JP3520832B2 - 三次元半導体装置とその製造方法 - Google Patents
三次元半導体装置とその製造方法Info
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- H01L25/065—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
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- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元半導体装置
及びその製造方法に関する。
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来技術の放熱構造を有する半導体装置
は、図１０に示すように特開平９−２４６４６６号公報
で開示されている。図１０は、従来技術の半導体装置
の、ＩＣパッケージ１１２の厚さ方向における概略断面
図である。図１０の従来技術の半導体装置を説明する
と、次のとおりである。
は、図１０に示すように特開平９−２４６４６６号公報
で開示されている。図１０は、従来技術の半導体装置
の、ＩＣパッケージ１１２の厚さ方向における概略断面
図である。図１０の従来技術の半導体装置を説明する
と、次のとおりである。
【０００３】ＩＣパッケージ１１２は、キャビティー１
１８の部分にＩＣチップ１０７を搭載し、ＩＣチップ１
０７は、ＩＣパッケージ１１２と電気的、機械的に接続
し、キャップ１１７によって中空封止されている。ＩＣ
チップ１０７の厚さ方向においてＩＣパッケージ１１２
を介してＩＣチップ１０７に重なるように、ＩＣチップ
１０７を搭載した面とは反対側のＩＣパッケージ１１２
の裏面であってＩＣチップ１０７の裏面と同一位置（Ｉ
Ｃチップ１０７の厚さ方向における同一位置）に放熱フ
ィン１１９を接着している。
１８の部分にＩＣチップ１０７を搭載し、ＩＣチップ１
０７は、ＩＣパッケージ１１２と電気的、機械的に接続
し、キャップ１１７によって中空封止されている。ＩＣ
チップ１０７の厚さ方向においてＩＣパッケージ１１２
を介してＩＣチップ１０７に重なるように、ＩＣチップ
１０７を搭載した面とは反対側のＩＣパッケージ１１２
の裏面であってＩＣチップ１０７の裏面と同一位置（Ｉ
Ｃチップ１０７の厚さ方向における同一位置）に放熱フ
ィン１１９を接着している。
【０００４】更に、ＩＣパッケージ１１２の裏面（放熱
フィン１１９を接着した側のＩＣパッケージ１１２の
面）には、ＩＣパッケージ１１２とほぼ同構造のＩＣパ
ッケージ１１５をロングピン１１６で電気的、機械的に
接続するためのランド１１４が形成された構造となって
いる。更に、ＩＣパッケージ１１２の下面には、実装基
板１０１に電気的、機械的に接続するためのピン１１３
を形成した構造となっている。これが実装基板１０１に
近い一段目のＩＣパッケージ１１２の構造となってい
る。
フィン１１９を接着した側のＩＣパッケージ１１２の
面）には、ＩＣパッケージ１１２とほぼ同構造のＩＣパ
ッケージ１１５をロングピン１１６で電気的、機械的に
接続するためのランド１１４が形成された構造となって
いる。更に、ＩＣパッケージ１１２の下面には、実装基
板１０１に電気的、機械的に接続するためのピン１１３
を形成した構造となっている。これが実装基板１０１に
近い一段目のＩＣパッケージ１１２の構造となってい
る。
【０００５】次に二段目のＩＣパッケージ１１５は、Ｉ
Ｃパッケージ１１５のキャビティー１１８の部分に、Ｉ
Ｃチップ１０７を搭載し、ＩＣチップ１０７は、ＩＣパ
ッケージ１１５と電気的、機械的に接続している。そし
て、ＩＣパッケージ１１５では、ＩＣパッケージ１１２
と同様に、キャップによって中空封止を行っている。
Ｃパッケージ１１５のキャビティー１１８の部分に、Ｉ
Ｃチップ１０７を搭載し、ＩＣチップ１０７は、ＩＣパ
ッケージ１１５と電気的、機械的に接続している。そし
て、ＩＣパッケージ１１５では、ＩＣパッケージ１１２
と同様に、キャップによって中空封止を行っている。
【０００６】次に、ＩＣチップ１０７の厚さ方向におい
てＩＣパッケージ１１５を介してＩＣチップ１０７に重
なるように、ＩＣチップ１０７を搭載した面とは反対側
のＩＣパッケージ１１５の裏面であってＩＣチップ１０
７の裏面と同一位置（ＩＣチップ１０７の厚さ方向にお
ける同一位置）に放熱フィン１２０を接着している。更
に、ＩＣパッケージ１１５の下面には、ＩＣパッケージ
１１２に電気的、機械的に接続するためのロングピン１
１６を形成した構造となっている。従来技術の放熱構造
を有する半導体装置は、このような構造のＩＣパッケー
ジ１１２，１１５を多段積層して実装基板１０１に実装
にした構造となっている。
てＩＣパッケージ１１５を介してＩＣチップ１０７に重
なるように、ＩＣチップ１０７を搭載した面とは反対側
のＩＣパッケージ１１５の裏面であってＩＣチップ１０
７の裏面と同一位置（ＩＣチップ１０７の厚さ方向にお
ける同一位置）に放熱フィン１２０を接着している。更
に、ＩＣパッケージ１１５の下面には、ＩＣパッケージ
１１２に電気的、機械的に接続するためのロングピン１
１６を形成した構造となっている。従来技術の放熱構造
を有する半導体装置は、このような構造のＩＣパッケー
ジ１１２，１１５を多段積層して実装基板１０１に実装
にした構造となっている。
【０００７】従来技術の放熱構造を有する半導体装置
は、このような構造にしたことにより、各ＩＣパッケー
ジ間の空間を空気が自由に流通できること及び放熱フィ
ンなどの放熱装置が取り付けられることができるので、
大幅な放熱性の改善を図ることができる。
は、このような構造にしたことにより、各ＩＣパッケー
ジ間の空間を空気が自由に流通できること及び放熱フィ
ンなどの放熱装置が取り付けられることができるので、
大幅な放熱性の改善を図ることができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、半
導体デバイスをキャビティーに実装したＩＣパッケージ
各々を、ピンとロングピンによって多段積層した構造と
なっており、一段目のＩＣパッケージにはロングピンに
よって二段目のＩＣパッケージとの広い空間を確保して
放熱フィンを取り付けた構造、二段目のＩＣパッケージ
にも放熱フィンを取り付けた構造となっている。
導体デバイスをキャビティーに実装したＩＣパッケージ
各々を、ピンとロングピンによって多段積層した構造と
なっており、一段目のＩＣパッケージにはロングピンに
よって二段目のＩＣパッケージとの広い空間を確保して
放熱フィンを取り付けた構造、二段目のＩＣパッケージ
にも放熱フィンを取り付けた構造となっている。
【０００９】その結果、次のような問題点を有してい
た。半導体デバイスの外側に接続用の端子がくる構造で
あるため、ＩＣのパッケージサイズが半導体デバイスサ
イズより非常に大きくなってしまい実装密度が低下す
る。半導体デバイスと半導体デバイス間の配線長が長く
なり高速動作に対応できない。半導体デバイスの多段三
次元半導体装置化は、配線長が長くなるため電気的特性
の低下を起こす。更に半導体装置の全体が非常に大きく
なるため機械的な特性も低下する。放熱可能領域が、Ｉ
Ｃパッケージ及び放熱フィンのみであり、マザーボード
及び筐体への放熱が期待できない構造であるため放熱効
果も低下する。半導体デバイスを曲面に沿って実装でき
ないため実装場所が平面形状に限定されてしまう等であ
る。
た。半導体デバイスの外側に接続用の端子がくる構造で
あるため、ＩＣのパッケージサイズが半導体デバイスサ
イズより非常に大きくなってしまい実装密度が低下す
る。半導体デバイスと半導体デバイス間の配線長が長く
なり高速動作に対応できない。半導体デバイスの多段三
次元半導体装置化は、配線長が長くなるため電気的特性
の低下を起こす。更に半導体装置の全体が非常に大きく
なるため機械的な特性も低下する。放熱可能領域が、Ｉ
Ｃパッケージ及び放熱フィンのみであり、マザーボード
及び筐体への放熱が期待できない構造であるため放熱効
果も低下する。半導体デバイスを曲面に沿って実装でき
ないため実装場所が平面形状に限定されてしまう等であ
る。
【００１０】本発明は、上記問題点の少なくとも一を解
決する三次元半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記三次元半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。また、本発明は、前記三次元
半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。
決する三次元半導体装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記三次元半導体装置の製造方法を提
供することを目的とする。また、本発明は、前記三次元
半導体装置の製造装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点にお
ける三次元半導体装置は、複数の半導体装置を筒状に配
列させて装着することができる立体形状を有すると共に
熱伝導性の高い材料を主体として含有する支持体と、前
記支持体に装着される複数の半導体装置とを少なくとも
含む三次元半導体装置であって、前記支持体は、一方の
端部が底を有する筒状構造部を具備し、前記筒状構造部
の内側底面に中央演算処理装置が装着され、前記筒状構
造部の内周面及び外周面のうちの１面以上に前記中央演
算処理装置に制御される半導体装置が装着されているこ
とを特徴とする。
ける三次元半導体装置は、複数の半導体装置を筒状に配
列させて装着することができる立体形状を有すると共に
熱伝導性の高い材料を主体として含有する支持体と、前
記支持体に装着される複数の半導体装置とを少なくとも
含む三次元半導体装置であって、前記支持体は、一方の
端部が底を有する筒状構造部を具備し、前記筒状構造部
の内側底面に中央演算処理装置が装着され、前記筒状構
造部の内周面及び外周面のうちの１面以上に前記中央演
算処理装置に制御される半導体装置が装着されているこ
とを特徴とする。
【００１２】本発明の第２の視点における三次元半導体
装置の製造方法は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有する板状体に中央演算処理装置を電気的及び機械的に
固着接続して成るベース板状体の外周部に、熱伝導性の
高い材料を主体として含有する板状体に半導体装置を電
気的及び機械的に固着接続して成る複数の半導体装置ブ
ロックを取り付けて、一方の端部が底を有する筒状構造
部を形成する筒状構造部形成工程を少なくとも含むこと
を特徴とする。本発明の第３の視点における三次元半導
体装置の製造方法は、熱伝導性の高い材料を主体として
含有し底を有する筒状構造部の内側底面に中央演算処理
装置を電気的、機械的に固着接続し、前記筒状構造部の
内周面及び外周面のうちの１面以上に半導体装置を電気
的、機械的に固着接続する固着接続工程を少なくとも含
むことを特徴とする。
装置の製造方法は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有する板状体に中央演算処理装置を電気的及び機械的に
固着接続して成るベース板状体の外周部に、熱伝導性の
高い材料を主体として含有する板状体に半導体装置を電
気的及び機械的に固着接続して成る複数の半導体装置ブ
ロックを取り付けて、一方の端部が底を有する筒状構造
部を形成する筒状構造部形成工程を少なくとも含むこと
を特徴とする。本発明の第３の視点における三次元半導
体装置の製造方法は、熱伝導性の高い材料を主体として
含有し底を有する筒状構造部の内側底面に中央演算処理
装置を電気的、機械的に固着接続し、前記筒状構造部の
内周面及び外周面のうちの１面以上に半導体装置を電気
的、機械的に固着接続する固着接続工程を少なくとも含
むことを特徴とする。
【００１３】本発明の第４の視点における三次元半導体
装置の製造装置は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有し底を有する円筒状構造部の内側底面に中央演算処理
装置を電気的、機械的に固着接続し、前記円筒状構造部
の内周面及び外周面のうちの１面以上に半導体装置を電
気的、機械的に固着接続する固着接続工程を少なくとも
含む三次元半導体装置の製造方法で用いる三次元半導体
装置の製造装置あって、前記円筒状構造部を接触させる
ステージ面を有するステージと、前記円筒状構造部の内
周面又は外周面に半導体装置をフリップチップ接続する
ことができるボンディングヘッドと、前記円筒状構造部
の内周面又は外周面の周方向への半導体装置の押し付け
方向が、前記ステージ面に対して垂直になるように前記
円筒状構造部を円筒の中心軸の回りに回転させる回転手
段とを少なくとも有することを特徴とする。
装置の製造装置は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有し底を有する円筒状構造部の内側底面に中央演算処理
装置を電気的、機械的に固着接続し、前記円筒状構造部
の内周面及び外周面のうちの１面以上に半導体装置を電
気的、機械的に固着接続する固着接続工程を少なくとも
含む三次元半導体装置の製造方法で用いる三次元半導体
装置の製造装置あって、前記円筒状構造部を接触させる
ステージ面を有するステージと、前記円筒状構造部の内
周面又は外周面に半導体装置をフリップチップ接続する
ことができるボンディングヘッドと、前記円筒状構造部
の内周面又は外周面の周方向への半導体装置の押し付け
方向が、前記ステージ面に対して垂直になるように前記
円筒状構造部を円筒の中心軸の回りに回転させる回転手
段とを少なくとも有することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について説明
する。
する。
【００１５】［三次元半導体装置］本発明の三次元半導
体装置における支持体の形状は、複数の半導体装置を筒
状に配列させて装着することができる立体形状であれば
よく、例えば、径方向の断面が円形、楕円形、多角形で
ある筒状にすることができ、また、径方向の断面がＣの
字型、コの字型のように完全には連続していないものに
することができる。また、輪郭が筒状ないし略筒状であ
る支持体でもよい。
体装置における支持体の形状は、複数の半導体装置を筒
状に配列させて装着することができる立体形状であれば
よく、例えば、径方向の断面が円形、楕円形、多角形で
ある筒状にすることができ、また、径方向の断面がＣの
字型、コの字型のように完全には連続していないものに
することができる。また、輪郭が筒状ないし略筒状であ
る支持体でもよい。
【００１６】本発明の三次元半導体装置における支持体
は、熱伝導性の高い材料を主体として含有するものであ
ればよい。熱伝導性の高い材料としては、例えば、アル
ミニウム（０℃における熱伝導率はおよそ２３６Ｗ・ｍ
-1・Ｋ-1）又はこれと同等以上の熱伝導率を有する金属
材料や、ＡｌＮ（２７℃における熱伝導率はおよそ２０
０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）又はこれと同等以上の熱伝導率を有
するセラミック材料がある。前記支持体としては、熱伝
導率αが室温で２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上の材料を主体
として（好ましくは６０重量％以上、より好ましくは８
０重量％以上、さらに好ましくは９０重量％以上）含有
し放熱性の高いものにすることができる。前記支持体の
熱伝導率αは、室温で１８０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上（好ま
しくは２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上、より好ましくは２３
０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上）にすることができる。また、前
記金属材料は、ヒートシンクの材料として用いることが
できる程度に放熱性の高い金属材料にすることができ
る。本発明の三次元半導体装置における複数の半導体装
置は、前記支持体に筒状に配列させて装着することがで
きる。本発明の三次元半導体装置における半導体装置
は、半導体チップの形態で装着されることができる。
は、熱伝導性の高い材料を主体として含有するものであ
ればよい。熱伝導性の高い材料としては、例えば、アル
ミニウム（０℃における熱伝導率はおよそ２３６Ｗ・ｍ
-1・Ｋ-1）又はこれと同等以上の熱伝導率を有する金属
材料や、ＡｌＮ（２７℃における熱伝導率はおよそ２０
０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1）又はこれと同等以上の熱伝導率を有
するセラミック材料がある。前記支持体としては、熱伝
導率αが室温で２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上の材料を主体
として（好ましくは６０重量％以上、より好ましくは８
０重量％以上、さらに好ましくは９０重量％以上）含有
し放熱性の高いものにすることができる。前記支持体の
熱伝導率αは、室温で１８０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上（好ま
しくは２００Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上、より好ましくは２３
０Ｗ・ｍ-1・Ｋ-1以上）にすることができる。また、前
記金属材料は、ヒートシンクの材料として用いることが
できる程度に放熱性の高い金属材料にすることができ
る。本発明の三次元半導体装置における複数の半導体装
置は、前記支持体に筒状に配列させて装着することがで
きる。本発明の三次元半導体装置における半導体装置
は、半導体チップの形態で装着されることができる。
【００１７】本発明の三次元半導体装置における支持体
は、筒状構造部を具備することができる。前記筒状構造
部は、少なくとも一方の端部が底を有することができ
る。前記筒状構造部は、内周底面、内周面及び外周面の
うちの１面以上に複数の半導体装置を装着することがで
きる。また、前記支持体は、少なくとも一方の端部が底
を有する筒状構造部を具備し、前記筒状構造部の内側底
面に中央演算処理装置が装着され、前記筒状構造部の内
周面及び外周面のうちの１面以上に前記中央演算処理装
置に制御される半導体装置が装着され、前記中央演算処
理装置は前記筒状構造部の内側底面に接触していない面
にヒートシンクを備えることができる。
は、筒状構造部を具備することができる。前記筒状構造
部は、少なくとも一方の端部が底を有することができ
る。前記筒状構造部は、内周底面、内周面及び外周面の
うちの１面以上に複数の半導体装置を装着することがで
きる。また、前記支持体は、少なくとも一方の端部が底
を有する筒状構造部を具備し、前記筒状構造部の内側底
面に中央演算処理装置が装着され、前記筒状構造部の内
周面及び外周面のうちの１面以上に前記中央演算処理装
置に制御される半導体装置が装着され、前記中央演算処
理装置は前記筒状構造部の内側底面に接触していない面
にヒートシンクを備えることができる。
【００１８】前記一方の端部が底を有する筒状構造部
は、半導体装置を冷却する液状の冷却用媒体を内側空洞
に貯えることができる程度に液密に構成することがで
き、さらに、前記冷却用媒体を前記内側空洞に供給し又
は前記内側空洞から排出させることができる入出口を有
することができる。前記入出口は、前記筒状構造部の開
口端とは別に、例えば、前記筒状構造部の底面の近傍に
１以上有することができる。前記入出口は、入口と出口
とを別々にすることができる。また、前記支持体は、絶
縁層を介して導電性を有する回路パターンを有すること
ができる。また、前記支持体は、Ｃｕクラッド層とＡｌ
クラッド層を含む積層体を、Ａｌクラッド層が最外層に
なるように、前記積層体を熱伝導性の高い金属層の両側
に備える両面Ｃｕ／Ａｌクラッド材にすることができ
る。
は、半導体装置を冷却する液状の冷却用媒体を内側空洞
に貯えることができる程度に液密に構成することがで
き、さらに、前記冷却用媒体を前記内側空洞に供給し又
は前記内側空洞から排出させることができる入出口を有
することができる。前記入出口は、前記筒状構造部の開
口端とは別に、例えば、前記筒状構造部の底面の近傍に
１以上有することができる。前記入出口は、入口と出口
とを別々にすることができる。また、前記支持体は、絶
縁層を介して導電性を有する回路パターンを有すること
ができる。また、前記支持体は、Ｃｕクラッド層とＡｌ
クラッド層を含む積層体を、Ａｌクラッド層が最外層に
なるように、前記積層体を熱伝導性の高い金属層の両側
に備える両面Ｃｕ／Ａｌクラッド材にすることができ
る。
【００１９】［三次元半導体装置の製造方法］本発明の
三次元半導体装置の製造方法の第１の実施の形態は、熱
伝導性の高い材料を主体として含有する板状体に中央演
算処理装置を電気的及び機械的に固着接続して成るベー
ス板状体の外周部に、熱伝導性の高い材料を主体として
含有する板状体に１以上の半導体装置を電気的及び機械
的に固着接続して成る複数の半導体装置ブロックを取り
付けて、一方の端部が底を有する筒状構造部を形成する
筒状構造部形成工程を少なくとも含むようにすることが
できる。
三次元半導体装置の製造方法の第１の実施の形態は、熱
伝導性の高い材料を主体として含有する板状体に中央演
算処理装置を電気的及び機械的に固着接続して成るベー
ス板状体の外周部に、熱伝導性の高い材料を主体として
含有する板状体に１以上の半導体装置を電気的及び機械
的に固着接続して成る複数の半導体装置ブロックを取り
付けて、一方の端部が底を有する筒状構造部を形成する
筒状構造部形成工程を少なくとも含むようにすることが
できる。
【００２０】また、前記筒状構造部形成工程の前に、熱
伝導性の高い材料を主体として含有する板状体に半導体
装置を電気的及び機械的に固着接続して半導体装置ブロ
ックを得る工程と、熱伝導性の高い材料を主体として含
有する板状体に中央演算処理装置を電気的及び機械的に
固着接続する工程とを有することができる。これら２つ
の工程は、同時に行うことができるが、どちらかの工程
を優先して行うこともできる。また、前記筒状構造部形
成工程の前又は後に、中央演算処理装置にヒートシンク
を固着する工程を有することができる。また、前記筒状
構造部形成工程の後に、前記筒状構造部形成工程で得ら
れた前記筒状構造部の半導体デバイス及び中央演算処理
装置を電気的、機械的に検査する検査工程を有すること
ができる。
伝導性の高い材料を主体として含有する板状体に半導体
装置を電気的及び機械的に固着接続して半導体装置ブロ
ックを得る工程と、熱伝導性の高い材料を主体として含
有する板状体に中央演算処理装置を電気的及び機械的に
固着接続する工程とを有することができる。これら２つ
の工程は、同時に行うことができるが、どちらかの工程
を優先して行うこともできる。また、前記筒状構造部形
成工程の前又は後に、中央演算処理装置にヒートシンク
を固着する工程を有することができる。また、前記筒状
構造部形成工程の後に、前記筒状構造部形成工程で得ら
れた前記筒状構造部の半導体デバイス及び中央演算処理
装置を電気的、機械的に検査する検査工程を有すること
ができる。
【００２１】本発明の三次元半導体装置の製造方法の第
１の実施の形態では、第１金属層を少なくとも片側の最
外層として備える熱伝導性の高い第１積層体、又は、第
１金属層に積層する第２金属層を少なくとも片側の最外
層として備える熱伝導性の高い第２積層体に、導電性を
有する回路パターンが絶縁層を介して積層して成るヒー
トシンク回路基板を、前記熱伝導性の高い材料を主体と
して含有する板状体として用いることができる。そし
て、前記第１金属層の第１金属がＣｕであり、前記第２
金属層の第２金属がＡｌであるようにすることができ
る。
１の実施の形態では、第１金属層を少なくとも片側の最
外層として備える熱伝導性の高い第１積層体、又は、第
１金属層に積層する第２金属層を少なくとも片側の最外
層として備える熱伝導性の高い第２積層体に、導電性を
有する回路パターンが絶縁層を介して積層して成るヒー
トシンク回路基板を、前記熱伝導性の高い材料を主体と
して含有する板状体として用いることができる。そし
て、前記第１金属層の第１金属がＣｕであり、前記第２
金属層の第２金属がＡｌであるようにすることができ
る。
【００２２】本発明の三次元半導体装置の製造方法の第
１の実施の形態は、Ｃｕクラッド層とＡｌクラッド層を
含む積層体を、Ａｌクラッド層が最外層になるように、
前記積層体を両側に備える両面Ｃｕ／Ａｌクラッド材、
又は、Ｃｕクラッド層を両側の最外層として備える両面
Ｃｕクラッド材の最外層の表面に絶縁層を形成する絶縁
層形成工程と、前記絶縁層形成工程で形成された絶縁層
の表面に導電層を形成し、前記導電層から導電性を有す
る回路パターンを形成する回路パターン形成工程とを含
むヒートシンク回路基板の製造工程を含むことができ
る。前記絶縁層形成工程の前に、前記両面Ｃｕ／Ａｌク
ラッド材のＡｌクラッド層の表面にアルミニウム酸化物
層を形成するアルミニウム酸化物層形成工程を有するこ
とができる。
１の実施の形態は、Ｃｕクラッド層とＡｌクラッド層を
含む積層体を、Ａｌクラッド層が最外層になるように、
前記積層体を両側に備える両面Ｃｕ／Ａｌクラッド材、
又は、Ｃｕクラッド層を両側の最外層として備える両面
Ｃｕクラッド材の最外層の表面に絶縁層を形成する絶縁
層形成工程と、前記絶縁層形成工程で形成された絶縁層
の表面に導電層を形成し、前記導電層から導電性を有す
る回路パターンを形成する回路パターン形成工程とを含
むヒートシンク回路基板の製造工程を含むことができ
る。前記絶縁層形成工程の前に、前記両面Ｃｕ／Ａｌク
ラッド材のＡｌクラッド層の表面にアルミニウム酸化物
層を形成するアルミニウム酸化物層形成工程を有するこ
とができる。
【００２３】本発明の三次元半導体装置の製造方法の第
２の実施の形態は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有し底を有する筒状構造部の内側底面に中央演算処理装
置を電気的、機械的に固着接続し、前記筒状構造部の内
周面及び外周面のうちの１面以上に半導体装置を電気
的、機械的に固着接続する固着接続工程を少なくとも含
むようにすることができる。前記中央演算処理装置と前
記半導体装置の固着接続の順序は、前記筒状構造部の形
状に応じて適宜選択することができる。また、前記固着
接続工程の前又は後に、前記筒状構造部に固着接続する
前又は後の中央演算処理装置にヒートシンクを固着する
工程を有することができる。また、前記固着接続工程の
後に、前記筒状構造部に固着接続した後の中央演算処理
装置及び半導体装置を電気的、機械的に検査する検査工
程を有することができる。
２の実施の形態は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有し底を有する筒状構造部の内側底面に中央演算処理装
置を電気的、機械的に固着接続し、前記筒状構造部の内
周面及び外周面のうちの１面以上に半導体装置を電気
的、機械的に固着接続する固着接続工程を少なくとも含
むようにすることができる。前記中央演算処理装置と前
記半導体装置の固着接続の順序は、前記筒状構造部の形
状に応じて適宜選択することができる。また、前記固着
接続工程の前又は後に、前記筒状構造部に固着接続する
前又は後の中央演算処理装置にヒートシンクを固着する
工程を有することができる。また、前記固着接続工程の
後に、前記筒状構造部に固着接続した後の中央演算処理
装置及び半導体装置を電気的、機械的に検査する検査工
程を有することができる。
【００２４】本発明の三次元半導体装置の製造方法の第
３の実施の形態は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有する円筒状構造部の内周面及び外周面のうちの１面以
上に半導体装置を固着する固着工程を少なくとも有し、
前記固着工程は、前記円筒状構造部の円筒の中心軸を中
心として回転する前記筒状構造部の内周面及び外周面の
うちの１面以上に、接着材を付着させて回転する転写ロ
ーラの接着材を転写して接着材層を形成する接着材層形
成工程と、少なくとも外周面が弾性を有し回転するロー
ラで、前記接着材層に半導体装置を固着する工程とを少
なくとも含むようにすることができる。前記転写ローラ
及び前記ローラは、円柱形状であって、円柱の中心軸を
回転の中心として回転するものにすることができる。
３の実施の形態は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有する円筒状構造部の内周面及び外周面のうちの１面以
上に半導体装置を固着する固着工程を少なくとも有し、
前記固着工程は、前記円筒状構造部の円筒の中心軸を中
心として回転する前記筒状構造部の内周面及び外周面の
うちの１面以上に、接着材を付着させて回転する転写ロ
ーラの接着材を転写して接着材層を形成する接着材層形
成工程と、少なくとも外周面が弾性を有し回転するロー
ラで、前記接着材層に半導体装置を固着する工程とを少
なくとも含むようにすることができる。前記転写ローラ
及び前記ローラは、円柱形状であって、円柱の中心軸を
回転の中心として回転するものにすることができる。
【００２５】本発明の三次元半導体装置の製造方法の第
４の実施の形態は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有する円筒状構造部をステージ面に接触ないし押し付け
て前記円筒状構造部の内周面又は外周面の周方向へ複数
の半導体装置をフリップチップ接続する円筒状構造部へ
の固着工程を少なくとも含み、前記固着工程において、
前記円筒状構造部の内周面又は外周面への半導体装置の
押し付け方向が、前記ステージ面に対して垂直になるよ
うに前記円筒状構造部を前記円筒状構造部の円筒の中心
軸の回りに回転させてフリップチップ接続するようにで
きる。
４の実施の形態は、熱伝導性の高い材料を主体として含
有する円筒状構造部をステージ面に接触ないし押し付け
て前記円筒状構造部の内周面又は外周面の周方向へ複数
の半導体装置をフリップチップ接続する円筒状構造部へ
の固着工程を少なくとも含み、前記固着工程において、
前記円筒状構造部の内周面又は外周面への半導体装置の
押し付け方向が、前記ステージ面に対して垂直になるよ
うに前記円筒状構造部を前記円筒状構造部の円筒の中心
軸の回りに回転させてフリップチップ接続するようにで
きる。
【００２６】なお、本発明の三次元半導体装置、及び、
本発明の三次元半導体装置の製造方法によって得られた
三次元半導体装置のうちの１以上を被実装体に実装し
て、三次元半導体装置実装体にすることができる。次
に、図面を参照して、本発明の実施例について説明す
る。
本発明の三次元半導体装置の製造方法によって得られた
三次元半導体装置のうちの１以上を被実装体に実装し
て、三次元半導体装置実装体にすることができる。次
に、図面を参照して、本発明の実施例について説明す
る。
【００２７】
【実施例】［第１の実施例］図１（ａ）〜（ｂ）は、そ
れぞれ、本発明の第１の実施例の三次元半導体装置を示
す平面図（板状のＣＰＵ−１に対して垂直の方向から視
た図）、及び図１（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図であ
る。第１の実施例は、径方向の断面が四角形である筒状
ヒートシンクの内側底面、内周面及び外周面に半導体装
置が装着されている三次元半導体装置である。図１で
は、符号８のヒートシンク−５に、回路パターンを有す
る回路基板１０を取り付けている。尚、ヒートシンクに
直接回路パターンが形成されている場合は、回路基板は
不要である。回路基板１０に符号１のＣＰＵ−１を搭載
して電気的・機械的に接続する。なお、「ＣＰＵ」は、
「中央演算処理装置」を示す。
れぞれ、本発明の第１の実施例の三次元半導体装置を示
す平面図（板状のＣＰＵ−１に対して垂直の方向から視
た図）、及び図１（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図であ
る。第１の実施例は、径方向の断面が四角形である筒状
ヒートシンクの内側底面、内周面及び外周面に半導体装
置が装着されている三次元半導体装置である。図１で
は、符号８のヒートシンク−５に、回路パターンを有す
る回路基板１０を取り付けている。尚、ヒートシンクに
直接回路パターンが形成されている場合は、回路基板は
不要である。回路基板１０に符号１のＣＰＵ−１を搭載
して電気的・機械的に接続する。なお、「ＣＰＵ」は、
「中央演算処理装置」を示す。
【００２８】次に、符号４のヒートシンク−１、符号５
のヒートシンク−２、符号６のヒートシンク−３、符号
７のヒートシンク−４の各々のヒートシンクの両面に縦
方向に２段づつ符号２の半導体チップ−１及び符号３の
半導体チップ−２を搭載し、電気的・機械的に接続す
る。従って、符号４〜７のヒートシンク−１〜４には、
各々両面で４個の半導体チップを搭載し合計１６個の半
導体チップが搭載されている。
のヒートシンク−２、符号６のヒートシンク−３、符号
７のヒートシンク−４の各々のヒートシンクの両面に縦
方向に２段づつ符号２の半導体チップ−１及び符号３の
半導体チップ−２を搭載し、電気的・機械的に接続す
る。従って、符号４〜７のヒートシンク−１〜４には、
各々両面で４個の半導体チップを搭載し合計１６個の半
導体チップが搭載されている。
【００２９】ヒートシンク−１〜４には、直接回路パタ
ーンが形成されているので（回路パターンは図示せ
ず）、回路基板は不要である。半導体チップ−１及び半
導体チップ−２を搭載したヒートシンク付き半導体ブロ
ック４つを、それぞれのヒートシンクがヒートシンク−
５に対して直角に交叉するように、ＣＰＵ−１の四方向
からヒートシンク−５の４つの端面に取り付ける。
ーンが形成されているので（回路パターンは図示せ
ず）、回路基板は不要である。半導体チップ−１及び半
導体チップ−２を搭載したヒートシンク付き半導体ブロ
ック４つを、それぞれのヒートシンクがヒートシンク−
５に対して直角に交叉するように、ＣＰＵ−１の四方向
からヒートシンク−５の４つの端面に取り付ける。
【００３０】ヒートシンク付き半導体ブロックのヒート
シンク−５への取り付け方法は、相互のヒートシンクに
羽目合いの溝を形成してはめ込む方法、低融点ハンダに
よる接続方法、高熱伝導樹脂による接続法等によって接
続を行い、最後にＣＰＵ−１の符号９の上部用ヒートシ
ンク−６を低融点ハンダによる接続方法、高熱伝導樹脂
による接続法等によって接続を行う。このようにして、
ＣＰＵ−１の半導体チップを核とした超小型、高放熱高
密度実装が実現できる三次元半導体装置を得ることがで
きる。本構造を採用することによって、ＣＰＵ−１と半
導体チップ−１及び半導体チップ−２との距離がほぼ等
しくなるため、電気的にバランスの取れた安定した回路
となるばかりでなく高速動作対応にも適応できる構造と
なっている。
シンク−５への取り付け方法は、相互のヒートシンクに
羽目合いの溝を形成してはめ込む方法、低融点ハンダに
よる接続方法、高熱伝導樹脂による接続法等によって接
続を行い、最後にＣＰＵ−１の符号９の上部用ヒートシ
ンク−６を低融点ハンダによる接続方法、高熱伝導樹脂
による接続法等によって接続を行う。このようにして、
ＣＰＵ−１の半導体チップを核とした超小型、高放熱高
密度実装が実現できる三次元半導体装置を得ることがで
きる。本構造を採用することによって、ＣＰＵ−１と半
導体チップ−１及び半導体チップ−２との距離がほぼ等
しくなるため、電気的にバランスの取れた安定した回路
となるばかりでなく高速動作対応にも適応できる構造と
なっている。
【００３１】［第２の実施例］図２は、本発明の第２の
実施例の三次元半導体装置を示す、図１（ａ）のＡ−
Ａ’線矢視方向の他の断面を示す図であり、第１の実施
例の変形構造を示している。第２の実施例の三次元半導
体装置は、図２に示すように、第１の実施例で示した構
造に冷却剤注入口１１及び冷却剤出口１２を設けた構造
となっており、自然空冷だけでなく強制空冷、強制液冷
等の冷却効果の高い冷却方法を採用できる構造となって
いる。
実施例の三次元半導体装置を示す、図１（ａ）のＡ−
Ａ’線矢視方向の他の断面を示す図であり、第１の実施
例の変形構造を示している。第２の実施例の三次元半導
体装置は、図２に示すように、第１の実施例で示した構
造に冷却剤注入口１１及び冷却剤出口１２を設けた構造
となっており、自然空冷だけでなく強制空冷、強制液冷
等の冷却効果の高い冷却方法を採用できる構造となって
いる。
【００３２】［第３の実施例］図３（ａ）は、本発明の
第３の実施例の三次元半導体装置を示す、円筒形構造で
ある符号１３のヒートシンク−７の円筒の中心軸方向か
ら視た、上部用ヒートシンクであるＡ部１５を除いた部
分平面図である。図３（ｂ）は、本発明の第３の実施例
の三次元半導体装置を示す、ヒートシンク−７の外周面
側から視た側面図である。第３の実施例は、円筒状ヒー
トシンクの内側底面及び外周面に半導体装置が装着され
ている三次元半導体装置である。
第３の実施例の三次元半導体装置を示す、円筒形構造で
ある符号１３のヒートシンク−７の円筒の中心軸方向か
ら視た、上部用ヒートシンクであるＡ部１５を除いた部
分平面図である。図３（ｂ）は、本発明の第３の実施例
の三次元半導体装置を示す、ヒートシンク−７の外周面
側から視た側面図である。第３の実施例は、円筒状ヒー
トシンクの内側底面及び外周面に半導体装置が装着され
ている三次元半導体装置である。
【００３３】ヒートシンク−７の内側底面の中央部に符
号１６のＣＰＵ−２を搭載し電気的・機械的に接続す
る。ヒートシンク−７に直接回路パターンが形成されて
いない場合は、ヒートシンク−７に回路基板を貼付し、
その後、この回路基板にＣＰＵ−２を搭載する。尚、ヒ
ートシンク−７に直接回路パターンが形成されている場
合は、回路基板は不要である。
号１６のＣＰＵ−２を搭載し電気的・機械的に接続す
る。ヒートシンク−７に直接回路パターンが形成されて
いない場合は、ヒートシンク−７に回路基板を貼付し、
その後、この回路基板にＣＰＵ−２を搭載する。尚、ヒ
ートシンク−７に直接回路パターンが形成されている場
合は、回路基板は不要である。
【００３４】次に、ヒートシンク−７の外周面に沿って
符号１４の半導体チップ−３を搭載し、電気的・機械的
に接続する。半導体チップ−３は、前記外周面に縦方向
（重力方向）に２段づつ搭載する。従って、ヒートシン
ク−７の外周面には、８個の半導体チップが搭載されて
いる。ヒートシンク−７には、直接回路パターンが形成
されているので（回路パターンは図示せず）回路基板は
不要である。
符号１４の半導体チップ−３を搭載し、電気的・機械的
に接続する。半導体チップ−３は、前記外周面に縦方向
（重力方向）に２段づつ搭載する。従って、ヒートシン
ク−７の外周面には、８個の半導体チップが搭載されて
いる。ヒートシンク−７には、直接回路パターンが形成
されているので（回路パターンは図示せず）回路基板は
不要である。
【００３５】最後に、符号１６のＣＰＵ−２の上部用ヒ
ートシンクであるＡ部１５を、低融点ハンダによる接続
方法、あるいは高熱伝導樹脂による接続法等によって、
ＣＰＵ−２の表面に接続する。前記上部用ヒートシンク
−Ａ部１５は、柱状部（図示せず）を有し、前記柱状部
の端面がＣＰＵ−２の表面に接続する。このようにし
て、ＣＰＵ−２の半導体チップを核とした超小型、高放
熱高密度実装が実現できる三次元半導体装置を得ること
ができる。本構造を採用することによって、ＣＰＵ−２
と各半導体チップ−３との距離が完全に等しくなるた
め、電気的にバランスの取れた安定した回路となるばか
りでなく高速動作対応にも適応できる構造となってい
る。
ートシンクであるＡ部１５を、低融点ハンダによる接続
方法、あるいは高熱伝導樹脂による接続法等によって、
ＣＰＵ−２の表面に接続する。前記上部用ヒートシンク
−Ａ部１５は、柱状部（図示せず）を有し、前記柱状部
の端面がＣＰＵ−２の表面に接続する。このようにし
て、ＣＰＵ−２の半導体チップを核とした超小型、高放
熱高密度実装が実現できる三次元半導体装置を得ること
ができる。本構造を採用することによって、ＣＰＵ−２
と各半導体チップ−３との距離が完全に等しくなるた
め、電気的にバランスの取れた安定した回路となるばか
りでなく高速動作対応にも適応できる構造となってい
る。
【００３６】［第４の実施例］図４（ａ）は、本発明の
第４の実施例の三次元半導体装置を示す、円筒形構造で
ある符号１３のヒートシンク−７の円筒の中心軸方向か
ら視た、上部用ヒートシンクであるＡ部１５を除いた部
分平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’
線矢視方向の断面図（Ａ部１５の断面を含む）である。
第４の実施例は、円筒状ヒートシンクの内側底面、外周
面及び内周面に半導体装置が装着されている三次元半導
体装置である。図４（ａ）〜（ｂ）の本発明の第４の実
施例は、第３の実施例よりも更に高密度実装化に対応し
た構造のものである。
第４の実施例の三次元半導体装置を示す、円筒形構造で
ある符号１３のヒートシンク−７の円筒の中心軸方向か
ら視た、上部用ヒートシンクであるＡ部１５を除いた部
分平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’
線矢視方向の断面図（Ａ部１５の断面を含む）である。
第４の実施例は、円筒状ヒートシンクの内側底面、外周
面及び内周面に半導体装置が装着されている三次元半導
体装置である。図４（ａ）〜（ｂ）の本発明の第４の実
施例は、第３の実施例よりも更に高密度実装化に対応し
た構造のものである。
【００３７】前記ヒートシンクの内側底面の中央部に符
号１６のＣＰＵ−２を搭載し電気的・機械的に接続す
る。前記ヒートシンクに直接回路パターンが形成されて
いない場合は、回路基板を貼付し、その後、ＣＰＵ−２
を搭載する。尚、前記ヒートシンクに直接回路パターン
が形成されている場合は、回路基板は不要である。
号１６のＣＰＵ−２を搭載し電気的・機械的に接続す
る。前記ヒートシンクに直接回路パターンが形成されて
いない場合は、回路基板を貼付し、その後、ＣＰＵ−２
を搭載する。尚、前記ヒートシンクに直接回路パターン
が形成されている場合は、回路基板は不要である。
【００３８】次に、前記ヒートシンクの外周面に沿って
かつ縦方向（重力方向）に２段づつ符号１４の半導体チ
ップ−３を搭載し、前記ヒートシンクの内周面に沿って
かつ縦方向（重力方向）に２段づつ符号１７の半導体チ
ップ−４を搭載し、電気的・機械的に接続する。従っ
て、前記ヒートシンクには、内周面と外周面で１６個の
半導体チップが搭載されている。前記ヒートシンクに
は、直接回路パターンが形成されているので（回路パタ
ーンは図示せず）回路基板は不要である。
かつ縦方向（重力方向）に２段づつ符号１４の半導体チ
ップ−３を搭載し、前記ヒートシンクの内周面に沿って
かつ縦方向（重力方向）に２段づつ符号１７の半導体チ
ップ−４を搭載し、電気的・機械的に接続する。従っ
て、前記ヒートシンクには、内周面と外周面で１６個の
半導体チップが搭載されている。前記ヒートシンクに
は、直接回路パターンが形成されているので（回路パタ
ーンは図示せず）回路基板は不要である。
【００３９】最後に、ＣＰＵ−２の上部用ヒートシンク
−Ａ部１５を低融点ハンダによる接続方法、あるいは高
熱伝導樹脂による接続法等によってＣＰＵ−２の表面に
接続する。前記上部用ヒートシンク−Ａ部１５は、柱状
部１５ａを有し、柱状部１５ａの端面がＣＰＵ−２の表
面に接続する。このようにして、ＣＰＵ−２の半導体チ
ップを核とした超小型、高放熱高密度実装が実現できる
三次元半導体装置を得ることができる。本構造を採用す
ることによって、ＣＰＵ−２と、各半導体チップ−３及
び各半導体チップ−４との距離が完全に等しくなるた
め、電気的にバランスの取れた安定した回路となるばか
りでなく高速動作対応にも適応できる構造となってい
る。
−Ａ部１５を低融点ハンダによる接続方法、あるいは高
熱伝導樹脂による接続法等によってＣＰＵ−２の表面に
接続する。前記上部用ヒートシンク−Ａ部１５は、柱状
部１５ａを有し、柱状部１５ａの端面がＣＰＵ−２の表
面に接続する。このようにして、ＣＰＵ−２の半導体チ
ップを核とした超小型、高放熱高密度実装が実現できる
三次元半導体装置を得ることができる。本構造を採用す
ることによって、ＣＰＵ−２と、各半導体チップ−３及
び各半導体チップ−４との距離が完全に等しくなるた
め、電気的にバランスの取れた安定した回路となるばか
りでなく高速動作対応にも適応できる構造となってい
る。
【００４０】尚、半導体チップは、薄く加工することに
よって自然に反りが出てくる。例えば、材料がシリコン
の場合、半導体デバイスの全長が１５ｍｍ前後で厚さが
５０μｍであった時には反りが０．８ｍｍ位あり、同様
に半導体デバイスの全長が１５ｍｍ前後で厚さが２０μ
ｍであった時には反りが２．０ｍｍぐらい発生する。こ
のような自然反り発生領域内では、半導体チップの電気
的な特性は変化がない。このような特性を利用して本構
造を実現した。本構造を実現したことにより平面実装に
限定されない、曲面にも実装できる実装領域を拡大した
構造を実現した。円筒形状のパッケージにおいても高速
動作に対応できる高放熱高密度実装が実現できた。
よって自然に反りが出てくる。例えば、材料がシリコン
の場合、半導体デバイスの全長が１５ｍｍ前後で厚さが
５０μｍであった時には反りが０．８ｍｍ位あり、同様
に半導体デバイスの全長が１５ｍｍ前後で厚さが２０μ
ｍであった時には反りが２．０ｍｍぐらい発生する。こ
のような自然反り発生領域内では、半導体チップの電気
的な特性は変化がない。このような特性を利用して本構
造を実現した。本構造を実現したことにより平面実装に
限定されない、曲面にも実装できる実装領域を拡大した
構造を実現した。円筒形状のパッケージにおいても高速
動作に対応できる高放熱高密度実装が実現できた。
【００４１】［第５の実施例］図５（ａ）〜（ｅ）は、
本発明の第５の実施例の三次元半導体装置の製造方法で
ある、三次元半導体装置の製造プロセス−１を示す図で
ある。より詳細には、図５（ａ）は、両面に半導体チッ
プを固着したヒートシンク板をヒートシンク板の厚さ方
向から視た平面図である。図５（ｂ）〜（ｅ）は、それ
ぞれ、三次元半導体装置の製造プロセス−１を、ＣＰＵ
を固着したヒートシンク板の厚さ方向から視た平面図で
ある。
本発明の第５の実施例の三次元半導体装置の製造方法で
ある、三次元半導体装置の製造プロセス−１を示す図で
ある。より詳細には、図５（ａ）は、両面に半導体チッ
プを固着したヒートシンク板をヒートシンク板の厚さ方
向から視た平面図である。図５（ｂ）〜（ｅ）は、それ
ぞれ、三次元半導体装置の製造プロセス−１を、ＣＰＵ
を固着したヒートシンク板の厚さ方向から視た平面図で
ある。
【００４２】図５（ａ）では、符号４のヒートシンク−
１、符号５のヒートシンク−２、符号６のヒートシンク
−３、及び符号７のヒートシンク−４のそれぞれの両面
に符号２の半導体チップ−１及び符号３の半導体チップ
−２をヒートシンクの面と平行な方向に２段に搭載し、
電気的・機械的に接続した半導体チップブロック１８を
構成する。
１、符号５のヒートシンク−２、符号６のヒートシンク
−３、及び符号７のヒートシンク−４のそれぞれの両面
に符号２の半導体チップ−１及び符号３の半導体チップ
−２をヒートシンクの面と平行な方向に２段に搭載し、
電気的・機械的に接続した半導体チップブロック１８を
構成する。
【００４３】次に、図５（ｂ）に示すように、符号８の
正方形の板状のヒートシンク−５の中央部に符号１のＣ
ＰＵ−１を搭載し、電気的・機械的に接続する。図５
（ｃ）に示すように、符号１のＣＰＵ−１の上部に符号
９のヒートシンク−６を低融点ハンダによる接続方法、
あるいは高熱伝導樹脂による接続法等によって接続を行
う。尚、ヒートシンク−６は最後に取り付けても良い。
図５（ｄ）に示すように、４つの半導体チップブロック
１８をＣＰＵ−１に対して四方向からヒートシンク−５
の端面に取り付ける。取り付け方法は、相互のヒートシ
ンクに羽目合いの溝を形成してはめ込む方法、低融点ハ
ンダによる接続方法、高熱伝導樹脂による接続法等によ
って接続を行い、図５（ｅ）に示すように、径方向の断
面が四角形である筒状構造部を有する三次元半導体装置
を完成する。
正方形の板状のヒートシンク−５の中央部に符号１のＣ
ＰＵ−１を搭載し、電気的・機械的に接続する。図５
（ｃ）に示すように、符号１のＣＰＵ−１の上部に符号
９のヒートシンク−６を低融点ハンダによる接続方法、
あるいは高熱伝導樹脂による接続法等によって接続を行
う。尚、ヒートシンク−６は最後に取り付けても良い。
図５（ｄ）に示すように、４つの半導体チップブロック
１８をＣＰＵ−１に対して四方向からヒートシンク−５
の端面に取り付ける。取り付け方法は、相互のヒートシ
ンクに羽目合いの溝を形成してはめ込む方法、低融点ハ
ンダによる接続方法、高熱伝導樹脂による接続法等によ
って接続を行い、図５（ｅ）に示すように、径方向の断
面が四角形である筒状構造部を有する三次元半導体装置
を完成する。
【００４４】［第６の実施例］図６（ａ）〜（ｅ）は、
本発明の第６の実施例の三次元半導体装置の製造方法で
ある、三次元半導体装置の製造プロセス−２を示す図で
ある。より詳細には、図６（ａ）〜（ｃ）は、三次元半
導体装置の製造プロセス−２を、符号１３の円筒形構造
であるヒートシンク−７の円筒の中心軸方向から視た平
面図である。図６（ｄ）は、図６（ｃ）のＢ−Ｂ’線矢
視断面図である。図６（ｅ）は、三次元半導体装置の製
造プロセス−２で製造された三次元半導体装置を、符号
１３のヒートシンク−７の円筒の中心軸に対して直角方
向から視た側面図である。
本発明の第６の実施例の三次元半導体装置の製造方法で
ある、三次元半導体装置の製造プロセス−２を示す図で
ある。より詳細には、図６（ａ）〜（ｃ）は、三次元半
導体装置の製造プロセス−２を、符号１３の円筒形構造
であるヒートシンク−７の円筒の中心軸方向から視た平
面図である。図６（ｄ）は、図６（ｃ）のＢ−Ｂ’線矢
視断面図である。図６（ｅ）は、三次元半導体装置の製
造プロセス−２で製造された三次元半導体装置を、符号
１３のヒートシンク−７の円筒の中心軸に対して直角方
向から視た側面図である。
【００４５】図６（ａ）に示すように、符号１３のヒー
トシンク−７の外周面に沿って符号１４の半導体チップ
−３を前記円筒の中心軸方向に２段づつ接着材１９で固
着し電気的・機械的に接続する。
トシンク−７の外周面に沿って符号１４の半導体チップ
−３を前記円筒の中心軸方向に２段づつ接着材１９で固
着し電気的・機械的に接続する。
【００４６】次に、図６（ｂ）に示すように、前記円筒
形構造部の内周面に沿って符号１７の半導体チップ−４
を前記円筒の中心軸方向に２段づつ接着材１９で固着し
電気的・機械的に接続する。なお、ヒートシンク−７に
は、直接回路パターンが形成されているので（回路パタ
ーンは図示せず）、回路基板は不要である。図６（ｃ）
に示すように、ヒートシンク−７の内側底面の中央部に
符号１６のＣＰＵ−２を搭載し電気的・機械的に接続す
る。
形構造部の内周面に沿って符号１７の半導体チップ−４
を前記円筒の中心軸方向に２段づつ接着材１９で固着し
電気的・機械的に接続する。なお、ヒートシンク−７に
は、直接回路パターンが形成されているので（回路パタ
ーンは図示せず）、回路基板は不要である。図６（ｃ）
に示すように、ヒートシンク−７の内側底面の中央部に
符号１６のＣＰＵ−２を搭載し電気的・機械的に接続す
る。
【００４７】最後に、図６（ｄ）に示すように、符号１
６のＣＰＵ−２の上部用ヒートシンク−Ａ部１５を低融
点ハンダによる接続方法、高熱伝導樹脂による接続法等
によってＣＰＵ−２の表面への接続を行う。前記上部用
ヒートシンク−Ａ部１５は、柱状部１５ａを有し、柱状
部１５ａの端面をＣＰＵ−２の表面に接続させる。この
ようにして、ＣＰＵ−２の半導体チップを核とした超小
型、高放熱高密度実装が可能となる、図６（ｅ）に示す
三次元半導体装置を得ることができる。
６のＣＰＵ−２の上部用ヒートシンク−Ａ部１５を低融
点ハンダによる接続方法、高熱伝導樹脂による接続法等
によってＣＰＵ−２の表面への接続を行う。前記上部用
ヒートシンク−Ａ部１５は、柱状部１５ａを有し、柱状
部１５ａの端面をＣＰＵ−２の表面に接続させる。この
ようにして、ＣＰＵ−２の半導体チップを核とした超小
型、高放熱高密度実装が可能となる、図６（ｅ）に示す
三次元半導体装置を得ることができる。
【００４８】［第７の実施例］図７（ａ）〜（ｄ）は、
本発明の第７の実施例の三次元半導体装置の製造方法で
ある、半導体チップの曲面実装プロセスを、円筒形状の
ヒートシンク７０の円筒の中心軸方向から視た図であ
る。なお、図７における「貼付ｏｒ接続」は、「貼付或
いは接続」のことである。
本発明の第７の実施例の三次元半導体装置の製造方法で
ある、半導体チップの曲面実装プロセスを、円筒形状の
ヒートシンク７０の円筒の中心軸方向から視た図であ
る。なお、図７における「貼付ｏｒ接続」は、「貼付或
いは接続」のことである。
【００４９】円筒形状のヒートシンク７０の外周面に、
半導体チップを固着するための接着材１９を形成する方
法は、次のとおりである。まず、前記ヒートシンクの円
筒の中心軸を回転の中心として前記ヒートシンクを回転
させる。次に、前記ヒートシンクの外周面に接着材を転
写する外曲面接着材転写ローラー２０に接着材１９を転
写させておき、この外曲面接着材転写ローラー２０をヒ
ートシンクの回転方向と逆の方向に回転させると共に、
前記ヒートシンクの外周面に接触させて、図７（ａ）に
示すように、前記ヒートシンクの所定の箇所に接着材１
９を転写させる。なお、矢２６は、前記ヒートシンクの
回転方向を示す。また、外曲面接着材転写ローラー２０
とヒートシンクの回転方向を同方向にしても良いが、こ
の場合は回転差を持たせる必要がある。方法はどちらで
も良い。
半導体チップを固着するための接着材１９を形成する方
法は、次のとおりである。まず、前記ヒートシンクの円
筒の中心軸を回転の中心として前記ヒートシンクを回転
させる。次に、前記ヒートシンクの外周面に接着材を転
写する外曲面接着材転写ローラー２０に接着材１９を転
写させておき、この外曲面接着材転写ローラー２０をヒ
ートシンクの回転方向と逆の方向に回転させると共に、
前記ヒートシンクの外周面に接触させて、図７（ａ）に
示すように、前記ヒートシンクの所定の箇所に接着材１
９を転写させる。なお、矢２６は、前記ヒートシンクの
回転方向を示す。また、外曲面接着材転写ローラー２０
とヒートシンクの回転方向を同方向にしても良いが、こ
の場合は回転差を持たせる必要がある。方法はどちらで
も良い。
【００５０】次に、図７（ｂ）に示すように、貼付或い
は接続ローラ２２によって半導体チップを、ヒートシン
クの外周面に、接着材１９を介して、貼り付ける或いは
接続する。貼付或いは接続ローラ２２は、外周部が弾性
体構造２１を備えて成る。なお、半導体チップを貼り付
けている貼付テープを備えたウェハー貼付リングからの
半導体チップの転写については、例えば、前記貼付テー
プに貼り付けられている半導体チップを、厚み１５〜５
０μｍと薄く加工した半導体チップとし、これを貼付或
いは接続ローラ２２に転写させて、更に前記ヒートシン
クの外周面に付着させている接着材１９の接着材層に転
写することによって容易に実現できる。
は接続ローラ２２によって半導体チップを、ヒートシン
クの外周面に、接着材１９を介して、貼り付ける或いは
接続する。貼付或いは接続ローラ２２は、外周部が弾性
体構造２１を備えて成る。なお、半導体チップを貼り付
けている貼付テープを備えたウェハー貼付リングからの
半導体チップの転写については、例えば、前記貼付テー
プに貼り付けられている半導体チップを、厚み１５〜５
０μｍと薄く加工した半導体チップとし、これを貼付或
いは接続ローラ２２に転写させて、更に前記ヒートシン
クの外周面に付着させている接着材１９の接着材層に転
写することによって容易に実現できる。
【００５１】次に、図７（ｃ）に示すように、前記ヒー
トシンクの内周面に、外周面と同様に、前記ヒートシン
クの内周面に接着材を転写する内曲面接着材転写ローラ
２３を用いて前記内周面に接着材１９’を転写させる。
図７（ｄ）に示すように、内曲面半導体チップ貼付或い
は接続ローラ２４を用いて、前記ヒートシンクの内周面
に、接着材を介して、外周面と同様に半導体チップを貼
り付け或いは接続する。なお、前記ローラ２４は、外周
部が弾性体構造を備えて成る。
トシンクの内周面に、外周面と同様に、前記ヒートシン
クの内周面に接着材を転写する内曲面接着材転写ローラ
２３を用いて前記内周面に接着材１９’を転写させる。
図７（ｄ）に示すように、内曲面半導体チップ貼付或い
は接続ローラ２４を用いて、前記ヒートシンクの内周面
に、接着材を介して、外周面と同様に半導体チップを貼
り付け或いは接続する。なお、前記ローラ２４は、外周
部が弾性体構造を備えて成る。
【００５２】［第８の実施例］図８は、本発明の第８の
実施例の三次元半導体装置の製造方法である、円筒形の
ヒートシンクの内外周曲面に半導体チップを連続して実
装する場合の曲面のフリップチップ接続方法を示す、前
記ヒートシンクの円筒の中心軸方向から視た概略図であ
る。半導体チップを接続したヒートシンクが、矢２６が
指すいずれかの方向に回転し、次の半導体チップをボン
ディングツール２９が接続する瞬間状態では、ヒートシ
ンク８０とステージ２８が停止状態を保持しており、こ
の状態では、半導体チップの接続電極或いは回路基板、
ヒートシンクに直接形成された回路基板の接続箇所及び
ボンディングツール２９のそれぞれにおけるボンディン
グ方向がステージ２８に対して、常に角度θ＝９０度
（符号２７）を保持するようにしている。これは外周曲
面に対しても同様であり、前記ヒートシンクを円筒の中
心軸の回りに回転させる回転手段（図示せず）は、半導
体チップを接続しようとする前記ヒートシンクの目的の
位置において、常に角度θ＝９０度（符号２５）を保持
するような機能を有している。このような機能を保持す
ることにより、曲面においても安定した接続が可能とな
る。
実施例の三次元半導体装置の製造方法である、円筒形の
ヒートシンクの内外周曲面に半導体チップを連続して実
装する場合の曲面のフリップチップ接続方法を示す、前
記ヒートシンクの円筒の中心軸方向から視た概略図であ
る。半導体チップを接続したヒートシンクが、矢２６が
指すいずれかの方向に回転し、次の半導体チップをボン
ディングツール２９が接続する瞬間状態では、ヒートシ
ンク８０とステージ２８が停止状態を保持しており、こ
の状態では、半導体チップの接続電極或いは回路基板、
ヒートシンクに直接形成された回路基板の接続箇所及び
ボンディングツール２９のそれぞれにおけるボンディン
グ方向がステージ２８に対して、常に角度θ＝９０度
（符号２７）を保持するようにしている。これは外周曲
面に対しても同様であり、前記ヒートシンクを円筒の中
心軸の回りに回転させる回転手段（図示せず）は、半導
体チップを接続しようとする前記ヒートシンクの目的の
位置において、常に角度θ＝９０度（符号２５）を保持
するような機能を有している。このような機能を保持す
ることにより、曲面においても安定した接続が可能とな
る。
【００５３】［第９の実施例］図９（ａ）〜（ｃ）は、
本発明の第９の実施例のヒートシンク回路基板の製造方
法を示す、板状のヒートシンクに回路基板を直接形成す
るプロセスにおける、ヒートシンク又はヒートシンク回
路基板の厚さ方向の断面図である。ヒートシンク回路基
板としては、図９（ａ）に示すように、アルミ材３１を
ベースとして両面にＣｕクラッド３０（或いは更にその
両面にアルミクラッド３２）を全面或いは選択的に形成
したクラッド材を用いている。アルミクラッド３２は無
くても良い。アルミクラッド３２の表面を酸化させ、図
９（ｂ）に示すように、アルミ酸化物３３の絶縁層を形
成する。
本発明の第９の実施例のヒートシンク回路基板の製造方
法を示す、板状のヒートシンクに回路基板を直接形成す
るプロセスにおける、ヒートシンク又はヒートシンク回
路基板の厚さ方向の断面図である。ヒートシンク回路基
板としては、図９（ａ）に示すように、アルミ材３１を
ベースとして両面にＣｕクラッド３０（或いは更にその
両面にアルミクラッド３２）を全面或いは選択的に形成
したクラッド材を用いている。アルミクラッド３２は無
くても良い。アルミクラッド３２の表面を酸化させ、図
９（ｂ）に示すように、アルミ酸化物３３の絶縁層を形
成する。
【００５４】更に、図９（ｃ）に示すように、アルミ酸
化物３３の絶縁層の上に樹脂系絶縁層３４を形成し、樹
脂系絶縁層３４の上部にＣｕ箔を貼付後、エッチング法
或いはレーザー加工法等によってパターン形成を行いＣ
ｕ箔回路パターン３５を形成する。その後、半導体チッ
プの接続方法によって各種メタル層を電解或いは無電解
メッキ法等によって形成する。
化物３３の絶縁層の上に樹脂系絶縁層３４を形成し、樹
脂系絶縁層３４の上部にＣｕ箔を貼付後、エッチング法
或いはレーザー加工法等によってパターン形成を行いＣ
ｕ箔回路パターン３５を形成する。その後、半導体チッ
プの接続方法によって各種メタル層を電解或いは無電解
メッキ法等によって形成する。
【００５５】このようなプロセスにより、容易に回路パ
ターンをヒートシンクに直接形成することができるた
め、軽薄短小化、高放熱高密度実装化、高速動作化に対
応した三次元半導体装置を実現できる。更に、半導体チ
ップ搭載用開口部３６を容易に設けられる構造であるた
め、この部分に半導体デバイスを直接低温ハンダ等のメ
タルで搭載することができる。その結果、熱抵抗の低い
高消費電力型の三次元半導体装置を容易に実現すること
が可能となる。
ターンをヒートシンクに直接形成することができるた
め、軽薄短小化、高放熱高密度実装化、高速動作化に対
応した三次元半導体装置を実現できる。更に、半導体チ
ップ搭載用開口部３６を容易に設けられる構造であるた
め、この部分に半導体デバイスを直接低温ハンダ等のメ
タルで搭載することができる。その結果、熱抵抗の低い
高消費電力型の三次元半導体装置を容易に実現すること
が可能となる。
【００５６】本発明の実施例の三次元半導体装置の効果
は、次のとおりである。金属のヒートシンクに直接或い
は間接的に回路パターンを形成し、この回路パターンに
半導体デバイスを搭載して電気的・機械的な接続を行っ
た構造としたため、高放熱効果が期待できると同時に小
型化を実現できる。また、ＣＰＵを筒形状のヒートシン
クの内側底面の中央部に配置して、その外周部のほぼ等
位置に前記ＣＰＵに制御されるその他のヒートシンク付
き半導体デバイスを配置した構造としたため、配線長が
ほぼ最短になると同時に各半導体デバイスと等距離にな
るため均一なバランスの取れた高速対応が可能となる。
は、次のとおりである。金属のヒートシンクに直接或い
は間接的に回路パターンを形成し、この回路パターンに
半導体デバイスを搭載して電気的・機械的な接続を行っ
た構造としたため、高放熱効果が期待できると同時に小
型化を実現できる。また、ＣＰＵを筒形状のヒートシン
クの内側底面の中央部に配置して、その外周部のほぼ等
位置に前記ＣＰＵに制御されるその他のヒートシンク付
き半導体デバイスを配置した構造としたため、配線長が
ほぼ最短になると同時に各半導体デバイスと等距離にな
るため均一なバランスの取れた高速対応が可能となる。
【００５７】更に、半導体デバイスを曲面に沿って搭載
した構造とした場合は、特に外形が制限される円筒への
内外面への搭載、円柱外周面への搭載等、特殊構造物に
対しても実装が可能となり、実装搭載範囲及び適用範囲
が拡大できた。また、本構造を応用展開し、ＣＰＵを円
筒形状のヒートシンクの内側底面の中央部に配置して、
その外周部の円筒内外周面への半導体デバイスの搭載を
行うことによって、前記ＣＰＵに制御されるその他のヒ
ートシンク付き半導体デバイスを完全にＣＰＵから等位
置に配置した構造が可能となり、配線長を最短にするこ
とができる。その結果、更に均一なバランスの取れた高
速対応が可能となる。
した構造とした場合は、特に外形が制限される円筒への
内外面への搭載、円柱外周面への搭載等、特殊構造物に
対しても実装が可能となり、実装搭載範囲及び適用範囲
が拡大できた。また、本構造を応用展開し、ＣＰＵを円
筒形状のヒートシンクの内側底面の中央部に配置して、
その外周部の円筒内外周面への半導体デバイスの搭載を
行うことによって、前記ＣＰＵに制御されるその他のヒ
ートシンク付き半導体デバイスを完全にＣＰＵから等位
置に配置した構造が可能となり、配線長を最短にするこ
とができる。その結果、更に均一なバランスの取れた高
速対応が可能となる。
【００５８】ヒートシンクを含めた外形も半導体デバイ
スの外形寸法に近くできるため、高放熱高密度実装が実
現できる。更に半導体デバイスが搭載されたパッケージ
を直接マザーボード或いは筐体に取り付けられる構造と
なっているため、マザーボード或いは筐体に直接放熱さ
せることもできるので放熱効果をより向上させることが
できる。半導体デバイスをヒートシンクの片面或いは両
面に立体的に搭載した構造となっているので、三次元半
導体装置の小型化、高放熱高密度実装が実現できる。ヒ
ートシンクに直接回路パターンを形成した構造としたた
め、ヒートシンクが回路基板となって特別な回路基板は
不要となり、低コスト化、低熱抵抗化、軽薄短小化が実
現できる。
スの外形寸法に近くできるため、高放熱高密度実装が実
現できる。更に半導体デバイスが搭載されたパッケージ
を直接マザーボード或いは筐体に取り付けられる構造と
なっているため、マザーボード或いは筐体に直接放熱さ
せることもできるので放熱効果をより向上させることが
できる。半導体デバイスをヒートシンクの片面或いは両
面に立体的に搭載した構造となっているので、三次元半
導体装置の小型化、高放熱高密度実装が実現できる。ヒ
ートシンクに直接回路パターンを形成した構造としたた
め、ヒートシンクが回路基板となって特別な回路基板は
不要となり、低コスト化、低熱抵抗化、軽薄短小化が実
現できる。
【００５９】
【発明の効果】本発明の三次元半導体装置の第１の効果
は、高い放熱効果を期待することができると共に小型化
を実現することができる、ということである。その理由
は、本発明の三次元半導体装置は、複数の半導体装置を
筒状に配列させて装着することができる立体形状を有す
ると共に熱伝導性の高い材料を主体として含有する支持
体と、前記支持体に装着される複数の半導体装置とを少
なくとも含むようにしているからである。本発明の三次
元半導体装置の第２の効果は、本発明の三次元半導体装
置を直接マザーボード或いは筐体に取り付けることがで
きるため、マザーボード或いは筐体に直接放熱させるこ
ともできるから、放熱効果をより向上させることができ
る、ということである。その理由は、前記第１の効果の
理由と同様である。
は、高い放熱効果を期待することができると共に小型化
を実現することができる、ということである。その理由
は、本発明の三次元半導体装置は、複数の半導体装置を
筒状に配列させて装着することができる立体形状を有す
ると共に熱伝導性の高い材料を主体として含有する支持
体と、前記支持体に装着される複数の半導体装置とを少
なくとも含むようにしているからである。本発明の三次
元半導体装置の第２の効果は、本発明の三次元半導体装
置を直接マザーボード或いは筐体に取り付けることがで
きるため、マザーボード或いは筐体に直接放熱させるこ
ともできるから、放熱効果をより向上させることができ
る、ということである。その理由は、前記第１の効果の
理由と同様である。
【００６０】本発明の三次元半導体装置の第３の効果
は、前記中央演算処理装置に制御されるその他の半導体
装置を前記中央演算処理装置からほぼ等距離（特に、完
全に等距離）に配置することができる、ということであ
る。その理由は、本発明の三次元半導体装置では、前記
支持体は、一方の端部が底を有する筒状構造部（特に、
円筒状構造部）を具備し、前記筒状構造部の内側底面に
中央演算処理装置が装着され、前記筒状構造部の内周面
及び外周面のうちの１面以上に前記中央演算処理装置に
制御される半導体装置が装着されるようにすることがで
きるからである。本発明の三次元半導体装置の第４の効
果は、前記中央演算処理装置とこれに制御される半導体
装置との間の配線の長さを短く（特に、最短）にするこ
とができるため、均一な（特に、より均一な）バランス
の取れた高速対応が可能となる、ということである。そ
の理由は、前記第３の効果の理由と同様である。
は、前記中央演算処理装置に制御されるその他の半導体
装置を前記中央演算処理装置からほぼ等距離（特に、完
全に等距離）に配置することができる、ということであ
る。その理由は、本発明の三次元半導体装置では、前記
支持体は、一方の端部が底を有する筒状構造部（特に、
円筒状構造部）を具備し、前記筒状構造部の内側底面に
中央演算処理装置が装着され、前記筒状構造部の内周面
及び外周面のうちの１面以上に前記中央演算処理装置に
制御される半導体装置が装着されるようにすることがで
きるからである。本発明の三次元半導体装置の第４の効
果は、前記中央演算処理装置とこれに制御される半導体
装置との間の配線の長さを短く（特に、最短）にするこ
とができるため、均一な（特に、より均一な）バランス
の取れた高速対応が可能となる、ということである。そ
の理由は、前記第３の効果の理由と同様である。
【００６１】本発明の三次元半導体装置の第５の効果
は、特に外形が制限される円筒の内周面や外周面への半
導体装置の搭載、円柱外周面への半導体装置の搭載等、
特殊構造物に対しても半導体装置の実装が可能となり、
実装搭載範囲及び適用範囲を拡大することができる、と
いうことである。その理由は、本発明の三次元半導体装
置では、前記支持体は、複数の半導体装置を円筒状に配
列させて装着することができる立体形状を有する支持体
にすることができるからである。
は、特に外形が制限される円筒の内周面や外周面への半
導体装置の搭載、円柱外周面への半導体装置の搭載等、
特殊構造物に対しても半導体装置の実装が可能となり、
実装搭載範囲及び適用範囲を拡大することができる、と
いうことである。その理由は、本発明の三次元半導体装
置では、前記支持体は、複数の半導体装置を円筒状に配
列させて装着することができる立体形状を有する支持体
にすることができるからである。
【００６２】本発明の三次元半導体装置の第６の効果
は、三次元半導体装置の外形を半導体装置の外形寸法に
近くすることができ、高放熱高密度実装を実現すること
ができる、ということである。その理由は、本発明の三
次元半導体装置では、前記支持体は、筒状構造部を具備
し、前記筒状構造部の内周面及び外周面のうちの１面以
上に複数の半導体装置が装着されているようにすること
ができるからである。本発明の三次元半導体装置の第７
の効果は、半導体装置を前記筒状構造部の内周面及び外
周面のうちの片面或いは両面に立体的に搭載することが
でき、三次元半導体装置の小型化、高い放熱性、高密度
実装を実現することができる、ということである。その
理由は、前記第６の効果の理由と同様である。
は、三次元半導体装置の外形を半導体装置の外形寸法に
近くすることができ、高放熱高密度実装を実現すること
ができる、ということである。その理由は、本発明の三
次元半導体装置では、前記支持体は、筒状構造部を具備
し、前記筒状構造部の内周面及び外周面のうちの１面以
上に複数の半導体装置が装着されているようにすること
ができるからである。本発明の三次元半導体装置の第７
の効果は、半導体装置を前記筒状構造部の内周面及び外
周面のうちの片面或いは両面に立体的に搭載することが
でき、三次元半導体装置の小型化、高い放熱性、高密度
実装を実現することができる、ということである。その
理由は、前記第６の効果の理由と同様である。
【００６３】本発明の三次元半導体装置の第８の効果
は、前記支持体を回路基板にすることができ、特別な回
路基板を必須としないようにできるから、低コスト化、
低熱抵抗化、軽薄短小化を実現することができる、とい
うことである。その理由は、本発明の三次元半導体装置
では、前記支持体は、回路パターンを有することができ
るからである。
は、前記支持体を回路基板にすることができ、特別な回
路基板を必須としないようにできるから、低コスト化、
低熱抵抗化、軽薄短小化を実現することができる、とい
うことである。その理由は、本発明の三次元半導体装置
では、前記支持体は、回路パターンを有することができ
るからである。
【００６４】本発明の三次元半導体装置の製造方法によ
れば、上記効果を奏することができる本発明の三次元半
導体装置を簡単に製造することができる。本発明の三次
元半導体装置の製造装置によれば、上記効果を奏するこ
とができる本発明の三次元半導体装置を簡単に製造する
ことができる。
れば、上記効果を奏することができる本発明の三次元半
導体装置を簡単に製造することができる。本発明の三次
元半導体装置の製造装置によれば、上記効果を奏するこ
とができる本発明の三次元半導体装置を簡単に製造する
ことができる。
【図１】図１（ａ）〜（ｂ）は、それぞれ、本発明の第
１の実施例の三次元半導体装置を示す平面図（板状のＣ
ＰＵ−１に対して垂直の方向から視た図）、及び図１
（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。
１の実施例の三次元半導体装置を示す平面図（板状のＣ
ＰＵ−１に対して垂直の方向から視た図）、及び図１
（ａ）のＡ−Ａ’線矢視断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施例の三次元半導体
装置を示す、図１（ａ）のＡ−Ａ’線矢視方向の他の断
面を示す図である。
装置を示す、図１（ａ）のＡ−Ａ’線矢視方向の他の断
面を示す図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第３の実施例の三次元
半導体装置を示す、円筒形構造である符号１３のヒート
シンク−７の円筒の中心軸方向から視た、上部用ヒート
シンクであるＡ部１５を除いた平面図である。図３
（ｂ）は、本発明の第３の実施例の三次元半導体装置を
示す、ヒートシンク−７の外周面側から視た側面図であ
る。
半導体装置を示す、円筒形構造である符号１３のヒート
シンク−７の円筒の中心軸方向から視た、上部用ヒート
シンクであるＡ部１５を除いた平面図である。図３
（ｂ）は、本発明の第３の実施例の三次元半導体装置を
示す、ヒートシンク−７の外周面側から視た側面図であ
る。
【図４】図４（ａ）は、本発明の第４の実施例の三次元
半導体装置を示す、円筒形構造である符号１３のヒート
シンク−７の円筒の中心軸方向から視た、上部用ヒート
シンクであるＡ部１５を除いた平面図である。図４
（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視方向の断面図
（Ａ部１５の断面を含む）である。
半導体装置を示す、円筒形構造である符号１３のヒート
シンク−７の円筒の中心軸方向から視た、上部用ヒート
シンクであるＡ部１５を除いた平面図である。図４
（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ’線矢視方向の断面図
（Ａ部１５の断面を含む）である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第５の実施例
の三次元半導体装置の製造方法である、三次元半導体装
置の製造プロセス−１を示す図である。より詳細には、
図５（ａ）は、両面に半導体チップを固着したヒートシ
ンク板をヒートシンク板の厚さ方向から視た平面図であ
る。図５（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、三次元半導体装
置の製造プロセス−１を、ＣＰＵを固着したヒートシン
ク板の厚さ方向から視た平面図である。
の三次元半導体装置の製造方法である、三次元半導体装
置の製造プロセス−１を示す図である。より詳細には、
図５（ａ）は、両面に半導体チップを固着したヒートシ
ンク板をヒートシンク板の厚さ方向から視た平面図であ
る。図５（ｂ）〜（ｅ）は、それぞれ、三次元半導体装
置の製造プロセス−１を、ＣＰＵを固着したヒートシン
ク板の厚さ方向から視た平面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第６の実施例
の三次元半導体装置の製造方法である、三次元半導体装
置の製造プロセス−２を示す図である。より詳細には、
図６（ａ）〜（ｃ）は、三次元半導体装置の製造プロセ
ス−２を、符号１３の円筒形構造であるヒートシンク−
７の円筒の中心軸方向から視た平面図である。図６
（ｄ）は、図６（ｃ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。
図６（ｅ）は、三次元半導体装置の製造プロセス−２で
製造された三次元半導体装置を、符号１３のヒートシン
ク−７の円筒の中心軸に対して直角方向から視た側面図
である。
の三次元半導体装置の製造方法である、三次元半導体装
置の製造プロセス−２を示す図である。より詳細には、
図６（ａ）〜（ｃ）は、三次元半導体装置の製造プロセ
ス−２を、符号１３の円筒形構造であるヒートシンク−
７の円筒の中心軸方向から視た平面図である。図６
（ｄ）は、図６（ｃ）のＢ−Ｂ’線矢視断面図である。
図６（ｅ）は、三次元半導体装置の製造プロセス−２で
製造された三次元半導体装置を、符号１３のヒートシン
ク−７の円筒の中心軸に対して直角方向から視た側面図
である。
【図７】図７（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第７の実施例
の三次元半導体装置の製造方法である、半導体チップの
曲面実装プロセスを、円筒形状のヒートシンク７０の円
筒の中心軸方向から視た図である。
の三次元半導体装置の製造方法である、半導体チップの
曲面実装プロセスを、円筒形状のヒートシンク７０の円
筒の中心軸方向から視た図である。
【図８】図８は、本発明の第８の実施例の三次元半導体
装置の製造方法である、円筒形のヒートシンクの内外周
曲面に半導体チップを連続して実装する場合の曲面のフ
リップチップ接続方法を示す、前記ヒートシンクの円筒
の中心軸方向から視た概略図である。
装置の製造方法である、円筒形のヒートシンクの内外周
曲面に半導体チップを連続して実装する場合の曲面のフ
リップチップ接続方法を示す、前記ヒートシンクの円筒
の中心軸方向から視た概略図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第９の実施例
のヒートシンク回路基板の製造方法を示す、板状のヒー
トシンクに回路基板を直接形成するプロセスにおける、
ヒートシンク又はヒートシンク回路基板の厚さ方向の断
面図である。
のヒートシンク回路基板の製造方法を示す、板状のヒー
トシンクに回路基板を直接形成するプロセスにおける、
ヒートシンク又はヒートシンク回路基板の厚さ方向の断
面図である。
【図１０】図１０は、従来技術の半導体装置の、ＩＣパ
ッケージ１１２の厚さ方向における概略断面図である。
ッケージ１１２の厚さ方向における概略断面図である。
１ ＣＰＵ−１
２ 半導体チップ−１
３ 半導体チップ−２
４ ヒートシンク−１
５ ヒートシンク−２
６ ヒートシンク−３
７ ヒートシンク−４
８ ヒートシンク−５
９ ヒートシンク−６
１０ 回路基板
１１ 冷却剤注入口
１２ 冷却剤出口
１３ ヒートシンク−７
１４ 半導体チップ−３
１５ Ａ部
１６ ＣＰＵ−２
１７ 半導体チップ−４
１８ 半導体チップブロック
１９ 接着材
２０ 外曲面接着材転写ローラ
２１ 弾性体構造
２２ 貼付又は接続ローラ
２３ 内曲面接着材転写ローラ
２４ 内曲面貼付又は接続ローラ
２５ 角度θ＝９０度
２６ 回転方向を示す矢
２７ 角度θ＝９０度
２８ ステージ
２９ ボンディングツール
３０ Ｃｕクラッド
３１ アルミ
３２ アルミクラッド
３３ アルミ酸化物膜
３４ 樹脂系絶縁層
３５ Ｃｕ箔回路パターン
３６ 半導体チップ搭載用開口部
１０１ 実装基板
１０７ ＩＣチップ
１１２ ＩＣパッケージ
１１３ ピン
１１４ ランド
１１５ ＩＣパッケージ
１１６ ロングタイプピン
１１７ キャップ
１１８ キャビティー
１１９ 放熱フィン
１２０ 放熱フィン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０５Ｋ 7/20 Ｈ０１Ｌ 23/36 Ｚ
23/46 Ｃ
(56)参考文献 特開 昭61−168951（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−275610（ＪＰ，Ａ)
特開2000−49480（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 23/36
H01L 23/373
H01L 23/467
H01L 25/00
H05K 7/20
Claims (19)
- 【請求項１】複数の半導体装置を筒状に配列させて装着
することができる立体形状を有すると共に熱伝導性の高
い材料を主体として含有する支持体と、前記支持体に装
着される複数の半導体装置とを少なくとも含む三次元半
導体装置であって、 前記支持体は、一方の端部が底を有する筒状構造部を具
備し、前記筒状構造部の内側底面に中央演算処理装置が
装着され、前記筒状構造部の内周面及び外周面のうちの
１面以上に前記中央演算処理装置に制御される半導体装
置が装着されていることを特徴とする三次元半導体装
置 。 - 【請求項２】前記支持体は、筒状構造部を具備し、前記
筒状構造部の内周面及び外周面のうちの１面以上に複数
の半導体装置が装着されていることを特徴とする請求項
１に記載の三次元半導体装置。 - 【請求項３】前記支持体は、一方の端部が底を有する筒
状構造部を具備し、前記筒状構造部の内側底面に中央演
算処理装置が装着され、前記筒状構造部の内周面及び外
周面のうちの１面以上に前記中央演算処理装置に制御さ
れる半導体装置が装着され、前記中央演算処理装置は前
記筒状構造部の内側底面に接触していない面にヒートシ
ンクを備えることを特徴とする請求項１〜２のいずれか
一に記載の三次元半導体装置。 - 【請求項４】前記一方の端部が底を有する筒状構造部
は、半導体装置を冷却する冷却用媒体を内側空洞に貯え
ることができる程度に液密に構成されていると共に、前
記冷却用媒体を前記内側空洞に供給し又は前記内側空洞
から排出させることができる入出口を有することを特徴
とする請求項３に記載の三次元半導体装置。 - 【請求項５】前記支持体は、絶縁層を介して回路パター
ンを有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一
に記載の三次元半導体装置。 - 【請求項６】前記支持体は、金属材料又は熱伝導率αが
２００以上の材料を主体とすることを特徴とする請求項
１〜５のいずれか一に記載の三次元半導体装置。 - 【請求項７】前記支持体は、Ｃｕクラッド層とＡｌクラ
ッド層を含む積層体を、Ａｌクラッド層が最外層になる
ように、前記積層体を両側に備える両面Ｃｕ／Ａｌクラ
ッド材であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか
一に記載の三次元半導体装置。 - 【請求項８】熱伝導性の高い材料を主体として含有する
板状体に中央演算処理装置を電気的及び機械的に固着接
続して成るベース板状体の外周部に、熱伝導性の高い材
料を主体として含有する板状体に半導体装置を電気的及
び機械的に固着接続して成る複数の半導体装置ブロック
を取り付けて、一方の端部が底を有する筒状構造部を形
成する筒状構造部形成工程を少なくとも含むことを特徴
とする三次元半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】前記筒状構造部形成工程の前に、熱伝導性
の高い材料を主体として含有する板状体に半導体装置を
電気的及び機械的に固着接続して半導体装置ブロックを
得る工程と、熱伝導性の高い材料を主体として含有する
板状体に中央演算処理装置を電気的及び機械的に固着接
続する工程とを有し、 前記筒状構造部形成工程の前又は後に、中央演算処理装
置にヒートシンクを固着する工程を有し、 前記筒状構造部形成工程の後に、前記筒状構造部形成工
程で得られた前記筒状構造部の半導体デバイス及び中央
演算処理装置を電気的、機械的に検査する検査工程を有
することを特徴とする請求項８に記載の三次元半導体装
置の製造方法。 - 【請求項１０】第１金属層を少なくとも片側の最外層と
して備える熱伝導性の高い第１積層体、又は、第１金属
層に積層する第２金属層を少なくとも片側の最外層とし
て備える熱伝導性の高い第２積層体に、導電性を有する
回路パターンが絶縁層を介して積層して成るヒートシン
ク回路基板を、前記熱伝導性の高い材料を主体として含
有する板状体として用いることを特徴とする請求項９に
記載の三次元半導体装置の製造方法。 - 【請求項１１】前記第１金属層の第１金属がＣｕであ
り、前記第２金属層の第２金属がＡｌであることを特徴
とする請求項１０に記載の三次元半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１２】Ｃｕクラッド層とＡｌクラッド層を含む
積層体を、Ａｌクラッド層が最外層になるように、前記
積層体を両側に備える両面Ｃｕ／Ａｌクラッド材、又
は、Ｃｕクラッド層を両側の最外層として備える両面Ｃ
ｕクラッド材の最外層の表面に絶縁層を形成する絶縁層
形成工程と、 前記絶縁層形成工程で形成された絶縁層の表面に導電層
を形成し、前記導電層から導電性を有する回路パターン
を形成する回路パターン形成工程とを含むヒートシンク
回路基板の製造工程を含むことを特徴とする請求項１０
〜１１のいずれか一に記載の三次元半導体装置の製造方
法。 - 【請求項１３】前記絶縁層形成工程の前に、前記両面Ｃ
ｕ／Ａｌクラッド材のＡｌクラッド層の表面にアルミニ
ウム酸化物層を形成するアルミニウム酸化物層形成工程
を有することを特徴とする請求項１２に記載の三次元半
導体装置の製造方法。 - 【請求項１４】熱伝導性の高い材料を主体として含有し
底を有する筒状構造部の内側底面に中央演算処理装置を
電気的、機械的に固着接続し、前記筒状構造部の内周面
及び外周面のうちの１面以上に半導体装置を電気的、機
械的に固着接続する固着接続工程を少なくとも含むこと
を特徴とする三次元半導体装置の製造方法。 - 【請求項１５】前記固着接続工程の前又は後に、前記筒
状構造部に固着接続する前又は後の中央演算処理装置に
ヒートシンクを固着する工程を有し、 前記固着接続工程の後に、前記筒状構造部に固着接続し
た後の中央演算処理装置及び半導体装置を電気的、機械
的に検査する検査工程を有することを特徴とする請求項
１４に記載の三次元半導体装置の製造方法。 - 【請求項１６】熱伝導性の高い材料を主体として含有す
る円筒状構造部の内周面及び外周面のうちの１面以上に
半導体装置を固着する固着工程を少なくとも有し、 前記固着工程は、前記円筒状構造部の円筒の中心軸を中
心として回転する前記筒状構造部の内周面及び外周面の
うちの１面以上に、接着材を付着させて回転する転写ロ
ーラの接着材を転写して接着材層を形成する接着材層形
成工程と、 少なくとも外周面が弾性を有し回転するローラで、前記
接着材層に半導体装置を固着する工程とを少なくとも含
むことを特徴とする三次元半導体装置の製造方法。 - 【請求項１７】熱伝導性の高い材料を主体として含有し
底を有する円筒状構造部の内側底面に中央演算処理装置
を電気的、機械的に固着接続し、前記円筒状構造部の内
周面及び外周面のうちの１面以上に半導体装置を電気
的、機械的に固着接続する固着接続工程を少なくとも含
む三次元半導体装置の製造方法であって、 前記 円筒状構造部をステージ面に接触させて前記円筒状
構造部の内周面又は外周面の周方向へ複数の半導体装置
をフリップチップ接続する円筒状構造部への固着工程を
少なくとも含み、 前記固着工程において、前記円筒状構造部の内周面又は
外周面への半導体装置の押し付け方向が、前記ステージ
面に対して垂直になるように前記円筒状構造部を円筒の
中心軸の回りに回転させてフリップチップ接続すること
を特徴とする三次元半導体装置の製造方法。 - 【請求項１８】熱伝導性の高い材料を主体として含有し
底を有する円筒状構造部の内側底面に中央演算処理装置
を電気的、機械的に固着接続し、前記円筒状構造部の内
周面及び外周面のうちの１面以上に半導体装置を電気
的、機械的に固着接続する固着接続工程を少なくとも含
む三次元半導体装置の製造方法で用いる三次元半導体装
置の製造装置であって、 前記 円筒状構造部を接触させるステージ面を有するステ
ージと、 前記円筒状構造部の内周面又は外周面に半導体装置をフ
リップチップ接続することができるボンディングヘッド
と、 前記円筒状構造部の内周面又は外周面の周方向への半導
体装置の押し付け方向が、前記ステージ面に対して垂直
になるように前記円筒状構造部を円筒の中心軸の回りに
回転させる回転手段とを少なくとも有することを特徴と
する三次元半導体装置の製造装置。 - 【請求項１９】請求項１〜７の三次元半導体装置、及
び、請求項８〜１７の三次元半導体装置の製造方法によ
って得られた三次元半導体装置のうちの１以上を被実装
体に実装して成ることを特徴とする三次元半導体装置実
装体。
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