台湾专利TW201308532A 積層模組及使用於其之中介層

专利PDF首页>>台湾专利

专利附录

专利说明

权利要求

类似技术

同族专利

引用文献

法律状态

优先权

专利摘要:
提供一種積層模組，其即使係具有積層有消耗電力大之半導體元件之構成之情形，亦能抑制伴隨該等半導體元件發熱導致之溫度上升而穩定地動作。積層模組40b，具備：中介層30a；配置於中介層30a單側之1個以上之第1半導體元件11b；以及配置於中介層30a之與第1半導體元件11b相反側之1個以上之第2半導體元件12b。中介層30a具有：具有流體流動之通道31之本體、以及配置於區劃該通道31之本體內壁之既定區域之熱放射層61b及熱反射層61a之至少一方。
公开号:TW201308532A
申请号:TW101119685
申请日:2012-05-31
公开日:2013-02-16
发明作者:Hirofumi Nakamura；Manabu Bonkohara
申请人:Zycube Co Ltd；
IPC主号:H01L25-00

专利说明:
積層模組及使用於其之中介層
本發明係關於將半導體元件積層複數個而成之積層模組(以下亦稱積層半導體元件)，進一步言之，係關於能抑制消耗電力大之半導體元件之動作溫度上升而穩定地動作之積層模組與使用於其之中介層。
近年，以矽為代表之半導體工業領域之技術大幅進步，不論工業用、民生用，均達到大幅貢獻於機器或系統之小型化、輕量化、低價格化、高功能化等。另一方面，對半導體元件之要求並未停止，仍被期待更加高積體化、高速化、高度化，且亦被期待小型化。
作為因應此等要求之對策，有將構成半導體元件之單位元件(例如電晶體)之尺寸微小化，使搭載之單位元件數目增多之方式。此對策之優點係伴隨微小化之動作速度之增大(高速化)、伴隨高積體化之功能之增大(或必要之半導體元件數目之減少)。然而，伴隨高速化或高積體化使在半導體元件內部之消耗電力變大，使動作不穩定化或半導體元件本身受破壞之危險性增大。為了使此等危險性降低，必須有半導體元件之放熱技術(或冷卻技術)。
以前已開發出多數個降低半導體元件之動作溫度之技術。例如有於大電力之半導體元件貼附放熱翼片(多為鋁合金製)，藉由對此翼片吹送空氣之流動以冷卻半導體元件之技術。在消耗電力較低(例如數瓦)時，能以此技術解決。然而，最新之半導體元件中，消耗電力變得更大，在電腦之CPU等中有時會高達100瓦以上。因此，此種大消耗電力之半導體元件中，若放熱非充分，則亦有半導體元件之溫度上升導致熱失控或熱破壞之情形。因此，半導體元件動作之上限可謂受到放熱技術支配。
將半導體元件積層複數個而成之「半導體模組(積層半導體元件)」，有能比較容易實現高積體化之優點。在此種構成下，在配置於下位層之半導體元件之電力消耗，不僅使此半導體元件之溫度上升，亦使配置於其上位層之半導體元件之溫度上升。因此，在於積層模組之上位層配置有特性為對動作溫度敏感之半導體元件時，有可能會使積層模組整體之動作不穩定。因此，在半導體模組之情形，最好係在來自消耗電力大之半導體元件之發熱傳達至位於更上位層之半導體元件前放出至積層模組外部，藉此避免在所積層之半導體元件間產生熱傳達之構裝構造。
作為所積層之半導體元件(半導體模組)之冷卻技術，以往已提出了圖31所示之構裝構造。該圖為記載為專利文獻1之圖1A。
圖31中，晶片堆疊體110由以符號110a、110b、110c所示之3個半導體晶片之積層體構成。於各個晶片110a、110b、110c設有複數個藉蝕刻形成之通道175(圖31中符號175顯示代表之通道)。藉由使流體(冷媒)流動於通道175內，來進行晶片堆疊體110之冷卻。此流體在形成於所積層之晶片110a、110b、110c之間之狹窄通道175內流動。此外，在晶片110a、110b、110c由半導體基板構成之情形，其厚度通常為數百微米(μm)以下。
在各半導體晶片110a、110b、110c之垂直方向，藉由以符號123所示之TSV[Through Silicon Via，矽貫通電極]使晶片110a、110b、110c彼此相互連接。
[先行技術文獻]
[專利文獻1]美國發明專利申請公開第2009/031186號說明書
圖31所示之習知積層半導體元件(積層模組)之構裝構造中，通道175形成為宛如「多數個柱林立之迴廊」，且由於其高度在數百微米(μm)以下，因此為了使流體(冷媒)流入通道175內必須有較大壓力。
又，流體之流動方向雖以位於圖31之符號111下側之向下箭頭與向右箭頭顯示，但沿該向下箭頭流入晶片堆疊體110周圍之流體不僅沿該向右箭頭流入位於晶片110a、110b、110c間之通道175內，亦應會在晶片110a、110b、110c周圍流動。如上述，考量到通道175之高度較低、晶片110a、110b、110c之周圍具有寬廣空間，則可想見難以使流體僅流入通道175內，多數流體會沿晶片110a、110b、110c周圍流動。而且，由於形成於晶片110a、110b、110c之通道175之形狀(沿著流體流動之方向之形狀)依各晶片110a、110b、110c均相異，因此應難以在形成於各層之通道175全部實現均一之流體流動。
由上述理由可知，藉由圖31之習知構裝構造，欲實現晶片110a、110b、110c之充分冷卻(或從晶片110a、110b、110c之放熱)並不一定容易。
再者，由於在配置於晶片堆疊體110之下位層之晶片110c之電力消耗，不僅會引起晶片110c之溫度上昇，亦會引起配置於較其上位層之晶片110a、110b之溫度上昇，因此最好係不僅能冷卻晶片堆疊體110本身，在下位層之晶片110c之發熱最好係難以傳達至上位層之晶片110a、110b。然而，由於難以實現對形成於各層之通道175之均一之流體流動，因此難以抑制晶片110a、110b、110c間之熱傳導。
本發明係考量如以上之情事，其目的在於，提供即使係具有積層有消耗電力大之半導體元件之構成之情形，亦能抑制伴隨該等半導體元件發熱導致之溫度上升而穩定地動作之積層模組與使用於其之中介層。
本發明之另一目的，在於提供能抑制所積層之半導體元件間之熱傳導而抑制其溫度上升之積層模組及使用於其之中介層。
此處未明記之本發明之其他目的，由以下說明及附圖即可明瞭。
(1)本發明之積層模組，其特徵在於，具備：中介層；配置於前述中介層單側之1個以上之第1半導體元件；以及配置於前述中介層之與前述第1半導體元件相反側之1個以上之第2半導體元件；前述中介層具有：具有流體流動之通道之本體、以及配置於該本體之區劃前述通道之內壁之既定區域之熱放射層及熱反射層之至少一方。
本發明之積層模組由於具有上述之構成，因此例如從1個以上之前述第1半導體元件發出之熱雖會經由前述中介層傳達至1個以上之前述第2半導體元件，但藉由使流體流動於前述中介層之前述通道，而能將前述熱藉由前述流體有效地放出至外部。而且，前述中介層由於在區劃前述通道之內壁之既定區域具有前述熱放射層或前述熱反射層或該等兩者，因此能藉由使前述熱從前述熱放射層往前述流體放射，或將前述熱藉由前述熱反射層往前述第1半導體元件反射，而能使前述熱之放出更有效果。
因此，能防止或減低從前述第1半導體元件發出之前述熱傳達至前述第2半導體元件。其結果，即使係具有積層有消耗電力大之半導體元件之構成之積層模組，亦能抑制伴隨該等半導體元件發熱導致之溫度上升而穩定地動作。
又，由於使在區劃前述通道之內壁之既定區域具有前述熱放射層或前述熱反射層或該等兩者之前述中介層，介在於前述第1半導體元件與前述第2半導體元件之間，因此能抑制構成前述積層模組之半導體元件間之熱傳導而抑制該積層模組溫度上升。
(2)本發明之積層模組之較佳例為，前述中介層之前述熱放射層配置於發熱量相對大之前述第1半導體元件之側。
(3)本發明之積層模組之其他較佳例為，前述中介層之前述熱反射層配置於發熱量相對小之前述第2半導體元件之側。
(4)本發明之積層模組之再一其他較佳例為，前述中介層之前述熱放射層配置於發熱量相對大之前述第1半導體元件之側，前述中介層之前述熱反射層配置於發熱量相對小之前述第2半導體元件之側。
(5)本發明之中介層，其特徵在於，具備：具有流體流動之通道之本體；以及配置於前述本體之區劃前述通道之內壁之既定區域之熱放射層及熱反射層之至少一方。
本發明之中介層由於具有上述之構成，因此藉由使流體流動於前述通道，而能將配置於前述中介層附近之半導體元件所發出之熱藉由前述流體有效地放出至外部。又，前述中介層由於在區劃前述通道之內壁之既定區域具有前述熱放射層或前述熱反射層或該等兩者，因此能藉由使前述熱從前述熱放射層往前述流體放射，或將前述熱藉由前述熱反射層往前述半導體元件反射，而能使前述熱之放出更有效果。
因此，能防止或減低從前述半導體元件發出之前述熱傳達至配置於前述中介層相反側附近之另一半導體元件。其結果，即使係具有積層有消耗電力大之半導體元件之構成之積層模組，亦能抑制伴隨該等半導體元件發熱導致之溫度上升而穩定地動作。
又，由於在區劃前述通道之內壁之既定區域具有前述熱放射層或前述熱反射層或該等兩者，因此藉由使該中介層介在，能抑制構成前述積層模組之半導體元件間之熱傳導而抑制該積層模組溫度上升。
(6)本發明之中介層之較佳例為，前述熱放射層配置於發熱量相對大之半導體元件之側，前述熱反射層配置於發熱量相對小之半導體元件之側。
(7)本說明書中，將關連之用語如下述般定義。
‧基板：只要係具有能支撐前述積層模組之剛性之基板，其構成或材質為任意。
‧半導體元件：指包含以下之(i)與(ii)之所有半導體元件。
(i)晶圓製程結束，從半導體晶圓切出之半導體晶片(裸晶片)。於該半導體晶片包含配置有至少1個之電晶體、二極體等半導體元件之所謂積體電路之晶片。
(ii)已封裝之上述半導體晶片。包含被稱為球柵陣列(BGA)、晶片尺寸封裝體(CSP)等以各種封裝體封裝者。
‧電子零件：亦稱為被動元件之零件，有電阻、電容器、電感(線圈)等。亦有將單一元件(個別零件)組合複數個而成之構成(例如模組電阻)。又，具有特定功能之感測器或致動器亦為電子零件所含。再者，積體化有訊號處理電路、驅動電路等之前述感測器或前述致動器亦為電子零件所含。
‧半導體模組：具有積層有2個以上之前述半導體元件之構造。構成此積層構造之各層間之相互連接之手法雖有打線、貫通電極(TSV)等，但其手法不拘。例如，在由中介層、配置於其單側之1個以上之第1半導體元件、以及配置於前述中介層之相反側之1個以上之第2半導體元件構成之情形，為「3段構成之積層模組」。積層有更多之半導體元件之情形，則為「多段構成之積層模組」。
‧構裝構造：係包含前述基板與搭載於其上之前述積層模組之構造。不過亦可包含搭載於前述基板上之罩體等。
‧中介層：配置於前述第1半導體元件與前述第2半導體元件之間，具有從其一端貫通(延伸)至另一端之通道。於中介層表面及背面形成有電氣連接點。進而，於中介層之表背面有時亦設有被稱為「再配線層」之配線圖案。此外，於前述之積層模組，於構成此積層模組之半導體元件之間有時會插入用以「於配置於上下之半導體元件間形成電氣導電路」之「配線基板」，此「配線基板」亦有稱為「中介層」之情形。然而，本說明書中，此「配線基板」並不包含於「中介層」。
‧流體：為氣體或液體，具有藉由以熱傳導吸收熱以放熱或排熱之效果。具有此種功能之流體亦稱為「冷媒」。作為具體例，有(i)氟氯碳化物類/無氟氯碳化物類(多使用此，種類多)；(ii)有機化合物之丁烷、異丁烷等；(iii)無機化合物之氫、氦、氨、水、二氧化氫等。
(8)亦可進一步設置搭載前述積層模組之基板與以包含前述積層模組之方式緊貼固定於前述基板上，與前述基板一起形成內部空間之罩體。此情形下，最好係具備配置於前述罩體與前述基板間之用以分隔前述內部空間之堰部(分隔構件)。前述罩體之形狀取決於前述積層模組之外觀形狀。雖最好係大致長方體(包含大致立方體)，但並不限定於此。該長方體之頂點與交線(面與面相交之線段)亦可係平滑。
關於形成於前述罩體之入口與出口之位置，必須係從前述入口流入前述內部空間之流體會通過前述中介層之通道而從前述出口流出之配置。亦即，前述入口配置於前述堰部之上游側，前述出口配置於前述堰部之下游側，換言之，前述入口必須連通於前述上游測空間，前述出口必須連通於前述下游側空間。只要滿足此位置關係，即無針對前述入口與前述出口之位置之限制。例如，(a)亦可將前述入口配置於前述罩體之所指定之面，將前述出口配置於前述罩體之與該面為相反側之面，(b)亦可將前述入口與前述出口兩者配置於前述罩體之相同面(例如上面)，(c)亦可將前述入口配置於前述罩體之所指定之面，將前述出口配置於前述罩體之上面。
作為前述罩體之材質能使用金屬、樹脂等。若欲增大冷卻(放熱)效果，雖最好係以金屬材料形成前述罩體，但並不限定於此。以樹脂材料形成前述罩體時，為了增大冷卻(放熱)效果，亦可於前述罩體之表側或背側、或者表側及背側設置金屬層。
前述罩體亦可形成為一體構造，直接緊貼固定於前述基板之表面。為了使前述罩體緊貼於前述基板之表面，亦可使用接著劑(固化時產生之氣體不會對前述半導體元件之特性產生不良影響這點較佳)。又，當前述罩體為金屬材料時，亦可在與設於前述基板表面之金屬層之間進行金屬/金屬接合(例如熔接、焊接等)，藉此緊貼固定。
前述罩體由複數個構成零件構成，亦可藉由使此等構造零件合體(組裝)，而作成前述罩體。例如，將配置有前述入口與前述出口之「蓋」(為平板狀)與形成前述罩體之側面部之「框」組合而構成前述罩體。此構成例中，係使前述框之下面緊貼於前述基板之表面且使前述框之上面緊貼於前述蓋之下面。前述框之材料亦可不與前述罩體相同。例如，有前述蓋為金屬材，前述框為樹脂或玻璃之組合。
前述蓋與前述框之緊貼接合及前述框與前述基板表面之緊貼固定亦可使用接著劑(固化時產生之氣體不會對前述半導體元件之特性產生不良影響這點較佳)。前述蓋與前述框均為金屬材料時，亦可進行金屬/金屬接合(例如熔接、焊接等)。前述蓋為金屬(例如鋁)，前述框為玻璃時，亦可使用靜電接合(金屬與玻璃之接著法)。若前述框為金屬材料，則亦可在與設於前述基板表面之金屬層之間進行金屬/金屬接合(例如熔接、焊接)。在前述框為玻璃，前述中介層之表面為金屬(或相反之組合)時，亦可使用靜電接合。
(9)前述堰部係為了阻止從前述入口流入前述內部空間之前述流體不往前述通道流入而通過前述積層模組之側面(外周)往前述出口導引而設置，其原因在於，從前述入口流入之前述流體若不通過前述通道而直接從前述出口流出，則無法得到所欲之冷卻效果之故。具有此種功能之堰部，能藉由(a)於待配置前述罩體之前述堰部之位置預先設置間隙，(b)將前述罩體緊貼固定於前述基板，(c)從前述間隙注入作為前述堰部之材料(合成樹脂等)之步驟形成。此處所使用之合成樹脂，最好係熱硬化性且前述積層模組及前述罩體之緊貼性高，且其熱膨脹係數接近前述積層模組及前述罩體之熱膨脹係數(較佳為一致)。然而，並不限定於此。
藉由前述堰部之存在，從前述入口流入前述內部空間之前述流體之一部分有進入前述上游側空間(形成於前述積層模組與前述罩體與前述堰部之間之前述入口側之空間)而在該處滯流之傾向。亦即，在前述上游側空間，前述流體易成為不流動之狀態。若發生此種滯留，則藉由前述流體之放熱效果會降低。為了防止此放熱效果之降低，最好係構成為前述流體之全量隨時會從前述入口流動至前述出口。因此，由於必須使前述堰部延伸至接近前述積層模組之前述入口側之端部附近，使前述上游側空間之體積縮小，因此例如只要增大前述堰部之寬度(沿著前述流體之流動方向之長度)即可。此種寬度廣之堰部，能藉由增大注入形成前述堰部之合成樹脂等之前述間隙來容易地實現。
如上述增大前述堰部之寬度而縮小前述上游側空間之體積之情形，前述「間隙」係變大。在形成前述堰部時雖係從設於前述罩體之前述間隙注入前述樹脂，但在利用藉由空壓等從注射器擠出前述樹脂之製程時，亦於露出於前述間隙內之前述積層模組之外表面塗布前述樹脂。不過，亦可不於露出之前述積層模組之外表面全面塗布前述樹脂。亦即，亦可僅於前述間隙之上游側端部與下游側端部塗布前述樹脂，於前述間隙之中央部分(前述上游側端部與前述下游側端部間之部分)則不塗布前述樹脂。
在如上述僅於前述間隙之上游側端部與下游側端部塗布前述樹脂時，由於需使來自前述注射器之前述樹脂之流動變細，因此係使用小口徑者作為前述注射器。此情形下，由於在前述樹脂之塗布後亦殘存露出於前述積層模組之外表面之部分，因此係從此露出部分進行放熱。從此露出部分之放熱，係從前述罩體之間隙往外部直接放射熱，並非利用前述流體之放熱。
(10)針對前述堰部，亦考量使上述構成進一步發展而成之構成。例如，從前述積層模組之外表面之露出部分之放熱，並非藉由熱放射進行，而能作成利用第2流體(與通過前述通道之冷卻用前述流體不同之流體)之構成。此構成中，係以覆蓋於外表面具有前述露出部分(此位於前述上游側端部與前述下游側端部之間)之前述積層模組與前述罩體之方式將第2罩體緊貼固定於前述基板上，藉此於前述罩體與前述第2罩體之間與前述基板一起形成第2內部空間。接著，使前述第2流體流入該第2內部空間。
此構成中，最好係對供應至前述內部空間之前述流體施加壓力以使前述流體往剖面積小之前述通道之流入可順暢地進行。另一方面，對供應至前述第2內部空間之前述第2液體則無須如前述流體之加壓。其原因在於無需使前述流體對開口剖面積小之前述通道流入。因此，亦能於前述第2罩體設置前述第2流體流入/流出之(亦即發揮入口兼出口之功能)單一口，作成如搭載於筆記型電腦之與熱泵(未使用壓縮機者)類似之構成。只要採用此種雙重罩體構成，則有在前述積層模組產生之熱之放熱效果會更高之優點。
(11)前述中介層，只要具備配置於前述通道之內壁之指定區域之熱反射層及熱放射層之至少一方即可。例如，亦可於前述中介層之前述通道之內壁之第1指定區域配置熱放射層，於該內壁之第2指定區域配置熱反射層。此情形下，例如作成下述構裝構造，即包含(a)由至少2個半導體元件與被夾入於彼此上下相鄰之前述半導體元件間之中介層構成之積層模組；以及(b)搭載有前述積層模組之基板，(c)於前述中介層內部形成流體流動之通道，(d)於前述通道之內壁之第1指定區域配置熱放射層。或者作成下述構裝構造，即包含(a)由至少2個半導體元件與被夾入於彼此上下相鄰之前述半導體元件間之中介層構成之積層模組；以及(b)搭載有前述積層模組之基板，(c)於前述中介層內部形成流體流動之通道，(d)於前述通道之內壁之第2指定區域配置熱反射層。
前述熱反射層與前述熱放射層亦可涵蓋前述內壁之全區配置，亦可配置於一部分。亦可限定於前述內壁之指定之區域並分別配置前述熱反射層與前述熱放射層。例如，亦可將前述內壁之第1指定區域作為前述通道之「頂部」，於此頂部配置前述熱反射層，並將前述內壁之第2指定區域作為前述通道之「底部」，於此底部配置前述熱放射層，進而，於前述通道之「側壁」不配置前述熱反射層及前述熱放射層之構成。又，亦可為於前述「頂部」之周邊部(接近「側壁」之區域)不配置前述熱反射層之構成，或者亦可為於前述「底部」之周邊部(接近「側壁」之區域)不配置前述熱放射層之構成。
構成前述通道之「頂部」與「底部」與「側壁」亦可以相同材料構成。例如，將此等全部以單結晶矽形成時，能利用周知之積體電路作成技術於前述中介層之表面與背面、或者於前述「頂部」或「底部」容易地形成電子電路或電氣配線層。
構成前述通道之「頂部」與「底部」與「側壁」亦可以不同材料構成。例如，將「頂部」與「底部」以單結晶矽構成，將「側壁」以玻璃構成。此構成例中，亦能使單結晶矽與玻璃以靜電接合而氣密良好地(液體不漏出地)且強固地緊貼。又，亦可將「頂部」或「底部」以樹脂材料(例如印刷基板之材料)構成，將「側壁」以接著性高之樹脂材料(例如光二極體材料即「SU-8」)構成。此外，「頂部」與「底部」與「側壁」雖最好係以熱傳導率大之材料形成，但並不一定要如此。
(12)亦可於前述中介層之表面與背面(分別與前述第1及第2半導體元件對向之面)配置電子電路或電氣配線層。又，亦可於前述通道之內壁(「頂部」與「底部」與「側壁」)亦配置電子電路或電氣配線層。此情形下，為了使前述熱反射層及前述熱放射層不阻礙前述電子電路等之動作(例如電子電路之短路)，需於前述熱反射層與前述電子電路等之間以及前述熱放射層與前述電子電路等之間配置絕緣層。
亦可於前述中介層形成貫通電極。藉由形成貫通電極，能將來自配置於前述中介層上方(與前述基板為相反側)之前述第2半導體元件之電氣訊號往配置於前述中介層下方(前述基板之側)之前述第1半導體元件、前述基板等傳達。
於前述通道亦可無「頂部」。此情形下，配置於前述中介層之表面(與前述基板相反側之面)側之前述第2半導體元件之對向面成為「頂部」。又，於前述通道亦可無「底部」。此情形下，配置於前述中介層之背面(前述基板側之面)之前述第1半導體元件之對向面成為「底部」。此等構成例中，係在前述半導體元件之表面或背面，於前述中介層之「頂部」或「底部」加蓋。
(13)前述通道之形狀有多種變形。
前述通道之剖面形狀(在相對前述流體之流動方向為垂直之面之剖面形狀)最好係包含大致正方形之大致長方形(例如寬度方向大、高度方向小之長方形)。前述通道在平行於前述基板之面內之形狀雖最好係包含大致正方形之大致長方形，但並不限定於此。例如，亦能作成流體往前述通道流入之入口(上游側)之附近區域與流出之出口(下游側)之附近區域兩者、或者入口之附近區域與出口之附近區域之任一方為狹窄之形狀。亦即，為「前述通道之至少一方端部較細，其中央部較粗」之形狀。此狹窄區域雖係藉由使前述通道之前述側壁之至少一方往內側曲折而形成，但亦可於此曲折處配置貫通電極。前述入口與前述出口所配置之位置，雖最好為前述通道之寬度方向中央，但並不限定於此。例如，亦可為前述入口在前述通道之寬度方向靠左、前述出口在前述通道之寬度方向靠右之配置。
(14)夾入前述中介層之前述第1及第2半導體元件可分別係2個以上。例如，亦可在前述中介層之表面或背面，於同一平面內配置複數個半導體元件。
亦能使用2個以上之前述中介層來將前述積層模組之構成作成包含多段之半導體元件之構成。例如，亦能構成為於前述第1半導體元件表面搭載前述中介層，於前述中介層表面搭載前述第2半導體元件，於前述第2半導體元件表面搭載追加之中介層，於前述追加之中介層表面搭載第3半導體元件。此情形下，亦可分別於前述中介層與前述追加之中介層形成前述通道，亦可僅於前述中介層或前述追加之中介層形成前述通道。
(15)前述中介層，亦能使在前述通道之指定之第1區域之剖面積較在該通道之指定之第2區域之剖面積小。此情形下，剖面積相對小之前述第1區域位於前述上游側，剖面積相對大之前述第2區域位於前述下游側。若以其他表現來說明，即前述第1區域位於接近前述通道之前述入口之位置，前述第2區域位於接近前述通道之前述出口之位置。更詳言之，前述第1區域位於較前述第2區域更靠上游側(接近前述通道之入口之側)之處。所謂前述剖面積，係前述通道在與前述流體之流動方向垂直之剖面之面積。
前述通道之前述第1區域係前述流體往前述通道流入之區域，前述第2區域係前述流體從前述通道流出之區域。此構成中，前述流體首先往剖面積小之前述第1區域流入，在從前述通道流出錢，被導往剖面積大之前述第2區域。其結果，於前述流體產生「斷熱膨脹」，產生吸熱作用。藉由此吸熱作用，由於在配置於前述中介層兩側之前述第1及第2半導體元件產生之熱，被前述流體吸收，因此能使前述第1及第2半導體元件之動作溫度降低。被前述流體吸收之熱藉由前述流體放出至外部。
製造技術上，雖最好係前述通道之高度(「頂部」與「底部」間之距離)為一定，但並不限定於此。例如，亦可在前述流體往前述通道流入之前述第1區域，前述通道之高度相對小，在前述流體從前述通道流出之前述第2區域，前述通道之高度相對大。為了使前述吸熱作用增大，最好係增大在前述第1區域之剖面積與在前述第2區域之剖面積之比。為了增大此剖面積之比，最好係使前述通道之寬度(前述通道之「兩側壁」間之距離)之比與前述高度之比兩者均增大。
於前述通道亦可無「頂部」。在無「頂部」之構成中，配置於前述中介層上側(與前述基板相反側)之前述第2半導體元件之下位表面發揮「頂部」之作用。於前述通道亦可無「底部」。在無「底部」之構成中，配置於前述中介層下側(前述基板之側)之前述第1半導體元件之上位表面發揮「底部」之作用。此等構成中，此等構成中，前述第2半導體元件之上位表面或前述第1半導體元件之下位表面係於前述通道之開口處加蓋。
(16)關於於前述流體引起「斷熱膨脹」之前述通道之平面形狀有多個選項。例如，(a)剖面積為一定且剖面積相對小之區域→剖面積增大之區域→剖面積為一定且剖面積相對大之區域，(b)無剖面積為一定之區域，於流體流動之方向剖面積依序(連續地)變大等。又，在從剖面積相對小之區域往剖面積相對大之區域變化時，雖此變化最好係急遽，但並不限定於此。進而，關於前述流體流入之位置與流出之位置亦不特別限制。
(17)前述通道之數目只要係1個以上即可。例如，亦可於前述通道內部配置2個前述通道，各個之剖面積變化之區域配置於相異之位置。更具體以一例而言，即在第1前述通道之剖面積變化之區域配置於前述中介層左下(從上部觀看中介層時)，在第2前述通道之剖面積變化之區域配置於前述中介層右上。此種構成中，係使前述之剖面積變化之區域接近前述第1或第2半導體元件之消耗電力大之區域(熱點)。
在具有2個以上前述通道之上述構成之情形，亦能將該等通道之入口結合而作成1個。例如，亦可為對前述複數通道之前述流體之流入為1處，在前述中介層內部使前述流體分歧至前述之2個以上之通道之各個。
亦可於前述通道之前述頂部及前述底部分別配置前述熱反射層與前述熱放射層。又，亦可於前述通道之前述頂部或前述底部分別配置前述熱反射層或前述熱放射層。此等熱反射層與熱放射層亦可分別僅限定配置於前述頂部與前述底部之指定區域，亦可分別配置於前述頂部全面與前述底部全面。進而，於前述通道之前述側壁亦可選擇性地配置前述熱反射層或前述熱放射層。
(18)關於從前述積層模組之訊號擷取方法(電氣配線)沒有任何限定。例如，有使用打線之構成(接合模組)或使用貫通電極之構成(貫通電極模組)。在使用貫通電極之構成中，藉由形成於前述中介層之貫通電極，配置於前述中介層兩側(上下)之前述第1及第2半導體元件相互電氣連接。進而，亦可於前述中介層之表面或背面，或者表面及背面兩者配置電子電路或電氣配線層，以使前述電氣連接容易。
(19)前述積層模組中，夾入前述中介層之前述第1及第2半導體元件可分別係2個以上。例如，亦可在前述中介層之表面或背面，於同一平面內配置複數個半導體元件。亦能使用2個以上之前述中介層來形成由多段之半導體元件構成之積層模組。例如，亦能係於前述第1半導體元件表面搭載前述中介層，於前述中介層表面搭載前述第2半導體元件，於前述第2半導體元件表面搭載追加之中介層，於該追加之中介層表面搭載第3半導體元件之構成。此構成中，亦可於各中介層配置前述通道，亦可僅於指定之中介層配置前述通道。
前述積層模組中，通常係上述之接合模組或貫通電極模組，但在積層更多半導體元件之構成中，亦可混用使用接合之電氣連接與使用貫通電極之電氣連接。此種構成之一例，係「混載」接合模組與貫通電極模組之構成。
藉由本發明之積層模組及中介層，能得到(a)即使具有積層有消耗電力大之半導體元件之構成時，亦能抑制伴隨該等半導體元件發熱導致之溫度上升而穩定地動作，(b)能抑制所積層之半導體元件間之熱傳導而抑制該積層模組溫度上升之效果。
以下，參照附圖說明本發明之積層模組(積層半導體元件)與中介層之較佳實施形態。
(積層模組之構成例)
圖1A與圖1B顯示了積層模組之構成。
圖1A，係於以樹脂、陶瓷、半導體等構成之基板10上將第1半導體元件11a與第2半導體元件12a依此順序積疊，並藉由接合接合線(金屬細線)13來進行該等之電氣連接之構成例。以下，將具有此構成之積層模組稱為「接合模組」。此處，位於下位之第1半導體元件11a與位於上位之第2半導體元件12a雖均為晶片狀，但不限定於晶片狀。第1半導體元件11a係以接著劑17等固定於基板10之表面(上面)。第2半導體元件12a係以接著劑17等固定於第1半導體元件11a之上面。此等半導體元件11a及12a與基板10間之電氣連接係使用接合線13進行。
圖1B之構成例中，雖與圖1A之接合模組同樣地，於基板10上將第1半導體元件11b與第2半導體元件12b依此順序積疊，但電氣連接法與其相異。亦即，第1半導體元件11b之表面與背面藉由將該元件11b在其厚度方向貫通之貫通電極14電氣相互連接，基板10與第1半導體元件11b間之電氣連接(及機械連接)、以及第1半導體元件11b與第2半導體元件12b間之電氣連接(及機械連接)均使用導電性球體15進行。如此，基板10與第1半導體元件11b與第2半導體元件12b係相互電氣連接，且相互機械連接(固定)。於基板10與第1半導體元件11b之間、第1半導體元件11b與第2半導體元件12b之間之間隙，分別充填有填料16。此係為了使使用球體15之基板10與元件11b及12b間之機械連接強度增大。以下，將具有圖1B構成之積層模組稱為「貫通電極模組」。
圖1A之接合模組與圖1B之積層模組分別有其優缺。亦即，接合模組由於係單純將兩個半導體元件11a及12a積層於基板10上，並僅以接合線13進行該等之電氣配線，因此不需要新的技術開發。不過，必須滿足第1半導體元件11a較第2半導體元件12a大、能確實從高度不同之位置進行打線等之條件。亦有以此手法將3個以上之半導體元件積層而作成3層以上之接合模組。此外，在此構成例使冷卻用流體(冷媒)流動於半導體元件11a及11b周圍時，需以某些形式施加接合線13之保護以避免接合線13被切斷。
圖1B之積層模組，需有將貫通電極14埋入下位之第1半導體元件11b之技術、穩定進行多數個導電性球體15之搭載/熔融/再凝固之製造技術、進而使填料16流入於基板10與第1半導體元件11b間、第1半導體元件11b與第2半導體元件12b間之狹窄間隙之技術等。此構成中，由於配線相關之所有區域均位於半導體晶片11b及12b內部或以填料16覆蓋，因此即使使上述之冷卻用流體流動於周圍，亦少有此積層模組被破壞之可能性。
(使用附有通道之中介層之接合模組之構成例)
圖2A係顯示於圖1A之接合模組搭載了附有通道之中介層20之構成例(積層模組)之剖面圖，圖2B係沿其A-A線之中介層20之剖面圖。
如圖2A所示，在此構成例中，附有通道之中介層20配置於配置在基板10表面(上面)之第1半導體元件11a表面(上面)，於該中介層20表面(上面)配置有第2半導體元件12a。換言之，於中介層20上下分別配置有第2半導體元件12a與第1半導體元件11a，成為兩元件12a及11a夾中介層20之構造。
第1半導體元件11a係以接著劑17等固定於基板10之表面(上面)。中介層20係以接著劑17等固定於第1半導體元件11a之表面(上面)。第2半導體元件12a係以接著劑17等固定於中介層20之上面。接著劑17最好係熱傳導率大之材料(例如混練有金屬填料之樹脂)，但並不限定於此。
第1半導體元件11a較基板10小。中介層20較第1半導體元件11b小。第2半導體元件12a較中介層20小。此等半導體元件11a及12a與基板10間之電氣連接係使用接合線13進行。
形成於中介層20內部之通道21係以上壁23與下壁24與左右兩側之側壁22支撐。換言之，通道21係以上壁23與下壁24與側壁22區劃。通道21之前端部(上游側端部)與後端部(下游側端部)係開口，因此不存在通道21之前壁與後壁。於通道21中，冷卻用之流體(冷煤)於圖2B之箭頭25所示之方向，在圖2A為與紙面垂直之方向(從前方往深處，從前端部往後端部)流動。在此構成中，在第1及第2半導體元件11a及12a產生之熱被流動於通道21之流體吸收，而往該積層模組外部排出。此種流體之流動如後述能藉由泵或壓縮機與配管等(均未圖示)來容易地實現。
冷卻用之前述流體亦稱為「冷媒」，具有能從發熱物體吸收熱並往外部移送之特性。作為前述流體，例如使用(1)氟氯碳化物類/無氟氯碳化物類(多使用此，種類多)；(2)丁烷、異丁烷等有機化合物；(3)氫、氦、氨、水、二氧化氫等無機化合物。
此外，通道21只要至少以兩側之側壁22支撐即足夠，上壁23與下壁24之至少一方亦可省略。
通道21之上壁23與下壁24雖最好係以熱傳導率大之材料形成，但不一定限於此。又，上壁23與下壁24以單結晶矽構成，於上壁23與下壁24之外面(亦即，上壁23之下面與上面，下壁24之上面與下面)配置由電子零件或電晶體等構成之電子電路或電氣配線層亦可。當於通道21露出之面(亦即，上壁23之下面與下壁24之上面)形成有電子電路或電氣配線層時，最好係藉由於此等之面之最表層配置絕緣層(未圖示)，以防止該電子電路或電氣配線層之冷卻用流體導致之侵蝕或污染，以保護該電子電路或電氣配線層。
(使用附有通道之中介層之貫通電極模組之構成例)
圖3A係顯示於圖1B之貫通電極模組搭載了附有通道之中介層30之構成例(積層模組)之剖面圖，圖3B係沿其B-B線之中介層30之剖面圖。
如圖3A所示，在此構成例中，附有通道之中介層30配置於配置在基板10表面(上面)之第1半導體元件11b表面(上面)，於該中介層30表面(上面)配置有第2半導體元件12b。換言之，於中介層30上下分別配置有第2半導體元件12b與第1半導體元件11b，成為兩元件12b及11b夾中介層30之構造。
於中介層30之左右側壁32埋入有在厚度方向貫通其之貫通電極36。此等貫通電極36係透過導電性球體37與第2半導體元件12b之電子電路電氣連接(及機械連接)，又，透過導電性球體38與第1半導體元件11b之電子電路電氣連接(及機械連接)。亦即，第1半導體元件11b與第2半導體元件12b之電子電路係使用貫通電極36相互電氣連接，且相互機械連接(固定)。如此，基板10與第1半導體元件11b與第2半導體元件12b係相互電氣連接，且相互機械連接(固定)。此外，基板10與第1半導體元件11b間之電氣連接及機械連接與圖1B之情形同樣地係使用導電性球體15進行。
於基板10與第1半導體元件11b之間、第1半導體元件11b與第2半導體元件12b之間、中介層30與第2半導體元件12b之間之間隙，分別充填有填料16。此係為了使使用球體15、37及38之基板10與中介層30與元件11b及12b間之機械連接強度增大。
中介層30之貫通電極36亦可不形成於上壁33及下壁34，而僅形成於左右之側壁32。換言之，配置於半導體元件11b及12b之電氣連接點(相當於接合墊)必須配置於中介層30之與左右任一方之側壁32對向之部分。
與接合模組之構成例不同地，第1半導體元件11b與中介層30與第2半導體元件12b為大致相同大小，且均較基板10小。此處，構成積層模組40之第1半導體元件11b與中介層30與第2半導體元件12b之大小(面積)雖均為相等，但並不限定於此。例如，亦可中介層30較第1半導體元件11b小，且第2半導體元件12b較中介層30小。
形成於中介層30內部之通道31係以上壁33與下壁34與左右兩側之側壁32支撐。換言之，通道31係以上壁33與下壁34與側壁32區劃。通道31之前端部(上游側端部)與後端部(下游側端部)係開口，因此不存在通道31之前壁與後壁。於通道31中，冷卻用之流體(冷煤)於圖3B之箭頭35所示之方向，在圖3A為與紙面垂直之方向(從前方往深處，從前端部往後端部)流動。在此構成中，在第1及第2半導體元件11b及12b產生之熱被流動於通道31之流體吸收，而往該積層模組外部排出。此種流體之流動能藉由泵或壓縮機與配管等(均未圖示)來容易地實現。作為流體，能使用在使用附有通道之中介層之接合模組之構成例所述者。
此外，通道31只要至少以兩側之側壁32支撐即足夠，上壁33與下壁34之至少一方亦可省略。
通道31之上壁33與下壁34雖最好係以熱傳導率大之材料形成，但不一定限於此。又，上壁33與下壁34以單結晶矽構成，於上壁33與下壁34之外面(亦即，上壁33之下面與上面，下壁34之上面與下面)配置由電子零件或電晶體等構成之電子電路或電氣配線層亦可。當於通道31露出之面(亦即，上壁33之下面與下壁34之上面)形成有電子電路或電氣配線層時，最好係藉由於此等之面之最表層配置絕緣層(未圖示)，以防止該電子電路或電氣配線層之冷卻用流體導致之侵蝕或污染，以保護該電子電路或電氣配線層。
充填於基板10與第1半導體元件11b與中介層30與第2半導體元件12b間之間隙之填料16雖最好係熱傳導率大之材料(例如混練有金屬填料之樹脂)，但並不限定此。
(冷卻使用附有通道之中介層之貫通電極模組之構成例)
圖4A係使用流體冷卻顯示於圖3B之貫通電極模組(具有附有通道30之中介層)40時之構成例(構裝構造)之剖面圖，圖4B係沿其C-C線之剖面圖。
如上所述，積層模組40係以配置於基板10表面之第1半導體元件11b、配置於第1半導體元件11b表面之中介層30、配置於中介層30表面之第2半導體元件12b為主要構成要素，於中介層30內部形成有通道31。
於基板10上緊貼固定有包覆積層模組40整體之罩體42，於基板10與罩體42間形成有內部空間50。於罩體42設有用以將冷卻用流體L導入內部空間50之入口43與用以從內部空間50排出該流體L之出口44。於罩體42下端形成有腳部45，於基板10表面之與腳部45對應處形成有安裝部46，罩體42藉由使腳部45緊貼/固定於安裝部46而固定於基板10。
流體L藉由設於罩體42外部之泵P(或壓縮機)而從入口43沿箭頭47a所示方向流入內部空間50，從出口44沿箭頭47b所示方向流出，返回至泵P。此外，T1係連結入口43與泵P間之配管，T2係連結出口44與泵P間之配管。
通過入口43導入內部空間50之流體L，沿著箭頭48所示之路徑在中介層30之通道31從其上游側端部通過至下游側端部，而可期待於其間吸收在第1半導體元件11b與第2半導體元件12b產生之熱。然而，在內部空間50中，除了此種被期待之流體L之流動以外，亦會產生沿著積層模組40周圍之箭頭49所示之非期待之流體L流動。若考量相較於通道31之剖面積(特別是通道31之高度)較小(例如數百微米程度)，積層模組40與罩體42間之間隙(剖面積)則遠較其大(例如數百毫米程度)，則沿箭頭48之流動流量較少，沿箭頭49之流動流量較大。若於流量之間有此種大小關係，則有很大可能性無法得到透過流動於通道31之流體L之所欲吸熱效果。因此，為了對積層模組40確實地得到所欲之冷卻效果，則僅將覆蓋積層模組40整體之罩體42安裝於基板10上之構成(參照圖4A及圖4B)則非充分，仍需採取某些對策。
(於冷卻貫通電極模組之構成例附加有堰部之構裝構造之第1例)
圖5A及圖5B與圖6係顯示於圖4A及圖4B之構裝構造附加了堰部之積層模組之構裝構造之第1例。圖5A係此構裝構造沿冷卻用流體L之流動方向之縱剖面圖，圖5B係沿圖5A之C-C線之剖面圖。圖6係顯示將此構裝構造之罩體42從基板10卸除後之狀態之立體圖。
此積層模組之構裝構造之第1例，係在圖4A及圖4B所示之構成例(使用貫通電極模組)中，於積層模組40與罩體42之間設有將內部空間50分隔成上游側空間與下游側空間之堰部51。圖5A及圖5B中，與圖4A及圖4B所示之構成要素相同之符號顯示相同之構成要素。
堰部51之整體形狀為大致倒U字形，藉由在罩體42內側帶狀覆蓋積層模組40之外側，而遮斷通過積層模組40周圍之路徑。換言之，堰部51係將內部空間50分隔成入口43側之上游側空間與出口44側之下游側空間之兩個空間。如此，防止箭頭49所示之通過積層模組40周圍之非期望之流體L之流動產生。
由於設有堰部51，因此內部空間50之上游側空間與下游側空間僅以中介層30之通道31相互連結，因此，從入口43流入上游側空間之流體L全部沿箭頭48所示路徑通過通道31，到達下游側空間。其後，從出口44排出。因此，能實現有效率之吸熱效果，確實地得到對積層模組40之所欲冷卻效果。
關於配置堰部51之位置與堰部51之厚度(沿流體L之流動方向之長度)，除了不阻塞通道31之入口(上游側端部)與出口(下游側端部)這點以外，並無特別之限制。
(於冷卻貫通電極模組之構成例附加有堰部之構裝構造之第2例)
圖7A及圖7B與圖8A及圖8B係顯示於圖4A及圖4B之構裝構造附加了堰部之積層模組之構裝構造之第2例之製造方法。圖7A及圖7B係顯示此製造方法之立體圖，圖8A及圖8B係其剖面圖。圖8A及圖8B中，該構裝構造之縱剖面描繪於上位，橫剖面描繪於下位。
此積層模組之構裝構造之第2例如圖8B(d1)及(d2)所示，上述之第1例之罩體42係由兩個罩半體42a與42b構成，且該等罩半體42a與42b隔開既定之間隙G固定於基板10上。堰部51雖與第1例同樣地，為大致倒U字形，帶狀覆蓋積層模組40外側，但由於配置於罩半體42a與42b間之間隙G，因此堰部51之外周面係從罩體42(罩半體42a與42b)露出至外部。除此以外之構成係與第1例相同。
如上述，堰部51亦可從罩體42露出至外部，堰部51整體亦可不配置於罩體42內部。
其次，說明此構裝構造之第2例之製造方法。
首先，如圖7A(a)與圖8A(a1)及(a2)所示，積層模組40搭載於基板10表面。積層模組40之構成由於與圖3A及圖3B所示之貫通電極40(具有附有通道之中介層30)相同，因此其說明省略。此外，此處雖構成積層模組40之第1半導體元件11b與中介層30與第2半導體元件12b之大小(面積)均相等，但本發明並不限定於此，亦可為互異。例如中介層30較第1半導體元件11b小，第2半導體元件12b較中介層30小。
其次，如圖7A(b)與圖8A(b1)及(b2)所示，在基板10表面，於積層模組40之下端之周邊區域塗布有接著劑，接著層55形成於基板10上。使用於接著層55之接著劑例如係環氧樹脂，其黏度為在塗布後亦能維持其形狀(亦即，流動而厚度不變薄)之程度之值。
其次，如圖7B(c)與圖8B(c1)及(c2)所示，罩半體42a與罩半體42b配置於基板10表面。罩半體42a與42b係將圖6之罩體42二分割之形狀，於該等分別設有入口43與出口44。在罩半體42a與42b配置於基板10表面之狀態下，於罩半體42a與42b間形成有間隙G。間隙G之大小(間隔)通常雖為數毫米(mm)，但並不限定於此。
分別設於罩半體42a與42b之腳部45與分別設於基板10表面之對應腳部45之位置之安裝部46係使用接著劑互相接合。此接著亦能使用接著劑以外者。能利用周知之手法，例如焊接(罩半體42a與42b與安裝部46表面均為金屬之情形)、靜電接合(罩半體42a與42b為金屬，安裝部46表面為玻璃之情形)，在分子間之直接接合(罩半體42a與42b與安裝部46表面均為矽結晶之情形)等。
罩半體42a與42b與腳部45雖最好係與接著層55之端部重疊，但並不限於此。在重疊之情形，藉由將腳部45按壓於基板10表面，接著層55之與腳部45重疊之端部係變形。
接著，使接著層55之接著劑與腳部45與安裝部46間之接著劑固化，確保在其後之程序之機械強度。在腳部45與安裝部46係以接著劑以外之材料或手法結合時，只要僅使接著層55之接著劑固化即可。
其次，如圖7B(d)與圖8B(d1)及(d2)所示，從罩半體42a及42b間之間隙G流入樹脂56，於貫通電極模組40之外周面形成大致倒U字形之堰部51。作為樹脂56能使用環氧樹脂等。於罩半體42a及42b與積層模組40間之間隙能利用樹脂56之流動性，被樹脂56完全充填。藉由適當選擇樹脂56之黏度，能使樹脂56僅留於間隙G之周邊區域而不阻塞中介層30之通道31之入口與出口。
如上述，堰部51由於使樹脂56流入罩半體42a與42b間之間隙G而形成，因此有堰部51之形成較上述第1例之情形容易之優點。
由於對堰部51施加從入口43流入之流體L之壓力，因此長期來看，在有形成堰部51之樹脂56變形之可能性時，必須使樹脂56充分地固化。如上述，由於堰部51具有將入口43側之上游側空間與出口44側之下游側空間絕緣(分離)之功能，因此需堰部51之表側(外側)牢固地緊貼於罩半體42a及42b之內壁面且堰部51之下端部牢固地接著於接著層55。
此積層模組之構裝構造第2例中之堰部51之製作程序中，係由間隙G規定堰部51之配置區域。一般而言，如圖7B(d)與圖8B(d1)及(d2)所示，使罩半體42a與42b之長度(沿流體L之流動方向之長度)彼此相等，間隙G亦即堰部51配置於積層模組40中央部。然而，亦可不一定要如此配置。例如，亦可使罩半體42a之長度較罩半體42b之長度短。此情形下，間隙G亦即堰部51係較積層模組40中央部往入口43側偏移配置。
圖7B及圖8B僅係顯示對罩半體42a與42b之入口43與出口44之配置一例，亦能為除此以外之配置。例如，(i)亦可入口43配置於罩半體42a上面，出口44配置於罩半體42b上面，(ii)亦可入口43配置於罩半體42a側面，出口44配置於罩半體42b上面。針對配置入口43與出口44之區域並無特別限制，可視配置本第2例之構裝構造之環境(例如在印刷基板上之零件類之配置狀況)來適當決定。
此積層模組之構裝構造第2例亦同樣地，堰部51遮斷通過積層模組40周圍之路徑。換言之，堰部51係將內部空間50分隔成入口43側之上游側空間與出口44側之下游側空間之兩個空間。如此，不會產生防止箭頭49所示之通過積層模組40周圍之非期待之流體L之流動，從入口43流入上游側空間之流體L之全部沿箭頭48所示之路徑通過通道31並到達下游側空間後，從出口44被排出。因此，與上述之第1例之情形同樣地，能實現有效率之吸熱效果，確實地得到對積層模組40之所欲冷卻效果。
(於冷卻貫通電極模組之構成例附加有堰部之構裝構造之第3例)
圖9係顯示於冷卻貫通電極模組之構成例附加有堰部之積層模組之構裝構造之第3例。
此例係使用3個半導體元件與2個中介層所構成之5段構成(扣除中介層則為3段構成)之積層模組40a者，除此以外之構成係與第1例相同。
積層模組40a係由配置於基板10表面(上面)之第1半導體元件11b、配置於第1半導體元件11b表面(上面)之附有通道31之中介層30、配置於中介層30表面(上面)之第2半導體元件12b、配置於第2半導體元件12b表面(上面)之再一個附有通道31之中介層30、配置於該中介層30表面(上面)之第3半導體元件12b’構成。換言之，於下側之中介層30上下分別配置有第2半導體元件12b與第1半導體元件11b，兩元件12b及11b夾著下側之中介層30，又，於上側之中介層30上下分別配置有第3半導體元件12b’與第2半導體元件12b，兩元件12b’及12b夾著上側之中介層30之構造。
於積層模組40a外周面由於配置有大致倒U字形之堰部51，因此流體L僅通過兩個中介層30之通道31。從罩體42之入口43流入內部空間50之流體L在通過通道31後從罩體42之出口44流出至外部。堰部51其整體位於罩體42內部，不從罩體42露出。
此外，亦可不於兩個中介層30兩者形成通道31。例如，亦可僅於下側之中介層30或僅於上側之中介層30形成通道31。
(於冷卻貫通電極模組之構成例附加有堰部之構裝構造之第4例)
圖10A及圖10B與圖11A及圖11B係顯示於冷卻貫通電極模組之構成例附加有堰部之積層模組之構裝構造之第4例之製造方法。圖10A及圖10B係顯示此製造方法之立體圖，圖11A及圖11B係其剖面圖。圖11A及圖11B中，該構裝構造之縱剖面描繪於上位，橫剖面描繪於下位。
此構裝構造之第4例如圖11B(d1)及(d2)所示，罩體42係由兩個罩半體52a與52b構成，且該等罩半體52a與52b隔開既定之間隙G緊貼固定於基板10上。罩體52之此構成雖與上述之第2例之情形近似，但相異點為，罩半體52a與52b之長度較上述第2例之長度短，罩半體52a與52b間之間隙G較上述第2例之間隙大，設定為接近積層模組40全長之值。又，堰部51雖與上述第2例同樣地，為大致倒U字形，帶狀覆蓋積層模組40外側之大致全面，但由於堰部51配置於罩半體52a與52b間之較大間隙G，因此其長度(流體L之流動方向之長度)較上述之第2例之情形大，為接近積層模組40全長之值。除此以外之構成係與第1例相同。
上述第2例(參照圖8B(d1)及(d2))中，內部空間50被堰部51分為上游側空間與下游側空間。於上游側空間，在罩半體42a內面與積層模組40之外周面之間雖存在大致倒U字形之狹窄區域，但在流體L進入此區域後，即會成為在該處滯留(流體L幾乎不流動)之狀態。若於內部空間50產升此種流體L之滯留，則會阻礙流體L之排熱作用，無法得到所欲之積層模組40之冷卻作用。此點於下游側空間亦相同。此第4例則係除去其困難點。
亦即，此第4例中，由於罩半體52a及52b間之間隙G設定為接近積層模組40全長之值，因此堰部51之其長度(流體L之流動方向之長度)亦為接近積層模組40全長之值。因此，於罩半體52a及52b之內面與積層模組40之外周面之間幾乎不形成大致倒U字形之狹窄區域。其結果，不會因流體L之滯留阻礙排熱作用，而能得到所欲之積層模組40之冷卻效果。
其次，說明此構裝構造之第4例之製造方法。
首先，圖10A(a)與圖11A(a1)及(a2)所示之積層模組40之搭載步驟、與圖10A(b)與圖11A(b1)及(b2)所示之接著層55之形成步驟與上述之第2例相同。因此，該等之說明省略。
其次，如圖10B(c)與圖11B(c1)及(c2)所示，罩半體52a及52b配置於基板10表面。罩半體52a及52b與圖7B中之罩半體42a及42b同樣地，係將罩體52二分割之形狀，於該等分別設有入口43與出口44。在罩半體52a及52b緊貼/固定於基板10表面之狀態下，於罩半體52a與52b間形成有間隙G。間隙G之大小(間隔)設定為與積層模組40全長大致相等之值。
罩半體52a及52b之腳部45與基板10表面之安裝部46與上述第2例同樣地係使用接著劑等互相接合。
腳部45之內側雖最好係與上述之接著層55之端部重疊，但並不限於此。在重疊之情形，藉由將腳部45按壓於基板10表面，接著層55之與腳部45重疊之端部係變形。
接著，使接著層55之接著劑與腳部45與安裝部46間之接著劑固化，確保在其後之程序之機械強度。在腳部45與安裝部46係以接著劑以外之材料或手法結合時，只要僅使接著層55之接著劑固化即可。此點與上述第2例相同。
其次，如圖10B(d)與圖11B(d1)及(d2)所示，從罩半體52a及52b間之間隙G流入樹脂56，於積層模組40之外周面形成大致倒U字形之堰部51。作為樹脂56能使用環氧樹脂等。於罩半體52a及52b與積層模組40間之兩個間隙能利用樹脂56之流動性，被樹脂56完全充填。間隙G雖較上述第2實施形態之構裝構造之情形大，但藉由適當選擇樹脂56之黏度，能使樹脂56流入並停留，而不阻塞中介層30之通道31之入口與出口且填埋間隙G整體。
此時，堰部51，由於覆蓋貫通電極模組40外周面之大致全面，因此貫通電極模組40之外周面不從罩體52露出。堰部51之外周面從罩體52之間隙G露出。
與上述第2例同樣地，由於對堰部51施加從入口43流入之流體L之壓力，因此長期來看，在有形成堰部51之樹脂56變形之可能性時，必須使樹脂56充分地固化。如上述，由於堰部51具有將入口43側之上游側空間與出口44側之下游側空間絕緣(分離)之功能，因此需堰部51之表側(外側)牢固地緊貼於罩半體52a及52b之內壁面且堰部51之下端部牢固地接著於接著層55。
本第4例中之堰部51之製作程序中，亦同樣地由間隙G規定堰部51之配置區域。
圖10B及圖11B僅係顯示對罩半體52a與52b之入口43與出口44之配置一例，亦能為除此以外之配置。此點與上述第2例相同。
如以上所說明，此積層模組之構裝構造之第4例中，與上述第3例同樣地，不會因流體L之滯留阻礙排熱作用，而有對積層模組40之冷卻效果較上述第2例之情形高之效果。
此外，圖10A及圖10B與圖11A及圖11B中，雖顯示了堰部51填埋間隙G整體之構造，但本第4例並不限定於此。例如亦可僅使樹脂56限定流入間隙G之兩端部(亦即罩半體52a之下游側端部與罩半體52b之上游側端部)附近，藉此如圖13C(d1)及(d2)所示，僅於間隙G之兩端部分散形成堰部51a與51b。此情形下，積層模組40外周面之絕大部分從堰部51a與51b之間露出於罩體52外部。
(於冷卻貫通電極模組之構成例附加有堰部之構裝構造之第5例)
圖12A及圖12B與圖13A~圖13D係顯示於冷卻貫通電極模組之構成例附加有堰部之積層模組之構裝構造之第5例之製造方法。圖12A及圖12B係顯示此製造方法之立體圖，圖13A~圖13D係其剖面圖。圖13A~圖13D中，該構裝構造之縱剖面描繪於上位，橫剖面描繪於下位。
此構裝構造之第5例特徵點在於，除了覆蓋積層模組40之罩體52以外，尚安裝第2罩體(外罩)57，而為雙重罩體。亦即，如圖13D(e1)及(e2)所示，與上述第4例同樣地，罩體52由兩個罩半體52a與52b構成且罩半體52a及52b間之間隙G設定為接近積層模組40全長之值。然而，與上述第4例之相異點在於，僅於間隙G兩端部形成有(分散配置)堰部51a及51b，積層模組40外周面之大部分係從堰部51a及51b間之間隙G露出至罩體52外部。
於基板10表面進一步安裝有第2罩體(外罩)57而覆蓋罩體52。第2罩體57分別於上游側具備入口58，於下游側具備出口59。於罩體52與第2罩體57間之空間，有冷卻用第2流體L2從入口58往出口59流動。罩體52之入口43與出口44貫通第2罩體57側壁露出至其外部，該等貫通處以流體L與第2流體L2不洩漏之方式被以樹脂等密封。
對罩半體52a及52b之入口43與出口44之配置與第2罩體57之入口58與出口59之配置，可視必要任意變更。
其次說明本第5例之製造方法。
首先，由於圖12A(a)與圖13A(a1)及(a2)所示之積層模組40之搭載步驟、圖12A(b)與圖13A(b1)及(b2)所示之接著層55之形成步驟、圖12A(c)與圖13B(c1)及(c2)所示之罩體52(罩半體52a及52b)之安裝步驟，與上述之第4例相同，因此其說明省略。
其次，如圖12B(d)與圖13C(d1)及(d2)所示，於罩半體52a之下游側端部附近與罩半體52b之上游側端部附近分別個別流入樹脂56，於貫通電極模組40外周面形成大致倒U字形之兩個堰部51a及51b。作為樹脂56能使用環氧樹脂等。位於罩半體52a之下游側端部附近與罩半體52b之上游側端部附近之罩半體52a及52b與積層模組40間之間隙，能利用樹脂56之流動性，被樹脂56完全阻塞。間隙G之兩端部雖被樹脂56(堰部51a及51b)覆蓋，但其中央部保持露出。
最後，如圖12B(e)與圖13D(e1)及(e2)所示，以覆蓋罩體52(罩半體52a及52b)之方式將第2罩體(外罩)57緊貼固定於基板10表面。如此，此構裝構造之第5例即完成。
如以上所說明，此積層模組之構裝構造之第5例中，為雙重罩體構成，內側之罩體52之內部空間50被堰部51a及51b分割成上游側空間與下游側空間，且從入口43往出口44導入/排出冷卻用之流體L。又，於罩體52與第2罩體57間之空間，使冷卻用之第2流體L2從入口58往出口59流動。於此空間未設有堰部。因此，除了冷卻用之流體L產生之排熱外，亦同時進行第2流體L2產生之排熱。因此，相較於上述第3及第4例雖構造些許複雜，但有對積層模組40(第2半導體元件12b及第1半導體元件11b)之冷卻效果較上述第3及第4例之情形高之效果。
流體L與第2流體L2無需為相同種類。例如，流體L為液體，第2流體L2為氣體等亦可。流體L，由於如上述係通過剖面積小(狹窄)之通道31，因此最好係能使用壓縮機或泵將已提高壓力之流體供應至入口43。另一方面，第2流體L2，由於係通過剖面積遠大於通道31之區域，因此高壓力非為必要。因此，對第2流體亦能採用更簡便之構成。例如，亦能於第2罩體(外罩)57設置第2流體L2流入/流出之單一口(此口發揮入口兼出口之功能)，作成與如搭載於筆記型電腦之熱泵(此未使用壓縮機)類似之構成。
(第1實施形態之積層模組)
圖14與圖15A及15B顯示本發明之第1實施形態之積層模組(貫通電極模組)。圖14係顯示使用於此積層模組之中介層30a構成之剖面說明圖。圖15A及15B係此積層模組之構裝構造之縱剖面圖與沿其D-D線之剖面圖。
此外，本第1實施形態中，雖為貫通電極模組，但當然亦可為接合模組。又，在將此模組構裝於基板上時，上述之構裝構造(具有基板與罩體者)之任一者均能適用。
本第1實施形態之積層模組特徵在於，使用於其之中介層30a內藏有露出於通道31之熱反射層61a與熱放射層61b。
如圖14所示，於中介層30a之上壁33內面，隔著絕緣層62a形成有熱反射層61a，於其下壁34內面，隔著絕緣層62b形成有熱放射層61b。熱反射層61a覆蓋上壁33之內面整體。熱放射層61b覆蓋下壁34之內面整體。如此，在中介層30a之通道31內部，位於上位之熱反射層61a與位於下位之熱放射層61b彼此對向。因此，通道31之上壁33與下壁34分別被熱反射層61a與熱放射層61b區劃。
於上壁33外面有熱源63(此對應於第2半導體元件12b)接觸。於下壁34外面有熱源64(此對應於第1半導體元件11b)接觸。
圖14所示之中介層30a構造亦稱為「放射/反射構造」。
熱反射層61a多由金屬薄膜等形成，具有使從其上方與下方兩方射入之熱反射之功能。熱反射層61a雖最好係例如由金或鋁之薄膜形成，其表面為鏡面，但並不限於此。又，熱反射層61a雖最好係涵蓋上壁33內面整體配置，但並不限於此。例如，亦可僅於上壁33內面之指定區域配置熱反射層61a。
熱放射層61b例如由亦稱為「金黑」之熱放射層形成。「金黑」可藉由在真空度較低之環境氣體中蒸鍍金而製得。於「金黑」表面具有微小凹凸，當以可視光觀察時看似黑色。「金黑」已知具有在其表面溫度較周圍溫度低時會吸收熱，在其表面溫度較周圍溫度高時會放射熱之特性。此外，亦可取代「金黑」而為其他材料，例如著色成黑色之樹脂等。再者，熱放射層61b雖最好係涵蓋下壁34內面整體配置，但並不限於此。例如，亦可僅於下壁34內面之指定區域配置熱放射層61b。
上壁33與下壁34雖最好係以熱傳導率大之材料形成，但不一定限於此。在上壁33與下壁34均以單結晶矽構成，於各自之表面(上壁33之內面，下壁34之內面)配置有由電子零件或電晶體等構成之電子電路或電氣配線層時，最好係使絕緣層62a及62b介在。此等絕緣層62a及62b具有防止該電子電路等因熱反射層61a(由於此為金屬薄膜，因此為導電性)或熱放射層61b(為金黑時係導電性)而短路之功能。
圖14中，箭頭66a及66b顯示冷卻用流體L之流動方向。藉由流動於通道31之流體L，從熱放射層61b放射至通道31內之熱與被熱反射層61a反射至通道31內之熱出排至中介層30a外部。此種流體L之流動，能使用泵或壓縮機與配管等(均未圖示)來容易地實現。流體L亦稱為「冷媒」，具有能從發熱物體吸收熱並往外部移送之特性。例如使用(1)氟氯碳化物類/無氟氯碳化物類(多使用此，種類多)；(2)丁烷、異丁烷等有機化合物；(3)氫、氦、氨、水、二氧化氫等無機化合物。此點與上述者相同。
此處，若假定位於下位之熱源64之發熱量較位於上位之熱源63大，則在下位之熱源64產生之熱通過下壁34與絕緣層62b之內部到達熱放射層61b表面(通道31側之面)，在此表面朝向流動於通道31之流體L放射。如此放射之熱之絕大部分被流體L吸收。不被流體L吸收而到達熱反射層61a之熱，由於在熱反射層61a表面(通道31側之面)朝向流體L反射，因此仍會被流體L吸收。
另一方面，在上位之熱源63產生之熱首先通過上壁34與絕緣層62a之內部到達熱放射層61b背面(與通道31側相反側之面)，在此背面朝向熱源63反射。在熱反射層61a未完全反射而透過此之熱，到達熱反射層61a表面(通道31側之面)，在此表面被流動於通道31之流體L吸收。
其結果，在下位之熱源64產生之熱不會到達上位之熱源63，且在上位之熱源63產生之熱亦不會到達下位之熱源64。換言之，上下之熱源63與熱源64，藉由中介層30a而被「熱絕緣」。因此，例如即使下位之熱源64為消耗大電力之半導體元件，上位之熱源63為對熱具有敏感特性之半導體元件，亦能藉由使具有此種構成之中介層30a介在於兩者之間，來大幅減低下位之半導體元件對上位之半導體元件給予之熱影響。
將使用具有圖14所示之中介層30a之本發明之第1實施形態之積層模組40b顯示於圖15A及15B。
如圖15A所示，本第1實施形態之積層模組40b具備搭載於基板10上之第1半導體元件11b、搭載於其上之中介層30a、以及搭載於其上之第2半導體元件12b。
於中介層30a兩側之側壁22，埋入有複數個在厚度方向貫通其之貫通電極36。此等貫通電極36係透過導電性球體37與第2半導體元件12b之電子電路電氣連接(及機械連接)，又，透過導電性球體38與第1半導體元件11b之電子電路電氣連接(及機械連接)。亦即，第1半導體元件11b與第2半導體元件12b之電子電路係使用中介層30a之貫通電極36相互電氣連接，且相互機械連接(固定)。如此，基板10與第1半導體元件11b與第2半導體元件12b係相互電氣連接，且相互機械連接(固定)。基板10與第1半導體元件11b間之電氣連接及機械連接係使用導電性球體15進行。於基板10與第1半導體元件11b之間、第1半導體元件11b與中介層30a之間、中介層30a與第2半導體元件12b之間之間隙，分別充填有填料16。
圖15A中，雖顯示了中介層30a之熱反射層61a與熱放射層61b，但絕緣層62a與62b係省略。
如圖15B所示，於中介層30a之通道31，有流體L如以箭頭35所示流動。因此，圖15A中，流體L從紙面前側往深側流動。在第1半導體元件11b產生之熱由於透過熱放射層61b被流體L吸收，因此藉由流體L之排出被放出至外部。透過熱放射層61b而到達熱反射層61a之熱由於亦在該處被反射而被流體L吸收，因此仍會藉由流體L之排出被放出至外部。又，在第2半導體元件12b產生之熱被熱反射層61a往上方反射，藉此放熱至外部。在熱反射層61a未完全反射而透過此之熱，由於會透過熱反射層61a而被流動於通道31之流體L吸收，因此此亦藉由流體L之排出被放出至外部。
中介層30a左右之側壁32雖係與上壁33及下壁34一起區劃通道31者，但亦為連結第1半導體元件11b與第2半導體元件12b之熱傳導路。此情形下，在第1半導體元件11b產生之熱之一部分會經由側壁32傳達至第2半導體元件12b。不過，藉由使側壁32之寬度較小，或實施將側壁32以與上壁33及下壁34相異之材料(最好係熱傳導率小之材料)構成等措施，即能減小經由側壁32之熱傳導量。因此，最好係盡可能如上述進行。
形成於側壁32之貫通電極36通常係以如金屬之熱傳導率大之材料形成。此情形下，由於容易引起經由貫通電極36之熱傳導，因此在第1半導體元件11b產生之熱之一部分到達第2半導體元件12b，而有可能使第2半導體元件12b之溫度上升。然而，藉由減小貫通電極36之粗度，或修正前述電氣配線層之設計來減少貫通電極36之數目，而能減小傳導之熱量。因此，最好係盡可能如上述進行。
如圖15A及圖15B所示，配置於通道31之上壁33內面之熱反射層61a非配置於上壁33之內面整體，而係配置於上壁33內面之除了周邊區域以外之部分。同樣地，配置於通道31之下壁34內面之熱放射層61b非配置於下壁34之內面整體，而係配置於下壁34內面之除了周邊區域以外之部分。然而，關於熱反射層61a與熱放射層61b之配置，不限於圖15A及圖15B所例示之配置。
例如，(a)亦可將熱放射層61b配置於下壁34之內面整體與側壁32之內面整體，將熱反射層61a配置於上壁33內面之指定區域。此配置例，非常合適於僅考量使在半導體元件11b產生之熱放出至流體L之情形。(b)亦可將熱放射層61b配置於下壁33之指定區域，將熱反射層61a配置於上壁33之內面整體與側壁32之內面整體。(c)亦可將熱放射層61b配置於下壁34之內面整體與左側之側壁32之接近下壁34之區域，將熱反射層61a配置於上壁33之內面整體與右側之側壁32之接近上壁33之區域。
從圖15B可清楚得知，上述之中介層30a之通道31之平面形狀為直線。然而，通道31之平面形狀不限定於此。例如，亦可作成如圖16A及圖16B所示之平面形狀。
(第2實施形態之積層模組)
圖16A係顯示本發明之第2實施形態之積層模組所使用之中介層30b構成之剖面說明圖。
此中介層30b中，左右側壁32係在通道31之上游側與下游側之端部區域(圖16A中為上下端部之區域)往內側突出。亦即，通道31之寬度(剖面積)，在上游側與下游側之端部區域較中央部狹窄。其結果，沿箭頭35a流入通道31之流體L通過通道31之狹窄入口流入，被導至寬廣中央部後，通過狹窄出口流出至外部。
此中介層30b中，由於藉由使左右之側壁32往內側突出，而使貫通電極36能配置之面積增大，因此在有使貫通電極36數目增加之必要時，特別有效。
關於通道31之形狀能有多個變形。例如，通道31之縱剖面形狀(沿相對基板10垂直之面之剖面形狀)最好係包含大致正方形之大致長方形(例如流體之流動方向之長度較大，高度方向之長度較小之長方形)。通道31之水平剖面形狀雖與縱剖面形狀同樣地最好係包含大致正方形之大致長方形，但並不限於此。例如，亦可流體L流入通道31之入口區域與流體L流出之出口區域兩者、或通道31之入口區域與出口區域之任一方較狹窄。此狹窄之區域雖係側壁32彎曲，但亦可於該彎曲區域配置貫通電極36。此例係第2實施形態之構成。
通道31之入口與出口之配置區域雖最好係位於通道31寬度方向之中央部，但並不限於此。例如，亦可將入口配置於較寬度方向之中央部靠左處，將出口配置於靠右處。此例係圖16B所示之後述之第3實施形態之構成。
圖16A所示之中介層30b中，通道31係在其入口側端部與出口側端部較細，通道31中央部較其入口側及出口側端部粗(剖面積較大)。此種構成，能同時滿足欲使熱反射層61a與熱放射層61b面積增大來增大放熱效果之要求、以及欲對應貫通電極36總數之增加之兩個要求。
(第3實施形態之積層模組)
圖16B係顯示本發明之第3實施形態之積層模組所使用之中介層30c構成之剖面說明圖。
此中介層30c中，左側之側壁32在通道31之下游側之端部區域(圖16B中為上端部之區域)往內側突出，右側之側壁32在通道31之上游側之端部區域(圖16B中為下端部之區域)往內側突出。亦即，於通道31之中央形成有階梯狀彎曲之彎曲部。其結果，沿箭頭35a流入通道31之流體L通過通道31之狹窄入口流入，通過中央之彎曲部後，通過狹窄出口流出至外部。因此，流體L看似彷彿在傾斜方向流動於通道31。
此中介層30c中，由於藉由使左右之側壁32往內側突出，而使貫通電極36能配置之面積增大，因此在有使貫通電極36數目增加之必要時，特別有效。
關於通道31之形狀，能進行與上述第2實施形態所述者相同之變形。
圖16B所示之中介層30c亦同樣地，通道31係在其入口側端部與出口側端部較細，通道31中央部較其入口側及出口側端部粗(剖面積較大)。此種構成，能同時滿足欲使熱反射層61a與熱放射層61b面積增大來增大放熱效果之要求、以及欲對應貫通電極36總數之增加之兩個要求。
(第1實施形態所使用之中介層之製造方法第1例)
圖17係顯示上述之第1實施形態之積層模組所使用之中介層30a之製造方法第1例。此製造方法，由於亦能使用於上述之第2及第3實施形態之積層模組所使用之中介層30b及30c之任一者，因此此處針對中介層30a之製造方法作說明。
首先，如圖17(a)所示，於板狀之上壁33內面(在圖中為下面)之既定區域形成熱反射層61a。上壁33雖最好係由熱傳導率大之材料構成，但亦可非如此。熱反射層61a例如係將金、鋁等金屬使用蒸鍍法等手法而形成。
其次，如圖17(b)所示，於板狀之下壁34內面(在圖中為上面)之既定區域形成熱放射層61b。熱放射層61b例如藉由「金黑」之蒸鍍膜來形成。
此處，熱反射層61a與熱放射層61b雖不覆蓋上壁33之內面與下壁34之內面整體而僅於中央區域選擇性地形成，但並不限定於此。亦可分別覆蓋上壁33之內面與下壁34之內面整體。
其次，如圖17(c)所示，於下壁34左右之周邊區域分別以不與熱放射層61b重疊之方式形成帶狀之側壁32。側壁32之材料例如為樹脂，藉由接著劑等固接於下壁34之內面(在圖中為上面)。
最後，如圖17(d)所示，使用接著劑等使左右之側壁32上面分別固接上壁33內面之對應處。如此，製造於內部具有通道31之中介層30a。流體L係從紙面之前方往後方(或後方往前方)貫通通道31內部流動。
此製造方法之第1例所使用之接著劑等，需考量與接著對象物之緊貼性而選擇可長期維持通道31之氣密性者。例如，在上壁33與下壁34由單結晶矽形成，側壁32由玻璃形成時，下壁34與側壁32之接合，進而側壁32與上壁33之接合能使用靜電接合技術。由於靜電接合之密封性充分高，因此能長期維持通道31之氣密性。又，由於上壁33與下壁34係單結晶矽製，因此亦能使用周知技術分別於上壁33與下壁34之表面形成1層以上之配線層。
此外，圖17雖無顯示，但亦能於中介層30a之周邊區域形成貫通電極36。例如使用RIE(反應性離子蝕刻)等加工技術形成複數個貫通上壁33(例如單結晶矽)、側壁32(例如玻璃)、下壁34(例如單結晶矽)之孔，並於該等貫通孔內部視必要使絕緣膜介在同時附著或充填導電材料，藉此能形成貫通電極36。
(第1實施形態所使用之中介層之製造方法第2例)
圖18係顯示上述之第1實施形態之積層模組所使用之中介層30a之製造方法第2例。
首先，如圖18(a)所示，於板狀之上壁33內面(在圖中為下面)之既定區域形成熱反射層61a。上壁33雖最好係由熱傳導率大之材料構成，但亦可非如此。熱反射層61a例如係將金、鋁等金屬使用蒸鍍法等手法而形成。此步驟與上述之製造方法第1例相同。
其次，如圖18(b)所示，將中介層30a之下壁34與側壁32一體形成。側壁32分別位於下壁34左右之周邊區域。被下壁34與側壁32包圍之處形成有凹陷34a。又，於下壁34之內面(在圖中為上面)之既定區域(此位於凹陷34a中)形成熱放射層61b。熱放射層61b例如藉由「金黑」之蒸鍍膜形成。此步驟與上述之製造方法第1例相異。
此種構成，能藉由選擇性地除去下壁34中央區域而形成凹陷34a後於凹陷34a底面形成熱放射層61b，來容易地實現。若具體顯示其加工法之一例，則如下述。亦即，首先於單結晶矽板(其厚度相等於側壁32厚度)之上側表面形成經圖案化之光阻層。其次，以該光阻層為光罩，透過RIE法等選擇性地除去單結晶矽板至既定深度。如此，於單結晶矽板之中央區域形成凹陷34a。最後，使用蒸鍍法等於凹陷34a底面選擇性地形成金黑層，只要作為熱放射層61b則為完成。
此處，雖熱放射層61b不覆蓋凹陷34a之底面整體而僅形成於中央區域，但並不限定於此。例如，熱放射層61b亦可覆蓋凹陷34a之底面整體，亦可覆蓋凹陷34a之底面整體與兩側壁32之內面一部分，亦可覆蓋凹陷34a之底面整體與兩側壁32之內面整體。
最後，如圖18(c)所示，使圖18(b)所示構成之兩側壁32之上面固接於圖18(a)所示之上壁33(此具有熱反射層61a)內面之周邊區域後，製造於內部具有通道31之中介層30a。此固接能使用環氧系接著材67等。
在上壁33與具有側壁32之下壁34兩者以單結晶矽形成且於側壁32之上端面未形成有熱放射層61b時(此第2例即為此)，亦能以矽-矽熱接合進行上壁33與具有側壁32之下壁34之接合。
通道31由於必須維持氣密性，因此前述之接著材等或熱接合程序，需適當選擇以維持通道31之所欲氣密性。
圖18所示之第2例，係假定於上壁33與具有側壁32之下壁34利用單結晶矽之情形。因此，能使用周知加工技術於側壁32形成貫通電極36，亦能於上壁33與下壁34分別形成1層以上之電氣配線層。上壁33與具有側壁32之下壁34之材料不限於單結晶矽，亦可使用樹脂等。
此外，亦能將圖18(b)所示之構造直接作為中介層30a使用。此情形下，雖不存在區劃通道31之頂部分，但此頂部分之功能，係由搭載於中介層30a上位之半導體元件12b之下側表面來發揮。又，熱反射層61a形成於此半導體元件12b之下側表面。
同樣地，亦能藉由使圖18(b)之構成上下反轉，作成不存在區劃通道31之底部分之中介層30a。
(第1實施形態所使用之中介層之製造方法第3例)
圖19係顯示上述之第1實施形態之積層模組所使用之中介層30a之製造方法第3例。
首先，如圖19(a)所示，準備作為下壁34之板狀母材34’(此處為單結晶矽基板)。
其次，如圖19(b)所示，藉由周知之手法於母材34’左右周邊區域形成複數個貫通電極36。更具體而言，藉由以RIE法蝕刻，於母材34’形成複數個貫通於其厚度方向之貫通孔，以絕緣層(未圖示)覆蓋此等貫通孔內側後，於此等絕緣層內側覆蓋或充填導電性材料。藉由如此對各貫通孔賦予導電性，能容易地製得貫通電極36。其後，於母材34’表面與背面分別形成電氣連接用墊68及69，電氣連接於對應之貫通電極36。
其次，如圖19(c)所示，利用經圖案化之光罩(未圖示。此由光阻膜等構成)，將母材34’從其表面側選擇性地除去，而形成凹陷34a。此凹陷34a之形成步驟，例如利用TMAH(氫氧化四甲基銨)或KOH(氫氧化鉀)等異向性蝕刻液。此等蝕刻液中，由於係在特定之矽結晶面(亦即(111)面)蝕刻速度相對變低，因此凹陷34a之緣(亦即，從凹陷34a底面至母材34’表面之斜面)為露出之(111)面。如此，得到左右側壁32一體化之下壁34。
接著，於下壁34之凹陷34a底面，以公知之方法形成熱放射層61b。此時之狀態係如圖19(c)所示。
另一方面，如圖19(d)所示，形成具有用以使電氣連接用墊68露出之複數個開口33a之上壁33。此上壁33係藉由將板狀之母材(此處為單結晶矽基板)從其上側以RIE法蝕刻等而容易地形成。其後，於上壁33之內面(圖中為下面)之既定區域形成熱反射層61a。
最後，於圖19(c)所示之下壁34(此具有貫通電極36與電氣連接墊68與熱放射層61b)上載置圖19(d)所示之上壁33(此具有熱反射層61a)並固接後，製得具有圖19(e)所示之構造之中介層30a。此固接使用接著劑或低融點玻璃等。藉由下壁34之凹陷34a來形成通道31。通道31必須除了其入口與出口外具有氣密性。
此第3例，由於中介層30a之上壁33與下壁34兩者由單結晶矽基板形成，因此亦能於中介層30a之表背面形成1層以上之配線層。
此外，亦能將圖19(c)所示之構造直接作為中介層30a使用。此情形下，雖不存在區劃通道31之頂部分，但此頂部分之功能，係由搭載於中介層30a上位之半導體元件12b之下側表面來發揮。又，熱反射層61a形成於此半導體元件12b之下側表面。
同樣地，亦能藉由使圖19(b)之構成上下反轉，作成不存在區劃通道31之底部分之中介層30a。
(第1實施形態所使用之中介層之製造方法第4例)
圖20係顯示上述之第1實施形態之積層模組所使用之中介層30a之製造方法第4例。
圖20(a)~圖20(c)為止之下壁34(此具有貫通電極36及電氣連接墊68與熱放射層61b)之製程由於與上述之第3例相同，因此其說明省略。
另一方面，如圖20(d)所示，形成作成嵌入下壁34之凹陷34a之形狀之上壁33。此上壁33係藉由將板狀之母材(此處為單結晶矽基板)從其下側以RIE法蝕刻等而容易地形成。其後，於上壁33之內面(圖中為下面)之既定區域形成熱反射層61a。
最後，以嵌入圖20(c)所示之下壁34(此具有貫通電極36及電氣連接墊68與熱放射層61b)之凹陷34a之方式載置圖20(d)所示之上壁33(此具有熱反射層61a)並固接後，製得具有圖20(e)所示之構造之中介層30a。此固接使用接著劑或低融點玻璃等。此狀態下，在凹陷34a內部，於上壁33之熱反射層61a與下壁34之熱放射層61b間形成有間隙，此為通道31。通道31必須除了其入口與出口外具有氣密性。
此第4例亦同樣地，由於中介層30a之上壁33與下壁34兩者由單結晶矽基板形成，因此亦能於中介層30a之表背面形成1層以上之配線層。
此第4例中，與圖19所示之第3例相異，為上壁33之大致整體嵌入下壁34之凹陷34a中之構成，左右之側壁32之上部表面不被上壁33覆蓋。是以，不需於上壁33設置如第3例之開口33a，因此，有製造技術較圖19所示之第3例簡便之優點。
此外，亦能將圖20(c)所示之構造直接作為中介層30a使用。此情形下，雖不存在區劃通道31之頂部分，但此頂部分之功能，係由搭載於中介層30a上位之半導體元件12b之下側表面來發揮。又，熱反射層61a形成於此半導體元件12b之下側表面。
同樣地，亦能藉由使圖20(c)之構成上下反轉，作成不存在區劃通道31之底部分之中介層30a。
(第1實施形態之積層模組之變形例)
至此為止，雖敘述了具有熱反射層61a與熱放射層61b之中介層30a、30b、30c與組裝有其之第1實施形態之積層模組40b，但此積層模組40b除了此等例示者以外，亦能有各種變形例。
例如，在位於上位之第2半導體元件12b之消耗電力較位於下位之第1半導體元件11b之消耗電力大時，可替換熱反射層61a與熱放射層61b之位置。亦即，作成於消耗電力大之第2半導體元件12b側配置有熱放射層61b，於消耗電力小之第1半導體元件11b側配置有熱反射層61a之構成。又，積層模組亦可為將半導體元件積層3層以上之構成、夾入中介層之上下之半導體元件分別為2個以上之構成(例如於中介層上面，在同一平面內排列配置有複數個半導體元件之構成)等。不論係何種構成，均在熱反射層61a與熱放射層61b進行位於中介層上下之半導體元件間之熱絕緣，且藉由從熱放射層61b使熱放出至流體L來取得放熱效果，此點為共通。
(利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之構成第1例)
圖21A~圖21C係顯示利用流體之斷熱膨脹使半導體元件之冷卻效果增加之中介層70。圖21A係中介層70之分解立體圖，圖21B係其立體圖，圖21C係其剖面圖。
上述第1~第3實施形態所使用之中介層30，亦能藉由將其通道31形狀改變為中介層70之通道71，而得到與中介層70相同之作用效果。
中介層70如圖21A~圖21C所示，係將矩形板狀之上壁73、同樣為矩形板狀之下壁74、一對側壁72a及72b組合而構成，藉由該等四個構件於內部形成有通道71。一對側壁72a及72b具有鏡面對稱之形狀，從該等之上游側端部起在一定之範圍中寬度變寬，從其下游側端部起在一定之範圍中寬度變窄。在一對側壁72a及72b之上游側之寬度寬廣部分與寬度狹窄部分之間，其寬度係直線變化。因此，被上壁33、下壁34及側壁72a及72b區劃之通道71具有漏斗形之平面形狀，寬度在上游側區域相對變窄(剖面積小)，寬度在下游側區域相對變寬(剖面積大)。
通道71之形狀，如圖21C所明確顯示。亦即，通道71之高度雖為一定，但其寬度非為一定，在上游側區域變窄，在下游側區域變寬。上游側區域與下游側區域之中間，為通道71之寬度徐徐擴張之遷移區域。
流體L如以箭頭75a所示，從相對窄之上游側開口(入口)流入中介層70之通道71，如以箭頭75b所示，從相對寬之下游側開口(出口)流出。由於通道71之寬度在從上游側端部經過一定範圍處急遽地擴大，因此流體L在通過通道71之途中引起斷熱膨脹，溫度降低。其結果，使通道71內之溫度降低。亦即，中介層70由於其本身具有冷卻(吸熱)作用，因此與不利用斷熱膨脹之情形相較，半導體元件之冷卻效果係提升。
圖21A~圖21C所示之構造，此處稱為「斷熱膨脹構造」。此「斷熱膨脹構造」，亦可與圖14所示之上述第1~第3實施形態之「放射/反射構造」組合。如此，能更增加流體L所產生之冷卻(吸熱)作用。此情形下，於形成通道71之頂部分之上壁73配置有熱反射層61a，於形成通道71之底部分之下壁74配置有熱放射層61b。熱反射層61a與熱放射層61b之配置處與配置範圍只要與上述第1~第3實施形態相同即可。
圖22A係將具有如以上構成與作用之中介層70組裝於圖2A及圖2B所示之接合模組而構成之積層模組之構裝構造之例。圖22B顯示中介層70之通道71。
圖22A所示之積層模組之構裝構造，由於除了取代中介層20而使用中介層70這點以外，其餘則與圖22A及圖22B所示之接合模組相同，因此其說明省略。圖22A中，流體L係從紙面前方往後方沿與該紙面垂直之方向流動。
圖22A之構裝構造中，於位於下位之第1半導體元件11a與位於上位之第2半導體元件12a之間配置有具有「斷熱膨脹構造」之中介層70。如圖22B所示，在使流體L從中介層70之狹窄入口流入通道71後，流體L，首先從上游側端部進入一定範圍之寬度寬廣(剖面積相對大)之第1區域71a。流體L接著通過寬度徐徐增大之遷移區域，而從下游側端部進入一定範圍之寬度狹窄(剖面積相對小)之第2區域71b，通過其寬廣出口而從通道71流出。流體L通過第1區域71a後，由於壓力急遽地下降，因此會一邊斷熱膨脹、一邊到達第2區域71b。其結果，使流體L之溫度降低。
在無在第1半導體元件11a與第2半導體元件12a之發熱時，從通道71流出時之流體L之溫度會較往通道71流入時之流體L溫度低。有在第1半導體元件11a與第2半導體元件12a之發熱時，此等熱由於會被流體L吸收，因此可有效地放出來自第1半導體元件11a與第2半導體元件12a之熱。
(利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之構成第2例)
圖23A係顯示將圖21A~圖21C所示之中介層70組裝於圖3A及圖3B所示之貫通電極模組而構成之積層模組之構裝構造。圖23B顯示中介層70之通道71。
圖23A所示之構裝構造，由於除了取代中介層30而使用中介層70這點以外，其餘則與圖3A及圖3B所示之接合模組相同，因此其說明省略。圖23A中，流體L係從紙面前方往後方沿與該紙面垂直之方向流動。
由於圖23A之構裝構造中亦同樣地，於位於下位之第1半導體元件11b與位於上位之第2半導體元件12b之間配置有具有「斷熱膨脹構造」之中介層70，因此與圖22A之構裝構造同樣地，在通過第1區域71a後，流體L之壓力急遽地降低，一邊斷熱膨脹、一邊到達第2區域71b。其結果，使流體L之溫度降低。
在無在第1半導體元件11b與第2半導體元件12b之發熱時，從通道71流出時之流體L之溫度會較往通道71流入時之流體L溫度低。有在第1半導體元件11b與第2半導體元件12b之發熱時，此等熱由於會被流體L吸收，因此可有效地放出來自第1半導體元件11b與第2半導體元件12b之熱。
(利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之構成變形例)
圖24A及圖24B與圖25A及圖25B係顯示上述之利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之第1例與第2例之變形例。圖24A及圖24B顯示通道71為1個之例，圖25A及圖25B顯示通道71為2個之例。
此等圖中，符號76顯示位於寬度狹窄(剖面積相對小)之第1區域71a與寬度寬廣(剖面積相對大)之第2區域71b之間，通道71之寬度(剖面積)增大(變化)、亦即流入通道71之流體L引起斷熱膨脹，流體L之溫度降低之遷移區域。
圖24A(a)之例，從上游側端部進入通道71之流體L，首先進入寬度(剖面積)為一定之第1區域71a，接著通過寬度(剖面積)徐徐增大之遷移區域76，進入寬度(剖面積)為一定之第2區域71b。接著，通過第2區域71b之寬度寬廣之出口，從通道71流出至外部。流體L在遷移區域76壓力急遽地降低，一邊斷熱膨脹、一邊到達第2區域71b。其結果，使流體L之溫度降低。
圖24A(b)之例中，由於從第1區域71a之上游側端部至第2區域71b之下游側端部為止，寬度(剖面積)以一定比例徐徐增加，因此流體L會在流入通道71(第1區域71a)之瞬間引起斷熱膨脹。
圖24A(c)之例中，雖與圖24A(a)之例相同，但由於上游側之第1區域71a位置相對通道71(中介層70)之中央線於寬度方向偏移配置，因此流體L看似彷彿流動於傾斜方向(在圖中為從左下往右上的方向)。
圖24A(d)之例中，雖與圖24A(a)之例相同，但第1區域71a與第2區域71b較圖24(a)之例更接近配置，換言之，相異點在於從第1區域71a至第2區域71b之寬度(剖面積)之變化更為急遽。此例中，由於斷熱膨脹會較圖24(a)之例更急遽地產生，因此流體L之溫度降低會更大。
圖24A(e)之例中，雖與圖24A(a)之例相同，但相異點在於，於第1區域71a與第2區域71b之間、亦即遷移區域76設有寬度(剖面積)較第1區域71a小之處(緊縮部)。此例中，流體L係在緊縮部暫時被加壓後斷熱膨脹。
如圖24A及圖24B所示，通道71之形狀並無特別限制。能視必要之遷移區域76之位置決定通道71之形狀。亦即，可視配置於具有通道71之中介層70上下之半導體元件(圖24A及圖24B中省略)之發熱狀況配置遷移區域76。
一般而言，在半導體元件之發熱不會在構成該半導體元件之晶片全面產生。在例如運算電路、輸出電路等消耗電力大，發熱主要亦在配置有此等電路之區域(熱點)產生。因此，最好係將遷移區域76配置於對應此等電路之區域(在上位或下位與此等電路重疊之處)。此情形下，有發熱擴散至該晶片全面前以流體L吸熱之優點。
圖25A(a)之例中，將相同形狀之通道71相鄰設有2個。流體L之流入口有2處，流體L之流出口亦有2處。亦即，兩個通道71彼此獨立。
圖25A(b)之例中，一方(在圖中為左側)之通道71雖與圖25A(a)之例相同，但另一方(在圖中為右側)之通道71，遷移區域76於下游側(在圖中為上方)偏移配置。流體L之流入口有2處，流體L之流出口亦有2處。亦即，兩個通道71彼此獨立。
圖25B(c)之例中，係將圖25A(a)之兩個通道之流入口結合而為1處。通道71係在中介層70內部分歧成兩個後，於兩個流出口連結。因此，兩個通道71係在中介層70內部彼此連結。
圖25B(d)之例中，雖與圖25B(c)同樣地，係將兩個通道之流入口結合而為1處，但相異點在於一方(在圖中為左側)之通道71中，遷移區域76於上游側(在圖中為下方)偏移配置，另一方(在圖中為右側)之通道71，遷移區域76於下游側(在圖中為上方)偏移配置。此例亦同樣地，兩個通道71係在中介層70內部彼此連結。
圖25A及圖25B中，雖顯示通道71與遷移區域76分別為2個之例，但通道71與遷移區域76之數目並無限制。亦可使通道71與遷移區域76分別為3個或其以上。亦能視半導體元件之發熱狀況(例如係存在幾個發熱大之區域)任意地選擇通道71之形狀與遷移區域76之數目與配置。
(利用流體之斷熱膨脹之中介層之製造方法第1例)
圖26A及圖26B係顯示利用流體之斷熱膨脹之上述中介層70之製造方法第1例。
此製造方法，首先如圖26A(a)及圖26B(a)所示，準備矩形板狀之上壁73。另一方面，如圖26A(b)及圖26B(b)所示，準備矩形板狀之下壁74，於其表面形成左右之側壁72a及72b。藉由側壁72a及72b於下壁74表面形成具有漏斗形之平面形狀之凹陷74a。
其後，如圖26A(c)及圖26B(c)所示，只要將上壁73接合於左右之側壁72a及72b之表面，即製造具有圖21A~圖21C所示之斷熱膨脹構造之中介層70。凹陷74a之上面被以上壁73阻塞，成為通道71。
雖上壁73與下壁74之材料最好為單結晶矽等，側壁72a及72b之材料最好為玻璃、單結晶矽、樹脂、或光阻(SU-8等)，但亦可係此等以外之材料。上壁73與下壁74與側壁72a及72b雖最好係以接著劑等接合，但並不限於此。亦能使用其他周知之手法。
此外，圖26A及圖26B中，雖通道71為1個，但不限定於此，亦可如圖24A及圖24B與圖25A及圖25B所例示，設置2個以上之通道71。
又，亦能省略上壁73或下壁74。例如，將圖26A(b)及圖26B(b)所示之構造直接作為中介層70使用。此情形下，由於成為無頂部(上面開口)之中介層70，因此將配置於上位之半導體元件下面作為頂部利用。同樣地，只要使圖26A(b)及圖26B(b)所示之構造上下反轉，由於成為無底部(下面開口)之中介層70，因此將配置於下位之半導體元件上面作為底部利用。
(利用流體之斷熱膨脹之中介層之製造方法第2例)
圖27A及圖27B係顯示利用流體之斷熱膨脹之上述中介層70之製造方法第2例。
此製造方法，首先如圖27A(a)及圖27B(a)所示，準備於表面一體形成左右之側壁72a及72b之矩形之下壁74。藉由側壁72a及72b於下壁74表面側形成具有漏斗形之平面形狀之凹陷74a。下壁74與側壁72a及72b之材料最好為單結晶矽，凹陷74a例如以濕式蝕刻(包含異向性蝕刻)或乾式蝕刻等將下壁74表面側選擇性地除去而形成。
其後，如圖27A(b)及圖27B(b)所示，使用接著劑等將上壁73接合於左右之側壁72a及72b之表面後，即製造具有圖21A~圖21C所示之斷熱膨脹構造之中介層70。凹陷74a之上面被以上壁73阻塞，成為通道71。上壁73為玻璃時，能利用靜電接合等來接合/一體化。上壁73為單結晶矽時，能以矽/矽接合來一體化。
此外，圖27A及圖27B中，雖通道71為1個，但不限定於此，亦可如圖24A及圖24B與圖25A及圖25B所例示，設置2個以上之通道71。
又，亦能省略上壁73或下壁74。例如，將圖27A(a)及圖27B(a)所示之構造直接作為中介層70使用。此情形下，由於成為無頂部(上面開口)之中介層70，因此將配置於上位之半導體元件下面作為頂部利用。同樣地，只要使圖27A(b)及圖27B(b)所示之構造上下反轉，由於成為無底部(下面開口)之中介層70，因此將配置於下位之半導體元件上面作為底部利用。
(利用流體之斷熱膨脹之中介層之製造方法第3例)
圖28A及圖28B係顯示利用流體之斷熱膨脹之上述中介層70之製造方法第3例。
此製造方法，首先如圖28A(a)及圖28B(a)所示，準備具有電氣連接用之墊78及79與貫通電極77之矩形板狀之下壁74。墊78形成於下壁74表面，墊79形成於下壁74背面。各貫通電極77係貫通下壁74到達對應之墊78及79。由圖28B(a)可明確得知，墊78及79與貫通電極77僅於通道71之上游側端部附近形成為不與通道71重疊。下壁74最好係以單結晶矽形成。
其次，如圖28A(b)及圖28B(b)所示，將下壁74表面側選擇性地除去而形成具有漏斗形之平面形狀之凹陷74a。此時，於凹陷74a左右兩側藉由下壁74之殘存部形成一對側壁72a及72b。凹陷74a不與墊78及79重疊，墊78及79與貫通電極77配置於側壁72a及72b。下壁74只要係以單結晶矽製，凹陷74a即能以例如濕式蝕刻(包含異向性蝕刻)或乾式蝕刻等形成。
其後，如圖28A(c)及圖28B(c)所示，準備具有複數個開口73a之矩形板狀之上壁73。開口73a配置於下壁74之與各墊78對應之位置。上壁73只要係以單結晶矽製，開口73a即能以例如濕式蝕刻(包含異向性蝕刻)或乾式蝕刻等形成。
最後，如圖28A(d)及圖28B(d)所示，使用接著劑等將上壁73接合於下壁74，只要上壁73與下壁74均為單結晶矽製，則亦能以矽/矽接合來接合。在上壁73為玻璃之情形，能以靜電接合等來接合。
此外，圖28A及圖28B中，雖通道71為1個，但不限定於此，亦可如圖24A及圖24B與圖25A及圖25B所例示，設置2個以上之通道71。
又，亦能省略上壁73或下壁74。例如，將圖28A(b)及圖28B(b)所示之構造直接作為中介層70使用。此情形下，由於成為無頂部(上面開口)之中介層70，因此將配置於上位之半導體元件下面作為頂部利用。同樣地，只要使圖28A(b)及圖28B(b)所示之構造上下反轉，由於成為無底部(下面開口)之中介層70，因此將配置於下位之半導體元件上面作為底部利用。
(於積層模組附加基板與罩體之構成例)
圖29係顯示於圖23A所示之積層模組附加基板10與罩體82之構成例(構裝構造例)。於基板10上搭載有具有圖23A所示構成之積層模組80，罩體82以包含積層模組80整體之方式，使用罩體82之腳部85固定於基板10上。罩體82具有入口83與出口84。入口83配置於具有「斷熱膨脹構造」之中介層70之上游側(流體L流入之側)，出口84配置於中介層70之下游側(流體L流出之側)。
圖29中，例示了配置於積層模組80下位之第1半導體元件11與配置於積層模組80上位之第2半導體元件12與配置於兩半導體11及12間之中介層70大小彼此不相等之情形。然而，此等大小關係並無限制。又，亦可為2個以上之第1半導體元件11配置於中介層70下位之構成，亦可為2個以上之第2半導體元件12配置於中介層70上位之構成，亦可為具有更多之段數構成(圖29之積層模組80為3段)之構成。
圖29之構成例，亦能適用於於圖22A所示之積層模組80附加基板10與罩體82之情形。此情形下，僅積層模組80取代接合模組，除此以外之構成相同。
(對積層模組之流體供應)
圖30係顯示對本發明之積層模組80之流體供應系統之一例。
圖30中，在內藏於積層模組80之中介層70之通道71之上游側開口有罩體82之入口83連通，於其下游側開口有罩體82之出口84連通。90為壓縮機，91為驅動壓縮機90之動力源(通常為馬達)。壓縮機90經由配管T3連接於入口83。出口84經由配管T4連接於壓縮機90。
以壓縮機90加壓壓縮之流體(此處為氣體)L經由配管T3被導至入口83，進入罩體82內部之上游側空間。其後，流體L通過中介層70之通道71移動至罩體82內部之下游側空間。接著，經由出口84從下游側空間流出至外部。如此流出之流體L，經由配管T4返回至壓縮機90。由於流動於配管T4之流體L吸收在積層模組80內產生之熱，其溫度變高，進而，由於在壓縮機90內藉由加壓(斷熱壓縮)而流體L之溫度上升，因此最好係在壓縮機90附屬使流體L之溫度降低之功能(流體冷卻功能)。然而，流體冷卻功能並非必需，亦能省略。其原因在於，例如在配管T3與T4置於溫度較低之環境時，該流體冷卻功能亦有不需要之故。
使用液體作為流體L之情形，係取代壓縮機90而使用泵。
本發明能適用必須抑制消耗電力大之半導體元件之動作溫度上升以使穩定動作之任意之積層模組(積層半導體元件)與其構裝構造。本發明不限定於以電子電路為主體之半導體元件或模組，亦能廣泛適用於其他種類之大電力半導體元件或模組(例如發光元件、發光元件模組、光通訊元件、光通訊模組等)。進而，在指向分析機器之小型化之μ TAS(微全程分析系統)中，亦能適用於使被測定流體流入微小流路之領域。
10‧‧‧基板
11、11a、11b‧‧‧第1半導體元件
12、12a、12b‧‧‧第2半導體元件
14‧‧‧貫通電極
15‧‧‧導電性球體
16‧‧‧填料
17‧‧‧接著劑
20‧‧‧中介層
21‧‧‧通道
22‧‧‧側壁
23‧‧‧上壁
24‧‧‧下壁
25‧‧‧箭頭
30、30a、30b、30c‧‧‧中介層
31‧‧‧通道
32‧‧‧側壁
33‧‧‧上壁
33a‧‧‧開口
34‧‧‧下壁
34’‧‧‧母材
35、35a‧‧‧箭頭
36‧‧‧貫通電極
37、38‧‧‧導電性球體
40、40a、40b‧‧‧積層模組
41‧‧‧通道
42‧‧‧罩體
42a、42b‧‧‧罩半體
43‧‧‧入口
44‧‧‧出口
45‧‧‧腳部
46‧‧‧安裝部
47a、47b、48、49‧‧‧箭頭
50‧‧‧內部空間
51、51a‧‧‧堰部
52‧‧‧罩體
52a‧‧‧罩半體
52b‧‧‧罩半體
55‧‧‧接著層
56‧‧‧樹脂
57‧‧‧罩體
58‧‧‧入口
59‧‧‧出口
61a‧‧‧熱反射層
61b‧‧‧熱放射層
62a、62b‧‧‧絕緣層
63、64‧‧‧熱源
63a‧‧‧箭頭
67‧‧‧接著材
68‧‧‧電氣連接用墊
70‧‧‧中介層
71‧‧‧通道
71a‧‧‧第1區域
71b‧‧‧第2區域
72a‧‧‧側壁
73‧‧‧上壁
73a‧‧‧開口
74‧‧‧下壁
75a、75b‧‧‧箭頭
76‧‧‧遷移區域
77‧‧‧貫通電極
78、79‧‧‧墊
80‧‧‧積層模組
82‧‧‧罩體
83‧‧‧入口
84‧‧‧出口
85‧‧‧腳部
90‧‧‧壓縮機
91‧‧‧動力源
G‧‧‧間隙
L‧‧‧流體
L2‧‧‧第2流體
P‧‧‧泵
T1、T2、T3、T4‧‧‧配管
圖1A係顯示將使用金屬細線進行電氣連接後之積層模組(接合模組)搭載於基板上之構裝構造之剖面說明圖。
圖1B係顯示將使用貫通電極進行電氣連接後之積層模組(貫通電極模組)搭載於基板上之構裝構造之剖面說明圖。
圖2A係顯示於圖1A之積層模組(接合模組)追加了附有通道之中介層時之構裝構造之剖面說明圖。
圖2B係沿圖2A所示之中介層之A-A線之剖面圖。
圖3A係顯示於圖1B之積層模組(貫通電極模組)追加了附有通道之中介層時之構裝構造之剖面說明圖。
圖3B係沿圖3A所示之中介層之B-B線之剖面圖。
圖4A係顯示於圖3A之構裝構造追加覆蓋積層模組(貫通電極模組)之罩體而對其內部供應流體之構裝構造之剖面說明圖。
圖4B係沿圖4A之構裝構造之C-C線之剖面圖。
圖5A係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組(貫通電極模組)間之空間分隔之堰部之構裝構造第1例之剖面說明圖。
圖5B係沿圖5A之構裝構造之C-C線之剖面圖。
圖6係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第1例中於基板安裝罩體前之狀態之立體圖。
圖7A係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第2例中形成堰部之程序之立體圖。
圖7B係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第2例中形成堰部之程序之立體圖，係圖7A之後續。
圖8A係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第2例中形成堰部之程序之剖面說明圖。
圖8B係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第2例中形成堰部之程序之剖面說明圖，係圖8A之後續。
圖9係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第3例之立體圖，係顯示於基板安裝罩體前之狀態。
圖10A係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第4例之製造方法之立體圖。
圖10B係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第4例之製造方法之立體圖，係圖10A之後續。
圖11A係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第4例之製造方法之剖面說明圖。
圖11B係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第4例之製造方法之剖面說明圖，係圖11A之後續。
圖12A係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第5例之製造方法之立體圖。
圖12B係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第5例之製造方法之立體圖，係圖12A之後續。
圖13A係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第5例之製造方法之剖面說明圖。
圖13B係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第5例之製造方法之剖面說明圖，係圖13A之後續。
圖13C係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第5例之製造方法之剖面說明圖，係圖13B之後續。
圖13D係顯示於圖4A之構裝構造追加了將罩體與積層模組間之空間分隔之堰部之構裝構造第5例之製造方法之剖面說明圖，係圖13C之後續。
圖14係顯示本發明之第1實施形態之積層模組所使用之通道具有放射/反射構造之中介層構成之剖面說明圖。
圖15A係顯示使用圖14之中介層之本發明之第1實施形態之積層模組(之構裝構造)之剖面說明圖。
圖15B係沿著圖15A所示之中介層之D-D線之剖面圖。
圖16A係顯示本發明之第2實施形態之積層模組所使用之通道具有放射/反射構造之中介層構成之剖面說明圖。
圖16B係顯示本發明之第3實施形態之積層模組所使用之通道具有放射/反射構造之中介層構成之剖面說明圖。
圖17係顯示本發明之第1實施形態之積層模組所使用之中介層之製造方法第1例之剖面說明圖。
圖18係顯示本發明之第1實施形態之積層模組所使用之中介層之製造方法第2例之剖面說明圖。
圖19係顯示本發明之第1實施形態之積層模組所使用之中介層之製造方法第3例之剖面說明圖。
圖20係顯示本發明之第1實施形態之積層模組所使用之中介層之製造方法第4例之剖面說明圖。
圖21A係利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層之分解立體圖。
圖21B係圖21A之中介層之立體圖。
圖21C(a)係顯示圖21A之中介層之流路剖面積變化之剖面說明圖，(b)係其俯視說明圖。
圖22A係顯示將圖21A之中介層與積層模組(接合模組)組合而成之積層模組之構裝構造第1例之剖面說明圖。
圖22B係沿著圖22A之E-E線之剖面圖。
圖23A係顯示將圖21A之中介層與積層模組(貫通電極模組)組合而成之積層模組之構裝構造第2例之剖面說明圖。
圖23B係沿著圖23A之F-F線之剖面圖。
圖24A係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之變形例之俯視說明圖。
圖24B係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之其他變形例之俯視說明圖。
圖25A係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之再一變形例之俯視說明圖。
圖25B係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之再一變形例之俯視說明圖。
圖26A係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之製造方法第1例之剖面說明圖。
圖26B係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之製造方法第1例之立體圖。
圖27A係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之製造方法第2例之剖面說明圖。
圖27B係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之製造方法第2例之立體圖。
圖28A係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之製造方法第3例之剖面說明圖。
圖28B係顯示利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)之製造方法第3例之立體圖。
圖29係顯示於圖23A之構裝構造第2例中於基板安裝罩體前之狀態之立體圖。
圖30係顯示將利用流體之斷熱膨脹使冷卻效果增加之中介層(參照圖21A~圖21C)與積層模組組合而成之構裝構造中之流體供應例之系統圖。
圖31係顯示習知之積層模組之構裝構造(與冷卻法)之剖面說明圖。
10‧‧‧基板
11b‧‧‧第1半導體元件
12b‧‧‧第2半導體元件
14‧‧‧貫通電極
15‧‧‧導電性球體
16‧‧‧填料
30a‧‧‧中介層
31‧‧‧通道
32‧‧‧側壁
33‧‧‧上壁
34‧‧‧下壁
36‧‧‧貫通電極
37、38‧‧‧導電性球體
40b‧‧‧積層模組
61a‧‧‧熱反射層
61b‧‧‧熱放射層

权利要求:
Claims (6)
[1] 一種積層模組，其特徵在於，具備：中介層；配置於前述中介層單側之1個以上之第1半導體元件；以及配置於前述中介層之與前述第1半導體元件相反側之1個以上之第2半導體元件；前述中介層具有：具有流體流動之通道之本體、以及配置於該本體之區劃前述通道之內壁之既定區域之熱放射層及熱反射層之至少一方。
[2] 如申請專利範圍第1項之積層模組，其中，前述中介層之前述熱放射層配置於發熱量相對大之前述第1半導體元件之側。
[3] 如申請專利範圍第1項之積層模組，其中，前述中介層之前述熱反射層配置於發熱量相對小之前述第2半導體元件之側。
[4] 如申請專利範圍第1項之積層模組，其中，前述中介層之前述熱放射層配置於發熱量相對大之前述第1半導體元件之側，前述中介層之前述熱反射層配置於發熱量相對小之前述第2半導體元件之側。
[5] 一種中介層，其特徵在於，具備：具有流體流動之通道之本體；以及配置於前述本體之區劃前述通道之內壁之既定區域之熱放射層及熱反射層之至少一方。
[6] 如申請專利範圍第5項之中介層，其中，前述熱放射層配置於發熱量相對大之半導體元件之側，前述熱反射層配置於發熱量相對小之半導體元件之側。

类似技术:

公开号 | 公开日 | 专利标题

TW201304088A|2013-01-16|使用中介層之積層模組之構裝構造

JP5807220B2|2015-11-10|インターポーザ及びそれを用いた半導体モジュール

TWI247334B|2006-01-11|Three-dimensionally mounted semiconductor module and three-dimensionally mounted semiconductor system

JP2012138473A|2012-07-19|半導体デバイス・電子部品の実装構造

JP6162316B2|2017-07-12|冷却剤チャネルを有する積層ウェハ

US8937390B2|2015-01-20|Semiconductor device having a liquid cooling module

TWI405361B|2013-08-11|熱電元件及其製程、晶片堆疊結構及晶片封裝結構

US8436465B2|2013-05-07|Semiconductor device and method for manufacturing the semiconductor device

US10170392B2|2019-01-01|Wafer level integration for embedded cooling

KR20130059147A|2013-06-05|전력 모듈 패키지

Zhang et al.2013|Within-tier cooling and thermal isolation technologies for heterogeneous 3D ICs

EP1378154B1|2011-09-21|Electronic module including a cooling substrate with fluid dissociation electrodes and operating method thereof

JP2017525150A|2017-08-31|高効率熱経路を有する積層半導体ダイアセンブリおよび関連システム

TWI604578B|2017-11-01|Stacking module and interposer used therefor

US9263365B2|2016-02-16|Electronic component and electronic component cooling method

JP2010251427A|2010-11-04|半導体モジュール

TWM610767U|2021-04-21|晶片封裝組件

TW201308536A|2013-02-16|積層模組及使用於其之中介層

US11145566B2|2021-10-12|Stacked silicon package assembly having thermal management

JP2008153400A|2008-07-03|回路基板、その製造方法及び半導体装置

KR20120117411A|2012-10-24|냉각 장치

TWM541643U|2017-05-11|散熱件及具有散熱件之晶片封裝件

JPH07221234A|1995-08-18|半導体装置

同族专利:

公开号 | 公开日

TWI604578B|2017-11-01|

WO2012165594A1|2012-12-06|

CN103748682A|2014-04-23|

JP2012253106A|2012-12-20|

JP5799360B2|2015-10-21|

引用文献:

公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

JP3842759B2|2003-06-12|2006-11-08|株式会社東芝|三次元実装半導体モジュール及び三次元実装半導体システム|

JP4710460B2|2005-07-20|2011-06-29|株式会社村田製作所|セラミック多層基板、その製造方法、およびパワー半導体モジュール|

JP2007096252A|2005-08-29|2007-04-12|Kyocera Corp|液冷式回路基板および液冷式電子装置|

CN2901578Y|2006-05-22|2007-05-16|杨开艳|一种高效能cpu散热器|JP6540230B2|2015-05-26|2019-07-10|富士通株式会社|基板|

CN108293295B|2015-10-01|2020-09-04|奥特斯奥地利科技与系统技术有限公司|用于发热电子部件的承载和散热的电子部件载体|

CN112086417B|2020-10-28|2021-02-12|广东佛智芯微电子技术研究有限公司|一种高效散热的多芯片3d堆叠封装结构及封装方法|

法律状态:
2020-08-01| MM4A| Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees|

优先权:

申请号 | 申请日 | 专利标题

JP2011122906A|JP5799360B2|2011-05-31|2011-05-31|積層モジュール及びそれに用いるインターポーザ|

[返回顶部]