(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置を製造する方法であって：
第１部材及び第２部材は、第１マイクロ流体冷却構造及び第２マイクロ流体冷却構造のそれぞれを別個に有し、
前記第１部材及び前記第２部材のそれぞれの対向する面は互いに接し、前記第１マイクロ流体冷却構造及び前記第２マイクロ流体冷却構造の両方についての陽極接合により前記第１部材及び前記第２部材は前記第１マイクロ流体冷却構造と前記第２マイクロ流体冷却構造との間に形成される連通部分を有し、
前記第１部材は、シリコンから構成され、エバポレータを有する少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造を有し、
前記第２部材は、低温共焼成セラミック（ＬＴＣＣ）材料から構成され、前記第１部材の前記少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造と位置合わせされ且つ集積回路に隣接して備えられる、マイクロ流体冷却通路が形成される少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造を有する、
ように、前記第１部材及び前記第２部材を位置決めする段階；並びに
前記第１部材と前記第２部材との間に気密封止部分を形成するように、前記第１部材及び前記第２部材の前記それぞれの対向する面を共に陽極接合により接合する段階；
を有することを特徴とする方法。
【請求項２】
シリコンから構成され、エバポレータを有する少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造を有する、第１部材；  低温共焼成セラミック（ＬＴＣＣ）材料から構成され、前記第１部材の前記少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造と位置合わせされ且つ集積回路に隣接して備えられる、マイクロ流体冷却通路が形成される少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造を有する、第２部材；及び
前記少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造に隣接する少なくとも１つの集積回路；
を有する電子装置であって：
第１部材及び第２部材は、第１マイクロ流体冷却構造及び第２マイクロ流体冷却構造のそれぞれを別個に有し、
前記第１部材及び前記第２部材のそれぞれの対向する面は互いに接し、前記第１マイクロ流体冷却構造及び前記第２マイクロ流体冷却構造の両方についての陽極接合により前記第１部材及び前記第２部材は前記第１マイクロ流体冷却構造と前記第２マイクロ流体冷却構造との間に形成される連通部分を有する、
ように、前記第１部材及び前記第２部材は位置決めされる；
ことを特徴とする電子装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子装置であって、前記少なくとも１つの集積回路は電気的接続を有し、前記第２部材は前記少なくとも１つの集積回路の前記電気的接続に対して接続される外部電気的接続を有する、ことを特徴とする電子装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、電子装置及び製造方法の分野に関し、特に、集積回路パッケージを含むような装置及び製造方法に関する。
【０００２】
（背景技術）
集積回路は、多くのタイプの電子装置において広く用いられている。集積回路は、トランジスタ等の能動素子が数多く形成されたシリコン基板を含んでいる。また、通常、１つ又はそれ以上のそのような集積回路を支えることが要求され、保護及び外部からの電気的な接続を可能にするため、パッケージに収容されている。
【０００３】
代表的な集積回路において、能動素子の密度が高くなるにつれて、生じる熱損失は益々重大になってきた。設計者は、マイクロ電気化学的（ＭＥＭ：Micro-Electrochemical）技術に基づいて、集積回路のための冷却技術を開発してきた。
【０００４】
例えば、図１に示すように、先行技術の電子装置１０は、シリコンから構成される第１部材１２と、低温共焼成セラミック（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramic）から構成される第２部材１４とを含むパッケージ１１を備えている。第１部材１２は、マイクロ流体冷却器が形成された種々の構成要素を有する幾つかの積層されたシリコン基板１２ａ、１２ｂを含むことが可能である。例えば、図示した形態から分かるように、エバポレータ１６とコンデンサ１７とが設けられ、シリコン基板１２ａ、１２ｂ間に形成された１つ又はそれ以上のマイクロ流体チャンネル或いは通路２１を通って、相互接続されることが可能である。図示していないが、１つ又はそれ以上のＭＥＭポンプが冷却液を循環させることが可能である。
【０００５】
第２部材１４はまた、図で形態を示したように、共にラミネートされる幾つかのＬＴＣＣ層１４ａ、１４ｂを含むことが可能である。第２部材１４はまた、図に示すように、実質的に廃熱を代表的に生成する絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）又は他の集積回路等の、集積回路２２を支える。第２部材はまた、図に示したワイヤ２５を通って集積回路２２の電気的接続２４に接続される外部接続２３を含むことが可能である。
【０００６】
図２の拡大図に示すように、集積回路２２は、第２部材１４における受け側凹部２７により支えられている。一連のマイクロ流体通路３０は、冷却流体を供給するために集積回路２２に隣接するＬＴＣＣ部材１４を通って供給されることが可能である。
【０００７】
通常は、ＬＴＣＣ部材１４とシリコン部材１２は、図に示すように、接着層３１により互いに接着される。一般に、熱可塑性及び／又は熱硬化性接着剤を用いる。また、金属層を用いることが可能である。残念ながら、接着層３１は数々の問題点をもっている。一般に、接着層３１は、シリコンとＬＴＣＣの間の界面において、完全な密封性を提供することはできない故に、冷却流体は損失することがあり得る。それに加えて、接着層３１は、更にもう一つの熱を伝導する層としても機能することとなる。もちろん、一様であり、界面にはみ出さないか、そうでなければ、冷却流体の流れを遮断し、或いは制限するような接着層を提供することは困難かもしれない。換言すれば、そのような接着層３１は、残念ながら、密封性が完全ではなく、一様ではない、部材との結合を提供するに過ぎない。
【０００８】
Ｏｈｍａｎによる米国特許出願第5,443,890号明細書は、２つの隣接する部材間に形成されるマイクロ流体チャンネルのための漏れ防止シールを開示している。シーリング溝が提供され、それは、向かい合った部材の隣接する表面部分に対して押し付けられ、流体シーリング物質が満たされる。そのようなシーリング構造の提供には、付加的な製造工程が必要とされ、多くの応用に対して必ずしも適切とはいえない。
【０００９】
（発明の概要）
上記背景技術に鑑みて、本発明の目的は、それ故、ＬＴＣＣとシリコン部材とが互いに接合され、一様な接合を伴って気密封止を形成する方法及び関連する装置を提供することである。
【００１０】
この目的及び他の目的、本発明にしたがった特徴及び優位性は、第１部材及び第２部材の対向表面が互いに接するように、第１部材及び第２部材を位置決めする段階から構成される電子装置の製造方法であって、第１部材はシリコンから構成され、第２部材は低温共焼成セラミック（ＬＴＣＣ）材料から構成される、方法により提供される。この方法はまた、密封封止を形成するために第１部材及び第２部材の対向表面を互いに陽極接合して接合する段階を含む。陽極接合による接合は、第１部材及び第２部材間の安全且つ一様な接合である。
【００１１】
第１部材及び第２部材は、実質的に平面的な主要対向表面を有することが可能である。陽極接合による接合は、２つの異なる材料の熱膨張係数が異なることによって他の方法で生じ得る応力の影響を低減するために、これらの表面における一様な接合を提供する。
【００１２】
陽極接合により接合する段階は、第１部材及び第２部材に亘って電圧を加える手順、第１部材及び第２部材の対向表面に圧力を加える手順、及び／又は第１部材及び第２部材を加熱する手順から構成される。この方法は又、第１部材及び第２部材の陽極接合による接合に先立った、第１部材及び第２部材の対向表面を清浄にする手順を含むことが可能である。
【００１３】
この方法は、第１部材及び第２部材の少なくとも１つにおいて少なくとも１つの冷却構造を形成する手順を更に含むことが可能である。更に具体的には、少なくとも１つの冷却構造は、第１部材における少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造と、少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造と位置合わせされた第２部材における少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造とから構成することが可能である。少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造はエバポレータから構成されることが可能であり、少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造は少なくとも１つのマイクロ流体通路から構成されることが可能である。陽極接合による接合は、その２つの部材間の気密封止を可能にし、他の方法では生じ得るその２つの部材間の界面における冷却流体の損失を低減するか、又はなくすことが可能である。
【００１４】
この方法は、第２部材における少なくとも１つのマイクロ流体冷却通路に隣接するような、少なくとも１つの冷却構造に隣接する少なくとも１つの集積回路から構成される。前記少なくとも１つの集積回路は電気接続から構成されることが可能であり、第２部材は、少なくとも１つの集積回路の電気接続に接続される外部電気接続を支持することが可能である。
【００１５】
代表的な電気装置のための陽極接合により接合する段階は、第１部材及び第２部材に亘って約５００乃至１０００Ｖの範囲内の電圧を印加する手順を含むことが可能である。同様に、陽極接合により接合する段階は、第１部材及び第２部材の対向表面に約１乃至２０ｐｓｉの範囲内の圧力を加える手順を含むことが可能である。このようなやり方に沿って、継続的に、陽極接合により接合する段階は、約１００乃至１５０℃の範囲内の温度に第１部材及び第２部材を加熱する手順を含むことが可能である。
【００１６】
本発明の他の特徴は、例えばマルチチップモジュール（ＭＣＭ：Multi-Chip Module）又は他の類似するパッケージ集積回路のような電子装置に関連する。この電子装置は、シリコンから構成される第１部材と、低温共焼成セラミック（ＬＴＣＣ）材料から構成される第２部材とから構成される。更に、第１部材及び第２部材は、気密封止を形成するために共に陽極接合により接合される対向表面を有している。第１部材及び第２部材は、例えば、対向する略平面的な主要対向表面を有することが可能である。
【００１７】
第１部材及び第２部材の少なくとも１つは少なくとも１つの冷却構造から構成されることが可能である。例えば、第１部材は、エバポレータのような、少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造から構成されることが可能である。更に、第２部材は、第１部材の少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造との位置合わせがなされた少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造から構成されることが可能である。例えば、少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造は、少なくとも１つのマイクロ流体通路から構成されることが可能である。
【００１８】
電子装置はまた、第２部材の少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造に隣接する少なくとも１つの集積回路を含むことが可能である。少なくとも１つの集積回路はまた、電気接続から構成されることが可能である。したがって、第２部材は、少なくとも１つの集積回路の電気接続に接続される外部電気接続から構成されることが可能である。
【００１９】
（発明の詳細な説明）
本発明の好適な実施形態を示す添付の図を参照して、これから、本発明の実施形態について詳述することにする。しかしながら、本発明の実施形態は種々の異なる形態において実施することが可能であり、ここで述べる具体的に示す実施形態に限定すると解釈されるべきではない。正しくは、この開示が首尾一貫していて、当業者に本発明の主旨を十分に伝えることができるように、以下の実施形態について開示することとする。また、同様の符号は、一貫して同様の構成要素を示すこととする。
【００２０】
はじめに、図３乃至７を参照しながら、本発明にしたがった電子装置及びその製造方法について説明する。特に、図３及び４に示すように、本発明にしたがった電子装置１１０の具体的な形態を示している。従来の接着層３１が、ここで非常に詳細に述べるように、陽極接合により結合された海面１３５により置き換えられることにより、電子装置１１０は、図１及び２に示した先行技術の装置とは異なっている。
【００２１】
電子装置１１０においては、図示したように、パッケージ１１１に単一の集積回路１２２が実装されているが、当業者は、本発明が他の電子装置に同様に適用可能であることを理解するであろう。例えば、その電子装置はＭＣＭ又は他の類似した装置であって、類似する実装パッケージに収容される１つ又はそれ以上の集積回路１２２を含む装置とすることも可能である。電子装置１１０は、図示したように、シリコンから構成される第１部材と、低温共焼成セラミック（ＬＴＣＣ：Low Temperature Co-fired Ceramic）材料から構成される第２部材とを含む。第１部材１１２及び第２部材１１４は、海面１３５において完全密封を形成するために、互いに陽極接合により接合される、向かい合う表面を有している。
【００２２】
図で示した実施形態において、第１部材１１２及び第２部材１１４は、一般に、互いに陽極接合により接合される平面的な主要な対向表面を有している。第１部材１１２及び第２部材１１４のうち少なくとも１つは、当業者により評価されるであろう、少なくとも１つの冷却構造から構成されることが可能である。例えば、図に示した電子装置１１０のように、第１部材１１２は、図に示したエバポレータ１１６のような、少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造を含む。
【００２３】
第２部材１１４は、第１部材１１２の少なくとも１つの第１マイクロ流体冷却構造と位置合わせされた、少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造を備えることが可能である。例えば、電子装置１１０の図に示した実施形態に置けるように、少なくとも１つの第２マイクロ流体冷却構造は、少なくとも１つのマイクロ流体通路１３０から構成されることが可能である。
【００２４】
また、電子装置１１０は、図示したように、第２部材１１４のマイクロ流体通路１３０に隣接する集積回路１２２を含む。もちろん、他の実施形態においては、１つ以上の集積回路をパッケージ１１１に実装することが可能である。更に、光学／電子装置はまた、当業者に評価されるであろうように、以下に述べるが、実装且つ冷却されることが可能である。集積回路１２２はまた、図に示したように、そして当業者に評価されるであろうように、従来に技術を用いて、外部の電気接続１２３に引き出される電気接続１２４を備えている。
【００２５】
当業者に評価されるであろうように、本発明の他の実施形態においては、集積回路１２２は、図示しないが、第２部材により支えられる外部の電気接続に接続される、バック接点層を備えることが可能である。更に、集積回路１２２は、他の実施形態において、フリップチップ接合を用いて、実装することが可能である。
【００２６】
本発明の図示した電子装置１１０の他の要素は、図１及び２に示した電子装置の類似する要素と比較し易いように、符号の数字の増分を１００として示している。更に、それらの共通要素は、ここで詳しく説明する必要はないと考える。
【００２７】
図５乃至７を参照して、本発明の実施形態にしたがった方法の特徴について、ここで更に特定して、詳細に説明することにする。この方法は、上記のように、電子装置１１０を製造するための方法である。図７のフローチャートに示すように、開始（ブロック１５０）から始まるこの方法は、ブロック１５２における、第１部材１１２及び第２部材１１４の対向表面を清浄及び調整する段階を含んでいる。調整は、各々の対向表面の表面粗さが所望の範囲内にあることを確実にするために、研磨又は他の技術を含むことが可能である。
【００２８】
ブロック１５４において、この方法は、第１部材１１２及び第２部材１１４の研磨する手順を含んでおり、それ故、それらの対向表面は互いに接触可能である。上記のように、第１部材１１２はシリコンから構成され、第２部材はＬＴＣＣ材料から構成されている。ブロック１５６において、第１部材１１２及び第２部材１１４の対向表面は、陽極接合を施されて互いに接合される。
【００２９】
図５に図で示された装置を少し参照して、陽極接合による接合の実施形態について、更に説明する。第１部材１１２及び第２部材１１４は、装置１４０の上部電極１４２と下部電極１４１の間に位置合わせされることが可能である。下部電極１４１はまた、加熱サポート１４４により支持される。電源１４３を上部電極１４２及び株電極１４１に接続する。装置１４０は、第１部材１１２及び第２部材１１４の効果的な陽極接合による接合のために、必要な電圧、圧力及び温度範囲を提供することが可能である。
【００３０】
図に示した電子装置１１０又はＭＣＭのような代表的な電子装置のために、例えば、電源１４３は、第１部材１１２及び第２部材に亘って約５００乃至１０００Ｖの範囲内の電圧を供給することが可能である。同様に、この装置は、対向表面間の圧力が約１乃至２０ｐｓｉになるように、力を加えることが可能である。更に、加熱サポート１４４は、第１部材１１２及び第２部材１１４を、約１００乃至１５０℃の範囲内の温度に加熱することが可能である。もちろん、本発明においては、他の電圧、圧力及び温度を検討し、当業者により評価されるであろうように、それらを他の装置のために用いることも可能である。陽極接合による接合（ブロック１５６）の後、接合された第１部材１１２及び第２部材１１４は清浄にされ、終了（ブロック１６０）の前に更に処理がなされる。
【００３１】
上記のように、第１部材１１２及び第２部材１１４は、実質的に平面的な主要対向表面を有することが可能であり、それ故、陽極接合による接合は、２つのことなる材料の熱膨張係数の差により、他の方法では生じてしまうような応力の影響を低減することを可能にする、これらの表面における一様な接合を提供する。陽極接合による接合は、第１部材１１２及び第２部材１１４間の安全且つ一様な完全密封を提供し、他方、上記の、接着剤を用いることによりもたらされる不都合を克服することができる。
【００３２】
この方法は、更に、第１部材１１２及び第２部材１１４の少なくとも１つにおいて、少なくとも１つの冷却構造を形成する手順を含むことが可能である。これらの冷却構造は、陽極接合による接合の前又は後に形成することが可能であり、或いは、それらの両方を陽極接合による接合の前又は後に形成することが可能である。この方法はまた、少なくとも１つの冷却構造に隣接する、即ち、第２部材４又はＬＴＣＣ部材１１４における少なくとも１つのマイクロ流体冷却通路１３０に隣接する、少なくとも１つの集積回路１２２を位置決めする手順を含むことが可能である。
【００３３】
陽極接合による接合は、２つの第１部材１１２及び第２部材１１４間の完全密封を好適に提供し、他の方法では生じてしまう２つの第１部材１１２及び第２部材１１４間の界面における冷却流体損失を著しく低減する又はなくすことができる。図６に図示するものが最も好適と考えられるが、陽極接合による接合は、第１部材１１２と第２部材の間の界面１３５において配位共有マトリクスの形成をもたらすものと考えられる。
【００３４】
上記の詳細説明及び関連する図で開示した本発明が教示する特徴により、本発明について多くの修正及び変形が可能であることは、当業者には容易に理解されるであろう。したがって、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、そのような他の修正及び実施形態は、本発明の請求項における主旨及び適用範囲に含むものと考える。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術にしたがった電子装置の模式的な断面図である。
【図２】  図１に示した電子装置の一部を拡大して示す図である。
【図３】  本発明にしたがった電子装置の模式的な断面図
【図４】  図３に示した電子装置の一部を拡大して示す図である。
【図５】  本発明にしたがった装置において製造された、図３に示すような電子装置の模式図である。
【図６】  図３に示す電子装置におけるような陽極接合により接合された界面の模式図である。
【図７】  本発明にしたがった方法を示すフローチャートである。
【図１】
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【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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