(57)【要約】【課題】組み立て時や組み立て直後或いは分解により発生するごみを、フィルタに形成された穴部を塞ぐことなくフィルタ内部に保持することで、フィルタのつまりを防止するフィルタユニット及びこれを具備する半導体パッケージを提供することを目的とする。【解決手段】流路３を内部に有する筐体６と、流路３を塞ぐように設けられ、穴７ａがひとつ以上開けられた複数のシート７ｂが重ねられて構成されたフィルタ７と、フィルタ７に圧力を加える加圧手段６ａ、８ａとを具備することを特徴とするフィルタユニット。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を内部に有する筐体と、
前記流路を塞ぐように設けられ、穴がひとつ以上開けられた複数のシートが重ねられて構成されたフィルタと、
前記フィルタに圧力を加える加圧手段とを具備することを特徴とするフィルタユニット。
【請求項２】
前記フィルタは、切りこみが設けられることによって前記複数のシートが重ねられて構成されることを特徴とする請求項１記載のフィルタユニット。
【請求項３】
前記加圧手段は、前記筐体の前記フィルタが設けられた近傍の壁が蛇腹構造或いは加撓性材料により支えられることによって構成されていることを特徴とする請求項１或いは請求項２記載のフィルタユニット。
【請求項４】
前記加圧手段は、前記筐体の前記フィルタが設けられた近傍の壁が温度変化により変形する部材により構成され、前記部材が温度変化により変形することで前記フィルタに加圧することを特徴とする請求項１或いは請求項２記載のフィルタユニット。
【請求項５】
流路を内部に有する筐体と、
前記流路を塞ぐように設けられ、穴がひとつ以上開けられたシートが丸められることにより重ねられて構成されたフィルタと、
前記複数のシートの巻き込む方向へ回転力を加える稼動手段とを具備することを特徴とするフィルタユニット。
【請求項６】
前記請求項１乃至請求項５に記載のフィルタユニットと、
前記筐体内の前記流路中に設けられた放熱フィンと、
前記筐体外の前記放熱フィンに対向する位置に設けられた半導体素子とを具備することを特徴とする半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタユニット及びこれを具備する半導体パッケージに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は、高速化、大容量化に伴いその発熱量が増大するために、その冷却技術は益々困難となってきている。半導体素子の冷却技術として、不凍液等を冷媒として用いた液冷装置が開発されている。この液冷装置では、発熱体である半導体素子から冷媒への熱伝達を高める手法として、参考文献１に記載されているようなマイクロチャネルに冷媒を流す方法がある。
【０００３】
このマイクロチャネルは、数十〜数百マイクロメートルの幅の微細な流路が並んだ構造であり、シリコンをエッチングすることにより作成されたものである。このマイクロチャネルは、流路が狭くなると温度境界層が薄くなるため高い熱伝達性能が得られる。
【非特許文献１】D.B.Tuckerman, R.F.Pease, High Performance Heat Sinking for VLSI, 1981, IEEE EDL-2(5), pp.126-129.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このようなマイクロチャネルでは、数十〜数百マイクロメートルと流路の幅を狭くしているために流路内に混入するごみが詰まりやすくなるという問題がある。このため、流路内に混入するごみを取り除くようにマイクロチャネルの上流にフィルタを設ける必要がある。通常フィルタは多数の穴があけられた板状の構造であるが、数十〜数百マイクロメートル径のごみを取り除くために、フィルタに開けられる穴の直径は、それよりも小さくなければならない。
【０００５】
また、冷媒に混入するごみには、配管を接続して管路を組み立てる際に部材が削れて発生するごみや、元の配管等の部品内に部品の製作時や輸送時に付着したごみのような、冷却装置組み立て時に冷媒に混入するごみと、冷却装置作動中のポンプなど可動部でこすれることにより部品が削れて発生するごみや、管路内壁が腐食してはがれ落ちるごみなど運転中に発生するごみに分類できる。
【０００６】
腐食により発生するごみは、管路の材質と冷媒の種類の選択により避けられるし、可動部で発生するごみは一定時間ならし運転をすることによりこすれる部分は擦り減り、ごみは減少する。つまり、冷媒に混入するごみの多くは冷却装置組み立て時あるいは組み立て後の一定時間の運転により発生する。
【０００７】
また、フィルタはごみが詰まると冷媒が円滑に流れなくため、掃除或いは交換しなければならないが、組み立て時や組み立て直後のごみの発生を考えると、フィルタの掃除や交換のために、冷却装置の一部分であっても分解を行うと、それが新たなごみを発生させる原因となる。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、組み立て時や組み立て直後或いは分解により発生するごみを、フィルタに形成された穴部を塞ぐことなくフィルタ内部に保持することで、フィルタのつまりを防止するフィルタユニット及びこれを具備する半導体パッケージを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は、
流路を内部に有する筐体と、
前記流路を塞ぐように設けられ、穴がひとつ以上開けられた複数のシートが重ねられて構成されたフィルタと、
前記フィルタに圧力を加える加圧手段とを具備することを特徴とするフィルタユニットを提供する。
【００１０】
また、本発明は、流路を内部に有する筐体と、
前記流路を塞ぐように設けられ、穴がひとつ以上開けられたシートが丸められることにより重ねられて構成されたフィルタと、
前記複数のシートの巻き込む方向へ回転力を加える稼動手段とを具備することを特徴とするフィルタユニットを提供する。
【００１１】
また、本発明は、前記フィルタユニットと、
前記筐体内の前記流路中に設けられた放熱フィンと、
前記筐体外の前記放熱フィンに対向する位置に設けられた半導体素子とを具備することを特徴とする半導体パッケージを提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、冷却装置組み立て時及び組み立て後の運転初期に発生するごみによるフィルタのつまりを防止し、発熱体の冷却性能の低下を防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して発明の詳細な実施形態について説明する。なお、本発明は以下に説明する実施形態に限定されることはなくその趣旨を逸脱しない範囲で種々工夫して用いることができる。
【００１４】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニット及びこれを具備する半導体パッケージの断面図である。
【００１５】
図１に示すように、このフィルタユニットは、流路３を内部に有するフィルタ室６と、  流路６を塞ぐように設けられ、穴７ａがひとつ以上開けられた複数のシート７ｂが重ねられて構成されたフィルタ７と、フィルタ７に圧力を加えるために、フィルタ室６の一部には開口部６ａが設けられ覆い８がベローズ（蛇腹）８ａを介して設置され加圧手段を構成している。
【００１６】
また、ＬＳＩ、パワー素子、ＬＥＤなどの半導体素子を代表とする発熱体１が取り付けられた受熱ブロック２は、フィルタユニットのフィルタ室６と一体的に形成され、流路３中には間隔が数μｍから数百μｍで形成された複数の放熱フィン５が設置され半導体パッケージを構成している。受熱ブロック２とフィルタ室６は銅やアルミニウムなどで一体的に形成されている。また、流路３内には、冷媒４として水あるいは不凍液（水＋エチレングリコール或いは水＋プロピレングリコール）が流されている。
【００１７】
このように構成された半導体パッケージにおいて、発熱体１で発生した熱は、受熱ブロック２及び放熱フィン５を経由して、流路３を流れる冷媒４に伝えられ、受熱ブロック２外に排出される。
【００１８】
放熱フィン５としては、フィン間の間隔が数μｍから数百μｍのマイクロチャネルを、シリコンや銅をエッチングすることなどの方法で形成することができる。また、マイクロチャネルの他に、数μｍから数百μｍ直径の穴を有する多孔質体などを用いることができる。多孔質体としては、不活性ガス雰囲気中で炭素繊維を張った型に溶融した金属を流し込み固化後、炭素繊維を酸化させ除去することにより形成することができる。
【００１９】
フィン５の上流側に流路３を塞ぐように設けられたフィルタ７は、冷媒４に混入したごみを取り除くことができるように、数μｍから数百μｍ直径の多数の穴を有したシート７ｂが重ねられて多孔質体を構成している。シート７ｂとしては、ＰＥＴやＰＥＮなどの樹脂シートを用いることができる。
【００２０】
フィルタ室６はフィルタ７の端面が差し込まれた開口部６ａをもち、開口部６ａには金属性の蛇腹構造のベローズ８ａをもつ覆い８が取り付けられ、覆い８を押すことにフィルタ７の端面に力を加え、フィルタ７を変形させることができる。金属性の蛇腹構造のベローズ８ａの代わりに、樹脂やゴムなどの加撓性材料を用いることもできる。
【００２１】
また、フィルタ室６の開口部６ａの角は丸く加工されているので、フィルタ７を変形させるときにフィルタ７が開口部６ａの角で削られて新たなごみが発生することを防止することができる。
【００２２】
図２は、フィルタ７の穴が形成された部分を拡大した拡大図を示し、フィルタ７が変形したときにごみがシート７ｂ間に固定される様子を説明するための図である。
【００２３】
図２（ａ）は、フィルタ７の穴７ａにごみ９が詰まった様子である。フィルタ７の穴７ａの一方にはコーティング７ｃが形成され、他方よりも硬い。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示すように、図１の覆い８を押すことでフィルタ７に力を加えて変形させて穴７ａを押し潰すと、ごみ９は、コーティング７ｃが硬いためにシート７ｂ間に押し込まれる。
【００２５】
図２（ｃ）は、圧力が取り除かれた状態を示しており、ごみ９が穴７ａから除去され冷媒４が流れる様子を示している。このように穴７ａの周囲の一部にはコーティング７cが施されて変形しにくくなっておりコーティング７ｃの施されていない部分からごみ９がシートの間に押し込まれるようになっている。ただし、このコーティング７ｃがない場合でもある程度同様の効果は期待できる。
【００２６】
このように、ごみ９をフィルタ７ｂの穴７ａ以外の場所（ここではシート７ｂ間）に保持させることによりフィルタ７の目詰まりを防ぐことができる。シート７ｂ間に保持可能なごみ９の量は限られるものの、冷却装置を組み立てる時と運転初期に発生するごみの詰まりの防止には十分である。
【００２７】
図３は、フィルタ７の穴が形成された部分を拡大した拡大図を示し、フィルタ７がシート７ｂの相対運動によって変形したときにごみがシート７ｂ間に固定される様子を説明するための図である。
【００２８】
図３（ａ）は、フィルタ７の穴７ａにごみ９が詰まった様子である。フィルタ７の穴７ａの一方にはコーティング７ｃが形成され、他方よりも硬い。
【００２９】
次に、図３（ｂ）に示すように、図１の覆い８を押すことによってフィルタ７に力を加えてシート７ｂが相対運動することによって変形させると、ごみ９は、コーティング７ｃが硬いためにシート７ｂ間に押し込まれる。この場合覆い８はある程度柔らかい材質で形成し、押すことによってシート７ｂ間が相対運動（ずれる）するようにする必要がある。
【００３０】
図３（ｃ）は、圧力が取り除かれた状態を示しており、ごみ９が穴７ａから除去され冷媒４が流れる様子を示している。このように穴７ａの周囲の一部にはコーティング７cが施されて変形しにくくなっておりコーティング７ｃの施されていない部分からごみ９がシートの間に押し込まれるようになっている。ただし、このコーティング７ｃがない場合でもある程度同様の効果は期待できる。
【００３１】
このように、ごみ９をフィルタ７ｂの穴７ａ以外の場所（ここではシート７ｂ間）に保持させることによりフィルタ７の目詰まりを防ぐことができる。シート７ｂ間に保持可能なごみ９の量は限られるものの、冷却装置を組み立てる時と運転初期に発生するごみの詰まりの防止には十分である。
【００３２】
図４は、本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットに用いるフィルタの（ａ）斜視図と（ｂ）断面図である。
【００３３】
図４（ａ）（ｂ）に示すように、フィルタ７は一方向に貫通したテーパーのある多数の穴７ａが開けられたゴムなど柔軟性のある材料で作られたブロックであり、穴７ａの直径の広い開口部が流路の上流側に向けられて、フィルタ室６に収納される。
【００３４】
フィルタ７にはテーパー流路とほぼ垂直な方向に多数の切りこみ１２がはいっており、これによってシートが重なる構造となっている。
【００３５】
このようにして構成されたフィルタ７は、図２で説明したようなメカニズムによって、テーパー穴７ａ内のごみが切り込み１２に固定される。
【００３６】
図５は、本発明の第３の実施形態に係るフィルタユニット及びこれを用いた半導体パッケージの断面図である。基本的な構造は図１と同符号で示し、ここでは異なる部分のみ説明する。
【００３７】
図５に示すように、このフィルタユニットは、図１の覆い８とベローズ８ａの代わりに、フィルタ７端面が差し込まれた開口部６aの外側に異種金属を張り合わせて温度が上昇すると変形するバイメタルの板１０が設置されている。また、このバイメタルの板１０には、これに電流を流すための配線１１が取り付けられる。
【００３８】
配線１１を通じてバイメタルの板１０に電流を流すと、ジュール発熱によりバイメタル温度が上昇し、フィルタ７の端面を押さえてフィルタ７を変形させるように加圧手段が構成されている。
【００３９】
このように形成されたフィルタユニットは、図２で説明したメカニズムによって、フィルタ７の穴７ｂに詰まったごみをシート７ｂ間に保持することができる。
【００４０】
図６は、本発明の第４の実施形態に係るフィルタユニットのフィルタの斜視図である。
【００４１】
図６に示すように、フィルタ７を構成するシート７ｂのなかに温度が上昇すると変形する穴あきのバイメタルの板１０が含まれている。このバイメタルの板１０に外部から通電して温度を上昇させることによりフィルタ７を撓ませる。フィルタ７が撓むと、フィルタ７を構成するシート７ｂ間にずれを生じ、この際、フィルタ７の穴７ａに詰まったごみをシート７ｂ間に保持することができる。
【００４２】
第３及び第４の実施形態のバイメタルの代わりに、形状記憶合金を用いてもよい。
【００４３】
図７は、本発明の第５の実施形態であるフィルタユニットの断面図である。
【００４４】
図７に示すように、このフィルタユニットは、多数の穴（図示せず）の開いたシート７ｂを円筒状に丸めて構成したフィルタ７が容器１３に収められ、円筒の内側に流体導入管１４が挿入されている。流体は、流体導入管１４により円筒状のフィルタ７の内側に供給される。流体は、フィルタ７を通過したのちにフィルタ７の外周に至り、流体排出管１５に集められてフィルタユニットの外に排出される。
【００４５】
円筒状フィルタ７の内面或いは巻いてあるシート７ｂの端は流体導入管１４に接着や挟み込むことにより固定されている。流体導入管１４は容器１３に対して回転可能に設置されており、流体導入管１４を回転させることにより、シートを巻く或いは緩めることによって巻いてあるシート７ｂを相対的に運動させることができるようになっている。
【００４６】
このようにシート７ｂを相対的に運動させることによって、その穴に位置するごみを穴の開いていないシート７ｂ間に巻き込んで固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るフィルタユニット及びこれを具備する半導体パッケージの断面図。
【図２】図２は、フィルタ７の穴が形成された部分を拡大した拡大図を示し、フィルタ７が変形したときにごみがシート７ｂ間に固定される様子を説明するための図。
【図３】フィルタ７の穴が形成された部分を拡大した拡大図を示し、フィルタ７がシート７ｂの相対運動によって変形したときにごみがシート７ｂ間に固定される様子を説明するための図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るフィルタユニットに用いるフィルタの（ａ）斜視図と（ｂ）断面図。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るフィルタユニット及びこれを用いた半導体パッケージの断面図。
【図６】本発明の第４の実施形態に係るフィルタユニットのフィルタの斜視図。
【図７】本発明の第５の実施形態であるフィルタユニットの断面図。
【符号の説明】
【００４８】
１…発熱体
２…受熱ブロック
３…流路
４…冷媒
５…フィン
６…フィルタ室
６a…フィルタ室開口部
７…フィルタ
７a…フィルタ穴
７b…フィルタシート
７c…コーティング
８…覆い
８a…ベローズ
９…ごみ
１０…バイメタル
１１…配線
１２…切りこみ
１３…容器
１４…流体導入管
１５…流体排出管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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