JP2011040624A - Electronic equipment and method for manufacturing the same - Google Patents

Electronic equipment and method for manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2011040624A
JP2011040624A JP2009187655A JP2009187655A JP2011040624A JP 2011040624 A JP2011040624 A JP 2011040624A JP 2009187655 A JP2009187655 A JP 2009187655A JP 2009187655 A JP2009187655 A JP 2009187655A JP 2011040624 A JP2011040624 A JP 2011040624A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
substrate
cooled
electronic device
thermoelectric element
thermoelectric
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2009187655A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Suzuki
貴志 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujitsu Ltd filed Critical Fujitsu Ltd
Priority to JP2009187655A priority Critical patent/JP2011040624A/en
Publication of JP2011040624A publication Critical patent/JP2011040624A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide electronic equipment for preventing any local rise in temperature of an electronic circuit. <P>SOLUTION: This electronic device has a first cooled substrate, a second cooled substrate which faces the first cooled substrate, and a thermoelectric element which comprises a first material whose endothermic joint to the first cooled substrate is carried out and a second material whose endothermic joint to the second cooled substrate is carried out, and which has undergone the first material and the second material endothermic joint between the first cooled substrate and the second cooled substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子回路などの発熱部材を含む電子装置に関するものである。   The present invention relates to an electronic device including a heat generating member such as an electronic circuit.

複数のIC(Integrated Circuit)チップを積層し、TSV(Through Silicon Via)でそれらをつないで得られる3次元IC(以下、3D−ICと表記する)が知られている。3D−ICは、信号配線の距離が短くなって高速動作が可能になると考えられている。また、高度に微細化されたICを作るよりも、それほど微細化されていないICを組み合わせ、積層することにより低コストで高度なチップを実現できる可能性があると考えられている。   A three-dimensional IC (hereinafter referred to as 3D-IC) obtained by stacking a plurality of IC (Integrated Circuit) chips and connecting them with a TSV (Through Silicon Via) is known. The 3D-IC is considered to be capable of high-speed operation by shortening the distance of the signal wiring. Further, it is considered that there is a possibility that an advanced chip can be realized at low cost by combining and stacking ICs that are not so miniaturized, rather than making a highly miniaturized IC.

しかし、CPU(Central Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)などの発熱量の大きいICチップを3D−ICに組み込むことは、以下の理由から困難である。3D−ICにおいて、最外面に配置されたICチップから生じる熱は、パッケージの表面に密着した金属製フィンを空冷又は水冷することにより放出できる。しかし、最外面から離れている内部のICチップから発生する熱は、上下方向の熱流パスが閉じられてしまうため放熱されにくい。そのため内部のICチップは温度が上昇しやすく、これによりICチップの性能の劣化や、ICチップ内で信頼性に深刻な影響をおよぼすエレクトロマイグレーションなどが生じる。   However, it is difficult to incorporate an IC chip having a large calorific value such as a CPU (Central Processing Unit) and a GPU (Graphics Processing Unit) into the 3D-IC for the following reasons. In the 3D-IC, heat generated from the IC chip disposed on the outermost surface can be released by air-cooling or water-cooling metal fins that are in close contact with the surface of the package. However, the heat generated from the internal IC chip away from the outermost surface is difficult to dissipate because the heat flow path in the vertical direction is closed. For this reason, the temperature of the internal IC chip is likely to rise, which causes deterioration of the performance of the IC chip and electromigration that seriously affects the reliability in the IC chip.

このように動作時に局所的な発熱を伴う部分を効率よく冷却するため、たとえばICチップ内部にSiプロセスによって形成した水冷のパスを格子状に設置し、これに水を流すことによって内部からの熱を外部に逃がす冷却構造が提案されている(非特許文献1を参照)。しかし、この冷却構造は、複雑な構成であるため加工が煩雑であり、高度な信頼性を確保することが難しい。   In order to efficiently cool the portion that generates local heat during operation in this way, for example, a water-cooling path formed by a Si process is installed in a lattice shape inside the IC chip, and water is allowed to flow through this to cause heat from the inside. Has been proposed (see Non-Patent Document 1). However, since this cooling structure has a complicated configuration, processing is complicated, and it is difficult to ensure high reliability.

Brunschwiler,T., Michel,B., Rothuizen,H., Kloter,U., Wunderle,B., Oppermann,H., Reichl,H.著、“Forced convective interlayer cooling in vertically integrated packages”「Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, 2008. ITHERM 2008. 11th Intersociety Conference on」、1114−1125ページ、(2008)Brunschwiller, T.W. Michel, B .; Rothuzen, H .; , Kloter, U .; Wunderle, B .; , Oppermann, H .; Reichl, H .; “Forced interactive intermediary cooling in vertically integrated packages”, “Thermal and Thermomechanical Phenomena in Electronic Systems, 2008.

本発明は、電子回路の局所的な昇温を防止する電子装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the electronic device which prevents the local temperature rise of an electronic circuit.

本発明の一側面によると、
前記第1被冷却基板に対向する第2被冷却基板と、
前記第1被冷却基板に吸熱接合する第1材料と、前記第2被冷却基板に吸熱接合する第2材料とを備え、前記第1被冷却基板と前記第2被冷却基板との間で前記第1材料と前記第2材料とが発熱接合した熱電素子と
を有することを特徴とする電子装置が提供される。
According to one aspect of the invention,
A second cooled substrate facing the first cooled substrate;
A first material that is endothermicly bonded to the first substrate to be cooled; and a second material that is endothermicly bonded to the second substrate to be cooled; and the first material to be cooled between the first substrate to be cooled and the second substrate to be cooled. An electronic device comprising a thermoelectric element in which a first material and the second material are heat-bonded is provided.

また、本発明の他の側面によると、
第1被冷却基板及び第2被冷却基板を準備する工程と、
第1材料と第2材料とを電気的に接合する工程と、
前記第1材料又は前記第2材料のうち一方を前記第1被冷却基板に接するように又は前記第1被冷却基板の近傍に配置する工程と、
前記第1材料又は前記第2材料のうち他方を前記第2被冷却基板に接するように又は前記第2被冷却基板の近傍に配置する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法が提供される。
According to another aspect of the present invention,
Preparing a first cooled substrate and a second cooled substrate;
Electrically bonding the first material and the second material;
Placing one of the first material and the second material in contact with the first substrate to be cooled or in the vicinity of the first substrate to be cooled;
Placing the other of the first material and the second material in contact with the second substrate to be cooled or in the vicinity of the second substrate to be cooled;
A method for manufacturing an electronic device is provided.

本発明の電子装置は、電子回路の局所的な昇温を防止することができる。   The electronic device of the present invention can prevent local temperature rise of the electronic circuit.

本発明の電子装置の第1実施形態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a first embodiment of an electronic device of the present invention. 第1実施形態の電子装置の断面図である。It is sectional drawing of the electronic device of 1st Embodiment. 第1実施形態の電子装置の変形例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the modification of the electronic device of 1st Embodiment. 図3に示される電子装置における電子回路と電流の流れの一例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of an electronic circuit and a current flow in the electronic device illustrated in FIG. 3. 図3に示される電子装置における電子回路と電流の流れの別の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another example of the electronic circuit in the electronic device shown by FIG. 3, and the flow of an electric current. 第2実施形態の電子装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the electronic device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電子装置の製造途中の積層物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated body in the middle of manufacture of the electronic device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電子装置の製造途中の積層物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated body in the middle of manufacture of the electronic device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電子装置の製造途中の積層物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated body in the middle of manufacture of the electronic device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電子装置の製造途中の積層物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated body in the middle of manufacture of the electronic device of 2nd Embodiment. 第3実施形態の電子装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the electronic device of 3rd Embodiment. 第3実施形態の電子装置の製造途中の積層物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated body in the middle of manufacture of the electronic device of 3rd Embodiment. 第3実施形態の電子装置の製造途中の積層物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated body in the middle of manufacture of the electronic device of 3rd Embodiment. 第3実施形態の電子装置の製造途中の積層物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated body in the middle of manufacture of the electronic device of 3rd Embodiment. 第3実施形態の電子装置の製造途中の積層物を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the laminated body in the middle of manufacture of the electronic device of 3rd Embodiment. 第2実施形態の電子装置の第1変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st modification of the electronic device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電子装置の第2変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the electronic device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電子装置の第3変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd modification of the electronic device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電子装置の第4変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 4th modification of the electronic device of 2nd Embodiment. 第2実施形態の電子装置の第5変形例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 5th modification of the electronic device of 2nd Embodiment.

図1は、本発明の電子装置の第1実施形態を示す斜視図である。第1実施形態の電子装置10は、電子回路(図示せず)を設けた半導体基板(被冷却基板)34と、半導体基板34に対向し電子回路(図示せず)を設けた半導体基板(被冷却基板)35と、第1材料12aと第2材料14aとが電気的に直列に接合されてなる熱電素子20aと、第2材料14bと第1材料12bとが電気的に直列に接合されてなる熱電素子20bとを備える。更に、熱電素子20a及び20bは、第1材料12a及び12bと第2材料14a及び14bとが、それぞれ熱伝導率の高い放熱部13a及び13bを介して接合されていてもよい。熱電素子20a、20bにおいて、電流の流入端28a、28bは第1材料12a、12bに設けられ、流出端29aは第2材料14a、14bに設けられる。熱電素子20a、20bの接合部(放熱部13a、13b)は、半導体基板34及び35の間に配置される。   FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of an electronic device according to the present invention. The electronic device 10 according to the first embodiment includes a semiconductor substrate (cooled substrate) 34 provided with an electronic circuit (not shown), and a semiconductor substrate (covered) provided with an electronic circuit (not shown) facing the semiconductor substrate 34. A cooling substrate) 35, a thermoelectric element 20a in which the first material 12a and the second material 14a are electrically connected in series, and a second material 14b and the first material 12b are electrically connected in series. And a thermoelectric element 20b. Further, in the thermoelectric elements 20a and 20b, the first material 12a and 12b and the second material 14a and 14b may be joined via the heat radiation portions 13a and 13b having high thermal conductivity, respectively. In the thermoelectric elements 20a and 20b, the current inflow ends 28a and 28b are provided in the first materials 12a and 12b, and the outflow end 29a is provided in the second materials 14a and 14b. Junction portions (heat radiation portions 13 a and 13 b) of the thermoelectric elements 20 a and 20 b are disposed between the semiconductor substrates 34 and 35.

ペルチェ効果は、二つの異種金属または半導体を電気的に直列に接合して直流電流を流すと、その接合部分にジュール熱以外の吸熱および発熱が発生する現象である。ペルチェ効果を利用した冷却素子は熱電素子(ペルチェ素子)と呼ばれる。本実施形態の電子装置10において、熱電素子20a、20bに直列にそれぞれ電流を流すことで、第1材料12a、12bと第2材料14a、14bとの接合部分13a、13bにおいてそれぞれ放熱し、電流の流入端28a、28b及び流出端29a、29bにおいて吸熱する。   The Peltier effect is a phenomenon in which, when two dissimilar metals or semiconductors are electrically joined in series and a direct current is passed, heat absorption and heat generation other than Joule heat occurs at the joint. A cooling element using the Peltier effect is called a thermoelectric element (Peltier element). In the electronic device 10 of the present embodiment, current flows in series in the thermoelectric elements 20a and 20b, so that heat is dissipated in the joint portions 13a and 13b between the first material 12a and 12b and the second material 14a and 14b, respectively. Heat is absorbed at the inflow ends 28a and 28b and the outflow ends 29a and 29b.

熱電素子20a、20bは、例えば第1材料12a、12bとしてのP型半導体と、第2材料14a、14bとしてのN型半導体とを電気的に直列に接合配列された形態を有する。第1材料12a、12b及び第2材料14a、14bの主成分は、例えば、BiTe系、PbTe系、SiGe系、シリサイド系、スクッテルダイト系、遷移金属酸化物系、亜鉛アンチモン系、ホウ素化合物、クラスター固体及びカーボンナノチューブなどである。   The thermoelectric elements 20a and 20b have a form in which, for example, a P-type semiconductor as the first material 12a and 12b and an N-type semiconductor as the second material 14a and 14b are electrically joined and arranged in series. The main components of the first material 12a, 12b and the second material 14a, 14b are, for example, BiTe, PbTe, SiGe, silicide, skutterudite, transition metal oxide, zinc antimony, boron compound, Cluster solids and carbon nanotubes.

BiTe系材料は、例えばBiTe、SbTe、BiSe及びそれらを含む化合物が挙げられる。また、PbTe系材料は、PbTe、SnTe、AgSbTe、GeTe及びそれらを含む化合物が挙げられる。更に、SiGe系材料は、Si、Ge及びSiGe等が挙げられ、シリサイド系材料にはFeSi、MnSi及びCeSiが挙げられる。スクッテルダイト系材料は、MX又はRM12と記載される化合物である。但し、MはCo、Rh及びIrのいずれかの元素であり、XはAs、P及びSbのいずれかの元素であり、RはLa、Yb及びCeのいずれかの元素である。 Examples of the BiTe-based material include BiTe, SbTe, BiSe, and compounds containing them. Examples of the PbTe-based material include PbTe, SnTe, AgSbTe, GeTe, and compounds containing them. Furthermore, examples of the SiGe-based material include Si, Ge, and SiGe, and examples of the silicide-based material include FeSi, MnSi, and CeSi. The skutterudite-based material is a compound described as MX 3 or RM 4 X 12 . However, M is any element of Co, Rh, and Ir, X is any element of As, P, and Sb, and R is any element of La, Yb, and Ce.

遷移金属酸化物系材料には、CaMnO、NaCoO、ZnInO、SrTiO、BiSrCoO、PbSrCoO、CaBiCoO及びBaBiCoO等がある。また、亜鉛アンチモン系材料には例えばZnSbがあり、ホウ素化合物材料にはCeB、BaB、SrB、CaB、MgB、VB、NiB、CuB及びLiB等がある。また、クラスター固体材料にはBクラスター、Siクラスター、Cクラスター、AlRe及びAlReSiがある。また、酸化亜鉛系材料には例えばZnOがある。   Transition metal oxide materials include CaMnO, NaCoO, ZnInO, SrTiO, BiSrCoO, PbSrCoO, CaBiCoO, and BaBiCoO. The zinc antimony-based material includes, for example, ZnSb, and the boron compound material includes CeB, BaB, SrB, CaB, MgB, VB, NiB, CuB, and LiB. The cluster solid material includes B cluster, Si cluster, C cluster, AlRe, and AlReSi. An example of the zinc oxide-based material is ZnO.

第1材料12a、12bに用いられる代表的な組成としてBi0.5Sb1.5Teが挙げられ、第2材料14a、14bに用いられる代表的な組成としてBiTe2.85Se0.15が挙げられる。 Bi 0.5 Sb 1.5 Te 3 is given as a typical composition used for the first materials 12a and 12b, and Bi 2 Te 2.85 Se 0 is given as a typical composition used for the second materials 14a and 14b. .15 .

放熱部13a、13bは、熱伝導率と電気伝導率が高い材料で構成され、例えば、銅を用いて形成することができる。   The heat radiating portions 13a and 13b are made of a material having high thermal conductivity and high electrical conductivity, and can be formed using, for example, copper.

本発明の電子装置において、電流の流入端及び流出端は、それぞれ、熱電素子を挟む一組の被冷却基板のうちいずれか一方に接する、或いはいずれか一方の近傍に配置される。第1実施形態において、熱電素子20aの電流流入端28aは半導体基板34に接し、電流流出端29aは半導体基板35に接する。一方、第1実施形態において、熱電素子20bの電流流入端28bは半導体基板35に接し、電流流出端29bは半導体基板34に接する。   In the electronic device of the present invention, the current inflow end and the outflow end are in contact with or in the vicinity of either one of the pair of substrates to be cooled that sandwich the thermoelectric element. In the first embodiment, the current inflow end 28 a of the thermoelectric element 20 a is in contact with the semiconductor substrate 34, and the current outflow end 29 a is in contact with the semiconductor substrate 35. On the other hand, in the first embodiment, the current inflow end 28 b of the thermoelectric element 20 b is in contact with the semiconductor substrate 35, and the current outflow end 29 b is in contact with the semiconductor substrate 34.

なお、図1の電子装置には図示されていないが、各半導体基板に設けられた電子回路間の信号の授受を行うためのビアが設けられていてもよい。   Although not shown in the electronic device of FIG. 1, vias for transmitting and receiving signals between electronic circuits provided on each semiconductor substrate may be provided.

図2は、図1に示される第1実施形態の電子装置の断面図である。図2において、電子装置における電流の流れ及び熱の流れが示されている。電流の流入端28a、28bから流出端29a、29bに向かって電流I及びIを流すと、電流の流入端28a及び流出端29aから放熱部13aへ向かって熱H及びHが流れ、電流の流入端28b及び流出端29bから放熱部13bへ向かって熱H及びHが流れる。すなわち、半導体基板34及び35で発生した熱は、電流の流入端28a及び流出端29a並びに電流の流出端29a及び流出端29bから、接合部(放熱部13a及び13b)へ移動する。よって、半導体基板34及び35の局所的な昇温を防止することができる。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the electronic device of the first embodiment shown in FIG. In FIG. 2, the current flow and heat flow in the electronic device are shown. When the currents I 1 and I 2 flow from the current inflow ends 28a and 28b toward the outflow ends 29a and 29b, heats H 1 and H 2 flow from the current inflow end 28a and the outflow end 29a toward the heat radiating portion 13a. The heat H 3 and H 4 flow from the current inflow end 28b and the outflow end 29b toward the heat radiating portion 13b. That is, the heat generated in the semiconductor substrates 34 and 35 moves from the current inflow end 28a and the outflow end 29a and the current outflow end 29a and the outflow end 29b to the junction (the heat radiating portions 13a and 13b). Therefore, local temperature rise of the semiconductor substrates 34 and 35 can be prevented.

更に、放熱部13a、13bが、放熱フィンとして機能するように、例えば半導体基板に略平行な方向に向かって延伸する形態を有するとき、各半導体基板の冷却効率を高めることができる。また、その放熱部13a、13bが露出した部分を強制的に冷却することにより冷却効率を高めることができる。強制的に冷却する手段は特に限定されない。例えばこの部分にファンで風を送ることによって効率的に空冷することが可能である。あるいは、例えば電子装置を覆うパッケージの内部から外部に向かって延伸した放熱フィンを水冷することでチップ内での電気的な回路に影響を与えることなく、高効率に水冷することができ、また空冷によってもたらされるような騒音を抑えることができる。   Furthermore, when the heat radiation portions 13a and 13b have a form extending, for example, in a direction substantially parallel to the semiconductor substrate so as to function as heat radiation fins, the cooling efficiency of each semiconductor substrate can be increased. Further, the cooling efficiency can be increased by forcibly cooling the exposed portions of the heat radiation portions 13a and 13b. The means for forcibly cooling is not particularly limited. For example, it is possible to efficiently cool the air by sending air to this portion with a fan. Alternatively, for example, by cooling the heat dissipating fins extending from the inside of the package covering the electronic device to the outside, it is possible to cool the air efficiently without affecting the electrical circuit in the chip. Noise caused by can be suppressed.

熱電素子20a、20bに流す電流を発生させる回路及び電源は特に限定されず、例えば、半導体基板34及び35に設けた電子回路(図示せず)を駆動するための電源電流(図示せず)を用いることができる。また、半導体基板34及び35に設けた電子回路に流す電流ではなく、冷却専用の電源電流を熱電素子20a、20bに供給することで各被冷却基板を効果的に冷却することができる。冷却専用の電源電流を流すとき、各被冷却基板上に設けた冷却専用のパス(図示せず)を経由して熱電素子20a、20bに電流を供給しても良いし、被冷却基板上に冷却専用のパスを設けないで、外部電源と電気的に接続したワイヤボンディング(図示せず)を経由して熱電素子20a、20bに電流を供給しても良い。   A circuit and a power source for generating a current to be passed through the thermoelectric elements 20a and 20b are not particularly limited. For example, a power source current (not shown) for driving an electronic circuit (not shown) provided on the semiconductor substrates 34 and 35 is used. Can be used. In addition, each substrate to be cooled can be effectively cooled by supplying a power supply current dedicated to cooling to the thermoelectric elements 20a and 20b instead of a current flowing through an electronic circuit provided on the semiconductor substrates 34 and 35. When a power supply current dedicated for cooling is supplied, current may be supplied to the thermoelectric elements 20a and 20b via a dedicated cooling path (not shown) provided on each substrate to be cooled, or on the substrate to be cooled. A current may be supplied to the thermoelectric elements 20a and 20b via wire bonding (not shown) electrically connected to an external power source without providing a cooling-dedicated path.

図3は、第1実施形態の電子装置の変形例を示す断面模式図である。図3において、第1実施形態の電子装置と共通する部分については同一符号を付し、説明を省略する。図3に示される電子装置は、図1に示される電子装置に更に1つの半導体基板36と、2つの熱電素子40a、40bを加えた構成を有する。電子回路(図示せず)を設けた半導体基板36は、半導体基板35の半導体基板34と反対側の面と向かい合う。半導体基板35と半導体基板36の間に、第1材料16aと第2材料18aとが電気的に直列に接合されてなる熱電素子40aと、第2材料18bと第1材料16bとが電気的に直列に接合されてなる熱電素子40bとを備える。更に、熱電素子40a及び40bは、第1材料16a及び16bと第2材料18a及び18bとが、それぞれ熱伝導率の高い放熱部17a及び17bを介して接合されていてもよい。熱電素子40a、40bにおいて、電流の流入端48a、48bは第1材料16a、16bに設けられ、流出端49aは第2材料18a、18bに設けられる。図3において、電子装置における電流の流れ及び熱の流れが示されている。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a modification of the electronic device according to the first embodiment. In FIG. 3, parts that are the same as those in the electronic device of the first embodiment are given the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted. The electronic device shown in FIG. 3 has a configuration obtained by adding one semiconductor substrate 36 and two thermoelectric elements 40a and 40b to the electronic device shown in FIG. The semiconductor substrate 36 provided with an electronic circuit (not shown) faces the surface of the semiconductor substrate 35 opposite to the semiconductor substrate 34. A thermoelectric element 40a in which the first material 16a and the second material 18a are electrically connected in series between the semiconductor substrate 35 and the semiconductor substrate 36, and the second material 18b and the first material 16b are electrically connected. And a thermoelectric element 40b joined in series. Further, in the thermoelectric elements 40a and 40b, the first material 16a and 16b and the second material 18a and 18b may be joined via the heat radiating portions 17a and 17b having high thermal conductivity, respectively. In the thermoelectric elements 40a and 40b, the current inflow ends 48a and 48b are provided in the first material 16a and 16b, and the outflow end 49a is provided in the second material 18a and 18b. In FIG. 3, the current flow and heat flow in the electronic device are shown.

電流の流入端48a、48bから流出端49a、49bに向かって電流I及びIを流すと、電流の流入端48a及び流出端49aから放熱部17aへ向かって熱H及びHが流れ、電流の流入端48b及び流出端49bから放熱部17bへ向かって熱H及びHが流れる。すなわち、半導体基板35及び36で発生した熱は、電流の流入端48a及び流出端49a並びに電流の流出端49a及び流出端49bから、接合部(放熱部17a及び17b)へ移動する。よって、半導体基板35及び36の局所的な昇温を防止することができる。また、熱電素子20a、20bが半導体基板34及び35を冷却する作用については、第1実施形態と同様であるため説明を省略する。 When the currents I 3 and I 4 are flown from the current inflow ends 48a and 48b toward the outflow ends 49a and 49b, heats H 5 and H 6 flow from the current inflow end 48a and the outflow end 49a toward the heat radiating portion 17a. , heat H 7 and H 8 flows from the inlet end 48b and an outlet end 49b of the current to the heat radiating portion 17b. That is, the heat generated in the semiconductor substrates 35 and 36 moves from the current inflow end 48a and the outflow end 49a and the current outflow end 49a and the outflow end 49b to the junction (the heat radiation portions 17a and 17b). Therefore, local temperature rise of the semiconductor substrates 35 and 36 can be prevented. Further, the operation of the thermoelectric elements 20a and 20b for cooling the semiconductor substrates 34 and 35 is the same as that of the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

図4は、図3に示される電子装置における電子回路と電流の流れの一例を示す模式図である。なお、図4において、図3の熱電素子20a、20b、40a、40bのうち、それぞれ第1材料と第2材料のみを図示している。また、熱電素子に接続されていない電子回路間の接続は図示されていない。電子装置10は、半導体基板34に設けた電子回路31と、半導体基板35に設けた電子回路32と、半導体基板36に設けた電子回路33とを備える。電子回路31〜33は電源61に対して並列に接続されている。熱電素子20a、20b、40a、40bは電子回路33に対して直列に接続されている。熱電素子20a、20bは電子回路32に対して直列に接続されている。熱電素子20a、20b、40a、40bを流れる電流I1、I2、I3、I4は、それぞれ第1材料12a、12b、16a、16bから第2材料14a、14b、18a、18bへ向かって流れる。   FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of an electronic circuit and a current flow in the electronic device illustrated in FIG. 3. In FIG. 4, only the first material and the second material are shown in the thermoelectric elements 20a, 20b, 40a, and 40b of FIG. Also, connections between electronic circuits that are not connected to thermoelectric elements are not shown. The electronic device 10 includes an electronic circuit 31 provided on the semiconductor substrate 34, an electronic circuit 32 provided on the semiconductor substrate 35, and an electronic circuit 33 provided on the semiconductor substrate 36. The electronic circuits 31 to 33 are connected to the power supply 61 in parallel. The thermoelectric elements 20 a, 20 b, 40 a, 40 b are connected in series with the electronic circuit 33. The thermoelectric elements 20 a and 20 b are connected in series to the electronic circuit 32. Currents I1, I2, I3, and I4 flowing through the thermoelectric elements 20a, 20b, 40a, and 40b flow from the first material 12a, 12b, 16a, and 16b toward the second material 14a, 14b, 18a, and 18b, respectively.

図5は、図3に示される電子装置における電子回路と電流の流れの別の例を示す模式図である。なお、図5において、図3の熱電素子20a、20b、40a、40bはそれぞれ第1材料と第2材料のみを図示している。電子回路31〜33は、電源61に対して並列に接続されている。熱電素子20a、20b、40a、40bは電子回路31〜33と電気的に接続されていない。熱電素子20aと20bとは、半導体基板35上に設けられた電子回路32とは別の電流路により接続されている。熱電素子40aと40bとは、半導体基板36上に設けられた電子回路33とは別の電流路により接続されている。冷却用電源63が、制御回路62を介して、熱電素子20a、40a、40b、20bの順に電流が流れる直列回路と、熱電素子20a、20bの順に電流が流れる直列回路とに電流を供給する。制御回路62によって冷却専用の電流を、電子回路31〜33に流す電流とは別個に制御することでき、半導体基板34〜36の冷却を効果的にコントロールできる。なお、制御回路62は半導体基板35、36に設けられていてもよいし、熱電素子20a、20b、40a、40bが制御回路を介さず直接冷却用電源63に接続されてもよい。   FIG. 5 is a schematic diagram illustrating another example of an electronic circuit and a current flow in the electronic device illustrated in FIG. 3. 5, only the first material and the second material are shown in the thermoelectric elements 20a, 20b, 40a, and 40b in FIG. The electronic circuits 31 to 33 are connected to the power supply 61 in parallel. The thermoelectric elements 20a, 20b, 40a, 40b are not electrically connected to the electronic circuits 31-33. The thermoelectric elements 20 a and 20 b are connected by a current path different from the electronic circuit 32 provided on the semiconductor substrate 35. The thermoelectric elements 40 a and 40 b are connected by a different current path from the electronic circuit 33 provided on the semiconductor substrate 36. The cooling power source 63 supplies current to the series circuit in which current flows in the order of the thermoelectric elements 20a, 40a, 40b, and 20b and the series circuit in which current flows in the order of the thermoelectric elements 20a and 20b via the control circuit 62. The current dedicated for cooling can be controlled by the control circuit 62 separately from the current flowing through the electronic circuits 31 to 33, and the cooling of the semiconductor substrates 34 to 36 can be effectively controlled. The control circuit 62 may be provided on the semiconductor substrates 35 and 36, or the thermoelectric elements 20a, 20b, 40a, and 40b may be directly connected to the cooling power source 63 without passing through the control circuit.

本実施形態の電子装置は、現在検討されている各種3D−ICの製造方法で、同程度のコストで作ることができる。   The electronic device according to the present embodiment can be manufactured at a similar cost by various 3D-IC manufacturing methods currently being studied.

図6は、第2実施形態の電子装置を示す模式図である。第2実施形態の電子装置はFCBGA(Flip Chip−Ball Grid Array)パッケージに組み込まれている。図6に示される電子装置は、電子回路31を備える半導体基板34、電子回路32を備える半導体基板35、電子回路33を備える半導体基板36が積層されている。電子回路31〜33は、それぞれ半導体基板34〜36の下面に設けられている。半導体基板34、35には、それぞれ必要に応じて複数のビアホール57、58が設けられている。複数のビアホール57、58の内部にはそれぞれビア25(Through Silicon Via;TSV)が形成されている。半導体基板34〜36の厚さは例えば50μmである。   FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an electronic apparatus according to the second embodiment. The electronic device according to the second embodiment is incorporated in an FCBGA (Flip Chip-Ball Grid Array) package. In the electronic device illustrated in FIG. 6, a semiconductor substrate 34 including an electronic circuit 31, a semiconductor substrate 35 including an electronic circuit 32, and a semiconductor substrate 36 including an electronic circuit 33 are stacked. The electronic circuits 31 to 33 are provided on the lower surfaces of the semiconductor substrates 34 to 36, respectively. A plurality of via holes 57 and 58 are provided in the semiconductor substrates 34 and 35 as needed. Vias 25 (Through Silicon Via; TSV) are formed inside the plurality of via holes 57 and 58, respectively. The thickness of the semiconductor substrates 34 to 36 is, for example, 50 μm.

半導体基板34と35との間には、熱電素子20a、20bを内部に設けるためのビアホール21、22及び電子回路31と電子回路32とを接合するためのビアを内部に設ける複数のビアホール37が形成された絶縁層13と、ビアホール21の内部に設けられた第1材料12a、金属層26a、第2材料14aを半導体基板34上に積層した熱電素子20aと、ビアホール22の内部に設けられた第2材料14b、金属層26b、第1材料12bを半導体基板34上に積層した熱電素子20bと、複数のビアホール37に設けられた例えばタングステン(W)を主成分とする材料で形成される複数のビア25とが設けられている。   Between the semiconductor substrates 34 and 35, there are via holes 21 and 22 for providing the thermoelectric elements 20a and 20b inside, and a plurality of via holes 37 for providing vias for joining the electronic circuit 31 and the electronic circuit 32 inside. The formed insulating layer 13, the thermoelectric element 20 a in which the first material 12 a, the metal layer 26 a, and the second material 14 a provided in the via hole 21 are stacked on the semiconductor substrate 34, and the via hole 22. A plurality of thermoelectric elements 20b in which the second material 14b, the metal layer 26b, and the first material 12b are stacked on the semiconductor substrate 34, and a plurality of materials mainly composed of, for example, tungsten (W) provided in the plurality of via holes 37. Vias 25 are provided.

同様に、半導体基板35と36との間には、熱電素子40a、40bを内部に設けるためのビアホール23、24及び電子回路32と電子回路33とを接合するためのビアを内部に設ける複数のビアホール38が形成された絶縁層17と、ビアホール23の内部に設けられた第1材料16a、金属層27a、第2材料18aを半導体基板35上に積層した熱電素子40aと、ビアホール24の内部に設けられた第2材料18b、金属層27b、第1材料16bを半導体基板35上に積層した熱電素子40bと、複数のビアホール38に設けられた例えばタングステン(W)からなる複数のビア25とが設けられている。   Similarly, between the semiconductor substrates 35 and 36, a plurality of via holes 23 and 24 for providing the thermoelectric elements 40a and 40b and vias for bonding the electronic circuit 32 and the electronic circuit 33 are provided inside. The insulating layer 17 in which the via hole 38 is formed, the thermoelectric element 40 a in which the first material 16 a, the metal layer 27 a, and the second material 18 a provided in the via hole 23 are stacked on the semiconductor substrate 35, and the via hole 24. A thermoelectric element 40b in which the provided second material 18b, metal layer 27b, and first material 16b are stacked on the semiconductor substrate 35, and a plurality of vias 25 made of, for example, tungsten (W) provided in the plurality of via holes 38. Is provided.

半導体基板34は、複数のはんだバンプ51を上面に設けたパッケージ基板52にフリップチップ実装されている。はんだバンプ51の周囲は、アンダーフィル44で埋められている。電子回路31は複数のはんだバンプ51に接続されている。電子回路32は、絶縁層13に埋め込まれたビア25及び熱電素子20a、20b、並びに半導体基板34に埋め込まれたビア25を介して複数のはんだバンプ51に接続されている。電子回路33は、絶縁層17に埋め込まれたビア25及び熱電素子40a、40b、半導体基板35に埋め込まれたビア25、絶縁層13に埋め込まれたビア25及び熱電素子20a、20b、並びに半導体基板に埋め込まれたビア25を介して複数のはんだバンプ51に接続されている。はんだバンプ51はパッケージ基板52の反対側に設けられたはんだバンプ53と接続されている。電子回路31〜33は、はんだバンプ53を介して外部の基板や回路と接続し、電気信号の授受を行うことができる。また、電子回路31〜33の間で、半導体基板31、32のビアホール57、58、及び絶縁層13、17のビアホール37、38の内部にそれぞれ埋め込まれた複数のビア25を介して電気信号の授受を行うことができる。   The semiconductor substrate 34 is flip-chip mounted on a package substrate 52 provided with a plurality of solder bumps 51 on the upper surface. The periphery of the solder bump 51 is filled with an underfill 44. The electronic circuit 31 is connected to a plurality of solder bumps 51. The electronic circuit 32 is connected to the plurality of solder bumps 51 through the via 25 and the thermoelectric elements 20 a and 20 b embedded in the insulating layer 13 and the via 25 embedded in the semiconductor substrate 34. The electronic circuit 33 includes a via 25 and thermoelectric elements 40a and 40b embedded in the insulating layer 17, a via 25 embedded in the semiconductor substrate 35, a via 25 and thermoelectric elements 20a and 20b embedded in the insulating layer 13, and a semiconductor substrate. Are connected to a plurality of solder bumps 51 via vias 25 embedded in the. The solder bump 51 is connected to a solder bump 53 provided on the opposite side of the package substrate 52. The electronic circuits 31 to 33 can be connected to an external substrate or circuit via the solder bumps 53 to exchange electric signals. In addition, between the electronic circuits 31 to 33, electric signals are transmitted through the via holes 57 and 58 of the semiconductor substrates 31 and 32 and the via holes 37 and 38 embedded in the insulating layers 13 and 17, respectively. Can give and receive.

熱電素子20a、20b、40a、40bは、それぞれ第1の材料12a、12b、16a、16bと、第2の材料14a、14b、18a、18bと、第1の材料及び第2の材料の接合部に設けられる金属層26a、26b、27a、27bとを含んでなる。第1の材料12a、12b、16a、16bは、P型半導体であり、第2材料14a、14b、18a、18bはN型半導体である。第1材料及び第2材料の詳細は第1実施形態と同様であるため省略する。金属層26a、26b、27a、27bは第1実施形態の放熱部13a、13bなどと同様、例えば熱伝導率が高く導電性を有する材料で形成されている。   The thermoelectric elements 20a, 20b, 40a, 40b are respectively joined portions of the first material 12a, 12b, 16a, 16b, the second material 14a, 14b, 18a, 18b, and the first material and the second material. And metal layers 26a, 26b, 27a, 27b. The first materials 12a, 12b, 16a, and 16b are P-type semiconductors, and the second materials 14a, 14b, 18a, and 18b are N-type semiconductors. The details of the first material and the second material are the same as those in the first embodiment, and will be omitted. The metal layers 26a, 26b, 27a, and 27b are formed of, for example, a material having high thermal conductivity and conductivity, like the heat radiating portions 13a and 13b of the first embodiment.

図6に、熱電素子20a、20b、40a、40bを通る電流C1、C2が示されている。本実施形態において、電流C1は、5Vの直流電源VDDからビア25a、熱電素子20a、ビア25c、熱電素子40a、電子回路33、熱電素子40b、ビア25d、熱電素子20b、ビア25bを経由してアースGNDへ流れる。電流C2は、5Vの直流電源VDDからビア25a、熱電素子20a、電子回路32、熱電素子20b、ビア25bを経由してアースGNDへ流れる。熱電素子20a、20b、40a、40bに電流C1、C2を流すとき、ペルチェ効果により熱電素子20a、20b、40a、40bそれぞれの上端及び下端から金属層26a、26b、27a、27bへと熱が移動する。よって、電子回路31〜33をそれぞれ設けた半導体基板34〜36における局所的な昇温を防止することができる。   FIG. 6 shows currents C1 and C2 passing through the thermoelectric elements 20a, 20b, 40a, and 40b. In the present embodiment, the current C1 is supplied from the DC power supply VDD of 5V via the via 25a, the thermoelectric element 20a, the via 25c, the thermoelectric element 40a, the electronic circuit 33, the thermoelectric element 40b, the via 25d, the thermoelectric element 20b, and the via 25b. It flows to the ground GND. The current C2 flows from the 5V DC power supply VDD to the ground GND via the via 25a, the thermoelectric element 20a, the electronic circuit 32, the thermoelectric element 20b, and the via 25b. When currents C1 and C2 are passed through the thermoelectric elements 20a, 20b, 40a and 40b, heat is transferred from the upper and lower ends of the thermoelectric elements 20a, 20b, 40a and 40b to the metal layers 26a, 26b, 27a and 27b by the Peltier effect. To do. Therefore, local temperature rise in the semiconductor substrates 34 to 36 provided with the electronic circuits 31 to 33 can be prevented.

第1材料12a、12b、16a、16b及び第2材料14a、14b、18a、18bのそれぞれの形状は、各熱電素子の上下に設けられた一組の半導体基板の間に各第1材料と各第2材料との接合部が設けられ、第1材料の電流流入口が一方の半導体基板に接し又は一方の半導体基板の近傍に配置され、第2材料の電流流出口が他方の半導体基板に接し又は他方の半導体基板の近傍に配置されている限りにおいて、特に限定されるものではない。第1材料12a、12b、16a、16b及び第2材料14a、14b、18a、18bの形状は、例えば円柱形であり、その半導体基板34に平行な断面の径は例えば20μmφであり、その半導体基板34に垂直な方向の長さは20μmである。金属層26a、26b、27a、27bと第1材料12a、12b、16a、16bとの間、及び金属層26a、26b、27a、27bと第2材料14a、14b、18a、18bとの間に、電気的・機械的接続を行うため、第1材料12a、12b、16a、16bもしくは第2材料14a、14b、18a、18b/Niメッキ層/58Bi42Snを主成分とする合金半田層/金属層26a、26b、27a、27bという積層構造になっていてもよい(なお、「/」はその両側の層が積層されていることを意味する。)。   Each shape of the first material 12a, 12b, 16a, 16b and the second material 14a, 14b, 18a, 18b is different between each first material and each of the pair of semiconductor substrates provided above and below each thermoelectric element. A junction with the second material is provided, the current inlet of the first material is in contact with one semiconductor substrate or in the vicinity of one semiconductor substrate, and the current outlet of the second material is in contact with the other semiconductor substrate. Or as long as it arrange | positions in the vicinity of the other semiconductor substrate, it does not specifically limit. The shape of the first material 12a, 12b, 16a, 16b and the second material 14a, 14b, 18a, 18b is, for example, a cylindrical shape, and the diameter of the cross section parallel to the semiconductor substrate 34 is, for example, 20 μmφ. The length in the direction perpendicular to 34 is 20 μm. Between the metal layers 26a, 26b, 27a, 27b and the first material 12a, 12b, 16a, 16b, and between the metal layers 26a, 26b, 27a, 27b and the second material 14a, 14b, 18a, 18b, In order to perform electrical and mechanical connection, the first material 12a, 12b, 16a, 16b or the second material 14a, 14b, 18a, 18b / Ni plated layer / 58Bi42Sn alloy solder layer / metal layer 26a, It may have a laminated structure of 26b, 27a, 27b ("/" means that layers on both sides thereof are laminated).

金属層26a、26b及び27a、27bは、それぞれ絶縁層13及び絶縁層17と接触している。金属層26a、26b及び27a、27bに移動した熱は、それぞれ絶縁層13及び絶縁層17を介してヒートスプレッダ45へ移動する。このように、絶縁層13及び17は、熱電材料20a、20b、40a、40bやビア25を固定し、保持するとともに、接合部(金属層26a及び金属層27a)の熱の放出経路として機能する。絶縁層13及び17の材料としては、例えばアルミナ(Al)などが考えられる。絶縁層13及び17の厚さ(半導体基板34に垂直な方向の長さ)は例えば42μmである。 The metal layers 26a, 26b and 27a, 27b are in contact with the insulating layer 13 and the insulating layer 17, respectively. The heat transferred to the metal layers 26a, 26b and 27a, 27b moves to the heat spreader 45 through the insulating layer 13 and the insulating layer 17, respectively. As described above, the insulating layers 13 and 17 fix and hold the thermoelectric materials 20a, 20b, 40a, and 40b and the via 25, and also function as a heat release path of the joint portion (the metal layer 26a and the metal layer 27a). . As a material of the insulating layers 13 and 17, for example, alumina (Al 2 O 3 ) can be considered. The thickness of the insulating layers 13 and 17 (the length in the direction perpendicular to the semiconductor substrate 34) is, for example, 42 μm.

半導体基板34に略平行に伸びた形状を有する絶縁層13、17は、TIM(Thermal Interface Material)41、42を介してヒートスプレッダ45と熱的に良好に接触している。また、半導体基板36の上面も同様にTIM43を介してヒートスプレッダ45と熱的に良好に接触している。ヒートスプレッダ45は、例えば、図示されないファンにより送られる空気や、ヒートスプレッダ45の表面に設けた図示されないヒートシンクにより冷却される。   The insulating layers 13, 17 having a shape extending substantially parallel to the semiconductor substrate 34 are in good thermal contact with the heat spreader 45 via TIM (Thermal Interface Material) 41, 42. Similarly, the upper surface of the semiconductor substrate 36 is in good thermal contact with the heat spreader 45 via the TIM 43. The heat spreader 45 is cooled by, for example, air sent by a fan (not shown) or a heat sink (not shown) provided on the surface of the heat spreader 45.

なお、上記各半導体基板に設けた各ビアホールに埋め込むビアの材料として、W以外に、例えばAlやCuなどが挙げられる。Alを用いたビアはWを用いたビアとほぼ同じ工程で形成されうる。Cuを用いたビアは、半導体基板に拡散するのを防止するため、半導体基板のビアホールの内部にSiN、TiN、TaN、Taなどの拡散防止膜が設けてからCuを用いたビアを形成してもよい。酸化防止膜は、例えばCVD法により成膜した膜を、リフトオフにより加工して得られる。ビアの材料としてWの代わりにCuを用いると、工数が増えるデメリットがある。しかし、WよりもCuの方が熱伝導特性が良く、しかも抵抗が低いので、半導体基板の放熱効率は向上する。   In addition to W, examples of the via material embedded in each via hole provided in each semiconductor substrate include Al and Cu. Vias using Al can be formed in substantially the same process as vias using W. In order to prevent the via made of Cu from diffusing into the semiconductor substrate, a diffusion prevention film such as SiN, TiN, TaN, Ta, etc. is provided inside the via hole of the semiconductor substrate, and then the via using Cu is formed. Also good. The antioxidant film is obtained, for example, by processing a film formed by a CVD method by lift-off. If Cu is used instead of W as the material for the via, there is a disadvantage that the number of man-hours increases. However, since Cu has better thermal conductivity than W and has a lower resistance, the heat dissipation efficiency of the semiconductor substrate is improved.

以下に、第2実施形態の電子装置の製造方法の一例を、図7〜図10を用いて説明する。但し、以下に説明する電子装置の製造方法は3D−ICの製造方法を用いたものであって、必ずしもこれに限るものでない。   Below, an example of the manufacturing method of the electronic device of 2nd Embodiment is demonstrated using FIGS. However, the electronic device manufacturing method described below uses a 3D-IC manufacturing method and is not necessarily limited thereto.

まず、電子回路を配置した半導体基板の加工方法を図7を用いて説明する。図7(a)は、表面に電子回路31が配置されたSi基板34であり、一般的なSiプロセスを経て得られる。この上にマスク71の材料を成膜し、更にフォトリソグラフィによりパターニングを行い、マスク71を形成する(図7(b))。マスク71は、レジストを用いて形成されてもよいし、また低温でCVD成膜したSiOを成膜し、そのSiO膜をパターニングして形成することも可能である。いずれも電子回路が配置された上に行うため、およそ500℃を超えるような高温プロセスは好ましくない。 First, a method for processing a semiconductor substrate on which an electronic circuit is arranged will be described with reference to FIG. FIG. 7A shows a Si substrate 34 having an electronic circuit 31 disposed on the surface, which is obtained through a general Si process. A material for the mask 71 is formed thereon, and further patterned by photolithography to form the mask 71 (FIG. 7B). The mask 71 may be formed using a resist, or may be formed by depositing SiO 2 formed by CVD at a low temperature and patterning the SiO 2 film. Since both are performed after the electronic circuit is arranged, a high temperature process exceeding about 500 ° C. is not preferable.

その後、このマスクを用いてSi基板34のエッチングを行い、Si基板34に溝72を形成する(図7(c))。エッチングの種類にはウエットエッチングとドライエッチングとがあるが、この場合にはアスペクト比の高い孔を開けるのでドライエッチングの方が好ましい。この後、PVD(Physical Vapor Deposition)法を用いて溝72の中にタングステン(W)73を埋め込む(図7(d))。   Thereafter, the Si substrate 34 is etched using this mask to form grooves 72 in the Si substrate 34 (FIG. 7C). There are wet etching and dry etching as etching types. In this case, dry etching is preferable because a hole having a high aspect ratio is formed. Thereafter, tungsten (W) 73 is embedded in the groove 72 by using a PVD (Physical Vapor Deposition) method (FIG. 7D).

この後でSi基板34表面のマスク71を除去する(図7(e))。例えば、マスク71がレジストで形成されるとき、レジスト剥離液を用いて選択的に除去することができる。次いで、Si基板34のタングステン73が埋め込まれた表面に、仮止め接着剤74を用いて、石英基板75を張り付ける(図7(f))。石英基板75の代わりに、例えばSi基板やその他の基板であってもよい。仮止め接着剤74は、例えば溶液や紫外線等によって後から容易にはがすことができるものであって、はく離後にはタングステン73の上面に残渣が残らないものが好ましく、用途に応じたものが一般に市販されている。   Thereafter, the mask 71 on the surface of the Si substrate 34 is removed (FIG. 7E). For example, when the mask 71 is formed of a resist, it can be selectively removed using a resist stripping solution. Next, a quartz substrate 75 is attached to the surface of the Si substrate 34 on which the tungsten 73 is embedded using a temporary adhesive 74 (FIG. 7F). Instead of the quartz substrate 75, for example, a Si substrate or another substrate may be used. The temporary fixing adhesive 74 can be easily peeled off later with, for example, a solution or ultraviolet light, and preferably has no residue on the upper surface of the tungsten 73 after peeling. Has been.

次に石英基板75を支持体として、Si基板34の裏面を研磨する。一般にSi基板34の厚さは500〜800μmほどであるので、これを例えば50μm程度の厚さまで研磨する(図7(g))。そして仮止め接着剤74をはがすことにより、石製基板75とSi基板34を分離することができる(図7(h))。   Next, the back surface of the Si substrate 34 is polished using the quartz substrate 75 as a support. Since the thickness of the Si substrate 34 is generally about 500 to 800 μm, this is polished to a thickness of about 50 μm, for example (FIG. 7G). Then, by removing the temporary fixing adhesive 74, the stone substrate 75 and the Si substrate 34 can be separated (FIG. 7 (h)).

次に、図8を用いて絶縁層(ここではアルミナ基板)13の加工方法について説明する。初めに所望の厚さ(厚さ42μm)のアルミナ基板13を用意し、マスク77を塗布してパターニングを行う(図8(a))。マスクパターンは、熱電材料が埋め込まれるビアホールに対応する位置と、タングステンが埋め込まれるビアホールに対応する位置の両方が開口するようにパターニングされる。   Next, a method for processing the insulating layer (here, the alumina substrate) 13 will be described with reference to FIG. First, an alumina substrate 13 having a desired thickness (42 μm thickness) is prepared, and a mask 77 is applied and patterned (FIG. 8A). The mask pattern is patterned so that both the position corresponding to the via hole in which the thermoelectric material is embedded and the position corresponding to the via hole in which tungsten is embedded are opened.

次にこのマスク77の開口部をエッチングし、アルミナ基板13の厚さのおよそ半分まで溝78を掘る(図8(b))。エッチングはドライエッチングを利用し、できるだけマスク77の開口部がそのまま溝の幅になるようにする。   Next, the opening of this mask 77 is etched, and a groove 78 is dug to approximately half the thickness of the alumina substrate 13 (FIG. 8B). Etching uses dry etching so that the opening of the mask 77 has the same width as the groove as much as possible.

この上からCr膜とAu膜とを順に成膜し、金属膜(Cr/Au膜)26を得る。成膜方法は蒸着、もしくはスパッタ法が挙げられ、膜厚は例えばCr膜が20nm、Au膜が200nm程度である(図8(c))。その後、マスク77を除去することにより、アルミナ基板13に設置した孔の底部のみCr/Au膜26が成膜された状態(図8(d))となる。   From this, a Cr film and an Au film are sequentially formed, and a metal film (Cr / Au film) 26 is obtained. Examples of the film forming method include vapor deposition or sputtering, and the film thickness is, for example, about 20 nm for the Cr film and about 200 nm for the Au film (FIG. 8C). Thereafter, by removing the mask 77, the Cr / Au film 26 is formed only at the bottom of the hole provided in the alumina substrate 13 (FIG. 8D).

次に再びマスク79を塗布し、今度はN型熱電材料を埋め込む開口部80のあるパターンを製作する(図8(e))。そして開口部80にN型熱電材料14aを埋め込む(図8(f))。N型熱電材料14aは、通常、メッキ法により埋め込まれる。   Next, the mask 79 is applied again, and this time, a pattern having an opening 80 for embedding the N-type thermoelectric material is manufactured (FIG. 8E). Then, the N-type thermoelectric material 14a is embedded in the opening 80 (FIG. 8F). The N-type thermoelectric material 14a is usually embedded by a plating method.

このマスク79を除去した後、次に再びマスク81を塗布し、今度はP型熱電材料12bを埋め込む開口部82のあるパターンを製作する(図8(g))。   After removing the mask 79, the mask 81 is applied again, and a pattern having an opening 82 for embedding the P-type thermoelectric material 12b is manufactured (FIG. 8G).

そして開口部82にP型熱電材料12bを埋め込む(図8(h))。P型熱電材料12bは、通常、メッキ法により埋め込まれる。   Then, the P-type thermoelectric material 12b is embedded in the opening 82 (FIG. 8 (h)). The P-type thermoelectric material 12b is usually embedded by a plating method.

このマスク81を除去した後、次に再びマスク83を塗布し、今度は信号用TSVの開口部84のあるパターンを製作する(図8(i))。そして開口部84に例えばタングステンなどの金属25を埋め込む(図9(a))。金属25はPVD法などで形成される。   After removing the mask 81, the mask 83 is applied again, and this time, a pattern having an opening 84 of the signal TSV is manufactured (FIG. 8 (i)). Then, a metal 25 such as tungsten is embedded in the opening 84 (FIG. 9A). The metal 25 is formed by a PVD method or the like.

次にマスク83を除去した後、今度は基板の裏面にマスク85を塗布し、パターニングを行う(図9(b))。マスクパターンは、P型及びN型熱電材料が埋め込まれるビアホールに対応する位置と、タングステンが埋め込まれるビアホールに対応する位置の両方が開口するようにパターニングされる。   Next, after removing the mask 83, this time, a mask 85 is applied to the back surface of the substrate, and patterning is performed (FIG. 9B). The mask pattern is patterned so that both positions corresponding to via holes in which P-type and N-type thermoelectric materials are embedded and positions corresponding to via holes in which tungsten is embedded are opened.

次にこのマスク85の開口部をエッチングし、アルミナ基板13の厚さのおよそ半分まで、先に成膜したCr/Au膜26が表面に露出するまで溝86を掘る(図9(c))。エッチングはドライエッチングを利用し、できるだけマスクの開口部がそのまま溝86の幅になるようにする。   Next, the opening of the mask 85 is etched, and a groove 86 is dug until the Cr / Au film 26 previously formed is exposed to the surface to approximately half the thickness of the alumina substrate 13 (FIG. 9C). . For the etching, dry etching is used so that the opening of the mask is as large as the width of the groove 86 as much as possible.

次いで、溝86の内部に、図8(e)から図8(i)、及び図9(a)までのプロセスと同様に、P型熱電材料、N型熱電材料、金属を埋め込むプロセスを行う。すなわち、P型熱電材料を埋め込む開口部88のあるレジストパターン87を製作した後(図9(d))、P型熱電材料12aを開口部88に埋め込む(図9(e))。その後N型熱電材料を埋め込む開口部90のあるレジストパターン89を製作した後(図9(f))、N型熱電材料14bを埋め込む(図9(g))。次に、信号用TSVの開口部92のあるレジストパターン91を製作する(図9(h))。そして開口部92に導電金属、例えばWなどの金属25を埋め込む(図9(i))。最後にレジストパターン91を除去する(図9(j))。   Next, a process of embedding a P-type thermoelectric material, an N-type thermoelectric material, and a metal in the groove 86 is performed in the same manner as the processes from FIG. 8E to FIG. 8I and FIG. 9A. That is, after a resist pattern 87 having an opening 88 for embedding a P-type thermoelectric material is manufactured (FIG. 9D), the P-type thermoelectric material 12a is embedded in the opening 88 (FIG. 9E). Thereafter, after a resist pattern 89 having an opening 90 for embedding the N-type thermoelectric material is manufactured (FIG. 9F), the N-type thermoelectric material 14b is embedded (FIG. 9G). Next, a resist pattern 91 having an opening 92 of the signal TSV is manufactured (FIG. 9H). Then, a conductive metal, for example, a metal 25 such as W is embedded in the opening 92 (FIG. 9I). Finally, the resist pattern 91 is removed (FIG. 9 (j)).

図7(a)〜(h)で加工されたSi基板34と同様に加工を行ったSi基板35と、図8(a)〜(i)、図9(a)〜(j)で加工されたアルミナ基板13と同様に加工を行ったアルミナ基板17を準備する。また、最上部に設置される1枚のSi基板36を準備する。これらを重ねてチップボンディングすることにより、図10(a)に示すように3D−ICが形成される。チップボンディングは、例えば200℃程度に加熱し、重ね合わせる基板同士に圧力を加えることで実施される。チップ間の隙間には、最後にアンダーフィルなどが挿入されて隙間が埋まる。   Si substrate 35 processed in the same manner as Si substrate 34 processed in FIGS. 7A to 7H, and processed in FIGS. 8A to 8I and FIGS. 9A to 9J. An alumina substrate 17 processed in the same manner as the alumina substrate 13 is prepared. In addition, one Si substrate 36 installed at the top is prepared. By stacking these and performing chip bonding, a 3D-IC is formed as shown in FIG. Chip bonding is performed, for example, by heating to about 200 ° C. and applying pressure to the stacked substrates. In the gap between the chips, an underfill or the like is finally inserted to fill the gap.

なおここでの例では3枚のSi基板と2枚のアルミナ基板を用いて3D−ICを形成したが、枚数に格段の制限はないことは明らかである。   In this example, the 3D-IC is formed using three Si substrates and two alumina substrates, but it is clear that there is no particular limitation on the number.

このように作製された3D−ICは、たとえばフリップチップパッケージに組み立てられると図10(b)に示される電子装置のような断面となる。図10(b)の電子装置は、ビア25の数が異なる点を除き図6のそれと同様の構成を備える。   When the 3D-IC manufactured in this way is assembled into, for example, a flip chip package, it has a cross section like the electronic device shown in FIG. The electronic device of FIG. 10B has the same configuration as that of FIG. 6 except that the number of vias 25 is different.

図11は、第3実施形態の電子装置を示す断面図である。なお、第2実施形態と同様の構成については説明を省略する。   FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating the electronic device of the third embodiment. In addition, description is abbreviate | omitted about the structure similar to 2nd Embodiment.

第3実施形態の電子装置は、各熱電素子の上下に設けられた一組の半導体基板の間に各第1材料と各第2材料との接合部が設けられている。但し、熱電素子20a、20bの接合部26a、26bは、それぞれ少なくとも一部が絶縁層13に接していればよく、熱電素子40a、40bの接合部27a、27bは、それぞれ少なくとも一部が絶縁層17に接していればよい。また、第1材料の電流流入口が一方の半導体基板に接し、第2材料の電流流出口が他方の半導体基板に接している。例えば、熱電素子20aの電流流入口28aは半導体基板34の中に埋め込まれ、接している。熱電素子20bの電流流出口29bは半導体基板34の中に埋め込まれ、接している。   In the electronic device according to the third embodiment, a joint portion between each first material and each second material is provided between a pair of semiconductor substrates provided above and below each thermoelectric element. However, it is only necessary that at least a part of the junctions 26a and 26b of the thermoelectric elements 20a and 20b is in contact with the insulating layer 13, and at least a part of the junctions 27a and 27b of the thermoelectric elements 40a and 40b is an insulating layer. 17 may be in contact. Further, the current inlet of the first material is in contact with one semiconductor substrate, and the current outlet of the second material is in contact with the other semiconductor substrate. For example, the current inlet 28a of the thermoelectric element 20a is embedded in and in contact with the semiconductor substrate 34. The current outlet 29b of the thermoelectric element 20b is embedded in and in contact with the semiconductor substrate 34.

第3実施形態の電子装置は、熱電素子において接合部(金属層)の界面が、一組の半導体基板の中央ではなく、半導体基板と絶縁層の界面に位置する。そのため、ここでの放熱効率は第2実施形態のそれよりもやや劣る。しかしながら、第3実施形態では絶縁層に設けた各ビアはCr/Au層(金属層)を除いて1種類の材料からなり、半導体基板に設けたビアはCr/Au層(金属層)を除いて1種類又は2種類の材料からなる。例えばアルミナのような硬くて加工しにくい絶縁層のビアホールの内部へ複数の材料を埋め込むより、例えばSiからなる半導体基板に複数の材料を埋め込むほうが容易である。よって、第3実施形態の電子装置は信頼性が高く、低コストで製造されうる。   In the electronic device of the third embodiment, in the thermoelectric element, the interface of the junction (metal layer) is located not at the center of the pair of semiconductor substrates but at the interface between the semiconductor substrate and the insulating layer. Therefore, the heat dissipation efficiency here is slightly inferior to that of the second embodiment. However, in the third embodiment, each via provided in the insulating layer is made of one material except for the Cr / Au layer (metal layer), and the via provided in the semiconductor substrate excludes the Cr / Au layer (metal layer). It consists of one or two kinds of materials. For example, it is easier to embed a plurality of materials in a semiconductor substrate made of Si, for example, than to embed a plurality of materials in a via hole of an insulating layer that is hard and difficult to process, such as alumina. Therefore, the electronic device of the third embodiment is highly reliable and can be manufactured at low cost.

図12〜図15は、第3実施形態の電子装置の製造途中の積層物の断面図である。なお、第2実施形態の電子装置の製造方法と同様の工程については説明を省略する。   12-15 is sectional drawing of the laminated body in the middle of manufacture of the electronic device of 3rd Embodiment. Note that a description of the same steps as those of the electronic device manufacturing method according to the second embodiment will be omitted.

図12(a)は、表面に電子回路31が配置されたSi基板34であり、一般的なSiプロセスを経て得られる。この上にマスク92の材料を成膜し、更にフォトリソグラフィによりパターニングを行い、マスク92を形成する(図12(b))。マスク92の形成方法は、マスク71等と同様である。   FIG. 12A shows a Si substrate 34 having an electronic circuit 31 disposed on the surface, which is obtained through a general Si process. A material for the mask 92 is formed thereon, and further patterned by photolithography to form a mask 92 (FIG. 12B). The method for forming the mask 92 is the same as that for the mask 71 and the like.

その後、このマスク92を用いてSi基板34のエッチングを行い、Si基板34に溝93を形成する(図12(c))。エッチングの方法は、溝72のエッチングと同様である。この上から金属層26となるCr膜とAu膜を成膜する。成膜方法は蒸着、もしくはスパッタ法が挙げられ、膜厚は例えばCr膜が20nm、Au膜が200nm程度である(図12(d))。この後でマスク92を除去する(図12(e))。   Thereafter, the Si substrate 34 is etched using the mask 92 to form a groove 93 in the Si substrate 34 (FIG. 12C). The etching method is the same as the etching of the groove 72. A Cr film and an Au film to be the metal layer 26 are formed from above. Examples of the film forming method include vapor deposition or sputtering, and the film thickness is, for example, about 20 nm for the Cr film and about 200 nm for the Au film (FIG. 12D). Thereafter, the mask 92 is removed (FIG. 12E).

次に再びマスク94を塗布し、今度はN型熱電材料を埋め込む開口部95のあるパターンを製作する(図12(f))。そしてこのマスク94を元にしてN型熱電材料12bを埋め込む(図12(g))。通常はメッキ法により埋め込まれる。N型熱電材料12bの高さは、開口部95の深さのおよそ半分(厚さ10μm)とする。この残りの開口部95に例えばタングステン(W)などの金属25bを埋め込む(図12(h))。Wを埋め込む方法として、PVD法などが利用される。   Next, the mask 94 is applied again, and this time, a pattern having an opening 95 for embedding the N-type thermoelectric material is manufactured (FIG. 12F). Then, the N-type thermoelectric material 12b is embedded based on the mask 94 (FIG. 12G). Usually, it is embedded by plating. The height of the N-type thermoelectric material 12b is approximately half the depth of the opening 95 (thickness: 10 μm). The remaining opening 95 is filled with a metal 25b such as tungsten (W) (FIG. 12H). As a method for embedding W, a PVD method or the like is used.

このマスク94を除去した後、次に再びマスク96を塗布し、今度はP型熱電材料12aを埋め込む開口部97のあるパターンを製作する(図12(i))。そしてこのマスク96を元にしてP型熱電材料12bを埋め込む(図12(j))。P型熱電材料12aも通常はメッキ法により埋めこまれる。P型熱電材料12aの高さは開口部97の深さのおよそ半分(厚さ10μm)とする。この残りの開口部97に例えばWなどの金属25aを埋め込む(図12(k))。Wを埋め込む方法として、PVD法などが利用される。   After removing the mask 94, the mask 96 is applied again, and a pattern having an opening 97 for embedding the P-type thermoelectric material 12a is produced (FIG. 12 (i)). Then, the P-type thermoelectric material 12b is embedded based on the mask 96 (FIG. 12 (j)). The P-type thermoelectric material 12a is also usually buried by a plating method. The height of the P-type thermoelectric material 12a is approximately half the depth of the opening 97 (thickness 10 μm). A metal 25a such as W is embedded in the remaining opening 97 (FIG. 12 (k)). As a method for embedding W, a PVD method or the like is used.

このマスク96を除去した後、次に再びマスク98を塗布し、今度は信号用TSVの開口部99のあるパターンを製作する(図13(a))。そしてこのマスク96を元にして例えばWなどの金属25を埋め込む(図13(b))。Wを埋め込む方法として、PVD法などが利用される。   After removing the mask 96, the mask 98 is then applied again, and this time, a pattern having the opening 99 of the signal TSV is manufactured (FIG. 13A). Then, for example, a metal 25 such as W is embedded based on the mask 96 (FIG. 13B). As a method for embedding W, a PVD method or the like is used.

この後で基板表面のマスク96を除去する(図13(c))。レジストであればレジスト剥離液を用いて選択的に除去することが容易である。そして仮止め接着剤100を用いて、石英基板101を張り付ける(図13(d))。この石英基板101側を支持体として、Si基板34の裏面を研磨する。一般にSi基板34の厚さは500〜800μmほどの厚さがあるので、これを例えば50μm程度の厚さまで研磨する(図13(e))。そして仮止め接着剤100をはがすことにより、石製基板101とSi基板34を分離することができる(図13(f))。   Thereafter, the mask 96 on the substrate surface is removed (FIG. 13C). If it is a resist, it is easy to selectively remove it using a resist stripping solution. Then, the quartz substrate 101 is pasted using the temporary fixing adhesive 100 (FIG. 13D). The back surface of the Si substrate 34 is polished using the quartz substrate 101 side as a support. Since the thickness of the Si substrate 34 is generally about 500 to 800 μm, this is polished to a thickness of about 50 μm, for example (FIG. 13E). Then, by removing the temporary fixing adhesive 100, the stone substrate 101 and the Si substrate 34 can be separated (FIG. 13 (f)).

次に絶縁層(ここではアルミナ基板)13の加工手順を示す。まず、所望の厚さ(厚さ42μm)のアルミナ基板13を用意し、仮止め接着剤104を用いて石英基板103を張り付ける(図14(a))。そしてマスク105を塗布してパターニングを行う(図14(b))。マスクパターンは、熱電材料が埋め込まれるビアホールに対応する位置と、タングステンが埋め込まれるビアホールに対応する位置の両方が開口するようにパターニングされる。   Next, a processing procedure of the insulating layer (here, an alumina substrate) 13 is shown. First, an alumina substrate 13 having a desired thickness (42 μm thickness) is prepared, and a quartz substrate 103 is pasted using a temporary fixing adhesive 104 (FIG. 14A). Then, a mask 105 is applied and patterning is performed (FIG. 14B). The mask pattern is patterned so that both the position corresponding to the via hole in which the thermoelectric material is embedded and the position corresponding to the via hole in which tungsten is embedded are opened.

次にこのマスク105の開口部をエッチングし、ここでは仮止め接着剤104が露出する深さまで溝106を開口する(図14(c))。エッチングはドライエッチングを利用し、できるだけマスク105の開口部がそのまま溝106の幅になるようにする。   Next, the opening of the mask 105 is etched, and here, the groove 106 is opened to a depth at which the temporary fixing adhesive 104 is exposed (FIG. 14C). For the etching, dry etching is used so that the opening of the mask 105 has the width of the groove 106 as it is.

この上から金属膜(Cr/Au膜)26を成膜する。成膜方法は蒸着、もしくはスパッタ法が挙げられ、膜厚は例えばCr膜が20nm、Au膜が200nm程度である(図14(d))。その後、マスク105を除去することにより、絶縁層13に設置した溝106の底部のみ金属膜26が成膜された状態(図14(e))となる。   A metal film (Cr / Au film) 26 is formed from above. Examples of the film forming method include vapor deposition or sputtering, and the film thickness is, for example, about 20 nm for the Cr film and about 200 nm for the Au film (FIG. 14D). Thereafter, by removing the mask 105, the metal film 26 is formed only at the bottom of the groove 106 provided in the insulating layer 13 (FIG. 14E).

次にマスク108を塗布し、今度はP型熱電材料14bを埋め込む開口部109のあるパターンを製作する(図14(f))。そしてこのマスク108を元にしてP型熱電材料14bを埋め込む(図14(g))。P型熱電材料14bは、通常メッキ法により埋め込まれる。   Next, a mask 108 is applied, and a pattern having an opening 109 for embedding the P-type thermoelectric material 14b is manufactured (FIG. 14F). Then, the P-type thermoelectric material 14b is embedded based on the mask 108 (FIG. 14G). The P-type thermoelectric material 14b is usually embedded by a plating method.

このマスク108を除去した後、次にマスク110を塗布し、今度はN型熱電材料14aを埋め込む開口部111のあるパターンを製作する(図14(h))。そしてこのマスク110を元にしてN型熱電材料14aを埋め込む(図15(a))。N型熱電材料14aは通常メッキ法により埋め込まれる。   After removing the mask 108, a mask 110 is applied next, and a pattern having an opening 111 for embedding the N-type thermoelectric material 14a is manufactured (FIG. 14H). Then, an N-type thermoelectric material 14a is embedded based on the mask 110 (FIG. 15A). The N-type thermoelectric material 14a is usually embedded by a plating method.

このマスク110を除去した後、次に再びマスク112を塗布し、今度は信号用TSVの開口部113のあるパターンを製作する(図15(b))。そしてこのマスク112を元にして例えばWなどの金属25を埋め込む(図15(c))。金属25はPVD法などで形成される。最後にマスク112を除去することで、絶縁層13の加工が完了する(図15(d))。   After removing the mask 110, the mask 112 is then applied again, and this time, a pattern having the opening 113 of the signal TSV is manufactured (FIG. 15B). Then, a metal 25 such as W is embedded based on the mask 112 (FIG. 15C). The metal 25 is formed by a PVD method or the like. Finally, by removing the mask 112, the processing of the insulating layer 13 is completed (FIG. 15D).

最後に図12(a)〜図13(f)で作製されたSi基板34と同様に加工を行ったSi基板35と、図14(a)〜図15(d)で加工されたアルミナ基板13と同様に加工を行ったアルミナ基板17を準備する。また、最上部に設置される1枚のSi基板36を準備する。これらを重ねてチップボンディングすることにより3D−ICが形成される。チップボンディングは、第1実施例と同様に行う。   Finally, the Si substrate 35 processed in the same manner as the Si substrate 34 manufactured in FIGS. 12A to 13F, and the alumina substrate 13 processed in FIGS. 14A to 15D. An alumina substrate 17 processed in the same manner as described above is prepared. In addition, one Si substrate 36 installed at the top is prepared. A 3D-IC is formed by stacking these and chip bonding. Chip bonding is performed in the same manner as in the first embodiment.

なおここでの例では3枚のSiチップと2枚の熱伝導基板を用いて3D−ICを形成したが、枚数に格段の制限はないことは明らかである。   In this example, the 3D-IC is formed using three Si chips and two heat conductive substrates, but it is clear that there is no particular limitation on the number.

このように作製された3D−ICは、たとえばフリップチップパッケージに組み立てられると図11に示される電子装置のような断面となる。   When the 3D-IC manufactured in this way is assembled into, for example, a flip chip package, it has a cross section like the electronic device shown in FIG.

図16は、第2実施形態の電子装置の第1変形例を示す断面図である。第2実施形態と同様の構成については説明を省略する。本変形例の電子装置において、熱電素子20a、20b、40a、40bは並列に配置された複数の小径熱電素子からなる。また、熱電素子と接続され半導体基板34に埋め込まれたビア25a、25b、熱電素子と接続され半導体基板35に埋め込まれたビア25c、25d、各信号用ビア25は、それぞれ複数の並列に配置された小径のビアからなる。上記各小径のビア及び各小径の熱電素子の径は例えば1μmφである。また、上記各ビア及び各熱電素子は、それぞれ2個示されているが数量は限定されない。例えばそれぞれ積層面内方向に縦5個×横5個のパターンを形成してもよい。本変形例によれば、一部の小径の熱電素子が断線しても半導体基板からの放熱が可能である。また、熱電素子及びビアを短時間に形成でき、更に製造コストが抑制される。   FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a first modification of the electronic device according to the second embodiment. The description of the same configuration as that of the second embodiment is omitted. In the electronic device of this modification, the thermoelectric elements 20a, 20b, 40a, 40b are composed of a plurality of small-diameter thermoelectric elements arranged in parallel. The vias 25a and 25b connected to the thermoelectric element and embedded in the semiconductor substrate 34, the vias 25c and 25d connected to the thermoelectric element and embedded in the semiconductor substrate 35, and the signal vias 25 are arranged in parallel. It consists of small diameter vias. The diameters of the small diameter vias and the small diameter thermoelectric elements are, for example, 1 μmφ. Further, although two vias and two thermoelectric elements are shown, the quantity is not limited. For example, a pattern of 5 vertical × 5 horizontal may be formed in the in-plane direction. According to this modification, heat can be radiated from the semiconductor substrate even if some small-diameter thermoelectric elements are disconnected. Further, the thermoelectric element and the via can be formed in a short time, and the manufacturing cost is further suppressed.

熱電素子の特性は、それを構成する熱電材料の熱伝導率が低いほど良好である。そのため熱電材料の径を平均グレインサイズよりも小さくすることで熱伝導率を下げることができる。すなわち熱電材料の径をほぼ平均グレインサイズよりも小さくすると、グレインサイズやVia側面で熱を伝える格子散乱が多く発生し、熱伝導率の低下に寄与し、半導体基板の冷却効率が向上する。熱電材料の平均グレインサイズは通常数μm程度である。本変形例のような細い熱電素子において、熱電素子を構成する材料のグレインサイズよりもビアホールの径(1μmφ)が小さい。このとき、熱電素子を構成する材料は、結晶粒界が竹の節状に配置されたいわゆるバンブー構造をとるため、熱電材料の熱伝導率が低下する。一方、第2実施形態の場合、熱電素子を構成する材料のグレインサイズよりもビアホールの径(20μmφ)が大きく、熱電素子を構成する材料はいわゆる石垣状多結晶となり、バンブー構造を有する熱電材料の熱伝導率よりも大きくなる。   The characteristics of the thermoelectric element are better as the thermal conductivity of the thermoelectric material constituting it is lower. Therefore, thermal conductivity can be lowered by making the diameter of the thermoelectric material smaller than the average grain size. That is, if the diameter of the thermoelectric material is made smaller than the average grain size, a large amount of lattice scattering that conducts heat on the grain size and via side surface occurs, contributing to a decrease in thermal conductivity and improving the cooling efficiency of the semiconductor substrate. The average grain size of the thermoelectric material is usually about several μm. In a thin thermoelectric element as in this modification, the diameter of the via hole (1 μmφ) is smaller than the grain size of the material constituting the thermoelectric element. At this time, since the material constituting the thermoelectric element has a so-called bamboo structure in which the crystal grain boundaries are arranged in a bamboo knot shape, the thermal conductivity of the thermoelectric material is lowered. On the other hand, in the case of the second embodiment, the diameter of the via hole (20 μmφ) is larger than the grain size of the material constituting the thermoelectric element, and the material constituting the thermoelectric element is a so-called stone wall-like polycrystal, which is a thermoelectric material having a bamboo structure. It becomes larger than thermal conductivity.

なお、平均グレインサイズの測定方法としてはさまざまな方法があるが、本実施形態で扱っている熱電材料に適した方法の一つとして、EBSD(Electron Back Scatter Diffraction Pattern、電子後方散乱回折像法)法による測定方法が挙げられる。この手法では試料に電子線を照射し、その反射電子によって得られる菊池線から各結晶粒を判別することができ、それらの境界線から粒界を明確に決定することができる。またこの方法では多数のグレインを観察することができるので、統計的にも正確な値を出すことができる。よって、得られた結果から各結晶粒のサイズ(面積)と、全体の分布を出すことができる。本実施形態のように、深さ数10μm程度のビアホールに埋め込まれた熱電材料では、深さ方向においてグレインは複数存在するものと考えられ、それゆえ平均グレインサイズとしては、得られた結晶粒の平均面積から算出される、面積円相当径を用いるのが適切である。   Although there are various methods for measuring the average grain size, one of the methods suitable for the thermoelectric material handled in the present embodiment is EBSD (Electron Back Scatter Diffraction Pattern). The measuring method by a method is mentioned. In this method, the sample can be irradiated with an electron beam, each crystal grain can be discriminated from the Kikuchi line obtained by the reflected electrons, and the grain boundary can be clearly determined from the boundary line. In addition, since a large number of grains can be observed with this method, a statistically accurate value can be obtained. Therefore, the size (area) of each crystal grain and the overall distribution can be obtained from the obtained results. As in this embodiment, in a thermoelectric material embedded in a via hole having a depth of about several tens of μm, it is considered that there are a plurality of grains in the depth direction. Therefore, the average grain size is as follows. It is appropriate to use the area circle equivalent diameter calculated from the average area.

このようにビアホールの径が細い場合、例えば超臨界法により、熱電材料及び金属を埋め込むことができる。ここで超臨界法は、例えば孔を開けた基板を超臨界COに浸漬し、孔の中まで十分COが浸された後、熱電材料のプリカーサを溶解することで孔に浸入した超臨界COに熱電材料のプリカーサを拡散させ、更に孔内の超臨界COを気化させることで、孔にバンブー構造を有する熱電材料を充填する方法である。超臨界法により、例えば100を超えるようなアスペクト比の高い溝に対してバンブー構造を有する熱電材料を埋め込むことができる。 When the via hole has a small diameter as described above, the thermoelectric material and the metal can be embedded by, for example, a supercritical method. Here, in the supercritical method, for example, a substrate having a hole is immersed in supercritical CO 2, and after CO 2 is sufficiently immersed in the hole, the precursor of the thermoelectric material is dissolved to enter the hole. This is a method of filling a hole with a thermoelectric material having a bamboo structure by diffusing a precursor of a thermoelectric material into CO 2 and further vaporizing supercritical CO 2 in the hole. By the supercritical method, for example, a thermoelectric material having a bamboo structure can be embedded in a groove having a high aspect ratio exceeding 100.

図17(a)は第2実施形態の電子装置の第2変形例を示す断面図である。第2実施形態と同様の構成については説明を省略する。本変形例の電子装置はFBGA(Fine pitch Ball Grid Array)パッケージに組み込まれている。本変形例において、半導体基板34〜36は電子回路31〜33がそれぞれ上方に向くように配置されている。半導体基板34にはビアが形成されない代わりに、半導体基板36に複数のビア25が形成される。そして半導体基板36の上面に、外部への配線としてワイヤーボンディングにより形成された金ワイヤー141が設けられる。金ワイヤー141はパッケージ基板52を挟んで反対側に設けた複数のはんだバンプ53と適宜電気的に接続される。図17(b)は、第2実施形態の電子装置の第2変形例で使用される絶縁層13、17の一例を示す斜視図である。図17(b)に示されるように、各半導体基板間にある各絶縁層には切り欠け部分142を設ける。この切り欠け部分142を金ワイヤー141が通るように、金ワイヤー141は配線される。   FIG. 17A is a cross-sectional view showing a second modification of the electronic device of the second embodiment. The description of the same configuration as that of the second embodiment is omitted. The electronic device of this modification is incorporated in an FBGA (Fine pitch Ball Grid Array) package. In this modification, the semiconductor substrates 34 to 36 are arranged such that the electronic circuits 31 to 33 face upward. Instead of forming vias in the semiconductor substrate 34, a plurality of vias 25 are formed in the semiconductor substrate 36. A gold wire 141 formed by wire bonding is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 36 as a wiring to the outside. The gold wire 141 is appropriately electrically connected to a plurality of solder bumps 53 provided on the opposite side across the package substrate 52. FIG. 17B is a perspective view showing an example of the insulating layers 13 and 17 used in the second modification of the electronic device of the second embodiment. As shown in FIG. 17B, a notch portion 142 is provided in each insulating layer between the semiconductor substrates. The gold wire 141 is wired so that the gold wire 141 passes through the notch portion 142.

FBGAパッケージ141は例えばモールド樹脂からなる。絶縁層13は、FBGAパッケージを貫通し、各半導体基板からの放熱を促進させるため、外部に露出していてもよい。絶縁層13は、FBGAパッケージを貫通し、外部に突き出し、突出した部分を空冷又は水冷する機構を有していても良い。   The FBGA package 141 is made of, for example, a mold resin. The insulating layer 13 may be exposed to the outside in order to penetrate the FBGA package and promote heat dissipation from each semiconductor substrate. The insulating layer 13 may have a mechanism that penetrates the FBGA package, protrudes to the outside, and air-cools or water-cools the protruding portion.

図18は第2実施形態の電子装置の第3変形例を示す断面図である。第2実施形態の第2変形例と同様の構成については説明を省略する。本変形例において上方に配置された半導体基板ほど主面の面積が小さい。また、本変形例において、電子回路31〜33と外部とを接続するためのビアは設けられておらず、その代わりに、各半導体基板に設けられ、各電子回路と接続した信号伝達用パッド151と、それに接続した信号伝達用の金ワイヤー152が設けられている。金ワイヤー152はパッケージ基板52を挟んで反対側に設けた複数のはんだバンプ53と適宜電気的に接続される。また、半導体基板36の上面に、熱電素子20a、20b、40a、40bに電流を供給するための外部への配線として金ワイヤー154が接続される。金ワイヤー154はパッケージ基板52を挟んで反対側に設けた複数のはんだバンプ53と適宜電気的に接続される。金ワイヤー152及び154は、パッケージの四辺のうち一部に集中して配置する。絶縁層13及び17は、それらの上下に配置された半導体基板と接する部分から、金ワイヤー152及び154が配置されていない方向に向かって延伸している。絶縁層13及び17の冷却手段は、第2実施形態の電子装置の第2変形例と同様である。信号用のTSVが設けられていないためプロセス工程が大きく減る点、及び熱伝導基板に切り欠けなどを作製する必要がない点から、コストダウンを図ることができる。なお、本変形例において、金ワイヤー154は、半導体基板36からパッケージ基板52に向かって伸びているが、例えば、半導体基板36の上面から半導体基板34上に中継電極(図示せず)を経由してパッケージ基板52に電気的に接続されても良い。   FIG. 18 is a cross-sectional view showing a third modification of the electronic device of the second embodiment. The description of the same configuration as that of the second modification of the second embodiment is omitted. In this modified example, the area of the main surface is smaller as the semiconductor substrate is disposed above. Further, in this modification, vias for connecting the electronic circuits 31 to 33 and the outside are not provided, but instead, signal transmission pads 151 provided in each semiconductor substrate and connected to each electronic circuit. In addition, a gold wire 152 for signal transmission connected thereto is provided. The gold wire 152 is appropriately electrically connected to a plurality of solder bumps 53 provided on the opposite side across the package substrate 52. Further, a gold wire 154 is connected to the upper surface of the semiconductor substrate 36 as an external wiring for supplying current to the thermoelectric elements 20a, 20b, 40a, and 40b. The gold wire 154 is appropriately electrically connected to a plurality of solder bumps 53 provided on the opposite side across the package substrate 52. The gold wires 152 and 154 are concentrated on a part of the four sides of the package. The insulating layers 13 and 17 extend from the portions in contact with the semiconductor substrates disposed above and below in the direction in which the gold wires 152 and 154 are not disposed. The cooling means for the insulating layers 13 and 17 is the same as that of the second modification of the electronic device of the second embodiment. Since no signal TSV is provided, the number of process steps is greatly reduced, and it is not necessary to produce notches or the like in the heat conductive substrate, so that the cost can be reduced. In this modification, the gold wire 154 extends from the semiconductor substrate 36 toward the package substrate 52. For example, the gold wire 154 passes from the upper surface of the semiconductor substrate 36 to the semiconductor substrate 34 via a relay electrode (not shown). Then, it may be electrically connected to the package substrate 52.

図19は、第2実施形態の電子装置の第4変形例を示す断面図である。第2実施形態と同様の構成については説明を省略する。本変形例において、熱電素子40aの径d2より熱電素子20aの径d1のほうが大きい。また、熱電素子40bの径d2より熱電素子20bの径d1のほうが大きい。最上部の電子回路33に流れる回路電流をi、中間部の電子回路32に流れる回路電流をi、最底部の電子回路31に流れる回路電流をiとすると、電子回路32と電子回路33とに挟まれた熱電素子40a、40bにはそれぞれi+iの電流が流れ、電子回路31と電子回路32とに挟まれた熱電素子20a、20bにはそれぞれiの電流が流れる。すなわち、流れる電流が大きい熱電素子ほど熱電素子の径が大きい。熱電素子に電流が流れる際に生じるジュール発熱を抑制できるため、半導体基板の冷却効率が向上する。 FIG. 19 is a cross-sectional view illustrating a fourth modification of the electronic device of the second embodiment. The description of the same configuration as that of the second embodiment is omitted. In this modification, the diameter d1 of the thermoelectric element 20a is larger than the diameter d2 of the thermoelectric element 40a. Further, the diameter d1 of the thermoelectric element 20b is larger than the diameter d2 of the thermoelectric element 40b. Assuming that the circuit current flowing through the uppermost electronic circuit 33 is i 1 , the circuit current flowing through the intermediate electronic circuit 32 is i 2 , and the circuit current flowing through the lowermost electronic circuit 31 is i 3 , the electronic circuit 32 and the electronic circuit 33 and sandwiched between thermoelectric elements 40a, current i 1 + i 2 flows respectively to 40b, the electronic circuit 31 and the electronic circuit 32 and sandwiched between the thermoelectric elements 20a, current i 1, respectively flows in 20b. That is, the thermoelectric element having a larger flowing current has a larger diameter. Since Joule heat generated when a current flows through the thermoelectric element can be suppressed, the cooling efficiency of the semiconductor substrate is improved.

図20は、第2実施形態の電子装置の第5変形例を示す断面図である。第2実施形態と同様の構成については説明を省略する。本変形例において、熱電素子40aと電子回路33と熱電素子40bとは電源175に対し直列に接続され、熱電素子20aと電子回路32と熱電素子20bとは電源175に対し直列に接続される。また、半導体基板上34、35、36上に、温度センサー171、172、173が設けられている。温度センサー171、172、173は、それぞれ制御部174と接続している。制御部174は温度センサー171〜173の温度を検知し、検知した温度に応じて、熱電素子40a、電子回路33、及び熱電素子40bに流す電流と、熱電素子20a、電子回路32、及び熱電素子20bに流す電流を個別に制御する。本変形例の電子装置は、たとえば各電子回路の温度が常時一定温度以下になるように制御することができる。なお、制御部174は電子装置の外部に設ける代わりに電子装置の内部に組み込まれていてもよく、例えば、半導体基板34、35、及び/又は36の上に、温度センサー171、172、173を検知し、熱電素子40a、電子回路33、及び熱電素子40bに流す電流と、熱電素子20a、電子回路32、及び熱電素子20bに流す電流とを個別に制御する制御部を設けてもよい。   FIG. 20 is a cross-sectional view illustrating a fifth modification of the electronic device of the second embodiment. The description of the same configuration as that of the second embodiment is omitted. In this modification, the thermoelectric element 40a, the electronic circuit 33, and the thermoelectric element 40b are connected in series to the power source 175, and the thermoelectric element 20a, the electronic circuit 32, and the thermoelectric element 20b are connected in series to the power source 175. Further, temperature sensors 171, 172, and 173 are provided on the semiconductor substrates 34, 35, and 36. The temperature sensors 171, 172, and 173 are each connected to the control unit 174. The control unit 174 detects the temperature of the temperature sensors 171 to 173, and according to the detected temperature, the current flowing through the thermoelectric element 40a, the electronic circuit 33, and the thermoelectric element 40b, the thermoelectric element 20a, the electronic circuit 32, and the thermoelectric element The current flowing through 20b is individually controlled. The electronic device of this modification can be controlled so that the temperature of each electronic circuit is always equal to or lower than a certain temperature, for example. The control unit 174 may be incorporated inside the electronic device instead of being provided outside the electronic device. For example, the temperature sensors 171, 172, and 173 are provided on the semiconductor substrates 34, 35, and / or 36. You may provide the control part which detects and controls separately the electric current sent through the thermoelectric element 40a, the electronic circuit 33, and the thermoelectric element 40b, and the electric current sent through the thermoelectric element 20a, the electronic circuit 32, and the thermoelectric element 20b.

また、図20に示す第2実施形態の電子装置の第5変形例において、例えば、半導体基板35と36との間に複数の熱電素子が設けられ、その複数の熱電素子の近傍で且つ半導体基板36上にそれぞれ温度センサーが配置されていてもよい。各温度センサーは、それぞれ制御部174と接続している。制御部174は、各熱電素子の近傍に設けた温度センサーの温度を検知し、検知した温度に応じて各熱電素子に個別に電流を流すことができる。半導体基板の平面内で温度分布が生じるとき、このような電子装置は局所的な温度上昇を抑制し、電子装置全体の信頼性や特性の向上を図ることができる。   In the fifth modification of the electronic device of the second embodiment shown in FIG. 20, for example, a plurality of thermoelectric elements are provided between the semiconductor substrates 35 and 36, and the semiconductor substrate is in the vicinity of the plurality of thermoelectric elements. A temperature sensor may be arranged on each of 36. Each temperature sensor is connected to the control unit 174. The control part 174 can detect the temperature of the temperature sensor provided in the vicinity of each thermoelectric element, and can send an electric current separately to each thermoelectric element according to the detected temperature. When a temperature distribution is generated in the plane of the semiconductor substrate, such an electronic device can suppress a local temperature rise and improve the reliability and characteristics of the entire electronic device.

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

ここで、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
(付記1)
第1被冷却基板と、
前記第1被冷却基板に対向する第2被冷却基板と、
前記第1被冷却基板に吸熱接合する第1材料と、前記第2被冷却基板に吸熱接合する第2材料とを備え、前記第1被冷却基板と前記第2被冷却基板との間で前記第1材料と前記第2材料とが発熱接合した熱電素子と
を有することを特徴とする電子装置。
(付記2)
前記第2被冷却基板は、前記熱電素子と直列に接続された電子回路を有することを特徴とする付記1に記載の電子装置。
(付記3)
前記第1材料はP型熱電材料であり、前記第2材料はN型熱電材料であることを特徴とする付記1又は2に記載の電子装置。
(付記4)
電流が前記第1被冷却基板と前記第1材料との吸熱接合部から、前記第1材料、前記第2材料を通り、前記第2被冷却基板と前記第2材料との吸熱接合部へ流れることを特徴とする付記3に記載の電子装置。
(付記5)
前記熱電素子における前記被冷却基板に略平行方向の径は、前記第1材料又は前記第2材料の平均グレインサイズよりも小さいことを特徴とする付記1乃至4のいずれか1つに記載の電子装置。
(付記6)
更に、前記第1材料と前記第2材料との接合部に熱的に接続され、前記被冷却基板の面内方向に伸びる放熱部を備えることを特徴とする付記1乃至5のいずれか1つに記載の電子装置。
(付記7)
更に、前記熱電素子と並列に外部電源と接続される他の熱電素子を有することを特徴とする付記1乃至6のいずれか1つに記載の電子装置。
(付記8)
更に、前記第1被冷却基板上の前記熱電素子の近傍に設けた温度検出装置を備え、
前記温度検出装置と前記熱電素子とにそれぞれ接続された外部の電流制御部が、前記温度検出装置により検出した温度に応じて前記熱電素子に流れる電流を制御することを特徴とする付記1乃至7のいずれか1つに記載の電子装置。
(付記9)
更に、前記第1被冷却基板上の前記熱電素子の近傍に設けた温度検出装置と、
前記第1被冷却基板に設けられ、前記温度検出装置と前記熱電素子とに接続され、前記温度検出装置により検出した温度に応じて前記熱電素子に流れる電流を制御する電流制御部と
を有することを特徴とする付記1乃至7のいずれか1つに記載の電子装置。
(付記10)
更に、他の第1材料と他の第2材料とが前記第2被冷却基板の上方で発熱接合し、前記他の第1材料又は前記他の第2材料のうち一方が前記第2被冷却基板に吸熱接合する第2熱電素子と、
前記第2熱電素子の上に設けられ、前記他の第1材料又は前記他の第2材料のうち他方が吸熱接合した第3被冷却基板と
を有することを特徴とする付記1乃至9のいずれか1つに記載の電子装置。
(付記11)
前記熱電素子の電位が前記第2熱電素子の電位より大きくなるように前記熱電素子と前記第2熱電素子とが直列に接続され、前記熱電素子における前記第1被冷却基板に略平行方向の径は、前記第2熱電素子における前記第1被冷却基板に略平行方向の径より大きいことを特徴とする付記10に記載の電子装置。
(付記12)
第1被冷却基板及び第2被冷却基板を準備する工程と、
第1材料と第2材料とを電気的に接合する工程と、
前記第1材料又は前記第2材料のうち一方を前記第1被冷却基板に接するように又は前記第1被冷却基板の近傍に配置する工程と、
前記第1材料又は前記第2材料のうち他方を前記第2被冷却基板に接するように又は前記第2被冷却基板の近傍に配置する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
(付記13)
更に、前記第1材料と前記第2材料とを支持し且つ前記第1材料と前記第2材料との接合から受け取った熱を外部に放出する放熱部を、前記第1被冷却基板と前記第2被冷却基板との間に形成する工程を有することを特徴とする付記12に記載の電子装置の製造方法。
(付記14)
前記接合する工程は、
前記第1材料及び前記第2材料よりも熱伝導率が高い材料で構成され、前記放熱部となる板状体を形成する工程と、
前記板状体にビアホールを形成する工程と、
前記ビアホール内に前記第1材料又は前記第2材料のうち一方からなる第1層を形成する工程と、
前記第1層の上に前記第1材料又は前記第2材料のうち他方からなる第2層を形成する工程と
を有することを特徴とする付記12又は13に記載の電子装置の製造方法。
(付記15)
前記接合する工程は、
前記第1被冷却基板に凹部を形成する工程と、
前記凹部内に前記第1材料又は前記第2材料のうち一方からなる第1層を形成する工程と、
前記第1材料及び前記第2材料よりも熱伝導率が高い材料で構成され、前記放熱部となる板状体を形成する工程と、
前記板状体にビアホールを形成する工程と、
前記ビアホール内に前記第1材料又は前記第2材料のうち他方からなる第2層を形成する工程と
を有することを特徴とする付記12又は13に記載の電子装置の製造方法。
Here, the detailed features of the present invention will be described again.
(Appendix 1)
A first cooled substrate;
A second cooled substrate facing the first cooled substrate;
A first material that is endothermicly bonded to the first substrate to be cooled; and a second material that is endothermicly bonded to the second substrate to be cooled; and the first material to be cooled between the first substrate to be cooled and the second substrate to be cooled. An electronic device comprising: a thermoelectric element in which a first material and the second material are heat-bonded.
(Appendix 2)
The electronic device according to appendix 1, wherein the second substrate to be cooled includes an electronic circuit connected in series with the thermoelectric element.
(Appendix 3)
The electronic device according to appendix 1 or 2, wherein the first material is a P-type thermoelectric material and the second material is an N-type thermoelectric material.
(Appendix 4)
Current flows from the endothermic junction between the first substrate to be cooled and the first material to the endothermic junction between the second substrate to be cooled and the second material through the first material and the second material. The electronic device as set forth in Appendix 3, wherein
(Appendix 5)
The electron according to any one of appendices 1 to 4, wherein a diameter of the thermoelectric element in a direction substantially parallel to the substrate to be cooled is smaller than an average grain size of the first material or the second material. apparatus.
(Appendix 6)
Furthermore, any one of Supplementary notes 1 to 5, further comprising a heat radiating portion thermally connected to a joint portion between the first material and the second material and extending in an in-plane direction of the substrate to be cooled. An electronic device according to 1.
(Appendix 7)
The electronic device according to any one of appendices 1 to 6, further comprising another thermoelectric element connected to an external power source in parallel with the thermoelectric element.
(Appendix 8)
And a temperature detecting device provided in the vicinity of the thermoelectric element on the first substrate to be cooled.
Appendices 1 to 7, wherein external current control units respectively connected to the temperature detection device and the thermoelectric element control the current flowing through the thermoelectric element according to the temperature detected by the temperature detection device. The electronic device according to any one of the above.
(Appendix 9)
Furthermore, a temperature detection device provided in the vicinity of the thermoelectric element on the first cooled substrate,
A current control unit provided on the first substrate to be cooled, connected to the temperature detection device and the thermoelectric element, and configured to control a current flowing through the thermoelectric element according to a temperature detected by the temperature detection device; The electronic device according to any one of appendices 1 to 7, characterized by:
(Appendix 10)
Further, the other first material and the other second material are heat-bonded above the second cooled substrate, and one of the other first material or the other second material is the second cooled material. A second thermoelectric element for endothermic bonding to the substrate;
Any one of Supplementary notes 1 to 9, further comprising: a third substrate to be cooled which is provided on the second thermoelectric element and the other of the other first materials or the other second materials is subjected to heat absorption bonding. The electronic device as described in any one.
(Appendix 11)
The thermoelectric element and the second thermoelectric element are connected in series so that the potential of the thermoelectric element is larger than the potential of the second thermoelectric element, and the diameter of the thermoelectric element in a direction substantially parallel to the first cooled substrate. 11. The electronic device according to appendix 10, wherein the second thermoelectric element has a diameter that is larger than a diameter in a direction substantially parallel to the first substrate to be cooled.
(Appendix 12)
Preparing a first cooled substrate and a second cooled substrate;
Electrically bonding the first material and the second material;
Placing one of the first material and the second material in contact with the first substrate to be cooled or in the vicinity of the first substrate to be cooled;
Placing the other of the first material and the second material in contact with the second substrate to be cooled or in the vicinity of the second substrate to be cooled;
A method for manufacturing an electronic device, comprising:
(Appendix 13)
Furthermore, a heat radiating portion that supports the first material and the second material and releases the heat received from the joining of the first material and the second material to the outside is provided with the first cooled substrate and the first material. The manufacturing method of the electronic device according to appendix 12, which includes a step of forming between the two substrates to be cooled.
(Appendix 14)
The joining step includes
A step of forming a plate-like body that is made of a material having a higher thermal conductivity than the first material and the second material and serves as the heat dissipation part;
Forming a via hole in the plate-like body;
Forming a first layer made of one of the first material and the second material in the via hole;
The method of manufacturing an electronic device according to appendix 12 or 13, further comprising: forming a second layer made of the other of the first material and the second material on the first layer.
(Appendix 15)
The joining step includes
Forming a recess in the first substrate to be cooled;
Forming a first layer made of one of the first material and the second material in the recess;
A step of forming a plate-like body that is made of a material having a higher thermal conductivity than the first material and the second material and serves as the heat dissipation part;
Forming a via hole in the plate-like body;
The method of manufacturing an electronic device according to appendix 12 or 13, further comprising: forming a second layer made of the other one of the first material and the second material in the via hole.

10 電子装置
12、16 第1材料
13、17 放熱部
14、18 第2材料
21、22、23、24 ビアホール
20 熱電素子
25、25a〜25d ビア
26、27 金属層
28、48 電流の流入端
29、49 電流の流出端
31〜33 電子回路
34〜36 半導体基板(Si基板)
37、38、57、58 ビアホール
41,42 TIM
45 ヒートスプレッダ
51、53 はんだバンプ
52 パッケージ基板
61 電源
62 制御回路
63 冷却用電源
71、77、79、81、83、85、87、89、91、92、94、96、98、105、108、110、112 マスク(レジストパターン)
73 タングステン
74、100、104 仮止め接着剤
75、101、103 石英基板
72、78、86、93、106 溝
80、82、84、88、90、92、95、97、99、109、111、113 開口部
141 金ワイヤー
142 切り欠け部分
151 信号用伝達パッド
152、154 金ワイヤー
171〜173 温度センサー
174 制御部
175 電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Electronic device 12, 16 1st material 13, 17 Radiating part 14, 18 2nd material 21, 22, 23, 24 Via hole 20 Thermoelectric element 25, 25a-25d Via 26, 27 Metal layer 28, 48 Current inflow end 29 49 Outflow end of current 31-33 Electronic circuit 34-36 Semiconductor substrate (Si substrate)
37, 38, 57, 58 Via hole 41, 42 TIM
45 Heat spreader 51, 53 Solder bump 52 Package substrate 61 Power supply 62 Control circuit 63 Power supply for cooling 71, 77, 79, 81, 83, 85, 87, 89, 91, 92, 94, 96, 98, 105, 108, 110 112 Mask (resist pattern)
73 Tungsten 74, 100, 104 Temporary adhesive 75, 101, 103 Quartz substrate 72, 78, 86, 93, 106 Groove 80, 82, 84, 88, 90, 92, 95, 97, 99, 109, 111, 113 opening 141 gold wire 142 notch 151 transmission pad 152, 154 gold wire 171 to 173 temperature sensor 174 control unit 175 power supply

Claims (6)

第1被冷却基板と、
前記第1被冷却基板に対向する第2被冷却基板と、
前記第1被冷却基板に吸熱接合する第1材料と、前記第2被冷却基板に吸熱接合する第2材料とを備え、前記第1被冷却基板と前記第2被冷却基板との間で前記第1材料と前記第2材料とが発熱接合した熱電素子と
を有することを特徴とする電子装置。
A first cooled substrate;
A second cooled substrate facing the first cooled substrate;
A first material that is endothermicly bonded to the first substrate to be cooled; and a second material that is endothermicly bonded to the second substrate to be cooled; and the first material to be cooled between the first substrate to be cooled and the second substrate to be cooled. An electronic device comprising: a thermoelectric element in which a first material and the second material are heat-bonded.
前記第2被冷却基板は、前記熱電素子と直列に接続された電子回路を有することを特徴とする請求項1に記載の電子装置。   The electronic device according to claim 1, wherein the second cooled substrate includes an electronic circuit connected in series with the thermoelectric element. 前記第1材料はP型熱電材料であり、前記第2材料はN型熱電材料であることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子装置。   The electronic device according to claim 1, wherein the first material is a P-type thermoelectric material, and the second material is an N-type thermoelectric material. 更に、他の第1材料と他の第2材料とが前記第2被冷却基板の上方で発熱接合し、前記他の第1材料又は前記他の第2材料のうち一方が前記第2被冷却基板に吸熱接合する第2熱電素子と、
前記第2熱電素子の上に設けられ、前記他の第1材料又は前記他の第2材料のうち他方が吸熱接合した第3被冷却基板と
を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電子装置。
Further, the other first material and the other second material are heat-bonded above the second cooled substrate, and one of the other first material or the other second material is the second cooled material. A second thermoelectric element for endothermic bonding to the substrate;
The third to-be-cooled substrate provided on the second thermoelectric element and having the other first material or the other second material endothermically bonded to each other. The electronic device according to any one of the above.
前記熱電素子の電位が前記第2熱電素子の電位より大きくなるように前記熱電素子と前記第2熱電素子とが直列に接続され、前記熱電素子における前記第1被冷却基板に略平行方向の径は、前記第2熱電素子における前記第1被冷却基板に略平行方向の径より大きいことを特徴とする請求項4に記載の電子装置。   The thermoelectric element and the second thermoelectric element are connected in series so that the potential of the thermoelectric element is larger than the potential of the second thermoelectric element, and the diameter of the thermoelectric element in a direction substantially parallel to the first cooled substrate. 5. The electronic device according to claim 4, wherein a diameter of the second thermoelectric element is larger than a diameter in a direction substantially parallel to the first substrate to be cooled. 第1被冷却基板及び第2被冷却基板を準備する工程と、
第1材料と第2材料とを電気的に接合する工程と、
前記第1材料又は前記第2材料のうち一方を前記第1被冷却基板に接するように又は前記第1被冷却基板の近傍に配置する工程と、
前記第1材料又は前記第2材料のうち他方を前記第2被冷却基板に接するように又は前記第2被冷却基板の近傍に配置する工程と、
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
Preparing a first cooled substrate and a second cooled substrate;
Electrically bonding the first material and the second material;
Placing one of the first material and the second material in contact with the first substrate to be cooled or in the vicinity of the first substrate to be cooled;
Placing the other of the first material and the second material in contact with the second substrate to be cooled or in the vicinity of the second substrate to be cooled;
A method for manufacturing an electronic device, comprising:
JP2009187655A 2009-08-13 2009-08-13 Electronic equipment and method for manufacturing the same Withdrawn JP2011040624A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009187655A JP2011040624A (en) 2009-08-13 2009-08-13 Electronic equipment and method for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009187655A JP2011040624A (en) 2009-08-13 2009-08-13 Electronic equipment and method for manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2011040624A true JP2011040624A (en) 2011-02-24

Family

ID=43768076

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009187655A Withdrawn JP2011040624A (en) 2009-08-13 2009-08-13 Electronic equipment and method for manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2011040624A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013191753A (en) * 2012-03-14 2013-09-26 Fujitsu Ltd Semiconductor device and method for using the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013191753A (en) * 2012-03-14 2013-09-26 Fujitsu Ltd Semiconductor device and method for using the same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5367413B2 (en) Semiconductor device
US9054064B2 (en) Stacked interconnect heat sink
KR101026618B1 (en) Microelectronic package and method of cooling an interconnect feature in same
TWI313077B (en) Microelectronic assembly with built-in thermoelectric cooler and method of fabricating same
TWI441305B (en) Semiconductor device
JP3566657B2 (en) Semiconductor device with integrated thermoelectric cooler and method of manufacturing the same
US9240394B1 (en) Stacked chips attached to heat sink having bonding pads
KR101554686B1 (en) A semiconductor device comprising an in-chip active heat transfer system
CN106856194B (en) Semiconductor chip and its manufacturing method
US7049695B1 (en) Method and device for heat dissipation in semiconductor modules
JP2006080333A (en) Semiconductor device
TWI636535B (en) Glass interposer with embedded thermoelectric devices
TWM623931U (en) Chip package assembly
US8664759B2 (en) Integrated circuit with heat conducting structures for localized thermal control
US7759789B2 (en) Local area semiconductor cooling system
JP4942807B2 (en) Thermoelectric cooler for flip chip semiconductor devices
KR20110036150A (en) Stack chip package having heat emission means
JP4458906B2 (en) Semiconductor device
JP2003347488A (en) Semiconductor device and its manufacturing method
JP2011040624A (en) Electronic equipment and method for manufacturing the same
KR20100000439A (en) Semiconductor package using thermoelectric element
JPH01295455A (en) Semiconductor laminated and integrated circuit element
US11915994B2 (en) Package structure comprising a semiconductor die with a thermoelectric structure and manufacturing method thereof
US20240021591A1 (en) Semiconductor package
JP4637966B1 (en) Manufacturing method of electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20121106