(57)【要約】【課題】マイクロチャネルの目詰まりによる冷却性能の低下や冷媒の漏出を防止しうる半導体装置の構造及び半導体装置の冷却方法を提供する。【解決手段】マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、積層体の第１の側面に接合され、第１の側面からマイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、積層体の第１の側面に接する第２の側面に接合され、第２の側面からマイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、積層体の第１の側面に対向する第３の側面に接合され、マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部とを有する。【選択図】図１
2015002291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、
前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部と
を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する制御機構を更に有する
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体装置において、
前記第２の側面に設けられた前記マイクロチャネルの開口率は、前記第１の側面側ほど大きく、前記第３の側面側ほど小さくなっている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の側面に設けられた多孔質膜を更に有し、
前記多孔質膜の膜厚は、前記第１の側面側ほど薄く、前記第３の側面側ほど厚くなっている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記マイクロチャネル内に配置されたフィンの密度は、前記第１の側面側ほど小さく、前記第３の側面側ほど大きくなっている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部とを有する半導体装置の冷却方法であって、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入し、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する
ことを特徴とする半導体装置の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ＩＣチップやパッケージ、車載用パワー半導体等の電子部品や電子機器等では、動作時に発生する熱を効率的に取り除き、高い信頼性のもとに継続的に動作する機能を搭載することが求められている。例えば、サーバやＰＣには非常に多くの熱を発生するＣＰＵ（Central Processing Unit）が使用されているため、そこから発生する熱を効率よく取り除くとともに、筐体内部や設置場所の温度環境を適正に維持することが求められている。また、装置の小型化・高速化の進展に伴い、電流密度が増加しひいては発熱量も多くなっており、熱を効率的に取り除くことがますます求められている。
【０００３】
特に、複数の半導体チップを積み重ねて実装した三次元実装半導体装置では、表面に設けたヒートシンク等の放熱装置によって積層内の総ての半導体チップを冷却することは困難である。このため、如何にして内部の半導体チップから効率的に熱を取り除くかが重要となっている。
【０００４】
このような背景から、三次元実装半導体装置の各半導体チップを効率よく冷却するための候補技術として、マイクロチャネルを用いた冷却技術が提案されている。この技術は、三次元実装半導体装置に複数のマイクロチャネルを設け、このマイクロチャネルに冷却用の液体を流すことにより、各半導体チップを冷却する方法である。半導体チップとマイクロチャネルチップを交互に三次元積層することによって、各半導体チップを効率よく冷却することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平０２−０８６１４１号公報
【特許文献２】特開平０８−２５０８８２号公報
【特許文献３】特開２００５−２５２０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マイクロチャネルチップは、小型であり、また、少ない流量で高い熱交換率を実現できるという利点を有する一方、異物による目詰まりが生じやすいという欠点があった。マイクロチャネルが目詰まりを起こすと、マニホールド部で圧力上昇が生じ、その結果、冷媒流量が低下して冷却性能が低下することがあった。また、目詰まりが進行して著しい圧力上昇が生じると、機器の破損や冷媒の漏出が生じることもあった。
【０００７】
本発明の目的は、マイクロチャネルの目詰まりによる冷却性能の低下や冷媒の漏出を防止しうる半導体装置の構造及び半導体装置の冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一観点によれば、マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部とを有する半導体装置が提供される。
【０００９】
また、実施形態の他の観点によれば、マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部とを有する半導体装置の冷却方法であって、前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入し、前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する半導体装置の冷却方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
開示の半導体装置によれば、マイクロチャネルの目詰まりによる冷却性能の低下を防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略図である。
【図２】図２は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その１）である。
【図３】図３は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その２）である。
【図４】図４は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その３）である。
【図５】図５は、第１実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図（その４）である。
【図６】図６は、第１実施形態による半導体装置の動作を説明する図（その１）である。
【図７】図７は、第１実施形態による半導体装置の動作を説明する図（その２）である。
【図８】図８は、第２実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図９】図９は、第３実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【図１０】図１０は、第４実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１実施形態］
第１実施形態による半導体装置について図１乃至図７を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略図である。図２乃至図５は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。図６及び図７は、本実施形態による半導体装置の動作を説明する図である。
【００１４】
はじめに、本実施形態による半導体装置の構造について図１乃至図５を用いて説明する。
【００１５】
本実施形態による半導体装置１０は、図１に示すように、素子部１２と、素子部１２に接合された第１のマニホールド４２、第２のマニホールド４４及び第３のマニホールド４６を有している。第１のマニホールド４２、第２のマニホールド４４及び第３のマニホールド４６には、それぞれ、導管５２、導管５４及び導管５６が接続されている。導管５６は、導管５２から分岐している。導管５２，５６の分岐部５８と第１のマニホールド４２との間の導管５２には、逆流防止弁６２が設けられている。導管５６には、リリーフ弁６４が設けられている。導管５２が冷媒を注入する側の導管（インレット）であり、導管５４が冷媒を排出する側の導管（アウトレット）である。
【００１６】
なお、本願明細書では、導管５２、逆流防止弁６２及び第１のマニホールド４２を含む機構を第１の冷媒導入部と呼ぶこともある。また、導管５２、リリーフバルブ６４及び第３のマニホールド４６を含む機構を第２の冷媒導入部と呼ぶこともある。また、第２のマニホールド４４及び導管５４を含む機構を冷媒排出機構と呼ぶこともある。
【００１７】
図２及び図３は、素子部１２の構造を示す概略断面図である。図２が図１のＡ−Ａ′線断面図であり、図３が図１のＢ−Ｂ′線断面図である。
【００１８】
素子部１２は、図２及び図３に示すように、マイクロチャネルチップ１４と半導体チップ１６とが交互に積層された積層体からなる。マイクロチャネルチップ１４の表面には複数のフィン２８が形成されており、これにより、マイクロチャネルチップ１４と半導体チップ１６との各界面には、フィン２８より壁面が画定されたマイクロチャネル１８が形成されている。なお、フィン２８は、マイクロチャネル１８の形状を維持するための柱であるとともに、ヒートシンクのフィンと同様、表面積を増加して冷媒との熱交換を高効率化する役割をも担うものである。素子部１２は、はんだバンプ等の接続電極２２を介して、回路基板２０上に搭載されている。
【００１９】
図には、４枚のマイクロチャネルチップ１４と４枚の半導体チップ１６とを交互に積層してなる素子部１２を示しているが、マイクロチャネルチップ１４及び半導体チップ１６の枚数や配置は、これに限定されるものではなく、適宜変更することができる。
【００２０】
マイクロチャネルチップ１４及び半導体チップ１６は、必要に応じて図示しない貫通配線を有することがある。この貫通配線は、フィン２８部分を貫通するように形成することができる。また、マイクロチャネルチップ１４と半導体チップ１６とは、熱膨張係数の近い材料で形成することが望ましい。マイクロチャネルチップ１４と半導体チップ１６との熱膨張係数差が大きいと、駆動時の熱によってこれらの接合部に応力が加わり、接合の信頼性を低下する虞があるからである。
【００２１】
マイクロチャネル１８の短部は、素子部１２の積層体の第１の側面３２、第１の側面３２に対向する第２の側面３４、第１の側面３２と第２の側面３４とを接続する第３の側面３６に露出している。第１のマニホールド４２、第２のマニホールド４４、第３のマニホールド４６は、マイクロチャネル１８が露出した第１の側面３２、第２の側面３４、第３の側面３６に、それぞれ接合されている。
【００２２】
図４は、図２及び図３の一点鎖線部に沿ったマイクロチャネル１８に平行な面の断面図である。図５は、図４のＣ−Ｃ′線断面図である。
【００２３】
本実施形態による半導体装置には、後述するように、第１の側面４２側から冷媒を注入して第２の側面４４側から排出する場合と、第３の側面４６側から冷媒を注入して第２の側面４４側から排出する場合の、２つの使用態様がある。この２通りの冷媒の流れを実現するため、本実施形態ではフィン２８を、プレート型フィンとはせず、ピン型フィンとしている。
【００２４】
また、第３の側面４６側のマイクロチャネル１８の開口部２４は、図４及び図５に示すように、第１の側面４２側ほど開口率が大きく、第２の側面４４側ほど開口率が小さくなっている。ここで、開口率とは、面積当りの開口部の割合を意味する。開口部２４の開口率をこのように設定するのは、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなるようにするためである。こうすることで、マイクロチャネル１８に流れ込む冷媒の流量の面内均一化を図ることができる。
【００２５】
次に、本実施形態による半導体装置の動作について図６及び図７を用いて説明する。
【００２６】
図６に示すように、素子部１２の動作時、冷媒となる液体が導管５２から導入される。冷媒は、特に限定されるものではなく、例えば、純水や有機溶媒を用いることができる。また、熱伝導率を上げるために、これら液体に、熱伝導率の高い材料のフィラーを分散させるようにしてもよい。
【００２７】
導管５２から導入された冷媒は、逆流防止弁６２を介して第１のマニホールド４２に導入される。第１のマニホールド４２に導入された冷媒は、第１のマニホールド４２を通じて素子部１２のマイクロチャネル１８の各層に注入される。冷媒がマイクロチャネル１８内を伝搬する過程で、発熱デバイスである半導体チップ１６とマイクロチャネル１８を通過する冷媒との間で熱交換が行われ、素子部１２を冷却することができる。
【００２８】
素子部１２のマイクロチャネル１８を通過した冷媒は、第２のマニホールド４４でまとめられ、導管５４から排出される。
【００２９】
ここで、マイクロチャネル１８に目詰まりが生じていない通常の状態において、所定の流量で冷媒を流したときに第１のマニホールド４２に加わる圧力が、例えば０．１ＭＰａであるものと仮定する。
【００３０】
図７に示すように、マイクロチャネル１８の第１の側面側の開口部に目詰まり６６が生じてくると、素子部１２に導入される冷媒の流量が減少して冷却効率が低下し、第１のマニホールド４２に加わる圧力は徐々に増加していく。最悪の場合には、完全に目詰まりが生じ、素子部１２に冷媒が導入されなくなる。
【００３１】
リリーフバルブ６４は、目詰まりによって第１のマニホールド４２に加わる圧力が所定値を超えたときに作動するように、例えば０．１５ＭＰａの圧力で動作するように設定されている。
【００３２】
目詰まりによって第１のマニホールド４２に加わる圧力が増加し、０．１５ＭＰａを超えると、リリーフバルブ６４が作動して導管５２と導管５６とが接続され、導管５６を介して第３のマニホールド４６を通る迂回路が形成される。なお、第１のマニホールド４２と導管５２との間には逆流防止弁６２が設けられているため、リリーフバルブ６４が作動した際には、第１のマニホールド４２から導管５２への冷媒の逆流を防止することができる。
【００３３】
第３のマニホールド４６に導入された冷媒は、第３のマニホールド４６を通じて素子部１２のマイクロチャネル１８の各層に注入される。冷媒がマイクロチャネル１８内を伝搬する過程で、発熱デバイスである半導体チップ１６とマイクロチャネル１８を通過する冷媒との間で熱交換が行われ、素子部１２を冷却することができる。
【００３４】
ただし、素子部１２の第３の側面３６から冷媒を導入する場合、素子部１２の第１の側面３２から冷媒を導入する場合とは異なり、冷媒を導入する側面（第３の側面）と冷媒を排出する側面（第２の側面）とが９０度をなしている。このため、素子部１２内に導入された冷媒は、より圧力損失の小さい第２の側面と第３の側面との角部に近い領域を流れようとする。その結果、素子部１２内における冷媒の流速に分布が生じ、冷却効率の面内均一性が低下する虞がある。
【００３５】
そこで、本実施形態による半導体装置では、第３の側面４６側のマイクロチャネル１８の開口部２４の開口率を、第１の側面４２側ほど大きく、第２の側面４４側ほど小さくしている（図４及び図５を参照）。これにより、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなる。これにより、素子部１２内における冷媒の流速を均一化し、冷却効率の面内均一性を向上することができる。
【００３６】
このように、本実施形態によれば、メインの冷媒導入部に加えてサブの冷媒導入部を設け、メインの冷媒導入部に目詰まりが生じたときにはサブの冷媒導入部から冷媒を導入するので、目詰まりによる冷却性能の低下を防止することができる。また、導管内の圧力の増加による冷媒の漏洩を防止することができる。また、マイクロチャネル内における冷媒の流速を均一化するので、サブの冷媒導入部から冷媒を導入する場合にも、冷却効率の面内均一性を維持することができる。
【００３７】
［第２実施形態］
第２実施形態による半導体装置について図８を用いて説明する。図１乃至図７に示す第１実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【００３８】
図８は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【００３９】
第１実施形態による半導体装置では、第３の側面４６側のマイクロチャネル１８の開口部２４の開口率を変えることでマイクロチャネル１８を流れる冷媒の流速の均一化を行ったが、冷媒の流速の面内均一化を行う方法は、第１実施形態の方法に限定されるものではない。本実施形態では、冷媒の流速の均一化を行う他の方法について説明する。
【００４０】
本実施形態による半導体装置は、図８に示すように、素子部１２の第３の側面３６に形成された多孔質膜２６を有している。多孔質膜２６は多層構造を有しており、第１の側面３２側ほど層数が少なく、第２の側面３４側ほど層数が多くなっている。換言すれば、多孔質膜２６は、第１の側面３２側ほど膜厚が薄く、第２の側面３４側ほど膜厚が厚くなっている。多孔質膜２６の層数が少ないほど冷媒はこれを通過しやすく、多孔質膜の層数が多いほど冷媒はこれを通過しにくくなる。これにより、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなる。これにより、素子部１２内における冷媒の流速を均一化し、冷却効率の面内均一性を向上することができる。
【００４１】
多孔質膜２６としては、例えば、市販で入手可能な金属製多孔質体、多孔質セラミック、樹脂製多孔質体等を適用することができる。また、シリコン微細加工技術を用いてエッチングにより作製してもよい。
【００４２】
多孔質膜２６の膜厚や層数は、多孔質膜２６の構成材料、冷媒、素子部１２の大きさ等に基づき、冷媒の流速の面内均一性が向上するように適宜調整することが望ましい。
【００４３】
このように、本実施形態によれば、メインの冷媒導入部に加えてサブの冷媒導入部を設け、メインの冷媒導入部に目詰まりが生じたときにはサブの冷媒導入部から冷媒を導入するので、目詰まりによる冷却性能の低下を防止することができる。また、導管内の圧力の増加による冷媒の漏洩を防止することができる。また、マイクロチャネル内における冷媒の流速を均一化するので、サブの冷媒導入部から冷媒を導入する場合にも、冷却効率の面内均一性を維持することができる。
【００４４】
［第３実施形態］
第３実施形態による半導体装置について図９を用いて説明する。図１乃至図８に示す第１及び第２実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【００４５】
図９は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【００４６】
本実施形態では、第２実施形態と同様、冷媒の流速の面内均一化を行う他の方法について説明する。
【００４７】
本実施形態による半導体装置は、マイクロチャネル１８自身の構造により、マイクロチャネル１８内を流れる冷媒の流速の均一化を行うものである。すなわち、本実施形態による半導体装置では、第３の側面３６側から注入される冷媒がマイクロチャネル１８によって受ける圧力損失が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなるように、フィン２８を配置する。
【００４８】
すなわち、例えば図９に示すように、フィン２８の密度が、第１の側面３２側ほど小さく、第２の側面３４側ほど大きくなるように、フィン２８を配置する。こうすることで、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失を、第１の側面３２側ほど小さくし、第２の側面３４側ほど大きくすることができる。
【００４９】
また、図９の例では、第１の側面３２から第２の側面３４に向かうフィン２８の配置を、場所によらず一定としているが、第３の側面３６からの距離に応じて異なる構造としてもよい。例えば、第３の側面３６から離間したフィン２８ほど（図９では右側のフィン２８ほど）、第１の側面３２側のフィン２８の密度を小さくするようにしてもよい。こうすることで、冷媒の流速の面内均一性をより高めることができる。
【００５０】
このように、本実施形態によれば、メインの冷媒導入部に加えてサブの冷媒導入部を設け、メインの冷媒導入部に目詰まりが生じたときにはサブの冷媒導入部から冷媒を導入するので、目詰まりによる冷却性能の低下を防止することができる。また、導管内の圧力の増加による冷媒の漏洩を防止することができる。また、マイクロチャネル内における冷媒の流速を均一化するので、サブの冷媒導入部から冷媒を導入する場合にも、冷却効率の面内均一性を維持することができる。
【００５１】
［第４実施形態］
第４実施形態による半導体装置について図１０を用いて説明する。図１乃至図９に示す第１乃至第３実施形態による半導体装置と同様の構成要素には同一の符号を付し説明を省略し或いは簡潔にする。
【００５２】
図１０は、本実施形態による半導体装置の構造を示す概略断面図である。
【００５３】
第１乃至第３実施形態では、フィン２８としてピン型フィンを用いた例を示したが、フィン２８はピン型フィンのみならず、他のフィン構造、例えばプレート型フィンを用いることもできる。本実施形態では、フィン２８をプレート型フィンにより形成し、フィン２８の密度によって冷媒の流速の面内均一化を行う他の方法について説明する。
【００５４】
ピン型フィンを用いたマイクロチャネル１８の構造は種々考えられるが、一例として、例えば図１０に示すような構造を例示できる。
【００５５】
図１０に示す構造は、フィン２８を、第３の側面３６に平行な方向に断続的に延在するプレート型フィンとし、第１の側面３２側ほど個々のフィン２８の長さを短く、第２の側面３４側ほど個々のフィン２８の長さを長くしたものである。
【００５６】
図１０の例では、フィン２８とフィン２８との間隔を一定としているが、必ずしも一定である必要はない。例えば、フィン２８とフィン２８との間隔を、第１の側面３２側ほど広くし、第２の側面３４側ほど狭くしてもよい。これによっても、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失を、第１の側面３２側ほど小さくし、第２の側面３４側ほど大きくすることができる。
【００５７】
或いは、個々のフィン２８の長さを一定とし、フィン２８とフィン２８との間隔を、第１の側面３２側ほど広くし、第２の側面３４側ほど狭くしてもよい。
【００５８】
また、図１０の例では、フィン２８を、第３の側面３６からの距離によらずに同じ構造としているが、第３の側面３６からの距離に応じて異なる構造としてもよい。例えば、第３の側面３６から離間した壁ほど（図１０では右側の壁ほど）、第１の側面３２側のフィン２８の長さを短くし、或いは、フィン２８とフィン２８との間隔を広くするようにしてもよい。こうすることで、冷媒の流速の面内均一性をより高めることができる。
【００５９】
このように、本実施形態によれば、メインの冷媒導入部に加えてサブの冷媒導入部を設け、メインの冷媒導入部に目詰まりが生じたときにはサブの冷媒導入部から冷媒を導入するので、目詰まりによる冷却性能の低下を防止することができる。また、導管内の圧力の増加による冷媒の漏洩を防止することができる。また、マイクロチャネル内における冷媒の流速を均一化するので、サブの冷媒導入部から冷媒を導入する場合にも、冷却効率の面内均一性を維持することができる。
【００６０】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【００６１】
例えば、上記第１実施形態による半導体装置に、第２実施形態による半導体装置の多孔質膜を組み合わせるようにしてもよい。
【００６２】
また、上記第１及び第２実施形態による半導体装置に、第３又は第４実施形態による半導体装置のマイクロチャネルの構造を組み合わせるようにしてもよい。これにより、マイクロチャネル１８内における冷媒の流速の制御性を向上することが可能となり、面内均一性をより高めることができる。
【００６３】
また、上記第１乃至第４実施形態では、第１のマニホールドを通常使用するメインマニホールドとし、第３のマニホールドを目詰まりが生じたときに使用するサブマニホールドとしたが、これらを入れ替えてもよい。第３のマニホールドをメインマニホールドとし、第１のマニホールドをサブマニホールドとする場合には、逆流防止弁６２とリリーフバルブ６４とを入れ替えればよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、第３の側面３６側から注入される冷媒が受ける圧力損失を制御する構造を設けたが、冷媒が受ける圧力損失を制御する構造は、必ずしも設ける必要はない。例えば、チップサイズが十分に小さく、冷媒の流速の面内均一性が問題にならない場合などは、冷媒が受ける圧力損失を制御する構造を設けなくてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、マイクロチャネル１８に目詰まりが生じていない通常の状態での圧力が０．１ＭＰａであり、リリーフバルブ６４の作動する圧力が０．１５ＭＰａである場合を例示したが、これら動作圧力は適宜選択することができる。好適な動作圧力は、マイクロチャネルチップの層数や構造、導管の強度等によっても変わるものであり、これらに応じて適宜選択することが望ましい。
【００６６】
また、上記実施形態では、第２の冷媒導入部の接続の制御にリリーフバルブ６４を用いたが、この制御機構は必ずしもリリーフバルブである必要はない。例えば、リリーフバルブ６４に代えて、導管５２内の圧力に応じて動作する電磁バルブを用いるようにしてもよい。なお、リリーフバルブを用いる利点としては、追加の制御機構を設けることなく自動で第２の冷媒導入部への接続を実現できることが挙げられる。
【００６７】
また、上記実施形態に記載の半導体装置の構造等は、一例を示したものにすぎず、当業者の技術常識等に応じて適宜修正や変更が可能である。
【００６８】
以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００６９】
（付記１）  マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、
前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、
前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部と
を有することを特徴とする半導体装置。
【００７０】
（付記２）  付記１記載の半導体装置において、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する制御機構を更に有する
ことを特徴とする半導体装置。
【００７１】
（付記３）  付記２記載の半導体装置において、
前記制御機構は、前記圧力が前記所定値を超えると弁が開放されるリリーフバルブを有する
ことを特徴とする半導体装置。
【００７２】
（付記４）  付記１乃至３のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の側面に設けられた前記マイクロチャネルの開口部の開口率は、前記第１の側面側ほど大きく、前記第３の側面側ほど小さくなっている
ことを特徴とする半導体装置。
【００７３】
（付記５）  付記１乃至４のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記第２の側面に設けられた多孔質膜を更に有し、
前記多孔質膜の膜厚は、前記第１の側面側ほど薄く、前記第３の側面側ほど厚くなっている
ことを特徴とする半導体装置。
【００７４】
（付記６）  付記１乃至５のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記マイクロチャネル内に配置されたフィンの密度は、前記第１の側面側ほど小さく、前記第３の側面側ほど大きくなっている
ことを特徴とする半導体装置。
【００７５】
（付記７）  付記６記載の半導体装置において、
前記フィンは、前記マイクロチャネル内における前記冷媒の流速が均一になるように配置されている
ことを特徴とする半導体装置。
【００７６】
（付記８）  付記１乃至７のいずれか１項に記載の半導体装置において、
前記積層体は、複数の前記第１の基板と、複数の前記第２の基板とを有する
ことを特徴とする半導体装置。
【００７７】
（付記９）  マイクロチャネルを有する第１の基板と半導体素子が形成された第２の基板とが積層されてなる積層体と、前記積層体の第１の側面に接合され、前記第１の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第１の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に接する第２の側面に接合され、前記第２の側面から前記マイクロチャネルに冷媒を導入するための第２の冷媒導入部と、前記積層体の、前記第１の側面に対向する第３の側面に接合され、前記マイクロチャネルから前記冷媒を排出するための冷媒排出部とを有する半導体装置の冷却方法であって、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入し、
前記第１の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ導入する前記冷媒に加わる圧力が所定値を超えたときに、前記第２の冷媒導入部から前記マイクロチャネルへ前記冷媒を導入する
ことを特徴とする半導体装置の冷却方法。
【符号の説明】
【００７８】
１０…半導体装置
１２…素子部
１４…マイクロチャネルチップ
１６…半導体チップ
１８…マイクロチャネル
２０…回路基板
２２…接続電極
２４…開口部
２６…多孔質膜
２８…フィン
３２…第１の側面
３４…第２の側面
３６…第３の側面
４２…第１のマニホールド
４４…第２のマニホールド
４６…第３のマニホールド
５２，５４，５６…導管
５８…分岐部
６２…逆流防止弁
６４…リリーフバルブ
６６…目詰まり
【図１】
2015002291.tif 000003
【図２】
2015002291.tif 000004
【図３】
2015002291.tif 000005
【図４】
2015002291.tif 000006
【図５】
2015002291.tif 000007
【図６】
2015002291.tif 000008
【図７】
2015002291.tif 000009
【図８】
2015002291.tif 000010
【図９】
2015002291.tif 000011
【図１０】
2015002291.tif 000012