(57)【要約】  【課題】  機械的剛性を保持して薄型化を図るととも半導体チップから発生した熱を効率的に放熱する。  【解決手段】  インタポーザ２上にフリップチップ実装法により実装した半導体チップ３の裏面に放熱樹脂層４を介して放熱装置１５と接続されるヒートパイプ５を接合するとともに半導体チップ３とヒートパイプ５を埋設する封止樹脂層６を形成し、半導体チップ３からの発生熱をヒートパイプ５に直接伝導して効率的な放熱を行う。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極形成面に多数個の電極を形成した半導体チップと、第１主面に上記各電極と相対して多数個の電極接続パッドが形成されるとともに第２主面側に実装用パッドが形成された基板とを備え、上記半導体チップが上記基板に対して、上記電極形成面側を実装面として相対する上記各電極を上記電極接続パッド上にバンプにより接続するとともに対向面間にアンダフィルを充填して固定するフリップチップ実装法により第１主面上に実装されてなる半導体装置において、
上記半導体チップの上記電極形成面と対向する裏面上に放熱樹脂層を介して接合され、上記半導体チップよりも長軸でかつ外周部に絶縁膜が形成されるとともに内孔に冷却媒体を封入するヒートパイプと、
上記基板の第１主面上に絶縁樹脂材により形成され、上記半導体チップとともに端部を露出させた状態で上記ヒートパイプを埋設する封止樹脂層と、
上記ヒートパイプの上記封止樹脂層から露出された端部に取り付けられ、ヒートパイプや連結ヒートパイプを接続するジョイント部材とを備え、
上記半導体チップからの発生熱を上記ヒートパイプを介して放熱手段に伝達して放熱することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記基板の第１主面上に、複数個の上記半導体チップが並べられて実装されるとともに上記ヒートパイプが上記各半導体チップの上記裏面上に這わされて配置され、上記封止樹脂層が上記各半導体チップとともに端部を露出させた状態で上記ヒートパイプを埋設して形成され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】
上記ヒートパイプが、少なくとも上記半導体チップの上記裏面と対向する部位を平坦形状とされるとともに表面が粗面に形成され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】
電極形成面に多数個の電極を形成した半導体チップと、第１主面に上記各電極と相対して多数個の電極接続パッドが形成されるとともに第２主面側に実装用パッドが形成された基板とを備え、上記半導体チップが上記基板に対して、上記電極形成面側を実装面として相対する上記各電極を上記電極接続パッド上にバンプにより接続するとともに対向面間にアンダフィルを充填して固定するフリップチップ実装法により第１主面上に実装されてなる半導体装置の製造方法において、
外周部に絶縁膜が形成されるとともに内孔に冷却媒体を封入するヒートパイプを、上記半導体チップの上記電極形成面との対向面上に放熱樹脂層を介して接合するヒートパイプ接合工程と、
上記ヒートパイプの両端部に耐熱性の栓部材を取り付けて内孔を閉塞する栓部材取付け工程と、
成形金型により上記基板の第１主面上に、上記半導体チップとともに端部を露出させた状態で上記ヒートパイプを埋設する絶縁樹脂材からなる封止樹脂層を形成する封止樹脂層成形工程と、
上記封止樹脂層から露出された上記ヒートパイプの端部から上記栓部材を取り外すとともに、ジョイント部材を取り付けるジョイント部材取付け工程と、
上記ヒートパイプの内孔から空気抜きを行うとともに上記冷却媒体を封入する冷却媒体封入工程とを有し、
上記ヒートパイプを放熱手段に接続して上記半導体チップからの発生熱が放熱される半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
電極形成面に多数個の電極を形成した半導体チップと、第１主面に上記各電極と相対して多数個の電極接続パッドが形成されるとともに第２主面側に実装用パッドが形成された基板とを備え、上記半導体チップが上記基板に対して、上記電極形成面側を実装面として相対する上記各電極を上記電極接続パッド上にバンプにより接続するとともに対向面間にアンダフィルを充填して固定するフリップチップ実装法により第１主面上に実装されてなる少なくとも１個以上の半導体装置を、上記基板の第２主面に設けた実装用バンプを介してマザー基板に実装してなる回路基板装置において、
上記半導体装置が、上記半導体チップの上記電極形成面と対向する裏面上に放熱樹脂層を介して接合され上記半導体チップよりも長軸でかつ外周部に絶縁膜が形成されるとともに内孔に冷却媒体を封入するヒートパイプと、上記基板の第１主面上に絶縁樹脂材により形成されて上記半導体チップとともに端部を露出させた状態で上記ヒートパイプを埋設する封止樹脂層と、上記ヒートパイプの上記封止樹脂層から露出された端部に取り付けたジョイント部材とを備え、
上記マザー基板に実装した状態で、上記ヒートパイプが上記ジョイント部材を介して隣り合って実装された半導体装置の上記ヒートパイプ或いは連結ヒートパイプを介して放熱手段と接続されることにより、上記半導体チップからの発生熱が放熱されることを特徴とする回路基板装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、比較的大量の熱が発生する半導体チップ或いはＣＰＵやＭＰＵ等の半導体ディバイス等（本明細書においては半導体チップと総称する。）をインタポーザ等の基板に実装するとともに、放熱構造を備える半導体装置及びその製造方法、並びに半導体装置をマザー基板に実装した回路基板装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の電子機器等においては、小型・薄型化を保持しながら多機能化・高機能化が図られているが、高集積化やクロック周波数の高まり等により半導体チップからの発熱量もますます大きくなっている。電子機器等においては、半導体チップから発生した熱が内部に籠もって高温状態となることで、動作が不安定となったり様々な障害発生の原因となる。このため、電子機器等においては、半導体装置に半導体チップから発生した熱を効率よく放熱する適宜の放熱構造が備えられる。
【０００３】
例えば、特許文献１には、半導体チップの裏面（電極形成面との対向面）にヒートスプレッダ等の放熱部材を放熱性接着剤や導電樹脂により接合して半導体チップから発生した熱を放熱するようにした半導体装置が開示されている。この半導体装置は、ヒートスプレッダ上にヒートシンクを組み合わせることによりさらに効率的な放熱が行われるように構成される。特許文献２には、冷却用冷媒液を流す導電パイプの外周上にリードフレームごと半導体チップを直接接合した半導体装置が開示されている。この半導体装置は、リードフレームを熱伝導路として、半導体チップから発生した熱が導電パイプにより効率よく放熱されるようにする。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２００８７０号公報
【特許文献２】特開２００５−７２４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体装置においては、上述したように電子機器等の小型・薄型化の要求に伴い、厚みが３００μｍ以下のごく薄厚の有機インタポーザやシリコンインタポーザが基板に用いられるとともに、この基板に対して機能を損なわない範囲で研磨処理等を施して３００μｍ以下まで薄型化された半導体チップを搭載したものも提供される。特許文献１に開示された半導体装置は、かかる仕様に対応する場合に全体の機械的強度が不足し、放熱部材を接合する際に負荷される圧着力で半導体チップや基板が破損してしまう虞がある。また、かかる半導体装置は、特に有機インタポーザを用いた場合に、半導体チップを形成するシリコンと線膨張係数を大きく異にするために応力集中により半導体チップが破損してしまう虞がある。半導体装置は、例えば封止樹脂により半導体チップを封装することにより機械的強度を向上する対応も図られるが、この封止樹脂層によって放熱効果が著しく低下してしまう。
【０００６】
一方特許文献２においては、リードフレームと導電パイプとにより熱伝導路を構成することから、例えば高集積化等により基板に対してフリップチップ実装法により実装される数千個ものピン数を有する半導体チップが搭載されるような半導体装置への適用が困難である。また、かかる半導体装置は、例えば多数個の半導体チップを三次元的に積層して構成するような仕様のものに適用できず、各半導体チップを平面的に実装することによって大型化してしまうといった問題がある。
【０００７】
したがって、本発明は、機械的剛性を保持して薄型化を図るととも半導体チップから発生した熱を効率的に放熱する半導体装置及びその製造方法並びに多数個の半導体装置を実装した回路基板装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成する本発明にかかる半導体装置は、電極形成面に多数個の電極を形成した半導体チップと、第１主面に上記各電極と相対して多数個の電極接続パッドが形成されるとともに第２主面側に実装用パッドが形成された基板とを備え、半導体チップが基板に対して、電極形成面側を実装面として相対する各電極を電極接続パッド上にバンプにより接続するとともに対向面間にアンダフィルを充填して固定するフリップチップ実装法により第１主面上に実装されてなる。半導体装置は、半導体チップよりも長軸でかつ外周部に絶縁膜が形成されるとともに内孔に冷却媒体を封入するヒートパイプが半導体チップの電極形成面と対向する裏面上に放熱樹脂層を介して接合され、基板の第１主面上に半導体チップとともにヒートパイプを端部を露出させた状態で埋設する封止樹脂層が絶縁樹脂材により形成される。半導体装置は、封止樹脂層から露出されたヒートパイプの端部にジョイント部材が取り付けられ、このジョイント部材を介してヒートパイプが放熱手段と接続されることにより、半導体チップから発生した熱が効率的に放熱される。
【０００９】
また、上述した目的を達成する本発明にかかる半導体装置の製造方法は、電極形成面に多数個の電極を形成した半導体チップと、第１主面に上記各電極と相対して多数個の電極接続パッドが形成されるとともに第２主面側に実装用パッドが形成された基板とを備え、半導体チップが基板に対して、電極形成面側を実装面として相対する各電極を電極接続パッド上にバンプにより接続するとともに対向面間にアンダフィルを充填して固定するフリップチップ実装法により第１主面上に実装されてなる半導体装置を製造する。半導体装置の製造方法は、ヒートパイプ接合工程と、栓部材取付け工程と、封止樹脂層成形工程と、冷却媒体封入工程とを有する。半導体装置の製造方法は、ヒートパイプ接合工程において外周部に絶縁膜が形成されるとともに内孔に冷却媒体を封入するヒートパイプを、半導体チップの電極形成面と対向する裏面上に放熱樹脂層を介して接合する。半導体装置の製造方法は、栓部材取付け工程において、ヒートパイプの両端部に耐熱性の栓部材を取り付けて内孔を閉塞する。半導体装置の製造方法は、封止樹脂層成形工程において、成形金型により基板の第１主面上に、半導体チップとともに端部を露出させた状態でヒートパイプを埋設する絶縁樹脂材からなる封止樹脂層を形成する。半導体装置の製造方法は、ジョイント部材取付け工程において、封止樹脂層から露出されたヒートパイプの端部から栓部材を取り外すとともに、ジョイント部材を取り付ける。半導体装置の製造方法は、冷却媒体封入工程において、ヒートパイプの内孔から空気抜きを行うとともに冷却媒体を封入する。
【００１０】
さらに、上述した目的を達成する本発明にかかる回路基板装置は、電極形成面に多数個の電極を形成した半導体チップと、第１主面に各電極と相対して多数個の電極接続パッドが形成されるとともに第２主面側に実装用パッドが形成された基板とを備え、半導体チップが基板に対して、電極形成面側を実装面として相対する各電極を電極接続パッド上にバンプにより接続するとともに対向面間にアンダフィルを充填して固定するフリップチップ実装法により第１主面上に実装した少なくとも１個以上の半導体装置を、基板の第２主面に設けた実装用バンプを介してマザー基板に実装してなる。回路基板装置は、半導体装置が、半導体チップの電極形成面と対向する裏面上に放熱樹脂層を介して接合され半導体チップよりも長軸でかつ外周部に絶縁膜が形成されるとともに内孔に冷却媒体を封入するヒートパイプと、基板の第１主面上に絶縁樹脂材により形成されて半導体チップとともに端部を露出させた状態でヒートパイプを埋設する封止樹脂層と、ヒートパイプの封止樹脂層から露出された端部に取り付けたジョイント部材とを備える。回路基板装置は、各半導体装置が、マザー基板に実装した状態で、それぞれのヒートパイプをジョイント部材を介して接続するとともに連結ヒートパイプを介して放熱手段と接続される。回路基板装置は、各半導体装置の半導体チップからの発生熱が、ヒートパイプにより放熱手段に伝導されて効率よく放熱されるようにする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、基板上にフリップチップ実装法により実装した半導体チップの裏面に放熱樹脂層を介して放熱手段と接続されるヒートパイプを接合するとともに半導体チップとヒートパイプを埋設する封止樹脂層を形成したことから、半導体チップからの発生熱がヒートパイプに直接伝導されて効率的な放熱を行うことが可能である。本発明によれば、薄厚の基板や薄型化された半導体チップを備えることにより全体を薄型化するが、封止樹脂層により機械的剛性が保持されることにより半導体チップの破損等の発生が防止されて信頼性が保持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態として示す半導体装置１について、図面を参照して詳細に説明する。半導体装置１は、図１に示すように、インタポーザ２の第１主面２Ａ上に半導体チップ３を実装するとともに、半導体チップ３の電極形成面３Ａと対向する裏面３Ｂ上に放熱樹脂層４によりヒートパイプ５を接合し、半導体チップ３とヒートパイプ５を埋め込むようにしてインタポーザ２の第１主面２Ａ上に封止樹脂層６が形成される。半導体装置１は、ヒートパイプ５が両端部５Ａ、５Ｂを封止樹脂層６から露出され、それぞれにジョイント部材７、７が取り付けられる。
【００１３】
半導体装置１は、例えば一般的なプリント配線基板に用いられる有機基板等からなるインタポーザ２に、詳細を省略するが第１主面２Ａ上に適宜の配線パターンとともに半導体チップ３の電極形成面３Ａに形成した多数個の電極８と相対して多数個の電極接続パッド９が形成される。インタポーザ２には、図示を省略するが第１主面２Ａと第２主面２Ｂとを貫通して多数個のビアが形成されており、これらビアを介して第１主面２Ａ側の配線パターンと接続される適宜の配線パターンが第２主面２Ｂに形成される。インタポーザ２には、第２主面２Ｂに配線パターンとともに多数個の実装用パッド１０が形成されており、これら実装用パッド１０に半田ボール１１等が設けられる。
【００１４】
インタポーザ２は、厚み寸法ａが５０μｍ〜３００μｍの薄厚とされた有機基板或いはシリコン基板を素材にして形成される。インタポーザ２は、かかる厚み寸法の素材を用いることにより、半導体装置１の全体を薄厚化するとともに実装した半導体チップ３と後述するマザー基板１２との間における信号の高速授受が図られるようにする。インタポーザ２は、封止樹脂層６により機械的剛性が補完されることで、後述する製造工程において破断や撓み等の発生が抑制される。
【００１５】
半導体装置１は、半導体チップ３がインタポーザ２に対して、電極形成面３Ａ側を実装面として各電極８を相対する電極接続パッド９と位置合わせして組み合わされ、フリップチップ実装法により第１主面２Ａ上に実装される。すなわち、半導体チップ３は、インタポーザ２上に組み合わされた状態で加圧加熱処理を施されることにより、各電極８が各電極接続パッド９に設けたバンプ１３を介して接続される。半導体チップ３は、各バンプ１３が介在することにより構成された電極形成面３Ａと第１主面２Ａとの間隙にアンダフィル１４が充填されることにより、接続部位を保護されてインタポーザ２の第１主面２Ａ上に固定される。
【００１６】
半導体チップ３は、上述したように比較的大量の熱が発生する半導体チップ或いはＣＰＵやＭＰＵ等の半導体ディバイスであり、全体の厚みを５０μｍ〜３００μｍと薄厚にしたものが用いられる。半導体チップ３は、例えば機能を損なわない範囲で、裏面３Ｂ側に研磨処理を施して薄型化するようにしてもよい。半導体チップ３は、かかる厚み寸法とすることにより、半導体装置１の全体を薄厚化する。
【００１７】
半導体装置１は、ヒートパイプ５が、図１に示すように半導体チップ３よりも長軸であり、上述したようにその両端部５Ａ、５Ｂを封止樹脂層６から露出されて放熱樹脂層４により半導体チップ３の裏面３Ｂ上に接合する。半導体装置１は、放熱樹脂層４として高熱伝導特性と非導電特性を有する例えばポリジメチルシロキ酸等のシリコン樹脂が用いられ、ヒートパイプ５を半導体チップ３に接合するとともに半導体チップ３からの発生熱をヒートパイプ５に伝導する。
【００１８】
ヒートパイプ５は、略真空状態とされた内孔５Ｃに水或いはメタノールやエタノール等の冷却媒体を封入して構成される。ヒートパイプ５は、周知のように低圧雰囲気下で封入した冷却媒体が低温度で気化して内孔５Ｃを流れる原理を利用して効率的な熱伝導を行う作用を奏し、冷却媒体が半導体チップ３からの発生熱により気化して低温側へと流れて液化することにより放熱する。ヒートパイプ５には、最大外径（又は最大高さ）が１ｍｍ以下のものが用いられることにより、半導体装置１の全体を薄厚化する。
【００１９】
ヒートパイプ５は、線膨張係数（ｐｐｍ／ｋ）が上述した放熱樹脂層４に用いられるシリコン（７．６）や封止樹脂層６を形成する後述する樹脂材と差が小さな、例えばアルミ材（２３．５）、鉄材（１２．１）、銅材（１７．０）、ニッケル材（１３．３）或いはステンレス材（１８．７）等の金属材により形成される。ヒートパイプ５は、かかる金属素材を用いることにより、熱応力による放熱樹脂層４や封止樹脂層６との接合部分におけるクラックの発生や半導体チップ３へのダメージ発生が防止されるようにする。
【００２０】
ヒートパイプ５は、上述したように半導体チップ３の長さ寸法よりも長軸とされるが、例えば図８に示すように半導体チップ３の横幅寸法とほぼ同幅の矩形断面を有するパイプ体に形成してもよい。ヒートパイプ５は、かかる形状により外周部位が放熱樹脂層４を介して半導体チップ３の裏面３Ｂに対して全域に亘って対向する。ヒートパイプ５は、半導体チップ３の裏面３Ｂから発生熱が効率よく伝導されるようになる。
【００２１】
また、ヒートパイプ５は、上述した金属素材により形成されるとともに後述する放熱装置１５まで引き回される。ヒートパイプ５には、外部との電気的絶縁を保持するために外周部に酸化膜１６が形成される。さらに、ヒートパイプ５は、酸化膜１６に対してプラズマ処理やサンドブラスト処理等を施して微細な凹凸を形成することにより、放熱樹脂層４との密着性の向上が図られる。
【００２２】
半導体装置１は、封止樹脂層６が、上述したようにヒートパイプ５の両端部５Ａ、５Ｂを露出させた状態でインタポーザ２の第１主面２Ａ上に半導体チップ３を埋め込んで形成されることにより、半導体チップ３を保護するともに絶縁を保持する。封止樹脂層６は、薄厚化された半導体チップ３を実装した薄厚のインタポーザ２に形成されることにより半導体装置１の機械的剛性が高められるようにする。封止樹脂層６も、従来の一般的な半導体チップ製造工程に用いられているエポキシ系樹脂材やウレタン系樹脂材等の適宜の絶縁樹脂材によって形成される。
【００２３】
封止樹脂層６は、インタポーザ２の第１主面２Ａ上に、例えばコンプレッションモールド法（圧縮成形法）により形成される。コンプレッションモールド法は、周知のように熱硬化型樹脂材を用いる成形法として一般に実施されており、絶縁樹脂材をキャビティ内で溶融状態とした成形金型に加工対象体をセットする。コンプレッションモールド成形法においては、所定圧力で型締めを行った後にわずかに型開きしてガス抜き行い、再び型締めを行って成形金型を加熱しながら所定圧力をかけて成形を行う。
【００２４】
半導体装置１は、封止樹脂層６から露出されたヒートパイプ５の両端部５Ａ、５Ｂにそれぞれジョイント部材７が取り付けられ、これらジョイント部材７を介してヒートパイプ５を相互に接続する。ジョイント部材７は、ヒートパイプ５内を半導体チップ３からの発生熱により加熱された冷却媒体が流れるこや、別部品をマザー基板１２等にリフロー半田処理により搭載する際の半田リフロー温度が２６０℃であることを考慮して、例えば３００℃程度の耐熱特性を有しかつ液密特性を保持して相互に接続を可能とする例えばシリコンラバー等を素材にして形成される。
【００２５】
ジョイント部材７は、例えば図９に示すように、基部７Ａと、この基部７Ａの両側面にそれぞれ一体に連設された嵌合部７Ｂ、７Ｃとから構成され、全長に亘って冷却媒体の流路７Ｄが貫通して形成される。ジョイント部材７は、基部７Ａがヒートパイプ５の外径とほぼ同等若しくはやや大径に形成されるとともに、嵌合部７Ｂ、７Ｃがヒートパイプ５の内径とほぼ同径に形成される。
【００２６】
ジョイント部材７は、嵌合部７Ｂ、７Ｃをそれぞれ相対するヒートパイプ５の先端からその内孔５Ｃに嵌合することにより、隣り合うヒートパイプ５間を接続する。ジョイント部材７は、ヒートパイプ５に対してその内孔５Ｃに嵌合部７Ｂ、７Ｃをやや縮径させた状態で、基部７Ａが先端部に突き当たるまで押し込まれる。ジョイント部材７は、嵌合部７Ｂ、７Ｃが上述した素材のシリコンラバーの特性により嵌合した状態で内孔５Ｃの内周壁に密着し、ヒートパイプ５間を液密状態に接続する。
【００２７】
なお、ジョイント部材７は、基部７Ａをある程度の長さで形成することにより可撓性が生じて曲げることが可能となり、適宜に引き回すことが可能となるとともに高さ寸法の差異等が生じても調整が可能となる。また、ジョイント部材７は、例えば嵌合部７Ｂ、７Ｃとヒートパイプ５の内周壁とを適宜の接着剤により接合する構造や、シリコン樹脂で形成したシールド材を用いて接合するようにしてもよい。さらに、ジョイント部材７は、嵌合部７Ｂ、７Ｃの外周部に外周ねじを形成し、これら外周ねじをヒートパイプ５の開口部位に形成した内周ねじにねじ込むことにより結合する構造であってもよい。勿論、ジョイント部材７は、嵌合部７Ｂ、７Ｃをヒートパイプ５の外径よりも大径に形成し、ヒートパイプ５を嵌合して結合するようにしてもよく、この場合に嵌合部７Ｂ、７Ｃに内周ねじを形成するとともにヒートパイプ５の端部に外周ねじを形成するようにしてもよい。
【００２８】
図２に第２の実施の形態として示した半導体装置２０は、基本的な構成を上述した半導体装置１と同様とすることから対応する部位に同一符号を付して説明を省略するが、大判のシリコン基板からなるインタポーザ２上に複数個の半導体チップ３、３が実装される。半導体装置２０は、長尺のヒートパイプ５が用いられて、半導体チップ３、３上に跨って放熱樹脂層４、４を介して接合される。半導体装置２０も、ヒートポンプ５の両端部５Ａ、５Ｂを露出させて、各半導体チップ３、３が封止樹脂層６によりインタポーザ２の第１主面２Ａ上に埋め込まれる。
【００２９】
上述した半導体装置１、２０は、例えばリフロー半田処理が施されることにより、半田ボール１１を介して実装用パッド１０を電子機器側に設けられる制御基板等のマザー基板１２に形成したパッド上にそれぞれ接合されて表面実装されることにより、図３に示すように回路基板装置２１を構成する。半導体装置１、２０は、インタポーザ２の第２主面２Ｂ側に形成した実装用パッド１０にそれぞれバンプ１３が接合される。半導体装置１、２０は、マザー基板１２の主面１２Ａ上に位置合わせするようにして並べて載置され、リフロー半田処理により溶融硬化するバンプ１３を介してそれぞれ対応する各パッドに接続されて回路基板装置２１を構成する。
【００３０】
回路基板装置２１は、図３に示すようにマザー基板１２上に隣り合って実装された半導体装置１と半導体装置２０とが、対向された半導体装置１側のヒートパイプ５・１と半導体装置２０側のヒートパイプ５・２０にそれぞれ取り付けたジョイント部材７・１Ａとジョイント部材７・２０Ｂにより結合される。回路基板装置２１は、例えば半導体装置１側のジョイント部材７・１Ｂに第１連結ヒートパイプ２２Ａが接続され、この第１連結ヒートパイプ２２Ａを介してヒートシンクや冷却ファン或いはこれらを組み合わせた詳細を省略する放熱装置１５と接続される。
【００３１】
回路基板装置２１は、放熱装置１５から引き出された第２連結ヒートパイプ２２Ｂが半導体装置２０側のヒートパイプ５・２０に取り付けたジョイント部材７・２０Ａと接続される。回路基板装置２１は、かかる構造により、半導体装置２０−半導体装置１−第１連結ヒートパイプ２２Ａ−放熱装置１５−第２連結ヒートパイプ２２Ｂ−半導体装置２０により構成された放熱ループが備えられる。回路基板装置２１においては、この放熱ループを介して半導体装置１や半導体装置２０に搭載した半導体チップ３からの発生熱が放熱装置１５に伝達され、効率的に放熱が行われる。
【００３２】
以上のように構成された半導体装置１、２０の製造工程について以下説明する。なお、半導体装置１、２０は、上述したようにインタポーザ２として有機配線基板又はシリコン基板を用いること、インタポーザ２上に半導体チップ３を１個又は複数個（２個）実装することにおいて構成を異にするが、基本的な構成と製造工程とを同等とすることから以下半導体装置１の製造工程について図４乃至図７を参照して代表して説明する。
【００３３】
半導体装置１の製造工程は、図４に示すようにインタポーザ２の第１主面２Ａ上に半導体チップ３をフリップチップ実装法により実装する半導体チップ実装工程と、図５に示すように半導体チップ３の裏面３Ｂ上にヒートパイプ５を放熱樹脂層４により接合するヒートパイプ接合工程を有する。半導体装置１の製造工程は、ヒートパイプ５の両端部５Ａ、５Ｂにそれぞれ栓部材２３、２３を取り付ける栓部材取付け工程と、図６に示すように成形金型２４を用いたコンプレッションモールド法により封止樹脂層６を形成する封止樹脂層形成工程を有する。半導体装置１の製造工程は、成形金型から取り出した中間体２５から栓部材２３、２３を取り外すとともに、図７に示すようにジョイント部材７、７を取り付けるジョイント部材取付け工程を有して半導体装置１を製造する。
【００３４】
半導体チップ実装工程においては、上述したように半導体チップ３を、電極形成面３Ａ側を実装面としてインタポーザ２の第１主面２Ａ上に実装する。半導体チップ実装工程においては、半導体チップ３を、各電極８を相対する電極接続パッド９と位置合わせして載置した状態で、加熱しながら第１主面２Ａ上に押し付ける。半導体チップ実装工程においては、各電極８と各電極接続パッド９とをバンプ１３を介して接続した後に、電極形成面３Ａと第１主面２Ａとの間隙にアンダフィル１４を充填する。半導体チップ実装工程においては、アンダフィル１４が硬化することにより、図４に示すように各電極８と各電極接続パッド９との接続部位を被覆して電気的かつ機械的に保護するとともに半導体チップ３をインタポーザ２の第１主面２Ａ上に固定する。
【００３５】
ヒートパイプ接合工程においては、上述したように半導体チップ３の裏面３Ｂ上に、放熱樹脂層４を形成する例えば半溶融状態のシリコン樹脂を塗布するとともに、半導体チップ３よりも長軸のヒートパイプ５をその両端部５Ａ、５Ｂが半導体チップ３から突出するようにして取り付ける。ヒートパイプ接合工程は、シリコン樹脂を硬化させて放熱樹脂層４を形成し、ヒートパイプ５を半導体チップ３の裏面３Ｂ上に固定して図５に示す積層中間体２６を形成する。
【００３６】
栓部材取付け工程は、封止樹脂層形成工程の前工程として、半導体チップ３から突出されたヒートパイプ５の両端部５Ａ、５Ｂに栓部材２３、２３を嵌め込むことにより封止樹脂材が内孔５Ｃに浸入しないようにする。栓部材取付け工程は、各栓部材２３が例えば１５０℃以上の耐熱特性を有するシリコンラバーを素材として、詳細を省略するがヒートパイプ５の内孔５Ｃとほぼ等しい外径の嵌合部と、この嵌合部の一端側に周回りに一体に形成されたフランジ部とから形成される。各栓部材２３は、図５に示すように嵌合部を内孔５Ｃに嵌め込むことによりヒートパイプ５を閉管する。
【００３７】
封止樹脂層形成工程は、例えば積層中間体２６を装填するに足る大きさのキャビティを有する略ポット型の固定金型２４Ａと、この固定金型２４Ａに対して接離動作される可動金型２４Ｂとにより構成される成形金型２４が用いられて封止樹脂層６を形成する。封止樹脂層形成工程は、固定金型２４Ａのキャビティ内において上述した封止樹脂層６を形成する樹脂素材が予め溶融状態とされて充填されており、可動金型２４Ｂを型開きした状態で積層中間体２６をヒートパイプ５の接合部位側から装填する。封止樹脂層形成工程においては、この場合に図６に示すようにインタポーザ２の第２主面２Ｂ側が溶融樹脂に浸らないようにして成形金型２４内に装填する。
【００３８】
封止樹脂層形成工程は、成形金型２４が、キャビティ内に積層中間体２６を装填した状態で固定金型２４Ａに対して可動金型２４Ｂを移動させて型締めが行われるとともに、所定圧力までに圧縮動作が行われる。封止樹脂層形成工程は、可動金型２４Ｂをわずかに開いてキャビティ内に溜まったガスを抜き、再び型締めを行った状態で所定の圧力をかけながら加熱成形を行う。封止樹脂層形成工程は、この状態で所定の時間を保持して樹脂素材を硬化させた後に成形金型２４を型開きしてインタポーザ２の第１主面２Ａ上に半導体チップ３と両端部５Ａ、５Ｂを露出させて埋め込む封止樹脂層６を形成した中間体２５を取り出す。
【００３９】
ジョイント部材取付け工程は、中間体２５に対して封止樹脂層６から露出されたヒートパイプ５の両端部５Ａ、５Ｂに嵌め込んだ栓部材２３、２３を取り外すとともに、ジョイント部材７、７をそれぞれ取り付けて図７に示した中間体２５を製作する。なお、ジョイント部材取付け工程は、必要に応じてヒートパイプ５の両端部５Ａ、５Ｂを切断して所定の長さに切りそろえた後に行うようにしてもよい。半導体装置１の製造工程においては、中間体２５に対してインタポーザ２の第２主面２Ｂ側に設けられた実装用パッド１０にそれぞれ半田ボール１１を取り付ける半田ボール取付工程が施され、図１に示した半導体装置１を完成する。
【００４０】
以上の工程を経て製造された各半導体装置１、２０は、図３に示すようにマザー基板１２にそれぞれ実装される。各半導体装置１、２０は、適宜の実装機等が用いられて、上述したようにマザー基板１２に対してそれぞれのインタポーザ２の第２主面２Ｂ側に形成した実装用パッド１０とマザー基板１２側の相対するパッドとを位置合わせして並べて載置される。各半導体装置１、２０は、この状態でそれぞれに搭載されたヒートパイプ５・１、５・２０が相対する端部を突き合わされ、ジョイント部材７・１Ａ、７・２０Ｂが接続される。各半導体装置１、２０は、ジョイント部材７・１Ｂに第１連結ヒートパイプ２２Ａが接続されるとともに、ジョイント部材７・２０Ａに第２連結ヒートパイプ２２Ｂが接続される。
【００４１】
各半導体装置１、２０は、この状態で例えばリフロー半田槽に供給されてリフロー半田処理が施されることによりバンプ１３が溶融硬化してそれぞれ対応する各パッドに接続されてマザー基板１２上に実装されて回路基板装置２１を製造する。回路基板装置２１は、第１連結ヒートパイプ２２Ａと第２連結ヒートパイプ２２Ｂが他端側を放熱装置１５と接続される。
【００４２】
回路基板装置２１においては、冷却媒体封入工程により、ヒートパイプ５の内孔５Ｃから空気抜きを行うとともに冷却媒体が封入される。回路基板装置２１は、上述したように各半導体装置１、２０において半導体チップ３にほぼ直接接触されるようにして裏面３Ｂ上にヒートパイプ５を接合するとともに、このヒートパイプ５を放熱装置１５と接続して循環型のヒートパイプ構造を構成する。したがって、回路基板装置２１においては、各半導体チップ３からの発生熱がヒートパイプ５を介して放熱装置１５に伝導されて効率よく放熱を行うことが可能となる。回路基板装置２１においては、各半導体装置１、２０が薄型化されており、全体として薄型化が保持される。
【００４３】
なお、回路基板装置２１においては、リフロー半田工程の前工程おいてヒートパイプ接続工程を行うようにしたが、かかる工程順に限定されないことは勿論である。回路基板装置２１は、例えばヒートパイプ５に栓部材２３を取り付けた状態のまま半導体装置１、２０をマザー基板１２に実装し、実装状態で栓部材２３を取り外すとともにジョイント部材７を取り付けながらヒートパイプ５間を接続するようにしてもよい。
【００４４】
上述した実施の形態においては、半導体チップ３をインタポーザ２に実装し、このインタポーザ２を介してマザー基板１２に実装して回路基板装置２１を構成するようにしたが、本発明はかかる実施の形態に限定されるものでは無い。本発明は、例えば図１０に示すようにシリコンウェハー３０上で多数個の半導体チップ３１を形成する半導体プロセスにおいて、いわゆるウェハー状態の各半導体チップ３１上に跨って放熱樹脂層３２を介してヒートパイプ３２を接合するようにしてもよい。
【００４５】
半導体プロセスにおいては、ヒートパイプ３２を接合した状態で、従来と同様にシリコンウェハー３０上にコンプレッションモールド法により封止樹脂層が形成される。半導体プロセスにおいては、ダイシング工程により切り分けを行うことにより、ヒートパイプ３２を一体化した半導体チップ３１が形成される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】実施の形態として示す半導体装置の要部断面図である。
【図２】他の実施の形態として示す半導体装置の要部断面図である。
【図３】複数の半導体装置と放熱装置をマザー基板に実装した回路基板装置の要部断面図である。
【図４】半導体装置の製造工程説明図であり、インタポーザに半導体チップをフリップチップ実装法により実装した図である。
【図５】同半導体チップ上にヒートパイプを接合した積層中間体の要部断面図である。
【図６】同コンプレッションモールド法により封止樹脂層を形成する要部断面図である。
【図７】同ジョイント部材取付工程を経た中間体の要部断面図である。
【図８】ヒートパイプの断面図である。
【図９】ジョイント部材を介してヒートパイプを接続した状態の断面図である。
【図１０】ウェハー状態で各半導体チップに跨ってヒートパイプを接合した状態を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  半導体装置、２  インタポーザ、３  半導体チップ、４  放熱樹脂層、５  ヒートパイプ、６  封止樹脂層、７  ジョイント部材、８  電極、９  電極接続パッド、１０  実装用パッド、１１  半田ボール、１２  マザー基板、１３  バンプ、１４  アンダフィル、１５  放熱装置、１６  酸化膜、２０  半導体装置、２１  回路基板装置、２２  連結ヒートパイプ、２３  栓部材、２４  成形金型、２５  中間体、２６  積層中間体、３０  シリコンウェハー、３１  半導体チップ、３２  ヒートパイプ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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