JP2021027348A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、封止部に半導体チップの冷却路の一部又は全部の機能を持たせた半導体装置の提供を目的とする。【解決手段】本発明の半導体装置１０は、基材２０と、第１面３２及び第２面３４を有し、第１面３２を基材２０に向けて配置されている半導体チップ３０と、半導体チップ３０を基材２０に電気的に接合させている接合部４０と、半導体チップ３０の側面３６に接触して接合部４０を封止する封止部５０と、を備え、封止部５０は、半導体チップ３０を冷却する冷却液を流すための少なくとも１つの流路ＦＬの一部又は全部を構成している。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体装置に関する。

プロセッサー等の半導体チップの高速処理能力が向上したことに伴い、半導体チップの排熱処理が必要となっている。例えば、半導体チップに金属製の枠を被せ当該枠に液体の冷媒の流れる流路を有する冷却装置を接触させ、当該流路に液体の冷媒を流すことにより行われる排熱処理がある。また、同じような排熱処理の技術として、特許文献１に開示されているように、半導体チップに冷媒路部材を被せて、冷媒路部材と半導体チップとで囲まれた冷媒路に冷媒（水を含む）を流す技術がある。

特開２０１０−７３８６６号公報

例えば、特許文献１の技術の場合、半導体チップの冷却路は、半導体チップを囲むために別途設けられたものである。そのため、特許文献１の場合、冷却するための構造が複雑となる。

本発明は、封止部に半導体チップの冷却路の一部又は全部の機能を持たせた半導体装置の提供を目的とする。

本発明の一態様の半導体装置は、
基材と、
第１面及び第２面を有し、前記第１面を前記基材に向けて配置されている半導体チップと、
前記半導体チップを前記基材に電気的に接合させている接合部と、
前記半導体チップの側面に接触して前記接合部を封止する封止部と、
を備え、
前記封止部は、前記半導体チップを冷却する冷却液を流すための少なくとも１つの流路の一部又は全部を構成している。

本発明の半導体装置によれば、封止部に半導体チップの冷却路の一部又は全部の機能を持たせることができる。これに伴い、冷却構造を簡単にすることができる。

第１実施形態の半導体装置の概略図（断面図）である。 第１実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 第２実施形態の半導体装置の概略図（断面図）である。 第２実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための図である。 第３実施形態の半導体装置の概略図（断面図）である。 第４実施形態の半導体装置の概略図（断面図）である。 第５実施形態の半導体装置の概略図（断面図）である。 第１変形例の半導体装置の概略図（断面図）である。 第２変形例の半導体装置の概略図（断面図）である。 第３変形例の半導体装置の概略図（断面図）である。 第４変形例の半導体装置の概略図（断面図）である。 第５変形例の半導体装置の概略図（断面図）である。 第６変形例の半導体装置の概略図（断面図）である。 第７変形例の半導体装置の概略図（断面図）である。 第８変形例の半導体装置の概略図（断面図）である。 第９変形例の半導体装置の概略図（断面図）である。

≪概要≫
以下、本発明の一例である第１〜第５実施形態について説明する。次いで、第１〜第９変形例を含む複数の変形例について説明する。

≪第１実施形態≫
まず、第１実施形態の半導体装置１０について説明する。最初に、第１実施形態の半導体装置１０の機能及び構成について図１Ａを参照しながら説明する。次いで、第１実施形態の半導体装置１０の製造方法について図１Ｂを参照しながら説明する。次いで、第１実施形態の効果について説明する。

＜第１実施形態の半導体装置の機能及び構成＞
本実施形態の半導体装置１０は、図１Ａに示されるように、プリント基板２０（基材の一例）と、半導体チップ３０と、接合部４０と、封止部５０とを備えている。そして、本実施形態の半導体装置１０は、一例として、表示装置、駆動装置その他の装置（図示省略）を制御する制御装置として機能する。また、本実施形態の半導体チップ３０は、一例として、高速処理が可能なＡＩチップである。そのため、半導体チップ３０は、その動作に伴い大量の熱を発熱するため、動作時に冷却を必要とする。

〔プリント基板、半導体チップ及び接合部〕
まず、プリント基板２０、半導体チップ３０及び接合部４０について説明する。
プリント基板２０は、絶縁性の板と、配線パターン（図示省略）とを有する。配線パターンは、プリント基板２０の少なくとも一方の面（表面２２）に形成されている。なお、表面２２の反対の面には、電子部品等（図示省略）を外部接続するための配線が形成されていてもよい。
半導体チップ３０は、その一方の面をプリント基板２０の表面２２に向けて配置されている。ここで、当該一方の面を表面３２（第１面の一例）とし、表面３２と反対側の面を裏面３４（第２面の一例）とする。また、表面３２及び裏面３４以外の面、すなわち、表面３２と裏面３４とを繋ぐ面を側面３６とする。半導体チップ３０の複数の接合用端子（図示省略）は、表面３２に形成されている。
接合部４０は、複数個の半田ボール４２と、アンダーフィル４４とを有する。複数個の半田ボール４２は、プリント基板２０と半導体チップ３０との間に配置され、配線パターンと複数の接合用端子の各端子とを電気的に接合させている。アンダーフィル４４は、各半田ボール４２を囲むように配置されている。

〔封止部〕
次に、封止部５０について説明する。
封止部５０は、接合部４０を封止する機能を有する。具体的には、本実施形態では、封止部５０は、プリント基板２０と半導体チップ３０との間に配置されている接合部４０が外部に露出されないように封止している。この場合、封止部５０は、半導体チップ３０の側面３６及び裏面３４並びにプリント基板２０の表面２２に接触した状態で接合部４０を封止している。また、別の見方をすると、封止部５０は、半導体チップ３０の裏面３４における周縁（側面３６の近傍の部分）に接触して半導体チップ３０を把持している。

次に、封止部５０が複数の部分から構成されているとする観点から、封止部５０について説明する。
封止部５０は、本体５２と、複数の壁５４と、蓋５６とを有している。
本体５２は、接合部４０を封止するとともに半導体チップ３０を挟んでプリント基板２０の反対側に凹み５２１空洞５２１が形成されている部分である。複数の壁５４は、凹み５２１空洞５２１の内部に互いに並んだ状態で配置され、凹み５２１空洞５２１を複数の領域に隔てている。蓋５６は、複数の壁５４を挟んで半導体チップ３０の反対側に配置され、本体５２及び複数の壁５４とで複数の流路ＦＬを形成している。また、本実施形態では、本体５２、複数の壁５４及び蓋５６は、一体的に形成されている。なお、本実施形態では、封止部５０は、一例として、エポキシ樹脂及び無機充填材（シリカ、金属粉など）を含んだ材料で構成されている。すなわち、本実施形態の封止部５０は、一例として、少なくともエポキシ樹脂及びシリカを含んでいる。

次に、複数の流路ＦＬについて説明する。複数の流路ＦＬは、半導体チップ３０を冷却する水（冷却液の一例）を流すための流路（冷却路）としての機能を有する。
前述のとおり、複数の壁５４は空洞５２１の内部に互いに並んだ状態で配置されているため、複数の流路ＦＬは互いに同じ方向に沿って並んでいる。また、一例として、複数の流路ＦＬには、その並び方向の一方に水を供給する供給部（図示省略）が接続され、他方に水を排出する排出部（図示省略）が接続されている。そして、半導体装置１０の動作時に、供給部から供給された水は、複数の流路ＦＬを流れて排出部から排出されるようになっている。これに伴い、半導体チップ３０が発熱した熱は、複数の流路ＦＬを流れる水によって排熱されるようになっている。
なお、本実施形態の場合、封止部５０は複数の流路ＦＬの全部を構成している。

以上が、第１実施形態の半導体装置１０の機能及び構成についての説明である。

＜第１実施形態の半導体装置の製造方法＞
次に、本実施形態の半導体装置１０の製造方法について図１Ｂを参照しながら説明する。
本実施形態の半導体装置１０の製造方法は、第１工程及び第２工程を含み、これらの記載順で行われる。図１Ｂでは、第１工程を説明するための部分を「１ｓｔ ＳＴＥＰ」、第２工程を説明するための部分を「２ｎｄ ＳＴＥＰ」と表記する。

〔第１工程〕
第１工程は、プリント基板２０に半導体チップ３０を実装する工程である。具体的には、プリント基板２０に対して半導体チップ３０を位置決めし、プリント基板２０と半導体チップ３０とを複数の半田ボール４２により接合する。次いで、プリント基板２０と半導体チップ３０との間に一例として液状のアンダーフィル剤を充填する。
そして、液状のアンダーフィル剤が硬化すると、接合部４０を介してプリント基板２０に半導体チップ３０が実装された実装基板２００が製造されて第１工程が終了する。

〔第２工程〕
第２工程は、第１工程で製造された実装基板２００に封止部５０を固定する工程である。具体的には、第１型ＭＤ１及び第２型ＭＤ２を有し、これらを嵌め合せるとキャビティＣＴを形成する金型ＭＤのキャビティＣＴ内に、実装基板２００及び複数のピンＰＮをそれぞれ定められた姿勢及び位置関係で配置する。
次いで、キャビティＣＴ内に硬化後に封止部５０となる液状のモールド樹脂ＭＲを注入する。そして、モールド樹脂ＭＲが硬化した後に、封止部５０に埋め込まれた複数のピンＰＮを抜き取ると、第２工程が終了する。なお、複数のピンＰＮが抜き取られた部分は、複数の流路ＦＬとなる。

以上が、第１実施形態の半導体装置１０の製造方法についての説明である。

＜第１実施形態の効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。

〔第１の効果〕
本実施形態の封止部５０は、図１Ａに示されるように、接合部４０を封止するだけではなく、複数の流路ＦＬを構成している。
したがって、本実施形態の半導体装置１０は、封止部５０に半導体チップ３０の冷却路の機能を持たせることができる。

〔第２の効果〕
また、本実施形態の封止部５０は、図１Ａに示されるように、半導体チップ３０の側面３６及び裏面３４並びにプリント基板２０の表面２２に接触した状態で接合部４０を封止している。別の見方をすると、封止部５０は、少なくとも半導体チップ３０の裏面３４における周縁に接触して半導体チップ３０を把持している。
したがって、本実施形態の半導体装置１０は、封止部５０は、半導体チップ３０の裏面３４における周縁に接触していない場合に比べて、半導体チップ３０を安定的に把持することができる。

〔第３の効果〕
また、本実施形態の封止部５０には、図１Ａに示されるように、互いに同じ方向に沿って並ぶ複数の流路ＦＬが形成されている。別言すると、封止部５０に形成されている空洞５２１が互いに同じ方向に沿って並ぶ複数の流路ＦＬに分けられている。
したがって、本実施形態の半導体装置１０によれば、空洞５２１が複数の流路ＦＬに分けられていない場合、すなわち、空洞５２１のままの場合に比べて、半導体チップ３０を冷却するための水を整流させ易い。これに伴い、半導体チップ３０の冷却効率が高い。

〔第４の効果〕
また、本実施形態の封止部５０は、図１Ａに示されるように、それを構成する複数の部分、すなわち、本体５２、複数の壁５４及び蓋５６が一体的に形成されている。
したがって、本実施形態の半導体装置１０は、封止部５０に２つの機能、すなわち、接合部４０を封止する機能と、複数の流路ＦＬを形成する機能とを持たせることができる。

以上が、第１実施形態の半導体装置１０の効果についての説明である。
また、以上が、第１実施形態の半導体装置１０についての説明である。

≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態の半導体装置１０Ａについて図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら説明する。以下、本実施形態については第１実施形態の場合（図１Ａ及び図１Ｂ参照）と異なる部分についてのみ説明する。なお、本実施形態において第１実施形態の場合と同じ構成要素を用いる場合、第１実施形態の場合と同じ名称及び符号を用いて説明する。

＜第２実施形態の半導体装置の機能及び構成＞
本実施形態の半導体装置１０Ａは、封止部５０Ａを構成する本体５２及び複数の壁５４が一体的に形成され、蓋５６Ａが本体５２及び複数の壁５４と別体である点、及び、蓋５６Ａが金属製である点で、第１実施形態の場合と異なる。
以上が、第２実施形態の半導体装置１０Ａの機能及び構成についての説明である。

＜第２実施形態の半導体装置の製造方法＞
次に、本実施形態の半導体装置１０Ａの製造方法について図２Ｂを参照しながら説明する。
本実施形態の半導体装置１０Ａの製造方法は、第１工程〜第４工程を含み、これらの記載順で行われる。図２Ｂでは、第１工程を説明するための部分を「１ｓｔ ＳＴＥＰ」、第２工程を説明するための部分を「２ｎｄ ＳＴＥＰ」、第３工程を説明するための部分を「３ｒｄ ＳＴＥＰ」、第４工程を説明するための部分を「４ｔｈ ＳＴＥＰ」と表記する。

〔第１工程〕
本実施形態の第１工程は、第１実施形態の第１工程と同じである。

〔第２工程〕
第２工程は、第１工程で製造された実装基板２００に溝無し封止部５００を固定する工程である。具体的には、第１型ＭＤ１及び第２型ＭＤ２を有し、これらを嵌め合せるとキャビティＣＴを形成する金型ＭＤのキャビティＣＴ内に、実装基板２００を定められた姿勢で配置する。
次いで、キャビティＣＴ内に硬化後に封止部５０Ａとなる液状のモールド樹脂ＭＲを注入する。そして、モールド樹脂ＭＲが硬化すると、実装基板２００に溝無し封止部５００が固定された中間品が製造されて、第２工程が終了する。

〔第３工程〕
第３工程は、溝無し封止部５００の定められた位置に複数の溝ＤＴを形成する工程である。この場合、例えば、複数の溝ＤＴは、ダイシング、ルーター、レーザーその他の方法により形成する。以上より、溝無し封止部５００に複数の溝ＤＴが形成されて溝無し封止部５００が本体５２及び複数の壁５４の組合せとなった中間品が製造されて、第３工程が終了する。

〔第４工程〕
第４工程は、第３工程後に製造された中間品の複数の溝ＤＴを蓋５６Ａで塞ぐ工程である。この場合、蓋５６Ａは、例えば接着剤その他の固定手段により本体５２及び複数の壁５４の組合せに固定される。以上より、実装基板２００に封止部５０Ａが固定された半導体装置１０Ａが製造されて、第４工程が終了する。

以上が、第２実施形態の半導体装置１０Ａの製造方法についての説明である。

＜第２実施形態の効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。
第１実施形態の半導体装置１０（図１Ａ）では蓋５６が樹脂製であるのに対して、本実施形態の半導体装置１０Ａ（図２Ａ）では蓋５６Ａが金属製である。すなわち、本実施形態の蓋５６Ａは、第１実施形態の蓋５６よりも熱伝導性が高い。
したがって、本実施形態の半導体装置１０Ａは、第１実施形態の場合に比べて、半導体チップ３０の冷却効率が高い。
本実施形態の半導体装置１０Ａのその他の効果は、第１実施形態の場合と同じである。

以上が、第２実施形態の半導体装置１０Ａの効果についての説明である。
また、以上が、第２実施形態の半導体装置１０Ａについての説明である。

≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態の半導体装置１０Ｂについて図３を参照しながら説明する。以下、本実施形態については第１実施形態の場合（図１Ａ及び図１Ｂ参照）及び第２実施形態の場合（図２Ａ及び図３Ｂ参照）と異なる部分についてのみ説明する。なお、本実施形態において第１実施形態及び第２実施形態の場合と同じ構成要素を用いる場合、第１実施形態及び第２実施形態の場合と同じ名称及び符号を用いて説明する。

＜第３実施形態の半導体装置の機能及び構成＞
本実施形態の半導体装置１０Ｂは、封止部５０Ｂを構成する複数の壁５４Ｂ及び蓋５６Ａが一体的に形成され、複数の壁５４Ｂ及び蓋５６Ａが本体５２と別体である点、半導体チップ３０の裏面３４の周縁以外の部分が封止部５０Ｂで被覆されていない点、並びに、複数の壁５４Ｂが裏面３４に接触している点で、第２実施形態の場合と異なる。なお、複数の壁５４Ｂ及び蓋５６Ａは、金属製、又は、エポキシ樹脂及びシリカを含んだ材料であってもよい。
以上が、第３実施形態の半導体装置１０Ｂの機能及び構成についての説明である。
なお、第２実施形態の場合と同様に、半導体チップ３０の裏面３４全体を封止部５０Ｂで被覆している形態でもよい。

＜第３実施形態の半導体装置の製造方法＞
本実施形態の半導体装置１０Ｂの製造方法では、第２実施形態の場合の第３工程（図２Ｂの３ｒｄ ＳＴＥＰ参照）で複数の溝ＤＴを形成せずに空洞５２１を形成する点で異なる。また、第２実施形態の場合の第４工程（図２Ｂの４ｔｈ ＳＴＥＰ参照）で複数の壁５４Ａが固定されている蓋５６Ａを本体５２に固定する点で異なる。
以上が、第３実施形態の半導体装置１０Ｂの製造方法についての説明である。

＜第３実施形態の効果＞
次に、本実施形態の効果について説明する。
第２実施形態の半導体装置１０Ａ（図２Ａ）では複数の壁５４が樹脂製に限られるのに対して、本実施形態の半導体装置１０Ｂ（図３）では複数の壁５４Ｂが金属製又はエポキシ樹脂及び無機充填材を含んだ材料の部材にすることができる。
例えば、金属製にした場合、本実施形態の半導体装置１０Ｂは、第２実施形態の場合に比べて、半導体チップ３０の冷却効率が高くすることができる。一方、エポキシ樹脂及び無機充填材を含んだ材料の部材にした場合、事前に加工した水路を半導体装置に組み込むことができるため、加工性の面で有利である。
また、本実施形態の場合、半導体チップ３０を冷却する水が半導体チップ３０の裏面３４に直接接触する。
したがって、本実施形態の半導体装置１０Ｂは、第２実施形態の場合に比べて、半導体チップ３０の冷却効率が高い。
本実施形態の半導体装置１０Ｂのその他の効果は、第１実施形態及び第２実施形態の場合と同じである。

以上が、第３実施形態の半導体装置１０Ｂの効果についての説明である。
また、以上が、第３実施形態の半導体装置１０Ｂについての説明である。

≪第４実施形態≫
次に、第４実施形態の半導体装置１０Ｃについて図４を参照しながら説明する。以下、本実施形態については第１実施形態の場合（図１Ａ及び図１Ｂ参照）、第２実施形態の場合（図２Ａ及び図３Ｂ参照）及び第３実施形態（図３参照）の場合と異なる部分についてのみ説明する。なお、本実施形態において第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態の場合と同じ構成要素を用いる場合、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態の場合と同じ名称及び符号を用いて説明する。

＜第４実施形態の半導体装置の機能及び構成＞
本実施形態の半導体装置１０Ｃ（図４）は、封止部５０Ｃに形成されている空洞５２１Ｃの形状が第３実施形態の場合（図３）と異なる。
具体的には、封止部５０Ｃの本体５２Ｃの内面、すなわち空洞５２１Ｃは、図示で上側ほど外側に広がっている。より具体的には、図示において、空洞５２１Ｃが、半導体チップ３０の上面の外縁部分から円弧状に上側が図示で横方向に広がっている。
蓋５６Ａの下面に設けられた複数の壁５４Ｂが、空洞５２１Ｃの内部に互いに並んだ状態で配置され、壁５４Ｂ間が流路ＦＬとして機能している。一例として、複数の流路ＦＬには、その並び方向の一方に水を供給する供給部（図示省略）が接続され、他方に水を排出する排出部（図示省略）が接続されている。そして、半導体装置１０の動作時に、供給部から供給された水は、複数の流路ＦＬを流れて排出部から排出されるようになっている。
また、流路FLの別の形態として、半導体チップ３０の第２面（裏面３４（図示では上側の面））に向けて冷却液を流す第１流路ＦＬ１と、半導体チップ３０の前記第２面（裏面３４）を冷却した冷却液を外部に流す第２流路ＦＬ２と、を有してもよい。
具体的には、半導体チップ３０の裏面３４の上側に設けられた壁５４Ｂ間の領域（すなわち第１流路ＦＬ１）に水を供給し、半導体チップ３０を冷却した水が、空洞５２１Ｃにおける半導体チップ３０の横方向の空間（第２流路ＦＬ２）に排出されるようにしてもよい。このとき、水の供給部は、蓋５６Ａやその近傍に設けられていることが好ましい。水の排出部は、半導体チップ３０の横方向の空間（第２流路）を構成する要素、ここでは本体５２Ｃの円弧形状部分や蓋５６Ａに設けられてもよい。
また、封止部５０Ｃは、接合部を封止する本体５２Ｃと、本体５２Ｃを覆って本体５２Ｃに取り付けられる蓋５６Ａと、を有し、蓋５６Ａは、第１流路及び前記第２流路を有する構成であってもよい。上記の円弧状部分の構成を、本体５２Ｃでなく蓋５６Ａとしてもよい。このとき、蓋５６Ａは、第１流路ＦＬ１が設けられた第１蓋部と、第１蓋部を覆うように設けられた第２蓋部と、を有し、第１蓋部と第２蓋部とによって、それらの間の空間に第２流路ＦＬ２が設けられている構成としてもよい。第１流路ＦＬ１は、蓋５６Ａ側から半導体チップ３０側に延びる複数の管として形成され、その管に水が供給されるようにしてもよい。
以上が、第４実施形態の半導体装置１０Ｃの機能及び構成についての説明である。

＜第４実施形態の半導体装置の製造方法＞
本実施形態の半導体装置１０Ｃの製造方法では、第３実施形態の場合の第３工程で第３実施形態の場合と異なる形状の空洞５２１Ｃを形成する点で異なる。具体的には、空洞５２１Ｃは、ダイシング、ルーター、レーザーその他の方法により形成する。
以上が、第４実施形態の半導体装置１０Ｃの製造方法についての説明である。
なお、空洞５２１Ｃの形成方法は、例えば、金型（図示省略）による封止部５０Ｃの成形によって形成してもよい。

＜第４実施形態の効果＞
本実施形態の半導体装置１０Ｃの効果は、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態の場合と同じである。

以上が、第４実施形態の半導体装置１０Ｃの効果についての説明である。
また、以上が、第４実施形態の半導体装置１０Ｃについての説明である。

≪第５実施形態≫
次に、第５実施形態の半導体装置１０Ｄについて図５を参照しながら説明する。以下、本実施形態については第１実施形態の場合（図１Ａ及び図１Ｂ参照）、第２実施形態の場合（図２Ａ及び図３Ｂ参照）、第３実施形態（図３参照）及び第４実施形態（図４参照）の場合と異なる部分についてのみ説明する。なお、本実施形態において第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態の場合と同じ構成要素を用いる場合、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態の場合と同じ名称及び符号を用いて説明する。

＜第５実施形態の半導体装置の機能及び構成＞
本実施形態の半導体装置１０Ｄ（図５）は、半導体チップ３０Ｄの裏面３４に複数の溝３８が形成されており、各溝３８が各流路ＦＬの一部を構成している点で、第３実施形態の場合（図３参照）と異なる。すなわち、本実施形態の場合は、第３実施形態の場合よりも各流路ＦＬにおける半導体チップ３０Ｄとの接触面積が大きい。なお、複数の壁５４Ｄは、金属製、又は、エポキシ樹脂及び無機充填材を含んだ材料であってもよい。
以上が、第５実施形態の半導体装置１０Ｄの機能及び構成についての説明である。

＜第５実施形態の半導体装置の製造方法＞
本実施形態の半導体装置１０Ｄの製造方法では、第１工程時までに半導体チップ３０Ｄの裏面３４に複数の溝３８が形成された状態の実装基板２００Ｄを準備する点で、第３実施形態の場合と異なる。具体的には、空洞５２１Ｃは、ダイシング、ルーター、レーザーその他の方法により形成する。
以上が、第５実施形態の半導体装置１０Ｄの製造方法についての説明である。

＜第５実施形態の効果＞
本実施形態の場合の半導体チップ３０Ｄの裏面３４に対する複数の壁５４Ｄとの接触面積は、第３実施形態の場合に比べて大きい。
したがって、本実施形態の半導体装置１０Ｄは、第３実施形態の場合に比べて、半導体チップ３０Ｄの冷却効率が高い。
本実施形態の半導体装置１０Ｄのその他の効果は、第１実施形態、第２実施形態、第３実施形態及び第４実施形態の場合と同じである。

以上が、第５実施形態の半導体装置１０Ｄの効果についての説明である。
また、以上が、第５実施形態の半導体装置１０Ｄについての説明である。

以上のとおり、本発明について前述の複数の実施形態をそれぞれ一例として説明したが、本発明は各実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲には、下記のような形態（変形例）等も含まれる。

例えば、第３実施形態（図３参照）では、封止部５０Ｂを構成する複数の壁５４Ｂ、及び蓋５６Ａが金属製又はエポキシ樹脂及び無機充填材を含んだ材料であることを説明した。しかしながら、これらは、セラミック製又は、プラスチック製であってもよい。

また、例えば、第４実施形態（図４参照）では、蓋５６Ａに複数の壁５４Ｂが並んだ状態で固定されていることを説明した。しかしながら、図６Ａに示される第１変形例の半導体装置１０Ｅように、例えば、複数の壁５４Ｂが一体化した壁５４Ｅとなっていてもよい。

また、例えば、第１実施形態（図１Ａ参照）では、半導体チップ３０の裏面３４が封止部５０により被覆されていることを説明した。しかしながら、図６Ｂに示される第２変形例の半導体装置１０Ｆのように、接着層７０及び板６０を追加して、半導体チップ３０の裏面３４に接着層７０を介して板６０が配置されるとともに板６０が各壁５４の端部が板６０に接触するようにしてもよい。この場合、板６０を金属製又はセラミック製とすればよい。また、板６０を例えば、ヒートスプレッダとしてもよい。

また、例えば、図６Ｃに示される第３変形例の半導体装置１０Ｇのように、封止部５０Ｇを、第１部分５２Ｇ１及び第２部分５２Ｇ２を有する本体５２Ｇ、複数の壁５４Ｇ及び蓋５６Ｇで構成してもよい。この場合、本体５２Ｇのうちプリント基板２０側の第１部分５２Ｇ１を第１実施形態の封止部５０と同じ材料とし、第１部分５２Ｇ１を挟んでプリント基板２０の反対側の第２部分５２Ｇ２、複数の壁５４Ｇ及び蓋５６Ｇを一体化させた金属製の部材又はエポキシ樹脂及び無機充填材を含んだ材料の部材としてもよい。また、本変形例では、封止部５０Ｇが、第１部分５２Ｇ１及び第２部分５２Ｇ２を有する本体５２Ｇ、複数の壁５４Ｇ及び蓋５６Ｇに分けた複数の部材で構成されているが、複数の部材の分け方、すなわち、封止部５０Ｇの分割箇所は、本変形例と異なるようにしてもよい。なお、本変形例の場合、第１部分５２Ｇ１は、半導体チップ３０の裏面３４に対しては周縁にのみ接触している。

また、例えば、図６Ｄに示される第４変形例の半導体装置１０Ｈのように、封止部５０Ｈを、第１部分５２Ｈ１及び第２部分５２Ｈ２を有する本体５２Ｈ、複数の壁５４Ｈ及び蓋５６Ｈで構成してもよい。この場合、本体５２Ｈのうちプリント基板２０側の第１部分５２Ｈ１を第１実施形態の封止部５０と同じ材料とし、第１部分５２Ｈ１を挟んでプリント基板２０の反対側の第２部分５２Ｈ２、複数の壁５４Ｈ及び蓋５６Ｈを一体化させた金属製の部材又はエポキシ樹脂及び無機充填材を含んだ材料の部材としてもよい。ここで、本変形例の場合、第１部分５２Ｈ１は、半導体チップ３０の裏面３４全体を被覆している。
なお、第４変形例では、第１部分５２Ｈ１を第１実施形態の封止部５０と同じ材料、第２部分５２Ｈ２を金属としたが、第１部分５２Ｈ１及び第２部分５２Ｈ２を金属製又はエポキシ樹脂及び無機充填材を含んだ材料の部材としてもよい。また、本変形例では、封止部５０Ｈが、第１部分５２Ｈ１及び第２部分５２Ｈ２を有する本体５２Ｈ、複数の壁５４Ｈ及び蓋５６Ｈに分けた複数の部材で構成されているが、複数の部材の分け方、すなわち、封止部５０Ｈの分割箇所は、本変形例と異なるようにしてもよい。

また、例えば、第１実施形態等では、半導体チップ３０は半田ボール４２によりプリント基板２０に接合されていると説明した。しかしながら、半田ボール４２に換えてワイヤーより接合されていてもよい（ワイヤーボンディング方式でもよい）。また、半田ボール４２に換えて、半田付きの銅ピラーが形成された半導体チップを用いて接合してもよい。

また、例えば、各実施形態では、アンダーフィル４４が各半田ボール４２を囲むように配置されていると説明した。しかしながら、アンダーフィル４４を使わず、封止部５０を用いて一括成型してもよい。

また、前述の第２変形例（図６Ｂ参照）の更なる変形例として、図６Ｅの第５変形例の半導体装置１０Ｉのようにしてもよい。具体的には、本変形例の半導体装置１０Ｉでは、第２変形例の板６０を具体的にヒートスプレッダ６０Ｉとし、ヒートスプレッダ６０ＩをＴＩＭ層（Ｔｈｅｍａｌ Ｉｎｅｒｆａｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ層）という熱伝導性が高く接着性を有する材料で構成されている接着層７０で半導体チップ３０の裏面３４に固定している。また、本変形例では、ヒートスプレッダ６０Ｉが熱を拡散させる機能を有することから、ヒートスプレッダ６０Ｉを挟んで半導体チップ３０の反対側にある複数の流路ＦＬは、半導体チップ３０の幅からはみ出した範囲であってヒートスプレッダ６０Ｉの幅方向全域に亘って形成されている。
本変形例によれば、前述の第２変形例の場合に比べて、半導体チップ３０の冷却効率が高いという効果を奏する。

また、第５実施形態の半導体装置１０Ｄ（図５参照）の更なる変形例として、図６Ｆの第６変形例の半導体装置１０Ｊのようにしてもよい。具体的には、本変形例の封止部５０Ｊを構成する複数の壁５４Ｊは、第５実施形態の封止部５０Ｄの複数の壁５４Ｄよりも短く設定されており、複数の壁５４Ｊと半導体チップ３０Ｄの裏面３４と離れている。
以上の構成により、本変形例の場合、半導体チップ３０Ｄの裏面３４に形成されている複数の溝３８は、半導体チップ３０を冷却する水を流すための流路として機能する。すなわち、本変形例は、第３実施形態（図３参照）に比べて、半導体チップ３０Ｄの裏面３４における流路ＦＬとなる部分の面積が大きい。
したがって、本変形例によれば、第３実施形態に比べて、半導体チップ３０の冷却効率が高い。

また、第５実施形態の半導体装置１０Ｄ（図５参照）の更なる変形例又は第６変形例（図６Ｆ参照）の更なる変形例として、図６Ｇの第７変形例の半導体装置１０Ｋのようにしてもよい。具体的には、本変形例の場合、半導体チップ３０の裏面３４に形成されている複数の溝３４の位置が第６変形例の場合と逆の位置関係になっている。
本変形例の場合であっても、第３実施形態に比べて、半導体チップ３０の冷却効率が高い。

また、第１実施形態の半導体装置１０（図１参照）では、複数の流路ＦＬと半導体チップ３０には封止部５０の一部が挟まれている形態とした。しかしながら、図６Ｈの第８変形例の半導体装置１０Ｌ（及び封止部５０Ｌ）のように、各壁５４Ｌの半導体チップ３０側の部分を繋ぐ封止部５０Ｌの一部がなく、としてもよい。本変形例の場合、半導体チップ３０は、各流路ＦＬにより直接冷却されるため、第１実施形態の場合に比べて、半導体チップ３０の冷却効率が高い。

また、第５変形例の半導体装置１０Ｉ（図６Ｅ参照）では、各流路ＦＬの一端がヒートスプレッダ６０Ｉに直接接触している形態とした。しかしながら、図６Ｉの第９変形例の半導体装置１０Ｍ（及び封止部５０Ｍ）のように、各流路ＦＬとヒートスプレッダ６０Ｉとに封止部５０Ｍの一部（本体５２Ｍの一部）が挟まれている形態、すなわち、各流路ＦＬがヒートスプレッダ６０Ｉに接触していない形態としてもよい。

また、第１実施形態（図１Ａ参照）では、複数の流路ＦＬには、その並び方向の一方に水を供給する供給部（図示省略）が接続され、他方に水を排出する排出部（図示省略）が接続されているとして説明した。しかしながら、各流路ＦＬの一方から水が供給され他方から排出されれば、各流路ＦＬにおける供給部及び排出部の接続構造等は第１実施形態の場合と異なっていてもよい。例えば、複数の流路ＦＬのうち半導体チップ３０の幅方向の一端側の流路ＦＬの一方に供給部が接続され、他端側の流路ＦＬの他方に排出部が接続され、半導体装置１０等を平面視にて（半導体装置１０等をその厚み方向から見た場合に）、各流路ＦＬは隣接する他の流路ＦＬとジグザグ状に連結されていることで、供給部から供給された水が複数の流路ＦＬを直列的に流れて排出部から排出されるようにしてもよい（図示省略）。

以上のとおり、複数の実施形態及び複数の変形例について便宜上分けて説明したが、いずれか１つの形態の一部の構成を他の形態の一部の構成に置き換えてもよい。

１０、１０Ａ〜１０Ｍ 半導体装置
２０ プリント基板（基材の一例）
２２ 表面
３０ 半導体チップ
３０Ｄ 半導体チップ
３２ 表面（第１面の一例）
３４ 裏面（第２面の一例）
３６ 側面
３８ 溝
４０ 接合部
４２ 半田ボール
４４ アンダーフィル
５０ ５０Ａ〜５０Ｍ 封止部
５２ 本体
５２Ｇ 本体
５２Ｇ１ 第１部分
５２Ｇ２ 第２部分
５２Ｈ 本体
５２Ｈ１ 第１部分
５２Ｈ２ 第２部分
５２Ｍ 本体
５４ ５４Ａ〜５４Ｌ 壁
５６ 蓋
５６Ａ 蓋
５６Ｇ 蓋
５６Ｈ 蓋
６０ 板
６０Ｉ ヒートスプレッダ
２００ 実装基板
２００Ｄ 実装基板
５００ 溝無し封止部
５２１ 空洞
５２１Ｃ 空洞
ＣＴ キャビティ
ＤＴ 溝
ＦＬ 流路
ＦＬ１ 第１流路
ＦＬ２ 第２流路
ＭＤ 金型
ＭＤ１ 第１型
ＭＤ２ 第２型
ＭＲ モールド樹脂
ＰＮ ピン

Claims (12)

1. 基材と、
   第１面及び第２面を有し、前記第１面を前記基材に向けて配置されている半導体チップと、
   前記半導体チップを前記基材に電気的に接合させている接合部と、
   前記半導体チップの側面に接触して前記接合部を封止する封止部と、
   を備え、
   前記封止部は、前記半導体チップを冷却する冷却液を流すための少なくとも１つの流路の一部又は全部を構成している、
   半導体装置。
2. 前記封止部は、前記半導体チップの前記第２面における周縁に接触して前記半導体チップを把持する、
   請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記少なくとも１つの流路は、互いに同じ方向に沿って並ぶ複数の流路である、
   請求項１又は２に記載の半導体装置。
4. 前記封止部は、
   前記接合部を封止するとともに前記半導体チップを挟んで前記基材の反対側に空洞が形成されている本体、前記空洞の内部に配置され前記空洞を複数の領域に隔てる複数の壁、並びに、前記複数の壁が固定され前記本体に取り付けられ、前記本体及び蓋とで前記複数の流路を形成する蓋を有する
   請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記複数の壁及び前記蓋の一方又は両方は、樹脂組成物の硬化部材、金属製部材、セラミック製部材、プラスチック製部材の一群から選択された部材からなる、
   請求項４に記載の半導体装置。
6. 前記半導体チップの前記第２面には、前記同じ方向に沿って並ぶ複数の溝が形成れており、
   前記複数の流路の各流路の一部は、それぞれ、前記複数の溝の各溝により形成されている、
   請求項３〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記封止部の少なくとも一部は、エポキシ樹脂及びシリカを含んだ材料で構成されている、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
8. 前記封止部は、前記接合部を封止するとともに前記半導体チップを挟んで前記基材の反対側に空洞が形成されている本体、前記空洞の内部に配置され前記空洞を複数の領域に隔てる複数の壁、並びに、前記本体及び前記複数の壁とで前記複数の流路を形成する蓋を有し、
   前記本体、前記複数の壁及び前記蓋は、一体的に形成されている、
   請求項３に記載の半導体装置。
9. 前記本体、前記複数の壁及び前記蓋は、少なくともエポキシ樹脂及びシリカを含んだ材料で構成されている、
   請求項８に記載の半導体装置。
10. 前記流路は、
    前記半導体チップの前記第２面に向けて冷却液を流す第１流路と、
    前記半導体チップの前記第２面を冷却した冷却液を外部に流す第２流路と、
    を有する、
    請求項１〜９までのいずれか1項に記載の半導体装置。
11. 前記封止部は、
    前記接合部を封止する本体と、
    前記本体を覆って前記本体に取り付けられる蓋と、を有し、
    前記蓋は、前記第１流路及び前記第２流路を有する、
    請求項１０に記載の半導体装置。
12. 前記蓋は、
    前記第１流路が設けられた第１蓋部と、
    前記第１蓋部を覆うように設けられた第２蓋部と、
    を有し、
    前記第１蓋部と前記第２蓋部とによって、それらの間の空間に前記第２流路が設けられている、
    請求項１１に記載の半導体装置。

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