JPS61104645A - 冷却器及びその製造方法 - Google Patents
冷却器及びその製造方法Info
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- JPS61104645A JPS61104645A JP22577184A JP22577184A JPS61104645A JP S61104645 A JPS61104645 A JP S61104645A JP 22577184 A JP22577184 A JP 22577184A JP 22577184 A JP22577184 A JP 22577184A JP S61104645 A JPS61104645 A JP S61104645A
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- Japan
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- cooling
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- coolers
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- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/46—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids
- H01L23/473—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements involving the transfer of heat by flowing fluids by flowing liquids
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- H—ELECTRICITY
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- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、複数個の半導体素子等の発熱体を搭載した半
導体装置に使用する冷却器およびその製造方法に関する
ものである。
導体装置に使用する冷却器およびその製造方法に関する
ものである。
ＩＣ，］、ＳＩなど構成素子の集積度を上げれば上げる
ほど発熱量が多くなり性能の向上、維持を図るために冷
却が必要である。冷却性能のよい冷却器の開発が素子の
集積度向上の決めてともなっている。従来半導体素子は
、放熱フィンを有する放熱板に取りつけるなどの手段や
特開昭５６−８８３４４に記載されるように冷却効率の
よい冷却方式として冷水、液体窮素、フレオンなどの冷
媒を放熱板に通す方式が従来行われている。第６図はそ
の代表例を示す。冷媒流入口１から入った冷媒は、素子
の下を流れ流出口に出て素子を冷却する構造となってい
る。しかし前記したように素子の集積度が年々向上する
ため冷却性能をさらに向上させる方策を取る必要がある
と同時に複数個の素子を１個の冷却器に搭載すると冷却
器の性能が著しく低下する恐れがある。したがって特開
昭５７−１５９０５０号公報、特開昭５８−６４０５５
号公報に記載されるように複数個の素子等発熱体をフレ
オン等の冷媒に浸漬し冷却する液冷モジュール法が採用
されている。しかし冷媒中に浸漬するため素子を密封す
るがどの対策を講じたくてはならず問題も多く、冷却効
率さえ向上できれば第６図に示す方式の方が良い。
ほど発熱量が多くなり性能の向上、維持を図るために冷
却が必要である。冷却性能のよい冷却器の開発が素子の
集積度向上の決めてともなっている。従来半導体素子は
、放熱フィンを有する放熱板に取りつけるなどの手段や
特開昭５６−８８３４４に記載されるように冷却効率の
よい冷却方式として冷水、液体窮素、フレオンなどの冷
媒を放熱板に通す方式が従来行われている。第６図はそ
の代表例を示す。冷媒流入口１から入った冷媒は、素子
の下を流れ流出口に出て素子を冷却する構造となってい
る。しかし前記したように素子の集積度が年々向上する
ため冷却性能をさらに向上させる方策を取る必要がある
と同時に複数個の素子を１個の冷却器に搭載すると冷却
器の性能が著しく低下する恐れがある。したがって特開
昭５７−１５９０５０号公報、特開昭５８−６４０５５
号公報に記載されるように複数個の素子等発熱体をフレ
オン等の冷媒に浸漬し冷却する液冷モジュール法が採用
されている。しかし冷媒中に浸漬するため素子を密封す
るがどの対策を講じたくてはならず問題も多く、冷却効
率さえ向上できれば第６図に示す方式の方が良い。
このため冷却器をいかなる構造にするか、またそれをい
かに製造す為かについて従来より研究開発が続けられて
きているがいまだそれらの要件を十分満ｔｒ−する技術
が開発されていがいのが現状である。従来第６図に示す
冷却器を製造する方法として第７図に示すように板に冷
却溝を切削加工によって形成した後、一方の板とろう付
することにより接合し作製される。しかし機械的な切削
加工やろう付性のため冷却溝の深さ、幅には限界がある
。すなわちろう材が冷却溝へ流入することにより冷媒通
路が閉塞され冷媒が流れかいという問題が生じる。冷媒
通路の太さを小さくしその数を多くすることは伝熱面積
を犬にし冷却効率を高めるうえで重要な事項であるが、
従来法によってはまったく不可能である。冷却溝の幅や
深さが小さくできたとして、接合に固相接合を採用する
方法が考えられるが、高温でＩ Ｋｇ ／ ｍｍ ２以
上の大きな接合圧力を必要とするため冷媒通路が変形し
場合によっては閉塞するという問題が生じ必ずしも信頼
性のある接合法とは言えない。
かに製造す為かについて従来より研究開発が続けられて
きているがいまだそれらの要件を十分満ｔｒ−する技術
が開発されていがいのが現状である。従来第６図に示す
冷却器を製造する方法として第７図に示すように板に冷
却溝を切削加工によって形成した後、一方の板とろう付
することにより接合し作製される。しかし機械的な切削
加工やろう付性のため冷却溝の深さ、幅には限界がある
。すなわちろう材が冷却溝へ流入することにより冷媒通
路が閉塞され冷媒が流れかいという問題が生じる。冷媒
通路の太さを小さくしその数を多くすることは伝熱面積
を犬にし冷却効率を高めるうえで重要な事項であるが、
従来法によってはまったく不可能である。冷却溝の幅や
深さが小さくできたとして、接合に固相接合を採用する
方法が考えられるが、高温でＩ Ｋｇ ／ ｍｍ ２以
上の大きな接合圧力を必要とするため冷媒通路が変形し
場合によっては閉塞するという問題が生じ必ずしも信頼
性のある接合法とは言えない。
本発明の目的は、微細な冷媒通路を高密度に配置した冷
却器を少くとも１枚のブレード上に２個以上配置するこ
とにより複数個の半導体素子などの発熱体を効率よく冷
却する冷却器とその製造方法を提供することにある。
却器を少くとも１枚のブレード上に２個以上配置するこ
とにより複数個の半導体素子などの発熱体を効率よく冷
却する冷却器とその製造方法を提供することにある。
本発明は、前述の目的を達成するため従来のような切削
加工やろう付並びに固相接合による冷媒通路形成には限
界があり、これに代る新規な方式でしかも複数個の素子
など発熱体を冷却する冷却器を開発すべきであるとの考
えから鋭意研究した結果、以下に述べる冷却器とその製
造方法を開発したものである。以下に述べる板とは数１
０μｍ以上の板厚の板を言う。
加工やろう付並びに固相接合による冷媒通路形成には限
界があり、これに代る新規な方式でしかも複数個の素子
など発熱体を冷却する冷却器を開発すべきであるとの考
えから鋭意研究した結果、以下に述べる冷却器とその製
造方法を開発したものである。以下に述べる板とは数１
０μｍ以上の板厚の板を言う。
具体的には、板とは熱伝導性の良い例えば銅、アルミニ
ウム又はそれら合金並びにこれら金属とセラミックス等
の素材であシ、第１図、第３図に示すように少くとも２
枚の板の少くとも１枚の接合面にフォトエツチングによ
り１個の冷却器に対応する冷却溝パターンを２個以上と
各冷却溝パターン間を連絡する冷却溝を形成しこれらの
板を接合することによシ々る複数個の素子などの発熱体
を冷却する冷却器とその製造方法として接合に際して非
酸化性雰囲気′中でＡｒイオンビーム等によって接合面
を清浄化した後接合用金属又は合金膜を蒸着又はスパッ
タ蒸着法により形成して接合することにより気密性にす
ぐれかつ微細彦冷媒通路を持つ冷却器が２個以上得られ
ることを見出したものである。
ウム又はそれら合金並びにこれら金属とセラミックス等
の素材であシ、第１図、第３図に示すように少くとも２
枚の板の少くとも１枚の接合面にフォトエツチングによ
り１個の冷却器に対応する冷却溝パターンを２個以上と
各冷却溝パターン間を連絡する冷却溝を形成しこれらの
板を接合することによシ々る複数個の素子などの発熱体
を冷却する冷却器とその製造方法として接合に際して非
酸化性雰囲気′中でＡｒイオンビーム等によって接合面
を清浄化した後接合用金属又は合金膜を蒸着又はスパッ
タ蒸着法により形成して接合することにより気密性にす
ぐれかつ微細彦冷媒通路を持つ冷却器が２個以上得られ
ることを見出したものである。
本発明においては、接合時冷媒通路とガる冷却溝形成に
フォトエツチングを採用することにより数１０μｍ以上
の冷却溝が自由に形成できるため従来の切削加工では不
可能な微細な冷却溝の形成が可能である。さらに非酸化
性雰囲気中でＡｒイオンビームなどによって接合面を清
浄化した後さらにその接合面に接合用金属又は合金膜を
冷却溝深さよシ薄く形成して接合することにより冷媒通
路を閉塞すること無く形成するものである。本発明の方
法を採用した技術的理由は以下のことを考慮したためで
ある。素材となる金属板表面は、通常汚染膜又は酸化膜
で覆われているためこのまま金属板を固相接合するには
、極めて高い温度と高い接合圧力を要しこのため変形が
生じやすい。特に素材としてアルミニウム又はその合金
を素材とする板は、緻密で安定水酸化膜を有するだめそ
の接合は極めて困酪である。そこで本発明者等はこの問
題について種々研究した結果非酸化性雰囲気中でまず接
合面の汚染膜、酸化膜をＡｒイオンビーム等によυ除去
清浄化したのち、更にその接合面に素材より融点の低い
例えば銅板に対してはＣＬＩ−Ｔｉ系の合金膜などを冷
却溝深さより薄く蒸着またはスパッタ蒸着法によ多形成
して接合する手段を講じることにより、低い接合圧力で
変形の恐れがなく、しかも金属又は合金膜の溶融による
冷媒通路の閉塞もなく強固外接合が可能であるととを見
出したものである。
フォトエツチングを採用することにより数１０μｍ以上
の冷却溝が自由に形成できるため従来の切削加工では不
可能な微細な冷却溝の形成が可能である。さらに非酸化
性雰囲気中でＡｒイオンビームなどによって接合面を清
浄化した後さらにその接合面に接合用金属又は合金膜を
冷却溝深さよシ薄く形成して接合することにより冷媒通
路を閉塞すること無く形成するものである。本発明の方
法を採用した技術的理由は以下のことを考慮したためで
ある。素材となる金属板表面は、通常汚染膜又は酸化膜
で覆われているためこのまま金属板を固相接合するには
、極めて高い温度と高い接合圧力を要しこのため変形が
生じやすい。特に素材としてアルミニウム又はその合金
を素材とする板は、緻密で安定水酸化膜を有するだめそ
の接合は極めて困酪である。そこで本発明者等はこの問
題について種々研究した結果非酸化性雰囲気中でまず接
合面の汚染膜、酸化膜をＡｒイオンビーム等によυ除去
清浄化したのち、更にその接合面に素材より融点の低い
例えば銅板に対してはＣＬＩ−Ｔｉ系の合金膜などを冷
却溝深さより薄く蒸着またはスパッタ蒸着法によ多形成
して接合する手段を講じることにより、低い接合圧力で
変形の恐れがなく、しかも金属又は合金膜の溶融による
冷媒通路の閉塞もなく強固外接合が可能であるととを見
出したものである。
素材として金属以外にセラミックスを一方向に配置する
ことも可能である。金属へのフォトエツチング加工は容
易であるため金属の接合面へ冷却溝を形成し絶縁性があ
りかつ高熱伝導のセラミックス等を接合すれば冷却性能
の高い冷却器が得られる。尚、すべて金属で冷却器を作
った時はセラミックス基板上にＴ、ＳＩなど素子を搭載
した後冷却器に接合固定する。
ことも可能である。金属へのフォトエツチング加工は容
易であるため金属の接合面へ冷却溝を形成し絶縁性があ
りかつ高熱伝導のセラミックス等を接合すれば冷却性能
の高い冷却器が得られる。尚、すべて金属で冷却器を作
った時はセラミックス基板上にＴ、ＳＩなど素子を搭載
した後冷却器に接合固定する。
また数１０μｍの薄板への適用が可能であるからフレキ
シブルな冷却器の製作が可能である。半導体素子などの
上面に自由に張り付けることが可能で、素子の下側から
の冷却と併せ用いればさらに冷却効率は高いものとなる
。
シブルな冷却器の製作が可能である。半導体素子などの
上面に自由に張り付けることが可能で、素子の下側から
の冷却と併せ用いればさらに冷却効率は高いものとなる
。
以上は、フォトエツチングにより２個以上の冷却溝パタ
ーンと各冷却溝パターンを連絡する冷却溝を形成し接合
する方法について説明したが、金属又は合金膜を形成し
た後フォトエツチングを行って所定の冷却溝パターン並
びに連絡用の冷却溝を形成して接合しても何ら問題はな
い。すなわちＡｒイオンビーム等で清浄処理を行うため
非常に密着性の良い金属又は合金膜が形成できるためフ
ォトエツチング処理を行っても膜が剥離するなどの問題
は起らない。
ーンと各冷却溝パターンを連絡する冷却溝を形成し接合
する方法について説明したが、金属又は合金膜を形成し
た後フォトエツチングを行って所定の冷却溝パターン並
びに連絡用の冷却溝を形成して接合しても何ら問題はな
い。すなわちＡｒイオンビーム等で清浄処理を行うため
非常に密着性の良い金属又は合金膜が形成できるためフ
ォトエツチング処理を行っても膜が剥離するなどの問題
は起らない。
本発明の実施例を第１図、第２図および第４図第５図を
用いて説明する。
用いて説明する。
第１図に示す板厚０．５ ｍｍの銅板■と第２図に拡大
して示すフォトエツチングによ多形成した幅０、１ ｔ
ｒｒｍ、深さ０．１ ｍｍの冷却溝パターン７を１０個
とこれらを連絡する冷却溝１２からなる板厚０，５筋の
板１１を用意し、これらを真空室に装入してそれぞれの
接合面にＡｒイオンビームを照射して清浄化したのち、
同一真空容器内でスパッタ蒸着によシＣｕ−３０ｗｔチ
Ｔｉ合金膜を２μｍ付着した。これらを第４図に示すよ
うに積層して真空炉に装入し９４ ｏｃ、 ｏ、ｚＫｇ
／蝉２の接合圧力で１時間接合を行い一体化し第５図実
線で示すような冷却器を作製した。最後に冷媒の流入流
出口となるバイブロをろう付し冷却器を完成した。
して示すフォトエツチングによ多形成した幅０、１ ｔ
ｒｒｍ、深さ０．１ ｍｍの冷却溝パターン７を１０個
とこれらを連絡する冷却溝１２からなる板厚０，５筋の
板１１を用意し、これらを真空室に装入してそれぞれの
接合面にＡｒイオンビームを照射して清浄化したのち、
同一真空容器内でスパッタ蒸着によシＣｕ−３０ｗｔチ
Ｔｉ合金膜を２μｍ付着した。これらを第４図に示すよ
うに積層して真空炉に装入し９４ ｏｃ、 ｏ、ｚＫｇ
／蝉２の接合圧力で１時間接合を行い一体化し第５図実
線で示すような冷却器を作製した。最後に冷媒の流入流
出口となるバイブロをろう付し冷却器を完成した。
なお冷媒の流入、流出口のパイプの接続は、金属又は合
金膜形成後パイプを冷媒流入口及び流出口に配置し接合
すれば前記ろう付処理を行わなくても板の接合時に一度
に処理できる。
金膜形成後パイプを冷媒流入口及び流出口に配置し接合
すれば前記ろう付処理を行わなくても板の接合時に一度
に処理できる。
以上の説明から明らかなように本発明によれば微細な冷
却通路、必要によっては、０．１■以下の冷却通路が自
由に形成できるだめ、高い冷却効率を有する冷却器を実
現することができる。この冷却器を少くとも１枚のプレ
ート上に多数形成し各冷却器間を連絡する冷却通路を設
けることによって多くのＩＣ，ＬＳＩなどの素子発熱体
の効率よい冷却が実現される。また本発明の冷却器の製
造方法においては、板の接合面を予め清浄化および蒸着
による薄い接合用合金膜の形成処理を施し、かつそれら
の工程をすべて非酸化性雰囲気中で行っているため接合
強度及び気密性の高い冷却器が容易に製造できるという
効果を有する。
却通路、必要によっては、０．１■以下の冷却通路が自
由に形成できるだめ、高い冷却効率を有する冷却器を実
現することができる。この冷却器を少くとも１枚のプレ
ート上に多数形成し各冷却器間を連絡する冷却通路を設
けることによって多くのＩＣ，ＬＳＩなどの素子発熱体
の効率よい冷却が実現される。また本発明の冷却器の製
造方法においては、板の接合面を予め清浄化および蒸着
による薄い接合用合金膜の形成処理を施し、かつそれら
の工程をすべて非酸化性雰囲気中で行っているため接合
強度及び気密性の高い冷却器が容易に製造できるという
効果を有する。
第１，３図は本発明の冷却器部品を示す平面図、第２図
は第１図冷却器部品の詳細を示す平面図、第４図は本発
明の積層状況の概略斜視図、第５図は本発明による冷却
器の完成図を示す斜視図、第６図は従来す却器の平面図
とその断面図、第７図は従来の冷り器の製造工程を示す
斜視図である。 １・・・冷却器、２・・・冷媒通路断面、３・・・電気
絶縁板（セラミックス）、４・・・素子、訃・・冷媒流
入用パイブ、６・・・冷媒流出用パイプ、７・・・冷却
溝加工板、８・・・冷却溝、９・・・上蓋用板、１０・
・・ろう材、１１・・・下蓋板、１２・・・冷媒通路用
溝、１３・・・冷媒だめヱ １ 図 χ ３ 図 第 ４ｒ２Ｕ 纂／ ｍ ｆたｄｆ）ＡＡ γ７ 図
は第１図冷却器部品の詳細を示す平面図、第４図は本発
明の積層状況の概略斜視図、第５図は本発明による冷却
器の完成図を示す斜視図、第６図は従来す却器の平面図
とその断面図、第７図は従来の冷り器の製造工程を示す
斜視図である。 １・・・冷却器、２・・・冷媒通路断面、３・・・電気
絶縁板（セラミックス）、４・・・素子、訃・・冷媒流
入用パイブ、６・・・冷媒流出用パイプ、７・・・冷却
溝加工板、８・・・冷却溝、９・・・上蓋用板、１０・
・・ろう材、１１・・・下蓋板、１２・・・冷媒通路用
溝、１３・・・冷媒だめヱ １ 図 χ ３ 図 第 ４ｒ２Ｕ 纂／ ｍ ｆたｄｆ）ＡＡ γ７ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、少くとも一方の板の接合面に１個の冷却器に対応す
る冷却溝パターンを２個以上とそれらをそれぞれ連絡す
る冷媒通路をフォトエッチングにより形成し、冷却溝深
さ並びに冷媒通路の深さより薄い金属又は合金膜を形成
した後接合するか又は接合面に金属又は合金膜を形成し
た後フォトエッチングにより前記冷却溝並びに冷媒通路
を形成した後接合することを特徴とする冷却器。 ２、少くとも一方の板の接合面に１個の冷却器に対応す
る冷却溝パターンを２個以上とそれらをそれぞれ連絡す
る冷媒通路をフォトエッチングにより形成し冷却溝深さ
並びに冷媒通路の深さより薄い金属又は合金膜を形成し
た後フォトエッチングにより前記冷却溝並びに冷媒通路
を形成した後接合することを特徴とする冷却器を製造す
る方法においてフォトエッチングによる冷却溝加工後ま
たは加工前に接合面を非酸化性雰囲気中で清浄化した後
、接合面に金属又は合金膜を形成し接合することを特徴
とする冷却器の製造方法。 ３、前記接合面の清浄化をＡｒイオンビームによつて行
うことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の冷却器
の製造方法。 ４、前記金属又は合金膜を蒸着又はスパッタ蒸着法によ
つて形成することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の冷却器の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22577184A JPS61104645A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | 冷却器及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22577184A JPS61104645A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | 冷却器及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61104645A true JPS61104645A (ja) | 1986-05-22 |
Family
ID=16834536
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22577184A Pending JPS61104645A (ja) | 1984-10-29 | 1984-10-29 | 冷却器及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61104645A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006100690A3 (en) * | 2005-03-22 | 2006-12-21 | Bharat Heavy Electricals | Selectively grooved cold plate for electronics cooling |
| EP2523215A1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-11-14 | ABB Oy | Liquid cooling element |
| CN103975432A (zh) * | 2011-12-21 | 2014-08-06 | 武汉飞恩微电子有限公司 | 微通道直接敷铜基板及其功率器件的封装结构和工艺 |
| US10822096B2 (en) | 2018-03-30 | 2020-11-03 | Ge Aviation Systems Llc | Avionics cooling module |
-
1984
- 1984-10-29 JP JP22577184A patent/JPS61104645A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006100690A3 (en) * | 2005-03-22 | 2006-12-21 | Bharat Heavy Electricals | Selectively grooved cold plate for electronics cooling |
| EP2523215A1 (en) * | 2011-05-13 | 2012-11-14 | ABB Oy | Liquid cooling element |
| CN103975432A (zh) * | 2011-12-21 | 2014-08-06 | 武汉飞恩微电子有限公司 | 微通道直接敷铜基板及其功率器件的封装结构和工艺 |
| US10822096B2 (en) | 2018-03-30 | 2020-11-03 | Ge Aviation Systems Llc | Avionics cooling module |
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