CN117043933A - 半导体装置、半导体装置的制造方法和电子设备 - Google Patents

半导体装置、半导体装置的制造方法和电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供：能够抑制半导体元件的温度上升、抑制翘曲的半导体装置；半导体装置的制造方法，其包括冷却介质密封步骤；以及包括该半导体装置的电子设备。该半导体装置包括半导体元件、粘合有半导体元件的基板、以及填充在利用粘合剂将半导体元件和基板互相粘合时形成的间隙中的冷却介质。该冷却介质包括液态金属、金属包覆小球、或液态金属和金属包覆小球。半导体装置被配置为通过将由半导体元件产生的热传递到外部的冷却介质来抑制上述温度上升。

Description

半导体装置、半导体装置的制造方法和电子设备
技术领域
本公开涉及一种在半导体封装中具有基于冷却介质的散热构造的半导体装置、一种具有冷却介质密封工序的半导体装置的制造方法、以及一种具有该半导体装置的电子设备。
背景技术
以往，随着半导体工艺的微型化和半导体元件的高速化，半导体元件的功耗增加，导致发热量增加。半导体元件的发热量增加导致诸如特性变动和可靠性劣化等问题。因此，半导体封装被要求有效地冷却半导体元件。
在半导体封装件中，在利用粘合剂将半导体元件层压在基板上的情况下，使用具有低热阻的银(Ag)膏以有效地冷却半导体元件。但是，银膏在固化后成为弹性模量高的金属体，并且与半导体元件的线性膨胀系数存在差异，从而半导体元件可能发生翘曲。这种翘曲影响半导体装置的特性。
因此，为了抑制半导体元件的翘曲，使用具有低弹性模量并且在低温下可固化的树脂。然而，由于树脂具有高热阻，所以由半导体元件产生的热不能有效地传递到基板和散热装置。因此，有必要采取措施来抑制半导体元件的温度上升，诸如设计通风路、安装散热器、或者利用冷却风扇强制冷却半导体元件。
专利文献1公开了一种固态成像装置，该固态成像装置包括中空封装件的封装体和设置在封装体的上表面上并且形成为具有大致阶梯状横截面的凹部的芯片存储部。该芯片存储部是能够将不同尺寸的半导体芯片放置于台阶的芯片存储部，并且芯片存储部包括连接部和盖子，连接部与放置于任一台阶的半导体芯片电连接，该盖子与上表面连接以对芯片存储部进行密封。
在该构造中，在将半导体芯片放置在芯片存储部的上部台阶上的情况下，与半导体芯片的下表面以及芯片存储部的底面接触的导热板被放置在芯片存储部的下部台阶上。通过这种布置，由于半导体芯片的热能够传递到封装体，因此半导体芯片的热能够被散发。
另外，使用具有能够放置在芯片存储部的下部台阶上的尺寸的缺陷半导体芯片作为导热板。通过这种布置，由于使用原本被废弃的缺陷半导体芯片，因此成本降低并且减少浪费。
专利文献2公开了一种用于解决以下问题的技术：在固态成像元件中，当将接合线接合至每个成像元件时，介于成像元件之间的粘合层通过按压而变形，在成像元件中发生倾斜，由此透镜与成像元件之间的距离变化，并且成像元件的光接收灵敏度降低。
具体地，将信号处理装置固定在基板上，将中间间隔件固定在信号处理元件上，将成像元件进一步固定在中间间隔件上，并且此后，执行引线接合。即，由于中间间隔件介于信号处理元件与成像元件之间，所以即使在执行配线接合时涂布按压力时，也可以抑制在信号处理元件和成像元件中发生倾斜。
在这种情况下，利用芯片接合膏将信号处理装置固定到基板上。另外，利用诸如银膏等芯片接合膏将中间隔离件固定在信号处理装置上。此外，成像元件利用无银低温芯片接合膏通过热固化固定到中间间隔件上。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开第2006-339291号
专利文献2：日本专利第3674777号
发明内容
本发明要解决的问题
然而，在专利文献1中描述的固态成像装置中，虽然放置与半导体芯片的下表面和芯片存储部的底面接触的导热板，但是关于半导体芯片的热量如何从芯片存储部的底面传递到导热板是不清楚的。
在专利文献2中描述的固态成像装置中，如在第[0034]段中描述的“使用诸如上述银膏等的芯片接合膏将中间间隔件21固定在信号处理元件3上”，使用银膏接合信号处理元件和中间间隔件。因此，无法从根本上解决传统问题。
本公开内容是鉴于上述问题而完成的，并且本公开内容目的在于提供一种通过使用弹性模量低且热传导率高的冷却介质来抑制半导体元件的温度上升并且抑制翘曲的半导体装置、包括冷却介质密封工序的半导体装置的制造方法以及包括该半导体装置的电子设备。
问题的解决方案
本公开内容是为了解决上述问题而做出的，并且其第一方面是一种半导体装置，包括：半导体元件；基板，该半导体元件固定在该基板上；以及冷却介质，填充在半导体元件和基板互相固定时形成的间隙内。
另外，在该第一方面中，冷却介质可以是液态金属。
另外，在该第一方面中，冷却介质可以是金属包覆小球。
另外，在该第一方面中，冷却介质可以是液态金属和金属包覆小球。
另外，在该第一方面中，填充在该间隙内的冷却介质可以被布置在半导体元件的发热源的下方。
另外，在该第一方面中，该间隙可以由基板、半导体元件和为了固定基板和半导体元件而涂布至半导体元件的整个周缘的粘合剂形成，并且沿着该粘合剂的内周在基板的上表面覆盖低表面张力材料。
另外，在该第一方面中，该间隙可以由基板、半导体元件和为了固定基板和半导体元件而涂布至半导体元件的整个周缘的粘合剂形成，并且具有低于粘合剂的厚度的高度的间隔可以沿着粘合剂的内周从基板的上表面突出。
另外，在该第一方面中，可以在基板的下表面设置排热机构。
本公开内容的第二方面是一种半导体装置的制造方法，包括：以包围基板上布置有冷却介质的区域的方式涂布粘合剂；将冷却介质注入由粘合剂包围的区域中；和将半导体元件粘接至所述粘合剂上。
另外，在该第二方面中，注入到包围的区域中的冷却介质可以是液态金属。
另外，在该第二方面中，注入到包围的区域中的冷却介质可以是金属包覆小球。
另外，在该第二方面中，注入到包围的区域中的冷却介质可以是液态金属和金属包覆小球。
本公开内容的第三方面是一种半导体装置的制造方法，包括：以包围基板上布置有冷却介质的区域的方式涂布粘合剂；将半导体元件粘接至粘合剂上；将冷却介质注入由基板、粘合剂和半导体元件形成的间隙中；以及对该间隙进行密封。
另外，在该第三方面中，注入到该间隙中的冷却介质可以是液态金属。
另外，在该第三方面中，注入到该间隙中的冷却介质可以是金属包覆小球。
另外，在该第三方面中，注入到该间隙中的冷却介质可以是液态金属和金属包覆小球。
本公开内容的第四方面是一种半导体装置的制造方法，包括：将金属包覆小球放置在设置在基板上的多个凹部上；以包围布置的金属包覆小球的方式涂布粘合剂；以及将半导体元件粘接至粘合剂上。
本公开内容的第五方面是一种半导体装置的制造方法，包括：将金属包覆小球放置在布置在基板上的多个焊接焊盘上；焊接放置的金属包覆小球；以包围放置的金属包覆小球的方式涂布粘合剂；以及将半导体元件粘接至粘合剂上。
本公开内容的第六方面是一种半导体装置的制造方法，包括：将金属包覆小球放置在布置在半导体元件的下表面上的多个焊盘上；焊接放置的金属包覆小球；在将焊接有金属包覆小球的半导体元件的表面放置在基板上时，以包围所述金属包覆小球的方式将粘合剂涂布至半导体元件的下表面或者基板上；以及将焊接有金属包覆小球的半导体元件的表面粘贴在粘合剂上。
另外，第四方面至第六方面还可以包括：将液态金属注入到由基板、半导体元件和以包围金属包覆小球的方式涂布的粘合剂形成的间隙中。
本公开内容的第七方面是一种具有半导体装置的电子设备，该半导体装置包括：半导体元件；基板，该半导体元件固定在该基板上；以及冷却介质，填充在半导体元件和基板互相固定时形成的间隙内。
根据上述方面，能够提供一种半导体装置、一种具有冷却介质密封工序的半导体装置的制造方法以及一种具有该半导体装置的电子设备。
附图说明
图1是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式的基本形式的截面图和平面截面图。
图2是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式的变形例1的平面截面图。
图3是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式的变形例2的平面截面图。
图4是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式的变形例3的平面截面图。
图5是在根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中使用的冷却介质的外部透视图。
图6是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式的基本形式的截面图和平面截面图。
图7是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式的变形例1的平面截面图。
图8是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式的变型例2的平面截面图。
图9是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式的变型例3的平面截面图。
图10是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式的基本形式的截面图和平面截面图。
图11是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之一)。
图12是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之二)。
图13是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之三)。
图14是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之四)。
图15是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之一)。
图16是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之二)。
图17是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之三)。
图18是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之四)。
图19是根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之五)。
图20是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之一)。
图21是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之二)。
图22是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之三)。
图23是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之四)。
图24是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之一)。
图25是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之二)。
图26是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之三)。
图27是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之四)。
图28是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之五)。
图29是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例的工序说明图(之一)。
图30是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例的工序说明图(之二)。
图31是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例的工序说明图(之三)。
图32是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例的工序说明图(之四)。
图33是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例的工序说明图(之五)。
图34是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例的工序说明图(之一)。
图35是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例的工序说明图(之二)。
图36是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例的工序说明图(之三)。
图37是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例的工序说明图(之四)。
图38是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例的工序说明图(之五)。
图39是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例的工序说明图(之六)。
图40是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第五示例的工序说明图(之一)。
图41是根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第五示例的工序说明图(之二)。
图42是表示本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第五示例的工序说明图(之三)。
图43是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之一)。
图44是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之二)。
图45是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之三)。
图46是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之四)。
图47是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例的工序说明图(之五)。
图48是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之一)。
图49是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之二)。
图50是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之三)。
图51是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之四)。
图52是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之五)。
图53是根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图(之六)。
图54是根据本公开内容的半导体装置的第四实施方式的截面图。
图55是根据本公开内容的半导体装置的冷却介质密封构造的说明图(之一)。
图56是根据本公开内容的半导体装置的冷却介质密封构造的说明图(之二)。
图57是根据本公开内容的半导体装置的冷却介质密封构造的说明图(之三)。
图58是包括根据本公开内容的半导体装置的电子设备的框图。
具体实施方式
接着，将参考附图按照以下顺序描述用于执行本公开的模式(在下文中，称为“实施方式”)。在以下附图中，相同或相似的部分由相同或相似的附图标记表示。但是，附图是示意性的，并且各个部分的尺寸比等不一定与实际的尺寸比一致。另外，附图当然也包含互相的尺寸关系、比率不同的部分。
1.根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式
2.根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式
3.根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式
4.根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序
5.根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序
6.根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序
7.根据本公开内容的半导体装置的第四实施方式
8.根据本公开内容的半导体装置的冷却介质密封构造
9.包括根据本公开内容的半导体装置的电子设备
<1.根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式>
[第一实施方式的基本形式]
图1的A是根据本公开内容的半导体装置100的第一实施方式的基本形式的沿着线Y-Y截取的侧截面图，并且图1的B是沿着其线X-X截取的平面截面图(在下文中，除非另有规定，否则它们被分别称为“截面图”和“平面图”)。在本实施方式中，使用液态金属10作为半导体元件1的冷却介质。
如图1的A和图1的B所示，半导体装置100通过利用粘合剂3将半导体元件1接合在基板2上来配置。即，粘合剂3以大致正方形形状涂布至半导体元件1的周缘上，并且与基板2接合。然后，如图1所示，在基板2与半导体元件1之间，由以大致正方形形状涂布的粘合剂3包围而形成的空隙6被液态金属10填充。
在图1的A和图1的B中，诸如CMOS传感器或CCD的固态成像元件被描述为半导体元件1的示例。然而，半导体元件1不限于固态成像元件，并且可以是逻辑、存储器、微型计算机等。注意，以下将作为示例描述固态成像元件。
在半导体元件1的上表面的周缘布置有多个电极焊盘5。另外，在半导体元件1的外周的基板2上布置有多个基板焊盘4。该基板焊盘4可以是包含铜(Cu)布线图案的焊盘。然后，电极焊盘5和基板焊盘4通过诸如金线(Au)的接合线7互相连接。
注意，为了避免复杂化，该图中的接合线7仅在图1的A的截面图中描述，并且其描述在图1的B的平面图中省略(这同样适用于下文)。
在基板2中，接合并固定半导体元件1，形成布线层，并且将半导体元件1的输入/输出信号连接到外部。基板2可以是硅(Si)基板或插入基板。
作为液态金属10，汞(Hg)是众所周知的，并且可以用作冷却介质。然而，从环境问题的方面来看，期望使用其他材料。镓铟锡合金(Galinstan)已知为其他的液态金属10。镓铟锡合金为镓(Ga)、铟(In)和锡(Sn)的共晶合金，并且常温下液体的金属组成为68.5％的镓、21.5％的铟和10％的锡。另外，在其他常温下，与其他液态金属相比，毒性低，蒸气压低，即使暴露于高温也不会气化。此外，由于熔点为-19℃，因此在常温下维持液体状态。另外，热传导率是16.5W/m·K，并且它具有热传递特性。
由于本实施方式如上述配置，因此半导体元件1与基板2的粘合度得以维持，并且布置在半导体元件1的正下方的液态金属10向基板2传递由半导体元件1产生的热。因此，伴随半导体元件1的发热的温度上升被抑制。另外，由于是液体，因此弹性模量低。因此，因为液态金属10减轻了由于粘附而产生的应力，所以能够防止在使用传统金属膏的情况下产生的半导体元件1的翘曲。
根据本公开内容的第一实施方式的基本形式的配置和效果如上所述。
[第一实施方式的变形例1]
图2是根据本公开内容的半导体装置100的第一实施方式的变形例1的平面图。截面图与图1的A的截面图大致相同，并且因此被省略。另外，除了每个实施方式的基本形式之外，省略金属焊盘4的描述，以避免复杂化(这同样适用于下文)。如图2所示，在基板2中，将粘合剂3以大致正方形形状涂布至半导体元件1的接合面的周缘上。然后，此外，在被涂布为大致正方形形状的粘合剂3包围的区域中，将粘合剂3以大致小正方形涂布至两个部位。然后，可以将液态金属10密封在发热源正下方的空隙6中，该空隙6是由以大致小正方形涂布的粘合剂3包围的区域。
以这样的配置，在半导体元件1的接合面上的发热部位不均匀、并且发热源存在于特定的部位的情况下，能够将液态金属10密封在空隙6中，该空隙6是发热源正下方的由以大致小正方形涂布的粘合剂3包围的区域，并且液态金属10不需要被密封在其他部位。这使得能够节省使用的液态金属10的量。注意，在该图中，粘合剂3以大致正方形形状涂布至两个部位，但也可以涂布至三个或更多个部位。
[第一实施方式的变形例2]
图3是根据本公开内容的半导体装置100的第一实施方式的变形例2的平面图。截面图与图1的A的截面图大致相同，并且因此被省略。如图3所示，将粘合剂3以大致正方形形状涂布至半导体元件1的接合面的周缘。然后，此外，在被涂布为大致正方形形状的粘合剂3包围的区域中，以大致正方形形状将粘合剂3涂布至两个部位。然后，将液态金属10密封在空隙6中，该空隙6是由以大致小正方形涂布的粘合剂3包围的区域。另外，将粘合剂3涂布至液态金属10未注入的区域的整个表面并且接合。
以这样的配置，在半导体元件1的接合面上的发热部位不均匀、并且发热源存在于特定的部位的情况下，能够将液态金属10注入到空隙6中，该空隙6是发热源正下方的由以大致小正方形涂布的粘合剂3包围的区域，并且粘合剂3可以涂布至其他部位的整个表面并且接合。这使得能够加强粘合力并且能够节省使用的液态金属10的量。注意，在该图中，粘合剂3以大致正方形形状涂布至两个部位，但也可以涂布至三个或更多个部位。
[第一实施方式的变形例3]
图4是根据本公开内容的半导体装置100的第一实施方式的变形例3的平面图。截面图与图1的A的截面图大致相同，并且因此被省略。如图4所示，将粘合剂3以其中周缘部分为大致X形、或者为大致C形的背面连接的形状涂布至半导体元件1的下表面。然后，在由大致X形或大致C形的背面连接的形状的粘合剂3的左右圆弧包围的区域内，以大致小正方形涂布粘合剂3。然后，液态金属10被密封在空隙6中，空隙6是以大致小正方形包覆并包围的区域。另外，没有以大致正方形形状涂布粘合剂3的区域被接合，使得外部空气可以进出。
以这样的配置，在半导体元件1的接合面上的发热部位不均匀、并且发热源存在于特定的部位的情况下，能够将液态金属10注入到空隙6中，该空隙6是发热源正下方的由以大致小正方形涂布的粘合剂3包围的区域，其他部位可以被接合使得外部空气进出。因此，外部空气能够流入半导体元件1和基板2的接合面之间的空隙6，使得能够期待通过对流的散热效果。另外，能够节省液态金属10的使用量。注意，在该图中，粘合剂3以大致正方形形状涂布至两个部位，但也可以涂布至三个或更多个部位。
<2.根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式>
[第二实施方式的基本形式]
图6是根据本公开内容的半导体装置100的第二实施方式的基本形式的截面图和平面图。在本实施方式中，使用金属包覆小球20作为半导体元件1的冷却介质。
如图6所示，半导体装置100通过利用粘合剂3将半导体元件1接合在基板2上来配置。即，粘合剂3以大致正方形形状涂布至半导体元件1的周缘上，并且与基板2接合。然后，如图6所示，在基板2与半导体元件1之间，在以大致正方形形状涂布的粘合剂3包围而形成的空隙6中密封大量的金属包覆小球20。
在图6中，类似于第一实施方式，诸如CMOS传感器或CCD的固态成像元件被描述为半导体元件1的示例。然而，半导体元件1不限于固态成像元件，并且可以是逻辑、存储器、微型计算机等。
在下文中，将使用固态成像元件作为示例来描述半导体元件1。但是，由于半导体元件1的基本配置类似于实施方式1中，因此省略其说明，并且说明不同点。
如图5所示，金属包覆小球20是形成为小球形的单分散颗粒并具有10至800μm的粒径。金属包覆小球20的芯21是用作芯的部分，并且包括小球状硅橡胶。芯21的表面被聚酰亚胺膜(polyimide film)22覆盖以形成壳。此外，聚酰亚胺膜22的表面覆盖有具有导电性和导热性的金属膜23。金属膜23包括诸如铜(Cu)、锡(Sn)、银(Ag)或金(Au)的金属，并且导电性和导热性优异。由于金属包覆小球20如上所述配置，所以其具有弹性，并且在受到外力时变形为大致平坦的形状。
在本实施方式中，由于如上所述配置，因此半导体元件1与基板2的粘合度得以维持，并且布置在半导体元件1的正下方的金属包覆小球20向基板2传递由半导体元件1产生的热，从而抑制半导体元件1的温度上升。另外，由于金属包覆小球20在受到外力时变形，因此金属包覆小球20变形以释放由粘附产生的应力。因此，能够防止在使用传统金属膏的情况下产生的半导体元件1的翘曲。另外，即使半导体元件1和基板2之间的间隔不均匀，也没有问题。
根据本公开内容的第二实施方式的基本形式的配置和效果如上所述。
[第二实施方式的变形例1]
图7是根据本公开内容的半导体装置100的第二实施方式的变形例1的平面图。截面图与图6的A中的截面图大致相同，并且因此被省略。如图7所示，在基板2中，在半导体元件1的接合面的周缘大致方形地涂布有粘合剂3。然后，此外，在被涂布为大致正方形形状的粘合剂3包围的区域中，将粘合剂3以大致小正方形涂布至两个部位。然后，将金属包覆小球20密封在空隙6中，该空隙6是由以大致小正方形涂布的粘合剂3包围的区域。
注意，第二实施方式的变形例1的效果类似于第一实施方式的变形例1的效果，并且因此将省略其描述。
[第二实施方式的变形例2]
图8是根据本公开内容的半导体装置100的第二实施方式的变型例2的平面图。截面图与图6的A的截面图大致相同，并且因此被省略。如图8所示，将粘合剂3以大致正方形形状涂布至半导体元件1的接合面的周缘。然后，此外，在被涂布为大致正方形形状的粘合剂3包围的区域中，以大致正方形形状将粘合剂3涂布至两个部位。然后，将金属包覆小球20密封在空隙6中，该空隙6是由以大致小正方形涂布的粘合剂3包围的区域。另外，将粘合剂3涂布至金属包覆小球20未注入的区域的整个表面并且接合。
注意，第二实施方式的变形例2的效果与第一实施方式的变形例2的效果类似，并且因此将省略其描述。
[第二实施方式的变形例3]
图9是根据本公开内容的半导体装置100的第二实施方式的变型例3的平面图。截面图与图6的A的截面图大致相同，并且因此被省略。如图9所示，将粘合剂3以其中周缘部分为大致X形、或者为大致C形的背面连接的形状涂布至半导体元件1的下表面。然后，在由大致X形或大致C形的背面连接的形状的粘合剂3的左右圆弧包围的区域内，以大致小正方形涂布粘合剂3。然后，将金属包覆小球20密封在空隙6中，该空隙6是以大致小正方形包覆并包围的区域。另外，没有以大致正方形形状涂布粘合剂3的区域被接合，使得外部空气可以进出。
注意，第二实施方式的变形例3的效果类似于第一实施方式的变形例3的效果，因此将省略其描述。
<3.根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式>
[第三实施方式的基本形式]
图10是根据本公开内容的半导体装置100的第三实施方式的基本形式的截面图和平面图。在本实施方式中，使用液态金属10和金属包覆小球20两者作为半导体元件1的冷却介质。
如图10所示，半导体装置100通过利用粘合剂3将半导体元件1接合在基板2上来配置。即，粘合剂3以大致正方形形状涂布至半导体元件1的周缘上，并且与基板2接合。然后，如图10所示，在基板2与半导体元件1之间，在以大致正方形形状涂布的粘合剂3包围而形成的空隙6中密封大量的金属包覆小球20，并且在金属包覆小球20之间的间隙6a中填充液态金属10。
上述以外的半导体元件1和液态金属10的基本配置与第一实施方式中的相同，并且金属包覆小球20与第二实施方式中的相同，并且因此省略其说明。
在本实施方式中，由于如上所述配置，因此半导体元件1与基板2的粘合度得以维持，并且布置在半导体元件1的正下方的金属包覆小球20向基板2转移由半导体元件1产生的热。同样地，填充金属包覆小球20之间的间隙6a的液态金属10向基板2转移半导体元件1产生的热。因此，伴随半导体元件1的发热的温度上升被抑制。另外，由于液态金属10和金属包覆小球20减轻了由于粘附而产生的应力，所以可以防止在使用传统金属膏的情况下产生的半导体元件1的翘曲。
根据本公开内容的第三实施方式的基本形式的配置和效果如上所述。
[第三实施方式的变形例1]
根据本公开内容的半导体装置100的第三实施方式的变形例1等效于在图7中示出的第二实施方式的变形例1的平面图中金属包覆小球20之间的间隙6a填充有液态金属10的情况。另外，截面图与图6的A的截面图大致相同，并且因此被省略。
另外，第三实施方式的变形例1的效果类似于通过将液态金属10的效果添加至第二实施方式的变形例1的效果而获得的效果，因此将省略其描述。
[第三实施方式的变形例2]
根据本公开内容的半导体装置100的第三实施方式的变形例2等效于在图8中示出的第二实施方式的变形例2的平面图中金属包覆小球20之间的间隙6a填充有液态金属10的情况。此外，截面图与图6的A的截面图大致相同，并且因此被省略。
此外，第三实施方式的变形例2的效果类似于通过将液态金属10的效果添加至第二实施方式的变形例2的效果而获得的效果，因此将省略其描述。
[第三实施方式的变形例3]
根据本公开内容的半导体装置100的第三实施方式的变形例3等效于在图9所示的第二实施方式的变形例3的平面图中金属包覆小球20之间的间隙6a填充有液态金属10的情况。此外，截面图与图6的A的截面图大致相同，并且因此被省略。
此外，第三实施方式的变形例3的效果类似于通过将液态金属10的效果添加至第二实施方式的变形例3的效果而获得的效果，因此将省略其描述。
<4.根据本公开内容的半导体装置的第一实施方式中的冷却介质密封工序>
[第一实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例进行说明。图11至图14是将作为本实施方式中的冷却介质的液态金属10进行密封的工序的第一示例的工序说明图。注意，密封工序的第一示例对于上述半导体装置100的第一实施方式的基本形式和变形例1至变形例3是共同的。在以下的冷却介质密封工序的各个示例中，也同样适用。
首先，如图11所示，使用粘合剂涂布装置31沿着基板2的上表面的周缘以大致正方形形状涂布粘合剂3。
接着，如图12所示，使用液态金属注入装置32将液态金属10注入到通过将粘合剂3涂布至基板2上而形成的大致正方形区域中。
接着，如图13所示，将半导体元件1放置并粘接至涂布的粘合剂3的上表面。
接着，如图14所示，形成在半导体元件1上的电极焊盘5和形成在基板2上的基板焊盘4通过诸如金线(Au)的接合线7互相连接。这完成了液态金属10的密封和半导体装置100的组装。
通过以上工序，可以将液态金属10密封在半导体元件1和半导体装置100的基板2之间的空隙6中，以形成热导体。由此，能够向基板2转移由半导体元件1产生的热，以抑制半导体元件1的温度上升。
[第一实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第一实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例进行说明。图15至图19是本实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图。
首先，如图15所示，使用粘合剂涂布装置31沿着基板2的上表面的周缘以大致C形或大致U形涂布粘合剂3。即，如该图所示，假设未将粘合剂3涂布至半导体元件1的一个长边。
接着，如图16的半导体元件1和基板2的外观的截面图和俯视图所示，将半导体元件1放置并粘接至粘合剂3的上表面。通过这种粘附，如图16所示，通过半导体元件1和基板2封闭以大致U形涂布的粘合剂3的三边，并且在未涂布有粘合剂3的半导体元件1的长边形成空隙6的开口6b。注意，在外观的平面图中，省略布置在作为固态成像元件的半导体元件1的上表面上的盖玻璃等的描述。在下文中，这同样适用于前视图。
接着，如图17所示，通过粘附而整合的半导体元件1与基板2倾斜，使得半导体元件1的长边开口的空隙6的开口6b朝向上方。然后，使用液态金属注入装置32通过空隙6的开口6b将液态金属10注入到半导体元件1与基板2之间的空隙6中。注意，倾斜的角度通常为90°，但不限于此，并且仅需要根据注入工作的容易程度来确定。例如，它可以是60°。这同样适用于下文。
接着，将密封粘合剂3a涂布至空隙6的开口6b。因此，如图18中的外观的截面图和平面图所示，液态金属10被密封在基板2与半导体元件1之间形成的大致正方形的空隙6中。
接着，在图19中，以与参照图14描述的方式类似的方式，通过利用接合线7执行连接来完成金属包覆小球20的密封和半导体装置100的组装。
通过上述工序，液态金属10可以密封在半导体元件1和半导体装置100的基板2之间的空隙6中，以形成热导体。由此，能够向基板2转移由半导体元件1产生的热，以抑制半导体元件1的温度上升。
此外，能够防止在使用传统金属膏的情况下产生的半导体元件1的翘曲的发生。
另外，由于通过倾斜通过粘附而整合的基板2和半导体元件1而从开口6b注入液态金属10，所以液态金属10几乎不会溢出，并且另外，容易确认以适当的量执行注入。此外，可以通过在开口部6b上涂布密封粘合剂3a执行密封，因此密封变得容易。
注意，在第二示例中，已经描述了在半导体元件1的整个长边上布置空隙6的开口6b的示例，但是如该图所示的开口6b不需要较大地开口。例如，开口6b可打开小孔，液态金属注入装置32的注入端口可以形成为薄的注入器针形并插入到开口6b中，并且然后可注入液态金属10。然后，当注入完成时，只要利用密封粘合剂3a对开口6b的小孔进行密封即可。
以这样的配置，能够容易地处理液态金属10，并且能够更容易地利用密封粘合剂3a进行密封。
<5.根据本公开内容的半导体装置的第二实施方式中的冷却介质密封工序>
[第二实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第一实施方式进行说明。图20至图23是将作为本实施方式中的冷却介质的金属包覆小球20进行密封的工序的第一示例的工序说明图。
首先，如图20所示，使用粘合剂涂布装置31沿着基板2的上表面的周缘以大致正方形形状涂布粘合剂3。
接着，如图21所示，使用小球注入装置33将金属包覆小球20注入到通过将粘合剂3涂布至基板2上而形成的大致正方形区域中。
接着，如图22所示，将半导体元件1放置并粘接至涂布的粘合剂3的上表面。
接着，在图23中，以与参照图14描述的方式类似的方式，通过接合线7执行连接来完成金属包覆小球20的密封和半导体装置100的组装。
通过以上工序，可以将金属包覆小球20密封在半导体元件1和半导体装置100的基板2之间的空隙6中，以形成热导体。由此，能够向基板2转移由半导体元件1产生的热，以抑制半导体元件1的温度上升。
[第二实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例进行说明。图24至图28是本实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图。
首先，如图24所示，使用粘合剂涂布装置31沿着基板2的上表面的周缘以大致C形或大致U形涂布粘合剂3。即，如该图所示，假设未将粘合剂3涂布至半导体元件1的一个长边。
接着，如图25所示，将半导体元件1放置并粘接至所涂布的粘合剂3的上表面。通过这种粘附，如图25所示，通过半导体元件1和基板2封闭以大致U形涂布的粘合剂3的三边，并且在未涂布有粘合剂3的半导体元件1的长边形成空隙6的开口6b。
接着，如图26所示，类似于参照图17的说明，通过粘附而整合的半导体元件1和基板2倾斜，使得半导体元件1的长边开口的空隙6的开口6b朝向上方。然后，使用小球注入装置33通过空隙6的开口6b将金属包覆小球20注入到半导体元件1和基板2之间的空隙6中。
接着，将密封粘合剂3a涂布至空隙6的开口6b。因此，如图27中的外观的截面图和平面图所示，金属包覆小球20被密封在基板2与半导体元件1之间形成的大致正方形的空隙6中。
接着，在图28中，以与参照图14描述的方式类似的方式，通过利用接合线7执行连接来完成金属包覆小球20的密封和半导体装置100的组装。
通过以上工序，金属包覆小球20可以密封在半导体元件1和半导体装置100的基板2之间的空隙6中，以形成热导体。由此，能够向基板2转移由半导体元件1产生的热，以抑制半导体元件1的温度上升。另外，其他效果类似于第一实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的情况，因此省略其说明。
[第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例进行说明。在第三示例中，在基板2上的将固定金属包覆小球20的布置位置处预先设置大致半球形的凹部2a。图29至图33是表示本实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例的工序说明图。注意，图29至图32的截面图是基板2的布置了金属包覆小球20的部分的放大图。
首先，如图29所示，预定数量的大致半球形的凹部2a设置在基板2的上表面上，以便预先固定金属包覆小球20设置在基板2上的位置。
接着，如图30所示，预定数量的金属包覆小球20被小球放置夹具34夹持并且被布置在设置在基板2的上表面上的大致半球形的凹部2a上。
接着，如图31所示，小球放置夹具34释放预定数量的夹持的金属包覆小球20并且将它们放置在设置在基板2的上表面上的大致半球形的凹部2a上。然后，使用粘合剂涂布装置31沿着放置在基板2的上表面上的金属包覆小球20的周缘以大致正方形形状涂布粘合剂3。
接着，如图32的外观的截面图和俯视图所示，将半导体元件1放置并粘接至涂布的粘合剂3的上表面。
接着，在图33中，以与参照图14描述的方式类似的方式，通过接合线7执行连接来完成金属包覆小球20的密封和半导体装置100的组装。注意，在本实施方式中，说明了其中将金属包覆小球20放置在设置于基板2的上表面的大致半球形状的凹部2a上的示例，但也可以将金属包覆小球20粘接至凹部2a上。
通过以上工序，可以将金属包覆小球20密封在半导体元件1和半导体装置100的基板2之间的空隙6中，以形成热导体。由此，能够向基板2转移由半导体元件1产生的热，以抑制半导体元件1的温度上升。
另外，如本实施方式那样，通过提前将金属包覆小球20粘接至基板2，能够在发热源的附近区域的正下方可靠地布置所需数量的金属包覆小球20。因此，能够控制抑制温度升高的效果，并且能够在不导致变化的情况下以最小的所需数量获得最佳效果。
[第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例进行说明。在第四示例中，在基板2上的金属包覆小球20的布置位置处预先布置焊接焊盘2b，并且通过焊接固定焊接焊盘2b。图34至图39是表示本实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例的工序说明图。注意，图34至图38的截面图是基板2的布置了金属包覆小球20的部分的放大图。
首先，如图34所示，预定数量的焊接焊盘2b形成在基板2的上表面上，以便预先固定金属包覆小球20设置在基板2上的位置。
接着，如图35所示，根据焊接焊盘2b的布置，用于将膏状焊料(也称为“焊膏”)40涂布至焊接焊盘2b的金属掩模35紧密地固定至基板2的上表面。然后，使用滚轴(squeegee)36经由金属掩模35将膏状焊料40涂布至焊接焊盘2b。
具体地，金属掩模35是用于将膏状焊料涂布至当执行通过回流的焊接时使用的焊接焊盘2b的位置的掩模(夹具)。在金属掩模35中，在金属薄板上钻有与焊接焊盘2b的位置和形状相匹配的掩模孔35a。然后，通过使用称为滚轴36的刷子将膏状焊料40涂布至金属掩模35，将已穿过掩模孔35a的膏状焊料40涂布至基板2的焊接焊盘2b。
注意，为了便于描述，该图示出了涂布膏状焊料40的途中升高金属掩模35的状态。
接着，如图36所示，预定数量的金属包覆小球20由焊接夹具37夹持，并且被布置在涂布有焊膏40的基板2的焊接焊盘2b上。
接着，如图37所示，焊接夹具37释放预定数量的夹持的金属包覆小球20并且将它们放置在涂布至基板2的上表面的膏状焊料40上。然后，将金属包覆小球20穿过回流炉(未示出)焊接至焊接焊盘2b。注意，焊接夹具37也可以在分离的状态下穿过回流炉。可替代地，可以在附接的状态下穿过回流炉。
当完成焊接并且将基板2冷却至常温时，使用粘合剂涂布装置31沿着放置在基板2的上表面上的金属包覆小球20的周缘以大致正方形形状涂布粘合剂3。
接着，如图38的剖视图及外观平面图所示，将半导体元件1放置并粘接至涂布的粘合剂3的上表面。
接着，在图39中，以类似于参照图14所描述的方式，通过接合线7执行连接来完成金属包覆小球20的密封和半导体装置100的组装。
通过以上工序，可以将金属包覆小球20密封在半导体元件1和半导体装置100的基板2之间的空隙6中，以形成热导体。由此，能够向基板2转移由半导体元件1产生的热，以抑制半导体元件1的温度上升。另外，其他效果类似于第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例的情况，因此省略其说明。
[第二实施方式中的冷却介质密封工序的第五示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第二实施方式中的冷却介质密封工序的第五示例进行说明。在第五实施方式中，在半导体元件1侧的下表面而不是在基板2侧形成焊接焊盘1b，并且金属涂层小球20被焊接以固定至半导体元件1侧的下表面。图40至图42是表示本实施方式中的冷却介质密封工序的第五实施方式的工序说明图。注意，图40至图42的截面图是半导体元件1的配置有金属包覆小球20的部分的放大图。
首先，如图40所示，预订数量的焊接焊盘1b形成在半导体元件1的下表面上，以便预先固定金属包覆小球20布置在半导体元件1的下表面上的位置。注意，在该图中，由于半导体元件1被倒置以便涂布膏状焊料40，所以下表面面向上方。
接着，使用金属掩模35将膏状焊料40涂布至焊接焊盘1b。此处，因为膏状焊料40的涂布方法类似于图35中所描述的，所以省略其描述。
接着，如图41所示，以类似于参照图36描述的方式，预定数量的金属包覆小球20由焊接夹具37夹持，并且被布置在涂布于半导体元件1的焊接焊盘1b上的焊膏40上。
接着，使放置有金属包覆小球20的半导体元件1穿过回流炉(未示出)，以将金属包覆小球20焊接于焊接焊盘1b。在焊接完成后，半导体元件1冷却到常温。通过回流焊接的工序类似于在图36和图37中描述的工序。
另外，与此并行地，在将焊接金属包覆小球20的半导体元件1的下表面放置于基板2上时，使用粘合剂涂布装置31将粘合剂3以大致正方形形状涂布于基板2上，从而能够以包围金属包覆小球20的方式粘接。
接着，如图42所示，将半导体元件1放置并粘接至涂布的粘合剂3的上表面。
接着，以类似于参照图14描述的方式，通过接合线7执行连接来完成金属包覆小球20的密封和半导体装置100的组装。
通过以上工序，可以将金属包覆小球20密封在半导体元件1和半导体装置100的基板2之间的空隙6中，以形成热导体。由此，能够向基板2转移由半导体元件1产生的热，以抑制半导体元件1的温度上升。另外，其他效果类似于第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例的情况，因此省略其说明。
<6.根据本公开内容的半导体装置的第三实施方式中的冷却介质密封工序>
[第三实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第一示例进行说明。图43至图47是将作为本实施方式中的冷却介质的液态金属10和金属包覆小球20进行密封的工序的第一示例的工序说明图。
首先，如图43所示，使用粘合剂涂布装置31沿着基板2的上表面的周缘以大致正方形形状涂布粘合剂3。
接着，如图44所示，使用小球注入装置33将金属包覆小球20注入到通过将粘合剂3涂布至基板2上而形成的大致正方形区域中。
接着，如图45所示，使用液态金属注入装置32将液态金属10注入到通过将粘合剂3涂布至基板2上而形成的大致正方形区域中。由此，在以大致正方形形状涂布的粘合剂3包围的区域中密封大量的金属包覆小球20，并且在金属包覆小球20之间的间隙6a中填充液态金属10。
接着，如图46所示，将半导体元件1放置并粘接至涂布的粘合剂3的上表面。
接着，在图47中，以类似于参照图14所描述的方式，通过接合线7执行连接来完成金属包覆小球20的密封和半导体装置100的组装。
通过上述工序，半导体元件1与基板2的粘合度得以维持，并且布置在半导体元件1的正下方的金属包覆小球20向基板2转移由半导体元件1产生的热。同样地，填充金属包覆小球20之间的间隙6a的液态金属10向基板2转移半导体元件1产生的热。因此，能够抑制半导体元件1的温度上升。此外，能够防止在使用传统金属膏的情况下产生的半导体元件1的翘曲。
[第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例进行说明。图48至图53是本实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的工序说明图。
首先，如图48所示，使用粘合剂涂布装置31沿着基板2的上表面的周缘以大致C形或大致U形涂布粘合剂3。即，如该图所示，假设未将粘合剂3涂布至半导体元件1的一个长边。
接着，如图49的剖视图及外观平面图所示，将半导体元件1放置并粘接至粘合剂3的上表面。通过这种粘接，如图49所示，通过半导体元件1和基板2封闭以大致U形涂布的粘合剂3的三边，并且在未涂布有粘合剂3的半导体元件1的长边形成空隙6的开口6b。
接着，如图50所示，类似于参照图26说明的方式，通过粘附而整合的半导体元件1和基板2倾斜，使得半导体元件1的长边开口的空隙6的开口6b朝向上方。然后，使用小球注入装置33通过空隙6的开口6b将金属包覆小球20注入到半导体元件1和基板2之间的空隙6中。
接着，如图51所示，以类似于参照图17所描述的方式，使用液态金属注入装置32通过开口6b注入液态金属10。由此，大量的金属包覆小球20被注入该空隙6内，并且在金属包覆小球20的间隙6a内填充液态金属10。
接着，将密封粘合剂3a涂布至空隙6的开口6b。因此，如图52中的外观的截面图和平面图所示，液态金属10和金属包覆小球20被密封在基板2与半导体元件1之间形成的大致正方形的空隙6中。
接着，在图53中，以类似于参照图14所描述的方式，通过利用接合线7执行连接来完成金属包覆小球20的密封和半导体装置100的组装。
通过上述工序，半导体元件1与基板2的粘合度得以维持，并且布置在半导体元件1的正下方的金属包覆小球20向基板2转移由半导体元件1产生的热。同样地，填充金属包覆小球20之间的间隙6a的液态金属10向基板2转移半导体元件1产生的热。因此，能抑制半导体元件1的温度上升。另外，其他效果类似于第一实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例的情况，因此省略其说明。
[第三实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例进行说明。第三示例可通过在第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例中在图32的工序与图33的工序之间增加类似于图51的工序中描述的注入液态金属10的工序来实现。
即，在图32的工序之后，通过粘附而整合的半导体元件1与基板2倾斜，使得半导体元件1的长边开口的空隙6的开口6b朝向上方。然后，使用液态金属注入装置32通过空隙6的开口6b注入液态金属10，并且当注入完成时，通过涂布密封粘合剂6a密封开口6b。由此，在通过在基板2上涂布粘合剂3而形成的大致正方形区域中密封大量的金属包覆小球20，并且在金属包覆小球20之间的间隙6a中填充液态金属10。
另外，通过在第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例中的图31的工序与图32的工序之间增加与在图45的工序中描述的工序相似的注入液态金属10的工序，可以实现该工序。
在下文中，如图33所示，通过在第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例中的接合线7执行连接，完成液态金属10和金属包覆小球20的密封以及半导体装置100的组装。
第三示例的效果类似于第二实施方式中的冷却介质密封工序的第三示例和第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例，因此省略其说明。
[第三实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例]
接着，将对根据本公开内容的半导体装置100的第三实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例进行说明。第四示例可以通过在第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例中在图38的工序与图39的工序之间增加类似于图51的工序中描述的注入液态金属10的工序来实现。
即，在图38的工序之后，通过粘附而整合的半导体元件1与基板2倾斜，使得半导体元件1的长边开口的空隙6的开口6b朝向上方。然后，使用液态金属注入装置32通过空隙6的开口6b注入液态金属10，并且当注入完成时，通过涂布密封粘合剂6a密封开口6b。由此，在通过在基板2上涂布粘合剂3而形成的大致正方形区域中密封多个金属包覆小球20，并且在金属包覆小球20之间的间隙6a中填充液态金属10。
另外，通过在第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例中图37的工序与图38的工序之间增加与在图45的工序中描述的工序相似的注入液态金属10的工序，可以实现该工序。
在下文中，如图39所示，通过在第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例中的接合线7执行连接，完成液态金属10和金属包覆小球20的密封以及半导体装置100的组装。
第四示例的效果类似于第二实施方式中的冷却介质密封工序的第四示例和第三实施方式中的冷却介质密封工序的第二示例，因此省略其说明。
<7.根据本公开内容的半导体装置的第四实施方式>
图54是根据本公开内容的半导体装置100的第四实施方式的截面图。在本实施方式中，在第一实施方式至第三实施方式中描述的半导体装置100中，加入了排热机构26。即，进一步将排热机构26加入至使用液态金属10、金属包覆小球20、或者液态金属10和金属包覆小球20作为半导体元件1的冷却介质的半导体装置100。
具体地，如图54所示，排热机构26设置在半导体装置100的下表面上。排热机构26例如是热渣(heat slag)或帕尔贴(Peltier)元件。在基板2中，热通路27和铜嵌层28布置在半导体元件1的发热源的正下方。然后，液态金属10、金属包覆小球20等将半导体元件1的热转移至热通路27和铜镶嵌件28，并且热通路27和铜镶嵌件28将热量进一步转移至排热机构26。因此，能够高效地转移热量，从而能够进一步抑制半导体元件1的温度上升。
<8.根据本公开内容的半导体装置的冷却介质密封构造>
根据本公开内容的半导体装置100和冷却介质密封工序的配置如上所述。然而，当在半导体元件1和基板2之间的空隙6中密封冷却介质时，可能发生以下问题。
第一部分是冷却介质的量太小的情况。在这种情况下，由于空气插入在半导体元件1和基板2之间的空隙6中，并且不能指定空气的位置，所以热传导率降低或变化，并且抑制温度升高的效果被抑制。第二部分是冷却介质的量太大的情况。在这种情况下，由于周围温度的升高或半导体元件1的发热，冷却介质膨胀，并且由于其压力导致粘合剂3发生剥离或开裂。金属包覆小球20具有弹性，在受到外力时不易剥离或破裂。然而，在液态金属10的情况下，其体积膨胀或收缩会造成问题。
因此，作为液态金属10的情况下的问题的对策，半导体元件1和基板2之间的空隙6优选具有以下配置。
首先，第一部分是使用表面张力的构造，如图55所示。在图55的A中，在粘合剂3与液态金属10之间的空隙6中形成用于空气的空间11(在图中，未示出半导体元件1)。通过形成这样的空间11，液态金属10能够通过维持其高度而与设置在粘合剂3的上部的半导体元件1的下表面紧密接触。注意，这是用于根据本公开内容的半导体装置100的第一实施方式和第三实施方式中的对策。
这里，在液态金属10的体积由于温度升高而膨胀的情况下，液态金属10在空隙6中沿平面方向延伸，并且因此压缩空间11中的空气。随着空气被压缩，体积减小并且空气压力增加。然而，由于空气的压缩引起的空间11中的空气压力的增加不足以引起粘合剂3的剥离或开裂。
另一方面，在温度降低的情况下，液态金属10的体积收缩，并且空间11中的空气被减压。空间11内的空气压力由于被减压而减小，但类似地，这种情况也不导致问题。这里，在液态金属10的表面张力太小的情况下，可能存在不能形成图55的A中所示的空间11的问题。
因此，将更详细地描述表面张力的使用。图55的B是表示表面张力的平衡状态的说明图。在图中，用γSL表示滴下了液态金属10的基板2的表面2c的表面张力，用γS表示未滴下液态金属10的基板2的表面2d的表面张力，并且用γL表示液态金属10的表面张力。当液态金属10保持在附图中的状态时，
下列杨氏方程成立。
γS＝γL×cosθ+γSL
满足该方程的条件是γL>γS。即，在固体表面的表面张力γS小于液体的表面张力γL的情况下，发生液体排斥并且变成大致球形的现象。即，为了通过排斥液态金属10来使基板2的表面2d为大致球形，仅需要使用具有比表面2的表面张力γS大的表面张力γL的液态金属10。例如，水银具有485.5mN/m的非常大的表面张力值，并且因此具有大致球形的形状。因此，可以容易地形成空间11。
相反，在使用不具有如水银的大表面张力的液态金属10的情况下，作为对策，仅需要使基板2的表面2d的表面张力小于液态金属10的表面张力。例如，在基板2的表面2d上涂覆具有小表面张力的特氟隆(注册商标)基材料的氟基材料(10至25mN/m)是有效的。通过进行这样的处理，表面张力比表面2d大的液态金属10在形成空间11的状态下被氟类涂层排斥，与半导体元件1的下表面紧密接触，并且能够传热。注意，也可以在半导体元件1的与表面2d相对的下表面上涂布涂层。可替代地，也可以同时涂布于基板2的表面2d和半导体元件的下表面。此外，有可能通过改变作为液态金属10的镓铟锡合金中的镓、铟等的组成比来形成具有较大表面张力的金属。
接着，将描述在由粘合剂3包围的空隙6中形成间隔2e的对策。图56的A是通过设置间隔2e在空隙6中形成空间11的说明图。在该图中，大致突出的间隔2e具有高度h(高度h稍微低于粘合剂3的高度)以突出的方式设置在粘合剂3涂布的基板2上的内侧附近区域。以这样的配置，液态金属10能够被夹在半导体元件1和基板2之间以与粘合剂3形成空间11。
因为液态金属10夹在间隔2e的上表面与半导体元件1的下表面之间，由于表面张力液态金属不会而从间隔2e溢出。顺便地，由于液态金属10在低温状态下收缩，所以液态金属10侧被吸入间隔2e中，如图56的A所示。另外，由于液态金属10在高温状态下膨胀，所以液态金属10从间隔2e中流出，如图56的B所示。
然而，当液态金属10的注入量太大时，液态金属有可能由于膨胀而溢出到空间11中，并且因此需要将注入量调整到适当的量。注意，在间隔2e的高度h为0(零)的情况下，获得使用如图55的A中所示的表面张力的空间11。
另外，如图56的C所示，具有与间隔2e大致相同的高度或与粘合剂3大致相同的高度的另一个间隔2f可以在涂布到基板2上的粘合剂3与突出的间隔2e之间突出。以这样的配置，液态金属10能够被夹在半导体元件1和基板2之间以与粘合剂3形成空间11。
注意，间隔2e和2f中的每一个的高度和宽度不限于上述示例中的高度和宽度，并且不言而喻，可以使用任何组合。
接着，液态金属10的情况下的对策的第二部分是针对如图57所示的其中液态金属与金属包覆小球20组合使用的情况下的配置。这是根据本公开内容的第三实施方式的对策。具体地，如该图所示，密封在空隙6中的金属包覆小球20之间的间隙6a仅需要用液态金属10完全填充。以这样的配置，液态金属10能够被夹在半导体元件1和基板2之间以与粘合剂3形成热导体。即使液态金属10由于温度变化而膨胀或者收缩，金属包覆小球20也响应于膨胀或者收缩而变形，使得封装不会由于空隙6的内部压力的增加而破裂。如上所述，通过结合液态金属10和金属包覆小球20，金属包覆小球20减轻伴随液态金属10的膨胀和收缩的压力变化，并且伴随膨胀和收缩的调节可自动执行。而且，该构造是最简单且可靠的，并且不需要考虑表面张力等，并且因此具有大的效果。
虽然上面已经对问题描述了对策，但是这些对策可以被适当地组合。
<9.包括根据本公开内容的半导体装置的电子设备>
将参考图58描述包括作为根据第一实施方式至第四实施方式的半导体装置100的示例的固态成像装置101的电子设备的配置示例。
根据本公开内容的半导体装置100可以应用于诸如数字静态相机、摄影机等的成像装置、具有成像功能的移动终端装置、或者诸如使用固态成像装置101作为图像读取单元的复印机的成像设备。另外，其应用不限于成像装置，并且能够广泛地应用于一般电子设备，诸如包括家用电器的工业设备、通信设备和车载设备。注意，固态成像装置101可以是CMOS传感器或CCD传感器。另外，固态成像装置101可形成为一个芯片，或者可为具有成像功能的模块的形式，其中，成像单元和信号处理单元或光学系统封装在一起，只要包括根据本公开内容的冷却介质。
如图58所示，作为电子设备的成像设备200包括光学单元202、固态成像装置101、作为相机信号处理电路的数字信号处理器(DSP)电路203、帧存储器204、显示单元205、记录单元206、操作单元207和电源单元208。DSP电路203、帧存储器204、显示单元205、记录单元206、操作单元207和电源单元208通过总线线路209互相连接。
光学单元202包括多个透镜，并且捕捉来自对象的入射光(图像光)以在固态成像装置101的像素区域(未示出)上形成图像。固态成像装置101将通过光学单元202成像在其像素区域上的入射光的光量在像素单元中转换为电信号以作为像素信号输出。
例如，包括诸如液晶面板、有机电致发光(EL)面板等的平板显示装置的显示单元205显示由固态成像装置101拍摄的动态图像或静止图像。记录单元206将由固态成像装置101捕获的动态图像或静止图像记录在诸如硬盘、半导体存储器等的记录介质上。
操作单元207在用户操作下发出用于成像设备200的各种功能的操作命令。电源单元208将用作DSP电路203、帧存储器204、显示单元205、记录单元206和操作单元207的操作电源的各种电源适当地提供至这些供应目标。
另外，根据本公开内容的半导体装置100不仅可以广泛地应用于固态成像装置101，而且可以广泛地应用于构成诸如DSP电路203、帧存储器204、记录单元206、显示单元205、操作单元207等的电路的各种半导体装置100。
如上所述，根据本公开内容，通过使用作为根据本公开内容的半导体装置100的固态成像装置101，可以获得具有优异的散热性的高度可靠的成像设备200。
最后，上述各实施方式的描述是本公开内容的示例，并且本公开内容不限于上述实施方式。因此，当然，在不背离本公开的技术构思的情况下，可以根据设计等做出除了上述实施方式之外的各种修改。此外，在本说明书中描述的效果仅是示例并且不受限制，并且可以提供其他效果。
注意，本技术还可具有以下配置。
(1)
一种半导体装置，包括：
半导体元件；
基板，半导体元件固定在基板上；以及
冷却介质，填充在半导体元件与基板互相固定时形成的间隙内。
(2)
根据(1)所述的半导体装置，其中，冷却介质是液态金属。
(3)
根据(1)所述的半导体装置，其中，冷却介质为金属包覆小球。
(4)
根据(1)所述的半导体装置，其中，冷却介质是液态金属和金属包覆小球。
(5)
根据(1)至(4)中任一项所述的半导体装置，其中，填充在间隙内的冷却介质被布置在半导体元件的发热源的下方。
(6)
根据(1)至(5)中任一项所述的半导体装置，其中，间隙由基板、半导体元件和为了固定基板和半导体元件而涂布至半导体元件的整个周缘的粘合剂形成，并且沿着粘合剂的内周在基板的上表面覆盖低表面张力材料。
(7)
根据(1)至(5)中任一项所述的半导体装置，其中，间隙由基板、半导体元件和为了固定基板和半导体元件而涂布至半导体元件的整个周缘的粘合剂形成，并且具有低于粘合剂的厚度的高度的间隔沿着粘合剂的内周从基板的上表面突出。
(8)
根据(1)至(4)中任一项所述的半导体装置，还包括排热机构，排热机构在基板下表面。
(9)
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
以包围基板上布置有冷却介质的区域的方式涂布粘合剂；
将冷却介质注入由粘合剂包围的区域中；以及
将半导体元件粘接至粘合剂上。
(10)
根据(9)所述的半导体装置的制造方法，其中，注入包围的区域中的冷却介质是液态金属。
(11)
根据(9)所述的半导体装置的制造方法，其中，注入包围的区域中的冷却介质是金属包覆小球。
(12)
根据(9)所述的半导体装置的制造方法，其中，注入包围的区域中的冷却介质是液态金属和金属包覆小球。
(13)
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
以包围基板上布置有冷却介质的区域的方式涂布粘合剂；
将半导体元件粘接至粘合剂上；
将冷却介质注入由基板、粘合剂和半导体元件形成的间隙中；以及
对间隙进行密封。
(14)
根据(13)所述的半导体装置的制造方法，其中，注入间隙中的冷却介质是液态金属。
(15)
根据(13)所述的半导体装置的制造方法，其中，注入间隙中的冷却介质是金属包覆小球。
(16)
根据(13)所述的半导体装置的制造方法，其中，注入间隙中的冷却介质是液态金属和金属包覆小球。
(17)
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
将金属包覆小球放置在设置在基板上的多个凹部上；
以包围布置的金属包覆小球的方式涂布粘合剂；以及
将半导体元件粘接至粘合剂上。
(18)
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
将金属包覆小球放置在布置在基板上的多个焊盘上；
焊接放置的金属包覆小球；
以包围放置的金属包覆小球的方式涂布粘合剂；以及
将半导体元件粘接至粘合剂上。
(19)
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：
将金属包覆小球放置在布置在半导体元件的下表面上的多个焊盘上；
焊接放置的金属包覆小球；
在将焊接有金属包覆小球的半导体元件的表面放置在基板上时，以包围金属包覆小球的方式将粘合剂涂布至半导体元件的下表面或者基板上；以及
将焊接有金属包覆小球的半导体元件的表面粘接至粘合剂上。
(20)
根据(17)至(19)中任一项所述的用于制造半导体装置的方法，还包括：将液态金属注入到由基板、半导体元件和以包围金属包覆小球的方式涂布的粘合剂形成的间隙中。
(21)
一种具有半导体装置的电子设备，半导体装置包括：
半导体元件；
基板，半导体元件固定在基板上；以及
冷却介质，填充在半导体元件与基板固定时形成的间隙内。
参考符号列表
1 半导体元件
1b 焊接焊盘
2 基板
2a 凹部
2b 焊接焊盘
2c 表面
2d 表面
2e 间隔
2f 间隔
3 粘合剂
3a 密封粘合剂
4 基板焊盘
5 电极焊盘
6 空隙
6a 间隙
6b 开口
7 接合线
10 液态金属
11 空间
20 金属包覆小球
21 芯
22 聚酰亚胺膜
23 金属膜
26排热机构
27 热通路
28 铜镶嵌件
31 粘合剂涂布装置
32 液态金属注入装置
33 小球注入装置
34 小球放置夹具
35 金属掩模
35a 掩模孔
36 滚轴
37 焊接夹具
40 膏状焊料
100 半导体装置
101 固态成像装置
200 成像设备。

Claims (21)

1.一种半导体装置，包括：
半导体元件；
基板，所述半导体元件固定至所述基板；以及
冷却介质，填充在所述半导体元件与所述基板互相固定时形成的间隙内。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述冷却介质是液态金属。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述冷却介质是金属包覆小球。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述冷却介质是液态金属和金属包覆小球。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，填充在所述间隙内的所述冷却介质被布置在所述半导体元件的发热源的下方。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述间隙由所述基板、所述半导体元件和为了固定所述基板和所述半导体元件而涂布至所述半导体元件的整个周缘的粘合剂形成，并且沿着所述粘合剂的内周在所述基板的上表面覆盖低表面张力材料。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述间隙由所述基板、所述半导体元件和为了固定所述基板和所述半导体元件而涂布至所述半导体元件的整个周缘的粘合剂形成，并且高度低于所述粘合剂的厚度的间隔沿着所述粘合剂的内周从所述基板的上表面突出。
8.根据权利要求1所述的半导体装置，还包括排热机构，所述排热机构在所述基板下表面。
9.一种半导体装置的制造方法，包括：
以包围基板上的布置有冷却介质的区域的方式涂布粘合剂；
将所述冷却介质注入由所述粘合剂包围的区域中；以及
将半导体元件粘接至所述粘合剂上。
10.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其中，注入所包围的区域中的所述冷却介质是液态金属。
11.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其中，注入所包围的区域中的所述冷却介质是金属包覆小球。
12.根据权利要求9所述的半导体装置的制造方法，其中，注入所包围的区域中的所述冷却介质是液态金属和金属包覆小球。
13.一种半导体装置的制造方法，包括：
以包围基板上的布置有冷却介质的区域的方式涂布粘合剂；
将半导体元件粘接至所述粘合剂上；
将所述冷却介质注入由所述基板、所述粘合剂和所述半导体元件形成的间隙中；以及
对所述间隙进行密封。
14.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其中，注入所述间隙中的所述冷却介质是液态金属。
15.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其中，注入所述间隙中的所述冷却介质是金属包覆小球。
16.根据权利要求13所述的半导体装置的制造方法，其中，注入所述间隙中的所述冷却介质是液态金属和金属包覆小球。
17.一种半导体装置的制造方法，包括：
将金属包覆小球放置在设置在基板上的多个凹部上；
以包围布置的所述金属包覆小球的方式涂布粘合剂；以及
将半导体元件粘接至所述粘合剂上。
18.一种半导体装置的制造方法，包括：
将金属包覆小球放置在布置在基板上的多个焊盘上；
焊接放置的所述金属包覆小球；
以包围放置的所述金属包覆小球的方式涂布粘合剂；以及
将半导体元件粘接至所述粘合剂上。
19.一种半导体装置的制造方法，包括：
将金属包覆小球放置在布置在半导体元件的下表面上的多个焊盘上；
焊接放置的所述金属包覆小球；
在将焊接有所述金属包覆小球的所述半导体元件的表面放置在基板上时，以包围所述金属包覆小球的方式将粘合剂涂布至所述半导体元件的下表面或者所述基板；以及
将焊接有所述金属包覆小球的所述半导体元件的表面粘接至所述粘合剂上。
20.根据权利要求17所述的半导体装置的制造方法，还包括：将液态金属注入到由所述基板、所述半导体元件和以包围所述金属包覆小球的方式涂布的所述粘合剂形成的间隙中。
21.一种具有半导体装置的电子设备，所述半导体装置包括：
半导体元件；
基板，所述半导体元件固定至所述基板；以及
冷却介质，填充在所述半导体元件与所述基板互相固定时形成的间隙内。
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