JP6277598B2

JP6277598B2 - 冷却モジュール、積層半導体集積回路装置及び冷却モジュールの製造方法

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Publication number: JP6277598B2
Application number: JP2013094932A
Authority: JP
Inventors: 塩賀　健司; 健司塩賀; 水野　義博; 義博水野
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2018-02-14
Anticipated expiration: 2033-04-30
Also published as: JP2014216589A

Description

本発明は、冷却モジュール、積層半導体集積回路装置及び冷却モジュールの製造方法に関するものであり、例えば、コンピュータ等の電子機器装置に搭載される積層半導体集積回路装置の冷却技術に関する。

コンピュータを始めとする電子機器装置に搭載する半導体集積回路（ＬＳＩ）素子の冷却方式はＬＳＩ素子のはんだ接合部と反対側の面を放熱面とし、これにヒートスプレッダーやヒートシンクを熱的に接触させファン送風によりＬＳＩ素子の温度を低下させている。

また、電子機器の小型化やＬＳＩシステムの高集積化および高性能化に対応するため、ＴＳＶ（ＴｈｒｏｕｇｈＳｉｌｉｃｏｎＶｉａ）形成技術を用いてＬＳＩ素子を３次元に積層する手法が提案されている。

図１４は、積層半導体集積回路装置の断面図の説明図である。ＴＳＶ７１及びランド７２／はんだバンプ７３／ランド７４を介して三次元積層されたＬＳＩチップ７０はＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）端子８２を有するパッケージ基板８０上に搭載される。最上層のＬＳＩチップ７０の裏面は放熱フィン８６を備えたヒートシンク８５に当接される。なお、パッケージ基板はＢＧＡ端子８２を介して配線基板８４に搭載される。なお、符号８１，８３はランドである。

積層されたＬＳＩチップを冷却する場合、上述のようにヒートシンクを用いた冷却方式では、最上部のＬＳＩ素子から冷却が行なわれるため、積層下部のＬＳＩチップは排熱することができなくなる問題がある。

そこで、ＭＥＭＳ技術を活用したＳｉエッチングによりＬＳＩチップの内部に形成されたＴＳＶの間にマイクロ流路を形成し、流路内に冷媒を流通することにより積層ＬＳＩチップの排熱を行なう手法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。

図１５は、従来のマイクロチャネルを備えた積層半導体集積回路装置の細部断面図である。ランド９４／はんだバンプ９５／はんだバンプ９７／ランド９６を介して三次元積層されたＬＳＩチップ９０の内部に形成されたＴＳＶ９３の間にマイクロチャネル９２が形成されている。このマイクロチャネル９２に冷媒を循環させてＬＳＩチップ９０冷却する。なお、図における符号９１は素子形成領域を表す。

また、三次元に積層されたＬＳＩチップの間に、マイクロ流路とＴＳＶを形成したシリコン材を挿入して積層ＬＳＩチップの排熱を行なう手法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００９−５１２２１５号公報

山地康弘，安達達也，森藤忠洋，佐藤知稔，高橋健司，"３次元積層モジュールにおける熱設計"，電子情報通信学会技術研究報告（ＣＰＭ，電子部品・材料，１０１（５１６），ｐ.４５−５２，２００１−１２−１３

しかしながら、特許文献１に示すシリコン材に形成した微細な流路による排熱方法では、このマイクロ流路内に水などの冷媒を流すため、ＬＳＩチップのはんだバンプやＴＳＶ、配線層と電気的絶縁を行なう必要がある。また、マイクロ流路内壁の絶縁化や流路形成を行なうために、シリコン同士の接合工程が必要になることから、マイクロ流路の製造プロセスが複雑になり製造コストが増加するという問題がある。

また、ＬＳＩチップを三次元に積層する時に、高速信号伝送の実現やＬＳＩ素子の反りを抑制するために、ＬＳＩチップの厚さは薄く且つＴＳＶの間隔は狭くなることが予測されている。このような状況のなかで、冷媒が流れるマイクロ流路は必然的に小さくなり、マイクロ流路内の圧力損失が大きくなることから、冷媒を流すことが困難になるという課題がある。

したがって、半導体チップ内にマイクロ流路を形成することなく、三次元積層半導体集積回路装置の排熱を効率良く行うことを目的とする。

開示する一観点からは、冷媒を流すチャネルを有する単結晶シリコンを用いた本体部と、前記本体部の側面から突出して前記本体部と一体に形成された単結晶シリコンを用いた複数本の熱伝導性ロッドとを有し、前記複数本の熱伝導性ロッドは、冷却対象となる半導体集積回路チップ側に設けられた凹部の少なくとも側面の一部と当接する形状であり、第１の方向において前記半導体集積回路チップに設けられた導電性接合部材の配列ピッチと同じピッチで配列しているとともに、前記第１の方向とは直交する第２の方向においては、前記半導体集積回路チップの積層ピッチと同じピッチで配列しており、前記複数本の熱伝導性ロッドを設けた側の本体部の側面が前記半導体集積回路チップの側端面との当接面となることを特徴とする冷却モジュールが提供される。

また、開示する別の観点からは、表裏を貫通する導電性貫通ビアを備えた複数枚の半導体集積回路チップと、前記複数枚の半導体集積回路チップ間を積層方向において電気的に接続する導電性接合部材と、前記積層した半導体集積回路チップの少なくとも１辺に当接する冷却モジュールとを有し、前記冷却モジュールは、冷媒を流すチャネル構造を有する単結晶シリコンを用いた本体部と、前記本体部から突出して前記本体部と一体に形成された単結晶シリコンを用いた複数本の熱伝導性ロッドとを備え、前記熱伝導性ロッドは、互いに隣接する前記導電性接合部材の間に挿入されるとともに、前記半導体集積回路チップの一方に設けられた凹部と熱的に接触していることを特徴とする積層半導体集積回路装置が提供される。

また、開示するさらに別の観点からは、第１の単結晶シリコン基板に冷媒の流通通路の一部となる少なくとも１本の第１の凹部を形成する工程と、第２の単結晶シリコン基板に冷媒の流通通路の一部となり且つ前記第１の凹部と同じ幅で同じ本数の第２の凹部を形成する工程と、前記第２の単結晶シリコン基板の前記第２の凹部を形成した面と反対側の面をエッチングすることによって冷却対象となる半導体集積回路チップ側に設けられた凹部の少なくとも側面の一部と当接する形状の複数本の熱伝導性ロッドを二次元マトリクス状に形成する工程と、前記第１の単結晶シリコン基板と前記第２の単結晶シリコン基板を、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを位置合わせして冷媒の流通方向に垂直な断面が密閉した形状のチャネルを形成するように貼り合せる工程とを備えたことを特徴とする冷却モジュールの製造方法が提供される。

開示の冷却モジュール、積層半導体集積回路装置及び冷却モジュールの製造方法によれば、半導体チップ内にマイクロ流路を形成することなく、三次元積層半導体集積回路装置の排熱を効率良く行うことが可能になる。

本発明の実施の形態の冷却モジュールを搭載した積層半導体集積回路装置の要部断面図である。本発明の実施の形態の冷却モジュールを搭載した積層半導体集積回路装置の構成説明図である。本発明の前提となる参考例１の冷却モジュールの製造工程の途中までの説明図である。本発明の前提となる参考例１の冷却モジュールの製造工程の図３以降の途中までの説明図である。本発明の前提となる参考例１の冷却モジュールの製造工程の図４以降の途中までの説明図である。本発明の前提となる参考例１の冷却モジュールの製造工程の図５以降の説明図である。本発明の前提となる参考例１の冷却モジュールの作用効果の説明図である。本発明の前提となる参考例２の積層半導体集積回路装置の要部断面図である。本発明の前提となる参考例２の積層半導体集積回路装置の構成説明図である。本発明の前提となる参考例２の積層半導体集積回路装置の細部断面図である。本発明の実施例１の積層半導体集積回路装置の細部断面図である。本発明の実施例２の積層半導体集積回路装置の構成説明図である。本発明の参考例３の積層半導体集積回路装置の構成説明図である。従来の積層半導体集積回路装置の断面図である。従来のマイクロチャネルを備えた積層半導体集積回路装置の細部断面図である。

ここで、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態の冷却モジュールを搭載した積層半導体集積回路装置を説明する。図１は本発明の実施の形態の冷却モジュールを搭載した積層半導体集積回路装置の要部断面図である。図２は本発明の実施の形態の冷却モジュールを搭載した積層半導体集積回路装置の構成説明図であり、図２（ａ）は上面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）における一点鎖線の矩形で囲んだ領域の細部平面図である。

冷却モジュールは冷媒を流通するチャネル２２を有する本体部２０と、本体部２０から突出して本体部２０と一体に形成された複数本の熱伝導性ロッド２３とを有する。この複数本の熱伝導性ロッド２３は、第１の方向において冷却対象となる半導体集積回路チップ１０に設けられた導電性接合部材１２の配列ピッチと同じピッチで配列している。また、第１の方向とは直交する第２の方向においては、冷却対象となる半導体集積回路チップ１０の積層ピッチと同じピッチで配列している。なお、実際には、熱伝導性ロッド２３は、冷却対象となる半導体集積回路チップ側に設けられた凹部の少なくとも側面の一部と当接する形状である。

なお、必須ではないが、本体部２０に設けられたチャネル２２は、本体部２０の構成材料により形成された隔壁２１により複数本のチャネル２２に分割することが望ましく、それによって冷媒との接触面積が増大するので、冷媒と本体部２０との間の熱交換を効率的に行うことができる。

また、本体部２０及び熱伝導性ロッド２３は、典型的には単結晶シリコンから形成するものであり、半導体集積回路チップ１０と同じ熱膨張係数になるので、半導体集積回路チップ１０の積層時のシリコンの反りに対応できる。また、単結晶シリコンを用いることによって通常のシリコンテクノロジーを用いて微細な熱伝導性ロッド２３等を精度良く形成することができる。

また、熱伝導性ロッド２３の表面に金属膜を形成しても良く、それによって、熱接触性が向上するので熱交換をスムーズに行うことができる。また、熱伝導性ロッド２３が突出している部分の本体部２０の壁厚は、冷媒が流通するチャネル２２の幅以上の厚さにすることが望ましく、それによって、熱伝導性ロッド２３を強固に支持することができる。

積層半導体集積回路装置としては、表裏を貫通する導電性貫通ビア１１を備えた複数枚の半導体集積回路チップ１０を導電性接合部材１２を介して積層し、冷却モジュールを半導体集積回路チップ１０に当接させる。この時、熱伝導性ロッド２３が導電性接合部材１２の間に挿入されるとともに、半導体集積回路チップ１０の一方に熱的に接触するように当接させる。半導体集積回路チップ１０で発生した熱は、熱伝導性ロッド２３によって本体部２０へ移動し、本体部２０に設けたチャネル２２を流れる冷媒との熱交換によって取り出されることになる。なお、半導体集積回路チップ１０と熱伝導性ロッド２３との接触部に、熱伝導グリースなどの接触熱抵抗を低減させる材料を設けても良い。

また、半導体集積回路チップ１０の熱伝導性ロッド２３と熱的に接触している部分に凹部を設けているので、熱伝導性ロッド２３の挿入用ガイドになるとともに、接触面積が増すので熱交換効率が高まる。

また、熱伝導性ロッド２３は薄く或いはより細く形成しても良く、それによって、弾性が増し可撓性が高くなるので、Ｕ字状に屈曲して隣接する導電性接合部材１２に当接させて熱交換効率を高めることができる。

また、冷却モジュールは、半導体集積回路チップ１０の少なくとも一辺に当接していれば良いが、半導体集積回路チップをバランス良く放熱するためには、図２（ａ）に示すように互いに対向する２辺に当接するようにすることが望ましい。

このような、冷却モジュールを製造するためには、第１の単結晶シリコン基板に冷媒の流通通路の一部となる少なくとも１本の第１の凹部を形成する。一方、第２の単結晶シリコン基板に冷媒の流通通路の一部となり且つ前記第１の凹部と同じ幅で同じ本数の第２の凹部を形成する。次いで、第２の単結晶シリコン基板の第２の凹部を形成した面と反対側の面に複数本の熱伝導性ロッド２３を第２の単結晶シリコン基板をエッチングすることにより冷却対象となる半導体集積回路チップ側に設けられた凹部の少なくとも側面の一部と当接する形状の二次元マトリクス状に形成する。次いで、第１の単結晶シリコン基板と第２の単結晶シリコン基板を、第１の凹部と第２の凹部とを位置合わせして冷媒の流通方向に垂直な断面が密閉した形状、典型的には矩形状のチャネル２２を形成するように貼り合せれば良い。

このような冷媒を流すチャネル２２を備えた冷却モジュールを半導体集積回路チップ１０の外周部に配置しているので、従来のＴＳＶ間の微細なマイクロチャネルに比較して、冷媒の圧力損失を小さくすることができる。また、放熱フィンを備えたヒートシンク或いはヒートスプレッダー等は用いても良いが、基本的には必要でないので、積層半導体集積回路装置の全体構成が簡素化される。

次に、図３乃至図７を参照して、まず、本発明の前提となる参考例１の冷却モジュールを説明するが、まず、図３乃至図６を参照して、本発明の前提となる参考例１の冷却モジュールの製造工程を説明する。まず、図３（ａ）に示すように、厚さが５００μｍのＳｉ基板３１に幅が３００μｍのストライプ状開口部を有するレジストパターン３２を形成する。なお、この時、最終的に底壁及び天井壁となる両側のレジストパターン３２の幅は１００μｍとし、隔壁となる中央のレジストパターン３２の幅は１５０μｍとする。

次いで、図３（ｂ）に示すように、レジストパターン３２をマスクとしてドライエッチングを行うことによって、深さが２００μｍの冷媒流路用凹部３３を形成する。次いで、図４（ｃ）に示すように、レジストパターン３２を除去することによって、隔壁３４、底壁３５、天井壁３６及び厚さ３００μｍの側壁３７を備えた第１部材が得られる。

次いで、図４（ｄ）に示すように、厚さが８００μｍのＳｉ基板４１に幅が３００μｍのストライプ状開口部を有するレジストパターン４２を形成する。なお、このレジストパターン４２の各パターン幅はレジストパターン３２の各パターン幅と同じである。次いで、図５（ｅ）に示すように、レジストパターン４２をマスクとしてドライエッチングを行うことによって、深さが１００μｍの冷媒流路用凹部４３を形成する。

次いで、図５（ｆ）に示すように、レジストパターン４２を除去したのち、隔壁４４、底壁４５及び天井壁４６が形成されたＳｉ基板４１を反転させて、冷媒流路用凹部４３を形成した面と反対側の面に二次元マトリクス状のレジストパターン４７を形成する。このレジストパターン４７のサイズは、２０μｍ×２０μｍで、冷媒流路用凹部４３の延在方向に沿ったピッチは適用対象となるＬＳＩチップに設けたはんだパンプのピッチに合わせる。また、冷媒流路用凹部４３の延在方向と直交する方向のピッチは適用対象となるＬＳＩチップの積層ピッチに合わせる。

次いで、図６（ｇ）に示すように、レジストパターン４７をマスクとしてドライエッチングを行うことによって３５０μｍの深さまで掘り下げることによって、長さが３５０μｍの冷却ロッド４９が形成される。この時、冷却ロッド４９を支える側壁４８の厚さは３５０μｍになる。

次いで、図６（ｈ）に示すように、レジストパターン４７を除去したのち、この第２部材と図４（ｃ）に示した第１部材を冷媒流路用凹部３３と冷媒流路用凹部４３とを位置合せて常温接合を行なうことで冷却モジュールが完成する。この冷却モジュールの本体部５０の側壁５３の厚さは２５０μｍとなり、側壁５４の厚さは３００μｍとなる、また、冷媒流路５６の断面サイズは高さが３００μｍで幅が３００μｍとなる。冷媒流通用の流路を形成でき、これにより、熱伝導性ロッドと冷媒流通流路が一体となった冷却モジュールが完成する。

図７は、本発明の前提となる参考例１の冷却モジュールの作用効果の説明図であり、参考のために従来のマイクロチャネルを形成した比較例１及び比較例２も示している。比較例１はマイクロチャネルの断面サイズを５０μｍ×５０μｍとし、比較例２はマイクロチャネルの断面サイズを高さ１００μｍ、幅５０μｍとしている。また、シミュレーションに際しては、ＬＳＩチップのサイズを２０ｍｍ×２０ｍｍ、はんだバンプのピッチを８０μｍとし、チップ発熱を１５０Ｗにしている。なお、冷媒として純水を用いる。

図から明らかなように、本発明の前提となる参考例１の冷却モジュールの圧力損失は、２００ｍｌ／分の冷媒流量で約２００ｋＰａ程度となる。一方、比較例１の場合には、１００ｍｌ／分の冷媒流量で約３０００ｋＰａ程度となり、また、比較例２の場合には、２００ｍｌ／分の冷媒流量で約１８００ｋＰａ程度となり、本発明の前提となる参考例１の方が圧倒的に圧力損失が小さくなっている。

このように、本発明の前提となる参考例１においては、Ｓｉチップ内にマイクロチャネルを設けるのではなく、Ｓｉチップの外部に断面積が大きな冷媒流路を備えた冷却モジュールを形成しているので、冷却を容易に行うことが可能になる。また、Ｓｉチップにマイクロチャネルを形成する必要がないので、製造工程が煩雑化することがない。

次に、図８乃至図１０を参照して、本発明の前提となる参考例２の積層半導体集積回路装置を説明する。図８は本発明の前提となる参考例２の積層半導体集積回路装置の要部断面図である。図９は本発明の前提となる参考例２の積層半導体集積回路装置の構成説明図であり、図９（ａ）は上面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）における一点鎖線の矩形で囲んだ領域の細部平面図である。また、図１０は本発明の前提となる参考例２の積層半導体集積回路装置の細部断面図であり、図９（ｂ）におけるＡ−Ａ′を結ぶ一点鎖線に沿った断面図を示している。この積層半導体集積回路装置は、上記の参考例１の冷却モジュールを３次元ＬＳＩチップ積層体に適用したものである。図９（ａ）に示すように、ＬＳＩチップ６０の互いに対向する２辺に当接するように一対の冷却モジュールを設ける。

図８は、一方の側での当接状態を概略的に示したもので、３次元ＬＳＩチップ積層体は、内部にＴＳＶ６２を形成したＬＳＩチップ６０をはんだバンプ６３を介して積層されている。最下層のＬＳＩチップ６０ははんだバンプ６８によって実装基板６７に搭載されている。冷却モジュールの本体部５０から延びる冷却ロッド４９は、各ＬＳＩチップ６０の素子形成領域６１が設けられた面とは反対側の面に当接するように挿入される。

図９（ａ）に示すように、一方の冷却モジュールの冷媒流路５６に図において上向きの流れの冷媒を供給すると、他方の冷却モジュールの冷媒流路５６に図において下向きの流れの冷媒を供給する。なお、冷媒の循環機構の図示は省略する。

図９（ｂ）或いは図１０に示すように、冷却ロッド４９は直径Ｄが２０μｍで配列ピッチＷが１００μｍ（間隔ｗは８０μｍ）のはんだバンプ６３の間にＬＳＩチップ６０の背面に当接するように挿入される。ＬＳＩチップ６０で発生した熱は冷却ロッド４９により本体部５０まで運ばれ、本体部５０において幅Ｌが３００μｍの冷媒流路５６を流れる冷媒と熱交換されて冷媒により排熱される。なお、ＬＳＩチップ６０の間隔ｄは５０μｍであり、この時、図８に示すように、冷媒流路５６を隔壁５５で２本に分割しているので、同じ断面積でも冷媒との接触面積が増すため、熱交換効率が高まる。なお、図１０における符号６４及び６５は、それぞれランド及び保護膜である。

このように、本発明の前提となる参考例２においては、３次元ＬＳＩチップ積層構造に上記の参考例１の冷却モジュールを外付けしているので、ＬＳＩチップ内にマイクロチャネルを設けることなく、ＬＳＩチップを効率的に冷却することができる。また、マイクロチャネルを形成する必要がないので、ＬＳＩの微細化或いは高集積化に対する対応が容易になる。

以上を前提として、次に、図１１を参照して本発明の実施例１の積層半導体集積回路装置を説明するが、この実施例１の積層半導体集積回路装置は、上記の参考例２の積層半導体集積回路装置に冷却ロッドを収容する凹部を設けたものである。それに伴って、上記の参考例１の冷却モジュールを作製する際に、複数本の冷却ロッドを積層半導体集積回路装置に設けられた凹部の少なくとも側面の一部と当接する形状に形成したものである。したがって、基本的構成は上記の参考例２の積層半導体集積回路装置と同じであるので、特徴点のみ説明する。

図１１は、本発明の実施例１の積層半導体集積回路装置の細部断面図であり、図１１（ａ）は冷却ロッド挿入前の細部断面図であり、図１１（ｂ）は冷却ロッド挿入後の細部断面図である。図１１（ａ）に示すように、ＬＳＩチップ６０の素子形成領域６１とした面と反対側の面、即ち、背面に冷却ロッドのガイド溝を兼ねるロッド収容凹部６６を設ける。

図１１（ｂ）に示すように、はんだバンプ６３間に挿入された冷却ロッド４９はロッド収容凹部６６に収容される。この時、冷却ロッド４９とＬＳＩチップ６０とはロッド収容凹部６６において冷却ロッド４９の側面とも当接するので、熱伝導効率が向上する。

次に、図１２を参照して本発明の実施例２の積層半導体集積回路装置を説明するが、この実施例２の積層半導体集積回路装置は、上記の実施例１の積層半導体集積回路装置の冷却ロッドの表面にＣｕ被覆層を設けたものである。したがって、基本的構成は上記の実施例１の積層半導体集積回路装置と同じであるので、特徴点のみ説明する。

図１２は本発明の実施例２の積層半導体集積回路装置の構成説明図であり、図１２（ａ）は上面図であり、図１２（ｂ）は図１２（ａ）における一点鎖線の矩形で囲んだ領域の細部平面図である。図１２（ｂ）に示すようには冷却ロッド５７の断面形状を５０μｍ×３０μｍとし、その表面に厚さが１μｍのＣｕ被覆層５８を蒸着したものである。

本発明の実施例２においては、冷却ロッド５７の表面にＣｕ被覆層５８を設けているので、熱接触性が向上し、熱伝導を効率的に行うことができる。但し、この場合には、はんだバンプ６３と接触しないように挿入して短絡を防止する必要がある。

次に、参考のために図１３を参照して本発明の参考例３の積層半導体集積回路装置を説明するが、この参考例３の積層半導体集積回路装置は、上記の参考例２の積層半導体集積回路装置の冷却ロッドを扁平にして弾性を高めたものである。したがって、基本的構成は上記の参考例２の積層半導体集積回路装置と同じであるので、特徴点のみ説明する。

図１３は本発明の参考例３の積層半導体集積回路装置の構成説明図であり、図１３（ａ）は上面図であり、図１３（ｂ）は図１３（ａ）における一点鎖線の矩形で囲んだ領域の細部平面図である。図１３（ｂ）に示すようには冷却ロッド５９の断面形状を１０μｍ×２０μｍとして弾性を高め、冷却ロッド５９をはんだバンプ６３の整列方向に対して斜めから挿入して先端部を曲げてＵ字状に屈曲させたものである。

本発明の参考例３においては、冷却ロッド５９を扁平状にして可撓性を高めて先端部をＵ字状にしてはんだバンプ６３に接触するようにしているので、はんだバンプ６３を介しても放熱を行うことが可能になる。

ここで、実施例１及び実施例２を含む本発明の実施の形態に関して、以下の付記を付す。
（付記１）冷媒を流すチャネルを有する単結晶シリコンを用いた本体部と、前記本体部の側面から突出して前記本体部と一体に形成された単結晶シリコンを用いた複数本の熱伝導性ロッドとを有し、前記複数本の熱伝導性ロッドは、冷却対象となる半導体集積回路チップ側に設けられた凹部の少なくとも側面の一部と当接する形状であり、第１の方向において前記半導体集積回路チップに設けられた導電性接合部材の配列ピッチと同じピッチで配列しているとともに、前記第１の方向とは直交する第２の方向においては、前記半導体集積回路チップの積層ピッチと同じピッチで配列しており、前記複数本の熱伝導性ロッドを設けた側の本体部の側面が前記半導体集積回路チップの側端面との当接面となることを特徴とする冷却モジュール。
（付記２）前記本体部に設けられたチャネル構造が、前記本体部の構成材料により形成された隔壁により複数本のチャネルに分割されていることを特徴とする付記１に記載の冷却モジュール。
（付記３）前記熱伝導性ロッドの表面に金属膜が形成されていることを特徴とする付記１または付記２に記載の冷却モジュール。
（付記４）前記熱伝導性ロッドが突出している部分の前記本体部の壁厚が、前記冷媒が流通するチャネルの幅以上の厚さであることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載の冷却モジュール。
（付記５）表裏を貫通する導電性貫通ビアを備えた複数枚の半導体集積回路チップと、前記複数枚の半導体集積回路チップ間を積層方向において電気的に接続する導電性接合部材と、前記積層した半導体集積回路チップの少なくとも１辺に当接する冷却モジュールとを有し、前記冷却モジュールは、冷媒を流すチャネル構造を有する単結晶シリコンを用いた本体部と、前記本体部から突出して前記本体部と一体に形成された単結晶シリコンを用いた複数本の熱伝導性ロッドとを備え、前記熱伝導性ロッドは、互いに隣接する前記導電性接合部材の間に挿入されるとともに、前記半導体集積回路チップの一方に設けられた凹部と熱的に接触していることを特徴とする積層半導体集積回路装置。
（付記６）前記積層された半導体集積回路チップの互いに対向する２辺に当接するように一対の前記冷却モジュールが配置されていることを特徴とする付記５に記載の積層半導体集積回路装置。
（付記７）第１の単結晶シリコン基板に冷媒の流通通路の一部となる少なくとも１本の第１の凹部を形成する工程と、第２の単結晶シリコン基板に冷媒の流通通路の一部となり且つ前記第１の凹部と同じ幅で同じ本数の第２の凹部を形成する工程と、前記第２の単結晶シリコン基板の前記第２の凹部を形成した面と反対側の面をエッチングすることによって冷却対象となる半導体集積回路チップ側に設けられた凹部の少なくとも側面の一部と当接する形状の複数本の熱伝導性ロッドを二次元マトリクス状に形成する工程と、前記第１の単結晶シリコン基板と前記第２の単結晶シリコン基板を、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを位置合わせして冷媒の流通方向に垂直な断面が密閉されたチャネルを形成するように貼り合せる工程とを備えたことを特徴とする冷却モジュールの製造方法。

１０半導体集積回路チップ
１１導電性貫通ビア
１２導電性接合部材
１３実装基板
１４はんだバンプ
２０本体部
２１隔壁
２２チャネル
２３熱伝導性ロッド
３１，４１Ｓｉ基板
３２，４２，４７レジストパターン
３３，４３冷媒流路用凹部
３４，４４隔壁
３５，４５底壁
３６，４６天井壁
３７，４８側壁
４９冷却ロッド
５０本体部
５１底壁
５２天井壁
５３，５４側壁
５５隔壁
５６冷媒流路
５７冷却ロッド
５８Ｃｕ被覆層
５９冷却ロッド
６０ＬＳＩチップ
６１素子形成領域
６２ＴＳＶ
６３はんだバンプ
６４ランド
６５保護膜
６６ロッド収容凹部
６７実装基板
６８はんだバンプ
７０ＬＳＩチップ
７１ＴＳＶ
７２，７４ランド
７３はんだバンプ
８０パッケージ基板
８１ランド
８２ＢＧＡ端子
８３ランド
８４配線基板
８５ヒートシンク
８６放熱フィン
９０ＬＳＩチップ
９１素子形成領域
９２マイクロチャネル
９３ＴＳＶ
９４，９６ランド
９５，９７はんだバンプ

Claims

冷媒を流すチャネルを有する単結晶シリコンを用いた本体部と、
前記本体部の側面から突出して前記本体部と一体に形成された単結晶シリコンを用いた複数本の熱伝導性ロッドと
を有し、
前記複数本の熱伝導性ロッドは、冷却対象となる半導体集積回路チップ側に設けられた凹部の少なくとも側面の一部と当接する形状であり、第１の方向において前記半導体集積回路チップに設けられた導電性接合部材の配列ピッチと同じピッチで配列しているとともに、前記第１の方向とは直交する第２の方向においては、前記半導体集積回路チップの積層ピッチと同じピッチで配列しており、
前記複数本の熱伝導性ロッドを設けた側の本体部の側面が前記半導体集積回路チップの側端面との当接面となることを特徴とする冷却モジュール。
表裏を貫通する導電性貫通ビアを備えた複数枚の半導体集積回路チップと、
前記複数枚の半導体集積回路チップ間を積層方向において電気的に接続する導電性接合部材と、
前記積層した半導体集積回路チップの少なくとも１辺に当接する冷却モジュールと
を有し、
前記冷却モジュールは、
冷媒を流すチャネル構造を有する単結晶シリコンを用いた本体部と、
前記本体部から突出して前記本体部と一体に形成された単結晶シリコンを用いた複数本の熱伝導性ロッドと
を備え、
前記熱伝導性ロッドは、互いに隣接する前記導電性接合部材の間に挿入されるとともに、前記半導体集積回路チップの一方に設けられた凹部と熱的に接触していることを特徴とする積層半導体集積回路装置。
第１の単結晶シリコン基板に冷媒の流通通路の一部となる少なくとも１本の第１の凹部を形成する工程と、
第２の単結晶シリコン基板に冷媒の流通通路の一部となり且つ前記第１の凹部と同じ幅で同じ本数の第２の凹部を形成する工程と、
前記第２の単結晶シリコン基板の前記第２の凹部を形成した面と反対側の面をエッチングすることによって冷却対象となる半導体集積回路チップ側に設けられた凹部の少なくとも側面の一部と当接する形状の複数本の熱伝導性ロッドを二次元マトリクス状に形成する工程と、
前記第１の単結晶シリコン基板と前記第２の単結晶シリコン基板を、前記第１の凹部と前記第２の凹部とを位置合わせして冷媒の流通方向に垂直な断面が密閉した形状のチャネルを形成するように貼り合せる工程と
を備えたことを特徴とする冷却モジュールの製造方法。