JP2012099528A - Electronic device - Google Patents
Electronic device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2012099528A JP2012099528A JP2010243491A JP2010243491A JP2012099528A JP 2012099528 A JP2012099528 A JP 2012099528A JP 2010243491 A JP2010243491 A JP 2010243491A JP 2010243491 A JP2010243491 A JP 2010243491A JP 2012099528 A JP2012099528 A JP 2012099528A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- electronic device
- cooling
- electropolymer
- flow path
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Micromachines (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、電子デバイスに関するものであり、例えば、半導体集積回路装置やMEMS(Micro Electoro Mechanical System)等の電子デバイスに設けるポリマーアクチュエータを備えた流路冷却システムに関するものである。 The present invention relates to an electronic device, for example, a flow path cooling system provided with a polymer actuator provided in an electronic device such as a semiconductor integrated circuit device or a MEMS (Micro Electro Mechanical System).
大規模半導体集積回路装置(LSI)の高集積化に伴いトランジスタ密度が増加し、インタコネクタ等の接続配線も狭いピッチで多層化が必要になってきている。高集積化は動作周波数の増加やリーク電流の増加を伴うため、発熱量は世代ごとに大きくなっている。 With the high integration of large-scale semiconductor integrated circuit devices (LSIs), the transistor density has increased, and connection wiring such as interconnectors has to be multilayered at a narrow pitch. Since higher integration is accompanied by an increase in operating frequency and an increase in leakage current, the amount of heat generation increases with each generation.
因みに、最近のLSIチップの発熱量は100W/cm2にまで達しており局所的にアイロンが設置されているような構造になっている。これらチップの温度は最大で150℃程度まで上昇するため、ヒートスプレッダを介してヒートシンクから空冷放熱している。
Incidentally, the heat generation amount of recent LSI chips has reached 100 W /
多くのCPUユニットでは空冷によりLSIチップを冷却するだけでは足りず、冷却効率の良い水冷ユニットが登場している。冷却媒体としての水は空気に比べて、約4,000倍も効率的に熱を保持することができ、熱伝導効率も遥かに高い。 In many CPU units, it is not enough to cool the LSI chip by air cooling, and water cooling units with high cooling efficiency have appeared. Water as a cooling medium can hold heat about 4,000 times more efficiently than air, and its heat conduction efficiency is much higher.
しかし、どの冷却システムもLSIチップセットに大掛かりなシステムを搭載するものでありパッケージングレベルでの効率が悪いという問題がある。そこで、最近では発熱するコア部分を分散してマルチコア化した熱設計とした効率的な散熱構造のデザインも採用されている。 However, every cooling system has a large-scale system mounted on an LSI chip set, and there is a problem that efficiency at a packaging level is poor. Therefore, recently, an efficient heat dissipating structure design, in which a heat generating core portion is dispersed to form a multi-core structure, has been adopted.
一方、最近では微細加工の限界が見え始めたLSIの3次元集積化が盛んに進められている。LSIチップを3次元的に集積化することで高速化やバンド幅の拡大が期待され、更には、配線距離が縮まることでバス消費電力の低減も期待される。 On the other hand, recently, the three-dimensional integration of LSI, which has started to see the limits of microfabrication, has been actively promoted. It is expected that the LSI chip is three-dimensionally integrated to increase the speed and the bandwidth, and further, the bus power consumption is expected to be reduced by reducing the wiring distance.
しかし、3次元的積層化は発熱体の集積を伴うため、発熱量を増加し、熱の放熱効率も悪いことは明らかである。そこで、放熱効率の良い積層方法やチップレイアウトも検討され始めた。 However, since the three-dimensional stacking accompanies accumulation of heating elements, it is clear that the amount of heat generation is increased and the heat radiation efficiency is poor. Then, the lamination method and chip layout with good heat dissipation efficiency have begun to be studied.
例えば、2008年にIBM研究所より微細加工を用いたチップ水冷内蔵3Dチップの開発が報告され、IEEE−国際会議(IITC2008) でも報告された(例えば、非特許文献1参照)。これは、数層のチップ構造の間に水を流して水冷する方法であり、オンボードでパッケージングしたLSIチップを水冷するよりも遥かに効率的に冷やすことが可能である。 For example, in 2008, IBM Research Laboratories reported the development of a chip-cooled 3D chip using microfabrication, and was also reported at the IEEE-International Conference (IITC2008) (for example, see Non-Patent Document 1). This is a method of cooling water by flowing water between several layers of chip structures, and it is possible to cool an LSI chip packaged on-board much more efficiently than water cooling.
しかしながら、MEMS技術で形成された水冷構造はLSIチップに直接穴を開ける構造であることと、外付けポンプが必要であるため、微細化されたLSIチップのレイアウトに対して制約を与えるという問題がある。 However, the water cooling structure formed by the MEMS technology is a structure in which holes are directly formed in an LSI chip, and an external pump is required, and thus there is a problem in that the layout of a miniaturized LSI chip is restricted. is there.
例えば、水冷ユニットの課題は、第一には、冷却流路はLSIチップの微細化を損なう構造ではないことが挙げられる。それ以外には、冷却効率が高いこと、ポンプシステムを含めたコンパクトな構造であること、ホットスポット領域の極限まで水冷が行き届くこと、積極的な水冷をするための新たな機能が盛り込めること、微細化が容易であることも重要になる。なお、このような要請は、LSIチップに限られるものではなく、MEMSセンサ等の他の電子デバイスに対しても要請されるものである。 For example, the problem of the water cooling unit is that, firstly, the cooling flow path is not a structure that impairs the miniaturization of the LSI chip. Other than that, it has a high cooling efficiency, a compact structure including a pump system, water cooling reaches the limit of the hot spot area, and new functions for active water cooling can be incorporated. It is also important to make it easier. Such a request is not limited to an LSI chip, but is also required for other electronic devices such as a MEMS sensor.
したがって、本発明は、電子デバイスの微細化を損なうことのない構造の冷却用流路を備えた冷却システムを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a cooling system including a cooling flow path having a structure that does not impair the miniaturization of an electronic device.
開示する一観点からは、能動素子を設けた電子デバイス基板と、前記電子デバイス基板に固着され、電圧を印加すると誘電作用により変形するエレクトロポリマーと、前記エレクトロポリマーを挟み込む電極対と、前記電子デバイス基板或いは前記エレクトロポリマーの少なくとも一方に設けた前記エレクトロポリマーの変形により流路断面積が変化する冷却用流路用の溝とを有することを特徴とする電子デバイスが提供される。 From one disclosed aspect, an electronic device substrate provided with an active element, an electropolymer fixed to the electronic device substrate and deformed by a dielectric action when a voltage is applied, an electrode pair sandwiching the electropolymer, and the electronic device There is provided an electronic device comprising: a cooling channel groove whose channel cross-sectional area is changed by deformation of the electropolymer provided on at least one of a substrate and the electropolymer.
開示の電子デバイスによれば、電子デバイスの微細化を損なうことのない構造の冷却用流路を備えた冷却システムを提供することが可能になる。 According to the disclosed electronic device, it is possible to provide a cooling system including a cooling flow path having a structure that does not impair the miniaturization of the electronic device.
ここで、図1乃至図5を参照して、本発明の実施の形態の電子デバイス用冷却システムを説明する。図1は、冷却用流路を形成したポリマーアクチュエータの動作原理の説明図であり、左側は同極性の電圧を印加した状態の概念的斜視図であり、右側は互いに逆極性の電圧を印加した状態の概念的斜視図である。 Here, with reference to FIG. 1 thru | or FIG. 5, the cooling system for electronic devices of embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 1 is an explanatory view of the operating principle of a polymer actuator having a cooling flow path, the left side is a conceptual perspective view in a state where voltages having the same polarity are applied, and the right side is applied with voltages having opposite polarities. It is a conceptual perspective view of a state.
電場を印加すると歪を生じたり圧力を発生するポリマー、即ち、エレクトロポリマー1に冷却用流路2を設けるとともに、その上下の主表面に電極3,4を設けてポリマーアクチュエータを構成する。このような、電場を印加すると歪を生じたり圧力を発生するエレクトロポリマーは昔から知られているが、最近になって研究も進み人口筋肉などに応用されている。
A polymer that generates strain or pressure when an electric field is applied, that is, an
右側の図に示すように、電極3,4に互いに逆極性の電圧を印加すると、電極3,4同士が引き合い、マクスウェル応力が働いて電極3と電極4の間隔が縮小し、間に挟み込まれているエレクトロポリマー1の断面形状が変形する。図の場合には、エレクトロポリマー1が薄くなって冷却用流路2が押し潰されて断面積が小さくなるため内部の冷却液5が押し出される。
As shown in the figure on the right side, when voltages having opposite polarities are applied to the
一方、左側の図に示すように、同極性の電圧を印加した状態の冷却用流路2の断面積は逆極性の電圧を印加した場合の断面積より大きいので、押し出されてきた冷却液5を受け入れることになる。この特性を利用して伸縮を繰り返すと、冷却用流路2の断面積が変化し、ダイアフラムポンプ作用によるポンピング動作が可能になる。
On the other hand, as shown in the left figure, the cross-sectional area of the
このような誘電体の電歪効果を用いたエレクトロポリマーは、変形率も高く良好である。例えば、EPAM(電場応答高分子型人工筋肉)は最大変形量が400%、エレクトロアクティブポリマー(EAP)で380%、アクリルで215%、シリコーンで63%であり、ポリウレタンは、10V/μmの電圧印加状態で変位量10%である。因みに、ポリマーではない無機材料のジルコン酸チタン酸塩(PZT)などの特定の圧電磁器は一般にひずみが1.6%未満であり変易量は小さい。 An electropolymer using such a dielectric electrostrictive effect has a high deformation rate and is favorable. For example, EPAM (electric field responsive polymer artificial muscle) has a maximum deformation of 400%, electroactive polymer (EAP) 380%, acrylic 215%, silicone 63%, polyurethane has a voltage of 10V / μm The displacement is 10% in the applied state. Incidentally, a specific piezoelectric ceramic such as zirconate titanate (PZT), which is an inorganic material that is not a polymer, generally has a strain of less than 1.6% and a small change amount.
図2は、本発明の実施の形態における冷却用流路の構成説明図であり、図2(a)は電子デバイス基板側に溝を形成した場合であり、図2(b)はエレクトロポリマー側に溝を設けた場合である。また、図2(c)は、電子デバイス基板とエレクトロポリマーの双方を利用して冷却用流路を形成した場合である。 FIG. 2 is a configuration explanatory view of the cooling flow path in the embodiment of the present invention, FIG. 2 (a) is a case where a groove is formed on the electronic device substrate side, and FIG. 2 (b) is an electropolymer side. This is a case where a groove is provided in the case. FIG. 2C shows the case where the cooling channel is formed using both the electronic device substrate and the electropolymer.
図2(a)に示すように、電子デバイス基板側に溝を形成する場合には、電子デバイス基板30のデバイス形成面と反対側の面に溝31を形成して、電極対23を形成したエレクトロポリマー21を貼り付ける。この場合、溝の表面には、SiO2膜或いは、SiN膜を介してSiO2膜を設けておくことが望ましい。
As shown in FIG. 2A, when forming a groove on the electronic device substrate side, the
左側の図のように、電極対23に互いに逆極性の電圧を印加することによって電極対23に挟まれたエレクトロポリマー21は圧縮されて、溝31を覆う天井部が凹んで冷却用流路32のコンダクタンスは大きくなる。一方、右側の溝31のように、電極対23に同極性の電圧を印加することによって電極対23に挟まれたエレクトロポリマー21は膨張して、溝31を覆う天井部が突出して冷却用流路32のコンダクタンスは小さくなる。
As shown in the figure on the left side, the
図2(b)に示すように、エレクトロポリマー側に溝を設ける場合には、ベースデバイス10上に溝22を形成したエレクトロポリマー21を用いた電子デバイス用冷却システム20を貼りつけ、その上に電子デバイス基板30を貼り付ける。この場合、溝22の直下のエレクトロポリマー21を挟むように互いに対向する電極対23を形成し、頂面が電子デバイス基板30で覆われた溝22が冷却用流路24となる。
As shown in FIG. 2B, when a groove is provided on the electropolymer side, an electronic
左側の溝22のように、電極対23に互いに逆の極性の電圧を印加することによって電極対23に挟まれたエレクトロポリマー21は圧縮されて、溝が深くなって冷却用流路24のコンダクタンスは大きくなる。一方、右側の溝22のように、電極対23に同極性の電圧を印加することによって電極対23に挟まれたエレクトロポリマー21は膨張して、溝が浅くなって冷却用流路24のコンダクタンスは小さくなる。
As in the
図2(c)に示すように、電子デバイス基板とエレクトロポリマーを利用して冷却用流路を形成する場合には、ベースデバイス10上に貫通溝25を形成したエレクトロポリマー21を貼りつけ、その上に電子デバイス基板30を貼り付ける。この場合、貫通溝25の左右のエレクトロポリマー21の上下を挟むように互いに対向する電極対23を形成し、上下が電子デバイス基板30及びベースデバイス10で囲まれ、左右がエレクトロポリマーで囲まれた貫通溝25が冷却用流路27となる。なお、ベースデバイス10は、電子デバイス基板30と同じものでも良い。
As shown in FIG. 2C, when the cooling channel is formed using the electronic device substrate and the electropolymer, the
左側の貫通溝のように、電極対23に互いに逆の極性の電圧を印加することによって電極対23に挟まれたエレクトロポリマー21は圧縮されて、左右方向に突出するため貫通溝25が狭くなって冷却用流路27のコンダクタンスは小さくなる。一方、右側の貫通溝25のように、電極対23に同極性の電圧を印加することによって電極対23に挟まれたエレクトロポリマー21は膨張して、貫通溝25は左右方向に引っ込むので貫通溝25が広くなって冷却用流路27のコンダクタンスは大きくなる。
Like the left side through groove, the
図3は、アクチュエータ動作を利用したヒートパイプの概念的斜視図であり、積層した電子デバイス基板30の上にそれぞれ冷却用流路28を設けた電子デバイス用冷却システム20を設けたものである。上下の電子デバイス用冷却システム20の間は、上側の電子デバイス基板30に貫通孔を形成して貫通孔に挿通する接続流路29で接続する。
FIG. 3 is a conceptual perspective view of a heat pipe using an actuator operation, in which an electronic
例えば、エレクトロポリマー21としてEAPを用いて冷却用流路28を形成する。電子デバイス基板30がLSIチップである場合、CPUコアの部分がホットスポットとなるが、マルチコアの場合などはコアの動作によって発熱するコアや温度が使用頻度によって変化する。
For example, the
より発熱している場所に優先的に冷却液を供給する必要があるため、より発熱している場所の冷却用流路の断面積を大きくし、他の場所は小さくなるように、コンダクタンスを変えることが望ましい。コンダクタンスを変える場合には、設計段階で断面積を変えても良いし、或いは、電極対を設け、コア部の温度を検知して、電圧印加により、より発熱している場所の冷却用流路の断面積を大きくし、他の場所は小さくなるようにしても良い。 Since it is necessary to supply coolant preferentially to a place where heat is generated, the conductance is changed so that the cross-sectional area of the cooling flow path in the place where heat is generated is increased and the other areas are reduced. It is desirable. When changing the conductance, the cross-sectional area may be changed at the design stage, or a cooling flow path in a place where more heat is generated by providing a pair of electrodes, detecting the temperature of the core, and applying a voltage. The cross-sectional area may be increased and other locations may be decreased.
この場合、冷却液として、水を用いることにより、コア部で吸熱により冷却液が気化し、上側の電子デバイス基板30上に設けられた電子デバイス用冷却システム20で放熱されて液化するので、ヒートパイプとして動作することになる。
In this case, by using water as the coolant, the coolant is vaporized by heat absorption at the core portion, and is radiated and liquefied by the electronic
エレクトロポリマーによる冷却用流路は、非閉鎖系でも良いが、循環閉鎖回路で構成することが望ましく、一度循環が始まれば、ポンプ動作を停止しても冷却液は流れ続けることができる。図4は、本発明の実施の形態の閉鎖系電子デバイス用冷却システムを搭載した電子デバイスの概念的構成図であり、図4(a)は電子デバイス用冷却システムの斜視図であり、図4(b)は積層状態の断面図である。 The electropolymer cooling flow path may be a non-closed system, but is preferably configured by a circulation closed circuit, and once the circulation starts, the coolant can continue to flow even if the pump operation is stopped. 4 is a conceptual configuration diagram of an electronic device equipped with a closed electronic device cooling system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4A is a perspective view of the electronic device cooling system. (B) is sectional drawing of a lamination | stacking state.
図に示した電子デバイスは、コントロールチップ等の半導体集積回路装置或いはインターポーザー等のベースデバイス10と、電子デバイス用冷却システム20と、電子デバイス基板30とを積層した構造になっている。この場合、電子デバイス用冷却システム20を構成するエレクトロポリマー21自体を接着剤としてベースデバイス10と電子デバイス用基板30とを貼り合わせる。
The electronic device shown in the figure has a structure in which a semiconductor integrated circuit device such as a control chip or a
電子デバイス基板30は、半導体集積回路装置或いはMEMSセンサ等であり、典型的には半導体集積回路装置である。半導体集積回路装置の場合には、ロジック部とメモリ部とが区画されて形成されており、ロジック部の一部、例えば、CPUコアがホットスポット部33となりメモリ部は非ホットスポット部34となる。
The
電子デバイス用冷却システム20は、母体となるエレクトロポリマー21に循環閉鎖ループを構成する冷却用流路27が形成されており、その途中に電圧を印加する電極対41が形成されたマイクロポンプ40を設けている。なお、冷却用流路27の平面形状は任意であるが、冷却効率を高めるためには蛇行した形状、典型的には櫛歯状の形状が望ましい。
The electronic
電極対41は、冷却液の流れる方向に沿って、2対以上、好適には3対以上設けることが望ましく、複数の電極対41に互いに位相のずれたパルス電圧を順次印加することによって、所定方向に冷却液が流れ、ポンプ作用を停止しても冷却液は流れ続ける。但し、抵抗により流れが止まりかけた場合には、再び、電極対41に電圧を印加してポンプ作用を行わせれば良い。なお、非ホットスポット部34が放熱部となる。
It is desirable to provide two or more, preferably three or more pairs of
図4(b)に示すように、冷却用流路27には流路に沿ってコンダクタンス変更用の電極対42が設けられており、ホットスポット部33の近傍では冷却用流路27の断面積を広げるように同極性の電圧を印加して断面積を拡大する。
As shown in FIG. 4B, the
図5は、図4に示した電子デバイス用冷却システムのブロックダイアグラムであり、ここでは、ホットスポット部33となるCPUコアが3個所ある場合を示している。また、ポンプ部は基本的には1箇所で良いが、ここでは、CPUコアに合わせて3つのポンプ部を設けた場合を例として図示している。
FIG. 5 is a block diagram of the electronic device cooling system shown in FIG. 4, and shows a case where there are three CPU cores serving as the
各CPUコアの近傍には、温度センサを設けてCPUコアの発熱温度を測定する。例えば温度センサとしてトランジスタを用い、このトランジスタの抵抗変化を検出することによって発熱温度を直接モニタすることができる。 A temperature sensor is provided in the vicinity of each CPU core to measure the heat generation temperature of the CPU core. For example, a heat generation temperature can be directly monitored by using a transistor as a temperature sensor and detecting a resistance change of the transistor.
モニタ結果を制御部に入力してポンプ動作を行わせて冷却液を循環させるとともに、制御部によりコンダクタンス変更部の電極対に印加する電圧を、モニタした温度に応じて可変に印加して、冷却用流路の断面積を拡大する。なお、ここでは、図示はしていないが、非ホットスポット部34における冷却用流路に対しては、断面積が小さくなるように電圧を印加しても良い。 The monitoring result is input to the control unit to cause the pump operation to circulate the coolant, and the control unit variably applies the voltage applied to the electrode pair of the conductance changing unit according to the monitored temperature to cool the cooling liquid. Enlarge the cross-sectional area of the working channel. Although not shown here, a voltage may be applied to the cooling flow path in the non-hot spot portion 34 so that the cross-sectional area becomes small.
本発明の実施の形態においては、即ち、エレクトロポリマーを用いて電子デバイス用冷却システムを形成しているので、電子デバイスの微細化を損なうことなく、冷却システムを構築することができる。 In the embodiment of the present invention, that is, since the cooling system for an electronic device is formed using the electropolymer, the cooling system can be constructed without impairing the miniaturization of the electronic device.
なお、電子デバイス用冷却システムは、通常の半導体製造プロセスを利用して順次成膜して形成すれば良い。或いは、ガラス基板等の成膜基板上に通常の半導体製造プロセスを利用して順次成膜して電子デバイス用冷却システムを形成したのち、基板から剥離して電子デバイス基板に貼り付けても良い。 The electronic device cooling system may be formed by sequentially forming a film using a normal semiconductor manufacturing process. Alternatively, after forming a cooling system for an electronic device by sequentially forming a film on a film formation substrate such as a glass substrate using a normal semiconductor manufacturing process, the film may be peeled off from the substrate and attached to the electronic device substrate.
また、電極対は、Auに限られるものではないが、エレクトロポリマーの変形を阻害しないためにできるだけ柔らかい金属が望ましく、Au以外には、例えば、Ni、Ti等を用いることができる。 The electrode pair is not limited to Au, but is preferably a metal that is as soft as possible so as not to inhibit the deformation of the electropolymer. For example, Ni or Ti can be used in addition to Au.
以上を前提として、次に、図6を参照して、本発明の実施例1の冷却システム付き半導体集積回路装置を説明する。図6は、本発明の実施例1の冷却システム付き半導体集積回路装置の概念的要部断面図である。シリコン基板50のデバイス形成面51と反対側の面にTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)を用いて(110)面方位エッチングにより溝55を形成する。溝55の幅は、例えば、30μmとし、深さは20μmとする。なお、図においては、溝55は2本であるが、実際には多数の溝を並列に設けた多チャンネル構造とする。
Based on the above, a semiconductor integrated circuit device with a cooling system according to a first embodiment of the present invention will be described next with reference to FIG. FIG. 6 is a conceptual cross-sectional view of a principal part of the semiconductor integrated circuit device with a cooling system according to the first embodiment of the present invention. A
次いで、背面全面にSiN膜を介してSiO2膜(いずれも図示は省略)を設けたのち、溝55の周囲にAu電極56を形成する。なお、デバイス形成面51側にはソルダーレジスト52に設けた開口部を介してパッド53及びバンプ54が形成されている。
Next, after an
次いで、ガラス基板(図示は省略)上に一方の側のAu電極56と対向するAu対向電極57を形成したのち、EAP膜58をスピンコートによって、例えば、20μmの厚さに成膜し、不要部を除去する。次いで、一方の溝55に設けたAu電極56と接続するともに、他方の溝に設けたAu電極56と対向するAu対向電極59を形成する。
Next, after forming an
次いで、再び、EAP膜58をスピンコートによって、20μmの厚さに塗布したのち、不要部分のEAP膜58を除去することによって、電子デバイス用冷却システム20が完成する。なお、Au電極56及びAu対向電極57,59は流路方向に例えば、100μm幅で分割するように形成する。また、このAu電極56及びAu対向電極57,59の対は、流路に沿って多段、例えば、3段構造に設ける。
Next, the
次いで、電子デバイス用冷却システム20をガラス基板から剥離したのち、ウェーハボンディング法により、例えば、200℃の加熱雰囲気で圧力を印加してEAP自体を接着剤として電子デバイス用冷却システム20とシリコン基板50とを貼り合わせる。
Next, after the electronic
その結果、EAP膜58を天井部材とする溝55によって冷却用流路60が形成され、この冷却用流路60に冷却液61、例えば、超純水を導入する。ここで、3段構造の電極対に例えば、5Vのパルス電位を与えて動作させた。このときのEAPの変形量は約10%となる。
As a result, a cooling
本発明の実施例1においては、シリコン基板の裏面に溝を形成するだけで流路を形成しているので、半導体集積回路装置の微細化に影響を与えることなく優れた冷却システムを構築することができる。 In the first embodiment of the present invention, since the flow path is formed only by forming the groove on the back surface of the silicon substrate, an excellent cooling system is constructed without affecting the miniaturization of the semiconductor integrated circuit device. Can do.
次に、図7を参照して、本発明の実施例2の冷却システム付き半導体集積回路装置を説明する。図7は、本発明の実施例2の冷却システム付き半導体集積回路装置の説明図であり、図7(a)は、要部概念的斜視図であり、図7(b)は概念的断面図である。 Next, a semiconductor integrated circuit device with a cooling system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7A and 7B are explanatory views of a semiconductor integrated circuit device with a cooling system according to a second embodiment of the present invention, FIG. 7A is a conceptual perspective view of a main part, and FIG. 7B is a conceptual cross-sectional view. It is.
ベースデバイスとなるシリコン基板70上に多チャンネル構造のAu電極71を形成したのち、スピンコートによりEAP膜72を例えば、20μmの厚さに成膜する。次いで、レジストパターンを用いたドライエッチングにより、幅が、例えば、20μmの貫通溝73を形成するとともに、100μm間隔のスリット74を形成する。
After forming an
次いで、予めAu対向電極76を形成した半導体集積回路装置75を貼り付ける。この基板貼り付けにおいては、ウェーハボンディング法により、例えば、200℃の加熱雰囲気で圧力を印加してEAP自体を接着剤としてボンディングすることによって、冷却用流路77が形成される。Au電極71とAu対向電極76との間に印加する電圧を調整することによって、冷却用流路77の断面積を変化させて冷却液78を一定の方向に流すことができる。
Next, the semiconductor integrated
本発明の実施例2においては、EAPに形成した貫通溝を冷却用流路としているので、半導体集積回路装置の微細化に影響を与えることなく、簡単なエッチング工程によって優れた冷却システムを構築することができる。 In the second embodiment of the present invention, since the through groove formed in the EAP is used as a cooling channel, an excellent cooling system is constructed by a simple etching process without affecting the miniaturization of the semiconductor integrated circuit device. be able to.
次に、図8を参照して、本発明の実施例3の冷却システム付き半導体集積回路装置を説明する。図8は、本発明の実施例3の冷却システム付き半導体集積回路装置の概念的要部断面図である。まず、シリコン基板80のデバイス形成面81の表面に多チャンネル構造のAu電極82を形成する。なお、Au電極82のピッチは100μmとする。
Next, a semiconductor integrated circuit device with a cooling system according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a conceptual cross-sectional view of a principal part of a semiconductor integrated circuit device with a cooling system according to a third embodiment of the present invention. First, an
次いで、スピンコートにより、EPA膜83を例えば、20μmの厚さに成膜する。次いで、Au電極82に対向するAu対向電極84を形成する。次いで、ナノインプリント法を用いてAu対向電極84上において深さが10μmの溝85となるようにEPA膜86を形成する。次いで、ウェーハボンディング法により200℃の加熱雰囲気で圧力を印加してシリコン基板87のデバイス形成面88側を貼り合わせることによって、冷却用流路89が形成される。
Next, the
Au電極82とAu対向電極84との間に印加する電圧を調整することによって、冷却液90の流れる冷却用流路89のコンダクタンスを調整することができる。
By adjusting the voltage applied between the
本発明の実施例3においては、エレクトロポリマーに溝を形成するだけであるので、半導体集積回路装置に影響を与えることなく、簡単な成膜工程によって優れた冷却システムを構築することができる。
In
ここで、実施例1乃至実施例3を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
(付記1)能動素子を設けた電子デバイス基板と、前記電子デバイス基板に固着され、電圧を印加すると誘電作用により変形するエレクトロポリマーと、前記エレクトロポリマーを挟み込む電極対と、前記電子デバイス基板或いは前記エレクトロポリマーの少なくとも一方に設けた前記エレクトロポリマーの変形により流路断面積が変化する冷却用流路用の溝とを有することを特徴とする電子デバイス。
(付記2)前記エレクトロポリマーの変形が伸縮運動であり、前記伸縮運動によりポンプ動作がなされるマイクロポンプ構造を有することを特徴とする付記1に記載の電子デバイス。
(付記3)前記マイクロポンプ構造が、前記冷却用流路の延在方向にそって、前記電極対を3対以上有することを特徴とする付記2に記載の電子デバイス。
(付記4)前記冷却用流路が、閉鎖還流流路であることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1に記載の電子デバイス。
(付記5)前記冷却用流路が並列に複数本設けられ、前記複数本の冷却用流路の内の少なくとも一本の冷却用流路の電圧非印加時の流路断面積が、他の冷却用流路の電圧非印加時の流路断面積と異なっていることを特徴とする付記1乃至付記4のいずれか1に記載の電子デバイス。
(付記6)前記電子デバイス基板のホットスポットの近傍に前記ホットスポットの温度を測定する温度読み取り回路を有するとともに、前記温度読み取り回路の出力に応じて前記電極対に印加する電圧を可変にする可変電圧印加手段を有することを特徴とする付記1乃至付記5のいずれか1に記載の電子デバイス。
(付記7)前記電子デバイス基板が半導体基板であり、前記冷却用流路が前記半導体基体側に形成されていることを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1に記載の電子デバイス。
(付記8)前記エレクトロポリマーが2つの前記電子デバイス基板の間に設けられており、前記冷却用流路の上下面が前記第1の電子デバイス基板と第2の電子デバイス基板の主面であり、前記冷却用流路の両側面が前記エレクトロポリマーの表面であることを特徴とする付記1乃至付記6のいずれか1に記載の電子デバイス。
(付記9)前記エレクトロポリマーが、電場応答高分子型人工筋肉、エレクトロアクティブエレクトロポリマー、アクリル、シリコーン或いはポリウレタンのいずれかの材料からなることを特徴とする付記1乃至付記8のいずれか1に記載の電子デバイス。
(付記10)電子デバイス基板に能動素子を形成する工程と、基板上に、少なくとも一対の電極対で挟み込まれた電圧を印加すると誘電作用により変形するエレクトロポリマーを形成する工程と、前記少なくとも一対の電極対で挟み込まれたエレクトロポリマーを前記基板から剥離する工程と、前記剥離した少なくとも一対の電極対で挟み込まれたエレクトロポリマーを前記エレクトロポリマー自体を接着剤として前記電子デバイス基板に固着して、前記電子デバイス基板或いは前記エレクトロポリマーの少なくとも一方に前記エレクトロポリマーの変形により流路断面積が変化する冷却用流路を形成する工程とを有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。
Here, the following supplementary notes are attached to the embodiments of the present invention including Examples 1 to 3.
(Appendix 1) An electronic device substrate provided with an active element, an electropolymer fixed to the electronic device substrate and deformed by a dielectric action when a voltage is applied, an electrode pair sandwiching the electropolymer, the electronic device substrate or the electronic device substrate An electronic device, comprising: a cooling channel groove whose channel cross-sectional area is changed by deformation of the electropolymer provided in at least one of the electropolymers.
(Supplementary note 2) The electronic device according to
(Supplementary note 3) The electronic device according to
(Supplementary note 4) The electronic device according to any one of
(Supplementary Note 5) A plurality of the cooling channels are provided in parallel, and at least one of the plurality of cooling channels has a channel cross-sectional area when no voltage is applied. 5. The electronic device according to any one of
(Additional remark 6) It has the temperature reading circuit which measures the temperature of the said hot spot in the vicinity of the hot spot of the said electronic device board | substrate, and the variable which makes the voltage applied to the said electrode pair variable according to the output of the said temperature reading circuit The electronic device according to any one of
(Supplementary note 7) The electronic device according to any one of
(Appendix 8) The electropolymer is provided between the two electronic device substrates, and the upper and lower surfaces of the cooling flow path are main surfaces of the first electronic device substrate and the second electronic device substrate. The electronic device according to any one of
(Supplementary note 9) Any one of
(Additional remark 10) The process of forming an active element in an electronic device board | substrate, The process of forming the electropolymer which deform | transforms by a dielectric effect when the voltage pinched | interposed between at least a pair of electrode pair is applied on a board | substrate, The said at least one pair A step of peeling the electropolymer sandwiched between electrode pairs from the substrate, and fixing the electropolymer sandwiched between the separated at least one pair of electrodes to the electronic device substrate using the electropolymer itself as an adhesive, Forming a cooling channel whose channel cross-sectional area is changed by deformation of the electropolymer on at least one of the electronic device substrate and the electropolymer.
1 エレクトロポリマー
2 冷却用流路
3,4 電極
5 冷却液
10 ベースデバイス
20 電子デバイス用冷却システム
21 エレクトロポリマー
22 溝
23,41,42 電極対
24,27,28 冷却用流路
25 貫通溝
29 接続流路
30 電子デバイス基板
31 溝
32 冷却用流路
33 ホットスポット部
34 非ホットスポット部
40 マイクロポンプ
50,70,80,87 シリコン基板
51,81,88 デバイス形成面
52 ソルダーレジスト
53 パッド
54 バンプ
55 溝
56,71,82 Au電極
58,72,83,86 EAP膜
57,59,76,84 Au対向電極
60,77,89 冷却用流路
61,78,90 冷却液
73 貫通溝
74 スリット
75 半導体集積回路装置
85 溝
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記電子デバイス基板に固着され、電圧を印加すると誘電作用により変形するエレクトロポリマーと、
前記エレクトロポリマーを挟み込む電極対と、
前記電子デバイス基板或いは前記エレクトロポリマーの少なくとも一方に設けた前記エレクトロポリマーの変形により流路断面積が変化する冷却用流路用の溝と
を有することを特徴とする電子デバイス。 An electronic device substrate provided with active elements;
An electropolymer fixed to the electronic device substrate and deformed by dielectric action when a voltage is applied;
An electrode pair sandwiching the electropolymer;
An electronic device comprising: a cooling channel groove whose channel cross-sectional area is changed by deformation of the electropolymer provided on at least one of the electronic device substrate or the electropolymer.
前記複数本の冷却用流路の内の少なくとも一本の冷却用流路の電圧非印加時の流路断面積が、他の冷却用流路の電圧非印加時の流路断面積と異なっていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電子デバイス。 A plurality of the cooling flow paths are provided in parallel,
The flow path cross-sectional area when no voltage is applied to at least one cooling flow path among the plurality of cooling flow paths is different from the flow path cross-sectional area when no voltage is applied to the other cooling flow paths. The electronic device according to claim 1, wherein the electronic device is an electronic device.
前記温度読み取り手段の出力に応じて前記電極対に印加する電圧を可変にする可変電圧印加手段を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の電子デバイス。 In addition to having a temperature reading means for measuring the temperature of the hot spot in the vicinity of the hot spot of the electronic device substrate,
4. The electronic device according to claim 1, further comprising: a variable voltage applying unit that varies a voltage applied to the electrode pair according to an output of the temperature reading unit. 5.
前記冷却用流路の上下面が前記第1の電子デバイス基板と第2の電子デバイス基板の主面であり、
前記冷却用流路の両側面が前記エレクトロポリマーの表面であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の電子デバイス。 The electropolymer is provided between the two electronic device substrates;
The upper and lower surfaces of the cooling flow path are main surfaces of the first electronic device substrate and the second electronic device substrate,
5. The electronic device according to claim 1, wherein both side surfaces of the cooling flow path are surfaces of the electropolymer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010243491A JP5630215B2 (en) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | Electronic devices |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010243491A JP5630215B2 (en) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | Electronic devices |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012099528A true JP2012099528A (en) | 2012-05-24 |
JP5630215B2 JP5630215B2 (en) | 2014-11-26 |
Family
ID=46391145
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010243491A Expired - Fee Related JP5630215B2 (en) | 2010-10-29 | 2010-10-29 | Electronic devices |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5630215B2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06224338A (en) * | 1993-01-22 | 1994-08-12 | Hitachi Ltd | Electronic device |
JPH0727056A (en) * | 1993-07-06 | 1995-01-27 | Hitachi Ltd | Pump |
JP2005142513A (en) * | 2003-11-10 | 2005-06-02 | Sony Corp | Cooling device and electronic equipment |
JP2005527178A (en) * | 2002-03-05 | 2005-09-08 | エスアールアイ インターナショナル | Electroactive polymer devices for controlling fluid flow |
JP2006324345A (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Alps Electric Co Ltd | Cooler of electronic heating element |
JP2009138573A (en) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Tokai Rubber Ind Ltd | Peristaltic pump |
-
2010
- 2010-10-29 JP JP2010243491A patent/JP5630215B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06224338A (en) * | 1993-01-22 | 1994-08-12 | Hitachi Ltd | Electronic device |
JPH0727056A (en) * | 1993-07-06 | 1995-01-27 | Hitachi Ltd | Pump |
JP2005527178A (en) * | 2002-03-05 | 2005-09-08 | エスアールアイ インターナショナル | Electroactive polymer devices for controlling fluid flow |
JP2005142513A (en) * | 2003-11-10 | 2005-06-02 | Sony Corp | Cooling device and electronic equipment |
JP2006324345A (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Alps Electric Co Ltd | Cooler of electronic heating element |
JP2009138573A (en) * | 2007-12-04 | 2009-06-25 | Tokai Rubber Ind Ltd | Peristaltic pump |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5630215B2 (en) | 2014-11-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6722426B2 (en) | Thermal clamp device for electronic system | |
JP6339222B2 (en) | Stacked semiconductor die assembly with improved thermal performance and related systems and methods | |
US7420807B2 (en) | Cooling device for electronic apparatus | |
JP5114414B2 (en) | Integrated microchannel for 3D through silicon architecture | |
Venkatadri et al. | A review of recent advances in thermal management in three dimensional chip stacks in electronic systems | |
JP6121416B2 (en) | Cooling device with thermoelectric sensor | |
US6870271B2 (en) | Integrated circuit assembly module that supports capacitive communication between semiconductor dies | |
TW591984B (en) | Micro-circulating flow channel system and its manufacturing method | |
EP2597676A2 (en) | Power module package | |
US9252070B2 (en) | Three-dimensional mounting semiconductor device and method of manufacturing three-dimensional mounting semiconductor device | |
JP2012253104A (en) | Mounting structure of laminated module using interposer | |
JP4034173B2 (en) | Semiconductor integrated circuit device and semiconductor integrated circuit chip thereof | |
JP2002349975A (en) | Heat transport system | |
US20110154833A1 (en) | Miniaturized liquid cooling device | |
JP5630215B2 (en) | Electronic devices | |
JP5145458B2 (en) | Heat transfer device capable of generating electricity | |
TW200415819A (en) | Integrated fuel cell power conditioning with added functional control | |
CN113023663B (en) | All-silicon MEMS micro-channel radiator and processing method thereof | |
JP5799360B2 (en) | Laminated module and interposer used therefor | |
US20210343924A1 (en) | Heterogeneous integration chip of micro fluid actuator | |
Islam et al. | Numerical analysis of liquid cooling of 3D-ICs using embedded channels | |
JP2015002291A (en) | Semiconductor device and cooling method for the same | |
JPH03273669A (en) | Semiconductor device with cooling mechanism | |
CN113460951B (en) | Active MEMS solid-state refrigeration device and manufacturing method thereof | |
JP6263866B2 (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130805 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20140626 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140909 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140922 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5630215 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |