during operation of the element unit 12, a liquid serving as a refrigerant is introduced from the conduit 52. The refrigerant is not particularly limited, and for example, pure water or an organic solvent can be used. In order to increase the thermal conductivity, a filler made of a material having a high thermal conductivity may be dispersed in these liquids.

導管５２から導入された冷媒は、逆流防止弁６２を介して第１のマニホールド４２に導入される。第１のマニホールド４２に導入された冷媒は、第１のマニホールド４２を通じて素子部１２のマイクロチャネル１８の各層に注入される。冷媒がマイクロチャネル１８内を伝搬する過程で、発熱デバイスである半導体チップ１６とマイクロチャネル１８を通過する冷媒との間で熱交換が行われ、素子部１２を冷却することができる。 The refrigerant introduced from the conduit 52 is introduced into the first manifold 42 via the backflow prevention valve 62. The refrigerant introduced into the first manifold 42 is injected into each layer of the microchannel 18 of the element unit 12 through the first manifold 42. In the process in which the refrigerant propagates through the microchannel 18, heat exchange is performed between the semiconductor chip 16, which is a heat generating device, and the refrigerant passing through the microchannel 18, and the element unit 12 can be cooled.

素子部１２のマイクロチャネル１８を通過した冷媒は、第２のマニホールド４４でまとめられ、導管５４から排出される。 The refrigerant that has passed through the microchannel 18 of the element unit 12 is collected by the second manifold 44 and discharged from the conduit 54.

ここで、マイクロチャネル１８に目詰まりが生じていない通常の状態において、所定の流量で冷媒を流したときに第１のマニホールド４２に加わる圧力が、例えば０．１ＭＰａであるものと仮定する。 Here, it is assumed that the pressure applied to the first manifold 42 when the refrigerant flows at a predetermined flow rate in a normal state in which the microchannel 18 is not clogged is, for example, 0.1 MPa.

図７に示すように、マイクロチャネル１８の第１の側面側の開口部に目詰まり６６が生じてくると、素子部１２に導入される冷媒の流量が減少して冷却効率が低下し、第１のマニホールド４２に加わる圧力は徐々に増加していく。最悪の場合には、完全に目詰まりが生じ、素子部１２に冷媒が導入されなくなる。 As shown in FIG. 7, when clogging 66 occurs in the opening on the first side surface side of the microchannel 18, the flow rate of the refrigerant introduced into the element unit 12 is reduced, and the cooling efficiency is lowered. The pressure applied to one manifold 42 gradually increases. In the worst case, clogging occurs completely, and the refrigerant is not introduced into the element portion 12.

リリーフバルブ６４は、目詰まりによって第１のマニホールド４２に加わる圧力が所定値を超えたときに作動するように、例えば０．１５ＭＰａの圧力で動作するように設定されている。 The relief valve 64 is set to operate at a pressure of, for example, 0.15 MPa so as to operate when the pressure applied to the first manifold 42 exceeds a predetermined value due to clogging.

目詰まりによって第１のマニホールド４２に加わる圧力が増加し、０．１５ＭＰａを超えると、リリーフバルブ６４が作動して導管５２と導管５６とが接続され、導管５６を介して第３のマニホールド４６を通る迂回路が形成される。なお、第１のマニホールド４２と導管５２との間には逆流防止弁６２が設けられているため、リリーフバルブ６４が作動した際には、第１のマニホールド４２から導管５２への冷媒の逆流を防止することができる。 When the pressure applied to the first manifold 42 increases due to clogging and exceeds 0.15 MPa, the relief valve 64 is activated to connect the conduit 52 and the conduit 56, and the third manifold 46 is connected via the conduit 56. A detour that passes is formed. Since the backflow prevention valve 62 is provided between the first manifold 42 and the conduit 52, when the relief valve 64 is operated, the backflow of the refrigerant from the first manifold 42 to the conduit 52 is prevented. Can be prevented.

第３のマニホールド４６に導入された冷媒は、第３のマニホールド４６を通じて素子部１２のマイクロチャネル１８の各層に注入される。冷媒がマイクロチャネル１８内を伝搬する過程で、発熱デバイスである半導体チップ１６とマイクロチャネル１８を通過する冷媒との間で熱交換が行われ、素子部１２を冷却することができる。 The refrigerant introduced into the third manifold 46 is injected into each layer of the microchannel 18 of the element unit 12 through the third manifold 46. In the process in which the refrigerant propagates through the microchannel 18, heat exchange is performed between the semiconductor chip 16, which is a heat generating device, and the refrigerant passing through the microchannel 18, and the element unit 12 can be cooled.

ただし、素子部１２の第３の側面３６から冷媒を導入する場合、素子部１２の第１の側面３２から冷媒を導入する場合とは異なり、冷媒を導入する側面（第３の側面）と冷媒を排出する側面（第２の側面）とが９０度をなしている。このため、素子部１２内に導入された冷媒は、より圧力損失の小さい第２の側面と第３の側面との角部に近い領域を流れようとする。その結果、素子部１２内における冷媒の流速に分布が生じ、冷却効率の面内均一性が低下する虞がある。 However, when the refrigerant is introduced from the third side surface 36 of the element portion 12, unlike the case where the refrigerant is introduced from the first side surface 32 of the element portion 12, the side surface (third side surface) into which the refrigerant is introduced and the refrigerant And the side surface (second side surface) that discharges 90 degrees. For this reason, the refrigerant introduced into the element portion 12 tends to flow in a region close to the corner portion between the second side surface and the third side surface with smaller pressure loss. As a result, a distribution occurs in the flow rate of the refrigerant in the element unit 12, and the in-plane uniformity of the cooling efficiency may be reduced.

そこで、本実施形態による半導体装置では、第３の側面４６側のマイクロチャネル１８の開口部２４の開口率を、第１の側面４２側ほど大きく、第２の側面４４側ほど小さくしている（図４及び図５を参照）。これにより、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなる。これにより、素子部１２内における冷媒の流速を均一化し、冷却効率の面内均一性を向上することができる。 Therefore, in the semiconductor device according to the present embodiment, the aperture ratio of the opening 24 of the microchannel 18 on the third side surface 46 side is increased toward the first side surface 42 side and decreased toward the second side surface 44 side ( (See FIGS. 4 and 5). Thereby, the pressure loss which the refrigerant | coolant injected from the 3rd side surface 36 side receives becomes small toward the 1st side surface 32 side, and becomes large toward the 2nd side surface 34 side. Thereby, the flow rate of the refrigerant | coolant in the element part 12 can be equalize | homogenized, and the in-plane uniformity of cooling efficiency can be improved.

このように、本実施形態によれば、メインの冷媒導入部に加えてサブの冷媒導入部を設け、メインの冷媒導入部に目詰まりが生じたときにはサブの冷媒導入部から冷媒を導入するので、目詰まりによる冷却性能の低下を防止することができる。また、導管内の圧力の増加による冷媒の漏洩を防止することができる。また、マイクロチャネル内における冷媒の流速を均一化するので、サブの冷媒導入部から冷媒を導入する場合にも、冷却効率の面内均一性を維持することができる。 Thus, according to the present embodiment, the sub refrigerant introduction portion is provided in addition to the main refrigerant introduction portion, and the refrigerant is introduced from the sub refrigerant introduction portion when the main refrigerant introduction portion is clogged. Further, it is possible to prevent the cooling performance from being lowered due to clogging. Moreover, leakage of the refrigerant due to an increase in pressure in the conduit can be prevented. Further, since the flow rate of the refrigerant in the microchannel is made uniform, the in-plane uniformity of the cooling efficiency can be maintained even when the refrigerant is introduced from the sub refrigerant introduction part.

［第２実施形態］
第２実施形態による半導体装置について図８を用いて説明する。図１乃至図７に示す第１実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。 [Second Embodiment]
The semiconductor device according to the second embodiment will be explained with reference to FIG. The same components as those of the semiconductor device according to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

図８は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。 FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment.

第１実施形態による半導体装置では、第３の側面４６側のマイクロチャネル１８の開口部２４の開口率を変えることでマイクロチャネル１８を流れる冷媒の流速の均一化を行ったが、冷媒の流速の面内均一化を行う方法は、第１実施形態の方法に限定されるものではない。本実施形態では、冷媒の流速の均一化を行う他の方法について説明する。 In the semiconductor device according to the first embodiment, the flow rate of the refrigerant flowing through the microchannel 18 is made uniform by changing the opening ratio of the opening 24 of the microchannel 18 on the third side surface 46 side. The method for performing in-plane uniformity is not limited to the method of the first embodiment. In this embodiment, another method for equalizing the flow rate of the refrigerant will be described.

本実施形態による半導体装置は、図８に示すように、素子部１２の第３の側面３６に形成された多孔質膜２６を有している。多孔質膜２６は多層構造を有しており、第１の側面３２側ほど層数が少なく、第２の側面３４側ほど層数が多くなっている。換言すれば、多孔質膜２６は、第１の側面３２側ほど膜厚が薄く、第２の側面３４側ほど膜厚が厚くなっている。多孔質膜２６の層数が少ないほど冷媒はこれを通過しやすく、多孔質膜の層数が多いほど冷媒はこれを通過しにくくなる。これにより、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなる。これにより、素子部１２内における冷媒の流速を均一化し、冷却効率の面内均一性を向上することができる。 As shown in FIG. 8, the semiconductor device according to the present embodiment has a porous film 26 formed on the third side surface 36 of the element portion 12. The porous film 26 has a multilayer structure, and the number of layers is smaller on the first side surface 32 side, and the number of layers is larger on the second side surface 34 side. In other words, the film thickness of the porous film 26 is thinner toward the first side surface 32 side and thicker toward the second side surface 34 side. The smaller the number of layers of the porous film 26, the easier it is for the refrigerant to pass through. The larger the number of layers of the porous film, the more difficult the refrigerant passes through it. Thereby, the pressure loss which the refrigerant | coolant injected from the 3rd side surface 36 side receives becomes small toward the 1st side surface 32 side, and becomes large toward the 2nd side surface 34 side. Thereby, the flow rate of the refrigerant | coolant in the element part 12 can be equalize | homogenized, and the in-plane uniformity of cooling efficiency can be improved.

多孔質膜２６としては、例えば、市販で入手可能な金属製多孔質体、多孔質セラミック、樹脂製多孔質体等を適用することができる。また、シリコン微細加工技術を用いてエッチングにより作製してもよい。 As the porous film 26, for example, a commercially available metal porous body, porous ceramic, resin porous body, and the like can be applied. Moreover, you may produce by an etching using a silicon | silicone fine processing technique.

多孔質膜２６の膜厚や層数は、多孔質膜２６の構成材料、冷媒、素子部１２の大きさ等に基づき、冷媒の流速の面内均一性が向上するように適宜調整することが望ましい。 The film thickness and the number of layers of the porous film 26 may be appropriately adjusted based on the constituent material of the porous film 26, the refrigerant, the size of the element portion 12, and the like so that the in-plane uniformity of the refrigerant flow rate is improved. desirable.

［第３実施形態］
第３実施形態による半導体装置について図９を用いて説明する。図１乃至図８に示す第１及び第２実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。 [Third Embodiment]
The semiconductor device according to the third embodiment will be explained with reference to FIG. The same components as those of the semiconductor device according to the first and second embodiments shown in FIGS. 1 to 8 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

図９は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。 FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment.

本実施形態では、第２実施形態と同様、冷媒の流速の面内均一化を行う他の方法について説明する。 In the present embodiment, as in the second embodiment, another method for performing in-plane uniformization of the refrigerant flow rate will be described.

本実施形態による半導体装置は、マイクロチャネル１８自身の構造により、マイクロチャネル１８内を流れる冷媒の流速の均一化を行うものである。すなわち、本実施形態による半導体装置では、第３の側面３６側から注入される冷媒がマイクロチャネル１８によって受ける圧力損失が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなるように、フィン２８を配置する。 The semiconductor device according to the present embodiment equalizes the flow rate of the refrigerant flowing in the microchannel 18 by the structure of the microchannel 18 itself. That is, in the semiconductor device according to the present embodiment, the pressure loss that the refrigerant injected from the third side surface 36 receives by the microchannel 18 is smaller on the first side surface 32 side and larger on the second side surface 34 side. The fin 28 is disposed on the surface.

すなわち、例えば図９に示すように、フィン２８の密度が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなるように、フィン２８を配置する。こうすることで、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失を、第１の側面３２側ほど小さくし、第２の側面３４側ほど大きくすることができる。 That is, for example, as illustrated in FIG. 9, the fins 28 are arranged so that the density of the fins 28 is smaller toward the first side surface 32 side and larger toward the second side surface 34 side. By doing so, the pressure loss received by the refrigerant injected from the third side surface 36 side can be reduced toward the first side surface 32 side and increased toward the second side surface 34 side.

また、図９の例では、第１の側面３２から第２の側面３４に向かうフィン２８の配置を、場所によらず一定としているが、第３の側面３６からの距離に応じて異なる構造としてもよい。例えば、第３の側面３６から離間したフィン２８ほど（図９では右側のフィン２８ほど）、第１の側面３２側のフィン２８の密度を小さくするようにしてもよい。こうすることで、冷媒の流速の面内均一性をより高めることができる。 In the example of FIG. 9, the arrangement of the fins 28 from the first side surface 32 toward the second side surface 34 is constant regardless of the location, but the structure differs depending on the distance from the third side surface 36. Also good. For example, the density of the fins 28 on the first side surface 32 side may be reduced as the fins 28 are separated from the third side surface 36 (the right fin 28 in FIG. 9). By doing so, the in-plane uniformity of the flow rate of the refrigerant can be further increased.

［第４実施形態］
第４実施形態による半導体装置について図１０を用いて説明する。図１乃至図９に示す第１乃至第３実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。 [Fourth Embodiment]
The semiconductor device according to the fourth embodiment will be explained with reference to FIG. The same components as those of the semiconductor device according to the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted or simplified.

図１０は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。 FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment.

第１乃至第３実施形態では、フィン２８としてピン型フィンを用いた例を示したが、フィン２８はピン型フィンのみならず、他のフィン構造、例えばプレート型フィンを用いることもできる。本実施形態では、フィン２８をプレート型フィンにより形成し、フィン２８の密度によって冷媒の流速の面内均一化を行う他の方法について説明する。 In the first to third embodiments, an example in which a pin-type fin is used as the fin 28 has been shown. However, the fin 28 may be not only a pin-type fin but also other fin structures, for example, a plate-type fin. In the present embodiment, another method will be described in which the fins 28 are formed of plate-type fins, and the flow velocity of the refrigerant is equalized in the plane according to the density of the fins 28.

ピン型フィンを用いたマイクロチャネル１８の構造は種々考えられるが、一例として、例えば図１０に示すような構造を例示できる。 Various structures of the microchannel 18 using pin-type fins are conceivable. As an example, a structure as shown in FIG. 10 can be exemplified.

図１０に示す構造は、フィン２８を、第３の側面３６に平行な方向に断続的に延在するプレート型フィンとし、第１の側面３２側ほど個々のフィン２８の長さを短く、第２の側面３４側ほど個々のフィン２８の長さを長くしたものである。 In the structure shown in FIG. 10, the fins 28 are plate-type fins extending intermittently in a direction parallel to the third side surface 36, and the length of each fin 28 is shortened toward the first side surface 32 side. The length of each fin 28 is increased toward the side surface 34 of the second side.

図１０の例では、フィン２８とフィン２８との間隔を一定としているが、必ずしも一定である必要はない。例えば、フィン２８とフィン２８との間隔を、第１の側面３２側ほど広くし、第２の側面３４側ほど狭くしてもよい。これによっても、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失を、第１の側面３２側ほど小さくし、第２の側面３４側ほど大きくすることができる。 In the example of FIG. 10, the distance between the fins 28 and the fins 28 is constant, but it is not necessarily constant. For example, the interval between the fins 28 and the fins 28 may be increased toward the first side surface 32 side and may be decreased toward the second side surface 34 side. Also by this, the pressure loss received by the refrigerant injected from the third side face 36 side can be reduced toward the first side face 32 side and increased toward the second side face 34 side.

或いは、個々のフィン２８の長さを一定とし、フィン２８とフィン２８との間隔を、第１の側面３２側ほど広くし、第２の側面３４側ほど狭くしてもよい。 Alternatively, the lengths of the individual fins 28 may be made constant, and the distance between the fins 28 may be increased toward the first side surface 32 and decreased toward the second side surface 34.

また、図１０の例では、フィン２８を、第３の側面３６からの距離によらずに同じ構造としているが、第３の側面３６からの距離に応じて異なる構造としてもよい。例えば、第３の側面３６から離間した壁ほど（図１０では右側の壁ほど）、第１の側面３２側のフィン２８の長さを短くし、或いは、フィン２８とフィン２８との間隔を広くするようにしてもよい。こうすることで、冷媒の流速の面内均一性をより高めることができる。 In the example of FIG. 10, the fins 28 have the same structure regardless of the distance from the third side surface 36, but may have different structures depending on the distance from the third side surface 36. For example, the wall farther from the third side surface 36 (the right wall in FIG. 10), the length of the fin 28 on the first side surface 32 side is shortened, or the interval between the fin 28 and the fin 28 is widened. You may make it do. By doing so, the in-plane uniformity of the flow rate of the refrigerant can be further increased.

［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。 [Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.

例えば、上記第１実施形態による半導体装置に、第２実施形態による半導体装置の多孔質膜を組み合わせるようにしてもよい。 For example, the semiconductor device according to the first embodiment may be combined with the porous film of the semiconductor device according to the second embodiment.

また、上記第１及び第２実施形態による半導体装置に、第３又は第４実施形態による半導体装置のマイクロチャネルの構造を組み合わせるようにしてもよい。これにより、マイクロチャネル１８内における冷媒の流速の制御性を向上することが可能となり、面内均一性をより高めることができる。 The semiconductor device according to the first and second embodiments may be combined with the microchannel structure of the semiconductor device according to the third or fourth embodiment. Thereby, the controllability of the flow rate of the refrigerant in the microchannel 18 can be improved, and the in-plane uniformity can be further improved.

また、上記第１乃至第４実施形態では、第１のマニホールドを通常使用するメインマニホールドとし、第３のマニホールドを目詰まりが生じたときに使用するサブマニホールドとしたが、これらを入れ替えてもよい。第３のマニホールドをメインマニホールドとし、第１のマニホールドをサブマニホールドとする場合には、逆流防止弁６２とリリーフバルブ６４とを入れ替えればよい。 In the first to fourth embodiments, the first manifold is a main manifold that is normally used, and the third manifold is a sub-manifold that is used when clogging occurs. However, these may be replaced. . When the third manifold is a main manifold and the first manifold is a sub-manifold, the backflow prevention valve 62 and the relief valve 64 may be replaced.

また、上記実施形態では、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失を制御する構造を設けたが、冷媒が受ける圧力損失を制御する構造は、必ずしも設ける必要はない。例えば、チップサイズが十分に小さく、冷媒の流速の面内均一性が問題にならない場合などは、冷媒が受ける圧力損失を制御する構造を設けなくてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the structure which controls the pressure loss which the refrigerant | coolant inject | poured from the 3rd side surface 36 receives is provided, the structure which controls the pressure loss which a refrigerant | coolant receives is not necessarily provided. For example, when the chip size is sufficiently small and the in-plane uniformity of the flow rate of the refrigerant does not become a problem, a structure for controlling the pressure loss received by the refrigerant may not be provided.

また、上記実施形態では、マイクロチャネル１８に目詰まりが生じていない通常の状態での圧力が０．１ＭＰａであり、リリーフバルブ６４の作動する圧力が０．１５ＭＰａである場合を例示したが、これら動作圧力は適宜選択することができる。好適な動作圧力は、マイクロチャネルチップの層数や構造、導管の強度等によっても変わるものであり、これらに応じて適宜選択することが望ましい。 Moreover, in the said embodiment, although the pressure in the normal state in which clogging did not arise in the microchannel 18 was 0.1 MPa, and the pressure which the relief valve 64 act | operates was 0.15 MPa, these were illustrated. The operating pressure can be selected as appropriate. A suitable operating pressure varies depending on the number and structure of the microchannel chip layers, the strength of the conduit, and the like, and it is desirable to appropriately select the operating pressure.

また、上記実施形態では、第２の冷媒導入部の接続の制御にリリーフバルブ６４を用いたが、この制御機構は必ずしもリリーフバルブである必要はない。例えば、リリーフバルブ６４に代えて、導管５２内の圧力に応じて動作する電磁バルブを用いるようにしてもよい。なお、リリーフバルブを用いる利点としては、追加の制御機構を設けることなく自動で第２の冷媒導入部への接続を実現できることが挙げられる。 Moreover, in the said embodiment, although the relief valve 64 was used for control of the connection of a 2nd refrigerant | coolant introduction part, this control mechanism does not necessarily need to be a relief valve. For example, instead of the relief valve 64, an electromagnetic valve that operates according to the pressure in the conduit 52 may be used. An advantage of using the relief valve is that the connection to the second refrigerant introduction part can be realized automatically without providing an additional control mechanism.

また、上記実施形態に記載の半導体装置の構造等は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。 In addition, the structure and the like of the semiconductor device described in the above embodiment are merely examples, and can be appropriately modified or changed according to technical common sense or the like of those skilled in the art.

以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 Regarding the above embodiment, the following additional notes are disclosed.

（付記１）マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、
前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部と
を有することを特徴とする半導体装置。 (Additional remark 1) The laminated body by which the 1st board | substrate which has a microchannel, and the 2nd board | substrate with which the semiconductor element was formed are laminated | stacked,
A first refrigerant introduction part joined to the first side surface of the laminate and introducing a refrigerant from the first side surface to the microchannel;
A second refrigerant introduction part which is joined to a second side of the laminate that contacts the first side and introduces a refrigerant from the second side to the microchannel;
A semiconductor device, comprising: a refrigerant discharge portion that is bonded to a third side surface of the multilayer body opposite to the first side surface and discharges the refrigerant from the microchannel.

（付記２）付記１記載の半導体装置において、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する制御機構を更に有する
ことを特徴とする半導体装置。 (Appendix 2) In the semiconductor device according to Appendix 1,
And a control mechanism for introducing the refrigerant from the second refrigerant introduction unit into the microchannel when a pressure applied to the refrigerant introduced from the first refrigerant introduction unit into the microchannel exceeds a predetermined value. A semiconductor device.

（付記３）付記２記載の半導体装置において、
前記制御機構は、前記圧力が前記所定値を超えると弁が開放されるリリーフバルブを有する
ことを特徴とする半導体装置。 (Appendix 3) In the semiconductor device described in Appendix 2,
The control mechanism includes a relief valve that is opened when the pressure exceeds the predetermined value.

（付記４）付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の側面に設けられた前記マイクロチャネルの開口部の開口率は、前記第１の側面側ほど大きく、前記第３の側面側ほど小さくなっている
ことを特徴とする半導体装置。 (Appendix 4) In the semiconductor device according to any one of appendices 1 to 3,
The opening ratio of the opening portion of the microchannel provided on the second side surface is larger toward the first side surface side and smaller toward the third side surface side.

（付記５）付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の側面に設けられた多孔質膜を更に有し、
前記多孔質膜の膜厚は、前記第１の側面側ほど薄く、前記第３の側面側ほど厚くなっている
ことを特徴とする半導体装置。 (Appendix 5) In the semiconductor device according to any one of appendices 1 to 4,
A porous film provided on the second side surface;
The thickness of the porous film is thinner toward the first side surface and thicker toward the third side surface.

（付記６）付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記マイクロチャネル内に配置されたフィンの密度は、前記第１の側面側ほど小さく、前記第３の側面側ほど大きくなっている
ことを特徴とする半導体装置。 (Appendix 6) In the semiconductor device according to any one of appendices 1 to 5,
The density of the fins arranged in the microchannel is smaller on the first side surface side and larger on the third side surface side.

（付記７）付記６記載の半導体装置において、
前記フィンは、前記マイクロチャネル内における前記冷媒の流速が均一になるように配置されている
ことを特徴とする半導体装置。 (Appendix 7) In the semiconductor device described in Appendix 6,
The fin is arranged so that the flow rate of the coolant in the microchannel is uniform.

（付記８）付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記積層体は、複数の前記第１の基板と、複数の前記第２の基板とを有する
ことを特徴とする半導体装置。 (Appendix 8) In the semiconductor device according to any one of appendices 1 to 7,
The stacked body includes a plurality of the first substrates and a plurality of the second substrates. A semiconductor device, wherein:

（付記９）マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部とを有する半導体装置の冷却方法であって、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入し、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する
ことを特徴とする半導体装置の冷却方法。 (Supplementary Note 9) A stacked body in which a first substrate having a microchannel and a second substrate on which a semiconductor element is formed is stacked, and the first side surface is bonded to the first side surface of the stacked body. The first refrigerant introduction part for introducing the refrigerant from the first side to the microchannel, and the second side surface of the laminate that is in contact with the first side surface, are joined to the microchannel from the second side surface. A second refrigerant introduction part for introducing the refrigerant, and a refrigerant discharge part for discharging the refrigerant from the microchannel, which is joined to the third side surface of the laminate opposite to the first side surface. A semiconductor device cooling method comprising:
Introducing the refrigerant from the first refrigerant introduction section into the microchannel;
When the pressure applied to the refrigerant introduced into the microchannel from the first refrigerant introduction part exceeds a predetermined value, the refrigerant is introduced from the second refrigerant introduction part into the microchannel. A method of cooling a semiconductor device.

１０…半導体装置
１２…素子部
１４…マイクロチャネルチップ
１６…半導体チップ
１８…マイクロチャネル
２０…回路基板
２２…接続電極
２４…開口部
２６…多孔質膜
２８…フィン
３２…第１の側面
３４…第２の側面
３６…第３の側面
４２…第１のマニホールド
４４…第２のマニホールド
４６…第３のマニホールド
５２，５４，５６…導管
５８…分岐部
６２…逆流防止弁
６４…リリーフバルブ
６６…目詰まり DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor device 12 ... Element part 14 ... Micro channel chip 16 ... Semiconductor chip 18 ... Micro channel 20 ... Circuit board 22 ... Connection electrode 24 ... Opening part 26 ... Porous film | membrane 28 ... Fin 32 ... 1st side surface 34 ... 1st 2 side surface 36 ... 3rd side surface 42 ... 1st manifold 44 ... 2nd manifold 46 ... 3rd manifold 52,54,56 ... conduit 58 ... branching part 62 ... backflow prevention valve 64 ... relief valve 66 ... eyes Clogged

Claims

マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、
前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部と、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する制御機構と
を有することを特徴とする半導体装置。 A stacked body in which a first substrate having a microchannel and a second substrate on which a semiconductor element is formed are stacked;
A first refrigerant introduction part joined to the first side surface of the laminate and introducing a refrigerant from the first side surface to the microchannel;
A second refrigerant introduction part which is joined to a second side of the laminate that contacts the first side and introduces a refrigerant from the second side to the microchannel;
A refrigerant discharger joined to a third side of the laminate that faces the first side and for discharging the refrigerant from the microchannel ;
A control mechanism for introducing the refrigerant from the second refrigerant introduction unit into the microchannel when a pressure applied to the refrigerant introduced from the first refrigerant introduction unit into the microchannel exceeds a predetermined value. A semiconductor device.

マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、
前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部とを有し、
前記第２の側面に設けられた前記マイクロチャネルの開口率は、前記第１の側面側ほど大きく、前記第３の側面側ほど小さくなっている
ことを特徴とする半導体装置。 A stacked body in which a first substrate having a microchannel and a second substrate on which a semiconductor element is formed are stacked;
A first refrigerant introduction part joined to the first side surface of the laminate and introducing a refrigerant from the first side surface to the microchannel;
A second refrigerant introduction part which is joined to a second side of the laminate that contacts the first side and introduces a refrigerant from the second side to the microchannel;
A refrigerant discharge part for discharging the refrigerant from the microchannel, which is joined to a third side of the laminate opposite to the first side;
The aperture ratio of the microchannel provided on the second side surface is larger toward the first side surface side and smaller toward the third side surface side.

マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、
前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部と、
前記第２の側面に設けられた多孔質膜とを有し、
前記多孔質膜の膜厚は、前記第１の側面側ほど薄く、前記第３の側面側ほど厚くなっている
ことを特徴とする半導体装置。 A stacked body in which a first substrate having a microchannel and a second substrate on which a semiconductor element is formed are stacked;
A first refrigerant introduction part joined to the first side surface of the laminate and introducing a refrigerant from the first side surface to the microchannel;
A second refrigerant introduction part which is joined to a second side of the laminate that contacts the first side and introduces a refrigerant from the second side to the microchannel;
A refrigerant discharger joined to a third side of the laminate that faces the first side and for discharging the refrigerant from the microchannel;
And a porous film provided on the second side,
The thickness of the porous film is thinner toward the first side surface and thicker toward the third side surface.

請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記マイクロチャネル内に配置されたフィンの密度は、前記第１の側面側ほど小さく、前記第３の側面側ほど大きくなっている
ことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3 ,
The density of the fins arranged in the microchannel is smaller on the first side surface side and larger on the third side surface side.

マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部とを有する半導体装置の冷却方法であって、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入し、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する
ことを特徴とする半導体装置の冷却方法。 A stacked body in which a first substrate having a microchannel and a second substrate on which a semiconductor element is formed are stacked, and is bonded to a first side surface of the stacked body, and the microchannel is formed from the first side surface. A first refrigerant introduction portion for introducing a refrigerant into the first and second side surfaces of the laminate that are in contact with the first side surface, and for introducing the refrigerant from the second side surface into the microchannel. Of the semiconductor device, wherein the second refrigerant introduction portion is connected to the third side surface of the stacked body opposite to the first side surface, and the refrigerant discharge portion discharges the refrigerant from the microchannel. A cooling method,
Introducing the refrigerant from the first refrigerant introduction section into the microchannel;
When the pressure applied to the refrigerant introduced into the microchannel from the first refrigerant introduction part exceeds a predetermined value, the refrigerant is introduced from the second refrigerant introduction part into the microchannel. A method of cooling a semiconductor device.