JPH06326226A - Cooling unit - Google Patents

Cooling unit

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Publication number
JPH06326226A
JPH06326226A JP5327324A JP32732493A JPH06326226A JP H06326226 A JPH06326226 A JP H06326226A JP 5327324 A JP5327324 A JP 5327324A JP 32732493 A JP32732493 A JP 32732493A JP H06326226 A JPH06326226 A JP H06326226A
Authority
JP
Japan
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substrate
cooling
cover plate
refrigerant
coolant
Prior art date
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Pending
Application number
JP5327324A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masaru Ishizuka
Hideo Iwasaki
Koichiro Kawano
Katsumi Kuno
Hiroshi Mizukami
勝美 久野
秀夫 岩崎
浩一郎 川野
浩 水上
勝 石塚
Original Assignee
Toshiba Corp
株式会社東芝
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Priority to JP5440393 priority Critical
Priority to JP5-54403 priority
Application filed by Toshiba Corp, 株式会社東芝 filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5327324A priority patent/JPH06326226A/en
Publication of JPH06326226A publication Critical patent/JPH06326226A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253Bump and layer connectors

Abstract

PURPOSE:To protect a semiconductor element and the like against fracture by suppressing the pressure drop at the time of feeding refrigerant. CONSTITUTION:A plurality of grooves 2 are made in the main surface of a substrate 1 thus constituting a plurality of fins 7. The top face of the fin 7 is set lower than the peripheral part of the substrate 1, for example, and a gap is provided between the main face of the substrate 1 and the opposing face of a cover plate 3 having through holes 4, 5 applied entirely thereto thus enlarging the channel area when the region, formed between the substrate 1 and the cover plate 3, is utilized as a channel for refrigerant. This constitution realizes a cooling unit in which the pressure drop can be suppressed at the time of feeding refrigerant.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、例えば基板に搭載され
た半導体素子等を冷却するための冷却装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling device for cooling, for example, a semiconductor element mounted on a substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体装置の技術進歩は目ざまし
く、特に最近は種々の分野から、半導体装置の小型化及
び高集積化の要請が強い。かかる要請に応えるために
は、半導体装置内で発生する熱の排除に関する問題を解
決する必要があり、その中で次のような冷却装置が提案
されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the technological progress of semiconductor devices has been remarkable, and particularly in recent years, there have been strong demands for miniaturization and high integration of semiconductor devices from various fields. In order to meet such a demand, it is necessary to solve the problem relating to the removal of heat generated in the semiconductor device, and the following cooling device has been proposed among them.

【0003】以下に従来の冷却装置の例を図9を参照し
つつ説明する。図9は、従来の冷却装置の概略を示すも
のであり、図9(a)は分解斜視図、図9(b)は外観
斜視図、図9(c)は部分断面図(A−A断面図)であ
る。
An example of a conventional cooling device will be described below with reference to FIG. 9A and 9B show an outline of a conventional cooling device. FIG. 9A is an exploded perspective view, FIG. 9B is an external perspective view, and FIG. 9C is a partial cross-sectional view (AA cross section). Figure).

【0004】図に示すように、半導体基板1の一の主面
1aには複数の溝2が設けられており、半導体基板1の
他の主面1bには、半導体素子6が設けられている。溝
2は一の主面1aの周縁部を残すようにして、所定の間
隔でほぼ平行に設けられている。
As shown in the figure, a plurality of grooves 2 are provided on one main surface 1a of the semiconductor substrate 1, and a semiconductor element 6 is provided on the other main surface 1b of the semiconductor substrate 1. . The grooves 2 are provided substantially in parallel at a predetermined interval so that the peripheral portion of the one main surface 1a remains.

【0005】また、半導体基板1の一の主面1a上に
は、そのほぼ全面を覆うように、カバープレート3が張
り合わされており、このカバープレート3には、上記し
た各溝2の両端部に対応し、各溝2の長手方向と直交す
る方向に延びた貫通孔4,5が形成されている。これら
の貫通孔4,5には、接続カバー(図示省略)が取り付
けられ、それぞれ冷媒供給口、冷媒排出口として、異な
る冷媒流路(図示省略)に接続される。そして冷媒供給
源(図示省略)から一の冷媒流路に供給された冷媒は、
一の冷媒流路から一方の貫通孔4に流れ、ここで半導体
基板1に設けられた複数の溝2の一端に分配されるよう
に送り込まれる。送り込まれた冷媒は、各溝2内を他端
側に流れ、他方の貫通孔5で集約されて、他の冷媒流路
に送り出される。このように、半導体基板1の一の主面
に設けられた複数の溝2を冷媒流路として、そこに冷媒
を流すことにより、他の主面1bに設けられた半導体素
子6が冷却される。
A cover plate 3 is attached to one main surface 1a of the semiconductor substrate 1 so as to cover almost the entire surface thereof, and the cover plate 3 has both end portions of each groove 2 described above. Corresponding to, the through holes 4 and 5 extending in the direction orthogonal to the longitudinal direction of each groove 2 are formed. A connection cover (not shown) is attached to these through holes 4 and 5, and they are connected to different coolant flow paths (not shown) as a coolant supply port and a coolant discharge port, respectively. Then, the refrigerant supplied from the refrigerant supply source (not shown) to the one refrigerant passage is
It flows from one coolant channel to one through hole 4, and is fed so as to be distributed to one end of the plurality of grooves 2 provided in the semiconductor substrate 1 here. The sent refrigerant flows through the grooves 2 to the other end side, is collected in the other through hole 5, and is sent out to another refrigerant flow path. In this way, by using the plurality of grooves 2 provided on one main surface of the semiconductor substrate 1 as a coolant flow path and flowing the coolant therein, the semiconductor element 6 provided on the other main surface 1b is cooled. .

【0006】しかし、上記した従来技術において、複数
の溝2により構成される各冷媒流路は、その流路断面が
非常に小さく、流路長さが比較的長いことから、冷媒を
流す際の圧力損失が大きくなる。したがって、冷媒は冷
媒流路内を流動しにくくなり、所定の冷却性能が得られ
ず、そのために半導体素子が破壊されおそれがあった。
However, in the above-mentioned conventional technique, each refrigerant flow path constituted by the plurality of grooves 2 has a very small flow passage cross section and a relatively long flow path length, and therefore, when the refrigerant flows. Pressure loss increases. Therefore, the coolant is less likely to flow in the coolant channel, and the predetermined cooling performance cannot be obtained, which may damage the semiconductor element.

【0007】以上、半導体素子の冷却装置について説明
したが、かかる問題は半導体素子のみならず、他の電子
部品あるいは冷却を必要とする発熱体に用いられる冷却
装置に共通するものである。
Although the cooling device for the semiconductor element has been described above, such a problem is common not only to the semiconductor element but also to other electronic parts or a cooling device used for a heating element requiring cooling.

【0008】次に、半導体素子を冷却するための冷却装
置の実装構造に関する従来技術について説明する。図1
0は、従来の冷却装置の実装構造を示した断面図であ
る。従来は、半導体素子を搭載した半導体チップ31の
裏面にバネ32によって金属スタッド33を押し付ける
ことにより、半導体チップ31で発生した熱を金属スタ
ッド33から熱伝導板34へと伝え、最終的には冷媒3
5により冷却を行っていた。
Next, a conventional technique relating to a mounting structure of a cooling device for cooling a semiconductor element will be described. Figure 1
FIG. 0 is a sectional view showing a mounting structure of a conventional cooling device. Conventionally, by pressing a metal stud 33 against the back surface of a semiconductor chip 31 on which a semiconductor element is mounted by a spring 32, the heat generated in the semiconductor chip 31 is transferred from the metal stud 33 to the heat conduction plate 34, and finally the refrigerant is formed. Three
The cooling was performed by 5.

【0009】ところが、この場合、半導体チップの大き
さに比べて、金属スタッド33等からなる冷却装置が大
きな構造となり、電子機器全体のコンパクト化に支障を
来たしていた。
However, in this case, the cooling device including the metal studs 33 and the like has a larger structure than the size of the semiconductor chip, which hinders downsizing of the entire electronic device.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
従来の冷却装置では、冷媒を流す際の圧力損失が大きい
ため、所定の冷却性能が得られず、半導体素子等が破壊
されるおそれがあった。そこで、本発明では、かかる欠
点を除去し、冷媒を流す際の圧力損失を低減し、半導体
素子等の破壊防止が可能な冷却装置を提供するととも
に、電子機器全体のコンパクト化を可能にする冷却装置
の実装構造をも併せて提供することを目的とする。
As described above,
In the conventional cooling device, since the pressure loss when flowing the refrigerant is large, a predetermined cooling performance cannot be obtained, and the semiconductor element or the like may be destroyed. Therefore, in the present invention, such a defect is eliminated, a pressure loss at the time of flowing a refrigerant is reduced, and a cooling device capable of preventing destruction of a semiconductor element or the like is provided, and at the same time, cooling that enables downsizing of an entire electronic device is achieved. It is intended to provide a mounting structure of the device together.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、基板と、この基板の少なくとも一方の
主面側に取着されるカバープレートと、このカバープレ
ートに冷媒供給口として設けられる前記基板に対して垂
直方向に貫通した第1の貫通孔と、前記カバープレート
に冷媒排出口として設けられる前記基板に対して垂直方
向に貫通した第2の貫通孔とを具備し、前記基板あるい
は前記カバープレートの対向面のうち少なくとも一方に
凹凸形状が形成され、この凹凸形状を構成する凸部の一
部もしくは全部と前記基板あるいは前記カバープレート
のいずれかの対向面との間に間隙が形成され、前記基板
と前記カバープレートとの間に形成される領域が冷媒流
路として利用されることを特徴とする冷却装置を提供す
る。
In order to achieve the above object, in the present invention, a substrate, a cover plate attached to at least one main surface side of the substrate, and a coolant supply port in the cover plate. A first through hole penetrating in a vertical direction with respect to the substrate provided, and a second through hole penetrating in a vertical direction with respect to the substrate provided in the cover plate as a coolant outlet, A concavo-convex shape is formed on at least one of the opposing surfaces of the substrate or the cover plate, and a gap is formed between a part or all of the convex portions forming the concavo-convex shape and the opposing surface of the substrate or the cover plate. Is provided, and a region formed between the substrate and the cover plate is used as a coolant passage.

【0012】[0012]

【作用】上記した本発明の構成によれば、例えば、基板
の一の主面側に凹凸形状を形成し、カバープレートが基
板に取着された際、この凹凸形状を構成する凸部と、カ
バープレートの対向面との間に間隙を形成することによ
り、前記基板と前記カバープレートとの間に形成される
領域を冷媒流路として利用する際の流路面積を拡大する
ことができるため、冷媒が流れる際の圧力損失を低減す
ることができる。また、本発明にかかる冷却装置を用い
ることにより、冷却装置のコンパクトな実装が実現でき
る。
According to the above-described structure of the present invention, for example, when a concave-convex shape is formed on one main surface side of the substrate and the cover plate is attached to the substrate, the convex portion forming the concave-convex shape, By forming a gap between the facing surface of the cover plate, it is possible to increase the flow passage area when using the region formed between the substrate and the cover plate as a coolant flow passage, The pressure loss when the refrigerant flows can be reduced. Further, by using the cooling device according to the present invention, compact mounting of the cooling device can be realized.

【0013】[0013]

【実施例】本発明の実施例について、図面を参照しつつ
詳細に説明する。ここでは、主に、半導体素子の冷却装
置について説明するが、本発明は、この場合に限定され
ず、他の電子部品あるいは冷却を必要とする種々の発熱
体にも適用が可能である。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, a semiconductor device cooling device will be mainly described, but the present invention is not limited to this case, and can be applied to other electronic components or various heating elements that require cooling.

【0014】図1及び図2は、本発明に係る冷却装置の
第1実施例を示したものである。図1(a)は分解斜視
図、図1(b)は外観斜視図、図2(a)乃至(d)
は、図1(b)のA−A断面を示した部分断面図であ
る。ここで、図9に示した部分と同一部分または同一機
能を有する部分については同一番号を付すこととする。
1 and 2 show a first embodiment of a cooling device according to the present invention. FIG. 1A is an exploded perspective view, FIG. 1B is an external perspective view, and FIGS. 2A to 2D.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing a cross section taken along the line AA of FIG. Here, the same parts or parts having the same functions as those shown in FIG. 9 are designated by the same reference numerals.

【0015】本実施例に係る冷却装置は、例えば一辺が
約15mmの方形の基板1の一の主面1aに、複数の溝
2を化学エッチング等の公知の手法により形成すること
により、複数のフィン7を構成する。溝2は、例えば、
幅が50μm程度で、深さが300μm程度に設定され
ており、各溝2は、ほぼ等間隔で平行に形成されてい
る。ここで、基板1の周縁部は残し、フィン7の頂面
は、例えば図1(a)に示すように、この周縁部よりも
高さが低くなるようにする。
In the cooling device according to this embodiment, for example, a plurality of grooves 2 are formed on one main surface 1a of a rectangular substrate 1 having a side of about 15 mm by a known method such as chemical etching. The fin 7 is configured. The groove 2 is, for example,
The width is about 50 μm and the depth is set to about 300 μm, and the grooves 2 are formed in parallel at substantially equal intervals. Here, the peripheral portion of the substrate 1 is left, and the top surfaces of the fins 7 are made lower in height than the peripheral portion, for example, as shown in FIG.

【0016】また、基板1の一の主面1a上には、その
全面を覆うようにカバープレート3が張り合わされてお
り、このカバープレート3には、貫通孔4,5が形成さ
れている。これらの貫通孔4,5には、接続カバー(図
示省略)が取り付けられ、それぞれ冷媒供給口、冷媒排
出口として、異なる冷媒流路(図示省略)に接続され
る。そして冷媒供給源(図示省略)から一の冷媒流路に
供給された冷媒は、一の冷媒流路から一方の貫通孔4に
送り込まれ、基板1とカバープレート3との間の領域を
経て、他方の貫通孔5から他の冷媒流路に送り出され
る。これにより、基板1の他の主面1b上に設けられた
半導体素子6が冷却される。
A cover plate 3 is attached to one main surface 1a of the substrate 1 so as to cover the entire surface thereof, and through holes 4 and 5 are formed in the cover plate 3. A connection cover (not shown) is attached to these through holes 4 and 5, and they are connected to different coolant flow paths (not shown) as a coolant supply port and a coolant discharge port, respectively. Then, the coolant supplied from the coolant supply source (not shown) to the one coolant flow path is sent from the one coolant flow path to the one through hole 4, and passes through the region between the substrate 1 and the cover plate 3, It is sent out from the other through hole 5 to another refrigerant flow path. Thereby, the semiconductor element 6 provided on the other main surface 1b of the substrate 1 is cooled.

【0017】図2は、基板1とカバープレート3との間
の領域、即ち冷却装置に設けられた冷媒流路の断面を示
す部分断面図である。本実施例に係る冷却装置において
は、例えば、図2(a)に示すように、フィン7の頂面
とカバープレート3との間に一定の間隙を設け、複数の
溝2により構成される微小な冷媒流路を連結して流路面
積を拡大することにより、冷媒が流れる際の圧力損失の
低減を図っている。これにより、冷媒が冷却装置に設け
られた冷媒流路内をスムーズに流動するようになり、十
分な冷却効果が発揮されるようになるため、冷却対象で
ある半導体素子が破壊される心配もなくなる。
FIG. 2 is a partial sectional view showing a section between the substrate 1 and the cover plate 3, that is, a section of the coolant passage provided in the cooling device. In the cooling device according to the present embodiment, for example, as shown in FIG. 2A, a small gap is provided between the top surfaces of the fins 7 and the cover plate 3 and is composed of a plurality of grooves 2. The pressure loss when the refrigerant flows is reduced by connecting different refrigerant channels to increase the channel area. As a result, the refrigerant smoothly flows in the refrigerant passage provided in the cooling device, and a sufficient cooling effect is exerted, so that there is no fear that the semiconductor element to be cooled is destroyed. .

【0018】図2(b)乃至(d)は、上記した図2
(a)において示した冷媒流路の変形例を示したもので
ある。フィン7の頂面とカバープレート3との間の間隙
は、すべてフィン7について設ける必要はなく、図2
(b)に示すように、フィン7bのようにその頂面がカ
バープレート3に接触して冷媒流路をいくつかに区分す
るようにしても良い。この場合、圧力損失は多少増大す
るが、従来に比べればその値を低減でき、所望の効果を
得ることができる。また、図2(c)に示すように、フ
ィン7の高さ、即ち、フィン7の頂面とカバープレート
3との間の間隙は一定でなくても良く、フィン7a,7
cのように高さを適宜変えた構成としても良い。図2
(d)は、(b)と(c)を組み合わせたものであり、
このような構成でも同様の作用・効果が得られる。
2 (b) to 2 (d) are the same as those shown in FIG.
It is a thing which shows the modification of the refrigerant flow path shown in (a). It is not necessary to provide all the gaps between the top surfaces of the fins 7 and the cover plate 3 for the fins 7, as shown in FIG.
As shown in (b), the top surfaces of the fins 7b may come into contact with the cover plate 3 to divide the refrigerant passage into several parts. In this case, the pressure loss increases to some extent, but the value can be reduced as compared with the conventional case, and the desired effect can be obtained. Further, as shown in FIG. 2C, the height of the fin 7, that is, the gap between the top surface of the fin 7 and the cover plate 3 may not be constant, and the fins 7a, 7
A configuration in which the height is appropriately changed as in c may be adopted. Figure 2
(D) is a combination of (b) and (c),
The same action and effect can be obtained even with such a configuration.

【0019】なお、本実施例では、基板1側に溝2を設
けることによりフィン7を形成しているが、これをカバ
ープレート3側に設けてもやはり同様の効果が得られ
る。また、冷却を必要とする半導体素子6を、カバープ
レート3側に設けても良い。
In this embodiment, the fin 7 is formed by providing the groove 2 on the substrate 1 side, but the same effect can be obtained by providing the fin 7 on the cover plate 3 side. Further, the semiconductor element 6 that requires cooling may be provided on the cover plate 3 side.

【0020】図3は、本発明に係る冷却装置の第2実施
例を示したものである。図3(a)は分解斜視図、図3
(b)は外観斜視図である。ここで、図1に示した部分
と同一部分または同一機能を有する部分については同一
番号を付すことにより、重複説明を省略する。本実施例
は、第1実施例におけるカバープレート3に改良を加え
たものである。つまり、カバープレート3には、冷媒の
供給口及び排出口を形成するため、3箇所に貫通孔4
a,4b,5が設けられている。この貫通孔のうち、カ
バープレート3の両端側に位置する貫通孔4a,4bを
冷媒供給口として適用すれば、供給された冷媒は、基板
1の周縁部から中心部に向かって流れる。そして、残り
の貫通孔5を冷媒排出口として適用することにより、基
板1の中心部近傍から冷媒を排出することができる。な
お、基板1上に設けられたフィン7の構成に関しては第
1実施例(図2参照)と同様であるため、ここでは重複
説明を省略する。
FIG. 3 shows a second embodiment of the cooling device according to the present invention. 3 (a) is an exploded perspective view, FIG.
(B) is an external perspective view. Here, the same parts or parts having the same functions as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the duplicated description will be omitted. This embodiment is an improvement of the cover plate 3 in the first embodiment. In other words, the cover plate 3 is formed with the through holes 4 at three locations in order to form the supply port and the discharge port for the refrigerant.
a, 4b, 5 are provided. If the through holes 4a and 4b located at both ends of the cover plate 3 are used as the coolant supply ports, the supplied coolant flows from the peripheral portion of the substrate 1 toward the central portion. Then, by applying the remaining through holes 5 as a coolant discharge port, the coolant can be discharged from the vicinity of the central portion of the substrate 1. Since the structure of the fins 7 provided on the substrate 1 is the same as that of the first embodiment (see FIG. 2), duplicate description will be omitted here.

【0021】以上のような構成によれば、冷媒流路の長
さが従来の半分で済むことから、第1実施例に加えてさ
らに圧力損失を低減することが可能となる。したがっ
て、より冷却効率の高い冷却装置の構築が可能となる。
According to the above-mentioned structure, the length of the refrigerant passage is half that of the conventional one, so that it is possible to further reduce the pressure loss in addition to the first embodiment. Therefore, it is possible to construct a cooling device with higher cooling efficiency.

【0022】一方、上記とは逆に、カバープレート3の
中心部近傍に位置する貫通孔5を冷媒供給口とし、残り
の貫通孔4a,4bを冷媒排出口とすることにより、冷
媒を基板1の中心部近傍から供給し、基板1の周縁部か
ら排出するようにしても上記と同様の作用・効果が得ら
れる。
On the other hand, contrary to the above, the through hole 5 located near the central portion of the cover plate 3 is used as the coolant supply port, and the remaining through holes 4a and 4b are used as the coolant discharge ports, whereby the coolant is supplied to the substrate 1. Even if it is supplied from the vicinity of the central portion of the substrate and discharged from the peripheral portion of the substrate 1, the same action and effect as described above can be obtained.

【0023】図4は、本発明に係る冷却装置の第3実施
例を示したものである。図4(a)は分解斜視図、図4
(b)は外観斜視図である。ここで、図1に示した部分
と同一部分または同一機能を有する部分については同一
番号を付すことにより、重複説明を省略する。本実施例
は、第1実施例における基板1及びカバープレート3の
双方に改良を加えたものである。本実施例においては、
基板1のほぼ中央で仕切壁8により、独立した溝2a,
2bを設け、冷媒流路を第1実施例のほぼ半分の長さと
している。これに対応して、カバープレート3には、冷
媒の供給口及び排出口を形成するため、4箇所に貫通孔
4a,4b,5a,5bが設けられている。即ち、これ
らの貫通孔のうち、仕切壁8で仕切られた2つの領域ご
とに各々2つの貫通孔を位置させ、その一方を冷媒供給
口、他方を冷媒排出口として適用する。例えば、カバー
プレート3の両端側に設けられた貫通孔4a,4bを冷
媒供給口として適用すれば、冷媒は基板1の周縁部から
中心部へ向かって流れる。そして、他方の貫通孔5a,
5bを冷媒排出口として適用することにより、基板1の
中心部近傍から冷媒を排出することができる。なお、基
板1上に設けられたフィン7a,7bの構成に関しては
第1実施例(図2参照)と同様であるため、ここでは重
複説明を省略する。
FIG. 4 shows a third embodiment of the cooling device according to the present invention. 4 (a) is an exploded perspective view, FIG.
(B) is an external perspective view. Here, the same parts or parts having the same functions as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the duplicated description will be omitted. This embodiment is an improvement on both the substrate 1 and the cover plate 3 in the first embodiment. In this embodiment,
A partition wall 8 is provided in the center of the substrate 1 so that an independent groove 2a,
2b is provided, and the refrigerant passage has a length that is almost half that of the first embodiment. Correspondingly, the cover plate 3 is provided with through holes 4a, 4b, 5a, 5b at four positions in order to form a coolant supply port and a coolant discharge port. That is, of these through-holes, two through-holes are located in each of the two regions partitioned by the partition wall 8, and one of them is used as a coolant supply port and the other is used as a coolant discharge port. For example, if the through holes 4a and 4b provided at both ends of the cover plate 3 are applied as the coolant supply ports, the coolant flows from the peripheral edge portion of the substrate 1 toward the central portion. Then, the other through hole 5a,
By applying 5b as the coolant outlet, the coolant can be discharged from the vicinity of the central portion of the substrate 1. The structure of the fins 7a and 7b provided on the substrate 1 is the same as that of the first embodiment (see FIG. 2), and therefore the duplicated description is omitted here.

【0024】以上のような構成によれば、第2実施例と
同様に、冷媒流路の長さが従来の半分で済むことから、
第1実施例に加えてさらに圧力損失を低減することが可
能となる。
According to the above construction, the length of the refrigerant passage is half that of the conventional one, as in the second embodiment.
In addition to the first embodiment, the pressure loss can be further reduced.

【0025】一方、上記とは逆に、カバープレート3の
中心部近傍に位置する貫通孔5a,5bを冷媒供給口と
し、残りの貫通孔4a,4bを冷媒排出口とすることに
より、冷媒を基板1の中心部近傍から供給し、基板1の
周縁部から排出するようにしても良い。また、一方の領
域では、冷媒を基板1の周縁部の貫通孔4a(4b)か
ら供給し、基板1の中心部近傍の貫通孔5a(5b)か
ら排出するようにし、他方の領域では、反対に基板1の
中心部近傍の貫通孔5b(5a)から供給し、基板1の
周縁部の貫通孔4b(4a)から排出するようにしても
良い。
On the other hand, conversely to the above, the through holes 5a and 5b located near the central portion of the cover plate 3 are used as the coolant supply ports, and the remaining through holes 4a and 4b are used as the coolant discharge ports, whereby the coolant is discharged. The supply may be performed from the vicinity of the central portion of the substrate 1 and discharged from the peripheral portion of the substrate 1. In one area, the coolant is supplied from the through holes 4a (4b) at the peripheral edge of the substrate 1 and is discharged from the through holes 5a (5b) near the center of the substrate 1, and in the other area, the opposite. Alternatively, the gas may be supplied from the through hole 5b (5a) near the center of the substrate 1 and discharged from the through hole 4b (4a) at the peripheral edge of the substrate 1.

【0026】図5及び図6は、本発明に係る冷却装置の
第4実施例を示したものである。図5(a)は分解斜視
図、図5(b)は外観斜視図、図6(a)及び(b)
は、図5(b)のA−A断面を示した部分断面図であ
る。ここで、図1に示した部分と同一部分または同一機
能を有する部分については同一番号を付すことにより重
複説明を省略することとする。
FIG. 5 and FIG. 6 show a fourth embodiment of the cooling device according to the present invention. 5 (a) is an exploded perspective view, FIG. 5 (b) is an external perspective view, and FIGS. 6 (a) and 6 (b).
FIG. 6 is a partial sectional view showing an AA section of FIG. Here, the same parts as those shown in FIG. 1 or parts having the same functions are designated by the same reference numerals, and the duplicated description will be omitted.

【0027】第1実施例においては、冷却装置内におけ
る冷媒の主流方向と、溝2及びフィン7の長手方向が一
致していたのに対し、本実施例では、カバープレート3
に設けられた貫通孔4,5が基板1上に形成される溝2
及びフィン7の長手方向と同一方向に延びた構成とし
て、冷却装置内における冷媒の主流方向が、溝2及びフ
ィン7の長手方向と直交するように構成されている。こ
のため、冷媒が冷媒流路内を流動する際、フィン7によ
って流れが撹乱され、熱伝達特性が向上する。また、図
6(a)及び(b)に示すように、本実施例において
は、すべてのフィン7の頂面とカバープレート3との間
に間隙を設ける必要がある。しかし、その間隙は一定で
なくても良く、フィン7a,7bのように高さを適宜変
えた構成としても良い。なお、その他の作用・効果に関
しては第1実施例と同様である。
In the first embodiment, the main flow direction of the refrigerant in the cooling device and the longitudinal direction of the groove 2 and the fin 7 are the same, but in the present embodiment, the cover plate 3 is used.
A groove 2 having through holes 4 and 5 formed on the substrate 1 formed on the substrate 1
Further, as a configuration extending in the same direction as the longitudinal direction of the fins 7, the main flow direction of the refrigerant in the cooling device is configured to be orthogonal to the longitudinal directions of the grooves 2 and the fins 7. Therefore, when the refrigerant flows in the refrigerant flow path, the fins 7 disturb the flow and the heat transfer characteristics are improved. Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, in this embodiment, it is necessary to provide gaps between the top surfaces of all the fins 7 and the cover plate 3. However, the gap does not have to be constant, and the fins 7a and 7b may have different heights. The other functions and effects are the same as those in the first embodiment.

【0028】図7は、本発明に係る冷却装置の第5実施
例を示したものである。図7(a)は分解斜視図、図7
(b)は部分断面図である。本実施例においては、第1
実施例における基板1に相当する中板11の両主面に、
複数の溝12a,12bを化学エッチング等の公知の手
法により形成することにより、複数のフィン17a,1
7bを構成する。各溝12a,12bは、ほぼ等間隔で
平行に形成されている。ここで、中板11の周縁部は残
し、フィン17a,17bの頂面は、例えば図7
(a),(b)に示すように、この周縁部よりも高さが
低くなるようにする。
FIG. 7 shows a fifth embodiment of the cooling device according to the present invention. 7 (a) is an exploded perspective view, FIG.
(B) is a partial sectional view. In this embodiment, the first
On both main surfaces of the intermediate plate 11 corresponding to the substrate 1 in the embodiment,
By forming the plurality of grooves 12a, 12b by a known method such as chemical etching, a plurality of fins 17a, 1
7b. The grooves 12a and 12b are formed in parallel at substantially equal intervals. Here, the peripheral portion of the intermediate plate 11 is left, and the top surfaces of the fins 17a and 17b are, for example, as shown in FIG.
As shown in (a) and (b), the height is made lower than the peripheral portion.

【0029】中板11の両主面上には、その全面を覆う
ようにカバープレート13a,13bが張り合わされて
おり、これらのカバープレート13a,13bには、冷
媒の供給口及び排出口を構成するするため、貫通孔14
a,15a並びに14b,15bがそれぞれ設けられて
いる。また、カバープレート13aの中板11に接続さ
れる主面と反対側の主面上には半導体素子16が設けら
れている。
Cover plates 13a and 13b are attached to both main surfaces of the intermediate plate 11 so as to cover the entire surfaces thereof, and these cover plates 13a and 13b constitute a supply port and a discharge port for the refrigerant. Through hole 14
a, 15a and 14b, 15b are provided, respectively. A semiconductor element 16 is provided on the main surface opposite to the main surface connected to the middle plate 11 of the cover plate 13a.

【0030】本実施例においては、例えば、カバープレ
ート13aの貫通孔14a及びカバープレート13bの
貫通孔15bを冷媒供給口として適用し、残りの貫通孔
15a,14bを冷媒排出口として適用することによ
り、中板11の両主面とカバープレート13a,13b
との間に設けられた冷媒流路に、冷媒を対向流となるよ
うに流動させることができる。これにより、冷媒の流れ
方向の温度勾配が緩和され、冷却装置の内の温度分布を
平均化することが可能となる。
In this embodiment, for example, the through hole 14a of the cover plate 13a and the through hole 15b of the cover plate 13b are used as the refrigerant supply port, and the remaining through holes 15a and 14b are used as the refrigerant discharge port. , Both main surfaces of the intermediate plate 11 and the cover plates 13a, 13b
The refrigerant can be made to flow in a refrigerant flow path provided between and so as to be a counter flow. Thereby, the temperature gradient in the flow direction of the refrigerant is relaxed, and the temperature distribution inside the cooling device can be averaged.

【0031】また、上記した各実施例と同様に、図7
(b)に示すようにフィン17a,17bの頂面とカバ
ープレート13a,13bとの間に一定の間隙を設け、
複数の溝12a,12bにより構成される微小な冷媒流
路を連結して流路面積を拡大することにより、冷媒が流
れる際の圧力損失の低減を図っている。これにより、冷
媒が冷却装置に設けられた冷媒流路内をスムーズに流動
するようになり、十分な冷却効果が発揮されるようにな
るため、冷却対象である半導体素子が破壊される心配も
なくなる。
Further, as in the above-mentioned respective embodiments, FIG.
As shown in (b), a fixed gap is provided between the top surfaces of the fins 17a, 17b and the cover plates 13a, 13b,
By connecting the minute refrigerant passages constituted by the plurality of grooves 12a and 12b to increase the passage area, the pressure loss when the refrigerant flows is reduced. As a result, the refrigerant smoothly flows in the refrigerant passage provided in the cooling device, and a sufficient cooling effect is exerted, so that there is no fear that the semiconductor element to be cooled is destroyed. .

【0032】なお、図7においては、半導体素子16を
一方のカバープレート13aのみに設けているが、他方
のカバープレート13bの中板11に接続される主面と
反対側の主面上にも半導体素子を設けて、同時に冷却す
るようにしても良い。また、フィン17a,17bの構
成に関しては第1実施例(図2参照)と同様に考えるこ
とが可能であり、ここでは重複説明を省略する。さら
に、本実施例と第2乃至第4実施例とを組み合わせた構
成としても良い。
Although the semiconductor element 16 is provided only on one cover plate 13a in FIG. 7, it is also provided on the main surface opposite to the main surface connected to the middle plate 11 of the other cover plate 13b. A semiconductor element may be provided and cooled at the same time. Further, the fins 17a and 17b can be considered in the same manner as in the first embodiment (see FIG. 2), and a duplicate description will be omitted here. Further, the present embodiment may be combined with the second to fourth embodiments.

【0033】図8は、本発明に係る冷却装置の第6実施
例を示したものである。図8(a)は分解斜視図、図8
(b)は部分断面図である。第5実施例においては、冷
却装置の冷媒流路を構成するために溝12a,12b及
びフィン17a,17bが中板11上に形成されていた
が(図7参照)、本実施例においては、それらが中板2
1の両主面に張り合わせられるカバープレート23a,
23bの対向面上に設けられている。即ち、カバープレ
ート23a,23bの周縁部の対面する2箇所に冷媒の
供給口及び排出口を構成する貫通孔24a,25a並び
に24b,25bが設けられており、カバープレート2
3a,23bの一主面上の上記貫通孔に挟まれた部分に
溝22a,22bを形成することにより、複数のフィン
27a,27bが構成されている。また、カバープレー
ト23aの中板21に接続される主面と反対側の主面上
には半導体素子16が設けられている。このような構成
によっても、第4実施例と同様の作用・効果が得られ
る。
FIG. 8 shows a sixth embodiment of the cooling device according to the present invention. FIG. 8A is an exploded perspective view, FIG.
(B) is a partial sectional view. In the fifth embodiment, the grooves 12a, 12b and the fins 17a, 17b are formed on the intermediate plate 11 to form the refrigerant flow path of the cooling device (see FIG. 7), but in the present embodiment, They are the middle plate 2
Cover plates 23a that are attached to both main surfaces of
It is provided on the facing surface of 23b. That is, the through holes 24a, 25a and 24b, 25b forming the supply port and the discharge port of the refrigerant are provided at two facing positions on the peripheral edge portions of the cover plates 23a, 23b.
A plurality of fins 27a, 27b are formed by forming the grooves 22a, 22b in the portion sandwiched by the through holes on the one main surface of 3a, 23b. The semiconductor element 16 is provided on the main surface opposite to the main surface connected to the middle plate 21 of the cover plate 23a. Even with such a configuration, the same operation and effect as in the fourth embodiment can be obtained.

【0034】次に、本発明にかかる冷却装置の実装構造
について図11を参照しつつ説明する。図11の(a)
は本発明にかかる冷却装置の実装構造の一実施例を示す
断面図、(b)はその部分拡大図である。
Next, the mounting structure of the cooling device according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 (a)
Is a sectional view showing an embodiment of a mounting structure of a cooling device according to the present invention, and FIG.

【0035】配線基板41に半田バンプ42を介して接
続されている半導体チップ43には、上述したような数
10μmオーダーの溝が複数形成されたチャンネルプレ
ート44aと、冷媒供給口および冷媒排出口を有するカ
バープレート44bを張り合わせることにより形成され
るマイクロチャンネル熱交換器44が熱的に接続されて
いる。かかる熱的接続は、マイクロチャンネル熱交換器
44がシリコン等の熱伝導性の良好な材料で形成されて
いれば、半導体チップに直接接着することにより達成で
き、接触部分の熱抵抗を充分小さくすることが可能であ
る。ただし、熱応力の発生等が予想される場合は、熱伝
導性グリス等の介在物を介して接続しても良い。
The semiconductor chip 43 connected to the wiring board 41 via the solder bumps 42 is provided with a channel plate 44a having a plurality of grooves of the order of several tens of μm as described above, a coolant supply port and a coolant discharge port. The microchannel heat exchanger 44 formed by pasting together the cover plate 44b which it has is thermally connected. Such thermal connection can be achieved by directly adhering to the semiconductor chip if the microchannel heat exchanger 44 is made of a material having good thermal conductivity such as silicon, and the thermal resistance of the contact portion is sufficiently reduced. It is possible. However, when thermal stress is expected to occur, the connection may be made via an intervening material such as heat conductive grease.

【0036】このような実装構造を有する複数のマイク
ロチャンネル熱交換器44を連結するとともに、それぞ
れに冷媒を供給するための冷媒流路45を有する冷媒供
給ホルダ46が設けられている。この冷媒供給ホルダ4
6は、カバープレート44bに接着等により接続される
が、カバープレート44bを設けず、直接チャンネルプ
レート44aに接続しても良い。冷媒供給ホルダ46に
設けられた冷媒流路46には、マイクロチャンネル熱交
換器44のカバープレート44bに設けられた冷媒供給
口及び冷媒排出口に連結される流路が設けられている。
A plurality of microchannel heat exchangers 44 having such a mounting structure are connected to each other, and a coolant supply holder 46 having a coolant passage 45 for supplying a coolant to each is provided. This refrigerant supply holder 4
6 is connected to the cover plate 44b by adhesion or the like, but may be directly connected to the channel plate 44a without providing the cover plate 44b. The coolant passage 46 provided in the coolant supply holder 46 is provided with a passage connected to a coolant supply port and a coolant discharge port provided in the cover plate 44 b of the microchannel heat exchanger 44.

【0037】このようにして、発熱体である半導体チッ
プ43に対して冷却装置であるマイクロチャンネル熱交
換器44が実装され、冷媒供給ホルダ46内の冷媒流路
45を流動する冷媒によって、半導体チップ43が冷却
される。
In this way, the microchannel heat exchanger 44, which is a cooling device, is mounted on the semiconductor chip 43, which is a heating element, and the semiconductor chip is driven by the refrigerant flowing in the refrigerant flow passage 45 in the refrigerant supply holder 46. 43 is cooled.

【0038】本実施例のように、マイクロチャンネル熱
交換器44を用いれば冷却装置自体を小型化できるとと
もに、冷媒の全流量も微小にすることができるため、冷
媒供給ホルダ46をも小型化することができ、冷却装置
のコンパクトな実装が可能となり、電子機器全体のコン
パクト化を実現することが可能となる。
If the microchannel heat exchanger 44 is used as in the present embodiment, the cooling device itself can be downsized, and the total flow rate of the refrigerant can be made small, so that the refrigerant supply holder 46 is also downsized. Thus, the cooling device can be compactly mounted, and the entire electronic device can be made compact.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
冷却装置に設けられた冷媒流路内を冷媒が流れる際の圧
力損失を低減させることができるため、冷媒が冷媒流路
内をスムーズに流動するようになり、十分な冷却効果が
発揮されるようになり、冷却対象である半導体素子等の
破壊を防止することが可能となる。
As described above, according to the present invention,
Since it is possible to reduce the pressure loss when the refrigerant flows in the refrigerant passage provided in the cooling device, the refrigerant can smoothly flow in the refrigerant passage, and a sufficient cooling effect can be exhibited. Therefore, it is possible to prevent the semiconductor element or the like to be cooled from being destroyed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る冷却装置の第1実施例を示す斜視
図。
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a cooling device according to the present invention.

【図2】本発明に係る冷却装置の第1実施例を示す部分
断面図。
FIG. 2 is a partial sectional view showing a first embodiment of a cooling device according to the present invention.

【図3】本発明に係る冷却装置の第2実施例を示す斜視
図。
FIG. 3 is a perspective view showing a second embodiment of the cooling device according to the present invention.

【図4】本発明に係る冷却装置の第3実施例を示す斜視
図。
FIG. 4 is a perspective view showing a third embodiment of the cooling device according to the present invention.

【図5】本発明に係る冷却装置の第4実施例を示す斜視
図。
FIG. 5 is a perspective view showing a fourth embodiment of the cooling device according to the present invention.

【図6】本発明に係る冷却装置の第4実施例を示す部分
断面図。
FIG. 6 is a partial cross-sectional view showing a fourth embodiment of the cooling device according to the present invention.

【図7】本発明に係る冷却装置の第5実施例を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a cooling device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図8】本発明に係る冷却装置の第6実施例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing a sixth embodiment of the cooling device according to the present invention.

【図9】従来の冷却装置の概略を示す図。FIG. 9 is a diagram schematically showing a conventional cooling device.

【図10】従来の冷却装置の実装構造を示した断面図。FIG. 10 is a sectional view showing a mounting structure of a conventional cooling device.

【図11】本発明にかかる冷却装置の実装構造を示す
図。
FIG. 11 is a diagram showing a mounting structure of a cooling device according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 溝 3 カバープレート 4,5 貫通孔 6 半導体素子 7 フィン 41 配線基板 42 半田バンプ 43 半導体チップ 44 マイクロチャンネル熱交換器 45 冷媒流路 46 冷媒供給ホルダ 1 Substrate 2 Groove 3 Cover Plate 4, 5 Through Hole 6 Semiconductor Element 7 Fin 41 Wiring Board 42 Solder Bump 43 Semiconductor Chip 44 Micro Channel Heat Exchanger 45 Refrigerant Flow Path 46 Refrigerant Supply Holder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 久野 勝美 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 石塚 勝 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Katsumi Kuno 1 Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Katsushi Ishizuka Komukai-Toshiba, Kawasaki-shi, Kanagawa Town No. 1 Toshiba Corporation Research & Development Center

Claims (1)

    【特許請求の範囲】[Claims]
  1. 【請求項1】 基板と、この基板の少なくとも一方の主
    面側に取着されるカバープレートと、このカバープレー
    トに冷媒供給口として設けられる前記基板に対して垂直
    方向に貫通した第1の貫通孔と、前記カバープレートに
    冷媒排出口として設けられる前記基板に対して垂直方向
    に貫通した第2の貫通孔とを具備し、前記基板あるいは
    前記カバープレートの対向面のうち少なくとも一方に凹
    凸形状が形成され、この凹凸形状を構成する凸部の一部
    もしくは全部と前記基板あるいは前記カバープレートの
    いずれかの対向面との間に間隙が形成され、前記基板と
    前記カバープレートとの間に形成される領域が冷媒流路
    として利用されることを特徴とする冷却装置。
    1. A substrate, a cover plate attached to at least one main surface side of the substrate, and a first penetrating hole provided in the cover plate as a coolant supply port in a direction perpendicular to the substrate. And a second through hole that is provided in the cover plate as a coolant discharge port and penetrates in a direction perpendicular to the substrate, and at least one of the facing surface of the substrate or the cover plate has an uneven shape. A gap is formed between a part or all of the convex portion forming the concavo-convex shape and an opposing surface of the substrate or the cover plate, and is formed between the substrate and the cover plate. The cooling device is characterized in that the region is used as a coolant flow path.
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