JP2014192409A - Micro channel heat exchange device and electronic equipment - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro channel heat exchange device having a flow passage structure of low pressure loss, with reliability in structure, capable of maintaining cooling performance.SOLUTION: A micro channel heat exchange device includes a plurality of fins 2f which are separated from a ceiling surface 3e in cases 2, 3, formed on a bottom surface with spacing in a width direction, and partition a groove-like micro flow passage 2g, a projection 3f which is bridged on an upper end of the plurality of fins 2f by crossing the middle of the plurality of fins 2f in length direction, being protruded downward from the ceiling surface 3e, a flow-in side manifold 2b connected to one end of the plurality of fins 2f in the cases 2, 3, a flow-out side manifold 2c connected to the other end of the plurality of fins 2f in the cases 2, 3, a heat exchange fluid flow inlet 3b formed on at least one of bottom surfaces of the cases 2, 3 or the ceiling surface 3e, to be connected to the flow-out side manifold 2c, and a heat exchange object arrangement region 50 arranged on rear surfaces of the cases 2, 3.

Description

本発明は、マイクロチャネル熱交換装置及び電子機器に関する。   The present invention relates to a microchannel heat exchange device and an electronic apparatus.

電子部品は、熱により特性が変動することがあるので、動作を保証するため、一定の温度以下に保つことが要求される。しかも、コンピュータの普及により小型で高性能なものが求められており、それに伴い、省スペースで大きな発熱量を処理する要求が高まっている。   Since characteristics of electronic components may fluctuate due to heat, it is required to keep the temperature below a certain temperature in order to guarantee operation. In addition, with the spread of computers, small and high-performance ones are required, and accordingly, there is an increasing demand for processing a large calorific value in a small space.

一般的な冷却方法は、電子部品パッケージ直上にヒートシンクを取り付けた空冷方式であるが、特に高い信頼性が要求される場合には冷却水をポンプにより循環させ、十分な放熱スペースまで熱を輸送して冷却する水冷方式も採用されている。水冷方式では、水冷用の冷却流路が形成されたジャケットが電子部品パッケージ直上に固定されることが一般的だが、パッケージ自体、もしくは発熱源である半導体装置の近傍に冷却用マイクロ流路を形成することも検討されている。   The general cooling method is an air cooling method in which a heat sink is attached directly above the electronic component package. However, when particularly high reliability is required, the cooling water is circulated by a pump to transport the heat to a sufficient heat dissipation space. A water-cooling system is also used. In the water-cooling method, a jacket with a cooling channel for water cooling is generally fixed directly above the electronic component package, but a micro-channel for cooling is formed near the package itself or the semiconductor device that is the heat source. It is also considered to do.

マイクロ流路は、近年の電子部品がマルチコア化することに伴い、チップ上での複数の局所的な温度上昇箇所(ホットスポット)への冷却対策や、三次元積層されたLSIやパッケージ間のごく狭いエリアを冷却する手段として、その活用が期待されている。   With the recent trend toward multi-core electronic components, micro-channels can be used to cool multiple local temperature rise points (hot spots) on the chip, and between three-dimensionally stacked LSIs and packages. It is expected to be used as a means to cool a narrow area.

従来のマイクロ流路は、例えば、多数の細い溝のような狭い空間に冷媒を通すので流体抵抗が大きくなり、高揚程のポンプを必要としていた。しかし、冷却用に十分な冷媒の流量を確保するためには、ポンプサイズが大きくなるため、小型、薄型の電子機器装置への設置は難しく、また外部の冷却システムとして構築しても大型化するこので、小型化することが共通の課題となっていた。   In the conventional micro flow path, for example, since the refrigerant is passed through a narrow space such as a large number of thin grooves, the fluid resistance is increased, and a pump having a high head is required. However, in order to secure a sufficient refrigerant flow rate for cooling, the pump size becomes large, so it is difficult to install it in a small and thin electronic device, and it will become large even if it is built as an external cooling system Thus, downsizing has become a common issue.

これに対し、マイクロ流路となる複数の溝をその上のカバープレートとの間の上部空間に連通させる構造が知られ、これにより流体抵抗を低減することができる。この場合、0.5mm以下の幅を持つマイクロ流路において、流路総高さに対して連通流路の割合が0.3〜0.7の場合に低圧損構造が成立するとされることが知られている。しかし、連通流路部分は冷却性能に寄与しにくく、流速を低下させるため、下流になるにつれて熱交換性能が落ちることは避けられない。また、そのような上部空間では、流路を仕切る複数のフィンとその上のカバープレートの間に支えがない構造となるので、カバープレートの接合部分が少なくなるため、アセンブリ工程にてカバープレートの強度が低く、しかもマイクロ流路に冷媒を通した時の耐圧力性が低くなる。   On the other hand, a structure is known in which a plurality of grooves serving as microchannels are communicated with an upper space between the groove and the cover plate thereon, thereby reducing fluid resistance. In this case, in the micro flow channel having a width of 0.5 mm or less, the low pressure loss structure may be established when the ratio of the communication flow channel is 0.3 to 0.7 with respect to the total flow channel height. Are known. However, the communication flow path portion hardly contributes to the cooling performance and lowers the flow velocity, so that the heat exchange performance is inevitably lowered as it goes downstream. Further, in such an upper space, since there is no support between the plurality of fins that partition the flow path and the cover plate thereon, there are fewer joint portions of the cover plate. The strength is low, and the pressure resistance when the refrigerant is passed through the microchannel is low.

一方、冷媒を流す複数のマイクロ流路を仕切る複数のフィンの幾つかがカバープレートの下面に接触する構造が知られ、これによりカバープレートの接合強度が高くなる。   On the other hand, there is known a structure in which some of the plurality of fins that partition the plurality of micro flow channels for flowing the refrigerant are in contact with the lower surface of the cover plate, thereby increasing the bonding strength of the cover plate.

特開2009−239043号公報JP 2009-239043 A 特開平6−326226号公報JP-A-6-326226

上記のように、複数のマイクロ流路を仕切る複数のフィンの幾つかをカバープレートの下面に接触させた構造であっても、フィンが伸びていない連通流路部分が冷却性能に寄与しにくいことには変わりはなく、上記のように下流になるにつれて熱交換性能が落ちることは改善されない。   As described above, even if the structure is such that some of the plurality of fins that partition the plurality of micro flow paths are in contact with the lower surface of the cover plate, the communication flow path portion where the fins do not extend does not contribute to the cooling performance. There is no change, and it does not improve that heat exchange performance falls as it goes downstream as mentioned above.

本発明の目的は、構造の信頼性があり、冷却性能を維持できる低圧損の流路構造を有するマイクロチャネル熱交換装置及び電子機器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a microchannel heat exchange device and an electronic apparatus having a low-pressure-loss flow path structure that is reliable in structure and can maintain cooling performance.

本実施形態の1つの観点によれば、筐体と、前記筐体内で天井面から離間し、幅方向に間隔をおいて底面上に形成され、溝状のマイクロ流路を区画する複数のフィンと、前記複数のフィンの長手方向の途中を横切って前記複数のフィンの上端上に橋渡しされ、前記天井面から下に突出して形成される突起と、前記筐体内で前記複数のフィンの一端に繋がる流入側マニホールドと、前記筐体内で前記複数のフィンの他端に繋がる流出側マニホールドと、前記筐体の前記底面か前記天井面の少なくとも一方に形成されて前記流入側マニホールドに繋がる熱交換流体流入口と、前記筐体の前記底面か前記天井面の少なくとも一方に形成されて前記流出側マニホールドに繋がる熱交換流体流出口と、前記底面の裏面に配置される熱交換対象物配置面と、を有することを特徴とするマイクロチャネル熱交換装置が提供される。
発明の目的および利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素および組み合わせによって実現され達成される。前述の一般的な説明および以下の詳細な説明は、典型例および説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない、と理解されるものである。
According to one aspect of the present embodiment, a housing and a plurality of fins that are spaced apart from the ceiling surface in the housing and are formed on the bottom surface with an interval in the width direction to partition the groove-shaped microchannel And a protrusion that is bridged on the upper ends of the plurality of fins across the middle of the plurality of fins in the longitudinal direction and protrudes downward from the ceiling surface, and one end of the plurality of fins in the housing. A heat exchange fluid formed on at least one of the bottom surface or the ceiling surface of the housing and connected to the inflow side manifold, and an inflow side manifold connected to the other end of the plurality of fins in the housing An inflow port, a heat exchange fluid outlet formed on at least one of the bottom surface or the ceiling surface of the housing and connected to the outflow side manifold, and a heat exchange object disposition surface disposed on the back surface of the bottom surface Microchannel heat exchanger, characterized in that it comprises a are provided.
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims. It is to be understood that the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory only and are not restrictive of the invention.

本実施形態によれば、構造の信頼性があり、冷却性能を維持できる低圧損の流路構造を実現できる。   According to this embodiment, it is possible to realize a low-pressure-loss flow path structure that is reliable in structure and can maintain cooling performance.

図1(a)は、実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の第1例を示す上面図、図1(b)は、実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の第1例を示す内部平面図、図1(c)、(d)、(e)はそれぞれ図1(a)、(b)のI−I線、II−II線、III-III線から見た断面図である。FIG. 1A is a top view showing a first example of the microchannel heat exchange device according to the embodiment, and FIG. 1B is an internal plan view showing the first example of the microchannel heat exchange device according to the embodiment. FIGS. 1C, 1D, and 1E are sectional views taken along lines II, II-II, and III-III of FIGS. 1A and 1B, respectively. 図2(a)、(b)は、実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の第2例、第3例を示す側断面図である。2A and 2B are side cross-sectional views showing a second example and a third example of the microchannel heat exchange device according to the embodiment. 図3(a)は、実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の第4例を示す内部平面図、図3(b)、(c)は、それぞれ図3(a)のIV−IV線、V−V線から見た断面図である。FIG. 3A is an internal plan view showing a fourth example of the microchannel heat exchange device according to the embodiment, and FIGS. 3B and 3C are the IV-IV line and V in FIG. 3A, respectively. It is sectional drawing seen from the -V line. 図4は、比較例1、2及び3と実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の特性を示す表である。FIG. 4 is a table showing characteristics of Comparative Examples 1, 2, and 3 and the microchannel heat exchange device according to the embodiment. 図5は、実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の実装状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a mounted state of the microchannel heat exchange device according to the embodiment. 図6(a)〜(f)は、実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の基板を形成する工程の一例を示す断面図である。6A to 6F are cross-sectional views illustrating an example of a process for forming a substrate of the microchannel heat exchange device according to the embodiment. 図7は、(a)〜(g)は、実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の蓋体を形成する工程の一例を示す断面図である。FIGS. 7A to 7G are cross-sectional views illustrating an example of a process of forming a lid of the microchannel heat exchange device according to the embodiment. 図8は、実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の積層構造の第1例を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a first example of a laminated structure of the microchannel heat exchange device according to the embodiment. 図9は、実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の積層構造の第2例を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a second example of the laminated structure of the microchannel heat exchange device according to the embodiment.

以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面において、同様の構成要素には同じ参照番号が付されている。   Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the drawings, similar components are given the same reference numerals.

(第1の実施の形態)
図1(a)、(b)は、第1実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の一例を示す上面図、内部平面図及び側断面図であり、図1(c)、(d)、(e)はそれぞれ図1(a)、(b)のI−I線、II−II線、III-III線から見た断面図である。
図1に示すマイクロチャネル熱交換装置1の筐体は、基板2とそれを上から覆う蓋体3から形成されている。
(First embodiment)
FIGS. 1A and 1B are a top view, an internal plan view, and a side sectional view showing an example of the microchannel heat exchange device according to the first embodiment, and FIGS. e) are cross-sectional views taken along lines I-I, II-II, and III-III in FIGS. 1A and 1B, respectively.
The housing of the microchannel heat exchange device 1 shown in FIG. 1 is formed of a substrate 2 and a lid 3 that covers the substrate 2 from above.

基板2は、周囲を壁2aに囲まれ、上側が凹状に形成されている。基板2内部の一端寄りには上流側マニホールド2bが形成され、他端寄りには下流側マニホールド2cが形成され、それらの間の領域の底面には一端から他端に至るx方向に長い複数のフィン2fが形成されている。   The substrate 2 is surrounded by a wall 2a, and the upper side is formed in a concave shape. An upstream manifold 2b is formed near one end inside the substrate 2, a downstream manifold 2c is formed near the other end, and a plurality of long sides in the x direction from one end to the other end are formed on the bottom surface of the region between them. Fins 2f are formed.

複数のフィン2fは、基板2の幅方向(y方向)、即ち1つの側部から他方の側部に向けて間隔をおいて形成され、フィン2fの側方に形成される溝2gは熱交換媒体である冷媒が流れるマイクロ流路となっている。また、複数のフィン2fの上部のうち冷媒の流れの途中、即ち下流側には、嵌め込み溝2dが基板2の幅方向に直線状に並んで形成されている。嵌め込み溝2dは、基板2の裏面に配置される電子部品のような冷却対象物50の取り付け領域の一部の上方に位置している。   The plurality of fins 2f are formed at intervals in the width direction (y direction) of the substrate 2, that is, from one side to the other side, and the grooves 2g formed on the sides of the fins 2f exchange heat. It is a micro flow path through which a refrigerant as a medium flows. Further, fitting grooves 2 d are formed in a straight line in the width direction of the substrate 2 in the middle of the flow of the refrigerant in the upper part of the plurality of fins 2 f, that is, on the downstream side. The fitting groove 2d is located above a part of the attachment region of the cooling object 50 such as an electronic component arranged on the back surface of the substrate 2.

これにより、基板2では、上流側マニホールド2bに供給された冷媒が溝2g内を通って下流側マニホールド2cに到達する構造を有している。   As a result, the substrate 2 has a structure in which the refrigerant supplied to the upstream manifold 2b reaches the downstream manifold 2c through the groove 2g.

蓋体3は、下側が凹状に形成された下面開放形状を有し、その周囲の側壁3aの下面は、基板2の周囲の壁部2aの上面に重ね合わせることにより互いに密着できる形状を有している。側壁3aは、蓋体3を基板2に被せた状態で側壁3aに囲まれる天井面3eが基板2上のフィン2fとの間に間隙が生じる程度の高さを有している。蓋体3の内部の天井面3eのうち基板2の裏面、即ち冷却対象物配置面の一部の上方の位置には、下方に突出する流路狭窄用突起3fが形成されている。流路狭窄用突起3fは、複数のフィン2fの長手方向の上端の一部に接合されるとともに、複数のフィン2fとそれらの側方の溝2gを横切ってフィン2fの上端に橋渡しされる形状を有している。流路狭窄用突起3fの下面には、基板2のフィン2fの嵌め込み溝2dに嵌合される嵌め込み突起3dが形成されている。   The lid 3 has an open bottom shape in which the lower side is formed in a concave shape, and the bottom surface of the surrounding side wall 3a has a shape that can be adhered to each other by being superimposed on the top surface of the wall portion 2a around the substrate 2. ing. The side wall 3 a has such a height that a gap is formed between the ceiling surface 3 e surrounded by the side wall 3 a and the fin 2 f on the substrate 2 in a state where the lid 3 is covered with the substrate 2. On the back surface of the substrate 2 in the ceiling surface 3e inside the lid 3, that is, at a position above a part of the surface on which the object to be cooled is disposed, a flow path constriction projection 3 f that projects downward is formed. The channel narrowing projection 3f is joined to a part of the upper ends of the plurality of fins 2f in the longitudinal direction, and is bridged to the upper ends of the fins 2f across the plurality of fins 2f and the lateral grooves 2g. have. On the lower surface of the channel narrowing projection 3f, a fitting projection 3d to be fitted into the fitting groove 2d of the fin 2f of the substrate 2 is formed.

蓋体3の一端寄りの領域には、上流側マニホールド2bの上に位置する流入口3bが形成され、流入口3bには導入管4が接続されている。また、蓋体3のうち、他端寄りの領域には、下流側マニホールド2cの上に位置する流出口3cが形成され、流出口3cには排出管5が接続されている。   In the region near one end of the lid 3, an inflow port 3 b positioned on the upstream side manifold 2 b is formed, and an introduction pipe 4 is connected to the inflow port 3 b. Further, an outlet 3c located on the downstream manifold 2c is formed in a region near the other end of the lid 3, and a discharge pipe 5 is connected to the outlet 3c.

蓋体3の下面の壁部3aと基板2の上面の壁部2aは互いに密閉するように接合されている。これにより、蓋体3の流路狭窄用突起3fとフィン2fの接合部分を除いて、蓋体3の天井面3eとフィン2fの間には、溝2gに連通する熱交換媒体流路が形成される。また、流路狭窄用突起3fは、基板2と蓋体3を接合した状態で、基板2の裏面の冷却対象物50の取り付け領域の上方に位置する。   The wall 3a on the lower surface of the lid 3 and the wall 2a on the upper surface of the substrate 2 are joined so as to be sealed. Thus, a heat exchange medium flow path communicating with the groove 2g is formed between the ceiling surface 3e of the lid 3 and the fin 2f, except for the joint portion between the flow path constriction projection 3f of the lid 3 and the fin 2f. Is done. Further, the flow path narrowing projection 3f is located above the attachment region of the cooling target 50 on the back surface of the substrate 2 in a state where the substrate 2 and the lid 3 are joined.

上述したマイクロチャネル熱交換装置1において、基板2の下面に冷却対象物50として例えば半導体装置を取り付け、さらに流入管4を冷媒供給部(不図示)に接続し、さらに流出管5を冷媒回収部(不図示)に接続する。この状態において、図1(c)の破線の矢印に示すように、流入管4から熱交換装置1の流入口3bを通してその内部の上流側マニホールド2bに冷媒を流すと、冷媒は蓋体3の内部空間とその下の溝2gを通って流れ、ついには下流側マニホールド2cに到達する。   In the microchannel heat exchange device 1 described above, for example, a semiconductor device is attached to the lower surface of the substrate 2 as the cooling object 50, the inflow pipe 4 is connected to a refrigerant supply unit (not shown), and the outflow pipe 5 is further connected to the refrigerant recovery unit. Connect to (not shown). In this state, as shown by the broken line arrow in FIG. 1C, when the refrigerant flows from the inflow pipe 4 through the inflow port 3b of the heat exchange device 1 to the upstream side manifold 2b, the refrigerant of the lid 3 It flows through the internal space and the groove 2g below it, and finally reaches the downstream manifold 2c.

溝2g内を流れる冷媒は、基板2の底部を介してフィン2fに伝達された冷却対象物50、例えば半導体装置の熱と熱交換し、フィン2f、基板2を介して冷却対象物50を冷却する。   The refrigerant flowing in the groove 2g exchanges heat with the cooling object 50 transmitted to the fins 2f via the bottom of the substrate 2, for example, heat of the semiconductor device, and cools the cooling object 50 via the fins 2f and the substrate 2. To do.

天井面3eとフィン2fの間に形成される上部の流路は、フィン2fの一部に接合する流路狭窄用突起3fにより遮られるので、冷媒の流路はその下の溝2gに絞られるために局所的に狭くなり、その下を通る冷媒の流速が局所的に増加する。このため、溝2g内を上流から下流に向けて進むことにより温度が上昇した冷媒は、下流側での流速の上昇により冷却能力の低下が防止され、必要箇所の冷却性能を向上することができる。そして、下流側マニホールド2cに到達した冷媒は、流出口3cを通して流出管5に流出する。   Since the upper channel formed between the ceiling surface 3e and the fin 2f is blocked by the channel narrowing projection 3f joined to a part of the fin 2f, the coolant channel is restricted to the groove 2g below it. Therefore, it becomes locally narrow, and the flow velocity of the refrigerant passing thereunder increases locally. For this reason, the refrigerant whose temperature has increased by proceeding from the upstream toward the downstream in the groove 2g is prevented from lowering the cooling capacity due to the increase in the flow velocity on the downstream side, and can improve the cooling performance of the necessary portion. . And the refrigerant | coolant which reached the downstream manifold 2c flows out into the outflow pipe 5 through the outflow port 3c.

ところで、上記の流路狭窄用突起3fの形状は、図1に例示したように略直方体に形成し、その下面の一部に嵌め込み突起3dを形成しているが、その形状はこれに限られるものではない。例えば、図2(a)に例示するように、流路狭窄用突起3fの下面に嵌め込み突起を設けずに、流路狭窄用突起3fの底部をフィン2fの嵌め込み溝2dに嵌め込むような構造であってもよい。また、図2(b)に例示するように、流路狭窄用突起3fの前後の面は、天井面3eからフィン2fに向かって間隔が狭くなるようなテーパー状であってもよい。このようなテーパー面を有する流路狭窄用突起3fによれば、その下の溝2gで局所的に集中する冷媒の流体抵抗を低減させることができ、流れを円滑にすることができる。   By the way, the shape of the channel narrowing projection 3f is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape as illustrated in FIG. 1, and the fitting projection 3d is formed on a part of the lower surface thereof, but the shape is limited to this. It is not a thing. For example, as illustrated in FIG. 2A, a structure in which the bottom portion of the channel narrowing projection 3f is fitted into the fitting groove 2d of the fin 2f without providing the fitting projection on the lower surface of the channel narrowing projection 3f. It may be. Further, as illustrated in FIG. 2B, the front and back surfaces of the flow path constriction protrusion 3f may be tapered so that the interval decreases from the ceiling surface 3e toward the fin 2f. According to the channel narrowing projection 3f having such a tapered surface, it is possible to reduce the fluid resistance of the locally concentrated refrigerant in the groove 2g below the channel narrowing projection 3f, and to smooth the flow.

また、基板2内に形成されるフィン2fは、図3に示すようなフィン構造を採用してもよい。図3(a)は、本実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置の変形例を示す内部平面図であり、図3(b)、(c)は、それぞれ図3(a)のIV−IV線,V−V線に沿った断面図である。   Further, the fins 2f formed in the substrate 2 may adopt a fin structure as shown in FIG. Fig.3 (a) is an internal top view which shows the modification of the microchannel heat exchange apparatus which concerns on this embodiment, FIG.3 (b), (c) is the IV-IV line | wire of Fig.3 (a), respectively. , V-V sectional view.

図3において、流路狭窄用突起3fの下には、フィン2fの間の溝2g内に短い第2のフィン2hが局所的に形成され、フィン2f、2hの互いの間隔を狭くするとともにフィン総面積を増加させてもよい。これにより、流路狭窄用突起3fの下でフィン総表面積が増加するので、必要箇所の冷却能力を高めることができる。この構造において、流路狭窄用突起3fの下のフィン2f、2hの間の溝2gの総幅をそれ以外の領域の溝2gの総幅より狭くすると、狭窄された流路の流速は図1の構造より速くなり、冷却能力が局所的にさらに向上する。   In FIG. 3, a short second fin 2h is locally formed in the groove 2g between the fins 2f under the channel narrowing protrusion 3f, and the fins 2f and 2h are narrowed to each other and the fins are narrowed. The total area may be increased. As a result, the fin total surface area increases under the channel narrowing projection 3f, so that it is possible to increase the cooling capacity of the necessary portion. In this structure, when the total width of the groove 2g between the fins 2f and 2h under the channel narrowing projection 3f is narrower than the total width of the groove 2g in other regions, the flow velocity of the narrowed channel is as shown in FIG. And the cooling capacity is further improved locally.

次に、マイクロチャネル熱交換装置の冷却効果について、本実施形態の構造と他の構造とを比較し、図4の表を参照して説明する。   Next, the cooling effect of the microchannel heat exchange device will be described with reference to the table of FIG. 4 by comparing the structure of this embodiment with another structure.

図4に示す比較例1〜3と本実施形態の例のそれぞれのマイクロチャネル熱交換装置では、マイクロ流路配置領域を25mm×25mmの四角形の大きさとし、基板2の底面と蓋体3の天井面3eの間の流路高さを100μm、冷媒の流速を1m/秒と同じに設定する。また、比較例1、2と本実施形態の例では、同数のフィン2fが形成され、フィン厚を30μm、フィンピッチを100μmと同じにする。さらに、本実施形態の例では、流路狭窄用突起3fは、図2(b)に示すようなテーパー形状を有し、その長さ、即ち冷媒の流れの方向の長さを100μmとする。   In each of the microchannel heat exchange devices of Comparative Examples 1 to 3 shown in FIG. 4 and the example of the present embodiment, the microchannel arrangement area is a square size of 25 mm × 25 mm, the bottom surface of the substrate 2 and the ceiling of the lid 3 The height of the flow path between the surfaces 3e is set to 100 μm, and the flow rate of the refrigerant is set to the same as 1 m / second. Further, in Comparative Examples 1 and 2 and the example of the present embodiment, the same number of fins 2f are formed, the fin thickness is set to 30 μm, and the fin pitch is set to 100 μm. Furthermore, in the example of the present embodiment, the channel narrowing projection 3f has a tapered shape as shown in FIG. 2B, and its length, that is, the length in the direction of the refrigerant flow is set to 100 μm.

図4における比較例1では、本実施形態で採用される流路狭窄用突起が形成されず、フィンの高さを100μmとし、フィンは底面から天井面に達する構造を有している。比較例2は、流路狭窄用突起は形成されず、フィンの高さを30μmとしている。即ち、比較例2では、流路高さを“1”とした場合にフィンと天井面の間の高さ方向の距離、即ち連通流路の高さが“0.7”となる構造を有している。比較例3は、流路狭窄用突起とフィンが形成されない構造を有している。また、本実施形態の例では、流路狭窄用突起3fが形成され、流路高さを“1”とした場合にフィン2fと天井面3eの間の高さ方向の距離が“0.7”となる構造を有している。   In Comparative Example 1 in FIG. 4, the channel narrowing protrusion employed in the present embodiment is not formed, the fin height is 100 μm, and the fin has a structure that reaches the ceiling surface from the bottom surface. In Comparative Example 2, the channel constriction protrusion is not formed, and the height of the fin is 30 μm. That is, Comparative Example 2 has a structure in which the height distance between the fin and the ceiling surface, that is, the height of the communication channel is “0.7” when the channel height is “1”. doing. Comparative Example 3 has a structure in which the channel narrowing protrusion and the fin are not formed. In the example of the present embodiment, the channel narrowing protrusion 3f is formed, and when the channel height is “1”, the distance in the height direction between the fin 2f and the ceiling surface 3e is “0.7”. ”.

図4の圧力損失の項において、全てのフィンが底面と天井面に接続される比較例1の圧力損失は、140kPaとなる。全てのフィンが天井面に達しない比較例2の圧力損失は、比較例1の約50%である70kPaとなる。フィンが存在しない比較例3の圧力損失は、44kPaと小さくなる。これに対し、本実施形態の圧力損失は、98kPaとなり、比較例1に比べて30%減少したが、比較例2よりも高くなった。   In the term of pressure loss in FIG. 4, the pressure loss of Comparative Example 1 in which all fins are connected to the bottom surface and the ceiling surface is 140 kPa. The pressure loss of Comparative Example 2 in which all the fins do not reach the ceiling surface is 70 kPa, which is about 50% of Comparative Example 1. The pressure loss of Comparative Example 3 where no fin is present is as small as 44 kPa. On the other hand, the pressure loss of this embodiment was 98 kPa, which was 30% lower than that in Comparative Example 1, but higher than that in Comparative Example 2.

また、図4において、比較例2の熱抵抗は、0.18℃/Wとなり、比較例1の熱抵抗に比べて約11%上昇し、熱性能が悪くなる。また、比較例3の熱抵抗は、フィンが存在しないので熱交換を行う面積が小さく、熱抵抗は0.20℃/Wと大きくなり、熱交換性能が悪くなる。これに対し、本実施形態の例では、熱抵抗は0.16℃/Wとなり、比較例1と同様に熱交換性能が良好である。   In FIG. 4, the thermal resistance of Comparative Example 2 is 0.18 ° C./W, which is about 11% higher than the thermal resistance of Comparative Example 1, and the thermal performance is deteriorated. Moreover, since the heat resistance of the comparative example 3 does not have fins, the area for heat exchange is small, the heat resistance is as large as 0.20 ° C./W, and the heat exchange performance is deteriorated. On the other hand, in the example of this embodiment, the thermal resistance is 0.16 ° C./W, and the heat exchange performance is good as in Comparative Example 1.

また、図4において、比較例2、3ではフィンが天井面を支えていないので機械的強度が比較例1に比べて弱く、天井面が撓み易くなる。これらに対し、比較例1と本実施形態の例では、フィンが直接的又は間接的に天井面を支えているので機械的な強度が増し、撓み難くなる。従って、比較例1と本実施形態の例の筐体を複数段に積層しても機械的な強度が確保できることになる。なお、本実施形態の例だけに形成されている流路狭窄用突起3fは天井面3eの梁としても機能し、筐体の強度を強化する   In FIG. 4, in Comparative Examples 2 and 3, the fins do not support the ceiling surface, so the mechanical strength is weaker than that of Comparative Example 1, and the ceiling surface is easily bent. On the other hand, in the comparative example 1 and the example of the present embodiment, since the fins directly or indirectly support the ceiling surface, the mechanical strength is increased and the bending becomes difficult. Therefore, even if the casings of Comparative Example 1 and the example of this embodiment are stacked in a plurality of stages, mechanical strength can be ensured. Note that the channel narrowing protrusion 3f formed only in the example of this embodiment also functions as a beam of the ceiling surface 3e, and strengthens the strength of the housing.

さらに、本実施形態の例によれば、図1に例示したように流路狭窄用突起3fとフィン2fが互いに嵌め込まれる嵌め込み構造となっているので、基板2と蓋体4の位置合わせ(アライメント)が容易になり、製造工程におけるスループットが向上する。   Further, according to the example of the present embodiment, as illustrated in FIG. 1, since the channel narrowing projection 3f and the fin 2f are fitted to each other, the substrate 2 and the lid 4 are aligned (alignment). ) And the throughput in the manufacturing process is improved.

ところで、マイクロチャネル熱交換装置1は、電子機器に取り付けられ、電子機器内では例えば図5に示すような回路基板8に実装される例えば半導体装置9を冷却し、さらにヘッダープレート11を使用して熱交換流体が流入、流出される。   By the way, the microchannel heat exchange device 1 is attached to an electronic device. In the electronic device, for example, a semiconductor device 9 mounted on a circuit board 8 as shown in FIG. 5 is cooled, for example, and a header plate 11 is used. Heat exchange fluid flows in and out.

ヘッダープレート11は、半導体装置9の上面に接続されたマイクロチャネル熱交換装置1を覆う蓋(リッド:LID)12の上に載置され、マイクロチャネル熱交換装置1に冷媒を流入、排出させる構造を有している。ヘッダープレート11とLID12は、熱伝導性の良い材料、例えば銅、アルシック、炭化シリコンなどから形成されている。   The header plate 11 is placed on a lid (lid: LID) 12 that covers the microchannel heat exchange device 1 connected to the upper surface of the semiconductor device 9, and the refrigerant flows into and out of the microchannel heat exchange device 1. have. The header plate 11 and the LID 12 are formed of a material having good thermal conductivity, such as copper, Alsic, or silicon carbide.

LID12は、マイクロチャネル熱交換装置1の流入口3b、流出口3cのそれぞれに接続される流入孔12bと流出孔12cを有している。また、ヘッダープレート11は、LID12の流入孔12bに接続される流入管11bと、流出孔12cに接続される流出管11cを有している。流入管11b、流出管11cの上部はともに上方に突出している。ヘッダープレート11とLID12の間には、流入管11bと流入孔12bの周囲を囲む環状パッキン14と、流入管11cと流入孔12cの周囲を囲む環状パッキン15が挟まれている。   LID12 has the inflow hole 12b and the outflow hole 12c which are connected to each of the inflow port 3b of the microchannel heat exchange apparatus 1, and the outflow port 3c. The header plate 11 has an inflow pipe 11b connected to the inflow hole 12b of the LID 12 and an outflow pipe 11c connected to the outflow hole 12c. The upper portions of the inflow pipe 11b and the outflow pipe 11c both protrude upward. Between the header plate 11 and the LID 12, an annular packing 14 surrounding the inflow pipe 11b and the inflow hole 12b and an annular packing 15 surrounding the inflow pipe 11c and the inflow hole 12c are sandwiched.

LID12は、はんだバンプ9aを介して回路基板8に実装した半導体装置9の上に密着された状態のマイクロチャネル熱交換装置1の上にシート状のパッキン16を介して取り付けられる。シート状のパッキン16には、マイクロチャネル熱交換装置1の流入口3bと流出口3cに繋がる流入側開口部16bと流出側開口部16cが形成されている。さらに、LID12とマイクロチャネル熱交換装置1において、流入孔12bの下端の幅広のフランジには流入口3bに差し込まれる漏斗状パッキン17bが嵌め込まれ、流出孔12cの下端の幅広のフランジには流出口3cに差し込まれる漏斗状パッキン17cが嵌め込まれている。また、マイクロチャネル熱交換装置1の周囲では、回路基板8とLID12の間に枠状の封止プレート18が挟まれ、封止プレート18の上下には接着剤19が介在している。   The LID 12 is attached via the sheet-like packing 16 on the microchannel heat exchange device 1 in close contact with the semiconductor device 9 mounted on the circuit board 8 via the solder bumps 9a. The sheet-like packing 16 is formed with an inflow side opening 16b and an outflow side opening 16c connected to the inflow port 3b and the outflow port 3c of the microchannel heat exchange device 1. Further, in the LID 12 and the microchannel heat exchange device 1, the wide flange at the lower end of the inflow hole 12b is fitted with a funnel-like packing 17b inserted into the inflow port 3b, and the wide outlet flange at the lower end of the outflow hole 12c is inserted into the outflow port. A funnel-shaped packing 17c to be inserted into 3c is fitted. Further, around the microchannel heat exchange device 1, a frame-shaped sealing plate 18 is sandwiched between the circuit board 8 and the LID 12, and an adhesive 19 is interposed above and below the sealing plate 18.

なお、図5において、回路基板8の下には電子部品10、例えばコンデンサーが取り付けられ、さらに回路基板8ははんだバンプ8aを介して別の回路基板20に実装されている。   In FIG. 5, an electronic component 10, such as a capacitor, is attached under the circuit board 8, and the circuit board 8 is mounted on another circuit board 20 via solder bumps 8a.

ヘッダープレート11及びLID12は、マイクロチャネル熱交換装置1に冷媒を供給、回収する機能を有するとともに、マイクロチャネル熱交換装置1の熱拡散機能も有している。これにより、冷却対象物である半導体装置9の冷却効率をさらに高めることができる。   The header plate 11 and the LID 12 have a function of supplying and recovering the refrigerant to the microchannel heat exchange device 1 and also have a heat diffusion function of the microchannel heat exchange device 1. Thereby, the cooling efficiency of the semiconductor device 9 that is the object to be cooled can be further increased.

次に、マイクロチャネル熱交換装置1の形成方法の一例について図6、図7を参照して説明する。   Next, an example of a method for forming the microchannel heat exchange device 1 will be described with reference to FIGS.

最初に、図1に示すような凹部を有する基板2の形成方法について説明する。
基板2を形成するために、図6(a)に示すように、熱伝達の良好な絶縁材からなる基材、例えば300μm〜500μmの厚さを有する第1のシリコンウエハ21を用意する。そして、第1のシリコンウエハ21の第1面の上に第1のフォトレジスト22を塗布する。さらに、第1のフォトレジスト22に例えば約80℃でプリベークを施す。プリベークは後述するフォトレジストの塗布後にも同様に行われる。第1のフォトレジスト22として、例えばノボラック系でポジ型を使用し、塗布時のコーターの回転数を例えば約2000rpmとし、これらの条件は以下に説明するフォトレジストについても同様に適用されるがこれに限定されるものではない。また、第1のシリコンウエハ21には上記の基板2を面上を縦横に複数形成する基板形成領域が区画されるが、以下の説明では、1つの基板形成領域について説明する。
Initially, the formation method of the board | substrate 2 which has a recessed part as shown in FIG. 1 is demonstrated.
In order to form the substrate 2, as shown in FIG. 6A, a base material made of an insulating material having good heat transfer, for example, a first silicon wafer 21 having a thickness of 300 μm to 500 μm is prepared. Then, a first photoresist 22 is applied on the first surface of the first silicon wafer 21. Further, the first photoresist 22 is pre-baked at about 80 ° C., for example. Pre-baking is performed in the same manner after the application of a photoresist to be described later. As the first photoresist 22, for example, a novolac positive type is used, and the rotation speed of the coater at the time of coating is, for example, about 2000 rpm, and these conditions are similarly applied to the photoresist described below. It is not limited to. Further, the first silicon wafer 21 is divided into substrate forming regions for forming a plurality of the substrates 2 in the vertical and horizontal directions. In the following description, one substrate forming region will be described.

その後、露光マスク23を使用して第1のフォトレジスト22を露光し、上記の嵌め込み溝2dの形状を含む潜像を第1のフォトレジスト22に形成する。続いて、第1のフォトレジスト22を現像、ベーク等を施すことにより、図6(b)に示すように、潜像を顕像化して嵌め込み溝2dの形成部分に開口部22aを形成する。   Thereafter, the first photoresist 22 is exposed using the exposure mask 23, and a latent image including the shape of the fitting groove 2 d is formed on the first photoresist 22. Subsequently, the first photoresist 22 is developed, baked, and the like, so that the latent image is visualized and an opening 22a is formed in the portion where the fitting groove 2d is formed, as shown in FIG. 6B.

次に、図6(c)に示すように、第1のフォトレジスト22をマスクに使用し、開口部22aを通して第1のシリコンウエハ21をエッチングすることにより上記の嵌め込み溝2dとそれらを結ぶ直線状の溝21dを幅方向に長く形成する。その後に、第1のフォトレジスト22を除去し、さらに洗浄する。   Next, as shown in FIG. 6C, by using the first photoresist 22 as a mask and etching the first silicon wafer 21 through the opening 22a, the fitting groove 2d and a straight line connecting them are formed. The long groove 21d is formed long in the width direction. Thereafter, the first photoresist 22 is removed and further washed.

その後に、図6(d)に示すように、第1のシリコンウエハ21の上面に第2のフォトレジスト23を塗布し、ついで、第2の露光マスク24を使用して第2のフォトレジスト23を露光し、図1に示した基板2の壁部2aとフィン2fの平面形状を含む潜像を第2のフォトレジスト23に形成する。続いて、第2のフォトレジスト23を現像、ベーク等を施すことにより、図6(e)に示すように、潜像を顕像化して基板2の壁部2aとフィン2fの平面形状を覆う形状のレジストパターンを形成する。その後に、第2のフォトレジスト23をマスクに使用し、第1のシリコンウエハ21をエッチングする。その後に第2のフォトレジスト23を除去し、さらに洗浄する。   Thereafter, as shown in FIG. 6D, a second photoresist 23 is applied to the upper surface of the first silicon wafer 21, and then the second photoresist 23 is used using the second exposure mask 24. And a latent image including the planar shape of the wall 2a and the fin 2f of the substrate 2 shown in FIG. Subsequently, by developing and baking the second photoresist 23, the latent image is visualized to cover the planar shape of the wall 2a and the fin 2f of the substrate 2 as shown in FIG. 6 (e). A resist pattern having a shape is formed. Thereafter, using the second photoresist 23 as a mask, the first silicon wafer 21 is etched. Thereafter, the second photoresist 23 is removed and further washed.

これにより、図6(f)に示すように、第1のシリコンウエハ21には図1に示した壁部2aに囲まれる凹部を形成するとともに、凹部の底面の上に複数のフィン2fを形成する。フィン2fの一部には、既に形成された溝21dが上記の嵌め込み溝2dとして適用される。なお、第1のシリコンウエハ21は後述するダイシングにより基板形成領域毎に分離されて上記の基板2として使用される。   As a result, as shown in FIG. 6F, the first silicon wafer 21 is formed with a recess surrounded by the wall 2a shown in FIG. 1, and a plurality of fins 2f are formed on the bottom surface of the recess. To do. An already formed groove 21d is applied to a part of the fin 2f as the fitting groove 2d. The first silicon wafer 21 is separated into each substrate formation region by dicing described later and used as the substrate 2 described above.

図1に示す蓋体3の形成は次のような方法により形成される。
蓋体3を形成するため、熱伝達の良好な絶縁材からなる基材、例えば300μm〜500μmの厚さを有する第2のシリコンウエハ31を用意する。第2のシリコンウエハ31には、上記の蓋体3が面上に縦横に形成される蓋体形成領域が複数区画されるが、以下の説明では、1つの蓋体形成領域を挙げて説明する。
The lid 3 shown in FIG. 1 is formed by the following method.
In order to form the lid 3, a base material made of an insulating material having good heat transfer, for example, a second silicon wafer 31 having a thickness of 300 μm to 500 μm is prepared. The second silicon wafer 31 is divided into a plurality of lid forming areas in which the lid 3 is formed vertically and horizontally on the surface. In the following description, a single lid forming area will be described. .

まず、図7(a)に示すように、第2のシリコンウエハ31の第1面の上に第3のフォトレジスト32を塗布する。続いて、第3の露光マスク33を使用して第3のフォトレジスト32を露光し、上記の嵌め込み突起3dの形状を含む潜像を第3のフォトレジスト32に形成する。続いて、第1のフォトレジスト32を現像、ベーク等を施すことにより、図7(b)に示すように、潜像を顕像化して図1に示した嵌め込み突起3dの形成部分に直線状のパターンを形成する。   First, as shown in FIG. 7A, a third photoresist 32 is applied on the first surface of the second silicon wafer 31. Subsequently, the third photoresist 32 is exposed using the third exposure mask 33, and a latent image including the shape of the fitting protrusion 3 d is formed on the third photoresist 32. Subsequently, the first photoresist 32 is developed, baked, etc., so that the latent image is visualized as shown in FIG. 7B, and linearly formed on the portion where the fitting protrusion 3d shown in FIG. 1 is formed. The pattern is formed.

次に、図7(c)に示すように、第2のシリコンウエハ31のうち第3のフォトレジスト32から露出した領域をエッチングし、これにより図1に示した嵌め込み突起3dを幅方向に延びる直線状に形成する。その後に、第3のフォトレジスト32を除去し、さらに洗浄する。   Next, as shown in FIG. 7C, the region of the second silicon wafer 31 exposed from the third photoresist 32 is etched, thereby extending the fitting protrusion 3d shown in FIG. 1 in the width direction. Form in a straight line. Thereafter, the third photoresist 32 is removed and further washed.

その後に、第2のシリコンウエハ31の第1面の上に第4のフォトレジスト34を塗布する。ついで第4の露光マスク(不図示)を使用して第4のフォトレジスト34を露光し、その後に現像等を施す。これにより、図7(d)に示すように、上記の流路狭窄用突起3fを形成する領域と蓋体3の周囲の壁部3aを形成する領域を被覆するパターンを形成する。   Thereafter, a fourth photoresist 34 is applied on the first surface of the second silicon wafer 31. Next, the fourth photoresist 34 is exposed using a fourth exposure mask (not shown), and thereafter development or the like is performed. As a result, as shown in FIG. 7D, a pattern is formed to cover the region for forming the flow path constricting projection 3f and the region for forming the wall 3a around the lid 3.

次に、図7(e)に示すように、パターニングされた第4のフォトレジスト34をマスクに使用し、第2のシリコンウエハ31をエッチングすると、図1に示すような流路狭窄用突起3fとその周囲の凹部とその周囲の壁部3aが形成される。壁部3aに囲まれた凹部の底が蓋体3の天井面3eとなる。その後に、第4のフォトレジスト34を除去し、さらに洗浄する。   Next, as shown in FIG. 7E, when the patterned fourth photoresist 34 is used as a mask and the second silicon wafer 31 is etched, the channel narrowing projection 3f as shown in FIG. And the recessed part of the circumference | surroundings and the surrounding wall part 3a are formed. The bottom of the recess surrounded by the wall 3 a becomes the ceiling surface 3 e of the lid 3. Thereafter, the fourth photoresist 34 is removed and further washed.

続いて、第2のシリコンウエハ31の第2面の上に第5のフォトレジスト35を塗布した後に、第5の露光マスク(不図示)を使用して第5のフォトレジスト35を露光する。その後に、現像、ベーク等を施すことにより、図7(f)に示すように、上記した蓋体3の流入口3bと流出口3cを形成するための開口部を第5のフォトレジスト35に形成する。   Subsequently, after applying a fifth photoresist 35 on the second surface of the second silicon wafer 31, the fifth photoresist 35 is exposed using a fifth exposure mask (not shown). After that, by performing development, baking, etc., the openings for forming the inlet 3b and the outlet 3c of the lid 3 are formed in the fifth photoresist 35 as shown in FIG. 7 (f). Form.

次に、図7(g)に示すように、第5のフォトレジスト35をマスクに使用し、第2のシリコンウエハ31に形成された凹部の天井面3eに流入口3bと流出口3cを形成する。   Next, as shown in FIG. 7G, the fifth photoresist 35 is used as a mask, and the inlet 3b and the outlet 3c are formed on the ceiling surface 3e of the recess formed in the second silicon wafer 31. To do.

次に、第1のシリコンウエハ21に形成した壁部2aと第2のシリコンウエハ31に形成した壁部3aを位置合わせして、互いを接合する。接合する方法として、例えば、第1、第2のシリコンウエハ21、31のそれぞれの接合面に酸素プラズマ又は窒素プラズマを照射し、或いはそれらの接合面にイオンガンによるアルゴンレーザの照射により、それらの接合面に表面活性化処理を施した後にそれらを貼り合わせると、それらの接合面は強固に接合される。酸素プラズマ又は窒素プラズマを照射する場合には、加圧、アニール処理をして直接接合を行う。その他の接合方法として、例えば、エポキシやポリイミド等の樹脂を介して接着材により接合を行ってもよい。なお、上記のフォトレジストの露光は、電子線露光法などを使用してもよい。   Next, the wall 2a formed on the first silicon wafer 21 and the wall 3a formed on the second silicon wafer 31 are aligned and joined together. As a bonding method, for example, the bonding surfaces of the first and second silicon wafers 21 and 31 are irradiated with oxygen plasma or nitrogen plasma, or the bonding surfaces thereof are irradiated with an argon laser by an ion gun. When the surfaces are subjected to surface activation treatment and then bonded together, the joint surfaces are firmly joined. In the case of irradiation with oxygen plasma or nitrogen plasma, direct bonding is performed by applying pressure and annealing. As another bonding method, for example, bonding may be performed with an adhesive via a resin such as epoxy or polyimide. In addition, you may use the electron beam exposure method etc. for exposure of said photoresist.

その後に、貼り合わせた第1、第2のシリコンウエハ21、31をダイシングすることにより基板2、蓋体3からなる筐体を有する図1に示すマイクロチャネル熱交換装置1を形成し、その後に、蓋体3の流入口3bに流入管4を接続し、流出口3cに流出管5を接続する。   Thereafter, the bonded first and second silicon wafers 21 and 31 are diced to form the microchannel heat exchange device 1 shown in FIG. 1 having a housing made of the substrate 2 and the lid 3, and thereafter The inlet pipe 4 is connected to the inlet 3b of the lid 3, and the outlet pipe 5 is connected to the outlet 3c.

以上のように、半導体装置の製造工程に適用される方法を用いてマイクロチャネル熱交換装置1を形成しているので、冷却対象物、例えば半導体装置の大きさに合わせて微細化することが可能になる。   As described above, since the microchannel heat exchange device 1 is formed using the method applied to the manufacturing process of the semiconductor device, it can be miniaturized according to the size of the object to be cooled, for example, the semiconductor device. become.

ところで、本実施形態に係るマイクロチャネル熱交換装置1を複数段に積層した構造の一例を図8に示す。図8において、マイクロチャネル熱交換装置1の基板を3種類、蓋体を2種類、それぞれ用意する。   An example of a structure in which the microchannel heat exchange devices 1 according to this embodiment are stacked in a plurality of stages is shown in FIG. In FIG. 8, three types of substrates and two types of lids are prepared for the microchannel heat exchange device 1, respectively.

第1の基板2Aは、図1の基板2と同じ構造を有するとともに、フィン2fのうち流路狭窄用突起3fに接合する部分には上下に貫通する複数の導電性の第1のシリコン貫通ビア(TSV)2xが形成されている。第2の基板2Bは、上流側マニホールド2bと下流側マニホールド2cのそれぞれの底部に流路口2j、2kが形成されている他は、第1の基板2Aと同じ構造を有している。第3の基板2Cは、図1と同じ構造を有し、さらに上流側マニホールド2bと下流側マニホールド2cのそれぞれの底部に流路口2j、2kが形成されている。   The first substrate 2A has the same structure as the substrate 2 of FIG. 1, and a plurality of conductive first through silicon vias that penetrate vertically in a portion of the fin 2f that joins the channel narrowing projection 3f. (TSV) 2x is formed. The second substrate 2B has the same structure as the first substrate 2A, except that flow path ports 2j and 2k are formed at the bottoms of the upstream manifold 2b and the downstream manifold 2c. The third substrate 2C has the same structure as that shown in FIG. 1, and further has flow passage openings 2j and 2k formed at the bottoms of the upstream manifold 2b and the downstream manifold 2c.

第1の蓋体3Aは、図1の蓋体3と同じ構造を有している。第2の蓋体3Bは、第1の蓋体3Aと同じ構造を有し、さらに電流狭窄用突起3fには、フィン2f内の第1のTSV2xに接合される第2のTSV3xが厚さ方向に貫通して形成されている。なお、第2の蓋体3Bの上面には配線(不図示)や電極パッド(不図示)が形成されていてもよい。また、第1のTSV2xの下端はそれぞれ半導体装置9A、9Bの上面の電極パッド(不図示)に接続される。第2のTSV3xの上端は半導体装置9B、9Cのバンプ9b、9cに接続される。最下の半導体装置9Aは、上記と同様に回路基板8に実装されている。   The first lid 3A has the same structure as the lid 3 of FIG. The second lid 3B has the same structure as the first lid 3A, and the second TSV 3x joined to the first TSV 2x in the fin 2f is in the thickness direction of the current constriction protrusion 3f. It is formed to penetrate through. Note that wiring (not shown) and electrode pads (not shown) may be formed on the upper surface of the second lid 3B. The lower ends of the first TSVs 2x are connected to electrode pads (not shown) on the upper surfaces of the semiconductor devices 9A and 9B, respectively. The upper ends of the second TSVs 3x are connected to the bumps 9b and 9c of the semiconductor devices 9B and 9C. The lowermost semiconductor device 9A is mounted on the circuit board 8 in the same manner as described above.

そのような、第1、第2、第3の基板2A、2B、2Cと、第1、第2の蓋体3A、3Bを使用し、マイクロチャネル熱交換装置1を作成する。即ち、第1の基板3A上に第2の蓋体3Bを接合することにより第1の筐体1Aを形成し、その下面に第1の半導体装置9Aの上面を接合する。さらに、第2の基板2B上に第2の蓋体3Bを接合することにより第2の筐体1Bを形成し、その下面に第2の半導体装置9Bの上面を接合する。さらに、第3の基板2C上に第1の蓋体3Aを接合することにより第3の筐体1Cを形成し、その下面に第3の半導体装置9Cの上面を接合する。   Using such first, second, and third substrates 2A, 2B, and 2C and the first and second lids 3A and 3B, the microchannel heat exchange device 1 is formed. That is, the first housing 1A is formed by bonding the second lid 3B on the first substrate 3A, and the upper surface of the first semiconductor device 9A is bonded to the lower surface thereof. Further, the second housing 1B is formed by bonding the second lid 3B on the second substrate 2B, and the upper surface of the second semiconductor device 9B is bonded to the lower surface thereof. Further, the first case 3C is formed by bonding the first lid 3A on the third substrate 2C, and the upper surface of the third semiconductor device 9C is bonded to the lower surface thereof.

さらに、第1の筐体1Aと第2の筐体1Bと第3の筐体1Cを下から順に重ね合わせ、それらの間で外周に沿って枠状の第1の封止用スペーサ26を介在させて接合する。また、第1、第2及び第3の半導体装置9a、9b、9cの周囲にも枠状の第2の封止用スペーサ27を介在させる。第1、第2の封止用スペーサ26、27は、例えば樹脂から形成されてもよいし、シリコンから形成されてもよい。シリコンから第1、第2の封止用スペーサ26、27を形成する場合には、第1、第2及び第3の筐体1A、1B、1Cに対して上記の表面活性化処理を施して貼り合わせてもよい。これにより、第1、第2の封止用スペーサ26、27の間の間隙は冷媒の流路となり、それらの上下には流路口2j、2kが存在する。さらに、図1と同様に、第3の筐体1Cの流入口3bに流入管4を接続し、流出口3cに流出管5を接続する。   Further, the first casing 1A, the second casing 1B, and the third casing 1C are overlapped in order from the bottom, and a frame-shaped first sealing spacer 26 is interposed along the outer periphery between them. Let them join. A frame-shaped second sealing spacer 27 is also interposed around the first, second, and third semiconductor devices 9a, 9b, 9c. The first and second sealing spacers 26 and 27 may be made of, for example, resin or silicon. When the first and second sealing spacers 26 and 27 are formed from silicon, the first, second, and third casings 1A, 1B, and 1C are subjected to the above surface activation treatment. You may stick together. Thereby, the gap between the first and second sealing spacers 26 and 27 becomes a flow path for the refrigerant, and flow path ports 2j and 2k exist above and below them. Further, as in FIG. 1, the inflow pipe 4 is connected to the inflow port 3b of the third casing 1C, and the outflow pipe 5 is connected to the outflow port 3c.

図8において、冷媒は、流入管4を通して第3の筐体1C内に供給され、その内部のフィン2fの間のマイクロ流路を通して流れ、さらに流出管5を通して排出される。また、第3の筐体1C内に供給された冷媒は、第3の筐体1Cの底部の流路口2jと、第2、第1の筐体1A、1Bの流入口3b、流路口2jを通してそれらの内部に供給され、それぞれのフィン2fの間のマイクロ流路を流れる。マイクロ流路を通過した冷媒は、第1、第2の筐体1A、1Cの流出口3c、流路口2kを通して流出管5に向けて流れ、流出される。   In FIG. 8, the refrigerant is supplied into the third housing 1 </ b> C through the inflow pipe 4, flows through the micro flow path between the fins 2 f inside thereof, and is further discharged through the outflow pipe 5. The refrigerant supplied into the third casing 1C passes through the flow path port 2j at the bottom of the third casing 1C, the inlet port 3b and the flow path port 2j of the second and first casings 1A and 1B. They are supplied to the inside and flow through the micro flow path between the respective fins 2f. The refrigerant that has passed through the micro flow path flows out toward the outflow pipe 5 through the outflow port 3c and the flow path port 2k of the first and second casings 1A and 1C.

マイクロ流路の途中では、上記のように流路狭窄用突起3fの下で流れが速くなり、局所的な冷却効果が向上する。しかも、流路狭窄用突起3fとフィン2fの支えにより上蓋3A、3Bの天井面3eが撓みにくくなって機械的な強度が高くなるので、第1、第2及び第3の筐体1A、1B、1Cを積層しても機械的構造が劣化することが防止される。なお、流路狭窄用突起3fは天井面3eの梁としても機能し、筐体の強度を強化する。   In the middle of the micro channel, the flow becomes faster under the channel narrowing projection 3f as described above, and the local cooling effect is improved. In addition, since the ceiling surface 3e of the upper lids 3A and 3B is not easily bent by the support of the channel narrowing projection 3f and the fins 2f, the mechanical strength is increased. Therefore, the first, second and third casings 1A and 1B Even if 1C is laminated, the mechanical structure is prevented from deteriorating. The channel narrowing projection 3f also functions as a beam of the ceiling surface 3e, and strengthens the strength of the casing.

ところで、マイクロチャネル熱交換装置1を形成するための筐体の積層は図8に示す構造に限られるものではない。例えば、図9に示すように、第1の筐体1Aと第2の筐体1Bについて、天井面3e側の表面を対向させ、半導体装置9a、9b同士を互いに逆向きにして重ねる構造であってもよい。この場合、流入管4は、第2の基板2Bの流入側マニホールド2bの流路口2jに接続され、流出管5は、第2の基板2Bの流出側マニホールド2cの流路口2kに接続される。図9に示すようなマイクロチャネル熱交換装置1によれば、TSVを使用しなくても外部から半導体装置9A、9Bに電気的接続することが可能になる。なお、図8、図9に示すフィン2f、流路狭窄用突起3fについては、図1、図2(a)、図3に記載のいずれかの構造を採用してもよい。なお、上記の上下方向は位置関係を説明するために便宜的に使用したものであって、実際の取り付け方向を限定するものではない。   By the way, the lamination | stacking of the housing | casing for forming the microchannel heat exchange apparatus 1 is not restricted to the structure shown in FIG. For example, as shown in FIG. 9, the first housing 1A and the second housing 1B have a structure in which the surfaces on the ceiling surface 3e side face each other and the semiconductor devices 9a and 9b are stacked in the opposite directions. May be. In this case, the inflow pipe 4 is connected to the flow path port 2j of the inflow side manifold 2b of the second substrate 2B, and the outflow pipe 5 is connected to the flow path port 2k of the outflow side manifold 2c of the second substrate 2B. According to the microchannel heat exchange device 1 as shown in FIG. 9, it is possible to electrically connect to the semiconductor devices 9A and 9B from the outside without using a TSV. For the fins 2f and the channel narrowing projections 3f shown in FIGS. 8 and 9, any of the structures shown in FIGS. 1, 2A, and 3 may be employed. The above vertical direction is used for the sake of convenience in explaining the positional relationship, and does not limit the actual mounting direction.

ここで挙げた全ての例および条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明および概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例および条件に限定することなく解釈すされ、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換および変形を施すことができると理解される。   All examples and conditional expressions given here are intended to help the reader understand the inventions and concepts that have contributed to the promotion of technology, such examples and It is to be construed without being limited to the conditions, and the organization of such examples in the specification is not related to showing the superiority or inferiority of the present invention. While embodiments of the present invention have been described in detail, it will be understood that various changes, substitutions and variations can be made thereto without departing from the spirit and scope of the invention.

次に、実施形態について付記する。
(付記1)筐体と、前記筐体内で天井面から離間し、幅方向に間隔をおいて底面上に形成され、溝状のマイクロ流路を区画する複数のフィンと、前記複数のフィンの長手方向の途中を横切って前記複数のフィンの上端上に橋渡しされ、前記天井面から下に突出して形成される突起と、前記筐体内で前記複数のフィンの一端に繋がる流入側マニホールドと、前記筐体内で前記複数のフィンの他端に繋がる流出側マニホールドと、前記筐体の前記底面か前記天井面の少なくとも一方に形成されて前記流入側マニホールドに繋がる熱交換流体流入口と、前記筐体の前記底面か前記天井面の少なくとも一方に形成されて前記流出側マニホールドに繋がる熱交換流体流出口と、前記底面の裏面に配置される熱交換対象物配置領域と、を有することを特徴とするマイクロチャネル熱交換装置。
(付記2)前記突起の前面と後面は、前記天井面から前記フィンに向かって間隔が狭くなるテーパー面であることを特徴とする付記1に記載のマイクロチャネル熱交換装置。
(付記3)前記複数のフィンには、前記突起の下方で局所的に数が多く形成される短いフィンが含まれることを特徴とする付記1又は付記2に記載のマイクロチャネル熱交換装置。
(付記4)前記フィンと前記突起は嵌合により接続されることを特徴とする付記1乃至付記3のいずれか1つに記載のマイクロチャネル熱交換装置。
(付記5)前記フィンと前記突起の内部には、上下に貫通するビアが形成され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つに記載のマイクロチャネル熱交換装置。
(付記6)前記複数のフィン及び前記突起を有する前記筐体は、重ねて複数段で配置されることを特徴と売る付記1乃至付記5のいずれか1つに記載のマイクロチャネル熱交換装置。
(付記7)上下に重ねられる前記筐体は、前記天井面側の表面を対向させ、前記熱交換対象物配置領域同士が互いに逆向きにして重ねられることを特徴とする付記6に記載のマイクロチャネル熱交換装置。
(付記8)複数の前記筐体は、前記天井面と前記底面が同じ向きに配置され、外周表面でスペーサを介して接合されることを特徴とする付記6に記載のマイクロチャネル熱交換装置。
(付記9)熱交換流体流入口には流入管が直接又は間接的に接続され、前記熱交換流体流出口には流出管が直接又は間接的に接続されていることを特徴とする付記1乃至付記8のいずれか1つに記載のマイクロチャネル熱交換装置。
(付記10)前記筐体の前記底面は基板の凹部内に形成され、前記筐体の前記天井面は、前記基板上に重ねて接合される蓋体内に形成されることを特徴とする付記1乃至付記9のいずれか1つに記載のマイクロチャネル熱交換装置。
(付記11)付記1乃至付記10のいずれか1つに記載のマイクロチャネル熱交換装置と、前記マイクロチャネル熱交換装置の前記熱交換対象物配置面に接合される電子部品と、を有する電子機器。
Next, the embodiment will be additionally described.
(Supplementary Note 1) A housing, a plurality of fins that are spaced apart from the ceiling surface in the housing, are spaced apart in the width direction, and that define a groove-shaped microchannel, and a plurality of fins A projection that is bridged over the upper ends of the plurality of fins across the middle in the longitudinal direction and protrudes downward from the ceiling surface; an inflow side manifold that is connected to one end of the plurality of fins in the housing; and An outflow side manifold connected to the other ends of the plurality of fins in the case; a heat exchange fluid inlet formed on at least one of the bottom surface or the ceiling surface of the case and connected to the inflow side manifold; and the case A heat exchange fluid outlet formed on at least one of the bottom surface or the ceiling surface and connected to the outflow side manifold, and a heat exchange object disposition region disposed on the back surface of the bottom surface. Microchannel heat exchanger apparatus.
(Additional remark 2) The microchannel heat exchange apparatus of Additional remark 1 characterized by the front surface and rear surface of the said protrusion being a taper surface where a space | interval becomes narrow toward the said fin from the said ceiling surface.
(Supplementary note 3) The microchannel heat exchange device according to Supplementary note 1 or 2, wherein the plurality of fins include short fins that are locally formed in a large number below the protrusions.
(Supplementary note 4) The microchannel heat exchange device according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the fin and the protrusion are connected by fitting.
(Supplementary note 5) The microchannel heat exchange device according to any one of supplementary notes 1 to 4, wherein vias penetrating vertically are formed in the fins and the protrusions.
(Supplementary note 6) The microchannel heat exchange device according to any one of supplementary notes 1 to 5, wherein the casing having the plurality of fins and the protrusions is arranged in a plurality of stages so as to overlap each other.
(Additional remark 7) The said housing | casing piled up and down opposes the surface of the said ceiling surface side, and the said heat exchange target object arrangement | positioning area | regions are piled up in the mutually reverse direction, The micro of Additional remark 6 characterized by the above-mentioned. Channel heat exchange device.
(Supplementary note 8) The microchannel heat exchange device according to supplementary note 6, wherein the plurality of casings are arranged such that the ceiling surface and the bottom surface are arranged in the same direction, and are joined to each other on the outer peripheral surface via a spacer.
(Supplementary note 9) An inflow pipe is directly or indirectly connected to the heat exchange fluid inflow port, and an outflow pipe is directly or indirectly connected to the heat exchange fluid outflow port. The microchannel heat exchange device according to any one of appendix 8.
(Supplementary Note 10) The supplementary note 1 is characterized in that the bottom surface of the casing is formed in a concave portion of a substrate, and the ceiling surface of the casing is formed in a lid body that is overlapped and joined on the substrate. Or the microchannel heat exchange device according to any one of Supplementary Note 9.
(Supplementary note 11) An electronic apparatus comprising the microchannel heat exchange device according to any one of supplementary notes 1 to 10, and an electronic component joined to the heat exchange object placement surface of the microchannel heat exchange device. .

1 マイクロチャネル熱交換装置
1A、1B、1C 筐体
2、2A、2B、2C 基板
2a 壁部
2b 流入側マニホールド
2c 流出側マニホールド
2d 嵌め込み溝
2f、2h フィン
3、3A、3B 蓋体
3a 壁部
3b 流入口
3c 流出口
3d 嵌め込み突起
3e 天井面
3f 流路狭窄用突起
3g 溝
4 流入管
5 流出管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microchannel heat exchange apparatus 1A, 1B, 1C Case 2, 2A, 2B, 2C Board | substrate 2a Wall part 2b Inflow side manifold 2c Outflow side manifold 2d Fitting groove 2f, 2h Fin 3, 3A, 3B Lid 3a Wall part 3b Inlet 3c Outlet 3d Insertion protrusion 3e Ceiling surface 3f Channel constriction protrusion 3g Groove 4 Inflow pipe 5 Outflow pipe

Claims (6)

筐体と、
前記筐体内で天井面から離間し、幅方向に間隔をおいて底面上に形成され、溝状のマイクロ流路を区画する複数のフィンと、
前記複数のフィンの長手方向の途中を横切って前記複数のフィンの上端上に橋渡しされ、前記天井面から下に突出して形成される突起と、
前記筐体内で前記複数のフィンの一端に繋がる流入側マニホールドと、
前記筐体内で前記複数のフィンの他端に繋がる流出側マニホールドと、
前記筐体の前記底面か前記天井面の少なくとも一方に形成されて前記流入側マニホールドに繋がる熱交換流体流入口と、
前記筐体の前記底面か前記天井面の少なくとも一方に形成されて前記流出側マニホールドに繋がる熱交換流体流出口と、
前記底面の裏面に配置される熱交換対象物配置面と、
を有することを特徴とするマイクロチャネル熱交換装置。
A housing,
A plurality of fins that are spaced apart from the ceiling surface in the housing and are formed on the bottom surface at intervals in the width direction, and divide the groove-shaped microchannels;
A protrusion formed across the middle of the plurality of fins on the upper ends of the plurality of fins and protruding downward from the ceiling surface;
An inflow side manifold connected to one end of the plurality of fins in the housing;
An outflow side manifold connected to the other ends of the plurality of fins in the housing;
A heat exchange fluid inlet formed on at least one of the bottom surface or the ceiling surface of the housing and connected to the inlet manifold;
A heat exchange fluid outlet formed on at least one of the bottom surface or the ceiling surface of the housing and connected to the outflow side manifold;
A heat exchange object disposition surface disposed on the back surface of the bottom surface;
A microchannel heat exchange device comprising:
前記突起の前面と後面は、前記天井面から前記フィンに向かって間隔が狭くなるテーパー面であることを特徴とする請求項1に記載のマイクロチャネル熱交換装置。   2. The microchannel heat exchange device according to claim 1, wherein a front surface and a rear surface of the protrusion are tapered surfaces having a space that decreases from the ceiling surface toward the fin. 前記複数のフィンには、前記突起の下方で局所的に数が多く形成される短いフィンが含まれることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のマイクロチャネル熱交換装置。   The microchannel heat exchange device according to claim 1 or 2, wherein the plurality of fins include short fins that are locally formed in a large number under the protrusions. 前記フィンと前記突起は嵌合により接続され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項に記載のマイクロチャネル熱交換装置。   The microchannel heat exchange device according to any one of claims 1 to 3, wherein the fin and the protrusion are connected by fitting. 前記複数のフィン及び前記突起を有する前記筐体は、重ねて複数段で配置されることを特徴と売る請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載のマイクロチャネル熱交換装置。   The microchannel heat exchange device according to any one of claims 1 to 4, wherein the casing having the plurality of fins and the protrusions is arranged in a plurality of stages so as to overlap each other. 請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載のマイクロチャネル熱交換装置と、
前記マイクロチャネル熱交換装置の前記熱交換対象物配置面に接合される電子部品と、
を有する電子機器。
The microchannel heat exchange device according to any one of claims 1 to 5,
An electronic component joined to the heat exchange object arrangement surface of the microchannel heat exchange device;
Electronic equipment having
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