JP2010283130A - Interposer, semiconductor device and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電変換素子を有するインターポーザと、そのようなインターポーザを含んだ半導体装置及び電子装置とに関する。 The present invention relates to an interposer having a thermoelectric conversion element, and a semiconductor device and an electronic device including such an interposer.
サーバ、パーソナルコンピュータ、ネットワーク機器等の電子機器の多機能化・高性能化に伴い、それに用いられる集積回路(IC)や大規模集積回路(LSI)等の半導体装置の高集積化・高性能化が進められている。 As electronic devices such as servers, personal computers, and network devices become more multifunctional and sophisticated, higher integration and higher performance of semiconductor devices such as integrated circuits (ICs) and large-scale integrated circuits (LSIs) Is underway.
中央演算処理装置(CPU)等の高性能LSIにおいては、スイッチングノイズ等による誤動作を防止するため、電源系のインピーダンスを高周波領域に至るまで低く抑えることが重要である。高周波領域においては、電源系のインピーダンスはそのインダクタンスが支配的である。そのため、高性能LSIは典型的に、多数の電源端子及びグランド端子を狭ピッチで配置した構成を有し、さらに、そのようなLSIの周囲には多数のデカップリングコンデンサが配置されている。LSIの高周波動作のため、デカップリングコンデンサは、可能な限り短い配線長でLSIの電源端子及びグランド端子に接続される。そのための一手法として、デカップリングコンデンサを、LSIと該LSIが実装される回路基板との間のインターポーザ内に設ける技術が知られている。 In a high-performance LSI such as a central processing unit (CPU), it is important to keep the impedance of a power supply system low until reaching a high frequency region in order to prevent malfunction due to switching noise or the like. In the high-frequency region, the inductance of the power supply system is dominant. Therefore, a high-performance LSI typically has a configuration in which a large number of power supply terminals and ground terminals are arranged at a narrow pitch, and a large number of decoupling capacitors are arranged around such an LSI. Due to the high frequency operation of the LSI, the decoupling capacitor is connected to the power supply terminal and the ground terminal of the LSI with the shortest possible wiring length. As one technique for this purpose, a technique is known in which a decoupling capacitor is provided in an interposer between an LSI and a circuit board on which the LSI is mounted.
また、CPU等の高性能LSIは消費電力が大きく、多量の熱を発生する。LSIの熱暴走を防止し、安定な動作を確保するために、LSIから熱を効率良く放散させることが重要である。しかしながら、高性能LSI等の半導体チップは、上述のように狭ピッチで配置された多数の端子(パッド)を有するため、一般的に、多数のバンプを用いてフリップチップ実装されている。そのため、半導体チップの表面側に放熱機構を設けることは困難であり、表面側からの放熱は、該半導体チップが搭載される回路基板等の熱抵抗の低減など、効果の小さいものに限られていた。すなわち、半導体チップからの放熱は実質的にその裏面側のみから行われていた。 In addition, a high-performance LSI such as a CPU consumes a large amount of power and generates a large amount of heat. In order to prevent thermal runaway of the LSI and to ensure stable operation, it is important to efficiently dissipate heat from the LSI. However, since a semiconductor chip such as a high-performance LSI has a large number of terminals (pads) arranged at a narrow pitch as described above, it is generally flip-chip mounted using a large number of bumps. For this reason, it is difficult to provide a heat dissipation mechanism on the surface side of the semiconductor chip, and heat dissipation from the surface side is limited to those that are less effective, such as reducing the thermal resistance of a circuit board on which the semiconductor chip is mounted. It was. That is, the heat radiation from the semiconductor chip is substantially performed only from the back side.
近年、集積回路チップ等の半導体チップの表面側、すなわち、バンプ側からの放熱を促進させる手法が提案されている。例えば、半導体チップ自体の内部にペルチエ素子を形成する手法が知られている。しかしながら、このように半導体チップ内にペルチエ素子を形成する手法は、半導体チップの製造方法を複雑にするとともに、半導体チップの貴重な面積資源を消費してしまう等、種々の問題を有する。 In recent years, a method for promoting heat dissipation from the surface side of a semiconductor chip such as an integrated circuit chip, that is, from the bump side has been proposed. For example, a method of forming a Peltier element inside the semiconductor chip itself is known. However, such a method for forming a Peltier element in a semiconductor chip has various problems such as complicating the semiconductor chip manufacturing method and consuming precious area resources of the semiconductor chip.
また、半導体チップと該半導体チップが搭載される第1のインターポーザとの間に第2のインターポーザを配置し、この第2のインターポーザの表面に、ペルチエ素子及び電気配線と、該表面から熱を放散する構造とを形成する手法が知られている。さらに、この手法において、半導体チップから出力された電流がペルチエ素子を流れるように構成し、半導体チップを該半導体チップ用の電源を用いて冷却する手法が提案されている。 In addition, a second interposer is disposed between the semiconductor chip and the first interposer on which the semiconductor chip is mounted. Peltier elements and electrical wiring are dissipated from the surface of the second interposer. A method for forming a structure to be formed is known. Furthermore, in this method, a method is proposed in which a current output from a semiconductor chip is configured to flow through a Peltier element, and the semiconductor chip is cooled using a power supply for the semiconductor chip.
従来の、第2のインターポーザの表面にペルチエ素子を形成する手法においては、第2のインターポーザの表面に形成された配線、及び第2のインターポーザと第1のインターポーザとを接続するワイヤーボンディング等を介して、半導体チップが回路基板に接続される。故に、配線が長く、そのインダクタンスが大きい。従って、この手法は、半導体チップの高周波動作を阻害するため、高性能LSIに適用することができない。また、第2のインターポーザ表面に形成されたペルチエ素子に半導体チップからの出力電流が流れるように構成した場合、電源配線のインダクタンスは更に増大してしまう。 In the conventional method of forming a Peltier element on the surface of the second interposer, the wiring formed on the surface of the second interposer and the wire bonding for connecting the second interposer and the first interposer are used. Thus, the semiconductor chip is connected to the circuit board. Therefore, the wiring is long and its inductance is large. Therefore, this method cannot be applied to a high-performance LSI because it hinders the high-frequency operation of the semiconductor chip. Further, when the Peltier element formed on the surface of the second interposer is configured so that the output current from the semiconductor chip flows, the inductance of the power supply wiring further increases.
よって、半導体装置の高周波動作を阻害することなく、半導体チップを該半導体チップ用の電源を利用して冷却することが可能な放熱機構を実現することが望まれる。 Therefore, it is desired to realize a heat dissipation mechanism that can cool a semiconductor chip using a power source for the semiconductor chip without hindering high-frequency operation of the semiconductor device.
一観点によれば、基板と該基板を貫通する複数のビアとを有するインターポーザが提供される。複数のビアは第1のビアと第2のビアとを含み、当該インターポーザに半導体チップが搭載されたとき、第1のビアを含む第1の電流経路が電源経路を構成し、第2のビアを含む第2の電流経路がグランド経路を構成する。第1の電流経路すなわち電源経路は少なくとも1つのN型熱電変換層を有し、第2の電流経路すなわちグランド経路は少なくとも1つのP型熱電変換層を有する。 According to one aspect, an interposer having a substrate and a plurality of vias passing through the substrate is provided. The plurality of vias include a first via and a second via. When a semiconductor chip is mounted on the interposer, the first current path including the first via constitutes a power supply path, and the second via A second current path including the above constitutes a ground path. The first current path or power path has at least one N-type thermoelectric conversion layer, and the second current path or ground path has at least one P-type thermoelectric conversion layer.
他の一観点によれば、半導体チップと、該半導体チップが搭載されるインターポーザ有する半導体装置が提供される。インターポーザは基板と該基板を貫通する複数のビアとを有する。半導体チップは電源パッドとグランドパッドとを有し、インターポーザの前記複数のビアは、半導体チップの電源パッドに電気的に接続された電源ビアと、半導体チップのグランドパッドに電気的に接続されたグランドビアとを含む。電源ビアを含むインターポーザの電源経路は少なくとも1つのN型熱電変換層を有し、グランドビアを含むインターポーザのグランド経路は少なくとも1つのP型熱電変換層を有する。 According to another aspect, a semiconductor device having a semiconductor chip and an interposer on which the semiconductor chip is mounted is provided. The interposer has a substrate and a plurality of vias penetrating the substrate. The semiconductor chip has a power pad and a ground pad, and the plurality of vias of the interposer includes a power supply via electrically connected to the power pad of the semiconductor chip and a ground electrically connected to the ground pad of the semiconductor chip. Including vias. The power path of the interposer including the power via has at least one N-type thermoelectric conversion layer, and the ground path of the interposer including the ground via has at least one P-type thermoelectric conversion layer.
他の一観点によれば、半導体チップと、回路基板と、半導体チップと回路基板との間に配置されたインターポーザとを有する電子装置が提供される。半導体チップは電源パッドとグランドパッドとを有し、回路基板は電源配線とグランド配線とを有する。インターポーザは、基板と該基板を貫通する複数のビアとを有し、該複数のビアは、半導体チップの電源パッドと回路基板の電源配線とに電気的に接続された電源ビアと、半導体チップのグランドパッドと回路基板のグランド配線とに電気的に接続されたグランドビアとを含む。電源ビアを含むインターポーザの電源経路は少なくとも1つのN型熱電変換層を有し、グランドビアを含むインターポーザのグランド経路は少なくとも1つのP型熱電変換層を有する。 According to another aspect, an electronic device is provided that includes a semiconductor chip, a circuit board, and an interposer disposed between the semiconductor chip and the circuit board. The semiconductor chip has a power supply pad and a ground pad, and the circuit board has a power supply wiring and a ground wiring. The interposer has a substrate and a plurality of vias penetrating the substrate, the plurality of vias being electrically connected to the power supply pad of the semiconductor chip and the power supply wiring of the circuit board, and the semiconductor chip A ground via and a ground via electrically connected to the ground wiring of the circuit board are included. The power path of the interposer including the power via has at least one N-type thermoelectric conversion layer, and the ground path of the interposer including the ground via has at least one P-type thermoelectric conversion layer.
なお、半導体チップへの配線には、電源用配線、グランド用配線の他に、信号用配線もあり、インターポーザにも信号経路となる貫通ビアが必要であるが、この経路に熱電変換層を形成すると、信号品質を落としてしまうため、信号経路には、熱電変換層を形成しないのが好ましい。 Wiring to the semiconductor chip includes signal wiring in addition to power supply wiring and ground wiring. The interposer also requires through vias that serve as signal paths. A thermoelectric conversion layer is formed in this path. Then, since the signal quality is deteriorated, it is preferable not to form a thermoelectric conversion layer in the signal path.
高周波で動作する半導体装置にも使用することが可能で、半導体チップで発生した熱を、新たな電源を用いることなく放散させることが可能な、熱電変換素子を有するインターポーザ、そのようなインターポーザを含んだ半導体装置及び電子装置が提供される。 An interposer having a thermoelectric conversion element that can be used for a semiconductor device that operates at a high frequency and can dissipate heat generated in a semiconductor chip without using a new power supply, and includes such an interposer. Semiconductor devices and electronic devices are provided.
以下、添付図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。なお、図面において、種々の構成要素は必ずしも同一の尺度で描かれていない。また、図面全体を通して、同一あるいは対応する構成要素には同一又は類似の参照符号を付する。 Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, various components are not necessarily drawn to the same scale. Throughout the drawings, the same or corresponding components are denoted by the same or similar reference numerals.
(第1実施形態)
図1及び2を参照して、第1実施形態に従ったインターポーザ、並びにそれを含んだ半導体装置及び電子装置を説明する。図1は、一実施形態に従った電子装置100を概略的に示す断面図であり、図2は、電子装置100が有する第1実施形態に係るインターポーザ200を拡大して示す断面図である。
(First embodiment)
With reference to FIGS. 1 and 2, an interposer according to a first embodiment, and a semiconductor device and an electronic device including the interposer will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an
図1を参照するに、本実施形態に係る電子装置100は、回路基板110と、回路基板110上に実装された半導体装置120と、半導体装置120上に配置された放熱板130とを有する。
Referring to FIG. 1, an
回路基板110は、特に限定されないが、例えば、樹脂、ガラス又はセラミック等を有する絶縁基板であり、その表面111に、パターニングされた導電層114を含んでいる。回路基板110は、その裏面112及び/又は内部にも導電層を含んでいてもよい。導電層114は、好ましくは複数の、電源パッド114V、グランドパッド114G、及び信号パッド114Sを含んでいる。それぞれのパッドは、回路基板110の表面111、裏面112、及び/又は内部に形成された、電源配線、グランド配線又は信号配線に接続されている。
The
また、回路基板110には、半導体装置120に加えて例えばコンデンサ116等の種々の電子部品が実装され得る。コンデンサ116は、好ましくは積層セラミックコンデンサ(MCC)とし得る。しかしながら、電解コンデンサ等のその他の種類のコンデンサも実装され得る。図示した例において、MCC116は電源パッド114Vとグランドパッド114Gとの間に接続されており、より詳細に後述するように、半導体装置120の電源系に接続されたデカップリングコンデンサとして機能する。
In addition to the
半導体装置120は、半導体チップ140と、複数の貫通ビア220を含むインターポーザ200とを有する。半導体チップ140は特に限定されないが、例えば、動作時に発生する熱が放散される必要があるCPU等の半導体チップである。半導体チップ140は、表面141及び裏面142を有し、少なくとも表面141に導電層144を有する。導電層144は、好ましくは複数の、電源パッド144V、グランドパッド144G、及び信号パッド144Sを含んでいる。
The
インターポーザ200は、例えば厚さ30−50μmの、半導体又は絶縁体を有する基板210を含む。例えば、インターポーザ200は、シリコン(Si)基板210を含むSiインターポーザである。基板210は、第1の面211及び第2の面212を有し、面211、212にそれぞれ導電層214、215を有する。導電層214は電源パッド214V、グランドパッド214G、及び信号パッド214Sを含んでいる。導電層215は電源パッド215V、グランドパッド215G、及び信号パッド215Sを含んでいる。インターポーザ基板210の第1の面211上の各パッド214と、その第2の面212上の各パッド215とは、貫通ビア220によって電気的に接続されている。
The interposer 200 includes a
インターポーザ基板210の第1の面側の電源、グランド及び信号の各パッド214は、半導体チップ140の表面側の電源、グランド及び信号の各パッド144に対して、対応する位置に形成され且つ接続バンプ150によって接続されている。接続バンプ150は、半導体チップ140の表面141の各パッド144、又はインターポーザ基板210の第1の面211の各パッド214の上に形成された、例えば金(Au)等の金属バンプ又ははんだバンプとし得る。同様に、インターポーザ基板210の第2の面212の電源、グランド及び信号の各パッド215は、回路基板110の表面111の電源、グランド及び信号の各パッド114に対して、対応する位置に形成され且つ接続バンプ160によって接続されている。接続バンプ160は、回路基板110の表面111の各パッド、又はインターポーザ基板210の第2の面212の各パッド215の上に形成された、金属バンプ又ははんだバンプとし得る。
The power, ground, and
放熱板130は、特に限定されず、熱抵抗の低い金属又は合金を有する。放熱板130は、例えば、はんだ又はサーマルグリース等の熱伝導材170を介して半導体チップ140の裏面142に接合されている。
The
半導体チップ140から発生される熱は、チップ裏面142から放熱板130を介しての熱流180とともに、図2を参照して説明するように、チップ表面141からインターポーザ200を介しての熱流190によっても放散される。すなわち、半導体チップ140は実質的にその両面から冷却されることが可能である。
The heat generated from the
続いて図2を参照して、インターポーザ200を更に詳細に説明する。ここでは、基板210がSi基板であるとして説明する。図2には、Si基板210に形成された貫通ビア220である電源ビア220V、グランドビア220G、信号ビア220Sが1つずつ示されている。電源ビア220Vは、Si基板210の第1の面211の電源パッド214Vと第2の面212の電源パッド215Vとを接続している。同様に、グランドビア220Gはグランドパッド214Gと215Gとを接続し、信号ビア220Sは信号パッド214Sと信号パッド215Sとを接続している。これにより、基板210を貫通する電源、グランド及び信号それぞれの電流経路が形成されている。各電流経路(貫通ビア220、パッド214、215)とシリコン基板210との間には絶縁膜230が形成されており、この絶縁膜によって、各電流経路は互いに電気的に分離されている。なお、基板210が絶縁基板である場合、絶縁膜230は形成されていなくてもよい。
Next, the interposer 200 will be described in more detail with reference to FIG. Here, description will be made assuming that the
Si基板210の第1の面211上の電源パッド214Vは、下層の導電層216及び上層の導電層219に挟まれたN型熱電変換層217Nを含んでいる。また、グランドパッド214Gは、導電層216及び219に挟まれたP型熱電変換層217Pを含んでいる。N型、P型の熱電変換層217N、Pの厚さは、例えば2−3μmとし得る。信号パッド214Sは、導電層216と219との間に熱電変換層を含んでおらず、代わりに、更なる導電層218を含んでいる。
The
N型熱電変換層217N及びP型熱電変換層217Pの熱電変換材料として、例えば、BiTe系又はPbTe系などの重金属系を用いることができる。また、この熱電半導体材料は、Si、SiGe又はSiCなどの半導体系、CaCo系、CaMn系、ZnO系又はSrTiO3系などの酸化物系、さらには、シリサイド系、クラストレート系、スクッテルダイト系などの各種材料としてもよい。一般的に、熱電変換材料の特性指標としては、吸熱側と放熱側との温度差を大きくするため、性能指数Z=S2/(κρ)が用いられる。ただし、Sはゼーベック係数、κは熱伝導率、ρは電気抵抗率である。本実施形態においては、吸熱側すなわち半導体チップ140側から放熱側すなわち回路基板110側への熱流を大きくするために、Zに代えて、パワーファクターP=S2/ρを用い得る。従って、熱電変換層217N、Pの熱電変換材料は、Zが比較的低い高熱伝導率の材料としてもよい。表1は、主な熱電変換材料のパワーファクターPを示している。好適な熱電変換材料として、例えば、約5×10−3W/mK2のという他の材料より高いパワーファクターPを有するBiTe系及びFeSi2系の材料が挙げられる。
再び図1を参照するに、インターポーザ基板210の第1の面211側の電源パッド214V、グランドパッド214Gの各々には、図2の熱電変換層217N、Pが配置されている。従って、インターポーザ200を介して回路基板110から半導体チップ140に電源電流を供給し、それを再びインターポーザ200を介して半導体チップ140から回路基板110に戻すとき、N型、P型の熱電変換層217N、Pにも該電流が流れる。そして、N型熱電変換層217Nには回路基板110側から半導体チップ140側へ、P型熱電変換層217Pには、逆に、半導体チップ140側から回路基板110側へと電流が流れる。故に、N型、P型の熱電変換層217N、Pそれぞれの熱電効果により、それぞれの電流経路で、半導体チップ140側から回路基板110側への熱流190が発生する。従って、半導体チップ140で発生した熱が回路基板150に渡され、放散される。
Referring to FIG. 1 again, the thermoelectric conversion layers 217N and P of FIG. 2 are arranged on the
なお、図1においては全ての電源パッド214V及びグランドパッド214Gがそれぞれ図2の熱電変換層217N及びPを有するとして、熱流190を示している。しかしながら、一部の電源パッド214V、グランドパッド214Gが熱電変換層217N、Pを有するように構成してもよい。例えば、CPU等の半導体チップ140において高温点となり得る局所位置が既知である場合など、そのような高温点に近接する位置にのみ熱電変換層217P及びNを配置してもよい。
In FIG. 1, the
本実施形態によれば、半導体チップ140の電源−グランド電流経路内に、熱電変換層217N及び217Pを有するペルチエ素子が直列に配置される。故に、該ペルチエ素子を動作させるための新たな電源及び配線は不要である。従って、高密度にバンプが形成された例えばLSI等の半導体チップに使用する、やはり高密度の配線(ビア)を有するインターポーザにも、熱電素子を組み込むことが可能である。
According to the present embodiment, Peltier elements having thermoelectric conversion layers 217N and 217P are arranged in series in the power supply-ground current path of the
また、回路基板110と半導体チップ140との間の個々の電流経路には、回路基板に半導体チップを直にバンプ接合した場合と比較して、インターポーザ200の厚さ分の配線長が追加される。しかしながら、その長さは数10μm程度と短く、この配線長による電源系の等価直列インダクタンス(ESL)の増加は無視できるレベルである。従って、半導体チップ140の高周波特性への影響は限られたものである。また、電源系の等価直列抵抗(ESR)もインターポーザ200の挿入により増加する。しかしながら、通常、高性能LSI等の電源系のESRは、デカップリングコンデンサ(例えば、MCC116等)のESR成分が支配的であり、貫通ビア220及び熱電変換層217N、Pの追加によるESRの増加は無視できる。
In addition, a wiring length corresponding to the thickness of the interposer 200 is added to each current path between the
なお、電源V、グランドG、信号Sのパッド(114、144、214、215)及びビア220の配置は、図1に制限されるものではない。ただし、隣接する電源経路−グランド経路の対が多数形成されるようにすることが、半導体チップ140の均一な冷却や、ESL及びESRの観点から好ましい。
The arrangement of the power supply V, ground G, signal S pads (114, 144, 214, 215) and vias 220 is not limited to that shown in FIG. However, it is preferable to form a large number of adjacent power supply path-ground path pairs from the viewpoint of uniform cooling of the
次に、図3及び4を参照して、図2に示した第1実施形態に係るインターポーザ200の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the interposer 200 according to the first embodiment shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS.
先ず、図3(a)に示すように、基板210に貫通ビア開口220’を形成する。例えば、Si基板210の場合、ICP(インダクションカップリングプラズマ)エッチング装置を用いて貫通ビア開口220’をエッチング形成し得る。Si基板210の第1の面211及び第2の面212に、例えば熱酸化膜(SiO2膜)である絶縁膜230を予め形成してもよい。
First, as shown in FIG. 3A, a through via opening 220 ′ is formed in the
次いで、図3(b)に示すように、貫通ビア開口220’の側壁に絶縁膜230を形成する。例えば、貫通ビア開口220’により露出されたSi基板210の部分に、熱酸化によるSiO2膜を形成する。なお、Si基板210の表面211、212の絶縁膜230もここで形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 3B, an insulating
次いで、図3(c)に示すように、台座260に基板210の第1の面211側を貼り付け、導電体によるビア充填及び第2の面212側のパッド形成を行う。これは、例えば、Cuめっきにより行い得る。具体的には、先ず、シードとなるTi及びNiをスパッタ成膜後、パッド部を開口したレジストマスクを形成する。そして、Cuめっきを行い、研磨により余分なCuを取り除いた後、レジスト剥離及び露出したTi及びNiの除去を行う。これにより、電源、グランド及び信号それぞれの貫通ビア220V、G、S及び第2の面のパッド215が形成される。
Next, as shown in FIG. 3C, the
次いで、図4(a)に示すように、基板210を台座260から剥がして反転させ、第2の面212側を台座270に貼り付け、第1の面211側に、熱電変換層217及びその下地となる導電層216を形成する。例えば、先ず、導電層216としてCu/Ni/Ti積層膜をスパッタにより成膜し、ウエットエッチングによりパターニングする。そして、パッド部を開口したレジストマスクの形成後、N型熱電変換層217Nを成膜する。例えば、(Bi2Te3)0.975(Bi2Se3)0.025を蒸着又はスパッタにより、2μm−3μmといった厚さに成膜する。その後、リフトオフにより電源ビア220V上の導電層216上のみにN型熱電変換層217Nを残存させる。同様にリフトオフ法を用いて、グランドビア220G上の導電層216上にP型熱電変換層217Pを形成する。例えば、(Bi0.25Sb0.75)(Te0.93Se0.07)3を使用し得る。他の一例として、上述のBiTe系材料に代えて、FeSi2系材料をスパッタ等により成膜してもよい。必要に応じて、信号ビア220S上の導電層216上に例えばCu層等の導電層218を形成する。導電層218の形成には、熱電変換層217N、Pと同様にリフトオフ法を用い得る。
Next, as shown in FIG. 4A, the
最後に、図4(b)に示すように、例えば図4(a)と同様にリフトオフ法により、電源、グランド及び信号の各パッド214の上層の導電層219を形成する。導電層219は例えばCu層とし得る。
Finally, as shown in FIG. 4B, the
以上により、図2に示したインターポーザ200が得られる。なお、インターポーザ200の製造方法は、上述の方法に限定されるものではない。例えば、リフトオフ法に代えて、フォトリソグラフィ及びエッチングによるパターン形成法などのその他の方法を用いてもよい。また、基板210がSi以外の半導体基板又は絶縁基板である場合、貫通ビア開口220’や絶縁膜230の形成方法などは基板材料に応じて種々の既知の方法から選択し得る。
Thus, the interposer 200 shown in FIG. 2 is obtained. In addition, the manufacturing method of the interposer 200 is not limited to the above-mentioned method. For example, instead of the lift-off method, other methods such as a pattern formation method by photolithography and etching may be used. When the
このようにして作製したSiインターポーザを、消費電力100WのCPUの表面と回路基板に間に配置し、CPUの裏面に放熱フィン及びファンを配置して動作時のCPU表面のジャンクション温度を測定した。その結果、該インターポーザがない場合と比較して、ジャンクション温度が5℃低下することが示された。 The thus produced Si interposer was placed between the surface of the CPU with power consumption of 100 W and the circuit board, and heat sink fins and fans were placed on the back surface of the CPU to measure the junction temperature on the CPU surface during operation. As a result, it was shown that the junction temperature was reduced by 5 ° C. compared to the case without the interposer.
次に、図5及び6を参照して、図2に示した第1実施形態に係るインターポーザ200の変形例を説明する。 Next, a modification of the interposer 200 according to the first embodiment shown in FIG. 2 will be described with reference to FIGS.
図5は、第1の変形例に係るインターポーザ300を示している。インターポーザ300は、基板210の第1の面211側のパッド214に加え、その第2の面212側のパッド315にも熱電変換層を有する。すなわち、基板210の第2の面212側において、電源パッド315Vは2つの導電層316及び319と、それらの間のN型熱電変換層317Nを有し、グランドパッド315Gは2つの導電層316及び319と、それらの間のP型熱電変換層317Pを有する。この構成は、基板210の第1の面211側に配置される半導体チップからの放熱効果190を更に高めることを可能にする。
FIG. 5 shows an interposer 300 according to a first modification. The interposer 300 includes a thermoelectric conversion layer on the pad 315 on the
なお、更なる変形例として、図5において基板210の第1の面211側のパッド214V、Gから熱電変換層217N、Pを排除した構成、すなわち、基板210の第2の面212側のみに熱電変換層を有する構成も意図される。この構成は、熱電変換層を全く有しない構成と比較して、インターポーザの両面間の温度勾配を増大させ、半導体チップからの放熱を促進させることが可能である。
As a further modification, the configuration in which the thermoelectric conversion layers 217N and P are excluded from the
図6は、第2の変形例に係るインターポーザ400を示している。インターポーザ400は、基板210の第1の面211、第2の面212それぞれの電源パッド414V、215V、及びグランドパッド414G、215G内には熱電変換層を有していない。代わりに、Si基板210内の電源ビア420V及びグランドビア420G内に熱電変換材料が充填された構成を有する。すなわち、電源パッド414V及びグランドパッド414Gは導電層のみを有し、電源ビア420V、グランドビア420Gが、それぞれ、N型熱電変換層、P型熱電変換層として機能する。この構成は、インターポーザの総厚を低減しながら、熱電変換材料をより厚く(例えば、30μm−50μm)形成することを可能にし、半導体チップと回路基板との間の温度差を増大させる場合等に有用である。なお、電源ビア420V及びグランドビア420Gは、その一部にのみ熱電変換材料を充填されて、熱電変換層と導電層との積層構造を有していてもよい。
FIG. 6 shows an
インターポーザ400は以下のように製造し得る。図3(b)に示した絶縁膜230の形成の後、例えば、スクリーン印刷により、BiTe合金粉末のペーストの形態をしたN型熱電変換材料及びP型熱電変換材料と、Cuペーストとをそれぞれのビア開口220’内に充填し、焼成する。好ましくは、他と比較して焼成温度の高いCuを含む信号ビア420Sの充填・焼成を先に行い、その後、熱電変換材料を有する電源ビア420V及びグランドビア420Gそれぞれの充填及び焼成を行う。電源ビア420V及びグランドビア420G内の熱電変換材料の焼成は同時に行ってもよい。その後、基板210の第1の面211及び第2の面212のそれぞれにおいて、例えば、スパッタによりCu/Ni/Tiの積層膜を有するパッド414、215を形成する。
The
なお、インターポーザ400が有する、熱電変換層を有する電源ビア420V及びグランドビア420Gは、図2、5に示したインターポーザ200、300にも適用可能である。
The power supply via 420V and the ground via 420G having the thermoelectric conversion layer included in the
(第2実施形態)
図7を参照して、第2実施形態に従ったインターポーザ500を説明する。図7は、図2と同様に、インターポーザの一部を拡大して示した断面図であり、図2のインターポーザ200と共通の構成要素を有する。ここでは、主として、インターポーザ500がインターポーザ200と異なる部分について説明する。
(Second Embodiment)
With reference to FIG. 7, the
インターポーザ500は、例えばSi基板である基板210と、基板210を貫通する複数のビア220とを含んでいる。インターポーザ500はまた、基板210の第1の面211側に形成された、ビア220と接触するパッド214と、基板210の第2の面212側に形成された、ビア220と接触するパッド215とを含んでいる。電源パッド214VはN型熱電変換層217Nを有しており、グランドパッド214GはP型熱電変換層217Pを含んでいる。
The
インターポーザ500は更に、基板210の第1の面211側に形成された絶縁層520内に複数の薄膜キャパシタ510を有する。各薄膜キャパシタ510は、誘電体層512、該誘電体層を挟む下部電極511、及び上部電極513を有する。図7においては、上部電極513は隣接する電源パッド214Vにコンタクト530Vを介して電気的に接続されており、下部電極511は隣接するグランドパッド214Gにコンタクト530Gを介して電気的に接続されている。なお、グランドビア220Gと信号ビア220Sとの間に示した薄膜キャパシタ510(GS)の上部電極513は、図示しない断面にて、他の薄膜キャパシタ510(例えば、電源ビア220Vとグランドビア220Gとの間の薄膜キャパシタ510(VG))の上部電極513に接続されている。他の例では、薄膜キャパシタ510(GS)は、その他の薄膜キャパシタから分離されて不使用にされてもよいし、形成されなくてもよい。薄膜キャパシタ510(GS)が不使用にされる場合、その下部電極511のグランドパッド214Gへのコンタクト530Gは排除され得る。
The
薄膜キャパシタ510の誘電体層512は、好ましくは高誘電率誘電体であるペロブスカイト結晶構造を有する金属酸化物材料を有するが、例えばSiO2、Si3N4、Ta2O5等のその他の絶縁体を有してもよい。ペロブスカイト結晶構造を有する好適な金属酸化物材料としては、例えば、(Ba,Sr)TiO3(BST)、SrTiO3(ST),BaTiO3、Ba(Zr、Ti)O3,Ba(Ti、Sn)O3、Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、(Pb,La)(Zr,Ti)O3(PLZT),Pb(Mn、Nb)O3−PbTiO3(PMN−PT)、Pb(Ni,Nb)O3−PbTiO3等が挙げられる。
The
誘電体層512にペロブスカイト結晶構造を有する金属酸化物材料を用いる場合、下部電極層511の材料として、Ir又はPt等の貴金属や、SrRuO3(SRO)等の導電性ペロブスカイト酸化物を用いることが好ましい。このような材料を用いることにより、結晶性の高い良質の誘電体膜を成長させることができ、その結果、誘電体層512の誘電率の値及び均一性が高められる。
When a metal oxide material having a perovskite crystal structure is used for the
上部電極513の材料としては、例えばAu、Al、Pt、Ag、Pd、Cu、及びこれらの合金等を用いることができる。また、IrOxやSROなどの導電性ペロブスカイト酸化物上に上記金属又は合金を積層してもよい。
As a material of the
このように、インターポーザ500は、基板210を貫通する電源、グランド及び信号用のビア220を有し、基板の第1の面211上の電源パッド214V及びグランドパッド214G内に熱電変換層217N及びPを配置した構成を有する。この構成は、インターポーザ内に熱電変換素子とともに薄膜キャパシタ510を形成することを可能にする。
As described above, the
インターポーザ500は、図1の電子装置100において、また半導体装置120において、インターポーザ200に代えて使用することが可能である。そして、インターポーザ500を介して回路基板110から半導体チップ140に電源電流を供給し、それを再びインターポーザ500を介して半導体チップ140から回路基板110に戻すとき、半導体チップ140側から回路基板110側への熱流190が発生する。従って、半導体チップ140で発生した熱が回路基板110に渡され、放散される。また、インターポーザ500の挿入による電源系のESL及びESRの増加は無視できるレベルである。
The
さらに、薄膜キャパシタ510が、半導体チップ140に接続されて、デカップリングコンデンサとして機能する。薄膜キャパシタ510は半導体チップ140の真下に位置し、且つ、半導体チップ140のパッド144とバンプ接続されるパッド214に、表面配線を介さずに接続される。故に、半導体チップ140から薄膜キャパシタ510までの配線距離は、回路基板110上に配置された例えばMCCであるコンデンサ116と比較して数桁小さい。例えば、10mm□の半導体チップ140を考えると、その中心部からMCC116までの配線距離は少なくとも7mm程度になるのに対し、半導体チップ140と薄膜キャパシタ510との間の配線距離は10μm程度にすることができる。
Further, the
なお、インターポーザ500は、基板210の第2の面212側すなわち回路基板110側に薄膜キャパシタを有してもよい。しかしながら、ESR及びESLを可能な限り低減するため、インターポーザ500は好ましくは、基板210の第1の面211側すなわち半導体チップ140側に薄膜キャパシタ510を有する。また、インターポーザ500は、基板210の第1の面211側の薄膜キャパシタ510に加えて、基板210の第2の面212側にも薄膜キャパシタを有してもよい。基板210の両面に薄膜キャパシタを形成することは、更なる製造工程を必要とするが、実現可能な静電容量の増大、及び所望の静電容量を得るために使用可能な誘電体材料の選択幅の増大等をもたらし得る。
The
図8は、半導体チップ140から見た電源系のインピーダンスを、一例に係るインターポーザ500を用いた場合(実線)と用いない場合(破線)とについて示している。なお、この例において、電源系は、インターポーザ500が内蔵する薄膜キャパシタ510に加え、回路基板110上に搭載されたMCC116、及びより大容量の電解コンデンサを含んでいる。薄膜キャパシタ510を内蔵したインターポーザ500を用いることにより、数10MHz以上の高周波領域での電源系のインピーダンスが大幅に低減されている。そして、薄膜デカップリングコンデンサ510と、回路基板110上、あるいは電源自体の内部のデカップリングコンデンサとの組み合わせにより、少なくとも1GHzまでの周波数領域全体で電源系のインピーダンスを1mΩ程度に抑圧することが可能である。また、インターポーザ挿入によるESRの悪化は見られず、インターポーザ500の適用が、電源インピーダンスの低減に効果的であることが分かる。
FIG. 8 shows the impedance of the power supply system viewed from the
次に、図9−11を参照して、図7に示した第2実施形態に係るインターポーザ500の製造方法を説明する。
Next, with reference to FIGS. 9-11, the manufacturing method of the
先ず、図9(a)に示すように、基板210の少なくとも第1の面211に絶縁膜230を形成した後、第1の面211側の絶縁膜230上に薄膜キャパシタ510を形成する。基板210がSi基板である場合、絶縁膜230は例えば熱酸化によるSiO2膜である。薄膜キャパシタ510は例えば以下のようにして形成し得る。先ず、スパッタにより、Ir/TiO2積層膜、Ba0.7Sr0.3TiO3膜、及びAu/IrO2積層膜を順に成膜する。そして、イオンミリングにより、後に貫通ビアを形成する領域からこれらの膜を順に除去し、それぞれの膜から、所定のパターンを有する上部電極513、誘電体層512、及び下部電極511を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, after forming an insulating
次いで、図9(b)に示すように、保護膜520の成膜後、図3(a)に示した工程と同様に貫通ビア開口220’を形成する。例えば、保護膜520として、アルミナ絶縁膜をスパッタにより成膜する。
Next, as shown in FIG. 9B, after the formation of the
次いで、図9(c)に示すように貫通ビア開口220’の側壁に絶縁膜230を形成した後、図10(a)に示すように導電体によるビア充填及び第2の面212側のパッド形成を行う。これらの工程は、それぞれ、図3(b)、(c)に関連して説明したのと同様にして行うことができる。これにより、貫通ビア220及び第2の面212側のパッド215が形成される。
Next, after forming an insulating
次いで、図10(b)に示すように、保護膜520内に、下部電極511及び上部電極513それぞれとの電気的接続を取るためのコンタクトホール530G’及び530V’を形成する。例えば、イオンリミング法を用い得る。
Next, as shown in FIG. 10B, contact holes 530 </ b> G ′ and 530 </ b> V ′ for forming electrical connection with the
その後、図10(c)−図11(b)に示すように、基板210の第1の面211側のパッド214の形成を行う。すなわち、図4(a)、(b)に関連して説明したように、パッド214の下層の導電層216と、熱電変換層217N、P及び必要に応じての信号パッド214Sの更なる導電層218と、上層の導電層219とを形成する。下層の導電層216の成膜時に、保護膜520内に形成されたコンタクトホール530’が充填され、薄膜キャパシタ510の上部電極513へのコンタクト530V、及び下部電極511へのコンタクト530Gが形成される。なお、これらのコンタクトは逆にしてもよい。すなわち、薄膜キャパシタ510の上部電極513とグランドパッドとを接続し、下部電極511と電源パッドとを接続してもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 10C to FIG. 11B, a
このようにして作製したSiインターポーザを、消費電力100WのCPUの表面と回路基板に間に配置し、CPUの裏面に放熱フィン及びファンを配置して動作時のCPU表面のジャンクション温度を測定した。その結果、該インターポーザがない場合と比較して、ジャンクション温度が5℃低下することが示された。 The thus produced Si interposer was placed between the surface of the CPU with power consumption of 100 W and the circuit board, and heat sink fins and fans were placed on the back surface of the CPU to measure the junction temperature on the CPU surface during operation. As a result, it was shown that the junction temperature was reduced by 5 ° C. compared to the case without the interposer.
次に、図12及び13を参照して、図7に示した第2実施形態に係るインターポーザ500の変形例を説明する。
Next, a modification of the
図12は、第1の変形例に係るインターポーザ600を示している。インターポーザ600は、基板210の第1の面211側のパッド214に加え、その第2の面212側のパッド615にも熱電変換層を有する。すなわち、基板210の第2の面212側において、電源パッド615Vは2つの導電層616及び619と、それらの間のN型熱電変換層617Nを有し、グランドパッド615Gは2つの導電層616及び619と、それらの間のP型熱電変換層617Pを有する。この構成は、基板210の第1の面211側に配置される半導体チップからの放熱効果190を更に高めることを可能にする。
FIG. 12 shows an
なお、更なる変形例として、図12において基板210の第1の面211側のパッド214V、Gから熱電変換層217N、Pを排除した構成も意図される。この構成は、熱電変換層を完全に排除した構成と比較して、インターポーザの両面間の温度勾配を増大させ、半導体チップからの放熱を促進させる。
As a further modification, a configuration in which the thermoelectric conversion layers 217N and P are excluded from the
図13は、第2の変形例に係るインターポーザ700を示している。インターポーザ700は、基板210の第1の面211、第2の面212それぞれの電源パッド714V、215V、及びグランドパッド714G、215G内には熱電変換層を有していない。代わりに、基板210内の電源ビア720V及びグランドビア720G内に熱電変換材料が充填された構成を有する。すなわち、電源パッド714V及びグランドパッド714Gは導電層のみを有し、電源ビア720V、グランドビア720Gが、それぞれ、N型熱電変換層、P型熱電変換層として機能する。この構成は、インターポーザの総厚を低減しながら、熱電変換材料をより厚く形成することを可能にし、半導体チップと回路基板との間の温度差を増大させる場合等に有用である。なお、電源ビア720V及びグランドビア720Gは、その一部にのみ熱電変換材料を充填されて、熱電変換層と導電層との積層構造を有していてもよい。インターポーザ700は、図6に示したインターポーザ400と同様にして熱電変換材料を有する貫通ビアを形成することによって製造し得る。
FIG. 13 shows an interposer 700 according to a second modification. The interposer 700 does not have a thermoelectric conversion layer in the
なお、インターポーザ700が有する、熱電変換層を有する電源ビア720V及びグランドビア720Gは、図7、12に示したインターポーザ500、600にも適用可能である。
The power supply via 720V and the ground via 720G having the thermoelectric conversion layer included in the interposer 700 can also be applied to the
次に、図14を参照して、例えばインターポーザ200、300、400、500、600又は700であるインターポーザ800を有する電子装置の実装形態例を説明する。
Next, an exemplary implementation of an electronic device having an
図14(a)に示した電子装置100’は、インターポーザ800を介して回路基板110に実装された半導体チップ140を有する。回路基板110は、例えばMCC等のデカップリングコンデンサ116を有し得る。半導体チップ140の裏面側、すなわち、インターポーザ800が接合された面とは反対側の面には、ヒートシンク810が熱的に接合されている。また、回路基板110の裏面側、すなわち、インターポーザ800が接合された面とは反対側の面には、例えばメタルコア基板等の高熱伝導性の放熱板820が接合されている。インターポーザ800は、上述のように熱電変換素子を有し、半導体チップ140で発生した熱を回路基板110へと移動させる。回路基板110に伝えられた熱は、メタルコア基板820によって効率的に拡散され、放熱される。
The
図14(b)に示した電子装置100”は、スーパーコンピュータやハイエンドサーバ等に適用されるマルチチップ構成の超高密度実装の一例である。例えば数十層の超多層セラミック回路基板110”上に、複数のLSIチップ140がそれぞれのインターポーザ800を介して実装されている。セラミック回路基板110”は、例えばMCC等のデカップリングコンデンサ116を有し得る。各LSIチップ140の裏面側にはヒートシンク810が熱的に接合されている。また、回路基板110の裏面側には、好ましくは複数のヒートシンク830が接合されている。各インターポーザ800は、上述のように熱電変換素子を有し、それぞれのLSIチップ140で発生した熱をセラミック回路基板110”へと移動させる。セラミック回路基板110”に伝えられた熱は、当該基板の高熱伝導性により効率的に拡散され、さらに、ヒートシンク830によって放熱される。
The
また、インターポーザ800が薄膜デカップリングコンデンサ510を内蔵した例えばインターポーザ500、600、700等のインターポーザである場合、電子装置100’、100”は、高周波領域でもその動作を阻害しないような十分に低い電源インピーダンスを有し、LSI等の半導体チップ140を大電流動作時でも安定に動作させることができる。
Further, when the
以上、実施形態について詳述したが、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された要旨の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。例えば、インターポーザ基板はその内部に中間導電層を有していてもよく、それを用いて、第1の面上のパッドと第2の面上のパッドとが異なるピッチで形成されていてもよい。 Although the embodiment has been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist described in the claims. For example, the interposer substrate may have an intermediate conductive layer therein, and the pads on the first surface and the pads on the second surface may be formed at different pitches using the intermediate conductive layer. .
以上の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
(付記1)
半導体チップが搭載される第1の面、及び前記第1の面とは反対側の第2の面を有する基板と、
前記基板を貫通する、第1のビア及び第2のビアを含む複数のビアと、
を有し、
前記半導体チップが搭載されたときに電源経路となる前記第1のビアを含む第1の電流経路が少なくとも1つのN型熱電変換層を有し、前記半導体チップが搭載されたときにグランド経路となる前記第2のビアを含む第2の電流経路が少なくとも1つのP型熱電変換層を有することを特徴とするインターポーザ。
(付記2)
前記第1の電流経路は、前記基板の前記第1の面上に形成された第1のパッドを含み、前記第2の電流経路は、前記基板の前記第1の面上に形成された第2のパッドを含み、前記第1のパッド内に前記N型熱電変換層が形成され、前記第2のパッド内に前記P型熱電変換層が形成されている、付記1に記載のインターポーザ。
(付記3)
前記第1のビア内に前記N型熱電変換層が形成され、前記第2のビア内に前記P型熱電変換層が形成されている、付記1又は2に記載のインターポーザ。
(付記4)
前記第1の電流経路は、前記基板の前記第2の面上に形成された第3のパッドを含み、前記第2の電流経路は、前記基板の前記第2の面上に形成された第4のパッドを含み、前記第3のパッド内に前記N型熱電変換層が形成され、前記第4のパッド内に前記P型熱電変換層が形成されている、付記1乃至3の何れか一に記載のインターポーザ。
(付記5)
前記N型熱電変換層及び前記P型熱電変換層は、重金属系、半導体系、CaCo系、CaMn系、ZnO系、酸化物系、シリサイド系、クラストレート系、及びスクッテルダイト系からなる群から選択された熱電変換材料を有する、付記1乃至4の何れか一に記載のインターポーザ。
(付記6)
前記N型熱電変換層及び前記P型熱電変換層は、BiTe系又はFeSi2系の熱電変換材料を有する、付記5に記載のインターポーザ。
(付記7)
前記基板上に、前記第1の電流経路に電気的に接続された第1電極、誘電体層、及び前記第2の電流経路に電気的に接続された第2電極が積層された薄膜キャパシタ、を更に有する付記1乃至6の何れか一に記載のインターポーザ。
(付記8)
前記複数のビアは、複数対の前記第1のビア及び前記第2のビアを有する、付記1乃至7の何れか一に記載のインターポーザ。
(付記9)
前記複数のビアは更に第3のビアを含み、前記半導体チップが搭載されたときに信号経路となる前記第3のビアを含む第3の電流経路は、熱電変換層を有しない、付記1乃至8の何れか一に記載のインターポーザ。
(付記10)
半導体チップと、
前記半導体チップが搭載される、基板及び該基板を貫通する複数のビアを有するインターポーザと、
を有し、
前記半導体チップは電源パッド及びグランドパッドを有し、
前記インターポーザの前記複数のビアは、前記半導体チップの前記電源パッドに電気的に接続された電源ビアと、前記半導体チップの前記グランドパッドに電気的に接続されたグランドビアとを含み、
前記電源ビアを含む前記インターポーザの電源経路が少なくとも1つのN型熱電変換層を有し、前記グランドビアを含む前記インターポーザのグランド経路が少なくとも1つのP型熱電変換層を有する、
半導体装置。
(付記11)
半導体チップと、
回路基板と、
前記半導体チップと前記回路基板との間に配置された、基板及び該基板を貫通する複数のビアを有するインターポーザと、
を有し、
前記半導体チップは電源パッド及びグランドパッドを有し、
前記回路基板は電源配線及びグランド配線を有し、
前記インターポーザの前記複数のビアは、前記電源パッド及び前記電源配線に電気的に接続された電源ビアと、前記グランドパッド及び前記グランド配線に電気的に接続されたグランドビアとを含み、
前記電源ビアを含む前記インターポーザの電源経路が少なくとも1つのN型熱電変換層を有し、前記グランドビアを含む前記インターポーザのグランド経路が少なくとも1つのP型熱電変換層を有する、
電子装置。
(付記12)
前記回路基板の、前記インターポーザが配置された面とは反対側の面に、放熱板又はヒートシンクが接合されている、付記11に記載の電子装置。
Regarding the above description, the following additional notes are disclosed.
(Appendix 1)
A substrate having a first surface on which a semiconductor chip is mounted, and a second surface opposite to the first surface;
A plurality of vias including a first via and a second via penetrating the substrate;
Have
A first current path including the first via that becomes a power path when the semiconductor chip is mounted has at least one N-type thermoelectric conversion layer, and a ground path when the semiconductor chip is mounted. The interposer, wherein the second current path including the second via has at least one P-type thermoelectric conversion layer.
(Appendix 2)
The first current path includes a first pad formed on the first surface of the substrate, and the second current path is a first pad formed on the first surface of the substrate. The interposer according to appendix 1, wherein the interposer includes two pads, the N-type thermoelectric conversion layer is formed in the first pad, and the P-type thermoelectric conversion layer is formed in the second pad.
(Appendix 3)
The interposer according to
(Appendix 4)
The first current path includes a third pad formed on the second surface of the substrate, and the second current path is formed on the second surface of the substrate. Any one of appendixes 1 to 3, wherein the N-type thermoelectric conversion layer is formed in the third pad, and the P-type thermoelectric conversion layer is formed in the fourth pad. The interposer described in.
(Appendix 5)
The N-type thermoelectric conversion layer and the P-type thermoelectric conversion layer are selected from the group consisting of heavy metal-based, semiconductor-based, CaCo-based, CaMn-based, ZnO-based, oxide-based, silicide-based, clastrate-based, and skutterudite-based. The interposer according to any one of appendices 1 to 4, comprising the selected thermoelectric conversion material.
(Appendix 6)
The N-type thermoelectric conversion layer and the P-type thermoelectric conversion layer has a thermoelectric conversion material of BiTe-based or FeSi 2 based, interposer according to Appendix 5.
(Appendix 7)
A thin film capacitor in which a first electrode electrically connected to the first current path, a dielectric layer, and a second electrode electrically connected to the second current path are stacked on the substrate; The interposer according to any one of appendices 1 to 6, further comprising:
(Appendix 8)
The interposer according to any one of appendices 1 to 7, wherein the plurality of vias include a plurality of pairs of the first via and the second via.
(Appendix 9)
The plurality of vias further include a third via, and the third current path including the third via that becomes a signal path when the semiconductor chip is mounted does not include a thermoelectric conversion layer. The interposer according to any one of 8.
(Appendix 10)
A semiconductor chip;
An interposer having a substrate on which the semiconductor chip is mounted and a plurality of vias penetrating the substrate;
Have
The semiconductor chip has a power pad and a ground pad,
The plurality of vias of the interposer includes a power supply via electrically connected to the power supply pad of the semiconductor chip and a ground via electrically connected to the ground pad of the semiconductor chip,
The power path of the interposer including the power via has at least one N-type thermoelectric conversion layer, and the ground path of the interposer including the ground via has at least one P-type thermoelectric conversion layer.
Semiconductor device.
(Appendix 11)
A semiconductor chip;
A circuit board;
An interposer that is disposed between the semiconductor chip and the circuit board and has a substrate and a plurality of vias penetrating the substrate;
Have
The semiconductor chip has a power pad and a ground pad,
The circuit board has power supply wiring and ground wiring,
The plurality of vias of the interposer includes a power supply via electrically connected to the power supply pad and the power supply wiring, and a ground via electrically connected to the ground pad and the ground wiring,
The power path of the interposer including the power via has at least one N-type thermoelectric conversion layer, and the ground path of the interposer including the ground via has at least one P-type thermoelectric conversion layer.
Electronic equipment.
(Appendix 12)
The electronic device according to appendix 11, wherein a heat radiating plate or a heat sink is bonded to a surface of the circuit board opposite to a surface on which the interposer is disposed.
100、100’、100” 電子装置
110、110” 回路基板
111 回路基板の表面
116 デカップリングコンデンサ
120 半導体装置
130、820 放熱板
140 半導体チップ
141 半導体チップの表面
150、160 接続バンプ
114、144 パッド(導電層)
180、190 熱流
200、300、400、500、600、700 インターポーザ
210 インターポーザ基板
211 インターポーザ基板の第1の面
212 インターポーザ基板の第2の面
214V、414V、714V 第1の面の電源パッド
214G、414G、714G 第1の面のグランドパッド
214S、414S、714S 第1の面の信号パッド
215V、315V、615V 第2の面の電源パッド
215G、315G、615G 第2の面のグランドパッド
215S、315S、615S 第2の面の信号パッド
216、218、219、316、318、319、616、618、619 導電層
217N、317N N型熱電変換層
217P、317P P型熱電変換層
220V、420V、720V 電源ビア
220G、420G、720G グランドビア
220S、420S、720S 信号ビア
230 絶縁膜
510 薄膜キャパシタ
511 下部電極
512 誘電体層
513 上部電極
520 絶縁層
530V、530G コンタクト
100, 100 ', 100 "
180, 190
Claims (7)
前記基板を貫通する、第1のビア及び第2のビアを含む複数のビアと、
を有し、
前記半導体チップが搭載されたときに電源経路となる前記第1のビアを含む第1の電流経路が少なくとも1つのN型熱電変換層を有し、前記半導体チップが搭載されたときにグランド経路となる前記第2のビアを含む第2の電流経路が少なくとも1つのP型熱電変換層を有することを特徴とするインターポーザ。 A substrate having a first surface on which a semiconductor chip is mounted, and a second surface opposite to the first surface;
A plurality of vias including a first via and a second via penetrating the substrate;
Have
A first current path including the first via that becomes a power path when the semiconductor chip is mounted has at least one N-type thermoelectric conversion layer, and a ground path when the semiconductor chip is mounted. The interposer, wherein the second current path including the second via has at least one P-type thermoelectric conversion layer.
前記半導体チップが搭載される、基板及び該基板を貫通する複数のビアを有するインターポーザと、
を有し、
前記半導体チップは電源パッド及びグランドパッドを有し、
前記インターポーザの前記複数のビアは、前記半導体チップの前記電源パッドに電気的に接続された電源ビアと、前記半導体チップの前記グランドパッドに電気的に接続されたグランドビアとを含み、
前記電源ビアを含む前記インターポーザの電源経路が少なくとも1つのN型熱電変換層を有し、前記グランドビアを含む前記インターポーザのグランド経路が少なくとも1つのP型熱電変換層を有する、
半導体装置。 A semiconductor chip;
An interposer having a substrate on which the semiconductor chip is mounted and a plurality of vias penetrating the substrate;
Have
The semiconductor chip has a power pad and a ground pad,
The plurality of vias of the interposer includes a power supply via electrically connected to the power supply pad of the semiconductor chip and a ground via electrically connected to the ground pad of the semiconductor chip,
The power path of the interposer including the power via has at least one N-type thermoelectric conversion layer, and the ground path of the interposer including the ground via has at least one P-type thermoelectric conversion layer.
Semiconductor device.
回路基板と、
前記半導体チップと前記回路基板との間に配置された、基板及び該基板を貫通する複数のビアを有するインターポーザと、
を有し、
前記半導体チップは電源パッド及びグランドパッドを有し、
前記回路基板は電源配線及びグランド配線を有し、
前記インターポーザの前記複数のビアは、前記電源パッド及び前記電源配線に電気的に接続された電源ビアと、前記グランドパッド及び前記グランド配線に電気的に接続されたグランドビアとを含み、
前記電源ビアを含む前記インターポーザの電源経路が少なくとも1つのN型熱電変換層を有し、前記グランドビアを含む前記インターポーザのグランド経路が少なくとも1つのP型熱電変換層を有する、
電子装置。 A semiconductor chip;
A circuit board;
An interposer that is disposed between the semiconductor chip and the circuit board and has a substrate and a plurality of vias penetrating the substrate;
Have
The semiconductor chip has a power pad and a ground pad,
The circuit board has power supply wiring and ground wiring,
The plurality of vias of the interposer includes a power supply via electrically connected to the power supply pad and the power supply wiring, and a ground via electrically connected to the ground pad and the ground wiring,
The power path of the interposer including the power via has at least one N-type thermoelectric conversion layer, and the ground path of the interposer including the ground via has at least one P-type thermoelectric conversion layer.
Electronic equipment.
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