半導体デバイス・電子部品の実装構造
【課題】 消費電力の大きい半導体デバイスや電子部品の発熱に伴う温度上昇を抑えて、安定に動作させることができる半導体デバイス・電子部品の実装構造を提供する。
【解決手段】 インターポーザ１０と，インターポーザ１０の表面１０ａに搭載された半導体デバイス１１と、半導体デバイス１１を包含するようにインターポーザ１０の表面１０ａに密着・固定せしめられて、インターポーザ１０と共に内部空間Ｓを形成するカバー１２を備える。カバー１２は、熱を吸収する流体Ｌを外部から内部空間Ｓに導入するインレット１３と、流体Ｌを内部空間Ｓから外部に排出するアウトレット１４とを有する。内部空間Ｓは、インレット１３とアウトレット１４を除いて閉じた空間である。
【解決手段】 インターポーザ１０と，インターポーザ１０の表面１０ａに搭載された半導体デバイス１１と、半導体デバイス１１を包含するようにインターポーザ１０の表面１０ａに密着・固定せしめられて、インターポーザ１０と共に内部空間Ｓを形成するカバー１２を備える。カバー１２は、熱を吸収する流体Ｌを外部から内部空間Ｓに導入するインレット１３と、流体Ｌを内部空間Ｓから外部に排出するアウトレット１４とを有する。内部空間Ｓは、インレット１３とアウトレット１４を除いて閉じた空間である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス・電子部品の実装構造に関し、さらに言えば、消費電力の大きい半導体デバイスや電子部品の動作温度の上昇を抑え、半導体デバイスや電子部品を安定に動作させることができる、インターポーザを用いた半導体デバイス・電子部品の実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンを代表とする半導体工業分野の技術進歩は大きく、工業用、民生用を問わず、機器やシステムの小型化、軽量化、低価格化、高機能化などに大きく寄与するに至っている。一方、半導体デバイスへの要求はとどまることがなく、より一層の高集積化、高速化、高度化が期待されると共に、小型化も期待されている。これらの要求に応える策として、半導体デバイスを構成する単位素子（例えばトランジスタ）の寸法を微小化し、搭載される単位素子の数を増大させることがある。この策の利点は、微小化に伴う動作速度の増大（高速化）、高集積化に伴う機能の増大（あるいは必要とされる半導体デバイス数の減少）である。しかしながら、高速化や高集積化に伴い半導体デバイスの内部での消費電力が大きくなり、動作の不安定化あるいはデバイス自体の破壊の危険性が増大する。これらの危険性を低下させるには、半導体デバイスの放熱技術（あるいは冷却技術）が必須である。
【０００３】
以前から、半導体デバイスの動作温度を低くする技術が数多く開発されてきた。例えば、大電力の半導体デバイスに放熱フィン（アルミ合金製が多い）を貼り付け、このフィンに空気の流れを吹き付けることにより、半導体デバイスを冷却する技術がある。消費電力が比較的低い（例えば数ワット）場合には、この技術で解決可能である。しかし、最新の半導体デバイスでは、消費電力がいっそう大きくなっており、コンピュータのＣＰＵなどでは１００ワット以上に達することもある。このため、このような大消費電力の半導体デバイスでは、放熱が十分でないと、半導体デバイスの温度が上昇し、熱暴走あるいは熱破壊に至ることもある。したがって、半導体デバイスの動作の上限は、放熱技術に支配されているとも言える。
【０００４】
半導体デバイスを複数個積層してなる「積層モジュール」は、比較的容易に高集積化を実現できる利点がある。このような構成では、下層に配置された半導体デバイスでの電力消費は、この半導体デバイスの温度を上昇させるだけではなく、その上層に配置された半導体デバイスの温度も上昇させる。このため、積層モジュールの上層に、特性が動作温度に敏感な半導体デバイスが配置されている場合には、積層モジュール全体の動作が不安定になる可能性がある。このため、積層モジュールの場合には、消費電力が大きい半導体デバイスからの発熱が、より上層にある半導体デバイスに伝達される前に積層モジュールの外部に放出されるようにすることで、積層されている半導体デバイス間で熱伝達が生じないような実装構造が好ましい。
【０００５】
積層された半導体デバイス（積層モジュール）の冷却技術としては、従来、図７に示す実装構造が提案されている。同図は、特許文献１の図１Ａとして掲載されているものである。
【０００６】
図７において、チップスタック１１０は、符号１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃで示された３個の半導体チップの積層体から構成されている。それぞれのチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃには、エッチングで形成されたチャネル１７５が設けられている（図７では、符号１７５は代表的なチャネルを示している）。チャネル１７５内に流体（冷媒）を流すことにより、チップスタック１１０の冷却が行われるようになっている。この流体は、積層されたチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの間に形成された狭いチャネル１７５内を流動する。なお、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが半導体基板から構成されている場合には、その厚さは通常、数１００マイクロメータ以下である。
【０００７】
各半導体チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの垂直方向には、符号１２３で示されたＴＳＶ（Through Silicon Via, シリコン貫通電極）によって、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ同士は相互接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３１１８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図７に示した従来の半導体デバイスの実装構造では、チャネル１７５は、あたかも「多数の柱が林立する回廊」のように形成されており、しかも、その高さは数１００マイクロメータ以下であるから、チャネル１７５内に流体（冷媒）を流し込むには、大きな圧力が必要であると思われる。
【００１０】
また、流体の流れる方向は、図７の符号１１１の下側にある下向き矢印と右向き矢印で示されているが、その下向き矢印に沿ってチップスタック１１０の周囲に流入した流体は、右向き矢印に沿ってチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの間にあるチャネル１７５内に流入するだけではなく、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの周囲においても流動する。上述したように、チャネル１７５の高さが低いことと、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの周囲には広い空間があることを考えると、チャネル１７５内のみに流体を流し込むことは困難であり、多くの流体はチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの周囲に沿って流れてしまうと思われる。しかも、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに形成されたチャネル１７５の形状（流体が流れる方向の形状）は、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ毎に異なるので、各層に形成されたチャネル１７５の全てにおいて均一な流体の流れを実現することも困難であろう。
【００１１】
このような理由から、図７の従来の実装構造では、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの十分な冷却（あるいはチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃからの放熱）を実現することは、必ずしも容易ではない。
【００１２】
さらに、チップスタック１１０の下層に配置されたチップ１１０ｃでの電力消費が、チップ１１０ｃの温度上昇だけでなく、それより上層に配置されたチップ１１０ａ、１１０ｂの温度上昇も引き起こすため、チップスタック１１０自体を冷却できるだけでなく、下層のチップ１１０ｃでの発熱が上層のチップ１１０ａ、１１０ｂに伝達し難いことが望ましい。しかし、各層に形成されたチャネル１７５への均一な流体の流れが実現困難なのであるから、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ間の熱伝導を抑制することは困難である。
【００１３】
本発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、消費電力の大きい半導体デバイスや電子部品が搭載された場合であっても、その半導体デバイスや電子部品の発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる半導体デバイス・電子部品の実装構造を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、２個以上の半導体デバイスを積層してなる積層モジュールの場合には、前記半導体デバイス間での熱伝導を抑制してその積層モジュールの温度上昇を抑制することができる半導体デバイス・電子部品の実装装造を提供することにある。
【００１５】
ここに明記しない本発明の他の目的は、以下の説明及び添付図面から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１） 本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造は、
インターポーザと
前記インターポーザの表面に搭載された１個以上の半導体デバイスあるいは１個以上の電子部品と、
前記半導体デバイスあるいは前記電子部品を包含するように前記インターポーザの表面に密着して固定せしめられて、前記インターポーザと共に内部空間を形成するカバーとを備え、
前記カバーは、熱を吸収する流体を外部から前記内部空間に導入するインレットと、前記流体を前記内部空間から外部に排出するアウトレットとを有しており、
前記内部空間は、前記インレットと前記アウトレットを除いて閉じた空間であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造は、上述のような構成を有しているので、任意の流体供給手段によって、前記カバーのインレットを介して外部から前記内部空間に熱を吸収する流体を導入すると、その流体は、前記内部空間に所在する前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の周囲を流動し、前記カバーのアウトレットを介して外部に排出される。前記内部空間は、図７に示した従来の半導体デバイスの実装構造とは異なり、前記インレットと前記アウトレットを除いて閉じた空間であるため、前記内部空間に導入された前記流体は、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の周囲を満遍なく流動し、これから生じる熱を効果的に吸収してから、外部に排出される。つまり、前記カバーと前記インターポーザを介しての放熱効果に加えて、前記流体による放熱効果を効果的に利用することができるのである。
【００１８】
よって、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品が消費電力の大きいものであっても、その半導体デバイスや電子部品の発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる。
【００１９】
また、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品が、２個以上の半導体デバイスを積層してなる積層モジュールの場合には、任意の流体供給手段によって、前記カバーのインレットを介して外部から前記内部空間に熱を吸収する流体を導入することで、前記積層モジュールと前記インターポーザの間の隙間と、前記積層モジュールと前記カバーの間の隙間だけでなく、前記積層モジュール中の半導体デバイス間の隙間内にも、前記流体を流動させることができる。したがって、前記積層モジュール中の半導体デバイス間での熱伝導を抑制することができる。
【００２０】
よって、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品が、２個以上の半導体デバイスを積層してなる積層モジュールの場合には、その積層モジュール中の半導体デバイス間での熱伝導を抑制して、その積層モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【００２１】
（２） 本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造の好ましい例では、前記流体を加圧して前記内部空間に導入する手段（例えばポンプ）をさらに備える。
【００２２】
（３） 本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造の他の好ましい例では、前記カバーが取付脚を有していると共に、前記インターポーザが取付脚受部を有しており、前記カバーの取付脚を前記インターポーザの前記取付脚受部に密着することで、前記カバーが前記インターポーザに装着される。
【００２３】
（４） 本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造のさらに他の好ましい例では、前記カバーが、枠と蓋から構成される。この例では、必要に応じて、前記枠と前記蓋を異なる材料で形成することができるという利点がある。
【００２４】
（５） 本明細書では、関連する用語を下記のように定義する。
【００２５】
・半導体デバイス： 以下の（ｉ）と（ｉｉ）を含む半導体デバイス全般を指す。
【００２６】
（ｉ） ウェーハプロセスが完了し、半導体ウェーハから切り出された半導体チップ（ベアチップ）。当該半導体チップには、少なくとも１個のトランジスタ、ダイオードなどの半導体素子が配置された、いわゆる集積回路のチップを含む。
【００２７】
（ｉｉ） パッケージングされた上記の半導体チップ。ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）などと称される、種々のパッケージでパッケージングされたものが含まれる。
【００２８】
・積層モジュール： ２個以上の前記半導体デバイスが積層された構造である。（積層構造を構成する各層の間の相互接続の手法には、ワイヤボンディング、貫通電極（ＴＳＶ）などがあるが、その手法は問わない。
【００２９】
・電子部品： 受動素子とも称されている部品で、抵抗、キャパシタ（コンデンサ）、インダクタ（コイル）などがある。単一の素子（個別部品）を複数個組み合わせた構成（例えば、モジュール抵抗）もある。また、特定の機能を有するセンサやアクチュエータも、電子部品に含まれる。さらには、信号処理回路、駆動回路などが集積化された前記センサや前記アクチュエータも、電子部品に含まれる。
【００３０】
・インターポーザ： 前記半導体デバイス、前記積層モジュール、あるいは前記電子部品などを搭載する「基板」である。インターポーザの表面には、前記半導体デバイス、前記積層モジュール、あるいは前記電子部品に設けられた電気接続点（パッドとも称される）に接続される電気接続点が形成されている。また、インターポーザの裏面には、プリント基板などに電気接続される電気接点（例えば、グリッド状に配列された導電性のボール）が形成されている。インターポーザの表裏面にそれぞれ形成された前記電気接続点および前記電気接点の間には、導電路が設けられていることが多い。さらに、インターポーザの表裏面には、「再配線層」と称される配線パターンが設けられていることも多い。なお、前記した積層モジュールには、この積層モジュールを構成する半導体デバイスの間に、「上下に配置された半導体デバイス間に電気導電路を形成する」ための「配線基板」が挿入されることがあり、この「配線基板」も「インターポーザ」と称することがある。しかしながら、本明細書では、この「配線基板」は「インターポーザ」に含まれないことにする。
【００３１】
・流体： 気体あるいは液体であり、熱伝導で熱を吸収することにより、放熱あるいは排熱効果を有するものである。このような機能を有する流体は、「冷媒」とも称される。具体例としては、（ｉ）フロン類・ノンフロン類（多用されており、種類が多い）、（ｉｉ）有機化合物であるブタン、イソブタンなど、（ｉｉｉ）無機化合物である水素、ヘリウム、アンモニア、水、二酸化炭素などがある。
【００３２】
前記カバーの形状は、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の外観形状に依存するが、直方体（立方体を含む）であることが好ましい。直方体の頂点と稜（面と面とが交わる線分）は、滑らかであっても構わない。前記カバーに形成されたインレットとアウトレットの位置には、多くの選択肢がある。例えば、（ａ）インレットとアウトレットをそれぞれ「対向する面」に配置する、（ｂ）インレットとアウトレットをそれぞれ「対向する面」に配置し、かつ、それぞれの「水平位置」が上下にずれるように配置する、（ｃ）インレットとアウトレットを「上面」に配置する、（ｄ）インレットとアウトレットを「上面」に配置し、かつ、それぞれが前記「上面」の対向する隅（前記カバーの頂点）に近接するように配置する、などである。インレットとアウトレットの位置は、前記流体の流れが円滑であり、且つ、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品で発生する熱を効率的に吸収できるように決定される。
【００３３】
前記カバーと前記半導体デバイス（複数の半導体チップが積層化されている積層モジュールの場合には、最上部の半導体デバイス）との間に、熱良導体からなる部材を挟み込んでもよい。熱良導体の部材の使用により、前記半導体デバイスで発生した熱は、前記流体のみで前記カバー外部へ放熱するだけではなく、半導体デバイス→熱良導体→前記カバーの上部→前記カバーの上方空間という経路でも放熱され、有利である。また、前記熱良導体の部材の弾性率を大きくした場合、例えば、熱伝導率が大きく且つ柔かい（弾性を持つ）樹脂材料で形成した場合には、前記部材がクッションとして機能するから、前記カバーを前記インターポーザの表面に密着させた時に、前記半導体デバイスが前記インターポーザに押し付けられることになり、その結果、前記半導体デバイスと前記インターポーザの電気接続特性を改善することが可能となる。
【００３４】
前記カバーの材質としては、金属、樹脂などが使用できる。冷却（放熱）効果の増大を望むならば、金属材料で前記カバーを形成することが好ましいが、この限りではない。樹脂材料で前記カバーを形成する場合は、冷却（放熱）効果の増大のために、前記カバーの表側もしくは裏側、あるいは、表側および裏側の面に、金属層を設けてもよい。
【００３５】
前記カバーは、一体構造として形成して、前記インターポーザの表面に直接、密着して固定してもよい。前記カバーを前記インターポーザの表面に密着させるためには、接着剤（固化時に発生するガスが前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の特性に悪影響を与えないことが好ましい）を用いてもよい。また、前記カバーが金属材料である場合には、前記インターポーザの表面に設けられた金属層との間で金属・金属接合（例えば、溶接、半田付けなど）させてもよい。
【００３６】
前記カバーは、複数の構成部品から構成し、これら構造部品を合体させる（組み立てる）ことで、前記カバーとなるようにしてもよい。例えば、前記インレットと前記アウトレットが配置された「蓋」（平板状である）と、前記カバーの側面部を形成する「枠」とを組み合わせて、前記カバーを構成する。この構成例では、前記枠の下面を前記インターポーザの表面に密着させ、かつ、前記枠の上面を前記蓋の下面に密着させる。前記枠の材料は、前記カバーと同一とは限らない。例えば、前記蓋は金属材とし、前記枠は樹脂あるいはガラスとするといった組合せがある。
【００３７】
前記蓋と前記枠の密着接合、および、前記枠と前記インターポーザの表面との密着固定には、接着剤（固化時に発生するガスが前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の特性に悪影響を与えないことが好ましい）を用いてもよい。前記蓋と前記枠とが共に金属材料である場合には、金属・金属接合（例えば、溶接、半田付け）させてもよい。前記蓋が金属（例えば、アルミニウム）、前記枠がガラスの場合には、静電接合（金属とガラスの接着法）を用いてもよい。前記枠が金属材料であれば、前記インターポーザの表面に設けられた金属層との間で、金属・金属接合（例えば、溶接、半田付け）させてもよい。前記枠がガラス、前記インターポーザの表面が金属（あるいは逆の組合せ）の場合には、静電接合を用いてもよい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造によれば、消費電力の大きい半導体デバイスや電子部品が搭載された場合であっても、その半導体デバイスや電子部品の発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる。また、２個以上の半導体デバイスを積層してなる積層モジュールの場合には、前記半導体デバイス間での熱伝導を抑制してその積層モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す断面説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す、図３のＡ−Ａ線に沿った断面説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造において、カバーをインターポーザから分離した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す、図５のＢ−Ｂ線に沿った断面説明図である。
【図５】本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造の第３実施形態において、カバーと枠とインターポーザを相互に分離した状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す説明図である。
【図７】従来の半導体デバイスの実装構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、添付図面を参照して、本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造の好適な実施形態を説明する。
【００４１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を図１に示す。
【００４２】
図１において、１０はインターポーザ、１１はインターポーザ１０の表面１０ａに搭載された半導体デバイス、１２はインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定されたカバーである。カバー１２は、半導体デバイス１１を包含する（包み込む）形状を有しており、ここでは、下面を開放した略直方体の箱状である。インターポーザ１０とカバー１２とにより、略直方体の内部空間Ｓが形成されており、半導体デバイス１１はその内部空間Ｓに所在している。カバー１２は、熱を吸収する流体Ｌを外部から内部空間Ｓに導入するためのインレット１３と、流体Ｌを内部空間Ｓから外部に排出するためのアウトレット１４とを有している。内部空間Ｓは、インレット１３とアウトレット１４を除いて閉じた空間である。
【００４３】
矢印１５は、外部からインレット１３へ流入する流体Ｌの流れを示す。矢印１６は、アウトレット１４から外部に流出する流体Ｌの流れを示す。インレット１３には、矢印１５で示すように流体Ｌが流れ込み、内部空間Ｓに入る。流体Ｌは、内部空間Ｓを流動した後、矢印１６で示すようにアウトレット１４から流れ出る。
【００４４】
インレット１３とアウトレット１４には、それぞれ、樹脂製あるいは金属製の管Ｔ１とＴ２の一端が接続されている。管Ｔ１の他端と管Ｔ２の他端は、それぞれ、流体Ｌに所定圧力を加えてインレット１３に供給するポンプＰの送出口と復帰口に接続されている。流体Ｌの加圧機構としては、流体Ｌに所定圧力を加えてインレット１３に供給するものであればよく、ポンプ以外も使用可能である。
【００４５】
熱を吸収する流体Ｌは、管Ｔ１を介して、ポンプＰにより所定圧力をもってカバー１２の内部空間Ｓに送り込まれる。送り込まれた流体Ｌは、管Ｔ２を介してポンプＰまで戻される。流体Ｌは、このようにして、ポンプＰ→管Ｔ１→内部空間Ｓ→管Ｔ２→ポンプＰと循環する。流体Ｌは、内部空間Ｓにおいて半導体デバイス１１から生じた熱を吸収し、また、吸収した熱を外部を流動する間に自然放散する。半導体デバイス１１から生じた熱は、こうしてカバー１２の外部に放散せしめられる。このため、インレット１３に供給される際には、流体Ｌは冷却されている。
【００４６】
流体Ｌは、半導体デバイス１１で発生した熱を吸収してこれを冷却できるような性質を有しているものが好ましい。このような流体Ｌの例としては、（１）フロン類・ノンフロン類、（２）ブタン、イソブタンなどの有機化合物、（３）水素、ヘリウム、アンモニア、水、二酸化炭素などの無機化合物がある。いずれも「冷媒」とも称されているが、本実施形態においては、冷媒の種類に限定されることはない。
【００４７】
本第１実施形態では、冷却効果を上げるために、インレット１３はインターポーザ１０に相対的に近い位置（図面の下位）に配置され、アウトレット１４はインターポーザ１０から相対的に遠い位置（図面の上位）に配置されている。
【００４８】
インターポーザ１０は、プリント基板あるいは半導体材料等で形成されることができる。インターポーザ１０の表面１０ａと裏面１０ｂには、それぞれ、複数の配線層から成る配線構造１０ｃと１０ｄが設けられている。インターポーザ１０の裏面１０ｂにある配線構造１０ｄの外面には、プリント基板（図示せず）等に電気接続するための複数の導電性ボール１７（これらは電気接点を構成する）が設けられており、これらのボール１７はボールグリッドアレイを構成している。インターポーザ１０の表面１０ａにある配線構造１０ｃの外面には、半導体デバイス１１を電気接続するための複数の導電性ボール１８ｃ（これらは電気接続点を構成する）が設けられており、これらのボール１８ｃもボールグリッドアレイを構成している。
【００４９】
本第１実施形態では、半導体デバイス１１は、３個のチップ状半導体デバイス（半導体チップ） が積層化された積層モジュールとされている。この積層モジュールは、最上層にある第１半導体チップ１１ａと、中間層にあって貫通電極が内部に形成された第２半導体チップ１１ｂと、最下層にあって貫通電極が内部に形成された第３半導体チップ１１ｃとから構成されている。
【００５０】
最下層の第３半導体チップ１１ｃは、複数の導電性ボール１８ｃによって、インターポーザ１０の表面１０ａにある配線構造１０ｃに電気接続されている。第３半導体チップ１１ｃとインターポーザ１０の表面１０ａの配線構造１０ｃとの間には、隙間があいている。
【００５１】
中間層の第２半導体チップ１１ｂは、複数の導電性ボール１８ｂによって、最下層の第３半導体チップ１１ｃに電気接続されている。第２半導体チップ１１ｂと第３半導体チップ１１ｃの間に配置されたボール１８ｂは、ボールグリッドアレイを構成している。第２半導体チップ１１ｂと第３半導体チップ１１ｃとの間にも、隙間があいている。
【００５２】
最上位の第１半導体チップ１１ａは、複数の導電性ボール１８ａによって、中間層の第２半導体チップ１１ｂに電気接続されている。第１半導体チップ１１ａと第２半導体チップ１１ｂの間に配置されたボール１８ａも、ボールグリッドアレイを構成している。第１半導体チップ１１ａと第２半導体チップ１１ｂとの間にも、隙間があいている。
【００５３】
このように、第１〜第３の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ同士は、ボールグリッドアレイで相互接続されており、第３半導体チップ１１ｃとインターポーザ１０も、ボールグリッドアレイで相互接続されており、それらの相互接続領域には隙間があるので、流体Ｌはこれらの隙間を通って流動することが可能である。しかし、これらの隙間には、必要に応じて、樹脂などの物質（アンダーフィラと呼ばれる）が充填されていてもよい。この場合、流体Ｌはこれらの隙間を通って流動できない。
【００５４】
図１に示した半導体デバイス１１の構成は、一例であり、本発明はこの構成に限定されない。例えば、半導体デバイス１１を構成する第１〜第３の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃがボンディングワイヤを用いて電気接続された積層モジュールでもよい。さらに、１個の半導体チップ（半導体デバイス）がインターポーザ１０の表面１０ａに搭載されていてもよいし、２個以上の半導体チップ（半導体デバイス）がインターポーザ１０の表面１０ａに搭載されていてもよい。また、半導体デバイス１１に代えて、１個あるいは２個以上の電子部品がインターポーザ１０の表面１０ａに搭載されていてもよい。
【００５５】
図７に示した従来の半導体デバイスの実装構造では、極度に狭い空間（例えば、半導体チップ１１ａと１１ｂの間の隙間に相当する空間であり、１００マイクロメータ以下であることが多い）に流体を流し込むようにしているが、本第１実施形態では、半導体デバイス１１としての積層モジュールの周囲に流体Ｌを流し込むようにしている点で、両者は異なっている。本第１実施形態では、カバー１２の内側の広い内部空間Ｓに流体Ｌを流し込むようにしているため、流体Ｌの所望の流れを容易に実現することができる。内部空間Ｓの大きさは、半導体デバイス１１とカバー１２の大きさに依存するが、数ミリメータ程度に設定することは容易である。
【００５６】
本第１実施形態において、第１〜第３の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの間にアンダーフィラが充填されている場合には、流体Ｌが半導体チップ１１ａと１１ｂの間の隙間と、半導体チップ１１ｂと１１ｃの間の隙間に流れ込むことはない。しかし、これらの隙間にアンダーフィラが充填されていない場合には、流体Ｌの一部がこれらの隙間に流れ込む。ただし、これらの隙間に流れ込む流体Ｌの量は少ないので、放熱効果の一部として寄与するに過ぎない。
【００５７】
第３半導体チップ１１ｃとインターポーザ１０の間の隙間についても、同様に、アンダーフィラが充填されていない場合には、流体Ｌの一部がこの隙間に流れ込み、放熱効果に寄与する。
【００５８】
熱の吸収を効果的にするため、カバー１２を金属材料で作成し、カバー１２と半導体デバイス１１（より具体的には最上位の第１半導体チップ１１ａ）との間に熱良導体を挟み込むことも可能である。熱良導体を挟み込むことにより、半導体デバイス１１で発生した熱は、流体Ｌによってカバー１２の外部に放熱されるだけでなく、半導体デバイス１１→熱良導体→カバー１２の上蓋部→カバー１２の上方空間という経路で放熱されることができる。この構成では、熱良導体の存在のため、第１半導体チップ１１ａとカバー１２との間の隙間に流体Ｌが流れることがなく、流体Ｌは半導体デバイス１１の側面だけに沿って流れることになる。
【００５９】
前記熱良導体の材料としては、弾性率の大きい材料、例えば、熱伝導率が大きく且つ柔かい（弾性のある）樹脂材料を選択することができる。この場合、この熱良導体がクッションとして機能するので、カバー１２をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定する時に、半導体デバイス１１とインターポーザ１０との電気接続特性を改善することが可能となる。
【００６０】
カバー１２の材質としては、金属、樹脂などが使用可能である。カバー１２の表面からの冷却効果を増大させる場合には、金属材料を使用するのが好ましい。例えば、薄い金属板を折り曲げ加工あるいは絞り加工してカバー１２を形成する場合には、カバー１２の稜は角張らずに滑らかになる。図１では角張った稜が例示されているが、稜や頂点が滑らかであっても構わない。また、鋳造、ロストワックスなどの型技術を用いて金属製のカバー１２を作製することも可能である。カバー１２を樹脂で作製する場合は、カバー１２の表側もしくは裏側、あるいは、表側および裏側の両面に金属層を付着させることで、放熱効果を上げることが可能である。
【００６１】
カバー１２をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定する際には、接着剤が利用できる。カバー１２が金属材料であり、インターポーザ１０の表面１０ａの配線構造１０ｃが金属層を含んでいる場合には、半田付けや溶接といった金属・金属接合技術も利用できる。
【００６２】
以上説明したように、本第１実施形態の半導体デバイスの実装構造は、上述のような構成を有しているので、ポンプＰによって、カバー１２のインレット１３を介して外部から内部空間Ｓに熱を吸収する流体Ｌを導入すると、その流体Ｌは、内部空間Ｓに所在する半導体デバイス１１の周囲を流動し、カバー１２のアウトレット１４を介して外部に排出される。内部空間Ｓは、図７に示した従来の半導体デバイスの実装構造とは異なり、インレット１３とアウトレット１４を除いて閉じた空間であるため、内部空間Ｓに導入された流体Ｌは、半導体デバイス１１の周囲を満遍なく流動し、これから生じる熱を効果的に吸収してから、外部に排出される。つまり、カバー１２とインターポーザ１０を介しての外部への放熱効果に加えて、流体Ｌによる放熱効果を効果的に利用することができるのである。
【００６３】
よって、半導体デバイス１１が消費電力の大きいものであっても、半導体デバイス１１の発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる。
【００６４】
また、半導体デバイス１１が、３個の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを積層してなる積層モジュールであるため、ポンプＰによって、カバー１２のインレット１３を介して外部から内部空間Ｓに熱を吸収する流体Ｌを導入することで、前記積層モジュールとインターポーザ１０の間の隙間と、前記積層モジュールとカバー１２の間の隙間だけでなく、前記積層モジュール中の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの間の隙間にも、流体Ｌを流動させることができる。したがって、前記積層モジュール中の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの間での熱伝導を抑制して、その積層モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【００６５】
（第２実施形態）
図２及び図３は、本発明の第２実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す。両図において、図１に示した第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同一番号は、同一構成要素を示している。
【００６６】
カバー１２の底部には、取付脚２０が設けられており、インターポーザ１０の表面１０ａには、取付脚２０を受け止めるための取付脚受部２１が設けられている。図３の太い矢印で示すように、カバー１２は、その取付脚２０をインターポーザ１０の取付脚受部２１に密着させることで、インターポーザ１０の表面１０ａに固定されている。この点以外は、上述した第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同じ構成であるから、その説明は省略する。
【００６７】
取付脚２０は、カバー１２に含まれるが、必ずしもカバー１２と一体的に形成されるとは限らない。カバー１２の取付脚２０を除く部分（カバー本体といい、インレット１３とアウトレット１４を含む）と、取付脚２０とを、別個に作成してから、両者を一体化してもよい。また、最初からカバー本体と取付脚２０を一体的に形成してもよい。ここでは、取付脚２０は、略直方体の箱状のカバー本体（下面が開放されている）の底部の４個の端縁にそれぞれ接続された４個の矩形部材から構成されており、全体として帽子の鍔のような形状をしている。しかし、取付脚２０は、カバー１２の底部をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定できるものであれば、これ以外の構成でもよいことは言うまでもない。
【００６８】
取付脚受部２１は、インターポーザ１０の表面１０ａの取付脚２０に対応する箇所に形成されていればよい。取付脚受部２１は、インターポーザ１０の表面１０ａに形成されている配線構造１０ｃの一部として形成してもよいし、その配線構造１０ｃとは別個に形成してもよい。
【００６９】
次に、取付脚２０と取付脚受部２１との接続について記載する。この接続に要求される事項としては、機械的な接着強度、流体Ｌが漏れ出さないための密閉性、高温雰囲気での特性維持（接着強度や、熱膨張係数の差がある場合の密閉性の維持）、流体Ｌに対する耐腐食性などがある。これらの要求事項を満たす取付脚２０と取付脚受部２１の材料としては、多くの選択肢がある。以下に、いくつかの例を列挙する。
【００７０】
（ａ）取付脚＝金属、取付脚受部＝樹脂
例えば、インターポーザ１０が樹脂製であり、取付脚受部２１がインターポーザ１０の表面１０ａの配線構造１０ｃが形成されていない領域（すなわち、インターポーザ１０を形成する樹脂が露出している領域）に設けられている場合である。この場合、取付脚２０と取付脚受部２１との接続には、エポキシ系などの接着剤が利用できる。一般に、接着剤は乾燥過程でガスを発生することが多いが、このガスによる腐食などが発生しないよう、接着剤の材質を選択することが必要である。
【００７１】
（ｂ）取付脚＝金属、取付脚受部＝酸化膜などの絶縁物
例えば、インターポーザ１０がシリコンなどの半導体製であり、取付脚受部２１がインターポーザ１０の表面１０ａに露出した酸化膜などの絶縁物で形成されている場合である。この場合、取付脚２０と取付脚受部２１との接続には、（ａ）で述べた接着剤が使用可能である。
【００７２】
（ｃ）取付脚＝樹脂、取付脚受部＝樹脂
この場合には、取付脚２０と取付脚受部２１との接続に（ａ）で述べた接着剤が使用可能であるが、取付脚２０の素材および取付脚受部２１の素材との相性を考慮する必要がある。接着剤の種類によっては、特定の素材に対して接着力が低下することが知られているからである。また、プライマなどを併用することで、接着力を増強してもよい。
【００７３】
（ｄ）取付脚＝金属、取付脚受部＝金属
例えば、インターポーザ１０の表面１０ａの配線構造１０ｃを取付脚受部２１として利用する場合である。この場合には、（ａ）で述べた接着剤を使用可能であるが、金属・金属接合を利用することも可能である。例えば、半田付けや溶接である。また、この場合には、取付脚２０と取付脚受部２１を構成する素材に対応して、適切な金属・金属接合技術を適用することができる。
【００７４】
（ｅ）取付脚＝金属、取付脚受部＝ガラス（または、取付脚＝ガラス、取付脚受部＝金属）
この場合には、（ａ）で述べた接着剤が使用できるほか、静電接合技術が適用可能である。
【００７５】
なお、図２では、インレット１３の位置とアウトレット１４の位置が、インターポーザ１０の表面１０ａから同じ高さに設定されているが、これに限定されない。例えば、図１の第１実施形態のように、インレット１３が相対的に低い位置（インターポーザ１０に近い位置）に配置され、アウトレット１４が相対的に高い位置（インターポーザ１０から遠い位置）に配置されてもよい。
【００７６】
以上説明したように、本発明の第２実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造では、第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同じ効果を有すると共に、カバー１２のインターポーザ１０の表面への密着・固定が容易であるという効果がある。
【００７７】
（第３実施形態）
図４及び図５は、本発明の第３実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す。両図において、図１に示した第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同一番号は、同一構成要素を示している。
【００７８】
本第３実施形態では、カバー３２が矩形の枠３１と矩形の蓋３０とから構成されており、インレット１３とアウトレット１４が蓋３０に形成されている点で、上述した第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造とは異なっている。蓋３０は、枠３１の頂部に接続されて一体化されている。カバー３２は、枠３１の底部をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定させることで、その表面１０ａに固定されている。
【００７９】
このように、本第３実施形態では、カバー３２が一体で作成されることなく、蓋３０と枠３１とを別個に形成し、両者を一体化させることで、カバー３２を構成している点で、上述した第１及び第２実施形態とは異なる。蓋３０と枠３１は、同じ材料で形成されてもよいが、必要に応じて互いに異なる材料で形成される。通常、蓋３０は金属などの材料で形成される。枠３１は金属、樹脂、ガラスなどから形成される。
【００８０】
枠３１の底部は、インターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定されている。枠３１の頂部は、蓋３０の裏面に接合されている。インレット１３とアウトレット１４は、蓋３０の表面側に突出して形成されている。
【００８１】
蓋３０と枠３１との接合、および、枠３１とインターポーザ１０との接合には、それぞれの素材に応じて、上記した多くの技術が適用可能である。好ましい例では、蓋３０を金属、枠３１をガラス、インターポーザ１０を樹脂（すなわち、樹脂製インターポーザ）で形成してから、蓋３０と枠３１とを静電接合で一体化してカバー３２を形成し、また、接着剤などを用いてカバー３２（すなわち枠３１）をインターポーザ１０の表面１０ａに密着・固定する。
【００８２】
蓋３０に形成されたインレット１３とアウトレット１４は、流体Ｌが上下方向に流動するように、垂直方向に立てて配置されている。この構成では、インレット１３とアウトレット１４にそれぞれ接続される管Ｔ１及びＴ２（これらは金属製あるいは樹脂製が多い）は、インターポーザ１０に対して垂直に立てて配置される。一般に、インターポーザ１０が配置されるプリント基板（図示せず）には、多くの半導体デバイスや電子部品などが高密度に実装されているので、これらの管Ｔ１及びＴ２が当該プリント基板に対して垂直になるように配置することが好ましい場合があることを、考慮したものである。
【００８３】
以上説明したように、本発明の第３実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造では、第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同じ効果を有すると共に、カバー３２のインターポーザ１０の表面への密着・固定が容易であり、また、インターポーザ１０が配置されるプリント基板上に半導体デバイス等が高密度で実装されている場合にも対応可能であるという効果がある。
【００８４】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す。同図において、図４及び図５に示した第３実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同一番号は、同一構成要素を示している。
【００８５】
本第４実施形態では、図６に示すように、カバー４２が、インレット１３とアウトレット１４を備えた蓋４０と、第３実施形態で使用された枠３１とから構成されている。蓋４０は、枠３１の頂部に接続されて一体化されている。カバー４２は、枠３１の底部をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定させることで、その表面１０ａに固定されている。
【００８６】
本第４実施形態では、上述した第３実施形態とは異なり、インレット１３とアウトレット１４が蓋４０に対して横方向に延在するように取り付けられている。すなわち、流体Ｌが、インターポーザ１０の表面１０ａに沿って水平方向に流れるようになっている。この構成では、インレット１３とアウトレット１４に接続される管Ｔ１及びＴ２が、インターポーザ１０の表面１０ａに平行に配置されるので、インターポーザ１０に対して垂直方向に実装用空間を確保することが可能である。このため、インターポーザ１０に対して垂直方向の実装密度を高めることが容易である。
【００８７】
以上説明したように、本発明の第４実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造では、第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同じ効果を有すると共に、カバー４２のインターポーザ１０の表面への密着・固定が容易であり、また、インターポーザ１０に対して垂直方向の実装密度を高めることが容易であるという効果がある。
【００８８】
（変形例）
図４および図６に示したインレット１３とアウトレット１４の取付（延在）方向は、例示であり、本発明はこれらに限定されない。例えば、インレット１３が水平方向、アウトレット１４が垂直方向といった組合せでもよい。さらに、インレット１３あるいはアウトレット１４、あるいはインレット１３およびアウトレット１４の双方が、斜め方向に取り付けられていてもよい。
【００８９】
また、インレット１３およびアウトレット１４の水平面内での取付（延在）方向も、任意に設定してよい。すなわち、インレット１３およびアウトレット１４の取付（延在）方向は、半導体デバイス１１の搭載されたインターポーザ１０が配置されるプリント基板（上記第３実施形態を参照）上で、インターポーザ１０がどのような位置に配置されるかに応じて、管Ｔ１及びＴ２の引き回しが容易となるように決定されることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造は、放熱を容易にする実装分野だけに止まらず、半導体デバイスを遮蔽する分野にも利用可能である。例えば、光を用いた信号伝送系において、外部からの光が雑音として当該系に混入し、正常な伝送動作を妨げる場合である。このような場合、本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造は、放熱と光遮断の両面で有効である。
【符号の説明】
【００９１】
１０ インターポーザ
１０ａ インターポーザの表面
１０ｂ インターポーザの裏面
１０ｃ インターポーザの表面の配線構造
１０ｄ インターポーザの裏面の配線構造
１２ カバー
１１ 半導体デバイス
１１ａ 半導体チップ（チップ状半導体デバイス）
１１ｂ 半導体チップ（チップ状半導体デバイス）
１１ｃ 半導体チップ（チップ状半導体デバイス）
１２ カバー
１３ インレット
１４ アウトレット
１５ 矢印
１６ 矢印
１７ 導電性ボール
１８ａ 導電性ボール
１８ｂ 導電性ボール
１８ｃ 導電性ボール
２０ 取付脚
２１ 取付脚受部
３０ 蓋
３１ 枠
３２ カバー
４０ 蓋
４２ カバー
Ｌ 流体
Ｐ ポンプ
Ｓ 内部空間
Ｔ１ 管
Ｔ２ 管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス・電子部品の実装構造に関し、さらに言えば、消費電力の大きい半導体デバイスや電子部品の動作温度の上昇を抑え、半導体デバイスや電子部品を安定に動作させることができる、インターポーザを用いた半導体デバイス・電子部品の実装構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンを代表とする半導体工業分野の技術進歩は大きく、工業用、民生用を問わず、機器やシステムの小型化、軽量化、低価格化、高機能化などに大きく寄与するに至っている。一方、半導体デバイスへの要求はとどまることがなく、より一層の高集積化、高速化、高度化が期待されると共に、小型化も期待されている。これらの要求に応える策として、半導体デバイスを構成する単位素子（例えばトランジスタ）の寸法を微小化し、搭載される単位素子の数を増大させることがある。この策の利点は、微小化に伴う動作速度の増大（高速化）、高集積化に伴う機能の増大（あるいは必要とされる半導体デバイス数の減少）である。しかしながら、高速化や高集積化に伴い半導体デバイスの内部での消費電力が大きくなり、動作の不安定化あるいはデバイス自体の破壊の危険性が増大する。これらの危険性を低下させるには、半導体デバイスの放熱技術（あるいは冷却技術）が必須である。
【０００３】
以前から、半導体デバイスの動作温度を低くする技術が数多く開発されてきた。例えば、大電力の半導体デバイスに放熱フィン（アルミ合金製が多い）を貼り付け、このフィンに空気の流れを吹き付けることにより、半導体デバイスを冷却する技術がある。消費電力が比較的低い（例えば数ワット）場合には、この技術で解決可能である。しかし、最新の半導体デバイスでは、消費電力がいっそう大きくなっており、コンピュータのＣＰＵなどでは１００ワット以上に達することもある。このため、このような大消費電力の半導体デバイスでは、放熱が十分でないと、半導体デバイスの温度が上昇し、熱暴走あるいは熱破壊に至ることもある。したがって、半導体デバイスの動作の上限は、放熱技術に支配されているとも言える。
【０００４】
半導体デバイスを複数個積層してなる「積層モジュール」は、比較的容易に高集積化を実現できる利点がある。このような構成では、下層に配置された半導体デバイスでの電力消費は、この半導体デバイスの温度を上昇させるだけではなく、その上層に配置された半導体デバイスの温度も上昇させる。このため、積層モジュールの上層に、特性が動作温度に敏感な半導体デバイスが配置されている場合には、積層モジュール全体の動作が不安定になる可能性がある。このため、積層モジュールの場合には、消費電力が大きい半導体デバイスからの発熱が、より上層にある半導体デバイスに伝達される前に積層モジュールの外部に放出されるようにすることで、積層されている半導体デバイス間で熱伝達が生じないような実装構造が好ましい。
【０００５】
積層された半導体デバイス（積層モジュール）の冷却技術としては、従来、図７に示す実装構造が提案されている。同図は、特許文献１の図１Ａとして掲載されているものである。
【０００６】
図７において、チップスタック１１０は、符号１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃで示された３個の半導体チップの積層体から構成されている。それぞれのチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃには、エッチングで形成されたチャネル１７５が設けられている（図７では、符号１７５は代表的なチャネルを示している）。チャネル１７５内に流体（冷媒）を流すことにより、チップスタック１１０の冷却が行われるようになっている。この流体は、積層されたチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの間に形成された狭いチャネル１７５内を流動する。なお、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが半導体基板から構成されている場合には、その厚さは通常、数１００マイクロメータ以下である。
【０００７】
各半導体チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの垂直方向には、符号１２３で示されたＴＳＶ（Through Silicon Via, シリコン貫通電極）によって、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ同士は相互接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３１１８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図７に示した従来の半導体デバイスの実装構造では、チャネル１７５は、あたかも「多数の柱が林立する回廊」のように形成されており、しかも、その高さは数１００マイクロメータ以下であるから、チャネル１７５内に流体（冷媒）を流し込むには、大きな圧力が必要であると思われる。
【００１０】
また、流体の流れる方向は、図７の符号１１１の下側にある下向き矢印と右向き矢印で示されているが、その下向き矢印に沿ってチップスタック１１０の周囲に流入した流体は、右向き矢印に沿ってチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの間にあるチャネル１７５内に流入するだけではなく、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの周囲においても流動する。上述したように、チャネル１７５の高さが低いことと、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの周囲には広い空間があることを考えると、チャネル１７５内のみに流体を流し込むことは困難であり、多くの流体はチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの周囲に沿って流れてしまうと思われる。しかも、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに形成されたチャネル１７５の形状（流体が流れる方向の形状）は、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ毎に異なるので、各層に形成されたチャネル１７５の全てにおいて均一な流体の流れを実現することも困難であろう。
【００１１】
このような理由から、図７の従来の実装構造では、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの十分な冷却（あるいはチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃからの放熱）を実現することは、必ずしも容易ではない。
【００１２】
さらに、チップスタック１１０の下層に配置されたチップ１１０ｃでの電力消費が、チップ１１０ｃの温度上昇だけでなく、それより上層に配置されたチップ１１０ａ、１１０ｂの温度上昇も引き起こすため、チップスタック１１０自体を冷却できるだけでなく、下層のチップ１１０ｃでの発熱が上層のチップ１１０ａ、１１０ｂに伝達し難いことが望ましい。しかし、各層に形成されたチャネル１７５への均一な流体の流れが実現困難なのであるから、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ間の熱伝導を抑制することは困難である。
【００１３】
本発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、消費電力の大きい半導体デバイスや電子部品が搭載された場合であっても、その半導体デバイスや電子部品の発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる半導体デバイス・電子部品の実装構造を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、２個以上の半導体デバイスを積層してなる積層モジュールの場合には、前記半導体デバイス間での熱伝導を抑制してその積層モジュールの温度上昇を抑制することができる半導体デバイス・電子部品の実装装造を提供することにある。
【００１５】
ここに明記しない本発明の他の目的は、以下の説明及び添付図面から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（１） 本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造は、
インターポーザと
前記インターポーザの表面に搭載された１個以上の半導体デバイスあるいは１個以上の電子部品と、
前記半導体デバイスあるいは前記電子部品を包含するように前記インターポーザの表面に密着して固定せしめられて、前記インターポーザと共に内部空間を形成するカバーとを備え、
前記カバーは、熱を吸収する流体を外部から前記内部空間に導入するインレットと、前記流体を前記内部空間から外部に排出するアウトレットとを有しており、
前記内部空間は、前記インレットと前記アウトレットを除いて閉じた空間であることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造は、上述のような構成を有しているので、任意の流体供給手段によって、前記カバーのインレットを介して外部から前記内部空間に熱を吸収する流体を導入すると、その流体は、前記内部空間に所在する前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の周囲を流動し、前記カバーのアウトレットを介して外部に排出される。前記内部空間は、図７に示した従来の半導体デバイスの実装構造とは異なり、前記インレットと前記アウトレットを除いて閉じた空間であるため、前記内部空間に導入された前記流体は、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の周囲を満遍なく流動し、これから生じる熱を効果的に吸収してから、外部に排出される。つまり、前記カバーと前記インターポーザを介しての放熱効果に加えて、前記流体による放熱効果を効果的に利用することができるのである。
【００１８】
よって、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品が消費電力の大きいものであっても、その半導体デバイスや電子部品の発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる。
【００１９】
また、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品が、２個以上の半導体デバイスを積層してなる積層モジュールの場合には、任意の流体供給手段によって、前記カバーのインレットを介して外部から前記内部空間に熱を吸収する流体を導入することで、前記積層モジュールと前記インターポーザの間の隙間と、前記積層モジュールと前記カバーの間の隙間だけでなく、前記積層モジュール中の半導体デバイス間の隙間内にも、前記流体を流動させることができる。したがって、前記積層モジュール中の半導体デバイス間での熱伝導を抑制することができる。
【００２０】
よって、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品が、２個以上の半導体デバイスを積層してなる積層モジュールの場合には、その積層モジュール中の半導体デバイス間での熱伝導を抑制して、その積層モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【００２１】
（２） 本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造の好ましい例では、前記流体を加圧して前記内部空間に導入する手段（例えばポンプ）をさらに備える。
【００２２】
（３） 本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造の他の好ましい例では、前記カバーが取付脚を有していると共に、前記インターポーザが取付脚受部を有しており、前記カバーの取付脚を前記インターポーザの前記取付脚受部に密着することで、前記カバーが前記インターポーザに装着される。
【００２３】
（４） 本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造のさらに他の好ましい例では、前記カバーが、枠と蓋から構成される。この例では、必要に応じて、前記枠と前記蓋を異なる材料で形成することができるという利点がある。
【００２４】
（５） 本明細書では、関連する用語を下記のように定義する。
【００２５】
・半導体デバイス： 以下の（ｉ）と（ｉｉ）を含む半導体デバイス全般を指す。
【００２６】
（ｉ） ウェーハプロセスが完了し、半導体ウェーハから切り出された半導体チップ（ベアチップ）。当該半導体チップには、少なくとも１個のトランジスタ、ダイオードなどの半導体素子が配置された、いわゆる集積回路のチップを含む。
【００２７】
（ｉｉ） パッケージングされた上記の半導体チップ。ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）などと称される、種々のパッケージでパッケージングされたものが含まれる。
【００２８】
・積層モジュール： ２個以上の前記半導体デバイスが積層された構造である。（積層構造を構成する各層の間の相互接続の手法には、ワイヤボンディング、貫通電極（ＴＳＶ）などがあるが、その手法は問わない。
【００２９】
・電子部品： 受動素子とも称されている部品で、抵抗、キャパシタ（コンデンサ）、インダクタ（コイル）などがある。単一の素子（個別部品）を複数個組み合わせた構成（例えば、モジュール抵抗）もある。また、特定の機能を有するセンサやアクチュエータも、電子部品に含まれる。さらには、信号処理回路、駆動回路などが集積化された前記センサや前記アクチュエータも、電子部品に含まれる。
【００３０】
・インターポーザ： 前記半導体デバイス、前記積層モジュール、あるいは前記電子部品などを搭載する「基板」である。インターポーザの表面には、前記半導体デバイス、前記積層モジュール、あるいは前記電子部品に設けられた電気接続点（パッドとも称される）に接続される電気接続点が形成されている。また、インターポーザの裏面には、プリント基板などに電気接続される電気接点（例えば、グリッド状に配列された導電性のボール）が形成されている。インターポーザの表裏面にそれぞれ形成された前記電気接続点および前記電気接点の間には、導電路が設けられていることが多い。さらに、インターポーザの表裏面には、「再配線層」と称される配線パターンが設けられていることも多い。なお、前記した積層モジュールには、この積層モジュールを構成する半導体デバイスの間に、「上下に配置された半導体デバイス間に電気導電路を形成する」ための「配線基板」が挿入されることがあり、この「配線基板」も「インターポーザ」と称することがある。しかしながら、本明細書では、この「配線基板」は「インターポーザ」に含まれないことにする。
【００３１】
・流体： 気体あるいは液体であり、熱伝導で熱を吸収することにより、放熱あるいは排熱効果を有するものである。このような機能を有する流体は、「冷媒」とも称される。具体例としては、（ｉ）フロン類・ノンフロン類（多用されており、種類が多い）、（ｉｉ）有機化合物であるブタン、イソブタンなど、（ｉｉｉ）無機化合物である水素、ヘリウム、アンモニア、水、二酸化炭素などがある。
【００３２】
前記カバーの形状は、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の外観形状に依存するが、直方体（立方体を含む）であることが好ましい。直方体の頂点と稜（面と面とが交わる線分）は、滑らかであっても構わない。前記カバーに形成されたインレットとアウトレットの位置には、多くの選択肢がある。例えば、（ａ）インレットとアウトレットをそれぞれ「対向する面」に配置する、（ｂ）インレットとアウトレットをそれぞれ「対向する面」に配置し、かつ、それぞれの「水平位置」が上下にずれるように配置する、（ｃ）インレットとアウトレットを「上面」に配置する、（ｄ）インレットとアウトレットを「上面」に配置し、かつ、それぞれが前記「上面」の対向する隅（前記カバーの頂点）に近接するように配置する、などである。インレットとアウトレットの位置は、前記流体の流れが円滑であり、且つ、前記半導体デバイスあるいは前記電子部品で発生する熱を効率的に吸収できるように決定される。
【００３３】
前記カバーと前記半導体デバイス（複数の半導体チップが積層化されている積層モジュールの場合には、最上部の半導体デバイス）との間に、熱良導体からなる部材を挟み込んでもよい。熱良導体の部材の使用により、前記半導体デバイスで発生した熱は、前記流体のみで前記カバー外部へ放熱するだけではなく、半導体デバイス→熱良導体→前記カバーの上部→前記カバーの上方空間という経路でも放熱され、有利である。また、前記熱良導体の部材の弾性率を大きくした場合、例えば、熱伝導率が大きく且つ柔かい（弾性を持つ）樹脂材料で形成した場合には、前記部材がクッションとして機能するから、前記カバーを前記インターポーザの表面に密着させた時に、前記半導体デバイスが前記インターポーザに押し付けられることになり、その結果、前記半導体デバイスと前記インターポーザの電気接続特性を改善することが可能となる。
【００３４】
前記カバーの材質としては、金属、樹脂などが使用できる。冷却（放熱）効果の増大を望むならば、金属材料で前記カバーを形成することが好ましいが、この限りではない。樹脂材料で前記カバーを形成する場合は、冷却（放熱）効果の増大のために、前記カバーの表側もしくは裏側、あるいは、表側および裏側の面に、金属層を設けてもよい。
【００３５】
前記カバーは、一体構造として形成して、前記インターポーザの表面に直接、密着して固定してもよい。前記カバーを前記インターポーザの表面に密着させるためには、接着剤（固化時に発生するガスが前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の特性に悪影響を与えないことが好ましい）を用いてもよい。また、前記カバーが金属材料である場合には、前記インターポーザの表面に設けられた金属層との間で金属・金属接合（例えば、溶接、半田付けなど）させてもよい。
【００３６】
前記カバーは、複数の構成部品から構成し、これら構造部品を合体させる（組み立てる）ことで、前記カバーとなるようにしてもよい。例えば、前記インレットと前記アウトレットが配置された「蓋」（平板状である）と、前記カバーの側面部を形成する「枠」とを組み合わせて、前記カバーを構成する。この構成例では、前記枠の下面を前記インターポーザの表面に密着させ、かつ、前記枠の上面を前記蓋の下面に密着させる。前記枠の材料は、前記カバーと同一とは限らない。例えば、前記蓋は金属材とし、前記枠は樹脂あるいはガラスとするといった組合せがある。
【００３７】
前記蓋と前記枠の密着接合、および、前記枠と前記インターポーザの表面との密着固定には、接着剤（固化時に発生するガスが前記半導体デバイスあるいは前記電子部品の特性に悪影響を与えないことが好ましい）を用いてもよい。前記蓋と前記枠とが共に金属材料である場合には、金属・金属接合（例えば、溶接、半田付け）させてもよい。前記蓋が金属（例えば、アルミニウム）、前記枠がガラスの場合には、静電接合（金属とガラスの接着法）を用いてもよい。前記枠が金属材料であれば、前記インターポーザの表面に設けられた金属層との間で、金属・金属接合（例えば、溶接、半田付け）させてもよい。前記枠がガラス、前記インターポーザの表面が金属（あるいは逆の組合せ）の場合には、静電接合を用いてもよい。
【発明の効果】
【００３８】
本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造によれば、消費電力の大きい半導体デバイスや電子部品が搭載された場合であっても、その半導体デバイスや電子部品の発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる。また、２個以上の半導体デバイスを積層してなる積層モジュールの場合には、前記半導体デバイス間での熱伝導を抑制してその積層モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す断面説明図である。
【図２】本発明の第２実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す、図３のＡ−Ａ線に沿った断面説明図である。
【図３】本発明の第２実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造において、カバーをインターポーザから分離した状態を示す斜視図である。
【図４】本発明の第３実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す、図５のＢ−Ｂ線に沿った断面説明図である。
【図５】本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造の第３実施形態において、カバーと枠とインターポーザを相互に分離した状態を示す斜視図である。
【図６】本発明の第４実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す説明図である。
【図７】従来の半導体デバイスの実装構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、添付図面を参照して、本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造の好適な実施形態を説明する。
【００４１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を図１に示す。
【００４２】
図１において、１０はインターポーザ、１１はインターポーザ１０の表面１０ａに搭載された半導体デバイス、１２はインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定されたカバーである。カバー１２は、半導体デバイス１１を包含する（包み込む）形状を有しており、ここでは、下面を開放した略直方体の箱状である。インターポーザ１０とカバー１２とにより、略直方体の内部空間Ｓが形成されており、半導体デバイス１１はその内部空間Ｓに所在している。カバー１２は、熱を吸収する流体Ｌを外部から内部空間Ｓに導入するためのインレット１３と、流体Ｌを内部空間Ｓから外部に排出するためのアウトレット１４とを有している。内部空間Ｓは、インレット１３とアウトレット１４を除いて閉じた空間である。
【００４３】
矢印１５は、外部からインレット１３へ流入する流体Ｌの流れを示す。矢印１６は、アウトレット１４から外部に流出する流体Ｌの流れを示す。インレット１３には、矢印１５で示すように流体Ｌが流れ込み、内部空間Ｓに入る。流体Ｌは、内部空間Ｓを流動した後、矢印１６で示すようにアウトレット１４から流れ出る。
【００４４】
インレット１３とアウトレット１４には、それぞれ、樹脂製あるいは金属製の管Ｔ１とＴ２の一端が接続されている。管Ｔ１の他端と管Ｔ２の他端は、それぞれ、流体Ｌに所定圧力を加えてインレット１３に供給するポンプＰの送出口と復帰口に接続されている。流体Ｌの加圧機構としては、流体Ｌに所定圧力を加えてインレット１３に供給するものであればよく、ポンプ以外も使用可能である。
【００４５】
熱を吸収する流体Ｌは、管Ｔ１を介して、ポンプＰにより所定圧力をもってカバー１２の内部空間Ｓに送り込まれる。送り込まれた流体Ｌは、管Ｔ２を介してポンプＰまで戻される。流体Ｌは、このようにして、ポンプＰ→管Ｔ１→内部空間Ｓ→管Ｔ２→ポンプＰと循環する。流体Ｌは、内部空間Ｓにおいて半導体デバイス１１から生じた熱を吸収し、また、吸収した熱を外部を流動する間に自然放散する。半導体デバイス１１から生じた熱は、こうしてカバー１２の外部に放散せしめられる。このため、インレット１３に供給される際には、流体Ｌは冷却されている。
【００４６】
流体Ｌは、半導体デバイス１１で発生した熱を吸収してこれを冷却できるような性質を有しているものが好ましい。このような流体Ｌの例としては、（１）フロン類・ノンフロン類、（２）ブタン、イソブタンなどの有機化合物、（３）水素、ヘリウム、アンモニア、水、二酸化炭素などの無機化合物がある。いずれも「冷媒」とも称されているが、本実施形態においては、冷媒の種類に限定されることはない。
【００４７】
本第１実施形態では、冷却効果を上げるために、インレット１３はインターポーザ１０に相対的に近い位置（図面の下位）に配置され、アウトレット１４はインターポーザ１０から相対的に遠い位置（図面の上位）に配置されている。
【００４８】
インターポーザ１０は、プリント基板あるいは半導体材料等で形成されることができる。インターポーザ１０の表面１０ａと裏面１０ｂには、それぞれ、複数の配線層から成る配線構造１０ｃと１０ｄが設けられている。インターポーザ１０の裏面１０ｂにある配線構造１０ｄの外面には、プリント基板（図示せず）等に電気接続するための複数の導電性ボール１７（これらは電気接点を構成する）が設けられており、これらのボール１７はボールグリッドアレイを構成している。インターポーザ１０の表面１０ａにある配線構造１０ｃの外面には、半導体デバイス１１を電気接続するための複数の導電性ボール１８ｃ（これらは電気接続点を構成する）が設けられており、これらのボール１８ｃもボールグリッドアレイを構成している。
【００４９】
本第１実施形態では、半導体デバイス１１は、３個のチップ状半導体デバイス（半導体チップ） が積層化された積層モジュールとされている。この積層モジュールは、最上層にある第１半導体チップ１１ａと、中間層にあって貫通電極が内部に形成された第２半導体チップ１１ｂと、最下層にあって貫通電極が内部に形成された第３半導体チップ１１ｃとから構成されている。
【００５０】
最下層の第３半導体チップ１１ｃは、複数の導電性ボール１８ｃによって、インターポーザ１０の表面１０ａにある配線構造１０ｃに電気接続されている。第３半導体チップ１１ｃとインターポーザ１０の表面１０ａの配線構造１０ｃとの間には、隙間があいている。
【００５１】
中間層の第２半導体チップ１１ｂは、複数の導電性ボール１８ｂによって、最下層の第３半導体チップ１１ｃに電気接続されている。第２半導体チップ１１ｂと第３半導体チップ１１ｃの間に配置されたボール１８ｂは、ボールグリッドアレイを構成している。第２半導体チップ１１ｂと第３半導体チップ１１ｃとの間にも、隙間があいている。
【００５２】
最上位の第１半導体チップ１１ａは、複数の導電性ボール１８ａによって、中間層の第２半導体チップ１１ｂに電気接続されている。第１半導体チップ１１ａと第２半導体チップ１１ｂの間に配置されたボール１８ａも、ボールグリッドアレイを構成している。第１半導体チップ１１ａと第２半導体チップ１１ｂとの間にも、隙間があいている。
【００５３】
このように、第１〜第３の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃ同士は、ボールグリッドアレイで相互接続されており、第３半導体チップ１１ｃとインターポーザ１０も、ボールグリッドアレイで相互接続されており、それらの相互接続領域には隙間があるので、流体Ｌはこれらの隙間を通って流動することが可能である。しかし、これらの隙間には、必要に応じて、樹脂などの物質（アンダーフィラと呼ばれる）が充填されていてもよい。この場合、流体Ｌはこれらの隙間を通って流動できない。
【００５４】
図１に示した半導体デバイス１１の構成は、一例であり、本発明はこの構成に限定されない。例えば、半導体デバイス１１を構成する第１〜第３の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃがボンディングワイヤを用いて電気接続された積層モジュールでもよい。さらに、１個の半導体チップ（半導体デバイス）がインターポーザ１０の表面１０ａに搭載されていてもよいし、２個以上の半導体チップ（半導体デバイス）がインターポーザ１０の表面１０ａに搭載されていてもよい。また、半導体デバイス１１に代えて、１個あるいは２個以上の電子部品がインターポーザ１０の表面１０ａに搭載されていてもよい。
【００５５】
図７に示した従来の半導体デバイスの実装構造では、極度に狭い空間（例えば、半導体チップ１１ａと１１ｂの間の隙間に相当する空間であり、１００マイクロメータ以下であることが多い）に流体を流し込むようにしているが、本第１実施形態では、半導体デバイス１１としての積層モジュールの周囲に流体Ｌを流し込むようにしている点で、両者は異なっている。本第１実施形態では、カバー１２の内側の広い内部空間Ｓに流体Ｌを流し込むようにしているため、流体Ｌの所望の流れを容易に実現することができる。内部空間Ｓの大きさは、半導体デバイス１１とカバー１２の大きさに依存するが、数ミリメータ程度に設定することは容易である。
【００５６】
本第１実施形態において、第１〜第３の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの間にアンダーフィラが充填されている場合には、流体Ｌが半導体チップ１１ａと１１ｂの間の隙間と、半導体チップ１１ｂと１１ｃの間の隙間に流れ込むことはない。しかし、これらの隙間にアンダーフィラが充填されていない場合には、流体Ｌの一部がこれらの隙間に流れ込む。ただし、これらの隙間に流れ込む流体Ｌの量は少ないので、放熱効果の一部として寄与するに過ぎない。
【００５７】
第３半導体チップ１１ｃとインターポーザ１０の間の隙間についても、同様に、アンダーフィラが充填されていない場合には、流体Ｌの一部がこの隙間に流れ込み、放熱効果に寄与する。
【００５８】
熱の吸収を効果的にするため、カバー１２を金属材料で作成し、カバー１２と半導体デバイス１１（より具体的には最上位の第１半導体チップ１１ａ）との間に熱良導体を挟み込むことも可能である。熱良導体を挟み込むことにより、半導体デバイス１１で発生した熱は、流体Ｌによってカバー１２の外部に放熱されるだけでなく、半導体デバイス１１→熱良導体→カバー１２の上蓋部→カバー１２の上方空間という経路で放熱されることができる。この構成では、熱良導体の存在のため、第１半導体チップ１１ａとカバー１２との間の隙間に流体Ｌが流れることがなく、流体Ｌは半導体デバイス１１の側面だけに沿って流れることになる。
【００５９】
前記熱良導体の材料としては、弾性率の大きい材料、例えば、熱伝導率が大きく且つ柔かい（弾性のある）樹脂材料を選択することができる。この場合、この熱良導体がクッションとして機能するので、カバー１２をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定する時に、半導体デバイス１１とインターポーザ１０との電気接続特性を改善することが可能となる。
【００６０】
カバー１２の材質としては、金属、樹脂などが使用可能である。カバー１２の表面からの冷却効果を増大させる場合には、金属材料を使用するのが好ましい。例えば、薄い金属板を折り曲げ加工あるいは絞り加工してカバー１２を形成する場合には、カバー１２の稜は角張らずに滑らかになる。図１では角張った稜が例示されているが、稜や頂点が滑らかであっても構わない。また、鋳造、ロストワックスなどの型技術を用いて金属製のカバー１２を作製することも可能である。カバー１２を樹脂で作製する場合は、カバー１２の表側もしくは裏側、あるいは、表側および裏側の両面に金属層を付着させることで、放熱効果を上げることが可能である。
【００６１】
カバー１２をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定する際には、接着剤が利用できる。カバー１２が金属材料であり、インターポーザ１０の表面１０ａの配線構造１０ｃが金属層を含んでいる場合には、半田付けや溶接といった金属・金属接合技術も利用できる。
【００６２】
以上説明したように、本第１実施形態の半導体デバイスの実装構造は、上述のような構成を有しているので、ポンプＰによって、カバー１２のインレット１３を介して外部から内部空間Ｓに熱を吸収する流体Ｌを導入すると、その流体Ｌは、内部空間Ｓに所在する半導体デバイス１１の周囲を流動し、カバー１２のアウトレット１４を介して外部に排出される。内部空間Ｓは、図７に示した従来の半導体デバイスの実装構造とは異なり、インレット１３とアウトレット１４を除いて閉じた空間であるため、内部空間Ｓに導入された流体Ｌは、半導体デバイス１１の周囲を満遍なく流動し、これから生じる熱を効果的に吸収してから、外部に排出される。つまり、カバー１２とインターポーザ１０を介しての外部への放熱効果に加えて、流体Ｌによる放熱効果を効果的に利用することができるのである。
【００６３】
よって、半導体デバイス１１が消費電力の大きいものであっても、半導体デバイス１１の発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる。
【００６４】
また、半導体デバイス１１が、３個の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃを積層してなる積層モジュールであるため、ポンプＰによって、カバー１２のインレット１３を介して外部から内部空間Ｓに熱を吸収する流体Ｌを導入することで、前記積層モジュールとインターポーザ１０の間の隙間と、前記積層モジュールとカバー１２の間の隙間だけでなく、前記積層モジュール中の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの間の隙間にも、流体Ｌを流動させることができる。したがって、前記積層モジュール中の半導体チップ１１ａ、１１ｂ、１１ｃの間での熱伝導を抑制して、その積層モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【００６５】
（第２実施形態）
図２及び図３は、本発明の第２実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す。両図において、図１に示した第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同一番号は、同一構成要素を示している。
【００６６】
カバー１２の底部には、取付脚２０が設けられており、インターポーザ１０の表面１０ａには、取付脚２０を受け止めるための取付脚受部２１が設けられている。図３の太い矢印で示すように、カバー１２は、その取付脚２０をインターポーザ１０の取付脚受部２１に密着させることで、インターポーザ１０の表面１０ａに固定されている。この点以外は、上述した第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同じ構成であるから、その説明は省略する。
【００６７】
取付脚２０は、カバー１２に含まれるが、必ずしもカバー１２と一体的に形成されるとは限らない。カバー１２の取付脚２０を除く部分（カバー本体といい、インレット１３とアウトレット１４を含む）と、取付脚２０とを、別個に作成してから、両者を一体化してもよい。また、最初からカバー本体と取付脚２０を一体的に形成してもよい。ここでは、取付脚２０は、略直方体の箱状のカバー本体（下面が開放されている）の底部の４個の端縁にそれぞれ接続された４個の矩形部材から構成されており、全体として帽子の鍔のような形状をしている。しかし、取付脚２０は、カバー１２の底部をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定できるものであれば、これ以外の構成でもよいことは言うまでもない。
【００６８】
取付脚受部２１は、インターポーザ１０の表面１０ａの取付脚２０に対応する箇所に形成されていればよい。取付脚受部２１は、インターポーザ１０の表面１０ａに形成されている配線構造１０ｃの一部として形成してもよいし、その配線構造１０ｃとは別個に形成してもよい。
【００６９】
次に、取付脚２０と取付脚受部２１との接続について記載する。この接続に要求される事項としては、機械的な接着強度、流体Ｌが漏れ出さないための密閉性、高温雰囲気での特性維持（接着強度や、熱膨張係数の差がある場合の密閉性の維持）、流体Ｌに対する耐腐食性などがある。これらの要求事項を満たす取付脚２０と取付脚受部２１の材料としては、多くの選択肢がある。以下に、いくつかの例を列挙する。
【００７０】
（ａ）取付脚＝金属、取付脚受部＝樹脂
例えば、インターポーザ１０が樹脂製であり、取付脚受部２１がインターポーザ１０の表面１０ａの配線構造１０ｃが形成されていない領域（すなわち、インターポーザ１０を形成する樹脂が露出している領域）に設けられている場合である。この場合、取付脚２０と取付脚受部２１との接続には、エポキシ系などの接着剤が利用できる。一般に、接着剤は乾燥過程でガスを発生することが多いが、このガスによる腐食などが発生しないよう、接着剤の材質を選択することが必要である。
【００７１】
（ｂ）取付脚＝金属、取付脚受部＝酸化膜などの絶縁物
例えば、インターポーザ１０がシリコンなどの半導体製であり、取付脚受部２１がインターポーザ１０の表面１０ａに露出した酸化膜などの絶縁物で形成されている場合である。この場合、取付脚２０と取付脚受部２１との接続には、（ａ）で述べた接着剤が使用可能である。
【００７２】
（ｃ）取付脚＝樹脂、取付脚受部＝樹脂
この場合には、取付脚２０と取付脚受部２１との接続に（ａ）で述べた接着剤が使用可能であるが、取付脚２０の素材および取付脚受部２１の素材との相性を考慮する必要がある。接着剤の種類によっては、特定の素材に対して接着力が低下することが知られているからである。また、プライマなどを併用することで、接着力を増強してもよい。
【００７３】
（ｄ）取付脚＝金属、取付脚受部＝金属
例えば、インターポーザ１０の表面１０ａの配線構造１０ｃを取付脚受部２１として利用する場合である。この場合には、（ａ）で述べた接着剤を使用可能であるが、金属・金属接合を利用することも可能である。例えば、半田付けや溶接である。また、この場合には、取付脚２０と取付脚受部２１を構成する素材に対応して、適切な金属・金属接合技術を適用することができる。
【００７４】
（ｅ）取付脚＝金属、取付脚受部＝ガラス（または、取付脚＝ガラス、取付脚受部＝金属）
この場合には、（ａ）で述べた接着剤が使用できるほか、静電接合技術が適用可能である。
【００７５】
なお、図２では、インレット１３の位置とアウトレット１４の位置が、インターポーザ１０の表面１０ａから同じ高さに設定されているが、これに限定されない。例えば、図１の第１実施形態のように、インレット１３が相対的に低い位置（インターポーザ１０に近い位置）に配置され、アウトレット１４が相対的に高い位置（インターポーザ１０から遠い位置）に配置されてもよい。
【００７６】
以上説明したように、本発明の第２実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造では、第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同じ効果を有すると共に、カバー１２のインターポーザ１０の表面への密着・固定が容易であるという効果がある。
【００７７】
（第３実施形態）
図４及び図５は、本発明の第３実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す。両図において、図１に示した第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同一番号は、同一構成要素を示している。
【００７８】
本第３実施形態では、カバー３２が矩形の枠３１と矩形の蓋３０とから構成されており、インレット１３とアウトレット１４が蓋３０に形成されている点で、上述した第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造とは異なっている。蓋３０は、枠３１の頂部に接続されて一体化されている。カバー３２は、枠３１の底部をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定させることで、その表面１０ａに固定されている。
【００７９】
このように、本第３実施形態では、カバー３２が一体で作成されることなく、蓋３０と枠３１とを別個に形成し、両者を一体化させることで、カバー３２を構成している点で、上述した第１及び第２実施形態とは異なる。蓋３０と枠３１は、同じ材料で形成されてもよいが、必要に応じて互いに異なる材料で形成される。通常、蓋３０は金属などの材料で形成される。枠３１は金属、樹脂、ガラスなどから形成される。
【００８０】
枠３１の底部は、インターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定されている。枠３１の頂部は、蓋３０の裏面に接合されている。インレット１３とアウトレット１４は、蓋３０の表面側に突出して形成されている。
【００８１】
蓋３０と枠３１との接合、および、枠３１とインターポーザ１０との接合には、それぞれの素材に応じて、上記した多くの技術が適用可能である。好ましい例では、蓋３０を金属、枠３１をガラス、インターポーザ１０を樹脂（すなわち、樹脂製インターポーザ）で形成してから、蓋３０と枠３１とを静電接合で一体化してカバー３２を形成し、また、接着剤などを用いてカバー３２（すなわち枠３１）をインターポーザ１０の表面１０ａに密着・固定する。
【００８２】
蓋３０に形成されたインレット１３とアウトレット１４は、流体Ｌが上下方向に流動するように、垂直方向に立てて配置されている。この構成では、インレット１３とアウトレット１４にそれぞれ接続される管Ｔ１及びＴ２（これらは金属製あるいは樹脂製が多い）は、インターポーザ１０に対して垂直に立てて配置される。一般に、インターポーザ１０が配置されるプリント基板（図示せず）には、多くの半導体デバイスや電子部品などが高密度に実装されているので、これらの管Ｔ１及びＴ２が当該プリント基板に対して垂直になるように配置することが好ましい場合があることを、考慮したものである。
【００８３】
以上説明したように、本発明の第３実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造では、第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同じ効果を有すると共に、カバー３２のインターポーザ１０の表面への密着・固定が容易であり、また、インターポーザ１０が配置されるプリント基板上に半導体デバイス等が高密度で実装されている場合にも対応可能であるという効果がある。
【００８４】
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造を示す。同図において、図４及び図５に示した第３実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同一番号は、同一構成要素を示している。
【００８５】
本第４実施形態では、図６に示すように、カバー４２が、インレット１３とアウトレット１４を備えた蓋４０と、第３実施形態で使用された枠３１とから構成されている。蓋４０は、枠３１の頂部に接続されて一体化されている。カバー４２は、枠３１の底部をインターポーザ１０の表面１０ａに密着して固定させることで、その表面１０ａに固定されている。
【００８６】
本第４実施形態では、上述した第３実施形態とは異なり、インレット１３とアウトレット１４が蓋４０に対して横方向に延在するように取り付けられている。すなわち、流体Ｌが、インターポーザ１０の表面１０ａに沿って水平方向に流れるようになっている。この構成では、インレット１３とアウトレット１４に接続される管Ｔ１及びＴ２が、インターポーザ１０の表面１０ａに平行に配置されるので、インターポーザ１０に対して垂直方向に実装用空間を確保することが可能である。このため、インターポーザ１０に対して垂直方向の実装密度を高めることが容易である。
【００８７】
以上説明したように、本発明の第４実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造では、第１実施形態の半導体デバイス・電子部品の実装構造と同じ効果を有すると共に、カバー４２のインターポーザ１０の表面への密着・固定が容易であり、また、インターポーザ１０に対して垂直方向の実装密度を高めることが容易であるという効果がある。
【００８８】
（変形例）
図４および図６に示したインレット１３とアウトレット１４の取付（延在）方向は、例示であり、本発明はこれらに限定されない。例えば、インレット１３が水平方向、アウトレット１４が垂直方向といった組合せでもよい。さらに、インレット１３あるいはアウトレット１４、あるいはインレット１３およびアウトレット１４の双方が、斜め方向に取り付けられていてもよい。
【００８９】
また、インレット１３およびアウトレット１４の水平面内での取付（延在）方向も、任意に設定してよい。すなわち、インレット１３およびアウトレット１４の取付（延在）方向は、半導体デバイス１１の搭載されたインターポーザ１０が配置されるプリント基板（上記第３実施形態を参照）上で、インターポーザ１０がどのような位置に配置されるかに応じて、管Ｔ１及びＴ２の引き回しが容易となるように決定されることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造は、放熱を容易にする実装分野だけに止まらず、半導体デバイスを遮蔽する分野にも利用可能である。例えば、光を用いた信号伝送系において、外部からの光が雑音として当該系に混入し、正常な伝送動作を妨げる場合である。このような場合、本発明の半導体デバイス・電子部品の実装構造は、放熱と光遮断の両面で有効である。
【符号の説明】
【００９１】
１０ インターポーザ
１０ａ インターポーザの表面
１０ｂ インターポーザの裏面
１０ｃ インターポーザの表面の配線構造
１０ｄ インターポーザの裏面の配線構造
１２ カバー
１１ 半導体デバイス
１１ａ 半導体チップ（チップ状半導体デバイス）
１１ｂ 半導体チップ（チップ状半導体デバイス）
１１ｃ 半導体チップ（チップ状半導体デバイス）
１２ カバー
１３ インレット
１４ アウトレット
１５ 矢印
１６ 矢印
１７ 導電性ボール
１８ａ 導電性ボール
１８ｂ 導電性ボール
１８ｃ 導電性ボール
２０ 取付脚
２１ 取付脚受部
３０ 蓋
３１ 枠
３２ カバー
４０ 蓋
４２ カバー
Ｌ 流体
Ｐ ポンプ
Ｓ 内部空間
Ｔ１ 管
Ｔ２ 管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インターポーザと
前記インターポーザの表面に搭載された１個以上の半導体デバイスあるいは１個以上の電子部品と、
前記半導体デバイスあるいは前記電子部品を包含するように前記インターポーザの表面に密着して固定せしめられて、前記インターポーザと共に内部空間を形成するカバーとを備え、
前記カバーは、熱を吸収する流体を外部から前記内部空間に導入するインレットと、前記流体を前記内部空間から外部に排出するアウトレットとを有しており、
前記内部空間は、前記インレットと前記アウトレットを除いて閉じた空間であることを特徴とする半導体デバイス・電子部品の実装構造。
【請求項２】
さらに、前記流体を加圧して前記内部空間に導入する手段を備えている請求項１に記載の半導体デバイス・電子部品の実装構造。
【請求項３】
前記カバーが取付脚を有していると共に、前記インターポーザが取付脚受部を有しており、
前記カバーの取付脚を前記インターポーザの前記取付脚受部に密着することで、前記カバーが前記インターポーザに装着されている請求項１または２に記載の半導体デバイス・電子部品の実装構造。
【請求項４】
前記カバーが、前記インターポーザの表面に密着して固定せしめられた枠と、その枠に接合された蓋とから構成されており、
前記インレットと前記アウトレットが前記蓋に設けられている請求項１または２に記載の半導体デバイス・電子部品の実装構造。
【請求項１】
インターポーザと
前記インターポーザの表面に搭載された１個以上の半導体デバイスあるいは１個以上の電子部品と、
前記半導体デバイスあるいは前記電子部品を包含するように前記インターポーザの表面に密着して固定せしめられて、前記インターポーザと共に内部空間を形成するカバーとを備え、
前記カバーは、熱を吸収する流体を外部から前記内部空間に導入するインレットと、前記流体を前記内部空間から外部に排出するアウトレットとを有しており、
前記内部空間は、前記インレットと前記アウトレットを除いて閉じた空間であることを特徴とする半導体デバイス・電子部品の実装構造。
【請求項２】
さらに、前記流体を加圧して前記内部空間に導入する手段を備えている請求項１に記載の半導体デバイス・電子部品の実装構造。
【請求項３】
前記カバーが取付脚を有していると共に、前記インターポーザが取付脚受部を有しており、
前記カバーの取付脚を前記インターポーザの前記取付脚受部に密着することで、前記カバーが前記インターポーザに装着されている請求項１または２に記載の半導体デバイス・電子部品の実装構造。
【請求項４】
前記カバーが、前記インターポーザの表面に密着して固定せしめられた枠と、その枠に接合された蓋とから構成されており、
前記インレットと前記アウトレットが前記蓋に設けられている請求項１または２に記載の半導体デバイス・電子部品の実装構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１３８４７３（Ｐ２０１２−１３８４７３Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０００３（Ｐ２０１０−２９０００３）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（５０３４５６８３２）株式会社ザイキューブ (36)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（５０３４５６８３２）株式会社ザイキューブ (36)
【Ｆターム（参考）】
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