(57)【要約】【課題】半導体装置において、従来の装置よりも、発熱側ＩＣが発する熱が受熱側ＩＣへ伝わり難い構成を提供する。【解決手段】配線基板４と、発熱側ＩＣ２１、受熱側ＩＣ２２および伝熱抑制部材２３を有する第１のＩＣチップ２と、第１のＩＣチップ２を挟んで配線基板４の反対側に配置された第２のＩＣチップ３と、を有する。伝熱抑制部材２３は、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２の間の領域に設けられていることにより、発熱側ＩＣ２１が発する熱が受熱側ＩＣ２２に伝わることを抑制するための部材である。このような構成とされていることにより、発熱側ＩＣ２１が発する熱が発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２に伝わることが伝熱抑制部材２３により抑制され、受熱側ＩＣ２２に不具合が生じ難くなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板（４）と、
前記配線基板の上に配置されており、動作中に発熱する発熱側ＩＣ（２１）を有するＩＣチップ（２）と、
前記配線基板の上に配置されており、動作中の前記発熱側ＩＣよりも低温となる受熱側ＩＣ（２２）を有するＩＣチップ（２）と、
前記発熱側ＩＣを有するＩＣチップ、および、前記受熱側ＩＣを有するＩＣチップを挟んで、配線基板（４）の反対側に配置されたＩＣチップ（３）と、を有する半導体装置であって、
前記配線基板、前記発熱側ＩＣを備える前記ＩＣチップ、前記受熱側ＩＣを備える前記ＩＣチップのうちの少なくとも１つにおいて、前記発熱側ＩＣを備えるＩＣチップの上面に対する法線方向から見て、前記発熱側ＩＣと前記受熱側ＩＣの間の領域に、前記発熱側ＩＣが発する熱が前記受熱側ＩＣに伝わることを抑制するための伝熱抑制部材（２３、４６）が配置されており、
前記伝熱抑制部材は、前記伝熱抑制部材が備えられた部材の材質よりも熱伝導率が低い材質にて構成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記発熱側ＩＣを有するＩＣチップが、前記受熱側ＩＣを有するＩＣチップと同一のＩＣチップであり、
前記伝熱抑制部材が、前記発熱側ＩＣと前記受熱側ＩＣを共に有するＩＣチップにおいて、前記発熱側ＩＣが発する熱が前記発熱側ＩＣから前記受熱側ＩＣに至る伝熱経路中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記受熱側ＩＣを有するＩＣチップが、前記発熱側ＩＣを有するＩＣチップと別のＩＣチップであり、
前記伝熱抑制部材が、前記配線基板において、前記発熱側ＩＣが発する熱が前記配線基板を通じて前記受熱側ＩＣに至る伝熱経路中に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記伝熱抑制部材が配置された領域のうち前記発熱側ＩＣと前記受熱側ＩＣとを最短距離で結ぶ線分に垂直な直線の方向における端から端までの寸法よりも、前記発熱側ＩＣの寸法が小さく、かつ、前記受熱側ＩＣの寸法が小さいことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちのいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記発熱側ＩＣが、前記発熱側ＩＣを有するＩＣチップの上面に対する法線方向から見て、前記伝熱抑制部材に囲まれていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記伝熱抑制部材が、前記配線基板、前記発熱側ＩＣを有するＩＣチップ、前記受熱側ＩＣを有するＩＣチップのうちの少なくとも前記配線基板において配置されており、前記配線基板に配置された前記伝熱抑制部材は、前記配線基板の一面側から他面側まで貫通する貫通ビアにより構成されており、
前記配線基板において、前記発熱側ＩＣを有するＩＣチップに存在する熱を配線基板の一面側から他面側へ伝えるために前記配線基板を一面側から他面側まで貫通するサーマルビア（４３）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記伝熱抑制部材が、前記配線基板、前記発熱側ＩＣを有するＩＣチップ、前記受熱側ＩＣを有するＩＣチップのうちの少なくとも前記配線基板において配置されており、前記配線基板に配置された前記伝熱抑制部材は、前記配線基板の一面側から他面側まで貫通する貫通ビアにより構成されており、
前記配線基板において、前記配線基板の一面側と他面側とを電気的に接続するために前記配線基板を一面側から他面側まで貫通する構成とされた接続用ビア（４１）が配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＩＣを有する３次元実装型の半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数のＩＣチップが積層された３次元実装型の半導体装置が知られており、その中でも、基板に対して２枚以上のＩＣチップを積層した半導体装置や３枚以上のＩＣチップを積層した半導体装置など、３層以上の構成とされた半導体装置が知られている。３層以上の構成とされた半導体装置では、ＩＣチップに積載もしくは内蔵されたＩＣが発熱した際に、その熱が、ＩＣチップとＩＣチップの間もしくはＩＣチップと基板の間に挟まれたＩＣチップに伝わった場合、そのＩＣチップから外部（空気）へ放散され難い。すなわち、ＩＣチップなどに挟まれたＩＣチップが、その上下両面を、空気の熱伝導率よりも低い熱伝導率の材質よりなる層により塞がれていることにより、熱がその挟まれたＩＣチップに残り易い。このため、３層以上の構成とされた半導体装置では、挟まれたＩＣチップが高熱となり易く、ひいては半導体装置全体が高熱となり易い。
【０００３】
ＩＣが発する熱が外部へ放散され易くなるようにした半導体装置として、配線基板やＩＣチップなどの内部において、これらの熱伝導率よりも高い熱伝導率の材質よりなる熱伝導用部材（放熱用サーマルビアなど）が設けられた装置が知られている。
【０００４】
この種の装置として、例えば特許文献１に記載の装置が知られている。この装置は、配線基板の上面に第１のＩＣチップが積載されており、第１のＩＣチップの上面に第２のＩＣチップが積載された３層構造の構成とされている。このため、この装置では、上述した理由から、第１のＩＣチップが高熱となり易い。この装置における配線基板は、ＩＣが発する熱を半導体装置の外部へと伝導するための放熱用のサーマルビアを有する構成とされている。すなわち、この装置は、配線基板にサーマルビアが設けられた構成とされており、配線基板を放熱器として利用する。この装置では、第２のＩＣチップが発する熱が、第１のＩＣチップに伝わり、第１のＩＣチップ内で拡散したのち、配線基板の熱伝導率よりも高い熱伝導率の材質よりなるサーマルビアを伝って下方向（配線基板）に伝わることにより外部へ放散される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８８９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
複数のＩＣチップが積層された３次元実装型の半導体装置において、積層された各ＩＣチップに積載もしくは内蔵されたＩＣそれぞれの発熱量もしくは耐熱性が異なる場合がある。また、２次元実装型の場合と同様、１枚のＩＣチップに、発熱量もしくは耐熱性が異なる複数のＩＣが積載若しくは内蔵される場合もある。これらの場合に、半導体装置に設けられたＩＣのうちの発熱量が高いＩＣ（以下、発熱側ＩＣという）が発する熱が、半導体装置に設けられたＩＣのうちのその他のＩＣ（以下、受熱側ＩＣという）に伝わることがある。発熱側ＩＣが発する熱が受熱側ＩＣに伝わると、受熱側ＩＣの熱耐性によっては受熱側ＩＣに不具合が生じ得るため、好ましくない。
【０００７】
このような不具合は、３層以上の構成の半導体装置において、そのうちの１層である上下両面を挟まれたＩＣチップに発熱側ＩＣおよび受熱側ＩＣが設けられている場合、特に生じ易い。上述したように、上下両面を挟まれたＩＣチップは熱が残り易いため、発熱側ＩＣが熱を発した場合、その熱がそのＩＣチップに残り易く、受熱側ＩＣに伝わり易いからである。
【０００８】
特許文献１の半導体装置では、上述したように、第１のＩＣチップに伝わった熱が、第１のＩＣチップ内で拡散したのち、配線基板の熱伝導率よりも高い熱伝導率の材質よりなるサーマルビアを伝って下方向（配線基板）に伝わることにより外部へ放散する。しかしながら、ＩＣチップなどによって上下両面を挟まれたＩＣチップに発熱側ＩＣおよび受熱側ＩＣが設けられた構成とする場合、特許文献１の半導体装置では、受熱側ＩＣへの伝熱を十分に防止することができない。この装置の場合、サーマルビアによる放熱が行われてもなお、発熱側ＩＣが発する熱が、挟まれたＩＣチップ内を横方向（ＩＣチップの上面に対して平行方向）に伝わったのちに受熱側ＩＣに伝わってしまうことがある。
【０００９】
ここで、半導体装置を構成する複数層のうちの上下両面を挟まれた層において発熱側ＩＣおよび受熱側ＩＣが設けられている場合（以下、発熱側ＩＣもしくは受熱側ＩＣが設けられた層をＩＣ含有層という）に熱が横方向に伝わる類型として、大きく２つに分けられる。１つ目の類型は、発熱側ＩＣが発する熱が、ＩＣ含有層における発熱側ＩＣと受熱側ＩＣの間の領域を伝わる類型（以下、直接的伝熱という）である。もう１つの類型は、発熱側ＩＣが発する熱が、半導体装置を構成する複数層のうちのＩＣ含有層以外の層に伝わったのちに受熱側ＩＣへ伝わる類型である。すなわち、発熱側ＩＣが発する熱が、半導体装置を構成する複数層のうちのＩＣ含有層以外の層を介して受熱側ＩＣへ伝わる類型（以下、間接的伝熱という）である。これら直接的伝熱もしくは間接的伝熱のいずれについても、受熱側ＩＣに熱が伝わることを抑制することが望まれる。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、発熱側ＩＣおよび受熱側ＩＣを有する３層以上の構成とされた半導体装置において、従来の装置よりも、発熱側ＩＣが発する熱が受熱側ＩＣへ伝わり難い構成とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、配線基板（４）、発熱側ＩＣ（２１）を有するＩＣチップ（２）、受熱側ＩＣ（２２）を有するＩＣチップ（２）のうちの少なくとも１つにおいて、伝熱抑制部材（２３、４６）が配置されていることを特徴とする。伝熱抑制部材は、発熱側ＩＣを備えるＩＣチップの上面に対する法線方向から見て、発熱側ＩＣと受熱側ＩＣの間の領域に配置されている。
【００１２】
このような構成とされていることにより、発熱側ＩＣが発する熱が発熱側ＩＣと受熱側ＩＣの間の領域を伝わることが伝熱抑制部材により抑制される。よって、高熱となり易いＩＣチップにおいて、発熱側ＩＣが発する熱が、受熱側ＩＣへ伝わり難くなる。このため、受熱側ＩＣに不具合が生じ難くなる。
【００１３】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図２】図１に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図４】図３に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図６】図５に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図７】本発明の第４実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図８】図７に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図９】本発明の第５実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図１０】図９に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図１２】図１１に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図１３】本発明の別の他の実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図１４】図１３に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図１５】本発明の別の他の実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図１６】図１５に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図１７】本発明の別の他の実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図１８】図１７に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図１９】本発明の別の他の実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【図２０】図１９に示す半導体装置１の上面を示す図である。
【図２１】本発明の別の他の実施形態に係る半導体装置１の断面構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る半導体装置１について図１、２を参照して説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１は、第１のＩＣチップ２、第１のＩＣチップ２の上面に積載された第２のＩＣチップ３、およびこれら２枚のＩＣチップ２、３を積載する配線基板４を有する３層構造の構成とされている。また、本実施形態では、第１のＩＣチップ２において、発熱側ＩＣ２１、受熱側ＩＣ２２、及び発熱側ＩＣ２１が発する熱が受熱側ＩＣ２２に伝わることを抑制する伝熱抑制部材２３が備えられている。すなわち、本実施形態に係る半導体装置１は、配線基板４と、発熱側ＩＣ２１、受熱側ＩＣ２２および伝熱抑制部材２３を有する第１のＩＣチップ２と、第１のＩＣチップ２を挟んで配線基板４の反対側に配置された第２のＩＣチップ３と、を有する。
【００１８】
図１に示すように、第１のＩＣチップ２は、薄板状の半導体基板に半導体集積回路が形成されたチップである。第１のＩＣチップ２を構成する半導体基板は、例えば、シリコンよりなる。
【００１９】
第１のＩＣチップ２の表層付近において、発熱側ＩＣ２１および受熱側ＩＣ２２がそれぞれ設けられている。上述したように、発熱側ＩＣ２１は、動作中に発熱するＩＣであり、受熱側ＩＣ２２は、動作中の発熱側ＩＣ２１よりも低温となるＩＣである。図２に示すように、発熱側ＩＣ２１および受熱側ＩＣ２２はそれぞれ、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、方形状となるように配置されている。発熱側ＩＣ２１は、例えば、パワー系のトランジスタ、抵抗もしくはコンデンサなどよりなり、受熱側ＩＣ２２は、例えば、制御系のトランジスタ、抵抗もしくはコンデンサなどよりなる。
【００２０】
図１、２に示すように、第１のＩＣチップ２において、第１のＩＣチップ２を一面側から他面側まで貫通する伝熱抑制部材２３が複数設けられている。伝熱抑制部材２３は、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２の間の領域に設けられていることにより、発熱側ＩＣ２１が発する熱が受熱側ＩＣ２２に伝わることを抑制するための部材である。伝熱抑制部材２３は、第１のＩＣチップ２の一面側から他面側まで貫通する貫通ビアにより構成されている。この伝熱抑制部材２３（貫通ビア）は、貫通孔に、第１のＩＣチップ２を構成する基板（例えば、シリコン基板）の熱伝導率よりも低い熱伝導率の材質よりなる導電材料が充填された構成とされている。この導電材料としては、例えば、真鍮、鉄、白金、ステンレス鋼、導電性ガラス、導電性樹脂などが採用され得る。このように、伝熱抑制部材２３は、伝熱抑制部材２３が備えられた部材である第１のＩＣチップ２の材質よりも熱伝導率が低い材質にて構成されている。なお、本実施形態では、複数の伝熱抑制部材２３のうちの全ての伝熱抑制部材２３の熱伝導率が同じに構成されている。しかしながら、半導体装置１において、複数の伝熱抑制部材２３のうちの一部の伝熱抑制部材２３の熱伝導率が、複数のうちの他の伝熱抑制部材２３の熱伝導率と異なる構成としてもよい。
【００２１】
なお、この伝熱抑制部材２３（貫通ビア）は、例えば、以下のような一般的な製法により形成される。すなわち、貫通ビアは、ドリル加工、レーザー加工やエッチングなどによりＩＣチップ２に貫通孔を形成した後、貫通孔の側壁に熱酸化やスパッタ、ＣＶＤなどにより酸化膜や窒化膜などの絶縁膜を形成し、貫通孔に上述した導電材料を充填することで形成される。
【００２２】
図２に示すように、各伝熱抑制部材２３は、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２の間の領域において、互いに所定距離を空けながら１列に複数配置されている。より具体的には、各伝熱抑制部材２３は、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２とを最短距離で結ぶ線分を伝熱経路として、この直線に対して垂直な直線上において、互いに所定距離を空けながら１列に複数配置されている。
【００２３】
ここで、本実施形態では、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２とを最短距離で結ぶ線分に垂直な直線の方向において、伝熱抑制部材２３が配置された領域の端から端までの寸法よりも、発熱側ＩＣ２１の寸法が小さい構成とされている。さらに、本実施形態では、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２とを最短距離で結ぶ線分に垂直な直線の方向において、伝熱抑制部材２３が配置された領域の端から端までの寸法よりも、受熱側ＩＣ２２の寸法が小さい構成とされている。
【００２４】
図１に示すように、第２のＩＣチップ３は、第１のＩＣチップ２と同様、薄板状の半導体基板に半導体集積回路が形成されたチップであり、第１のＩＣチップ２の上面に積載されている。第２のＩＣチップ３は、例えばトランジスタや配線などが形成された構成とされている。第２のＩＣチップ３と第１のＩＣチップ２とは、図示しない配線などにより電気的に接続されている。
【００２５】
配線基板４は、シリコンインターポーザよりなる板状の配線用基板であり、その上面において第１のＩＣチップ２（および第２のＩＣチップ３）を積載している。
【００２６】
配線基板４には、配線基板４の一面側から他面側まで貫通する構成とされた、接続用ビア４１および熱伝導用部材４３がそれぞれ複数設けられている。配線基板４の一面および他面には、熱酸化、スパッタやＣＶＤなどの一般的な成膜方法やフォトリソグラフィなどの一般的なパターニング方法などを用いて、層間絶縁膜４５および図示しない配線が形成されている。
【００２７】
図１に示すように、各接続用ビア４１は、配線基板４の一面側と他面側（第１のＩＣチップ２と半導体装置１の外部）とを電気的に接続するための貫通ビアであり、配線基板４を一面側から他面側まで貫通する構成とされている。この貫通ビア（接続用ビア４１）は、貫通孔に導電材料が充填された構成とされており、この導電材料としては、例えば、金や銅などが採用され得る。
【００２８】
図２に示すように、接続用ビア４１は、配線基板４において、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、第１のＩＣチップ２の周縁部の全周に亘って、互いに所定距離を空けながら１列に複数配置されている。
【００２９】
なお、接続用ビア４１も、上述した伝熱抑制部材２３と同様、例えば、以下のような一般的な製法により形成される。すなわち、接続用ビア４１は、ドリル加工、レーザー加工やエッチングなどにより配線基板４に貫通孔を形成した後、貫通孔の側壁に熱酸化やスパッタ、ＣＶＤなどにより酸化膜や窒化膜などの絶縁膜を形成し、貫通孔に導電材料を充填することで形成される。配線基板４が絶縁体であれば、貫通孔の側壁の絶縁膜は省略してもよい。
【００３０】
各接続用ビア４１の両端それぞれには電極端子４２が設けられており、これらの電極端子４２にＩＣチップ２や半導体装置１の外部配線等が接続されることにより、配線基板４の両面側が電気的に接続される。電極端子４２は、例えば、メッキや蒸着、スパッタなどにより形成された金や銅などのバンプやはんだなどよりなる。
【００３１】
図１に示すように、熱伝導用部材４３は、第１のＩＣチップ２に存在する熱を半導体装置１の外部へ伝えるための部材であり、ここでは、配線基板４を一面側から他面側まで貫通するサーマルビアにより構成されている。この熱伝導用部材４３（サーマルビア）は、貫通孔に、配線基板４の熱伝導率よりも高い熱伝導率の材質よりなる導電材料が充填された構成とされている。この導電材料としては、例えば、金や銅などが採用され得る。
【００３２】
図２に示すように、熱伝導用部材４３は、発熱側ＩＣ２１を備える第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、配線基板４のうち伝熱抑制部材２３よりも発熱側ＩＣ２１側に複数配置されている。
【００３３】
なお、この熱伝導用部材４３（サーマルビア）も、上述した接続用ビア４１と同様の一般的な製法により形成される。
【００３４】
各熱伝導用部材４３（サーマルビア）の両端に端子４４が設けられており、例えば、一端側（配線基板４の一面側）の端子４４にＩＣチップ２、他端側（配線基板４の他面側）の端子４４にヒートシンク（放熱器）が接続される。この場合、ＩＣチップ２に存在する熱が、ＩＣチップ２側の端子４４から熱伝導用部材４３（サーマルビア）に伝わり、その後、ヒートシンク側の端子４４に伝わったのちにヒートシンクに伝わる。このような経路で熱が伝わることにより、ＩＣチップ２に存在する熱が半導体装置１の外部へ放熱される。端子４４は、例えば、メッキや蒸着、スパッタなどにより形成された金や銅などのバンプやはんだなどよりなる。
【００３５】
上述したように、本実施形態に係る半導体装置１は、配線基板４と、発熱側ＩＣ２１、受熱側ＩＣ２２および伝熱抑制部材２３を有する第１のＩＣチップ２と、第１のＩＣチップ２を挟んで配線基板４の反対側に配置された第２のＩＣチップ３と、を有する。すなわち、本実施形態では、伝熱抑制部材２３が、上下両面を挟まれた第１のＩＣチップ２において、前記発熱側ＩＣが発する熱が前記発熱側ＩＣから前記受熱側ＩＣに至る伝熱経路中に配置されている。
【００３６】
本実施形態では、このように、伝熱抑制部材２３が上記伝熱経路中に配置されていることにより、発熱側ＩＣ２１が発する熱が発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２の間の領域を伝わることが阻害されるため、直接的伝熱が抑制される。すなわち、本実施形態に係る半導体装置１では、高熱となり易い第１のＩＣチップ２において、発熱側ＩＣ２１が発する熱が、受熱側ＩＣ２２へ伝わり難くなる。このため、本実施形態に係る半導体装置１では、受熱側ＩＣ２２に不具合が生じ難くなる。
【００３７】
さらに、本実施形態では、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２とを最短距離で結ぶ線分に垂直な直線の方向において、伝熱抑制部材２３が配置された領域の端から端までの寸法よりも、発熱側ＩＣ２１の寸法が小さい構成とされている。
【００３８】
このため、本実施形態では、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２とを最短距離で結ぶ線分に垂直な直線方向において発熱側ＩＣ２１から離れた位置においても、伝熱抑制部材２３により発熱側ＩＣ２１から受熱側ＩＣ２２への伝熱が阻害されることとなる。これにより、発熱側ＩＣ２１が発する熱は、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２との間を伝わらずに、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２とを最短距離で結ぶ線分に垂直な直線方向（図２の符号Ａ１、Ａ２の矢印方向）に伝わる傾向が強くなる。すなわち、発熱側ＩＣ２１が発する熱が、発熱側ＩＣ２１の外縁部へ伝わり易くなり、外部（空気）へ放散され易くなることで、直接的伝熱がさらに抑制される。よって、さらに、高熱となり易い第１のＩＣチップ２において、発熱側ＩＣ２１が発する熱が受熱側ＩＣ２２へ伝わり難くなる。このため、本実施形態に係る半導体装置１では、さらに、受熱側ＩＣ２２に不具合が生じ難くなる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２とを最短距離で結ぶ線分に垂直な直線の方向において、伝熱抑制部材２３が配置された領域の端から端までの寸法よりも、受熱側ＩＣ２２の寸法が小さい構成とされている。
【００４０】
このため、本実施形態では、発熱側ＩＣ２１が発した熱が、発熱側ＩＣ２１の側から受熱側ＩＣ２２の側へ伝わるまでに、伝熱抑制部材２３が形成する端よりも外側の領域を経由することとなる（図２の符号Ｂ１の矢印、符号Ｂ２の矢印）。すなわち、発熱側ＩＣ２１が発する熱が、発熱側ＩＣ２１から離されると共に外部（空気）へ近づくように導かれ易くなることにより、直接的伝熱がさらに抑制される。よって、本実施形態に係る半導体装置１では、さらに、高熱となり易い第１のＩＣチップ２において、発熱側ＩＣ２１が発する熱が、受熱側ＩＣ２２へ伝わり難くなる。よって、本実施形態に係る半導体装置１では、さらに、受熱側ＩＣ２２に不具合が生じ難くなる。
【００４１】
さらに、本実施形態に係る半導体装置１では、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、配線基板４のうち伝熱抑制部材２３よりも発熱側ＩＣ２１側に熱伝導用部材４３を複数配置している。
【００４２】
ここで、上述したように、本実施形態に係る半導体装置１では、伝熱抑制部材２３が配置されているため、発熱側ＩＣ２１が発する熱が発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２の間の領域を伝わることが伝熱抑制部材２３に阻害される。このため、発熱側ＩＣ２１が発する熱は、伝熱抑制部材２３よりも受熱側ＩＣ２２側に伝わらずに発熱側ＩＣ２１側に残る傾向が強くなり、第１のＩＣチップ２のうちの発熱側ＩＣ２１側の領域に熱が溜まり易い。しかし、本実施形態では、伝熱抑制部材２３よりも発熱側ＩＣ２１側の領域に熱伝導用部材４３が配置されているため、熱がこの領域に溜まっても、その熱は熱伝導用部材４３により第１のＩＣチップ２から配線基板４へ伝わったのち外部へ逃がされる。よって、本実施形態では、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、伝導抑制部材２３に囲まれた領域が高温となり難くなる。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態に係る半導体装置１は、配線基板４と、発熱側ＩＣ２１、受熱側ＩＣ２２および伝熱抑制部材２３を有する第１のＩＣチップ２と、第１のＩＣチップ２を挟んで配線基板４の反対側に配置された第２のＩＣチップ３と、を有する。すなわち、本実施形態では、伝熱抑制部材２３が、上下両面を挟まれた第１のＩＣチップ２において、前記発熱側ＩＣが発する熱が前記発熱側ＩＣから前記受熱側ＩＣに至る伝熱経路中に配置されている。
【００４４】
このように、本実施形態では、伝熱抑制部材２３が伝熱経路中に配置されていることにより、発熱側ＩＣ２１が発する熱が発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２の間の領域を伝わることが阻害されるため、直接的伝熱が抑制される。よって、本実施形態に係る半導体装置１では、高熱となり易い第１のＩＣチップ２において、発熱側ＩＣ２１が発する熱が、受熱側ＩＣ２２へ伝わり難くなる。このため、本実施形態に係る半導体装置１では、受熱側ＩＣ２２に不具合が生じ難くなる。
【００４５】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について図３、４を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、伝熱抑制部材２３の配置を変更したものあり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
【００４６】
図３、４に示すように、本実施形態では、各伝熱抑制部材２３が、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、発熱側ＩＣ２１を囲むと共に受熱側ＩＣ２２を囲まないように、第１のＩＣチップ２に配置されている。
【００４７】
このような構成とされているため、本実施形態では、発熱側ＩＣ２１が発する熱が、第１のＩＣチップ２において、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、伝熱抑制部材２３に囲まれた領域に残って溜まり易くなる。よって、第１実施形態の場合よりも、発熱側ＩＣ２１が発する熱が伝熱抑制部材２３の外側から迂回して受熱側ＩＣ２２に伝わること（図２の符号Ｂ１、Ｂ２の矢印参照）が生じ難い。すなわち、本実施形態では、伝熱抑制部材２３が発熱側ＩＣ２１を囲むように配置されている構成ではない第１実施形態の場合よりもさらに、直接的伝熱が伝熱抑制部材２３により抑制される。よって、本実施形態に係る半導体装置１では、第１実施形態の場合よりもさらに、高熱となり易い第１のＩＣチップ２において発熱側ＩＣ２１が発する熱が受熱側ＩＣ２２へ伝わり難くなり、受熱側ＩＣ２２に不具合が生じ難くなる。
【００４８】
さらに、本実施形態では、各伝熱抑制部材２３が、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、配線基板４に備えられた熱伝導用部材４３を囲むように配置されている。
【００４９】
本実施形態では、上述したように、発熱側ＩＣ２１が発する熱が、第１のＩＣチップ２において、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、伝熱抑制部材２３に囲まれた領域に残って溜まり易い。しかし、本実施形態では、この伝導抑制部材２３に囲まれた領域に熱伝導用部材４３が配置されているため、熱がこの領域に溜まっても、その熱は熱伝導用部材４３を介して第１のＩＣチップ２から配線基板４へ伝わって半導体装置１の外部へ逃がされる。よって、本実施形態では、伝導抑制部材２３に囲まれた領域が高温となり難くなる。
【００５０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について図５、６を参照して説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２がそれぞれ別のＩＣチップ２ａ、２ｂに設けられた構成に変更したものである。さらに、本実施形態は、第２実施形態に対して、第１のＩＣチップ２ではなく、配線基板４において伝熱抑制部材４６が設けられた構成に変更したものである。
【００５１】
図５に示すように、本実施形態は、第１のＩＣチップ２が、発熱側ＩＣ２１を有するＩＣチップ２ａと受熱側ＩＣを有する別のＩＣチップ２ｂとを有した構成とされている。発熱側ＩＣ２１を有するＩＣチップ２ａ、および、受熱側ＩＣを有するＩＣチップ２ｂは、互いに間隔を空けて配線基板４の上面に設置されている。
【００５２】
その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００５３】
図５に示すように、本実施形態に係る半導体装置１では、配線基板４において、配線基板４を一面側から他面側まで貫通する伝熱抑制部材４６が複数設けられている（第１のＩＣチップ２においては伝熱抑制部材２３が設けられていない）。伝熱抑制部材４６は、配線基板４の一面側から他面側まで貫通する貫通ビアにより構成されている。この伝熱抑制部材４６（貫通ビア）は、第２実施形態などと同様、貫通孔に、第１のＩＣチップ２の半導体基板の熱伝導率よりも低い熱伝導率の材質よりなる導電材料が充填された構成とされている。導電材料としても、第２実施形態などと同様のものが採用され得る。なお、伝熱抑制部材４６（貫通ビア）は、第２実施形態などと同様の一般的な製法により形成される。
【００５４】
図５、６に示すように、本実施形態では、各伝熱抑制部材４６が、発熱側ＩＣ２１を備えるＩＣチップ２ａの上面に対する法線方向から見て、発熱側ＩＣ２１を囲むと共に受熱側ＩＣ２２を囲まないように、配線基板４に配置されている。
【００５５】
また、配線基板４において接続用ビア４１が設けられており、伝熱抑制部材４６、熱伝導用部材４３、および接続用ビア４１はいずれも、同一の径および形状の貫通ビアとなる構成とされている。
【００５６】
ここで、複数層で構成される半導体装置においては、上述した間接的伝熱が生じ得る。本実施形態においては、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２とがそれぞれ別のＩＣチップ２ａ、２ｂに備えられており、それらＩＣチップ２ａ、２ｂが互いに離されているため、直接的伝熱は比較的生じ難いものの、間接的伝熱が生じることがある。すなわち、発熱側ＩＣ２１が発する熱が、熱伝導用部材４３などを介して配線基板４のうち発熱側ＩＣ２１の下方の領域に伝わったのち、横方向に伝わることで配線基板４のうち受熱側ＩＣ２２の下方の領域に伝わる。そして、接続用ビア４１や端子４２などを介して受熱側ＩＣ２２へ伝わることがある。
【００５７】
そこで、本実施形態では、上述したように、各伝熱抑制部材４６を、発熱側ＩＣ２１を備えるＩＣチップ２ａの上面に対する法線方向から見て、発熱側ＩＣ２１を囲むと共に受熱側ＩＣ２２を囲まないように、配線基板４に配置している。すなわち、本実施形態では、伝熱抑制部材４６を、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２を備えるＩＣチップ２とは別の層である配線基板４において、発熱側ＩＣ２１が発する熱が配線基板４を通じて受熱側ＩＣ２２に至る伝熱経路中に配置している。
【００５８】
このように、本実施形態では、伝熱抑制部材２３が配線基板４のうちの上記伝熱経路中に配置されていることにより、発熱側ＩＣ２１が発する熱が、配線基板４のうち発熱側ＩＣ２１の下方の領域から受熱側ＩＣ２２の下方の領域へ伝わることが阻害される。このため、間接的伝熱が抑制される。よって、本実施形態に係る半導体装置１では、発熱側ＩＣ２１が発する熱が受熱側ＩＣ２２へ伝わり難くなるため、受熱側ＩＣ２２に不具合が生じ難くなる。
【００５９】
さらに、本実施形態に係る半導体装置１は、発熱側ＩＣ２１が、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、伝熱抑制部材４６に囲まれた構成とされている。このため、本実施形態では、伝熱抑制部材２３が発熱側ＩＣ２１を囲むように配置されている構成とする場合よりもさらに、間接的伝熱を抑制できる。
【００６０】
さらに、本実施形態に係る半導体装置１では、伝熱抑制部材４６が、貫通ビアにより構成されており、接続用ビア４１や熱伝導用部材４３（サーマルビア）を備える層（配線基板４）に設けられている。このため、本実施形態に係る半導体装置１を製造する工程において、接続用ビア４１や熱伝導用部材４３（サーマルビア）をドリルやレーバー等により形成する際に、これら４１、４３と同時に伝熱抑制部材４６も形成することができる。よって、本実施形態では、第１、２実施形態よりも、半導体装置１を容易に製造することができる。
【００６１】
さらに、本実施形態では、伝熱抑制部材４６、熱伝導用部材４３、接続用ビア４１はいずれも、同一の径および同一の形状の貫通ビアとされている。このため、半導体装置１を製造する工程において、ビア毎にドリルもしくはレーザー等の種類を換えることなく、これらのビア（伝熱抑制部材４６、熱伝導用部材４３、接続用ビア４１）を形成することができる。よって、本実施形態では、半導体装置１を製造する工程において、伝熱抑制部材４６、熱伝導用部材４３、および接続用ビア４１を、さらに容易に形成することができ、半導体装置１をさらに容易に製造することができる。
【００６２】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について図７、８を参照して説明する。本実施形態は、第２実施形態に対して、第３実施形態で説明した伝熱抑制部材４６を備えたものである。その他については第２実施形態と同様であるため、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６３】
図７に示すように、本実施形態は、第１のＩＣチップ２を一面側から他面側まで貫通する伝熱抑制部材２３、および、配線基板４を一面側から他面側まで貫通する伝熱抑制部材４６がそれぞれ複数設けられた構成とされている。各伝熱抑制部材２３、４６は、貫通ビアにより構成されている。
【００６４】
図８に示すように、本実施形態では、各伝熱抑制部材２３、４６が、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、発熱側ＩＣ２１を囲むと共に受熱側ＩＣ２２を囲まないように、配線基板４および第１のＩＣチップ２に配置されている。なお、配線基板４に配置された伝熱抑制部材４６は、第１のＩＣチップ２に配置された伝熱抑制部材２３と同一レイアウトとされている。
【００６５】
このため、本実施形態に係る半導体装置１では、第２実施形態の場合と同様に、直接的伝熱が伝熱抑制部材２３により抑制される。また、本実施形態に係る半導体装置１では、第３実施形態の場合と同様に、間接的伝熱が伝熱抑制部材４６により抑制される。よって、本実施形態に係る半導体装置１では、第１、２実施形態の場合よりも、発熱側ＩＣ２１が発する熱が受熱側ＩＣ２２へ伝わり難くなり、受熱側ＩＣ２２に不具合が生じ難くなる。
【００６６】
なお、本実施形態において、伝熱抑制部材４６を、熱伝導用部材４３と同じ構造にしたり、熱伝導用部材４３と同一の径および同一の形状にすることにより、第３実施形態と同様の効果が得られる。
【００６７】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について図９、１０を参照して説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、伝熱抑制部材２３の構造を変更したものである。その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
【００６８】
本実施形態のおける伝熱抑制部材２３は、第１実施形態の場合と同様に、発熱側ＩＣ２１を備える第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２の間の領域に配置されている。また、本実施形態における伝熱抑制部材２３は、第１実施形態の場合と同様に、発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２とを最短距離で結ぶ線分に垂直な直線を伝熱経路として、この直線上に配置されている。
【００６９】
しかしながら、図１０に示すように、本実施形態のおける伝熱抑制部材２３は、第１実施形態のように複数よりなる伝熱抑制部材２３が互いに所定距離を空けながら配置されているのではなく、上記直線方向において繋がれた構造とされている。より具体的には、本実施形態では、伝熱抑制部材２３が、上記直線のうち第１実施形態における伝熱抑制部材２３の端から端までの領域において、繋がれて形成された構成とされている。
【００７０】
このため、本実施形態では、複数よりなる伝熱抑制部材２３が互いに所定距離を空けながら配置された構成である第１実施形態よりもさらに、発熱側ＩＣ２１が発する熱が上記直線を越えて伝わり難くなる。すなわち、本実施形態では、発熱側ＩＣ２１が発する熱が発熱側ＩＣ２１と受熱側ＩＣ２２の間の領域を伝わることが、第１実施形態よりもさらに、阻害される。よって、本実施形態では、第１実施形態よりもさらに、直接的伝熱が抑制される。
【００７１】
さらに、本実施形態における伝熱抑制部材２３は、第１実施形態の場合とは異なり、例えばエポキシ樹脂などにより形成されている。エポキシ樹脂は、例えば、スピンコート法などの製法により形成される。
【００７２】
（他の実施形態）
上記第２実施形態では、各伝熱抑制部材２３が１列に配置された例について説明したが、第１、３実施形態などにおいて２列や３列に配置することもできる。すなわち、例えば、図１１、１２に示すように、第３実施形態に係る半導体装置１において、伝熱抑制部材２３が２列に配置された構成とすることもできる。これにより、上述した伝熱抑制部材２３による伝熱抑制効果をさらに高くすることができる。
【００７３】
また、上記第１〜４実施形態においては、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、複数の伝熱抑制部材２３、４６がそれぞれ同じ大きさとされていたが、本発明に係る半導体装置１の構成はこれに限られない。例えば、伝熱抑制部材２３、４６による伝熱抑制効果をさらに高めたい場合には伝熱抑制部材２３、４６を大きくするなど適宜変更すればよい。すなわち、例えば、図１３、１４に示すように、半導体装置１において、発熱側ＩＣ２１に対して近い位置に配置される伝熱抑制部材２３、４６を大きくして、発熱側ＩＣ２１に対して遠い位置に配置される伝熱抑制部材２３、４６を小さくすることもできる。
【００７４】
また、上記第５実施形態では、第１実施形態に対して、伝熱抑制部材２３の構造を変更した例について説明した。しかしながら、図１５、１６に示すように、第２実施形態に対して、第５実施形態と同様にして伝熱抑制部材２３の構造を変更した構成とすることもできる。この場合、図１６に示すように、第１のＩＣチップ２が、第１のＩＣチップ２の上面に対する法線方向から見て、伝熱抑制部材２３の全周において、伝熱抑制部材２３に囲まれた部分と伝熱抑制部材２３よりも外側の部分とに分離された構成となる。この構成の半導体装置１は、第１のＩＣチップ２が上記のように２つの部分に分離された状態においてエポキシ樹脂を埋め込むことで伝熱抑制部材２３を形成することで製造され得る。この場合において、全周において分離された構造ではなく、全周の一部において伝熱抑制部材２３に囲まれた部分と伝熱抑制部材２３よりも外側の部分とが繋がれた構造とされていれば、上記のように分離された状態においてエポキシ樹脂を埋め込む必要はなくなる。また、図１７、１８に示すように、第３実施形態に対して、第５実施形態と同様にして伝熱抑制部材の構造を変更した構成とすることもできる。
【００７５】
また、上記第１〜５実施形態において、第２のＩＣチップ３は、素子や配線などを備えない基板や、シリコンインターポーザなどであってもよい。また、配線基板４は、プリント基板、セラミック基板やＩＣチップなどであってもよい。
【００７６】
また、上記第１〜５実施形態もしくは他の実施形態において、さらにＩＣチップ、シリコンインターポーザ、配線基板またはヒートシンク（放熱器）などを積層して４層以上の構成とした半導体装置１としてもよい。この場合、発熱側ＩＣ２１および受熱側ＩＣ２２は、それぞれが上下両面を挟まれた複数の層（ＩＣチップなど）のうちのいずれかの層に設けられていればよく、共に同一の層に設けられている必要はない。すなわち、半導体装置１において、発熱側ＩＣ２１が、上下両面を挟まれた一の層に設けられており、受熱側ＩＣ２２が、上下両面を挟まれた別の層に設けられた構成としてもよい。例えば、図１９、２０に示すように、第２実施形態において、第１のＩＣチップを２枚構成として、配線基板４に発熱側ＩＣ２１を備えるＩＣチップ２ａを積載し、このＩＣチップ２ａに受熱側ＩＣ２２を備えるＩＣチップ２ｂを積載した構成としてもよい。この場合、発熱側ＩＣ２１を備えるＩＣチップ２ａ、および、受熱側ＩＣ２２を備えるＩＣチップ２ｂのいずれにおいても、伝熱抑制部材２３が備えられた構成にすると、両ＩＣチップ２ａ、２ｂの横方向への伝熱をより確実に抑制することができる。
【００７７】
また、上記の実施形態ではいずれも、伝熱抑制部材２３、４６が、伝熱抑制部材２３、４６を一面側から他面側まで有する層（第１のＩＣチップ２、配線基板４）を貫通する構成としていた。しかしながら、本発明に係る半導体装置１の構成はこれに限られない。すなわち、例えば、図２１に示すように、第１実施形態において、伝熱抑制部材２３が、第１のＩＣチップ２の一面側から、他面側まで貫通せずに、一面と他面との間の途中位置まで形成された構成とすることもできる。
【符号の説明】
【００７８】
１      半導体装置
２      第１のＩＣチップ
２１    発熱側ＩＣ
２２    受熱側ＩＣ
２３    伝熱抑制部材
３      第２のＩＣチップ
４      配線基板
４１    接続用ビア
４３    熱伝導用部材
４６    伝熱抑制部材
【図１】
2014239119.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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