JP6196815B2

JP6196815B2 - 冷却装置及び半導体装置

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Publication number: JP6196815B2
Application number: JP2013119125A
Authority: JP
Inventors: 村山　啓; 啓村山; 東　光敏; 光敏東; 鉱治永井; 坂口　秀明; 秀明坂口
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 2013-06-05
Filing date: 2013-06-05
Publication date: 2017-09-13
Anticipated expiration: 2033-06-05
Also published as: US20140362552A1; US9591742B2; JP2014236198A

Description

電子部品を冷却する冷却装置、及び冷却装置を有する半導体装置に関する。

従来、半導体チップは、その動作により発熱する。半導体チップにおける熱は、半導体チップの動作異常や半導体チップの劣化を招く要因である。このため、半導体チップは、流路を含む基板に接続され、その基板の流路に冷却媒体を通過させて冷却される（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−１５９６１９号公報

ところで、半導体チップの高性能化（動作速度の高速化）は、半導体チップの単位面積あたりの発熱量を増加させる。このため、半導体チップの冷却効率の良好とすることが求められる。

この冷却装置で、実装される電子部品の冷却効率を良好とすることを目的とする。

本発明の一観点によれば、電子部品を冷却するための冷却装置であって、前記電子部品が搭載される第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを有し、内部に冷却媒体が流れる流路を有する基板本体と、前記基板本体を前記第１の面から前記第２の面にかけて貫通し、前記電子部品の端子と電気的に接続される複数の貫通電極と、を有し、前記流路は、並設された複数の内壁により区画された複数の主冷却流路と、前記複数の主冷却流路の第１端に接続され、前記複数の主冷却流路に冷却媒体を供給する流入流路と、前記複数の主冷却流路の第２端に接続され、前記複数の主冷却流路に流れる冷却媒体が流入する流出流路と、を含み、前記貫通電極が前記内壁を貫通して設けられ、前記主冷却流路と前記流入流路と前記流出流路とは、前記第１の面と垂直な方向における各流路の高さが同一の高さに形成され、前記流路を前記基板本体の前記第１の面から視て、前記主冷却流路の幅は、前記流入流路の幅及び前記流出流路の幅よりも狭く、前記基板本体は、前記流路から前記冷却媒体を流出する流出口を有し、前記流出流路の幅は、前記流出口からの距離が遠いほど広い。

本発明の一観点によれば、電子部品の冷却効率を良好とすることができる。

半導体装置の概略説明図。（ａ）は中間基板の縦断面図、（ｂ）は平断面図。（ａ）〜（ｅ）は製造工程を示す概略断面図。（ａ）〜（ｄ）は製造工程を示す概略断面図。（ａ）〜（ｄ）は製造工程を示す概略断面図。別の中間基板の説明図。別の中間基板の説明図。別の中間基板の説明図。別の中間基板の説明図。別の中間基板の縦断面図。別の中間基板の概略縦断面図。別の中間基板の概略縦断面図。別の半導体装置の概略説明図。

以下、各実施形態を添付図面を参照して説明する。
なお、添付図面は、部分的に拡大して示している場合があり、寸法，比率などは実際と異なる場合がある。また、断面図では、各部材の断面構造を分かりやすくするために、一部のハッチングを省略している。

図１に示すように、半導体装置は、配線基板１０、中間基板２０、半導体チップ５０を有している。半導体チップ５０は電子部品の一例である。半導体チップ５０は中間基板２０に対して積層され、中間基板２０は配線基板１０に対して積層される。つまり半導体チップ５０は中間基板２０の上面に実装され、中間基板２０は配線基板１０の上面に実装されている。配線基板１０は図示しない実装基板（例えば、マザーボード）に実装される。

配線基板１０は、基板本体１１を有している。基板本体１１の上面には、複数の電極パッド１２が形成されている。電極パッド１２は接続用バンプ６２により中間基板２０に接続されている。また、基板本体１１の下面には、複数の電極パッド１３が形成され、各電極パッド１３に実装用バンプ６１が形成されている。実装用バンプ６１は、図示しない実装基板に形成された電極パッドと電気的に接続される。電極パッド１２，１３の材料は、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金等である。実装用バンプ６１は例えば半田バンプ、金属コア（例えば銅コア）を含む半田バンプである。

基板本体１１は、例えば有機基材の基板（有機基板）である。なお、有機基板は、ガラス等の繊維を含むことが好ましい。基板本体１１は、上面の電極パッド１２と、下面の電極パッド１３とを互いに電気的に接続する導電部材（図示略）を有している。例えば、導電部材は、基板本体１１の内部に形成された１つ又は複数の配線層、ビアを含む。基板本体１１は、例えばコア基板を有するコア付きビルドアップ基板やコア基板を含まないコアレス基板等である。

中間基板２０は、基板本体２１を有している。基板本体２１は、例えば平面視矩形状に形成されている。基板本体２１の材料は、例えばシリコン（Ｓｉ）である。
基板本体２１には、第１の面（上面）と第２の面（下面）との間を貫通する貫通孔２２が形成されている。貫通孔２２内には貫通電極２３が形成されている。貫通電極２３の材料は、例えば銅である。

基板本体２１の上面には複数の電極パッド２４が形成されている。電極パッド２４は、接続用バンプ６３により半導体チップ５０に接続されている。基板本体２１の下面には、複数の電極パッド２５が形成されている。電極パッド２５は端子の一例である。電極パッド２４，２５材料は、例えば銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケル合金等である。電極パッド２４と電極パッド２５は、貫通電極２３を介して互いに電気的に接続されている。電極パッド２５は、バンプ６２により配線基板１０の電極パッド１２に電気的に接続される。

中間基板２０と配線基板１０の間にはアンダーフィル樹脂７１が充填されている。アンダーフィル樹脂７１は、中間基板２０の側面下部から配線基板１０の上面に向ってなだらかに傾斜して広がるフィレットを有している。アンダーフィル樹脂７１の材料は、例えばエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などの絶縁性樹脂、又はこれら樹脂にシリカやアルミナ等のフィラーを混入した樹脂材である。アンダーフィル樹脂７１は、配線基板１０と中間基板２０の間の接続強度を向上させる。また、アンダーフィル樹脂７１は、配線基板１０と中間基板２０に形成された電極パッド１２，２５の腐食、エレクトロマイグレーションの発生、配線の信頼性低下（電極パッド１２，２５に加わる応力による配線の断線）、等を抑制する。

半導体チップ５０は、例えば論理回路などの素子や配線（図示せず）が形成されたデバイス面５１と、デバイス面５１と反対側の裏面５２を有している。
半導体チップ５０のデバイス面５１には電極パッド５３が形成されている。電極パッド５３の材料は、例えば銅である。電極パッド５３は、バンプ６３により中間基板２０の電極パッド２４に電気的に接続されている。バンプ６３は、例えば半田バンプである。したがって、半導体チップ５０は、中間基板２０に対してフリップチップ実装されている。

半導体チップ５０と中間基板２０の間には、アンダーフィル樹脂７２が充填されている。アンダーフィル樹脂７２は、半導体チップ５０の側面下部（デバイス面５１側の端部）から中間基板２０の上面に向ってなだらかに傾斜して広がるフィレットを有している。アンダーフィル樹脂７２の材料は、例えばエポキシ系樹脂やポリイミド系樹脂などの絶縁性樹脂、又はこれら樹脂にシリカ，アルミナ，窒化アルミニウム等のフィラーを混入した樹脂材である。アンダーフィル樹脂７２は、配線基板１０と中間基板２０の間のアンダーフィル樹脂７１と同様に、半導体チップ５０と中間基板２０の間の接続強度を向上させ、配線等の不具合を低減する。

アンダーフィル樹脂７２に含まれるアルミナ等のフィラーは、アンダーフィル樹脂７２の主成分より熱伝導率が高い。このようなフィラーは、アンダーフィル樹脂７２の熱伝導率を大きくし、半導体チップ５０のデバイス面５１にて発生する熱を、中間基板２０に伝導する。なお、フィラーとして、金（Ａｕ），銀（Ａｇ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），ニッケル（Ｎｉ），クロム（Ｃｒ），コバルト（Ｃｏ）等の金属材料、表面を絶縁材料（例えば樹脂材料）で被覆された金属材料を用いることができる。

中間基板２０の内部には、流路２６が形成されている。流路２６には、半導体チップ５０を冷却するための冷却媒体が満たされる。冷却媒体は、例えば水、アルコール、フッ素などの液体、ガスである。中間基板２０の上面には、流路２６に冷却媒体を流入する流入口２７と、流路２６から冷却媒体を流出する流出口２８が形成されている。

中間基板２０には、冷却媒体を循環するための配管を接続するための継手部品２９，３０が接続されている。継手部品２９，３０は接続部材の一例である。継手部品２９，３０は、中間基板２０の上面と側面に接続されるように形成されている。継手部品２９，３０の上面には、上方へ突出する環状の接続部２９ａ，３０ａが形成されている。これらの接続部２９ａ，３０ａに図示しない配管が接続される。そして、配管は、冷却媒体を循環するためのポンプ、冷却媒体の熱を例えば大気中に放熱する熱変換器に接続される。

図２（ａ）に示すように、中間基板２０の基板本体２１の表面（上面、下面、側面）には絶縁膜３１が形成されている。基板本体２１には貫通孔２２が形成され、その貫通孔２２の内周面には絶縁膜３２が形成されている。貫通孔２２内に形成された貫通電極２３は、絶縁膜３２により基板本体２１と絶縁されている。また、基板本体２１内に流路２６が形成され、その流路２６の壁面には絶縁膜３３が形成されている。同様に、流入口２７の内周面には絶縁膜３４が形成されている。例えば、基板本体２１はシリコン基板であり、絶縁膜３１〜３４はシリコン酸化膜（ＳｉＯ）である。中間基板２０の厚さＨ１は、例えば１５０μｍ（マイクロメートル：ミクロン）〜１．５ｍｍ（ミリメートル）である。流路２６の高さＨ２は、例えば５０μｍ〜１ｍｍである。

図２（ｂ）に示すように、中間基板２０は、１辺の長さが４０ｍｍ（ミリメートル）の正方形状に形成されている。貫通電極２３の直径は、例えば２０〜６０μｍである。貫通電極２３の配列ピッチは例えば１５０μｍである。絶縁膜３１〜３４の膜厚は、例えば１〜２μｍである。なお、図２（ｂ）では、絶縁膜３１〜３４を省略している。

中間基板２０には、流路２６と、流路２６に冷却媒体を流入する流入口２７、流路の冷却媒体を流出する流出口２８が形成されている。流入口２７と流出口２８は、例えば、矩形状に形成された中間基板２０の１つの辺の両端部（図において右辺の上端部と下端部）に形成されている。

流路２６は、複数の主冷却流路４１と、主冷却流路４１に対して冷却媒体を流入するための流入流路４２と、主冷却流路４１の冷却媒体を流出するための流出流路４３を有している。

中間基板２０には、破線にて示す半導体チップ５０に対応する領域に複数の内壁３５が形成されている。複数の内壁３５は、所定の方向（図２（ａ）において上下方向）に沿って延びる略長方形状に形成されている。上記の貫通電極２３は、各内壁３５を貫通して形成されている。そして、複数の内壁３５は、中間基板２０に搭載される半導体チップ５０に対応する領域（内部空間）を区画して主冷却流路４１を形成する。したがって、主冷却流路４１に流入される冷却媒体は、内壁３５に沿って流れる。

複数の主冷却流路４１の第１端部（例えば、図２（ｂ）において上端）は、流入流路４２により互いに接続されている。したがって、流入流路４２は、主冷却流路４１と直交する方向（図２（ｂ）において左右方向）に沿って延びるように形成されている。流入流路４２の幅Ｗ１は、主冷却流路４１の幅Ｗ２よりも広く設定されている。例えば、流入流路４２の幅Ｗ１は１ｍｍであり、主冷却流路４１の幅Ｗ２は６０μｍである。流入流路４２の端部（図において右端）には流入口２７が形成されている。この流入流路４２には、流入口２７から冷却媒体が流入される。したがって、流入流路４２は、複数の主冷却流路４１に対して冷却媒体を流入する。

また、複数の主冷却流路４１の第２端部（図２（ｂ）において下端）は、流出流路４３により互いに接続されている。したがって、流出流路４３は、主冷却流路４１と直交する方向（図２（ｂ）において左右方向）に沿って延びるように形成されている。流出流路４３の幅Ｗ３は、主冷却流路４１の幅Ｗ２よりも広く設定されている。例えば、流出流路４３の幅Ｗ３は、流入流路４２の幅Ｗ１と等しく（１ｍｍ）に設定されている。流出流路４３の端部（図において右端）には流出口２８が形成されている。この流出流路４３は流出口２８と連通している。複数の主冷却流路４１に流れる冷却媒体は、流出流路４３を介して流出口２８から流出される。

次に、中間基板２０の作用を説明する。
図１に示すように、半導体チップ５０は、デバイス面５１に形成された電極パッド５３により、中間基板２０の貫通電極２３に接続される。中間基板２０の内部には流路２６が形成され、この流路２６に対して冷却媒体が流入される。そして、中間基板２０の内壁３５と冷却媒体の間で熱交換が行われる。

半導体チップ５０は、論理回路に含まれる素子（トランジスタ，抵抗等）が形成されるデバイス面５１側で主に発熱する。デバイス面５１に形成された電極パッド５３とバンプ６３は、半導体チップ５０のデバイス面５１において発生する熱を中間基板２０の貫通電極２３に伝導する。貫通電極２３は、中間基板２０の内壁３５を貫通している。従って、貫通電極２３の熱は、内壁３５に伝わる。この内壁３５は、冷却媒体との間の熱交換により冷却される。したがって、半導体チップ５０は、デバイス面５１の電極パッド５３に接続された中間基板２０により冷却される。

図２（ｂ）に示すように、流路２６は、内壁３５によって区画された複数の主冷却流路４１を有している。複数の主冷却流路４１の一端は流入流路４２に接続されている。そして、流入流路４２の幅Ｗ１は、主冷却流路４１の幅Ｗ２よりも広い。したがって、冷却媒体は、流入流路４２から複数の主冷却流路４１のそれぞれに流入する。そして、複数の主冷却流路４１を通過した冷却媒体は、主冷却流路４１から流出流路４３へと流出する。そして、流出流路４３の幅Ｗ３は、主冷却流路４１の幅Ｗ２よりも広い。したがって、各主冷却流路４１を通過した冷却媒体は、流出流路４３へと流出される。そして、冷却媒体は、冷却器によって冷却され、ポンプによって循環される。このように、複数の主冷却流路４１に対して効率よく冷却媒体が循環される。これにより、半導体チップ５０は冷却される。

次に、中間基板２０の製造工程を説明する。
先ず、図３（ａ）に示すように、所定の厚さの基板１００を用意する。この基板１００は、例えばシリコンウェーハである。

次に、図３（ｂ）に示すように、基板１００の上面に、その上面全体を覆うレジスト膜１０１を形成する。レジスト膜１０１は、例えば液状のレジスト材を均一な厚さに塗布する、またはシート状のレジスト材を貼付することにより得られる。そして、レジスト膜１０１に、例えばフォトリソグラフィによって図１に示す流入口２７に対応する開口部１０１ａと、貫通孔２２に対応する開口部１０１ｂを形成する。なお、図３（ａ）では、流入口２７（図１参照）に対応する開口部１０１ａを示しているが、レジスト膜１０１には、図１に示す流出口２８に対応する開口部も同様に形成される。

次いで、図３（ｃ）に示すように、薄化した基板１０２を得る。この基板１０２は、図３（ｂ）に示す基板１００を、レジスト膜１０１を形成した面と反対側の面から例えば研磨や、エッチングにより薄化することにより得られる。研磨は、例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ:Chemical Mechanical Polishing）である。エッチングは、硝酸（ＨＮＯ₃）やフッ化水素（ＨＦ）を含む溶液をエッチング液に用いたウェットエッチングやプラズマエッチング（ドライエッチング）などである。

次に、図３（ｄ）に示すように、レジスト膜１０１をマスクとして例えば異方性エッチングにより、貫通孔１０３ａ，１０３ｂを有する基板１０３を形成する。貫通孔１０３ａは図１に示す流入口２７（流出口２８）に対応し、貫通孔１０３ｂは貫通孔２２に対応する。異方性エッチングは、例えば反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ：Deep Reactive Ion Etch）である。

そして、図３（ｅ）に示すように、レジスト膜１０１を除去する。
次に、図４（ａ）に示すように、所定の厚さの基板１１０を用意する。この基板１１０は、例えばシリコンウェーハである。

次に、図４（ｂ）に示す基板１１１を得るまでの工程を説明する。先ず、図４（ａ）に示す基板１１０の上面全体を覆うレジスト膜を形成する。レジスト膜は、例えば、感光性を有するレジスト膜であり、シート状のレジスト膜（ドライフィルム）や液状のレジスト剤をもちいることができる。そして、レジスト膜に例えばフォトリソグラフィによって、図１に示す貫通孔２２に対応する開口部を形成する。そして、この開口部から例えば異方性エッチングにより貫通孔１１１ｂを形成し、例えばアッシングによりレジスト膜を除去する。次に、基板の上面全体を覆うレジスト膜を形成する。レジスト膜は、例えば感光性を有するシート状のレジスト膜（ドライフィルム）である。そして、レジスト膜に例えばフォトリソグラフィによって、図１に示す流路２６に対応する開口部を形成する。そして、この開口部から例えば異方性エッチングにより溝１１１ａを形成し、例えばアッシングによりレジスト膜を除去する。

次いで、図４（ｃ）に示すように、基板１０３と基板１１１を位置合せして重ね合わせる。そして、基板１０３と基板１１１を貼り合わせる。これにより、図４（ｄ）に示す基板１２０を得る。基板１２０は、貫通孔２２，流路２６，流入口２７（及び流出口２８）を有している。基板の貼合せは、例えばプラズマ処理、加圧処理による。プラズマ処理は、基板１０３と基板１１１それぞれの接合面をプラズマ（例えば、アルゴン（Ａｒ）ガスを用いたプラズマ）に曝すことによりそれぞれの接合面の酸化膜や汚染物等を除去し、それぞれの接合面を酸化膜等が全くない状態で当接させて、加圧して接合する処理である。加圧処理は、基板１０３と基板１１１に、顕著な塑性変形を生じない程度の圧力と熱を加えることにより、基板１０３と基板１１１を接合する処理である。

次に、図５（ａ）に示すように、絶縁膜３１〜３４を形成し、基板本体２１を得る。絶縁膜３１〜３４は、図４（ｄ）に示す基板１２０を熱処理（例えば処理室内にて１１００℃に加熱）して得られるシリコン酸化膜（熱酸化膜）である。

次いで、図５（ｂ）に示すように、貫通孔２２に導電層１３１を形成する。導電層１３１は、例えば銅である。導電層１３１は、貫通孔２２の内側面にめっきを施して形成される。例えば、レジスト膜により基板本体２１の表面を覆い、そのレジスト膜に貫通孔２２に対応する開口部を形成する。そして、例えば無電解めっきにより貫通孔２２の内側面にシード層を形成し、そのシード層を電極とする銅の電解めっきにより、導電層１３１を形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、導電層１３１を平坦化して貫通電極２３を形成する。平坦化の方法は、例えば化学的機械的研磨（ＣＭＰ）である。この平坦化処理において、貫通電極２３の端面を、基板本体２１の上面及び下面と面一となる。

次いで、図５（ｄ）に示すように、貫通電極２３の端面に電極パッド２４と電極パッド２５を形成する。
例えば、貫通電極２３に応じた領域にシード層を形成する。シード層は、例えばスパッタ法や無電解めっきにより形成することができる。例えば、スパッタ法によりチタン（Ｔｉ）と銅（Ｃｕ）を順次体積させてシード層を形成する。なお、シード層にクロム（Ｃｒ）を用いることもできる。

次に、シード層上にレジスト膜を形成し、そのレジスト膜に電極パッド２４，２５に対応する開口部を形成する。レジスト膜は、例えば感光性を有するレジスト膜であり、シート状のレジスト膜や液状のレジスト剤を用いることができる。そして、レジスト膜をめっきマスクとし、シード層を電極とする電解めっきを施す。先ず、シード層に対して銅（Ｃｕ），ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ）の電解めっきを順次施し、電極パッド２４，２５を形成する。そして、不要となったレジスト膜とシード層を除去する。

以上記述したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）半導体チップ５０は、デバイス面５１に形成された電極パッド５３により、中間基板２０の貫通電極２３に接続される。中間基板２０の内部には流路２６が形成され、この流路２６に対して冷却媒体が流入される。そして、中間基板２０の内壁３５と冷却媒体の間で熱交換が行われる。したがって、例えば半導体チップ５０の裏面から該半導体チップ５０を冷却する場合と比べ、効率よく半導体チップ５０を冷却することができる。

（２）流路２６は、内壁３５によって区画された複数の主冷却流路４１を有している。複数の主冷却流路４１の一端は流入流路４２に接続されている。そして、流入流路４２の幅Ｗ１は、主冷却流路４１の幅Ｗ２よりも広い。したがって、冷却媒体は、流入流路４２から複数の主冷却流路４１のそれぞれに流入する。そして、複数の主冷却流路４１を通過した冷却媒体は、主冷却流路４１から流出流路４３へと流出する。そして、流出流路４３の幅Ｗ３は、主冷却流路４１の幅Ｗ２よりも広い。したがって、各主冷却流路４１を通過した冷却媒体は、流出流路４３へと流出される。そして、冷却媒体は、冷却器によって冷却され、ポンプによって循環される。このように、複数の主冷却流路４１に対して効率よく冷却媒体が循環される。したがって、半導体チップ５０を効率よく冷却することができる。

尚、上記各実施形態は、以下の態様で実施してもよい。
・流路の形状を適宜変更してもよい。
例えば、流入流路４２の幅を、流入口２７からの距離に応じて設定してもよい。設定される流入流路４２の幅は、例えば、内壁３５の端面と、その端面と対向する側面との間の距離である。また、流出流路４３の幅を、流出口２８からの距離に応じて設定してもよい。設定される流出流路４３の幅は、例えば、内壁３５の端面と、その端面と対向する側面との間の距離である。

例えば、図６に示すように、例えば、流入流路４２の幅を、流入口２７から遠いほど広くなるように設定してもよい。例えば、流入口２７に近い箇所の幅Ｗ１ａと、流入口２７から遠い箇所の幅Ｗ１ｂにおいて、幅Ｗ１ａと幅Ｗ１ｂの差を１００μｍ〜１ｍｍの範囲に設定するとよい。同様に、流出流路４３の幅を、流出口２８から遠いほど広くなるように設定してもよい。なお、図６では、流入流路４２の幅と流出流路４３の幅を変更したが、流入流路４２と流出流路４３のいずれか一方の幅を変更してもよい。

また、図７に示すように、流入口２７と流出口２８を中間基板２０の対角付近に形成してもよい。なお、図７において、流入流路４２の幅を一定としてもよい。また、流出流路４３の幅を一定としてもよい。

また、図８に示すように、流入流路４２に対して２個の流入口２７を形成してもよい。また、３個以上の流入口２７を形成してもよい。また、流出流路４３に対して２個の流出口２８を形成してもよい。また、３個以上の流出口２８を形成してもよい。

また、図９に示すように、中間基板２０に実装する半導体チップの端子に応じて貫通電極２３を省略してもよい。例えば、図９に示す内壁３５には５個の貫通電極２３が形成され、内壁３５ａには４個の貫通電極２３が形成されている。なお、貫通電極２３の形成位置に応じて、分割した内壁３５ｂ，３５ｃを形成してもよい。この場合、冷却媒体と接触する内壁３５の面積が分割しない場合と比べて大きくなり、熱交換を効率的に行うことができるようになる。

・上記実施形態では、流入口２７を流入流路４２の端部に形成したが、流入口２７を流入流路４２の途中に形成してもよく、例えば流入流路４２の長手方向略中央に形成してもよい。同様に、流出口２８を流出流路４３の途中に形成してもよく、例えば流出流路４３の長手方向略中央に形成してもよい。

・図１０に示すように、基板本体２１の内面に図２（ａ）に示す絶縁膜３３，３４を形成しないようにしてもよい。つまり、流路２６に対して、基板本体２１の材料であるシリコンが露出している。このような基板本体は、例えば流入口２７と流出口２８を、２つのシリコン基板を貼り合わせて流路２６と貫通孔２２を有する基板を生成し、その基板に対する熱処理の後に形成することにより得られる。シリコンは撥水性を有しているため、流路２６を通過する冷却媒体に対する抵抗は、シリコン酸化膜における抵抗よりも小さい。したがって、冷却媒体を流れやすくすることができる。

・上記実施形態では、流入口２７（及び流出口２８）に対応する貫通孔１０３ａを形成した基板１０３（図３（ｅ）参照）と、流路２６に対応する溝１１１ａを形成した基板１１１（図４（ｂ）参照）を貼り合わせて基板本体２１を形成した。貼り合わせる２つの基板の形状を適宜変更してもよい。

例えば、図１１に示すように、流入口２７（流出口２８）と流路２６に応じた溝１４１を形成した基板１４０と、流路２６に応じた溝１５１を形成した基板１５０を貼り合わせて基板本体を形成するようにしてもよい。なお、図１１では、貫通孔２２（図参照）に応じた貫通孔１４２，１５２を有する基板１４０，１５０を互いに貼り合わせて貫通孔２２を形成したが、貼り合わせ後に貫通孔２２を形成してもよい。

また、図１２に示すように、流入口２７（流出口２８）と流路２６に対応する溝１６１を形成した基板１６０と、平板状つまり溝の無い基板１７０を貼り合わせて基板本体を形成するようにしてもよい。なお、図１２では、貫通孔２２（図参照）に応じた貫通孔１６２，１７２を有する基板１６０，１７０を互いに貼り合わせて貫通孔２２を形成したが、貼り合わせ後に貫通孔２２を形成してもよい。

・上記実施形態に対し、２つの基板の貼合せ後に貫通孔２２を形成するようにしてもよい。例えば、図３（ｂ）において、図１に示す流入口２７及び流出口２８に対応する開口部１０１ａをレジスト膜１０１に形成し、流入口２７及び流出口２８を有する基板を形成する。そして、図４（ｂ）において、流路２６に対応する溝１１１ａを有する基板１１１を形成する。これらの基板を貼り合わせた後、貫通孔を形成する。

・中間基板に複数の半導体チップを実装するようにしてもよい。
例えば、図１３に示すように、中間基板２０ａの上面には半導体チップ５０ａが実装され、中間基板２０ａの下面には半導体チップ５０ｂが実装されている。半導体チップ５０ａのデバイス面５１ａに形成された電極パッド５３ａは、実装用バンプ６３ａを介して基板本体２１ａの上面に形成された電極パッド２４ａに接続されている。半導体チップ５０ａと中間基板２０ａの間にはアンダーフィル樹脂７２ａが充填されている。同様に、半導体チップ５０ｂのデバイス面５１ｂに形成された電極パッド５３ｂは、実装用バンプ６３ｂを介して基板本体２１ａの下面に形成された電極パッド２４ｂに接続されている。半導体チップ５０ｂと中間基板２０ａの間にはアンダーフィル樹脂７２ｂが充填されている。中間基板２０ａには、流路２６が形成されている。したがって、中間基板２０ａにより２つの半導体チップ５０ａ，５０ｂを効率よく冷却することができる。

中間基板２０ａは、基板本体２１ａの下面に電極パッド２５ａが形成され、その電極パッド２５ａはバンプ６２ａを介して基板本体１１の上面に形成された電極パッド１２ａに接続される。

なお、図１３では、中間基板２０ａの上面と下面にそれぞれ１つの半導体チップ５０ａ，５０ｂを実装したが、上面と下面の少なくとも一方に複数の半導体チップを実装してもよい。

・例えば、図１に示す中間基板２０の基板本体２１の材料に、ガラスやセラミック等を用いてもよい。

１０配線基板
２０中間基板
２１基板本体
２２貫通孔
２３貫通電極
２６流路
３５内壁
４１主冷却流路
４２流入流路
４３流出流路
５０半導体チップ
５３電極パッド

Claims

電子部品を冷却するための冷却装置であって、
前記電子部品が搭載される第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを有し、内部に冷却媒体が流れる流路を有する基板本体と、
前記基板本体を前記第１の面から前記第２の面にかけて貫通し、前記電子部品の端子と電気的に接続される複数の貫通電極と、
を有し、
前記流路は、
並設された複数の内壁により区画された複数の主冷却流路と、
前記複数の主冷却流路の第１端に接続され、前記複数の主冷却流路に冷却媒体を供給する流入流路と、
前記複数の主冷却流路の第２端に接続され、前記複数の主冷却流路に流れる冷却媒体が流入する流出流路と、
を含み、
前記貫通電極が前記内壁を貫通して設けられ、
前記主冷却流路と前記流入流路と前記流出流路とは、前記第１の面と垂直な方向における各流路の高さが同一の高さに形成され、
前記流路を前記基板本体の前記第１の面から視て、前記主冷却流路の幅は、前記流入流路の幅及び前記流出流路の幅よりも狭く、
前記基板本体は、前記流路に前記冷却媒体を流入する流入口を有し、
前記流入流路の幅は、前記流入口からの距離が遠いほど広いこと、
を特徴とする冷却装置。
前記基板本体は、前記流路から前記冷却媒体を流出する流出口を有し、
前記流出流路の幅は、前記流出口からの距離が遠いほど広いこと、
を特徴とする請求項１に記載の冷却装置。
電子部品を冷却するための冷却装置であって、
前記電子部品が搭載される第１の面と、前記第１の面と反対側の第２の面とを有し、内部に冷却媒体が流れる流路を有する基板本体と、
前記基板本体を前記第１の面から前記第２の面にかけて貫通し、前記電子部品の端子と電気的に接続される複数の貫通電極と、
を有し、
前記流路は、
並設された複数の内壁により区画された複数の主冷却流路と、
前記複数の主冷却流路の第１端に接続され、前記複数の主冷却流路に冷却媒体を供給する流入流路と、
前記複数の主冷却流路の第２端に接続され、前記複数の主冷却流路に流れる冷却媒体が流入する流出流路と、
を含み、
前記貫通電極が前記内壁を貫通して設けられ、
前記主冷却流路と前記流入流路と前記流出流路とは、前記第１の面と垂直な方向における各流路の高さが同一の高さに形成され、
前記流路を前記基板本体の前記第１の面から視て、前記主冷却流路の幅は、前記流入流路の幅及び前記流出流路の幅よりも狭く、
前記基板本体は、前記流路から前記冷却媒体を流出する流出口を有し、
前記流出流路の幅は、前記流出口からの距離が遠いほど広いこと、
を特徴とする冷却装置。
前記内壁に隣接する２つの前記主冷却流路を互いに接続し、前記内壁を分割する流路を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の冷却装置。
前記基板本体は、シリコン基板であり、
前記貫通電極を形成する貫通孔の内周面にはシリコン酸化膜が形成され、
前記流路はシリコンが露出していること、
を特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の冷却装置。
前記流路に対して冷却媒体を循環するための配管が接続される接続部材を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の冷却装置。
請求項１〜６の何れか一項に記載の冷却装置と、
前記冷却装置が搭載された配線基板と、
前記冷却装置に搭載された電子部品と、
を有する半導体装置。