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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】5799360
(24)【登録日】2015年9月4日
(45)【発行日】2015年10月21日
(54)【発明の名称】積層モジュール及びそれに用いるインターポーザ
(51)【国際特許分類】
H01L 23/473 20060101AFI20151001BHJP
H01L 25/065 20060101ALI20151001BHJP
H01L 25/07 20060101ALI20151001BHJP
H01L 25/18 20060101ALI20151001BHJP
H01L 23/36 20060101ALI20151001BHJP
H01L 23/12 20060101ALI20151001BHJP
【ＦＩ】
H01L23/46 Z
H01L25/08 Z
H01L23/36 C
H01L23/12 J
【請求項の数】11
【全頁数】58
(21)【出願番号】特願2011-122906(P2011-122906)
(22)【出願日】2011年5月31日
(65)【公開番号】特開2012-253106(P2012-253106A)
(43)【公開日】2012年12月20日
【審査請求日】2014年5月31日
(73)【特許権者】
【識別番号】503456832
【氏名又は名称】株式会社ザイキューブ
(74)【代理人】
【識別番号】100095706
【弁理士】
【氏名又は名称】泉 克文
(72)【発明者】
【氏名】中村 博文
(72)【発明者】
【氏名】盆子原 學
【審査官】
▲吉▼澤 雅博
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００７−０９６２５２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２３／４７３
Ｈ０１Ｌ ２３／１２
Ｈ０１Ｌ ２３／３６
Ｈ０１Ｌ ２５／０６５
Ｈ０１Ｌ ２５／０７
Ｈ０１Ｌ ２５／１８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
インターポーザと、
前記インターポーザの片側に配置された１個以上の第１半導体デバイスと、
前記インターポーザの前記第１半導体デバイスとは反対側に配置された１個以上の第２半導体デバイスとを備え、
前記インターポーザは、流体が流れるチャネルを持つ本体と、その本体の前記チャネルを画定する内壁の所定領域に配置された熱放射層及び熱反射層の少なくとも一方とを有しており、
前記熱放射層は、前記第１半導体デバイスの側に配置されて、前記第１半導体デバイスで発生した熱を前記チャネルの内部に向けて放射する機能を持ち、
前記熱反射層は、前記第２半導体デバイスの側に配置されて、前記第２半導体デバイスで発生した熱を前記第２半導体デバイスに向けて反射する機能を持ち、
前記熱放射層及び前記熱反射層の少なくとも一方によって、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスの間における熱的影響を低減するようにしたことを特徴とする積層モジュール。
前記インターポーザの片側に配置された１個以上の第１半導体デバイスと、
前記インターポーザの前記第１半導体デバイスとは反対側に配置された１個以上の第２半導体デバイスとを備え、
前記インターポーザは、流体が流れるチャネルを持つ本体と、その本体の前記チャネルを画定する内壁の所定領域に配置された熱放射層及び熱反射層の少なくとも一方とを有しており、
前記熱放射層は、前記第１半導体デバイスの側に配置されて、前記第１半導体デバイスで発生した熱を前記チャネルの内部に向けて放射する機能を持ち、
前記熱反射層は、前記第２半導体デバイスの側に配置されて、前記第２半導体デバイスで発生した熱を前記第２半導体デバイスに向けて反射する機能を持ち、
前記熱放射層及び前記熱反射層の少なくとも一方によって、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスの間における熱的影響を低減するようにしたことを特徴とする積層モジュール。
【請求項2】
前記第１半導体デバイスの発熱量が前記第２半導体デバイスの発熱量よりも相対的に大きい請求項１に記載の積層モジュール。
【請求項3】
前記インターポーザの前記内壁が、前記第１半導体デバイスの側に配置された第１壁と、前記第２半導体デバイスの側に配置された第２壁と、前記第１壁と前記第２壁を接合する側壁を有しており、
前記側壁の内部に形成された電気的接続部を介して、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスとが電気的に接続されている請求項１または２に記載の積層モジュール。
前記側壁の内部に形成された電気的接続部を介して、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスとが電気的に接続されている請求項１または２に記載の積層モジュール。
【請求項4】
前記インターポーザの前記内壁が、前記第１半導体デバイスの側に配置された第１壁と、前記第２半導体デバイスの側に配置された第２壁と、前記第１壁と前記第２壁を接合する側壁を有しており、
前記第１壁及び前記第２壁の少なくとも一方に電子回路または電気配線層が形成されている請求項１または２に記載の積層モジュール。
前記第１壁及び前記第２壁の少なくとも一方に電子回路または電気配線層が形成されている請求項１または２に記載の積層モジュール。
【請求項5】
前記インターポーザの前記内壁の少なくとも一部が、前記第１半導体デバイスの対向面によって形成されており、
前記熱放射層が前記対向面に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の積層モジュール。
前記熱放射層が前記対向面に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の積層モジュール。
【請求項6】
前記インターポーザの前記内壁の少なくとも一部が、前記第２半導体デバイスの対向面によって形成されており、
前記熱反射層が前記対向面に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の積層モジュール。
前記熱反射層が前記対向面に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の積層モジュール。
【請求項7】
前記チャネルが、相対的に断面積の小さい第１領域と、相対的に断面積の大きい第２領域と、前記第１領域と前記第２領域を連結する遷移領域とを有しており、
前記流体を前記第１領域から前記第２領域に向かって流した時に、前記遷移領域において前記流体が膨張してその温度が低下するようになっている請求項１〜６のいずれかに記載の積層モジュール。
前記流体を前記第１領域から前記第２領域に向かって流した時に、前記遷移領域において前記流体が膨張してその温度が低下するようになっている請求項１〜６のいずれかに記載の積層モジュール。
【請求項8】
１個以上の第１半導体デバイスと１個以上の第２半導体デバイスとの間に配置して使用されるインターポーザであって、
流体が流れるチャネルを持つ本体と、
前記本体の前記チャネルを画定する内壁の所定領域に配置された熱放射層及び熱反射層の少なくとも一方とを備え、
前記熱放射層は、前記第１半導体デバイスの側に配置されて、前記第１半導体デバイスで発生した熱を前記チャネルの内部に向けて放射する機能を持ち、
前記熱反射層は、前記第２半導体デバイスの側に配置されて、前記第２半導体デバイスで発生した熱を前記第２半導体デバイスに向けて反射する機能を持ち、
前記熱放射層及び前記熱反射層の少なくとも一方によって、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスの間における熱的影響を低減するようにしたことを特徴とするインターポーザ。
流体が流れるチャネルを持つ本体と、
前記本体の前記チャネルを画定する内壁の所定領域に配置された熱放射層及び熱反射層の少なくとも一方とを備え、
前記熱放射層は、前記第１半導体デバイスの側に配置されて、前記第１半導体デバイスで発生した熱を前記チャネルの内部に向けて放射する機能を持ち、
前記熱反射層は、前記第２半導体デバイスの側に配置されて、前記第２半導体デバイスで発生した熱を前記第２半導体デバイスに向けて反射する機能を持ち、
前記熱放射層及び前記熱反射層の少なくとも一方によって、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスの間における熱的影響を低減するようにしたことを特徴とするインターポーザ。
【請求項9】
前記内壁が、互いに対向して配置された第１壁及び第２壁と、前記第１壁と前記第２壁を互いに接合する側壁とを有しており、
前記側壁の内部に、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスを電気的に接続するための電気的接続部が形成されている請求項８に記載のインターポーザ。
前記側壁の内部に、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスを電気的に接続するための電気的接続部が形成されている請求項８に記載のインターポーザ。
【請求項10】
前記内壁が、互いに対向して配置された第１壁及び第２壁と、前記第１壁と前記第２壁を互いに接合する側壁とを有しており、
前記第１壁及び前記第２壁の少なくとも一方に電子回路または電気配線層が形成されている請求項８または９に記載のインターポーザ。
前記第１壁及び前記第２壁の少なくとも一方に電子回路または電気配線層が形成されている請求項８または９に記載のインターポーザ。
【請求項11】
前記チャネルが、相対的に断面積の小さい第１領域と、相対的に断面積の大きい第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の間の遷移領域とを有しており、
前記流体を前記第１領域から前記第２領域に向かって流した時に、前記遷移領域において前記流体の温度が低下するようになっている請求項８〜１０のいずれかに記載のインターポーザ。
前記流体を前記第１領域から前記第２領域に向かって流した時に、前記遷移領域において前記流体の温度が低下するようになっている請求項８〜１０のいずれかに記載のインターポーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体デバイスを複数個積層してなる積層モジュール（以下、積層半導体デバイスとも言う）に関し、さらに言えば、消費電力の大きい半導体デバイスの動作温度の上昇を抑えて安定に動作させることができる積層モジュールと、それに用いるインターポーザに関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、シリコンを代表とする半導体工業分野の技術進歩は大きく、工業用、民生用を問わず、機器やシステムの小型化、軽量化、低価格化、高機能化などに大きく寄与するに至っている。一方、半導体デバイスへの要求はとどまることがなく、より一層の高集積化、高速化、高度化が期待されると共に、小型化も期待されている。
【0003】
これらの要求に応える策として、半導体デバイスを構成する単位素子（例えばトランジスタ）の寸法を微小化し、搭載される単位素子の数を増大させることがある。この策の利点は、微小化に伴う動作速度の増大（高速化）、高集積化に伴う機能の増大（あるいは必要とされる半導体デバイス数の減少）である。しかしながら、高速化や高集積化に伴って半導体デバイスの内部での消費電力が大きくなり、動作の不安定化あるいは半導体デバイス自体の破壊の危険性が増大する。これらの危険性を低下させるには、半導体デバイスの放熱技術（あるいは冷却技術）が必須である。
【0004】
以前から、半導体デバイスの動作温度を低くする技術が数多く開発されてきた。例えば、大電力の半導体デバイスに放熱フィン（アルミ合金製が多い）を貼り付け、このフィンに空気の流れを吹き付けることにより、半導体デバイスを冷却する技術がある。消費電力が比較的低い（例えば数ワット）場合には、この技術で解決可能である。しかし、最新の半導体デバイスでは、消費電力がいっそう大きくなっており、コンピュータのＣＰＵなどでは１００ワット以上に達することもある。このため、このような大消費電力の半導体デバイスでは、放熱が十分でないと、半導体デバイスの温度が上昇し、熱暴走あるいは熱破壊に至ることもある。したがって、半導体デバイスの動作の上限は、放熱技術に支配されているとも言える。
【0005】
半導体デバイスを複数個積層してなる「積層モジュール（積層半導体デバイス）」は、比較的容易に高集積化を実現できる利点がある。このような構成では、下位層に配置された半導体デバイスでの電力消費は、この半導体デバイスの温度を上昇させるだけではなく、その上位層に配置された半導体デバイスの温度も上昇させる。このため、積層モジュールの上位層に、特性が動作温度に敏感な半導体デバイスが配置されている場合には、積層モジュール全体の動作が不安定になる可能性がある。このため、積層モジュールの場合には、消費電力が大きい半導体デバイスからの発熱が、より上位層にある半導体デバイスに伝達される前に積層モジュールの外部に放出されるようにすることで、積層されている半導体デバイス間で熱伝達が生じないような実装構造が好ましい。
【0006】
積層された半導体デバイス（積層モジュール）の冷却技術としては、従来、図３１に示す実装構造が提案されている。同図は、特許文献１の図１Ａとして掲載されているものである。
【0007】
図３１において、チップスタック１１０は、符号１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃで示された３個の半導体チップの積層体から構成されている。それぞれのチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃには、エッチングで形成されたチャネル１７５が複数個、設けられている（図３１では、符号１７５は代表的なチャネルを示している）。チャネル１７５内に流体（冷媒）を流すことにより、チップスタック１１０の冷却が行われるようになっている。この流体は、積層されたチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの間に形成された狭いチャネル１７５内を流動する。なお、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃが半導体基板から構成されている場合には、その厚さは通常、数百マイクロメータ（μｍ）以下である。
【0008】
各半導体チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの垂直方向には、符号１２３で示されたＴＳＶ（Through Silicon Via, シリコン貫通電極）によって、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ同士は電気的に相互接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】米国特許出願公開第２００９／０３１１８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
図３１に示した従来の積層半導体デバイス（積層モジュール）の実装構造では、チャネル１７５は、あたかも「多数の柱が林立する回廊」のように形成されており、しかも、その高さは数百マイクロメータ（μｍ）以下であるから、チャネル１７５内に流体（冷媒）を流し込むには、大きな圧力が必要であると思われる。
【0011】
また、流体の流れる方向は、図３１の符号１１１の下側にある下向き矢印と右向き矢印で示されているが、その下向き矢印に沿ってチップスタック１１０の周囲に流入した流体は、その右向き矢印に沿ってチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの間にあるチャネル１７５内に流入するだけではなく、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの周囲においても流動する。上述したように、チャネル１７５の高さが低いことと、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの周囲には広い空間があることを考えると、チャネル１７５内のみに流体を流し込むことは困難であり、多くの流体はチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの周囲に沿って流れてしまうと思われる。しかも、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに形成されたチャネル１７５の形状（流体が流れる方向に沿った形状）は、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ毎に異なるので、各層に形成されたチャネル１７５の全てにおいて均一な流体の流れを実現することも、困難であろう。
【0012】
このような理由から、図３１の従来の実装構造では、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃの十分な冷却（あるいはチップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃからの放熱）を実現することは、必ずしも容易ではない。
【0013】
さらに、チップスタック１１０の下位層に配置されたチップ１１０ｃでの電力消費が、チップ１１０ｃの温度上昇だけでなく、それより上位層に配置されたチップ１１０ａ、１１０ｂの温度上昇も引き起こすため、チップスタック１１０自体を冷却できるだけでなく、下位層のチップ１１０ｃでの発熱が上位層のチップ１１０ａ、１１０ｂに伝達し難いことが望ましい。しかし、各層に形成されたチャネル１７５への均一な流体の流れが実現困難なのであるから、チップ１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ間の熱伝導を抑制することは困難である。
【0014】
本発明は、以上のような事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、消費電力の大きい半導体デバイスを積層した構成を持つ場合であっても、それら半導体デバイスの発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる積層モジュールと、それに用いるインターポーザを提供することにある。
【0015】
本発明の他の目的は、積層された半導体デバイス間の熱伝導を抑制してその温度上昇を抑制することができる積層モジュールと、それに用いるインターポーザを提供することにある。
【0016】
ここに明記しない本発明の他の目的は、以下の説明及び添付図面から明らかになる。
【課題を解決するための手段】
【0017】
（１） 本発明の積層モジュールは、インターポーザと、
前記インターポーザの片側に配置された１個以上の第１半導体デバイスと、
前記インターポーザの前記第１半導体デバイスとは反対側に配置された１個以上の第２半導体デバイスとを備え、
前記インターポーザは、流体が流れるチャネルを持つ本体と、その本体の前記チャネルを画定する内壁の所定領域に配置された熱放射層及び熱反射層の少なくとも一方とを有しており、
前記熱放射層は、前記第１半導体デバイスの側に配置されて、前記第１半導体デバイスで発生した熱を前記チャネルの内部に向けて放射する機能を持ち、
前記熱反射層は、前記第２半導体デバイスの側に配置されて、前記第２半導体デバイスで発生した熱を前記第２半導体デバイスに向けて反射する機能を持ち、
前記熱放射層及び前記熱反射層の少なくとも一方によって、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスの間における熱的影響を低減するようにしたことを特徴とするものである。
【0018】
本発明の積層モジュールでは、上述したように、前記インターポーザが、前記内壁の所定領域に配置された前記熱放射層及び前記熱反射層の少なくとも一方を有している。そして、前記熱放射層は、前記第１半導体デバイスの側（例えば下側）に配置されて、前記第１半導体デバイスで発生した熱を前記チャネルの内部に向けて放射する機能を持っているため、前記第１半導体デバイスで発生する熱の多くは、当該積層モジュールの内部を通って前記熱放射層まで伝導した後、前記熱放射層によって前記チャネルの内部に向けて照射され、その結果、前記チャネルを流れる前記流体に吸収される。このため、前記流体に吸収された熱を効果的に前記チャネルの外部に放出することができるので、前記熱が前記第２半導体デバイスに到達するのを抑制することができる。また、前記熱反射層は、前記第２半導体デバイスの側（例えば上側）に配置されて、前記第２半導体デバイスで発生した熱を前記第２半導体デバイスに向けて反射する機能を持っているため、前記第２半導体デバイスで発生する熱の多くは、当該積層モジュールの内部を通って前記熱反射層まで伝導した後、前記熱反射層によって前記第２半導体デバイスに向かって反射され、したがって、前記第１半導体デバイスに到達するのを抑制することができます。反射しきれずに前記熱反射層を透過した熱は、前記チャネルを流れる前記流体に吸収されて外部に放出される。
本発明の積層モジュールでは、このようにして、前記熱放射層及び前記熱反射層の少なくとも一方によって、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスの間における熱的影響を低減するようにしている。
【0019】
従って、前記第１半導体デバイスから発する前記熱が前記第２半導体デバイスに伝達されるのを、防止または低減することができる。その結果、消費電力の大きい半導体デバイスを積層した構成を持つ積層モジュールであっても、それら半導体デバイスの発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる。
【0020】
また、前記チャネルを画定する内壁の所定領域に前記熱放射層もしくは前記熱反射層またはそれらの両方を有する前記インターポーザを、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスの間に介在させているから、前記積層モジュールを構成する半導体デバイス間での熱伝導を抑制して、当該積層モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【0021】
（２） 本発明の積層モジュールの好ましい例では、前記第１半導体デバイス（下位）の発熱量が前記第２半導体デバイス（上位）の発熱量よりも相対的に大きくなるようにされる。【0022】
（３） 本発明の積層モジュールの他の好ましい例では、前記インターポーザの前記内壁が、前記第１半導体デバイスの側に配置された第１壁と、前記第２半導体デバイスの側に配置された第２壁と、前記第１壁と前記第２壁を接合する側壁を有し、前記側壁の内部に形成された電気的接続部を介して、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスとが電気的に接続される。【0023】
（４） 本発明の積層モジュールのさらに他の好ましい例では、前記インターポーザの前記内壁が、前記第１半導体デバイスの側に配置された第１壁と、前記第２半導体デバイスの側に配置された第２壁と、前記第１壁と前記第２壁を接合する側壁を有し、前記第１壁及び前記第２壁の少なくとも一方に電子回路または電気配線層が形成される。さらに、前記インターポーザの前記内壁の少なくとも一部が、前記第１半導体デバイスの対向面によって形成され、前記熱放射層が前記対向面に配置されるのが好ましい。
前記インターポーザの前記内壁の少なくとも一部が、前記第２半導体デバイスの対向面によって形成され、前記熱反射層が前記対向面に配置されるのが好ましい。
前記チャネルが、相対的に断面積の小さい第１領域と、相対的に断面積の大きい第２領域と、前記第１領域と前記第２領域を連結する遷移領域とを有し、前記流体を前記第１領域から前記第２領域に向かって流した時に、前記遷移領域において前記流体が膨張してその温度が低下するようになっているのが好ましい。
【0024】
（５） 本発明のインターポーザは、１個以上の第１半導体デバイスと１個以上の第２半導体デバイスとの間に配置して使用されるインターポーザであって、
流体が流れるチャネルを持つ本体と、
前記本体の前記チャネルを画定する内壁の所定領域に配置された熱放射層及び熱反射層の少なくとも一方とを備え、
前記熱放射層は、前記第１半導体デバイスの側に配置されて、前記第１半導体デバイスで発生した熱を前記チャネルの内部に向けて放射する機能を持ち、
前記熱反射層は、前記第２半導体デバイスの側に配置されて、前記第２半導体デバイスで発生した熱を前記第２半導体デバイスに向けて反射する機能を持ち、
前記熱放射層及び前記熱反射層の少なくとも一方によって、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスの間における熱的影響を低減するようにしたことを特徴とするものである。
【0025】
本発明のインターポーザでは、前記熱放射層が、前記第１半導体デバイスの側（例えば下側）に配置されて、前記第１半導体デバイスで発生した熱を前記チャネルの内部に向けて放射する機能を持っているため、前記第１半導体デバイスで発生する熱の多くは、当該積層モジュールの内部を通って前記熱放射層まで伝導した後、前記熱放射層によって前記チャネルの内部に向けて照射され、その結果、前記チャネルを流れる前記流体に吸収される。このため、前記流体に吸収された熱を効果的に前記チャネルの外部に放出することができるので、前記熱が前記第２半導体デバイスに到達するのを抑制することができる。また、前記熱反射層が、前記第２半導体デバイスの側（例えば上側）に配置されて、前記第２半導体デバイスで発生した熱を前記第２半導体デバイスに向けて反射する機能を持っているため、前記第２半導体デバイスで発生する熱の多くは、当該積層モジュールの内部を通って前記熱反射層まで伝導した後、前記熱反射層によって前記第２半導体デバイスに向かって反射され、したがって、前記第１半導体デバイスに到達するのを抑制することができる。反射しきれずに前記熱反射層を透過した熱は、前記チャネルを流れる前記流体に吸収されて外部に放出される。
本発明のインターポーザでは、このようにして、前記熱放射層及び前記熱反射層の少なくとも一方によって、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスの間における熱的影響を低減するようにしている。
【0026】
従って、前記第１（または第２）半導体デバイスから発する前記熱が前記インターポーザの反対側に配置された前記第２（または第１）半導体デバイスに伝達されるのを、防止または低減することができる。その結果、消費電力の大きい半導体デバイスを積層した構成を持つ積層モジュールであっても、それら半導体デバイスの発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる。【0027】
また、前記チャネルを画定する内壁の所定領域に前記熱放射層もしくは前記熱反射層またはそれらの両方を有しているから、当該インターポーザを介在させることで、前記積層モジュールを構成する半導体デバイス間での熱伝導を抑制して、当該積層モジュールの温度上昇を抑制することができる。
【0028】
（６） 本発明のインターポーザの好ましい例では、前記内壁が、互いに対向して配置された第１壁及び第２壁と、前記第１壁と前記第２壁を互いに接合する側壁とを有し、前記側壁の内部に、前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスを電気的に接続するための電気的接続部が形成される。さらに、前記内壁が、互いに対向して配置された第１壁及び第２壁と、前記第１壁と前記第２壁を互いに接合する側壁とを有し、前記第１壁及び前記第２壁の少なくとも一方に電子回路または電気配線層が形成されるのが好ましい。
前記チャネルが、相対的に断面積の小さい第１領域と、相対的に断面積の大きい第２領域と、前記第１領域と前記第２領域の間の遷移領域とを有し、前記流体を前記第１領域から前記第２領域に向かって流した時に、前記遷移領域において前記流体の温度が低下するようになっているのが好ましい。
【0029】
（７） 本明細書では、関連する用語を下記のように定義する。
【0030】
・基板： 前記積層モジュールを支持できる剛性を持つ基板であれば、その構成や材質は任意である。
【0031】
・半導体デバイス： 以下の（ｉ）と（ｉｉ）を含む半導体デバイス全般を指す。
【0032】
（ｉ） ウェーハプロセスが完了し、半導体ウェーハから切り出された半導体チップ（ベアチップ）。当該半導体チップには、少なくとも１個のトランジスタ、ダイオードなどの半導体素子が配置された、いわゆる集積回路のチップを含む。
【0033】
（ｉｉ） パッケージングされた上記の半導体チップ。ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）などと称される、種々のパッケージでパッケージングされたものが含まれる。
【0034】
・電子部品： 受動素子とも称されている部品で、抵抗、キャパシタ（コンデンサ）、インダクタ（コイル）などがある。単一の素子（個別部品）を複数個組み合わせた構成（例えば、モジュール抵抗）もある。また、特定の機能を有するセンサやアクチュエータも、電子部品に含まれる。さらには、信号処理回路、駆動回路などが集積化された前記センサや前記アクチュエータも、電子部品に含まれる。
【0035】
・積層モジュール： ２個以上の前記半導体デバイスが積層された構造を持つ。この積層構造を構成する各層の間の相互接続の手法には、ワイヤボンディング、貫通電極（ＴＳＶ）などがあるが、その手法は問わない。例えば、インターポーザと、その片側に配置された１個以上の第１半導体デバイスと、前記インターポーザの反対側に配置された１個以上の第２半導体デバイスから構成されている場合、「３段構成の積層モジュール」となる。より多くの半導体デバイスが積層されている場合は、「多段構成の積層モジュール」となる。
【0036】
・実装構造： 前記基板と、その上に搭載された前記積層モジュールとを含む構造である。が、前記基板上に搭載されたカバーなどを含んでもよい。
【0037】
・インターポーザ： 前記第１半導体デバイスと前記第２半導体デバイスとの間に配置されるものであり、その一端から他端まで貫通（延在）するチャネルを有している。インターポーザの表面及び裏面には、それぞれ、前記半導体デバイスに設けられた電気接続点（パッドとも称される）に接続される電気接続点が形成されることがある。さらに、インターポーザの表裏面には、「再配線層」と称される配線パターンが設けられることもある。なお、前記した積層モジュールには、この積層モジュールを構成する半導体デバイスの間に、「上下に配置された半導体デバイス間に電気導電路を形成する」ための「配線基板」が挿入されることがあり、この「配線基板」も「インターポーザ」と称することがある。しかしながら、本明細書では、この「配線基板」は「インターポーザ」に含まれない。
【0038】
・流体： 気体あるいは液体であり、熱伝導で熱を吸収することにより、放熱あるいは排熱効果を有するものである。このような機能を有する流体は、「冷媒」とも称される。具体例としては、（ｉ）フロン類・ノンフロン類（多用されており、種類が多い）、（ｉｉ）有機化合物であるブタン、イソブタンなど、（ｉｉｉ）無機化合物である水素、ヘリウム、アンモニア、水、二酸化炭素などがある。
【0039】
（８） 前記積層モジュールを搭載する基板と、前記積層モジュールを包含するように前記基板上に密着して固定せしめられて、前記基板と共に内部空間を形成するカバーとを、さらに設けてもよい。この場合、前記カバーと前記基板との間に配置された、前記内部空間を仕切るための堰（仕切り部材）を備えるのが好ましい。前記カバーの形状は、前記積層モジュールの外観形状に依存する。略直方体（略立方体を含む）であることが好ましいが、これに限定されるものではない。その直方体の頂点と稜（面と面とが交わる線分）は、滑らかであっても構わない。
【0040】
前記カバーに形成されたインレットとアウトレットの位置については、前記インレットから前記内部空間に流入した流体が、前記インターポーザのチャネルを通過し、前記アウトレットから流出する配置であることが必要である。すなわち、前記インレットは前記堰の上流側に配置され、前記アウトレットは前記堰の下流側に配置される、換言すれば、前記インレットは前記上流側空間に連通し、前記アウトレットは前記下流側空間に連通することが必要である。この位置関係を満たす限りにおいては、前記インレットと前記アウトレットの位置についての制限はない。例えば、（ａ）前記インレットを前記カバーの指定された面に配置し、前記カバーのその面とは反対側の面に前記アウトレットを配置してもよいし、（ｂ）前記インレットと前記アウトレットの双方を前記カバーの同じ面（例えば上面）に配置してもよいし、（ｃ）前記インレットを前記カバーの指定された面に配置し、前記アウトレットを前記カバーの上面に配置してもよい。
【0041】
前記カバーの材質としては、金属、樹脂などが使用できる。冷却（放熱）効果の増大を望むならば、金属材料で前記カバーを形成することが好ましいが、これには限定されない。樹脂材料で前記カバーを形成する場合は、冷却（放熱）効果の増大のために、前記カバーの表側もしくは裏側、あるいは、表側および裏側の面に、金属層を設けてもよい。
【0042】
前記カバーは、一体構造として形成して、前記基板の表面に直接、密着して固定してもよい。前記カバーを前記基板の表面に密着・固定させるためには、接着剤（固化時に発生するガスが前記半導体デバイスの特性に悪影響を与えないことが好ましい）を用いてもよい。また、前記カバーが金属材料である場合には、前記基板の表面に設けられた金属層との間で金属・金属接合（例えば、溶接、半田付けなど）により密着・固定してもよい。
【0043】
前記カバーは、複数の構成部品から構成し、これら構造部品を合体させる（組み立てる）ことで前記カバーとなるようにしてもよい。例えば、前記インレットと前記アウトレットが配置された「蓋」（平板状である）と、前記カバーの側面部を形成する「枠」とを組み合わせて、前記カバーを構成してもよい。この構成例では、前記枠の下面を前記基板の表面に密着させ、かつ、前記枠の上面を前記蓋の下面に密着させる。前記枠の材料は、前記カバーと同一にしなくてもよい。例えば、前記蓋は金属材とし、前記枠は樹脂あるいはガラスとするといった組合せでもよい。
【0044】
前記蓋と前記枠の密着・接合、および、前記枠と前記基板の表面との密着・固定には、接着剤（固化時に発生するガスが前記半導体デバイスの特性に悪影響を与えないことが好ましい）を用いてもよい。前記蓋と前記枠とが共に金属材料である場合には、金属・金属接合（例えば、溶接、半田付け）をさせてもよい。前記蓋が金属（例えば、アルミニウム）、前記枠がガラスの場合には、静電接合（金属とガラスの接着法）を用いてもよい。前記枠が金属材料であれば、前記基板の表面に設けられた金属層との間で、金属・金属接合（例えば、溶接、半田付け）させてもよい。前記枠がガラス、前記インターポーザの表面が金属（あるいは逆の組合せ）の場合には、静電接合を用いてもよい。
【0045】
（９） 前記堰は、前記インレットから前記内部空間に流れ込んだ前記流体が、前記チャネルへ流入することなく、前記積層モジュールの側面（外周）を通って前記アウトレットへ導かれることを阻止するために設けられるが、これは、前記インレットから流入した前記流体が、前記チャネルを通過することなく直接、前記アウトレットから流出すると、所望の冷却効果が得られないからである。このような機能を持つ堰は、（ａ）前記カバーの前記堰が配置されるべき位置に予め隙間を設け、（ｂ）前記カバーを前記基板に密着して固定し、（ｃ）前記隙間から前記堰となる材料（合成樹脂など）を注入する、という手順により形成することができる。ここで使用する合成樹脂は、熱硬化性であって、前記積層モジュールおよび前記カバーとの密着性が高く、かつ、その熱膨張係数が前記積層モジュールおよび前記カバーの熱膨張係数に近い（好ましくは一致する））ことが好ましい。しかし、これに限定されるわけではない。
【0046】
前記堰の存在により、前記インレットから前記内部空間に流れ込んだ前記流体の一部は、前記上流側空間（前記積層モジュールと前記カバーと前記堰との間にできる、前記インレット側の空間）に入り込み、そこで淀む傾向がある。つまり、前記上流側空間において、前記流体がほとんど流動しない状態になりやすい。このような淀みが発生すると、前記流体による放熱効果が低下する。この放熱効果の低下を防止するには、前記流体の全量が前記インレットから前記アウトレットに常に流動するように構成することが好ましい。そのためには、前記堰を、前記積層モジュールの前記インレット側の端部の近傍まで延在させ、前記上流側空間の体積を小さくする必要があるから、例えば、前記堰の幅（前記流体の流動方向に沿った長さ）を大きくすればよい。このような幅広の堰は、前記堰を形成する合成樹脂などを注入する前記隙間を大きくすることにより、容易に実現される。
【0047】
上述のように前記堰の幅を広げて前記上流側空間の体積を小さくした場合、前記「隙間」が大きくなる。前記堰を形成する際に、前記カバーに設けられた前記隙間から前記樹脂を注入するが、空圧などによりシリンジから前記樹脂を押し出すような製造プロセスを利用する場合には、前記隙間内に露出した前記積層モジュールの外表面にも前記樹脂が塗布される。しかし、露出した前記積層モジュールの外表面の全面にわたって前記樹脂が塗布されなくてもよい。すなわち、前記隙間の上流側端部と下流側端部だけに前記樹脂が塗布され、前記隙間の中央部分（前記上流側端部と前記下流側端部の間の部分）には前記樹脂が塗布されないようにしてもよい。
【0048】
このように前記隙間の上流側端部と下流側端部だけに前記樹脂が塗布される場合は、前記シリンジからの前記樹脂の流れが細くなるようにする必要があるため、前記シリンジとして小口径のものが使用される。この場合、前記樹脂の塗布後でも、前記積層モジュールの外表面に露出した部分が残存するので、この露出部分から放熱が行われる。この露出部分からの放熱は、前記カバーの隙間から外部に向かって直接、熱が放射されるものであり、前記流体を利用した放熱ではない。
【0049】
（１０） 前記堰については、上述した構成をさらに発展させた構成も考えられる。例えば、前記積層モジュールの外表面の露出部分からの放熱を、熱放射によって行うのではなく、第２流体（前記したチャネルを通過する冷却用の前記流体とは別の流体）を利用する構成とすることができる。この構成では、外表面に前記露出部分（これは前記上流側端部と前記下流側端部の間にある）を持つ前記積層モジュールと前記カバーを覆うように、第２カバーを前記基板上に密着して固定することで、前記カバーと前記第２カバーとの間に、前記基板と共に第２内部空間を形成する。そして、その第２内部空間に前記第２流体を流し込むようにする。
【0050】
この構成では、前記内部空間に供給される前記流体には、圧力を加えて、断面積が小さい前記チャネルへの前記流体の流入が円滑に行われるようにすることが望ましい。他方、前記第２内部空間に供給される前記第２流体には、前記流体のような加圧は必要ない。開口断面積が小さい前記チャネルに対して前記流体を流入させる必要がないからである。このため、前記第２カバーには、前記第２流体が流入・流出する（つまり、インレット兼アウトレットとして機能する）単一のポートを設け、ノート型パソコンに搭載されているようなヒートポンプ（圧縮機を使用していないもの）と類似した構成にすることも可能である。このような二重カバー構成を採用すれば、前記積層モジュールで発生した熱の放熱効果がいっそう高まる、という利点がある。
【0051】
（１１） 前記インターポーザは、前記チャネルの内壁の指定領域に配置された熱放射層及び熱反射層の少なくとも一方を備えていればよい。例えば、前記インターポーザの前記チャネルの内壁の第１指定領域に熱放射層を配置し、その内壁の第２指定領域に熱反射層を配置してもよい。この場合、例えば、（ａ）少なくとも２個の半導体デバイスと、互いに上下に隣接する前記半導体デバイスの間に挟み込まれたインターポーザから構成される積層モジュールと、（ｂ）前記積層モジュールが搭載された基板とを含み、（ｃ）前記インターポーザの内部に流体が流れるチャネルを形成し、（ｄ）前記チャネルの内壁の第１指定領域に熱放射層を配置した実装構造とする。あるいは、（ａ）少なくとも２個の半導体デバイスと、互いに上下に隣接する前記半導体デバイスの間に挟み込まれたインターポーザから構成される積層モジュールと、（ｂ）前記積層モジュールが搭載された基板とを含み、（ｃ）前記インターポーザの内部に流体が流れるチャネルを形成し、（ｄ）前記チャネルの内壁の第２指定領域に熱反射層を配置した実装構造とする。
【0052】
前記熱反射層と前記熱放射層とは、前記内壁の全域にわたって配置してもよいし、一部に配置してもよい。前記内壁の指定された領域に限定して、前記熱反射層と前記熱放射層をそれぞれ配置してもよい。例えば、前記内壁の第１指定領域を前記チャネルの「天井」とし、この天井に前記熱反射層を配置し、前記内壁の第２指定領域を前記チャネルの「床」とし、この床に前記熱放射層を配置し、さらに、前記チャネルの「側壁」には前記熱反射層および前記熱放射層を配置しない構成としてもよい。また、前記「天井」の周辺部（「側壁」に近い領域）には前記熱反射層を配置しない構成、あるいは、前記「床」の周辺部（「側壁」に近い領域）には前記熱放射層を配置しない構成としてもよい。
【0053】
前記チャネルを構成する「天井」と「床」と「側壁」は、同一材料で構成してもよい。例えば、これらを全て単結晶シリコンで形成した場合、周知の集積回路作成技術を利用して、前記インターポーザの表面と裏面、あるいは、前記「天井」や前記「床」に電子回路あるいは電気配線層を容易に形成することができる。
【0054】
前記チャネルを構成する「天井」と「床」と「側壁」は、異なる材料で構成してもよい。例えば、「天井」と「床」を単結晶シリコンで、「側壁」をガラスで構成してもよい。この構成例では、単結晶シリコンとガラスとを静電接合で気密良く（流体が漏れないように）かつ強固に密着させることが可能である。また、「天井」と「床」を樹脂材料（例えば、プリント基板の素材）で、「側壁」を接着性の高い樹脂材料（例えば、フォトレジスト材料である「ＳＵ−８」）で構成してもよい。なお、「天井」と「床」と「側壁」は、熱伝導率が大きい材料で形成することが好ましいが、必ずしもそうしなくてもよい。
【0055】
（１２） 前記インターポーザの表面と裏面（前記第１及び第２半導体デバイスにそれぞれ対向する面）には、電子回路あるいは電気配線層を配置してもよい。前記チャネルの内壁（「天井」と「床」と「側壁」）にも、電子回路あるいは電気配線層を配置してもよい。この場合、前記熱反射層および前記熱放射層が、前記電子回路などの動作を阻害（例えば電子回路の短絡）しないために、前記熱反射層と前記電子回路などの間、および、前記熱放射層と前記電子回路などの間に、絶縁層を配置することが必要である。
【0056】
前記インターポーザには、貫通電極を形成してもよい。貫通電極を形成することにより、前記インターポーザの上方（前記基板とは反対側）に配置された前記第２半導体デバイスからの電気信号を、前記インターポーザの下方（前記基板の側）に配置された前記第１半導体デバイス、前記基板などへ伝達することが可能となる。
【0057】
前記チャネルには「天井」がなくても構わない。この場合、前記インターポーザの表面（前記基板とは反対側の面）側に配置された前記第２半導体デバイスの対向面が「天井」となる。また、前記チャネルには「床」がなくても構わない。この場合、前記インターポーザの裏面（前記基板側の面）に配置された前記第１半導体デバイスの対向面が「床」となる。これらの構成例では、前記第半導体デバイスの表面あるいは裏面で、前記インターポーザの「天井」または「床」に蓋をすることになる。
【0058】
（１３） 前記チャネルの形状については多くの変形がある。
【0059】
前記チャネルの断面形状（前記流体の流れる方向に対して垂直な面での断面形状）は、略正方形を含む略長方形（例えば、幅方向が大きく、高さ方向が小さい長方形）が好ましい。前記チャネルの前記基板に平行な面内での形状は、略正方形を含む略長方形が好ましいが、これには限定されない。例えば、前記チャネルへ流体が流入する入口（上流側）の近傍領域と、流出する出口（下流側）の近傍領域の双方、あるいは、入口の近傍領域と出口の近傍領域のいずれか一方が狭まっている形状とすることができる。すなわち、「前記チャネルの少なくとも一方の端部が括れており、その中央部が太くなっている」形状である。この狭まっている領域は、前記チャネルの前記側壁の少なくとも一方を内側に曲折させることで形成されるが、この曲折箇所に貫通電極を配置してもよい。前記入口と前記出口の配置される位置は、前記チャネルの幅方向の中央とするのが好ましいが、これには限定されない。例えば、前記入口が前記チャネルの幅方向で左寄り、前記出口が前記チャネルの幅方向で右寄りといった配置にしてもよい。
【0060】
（１４） 前記インターポーザを挟み込む前記第１及び第２の半導体デバイスは、それぞれ２個以上であってもよい。例えば、前記インターポーザの表面または裏面において、同一平面内に複数個の半導体デバイスを配置してもよい。
【0061】
前記インターポーザを２個以上用いて、前記積層モジュールの構成を多段の半導体デバイスを含む構成としてもよい。例えば、前記第１半導体デバイスの表面に前記インターポーザを搭載し、前記インターポーザの表面に前記第２半導体デバイスを搭載し、前記第２半導体デバイスの表面に追加のインターポーザを搭載し、前記追加のインターポーザの表面に第３半導体デバイスを搭載するような構成としてもよい。この場合、前記インターポーザと前記追加のインターポーザの各々に前記チャネルを形成してもよいし、前記インターポーザまたは前記追加のインターポーザにのみ前記チャネルを形成してもよい。
【0062】
（１５） 前記インターポーザは、前記チャネルの指定された第１領域での断面積を、同チャネルの指定された第２領域での断面積よりも小さくすることもできる。この場合、断面積が相対的に小さい前記第１領域は、前記上流側に位置し、断面積が相対的に大きい前記第２領域は、前記下流側に位置する。別の表現をするならば、前記第１領域は、前記チャネルの前記入口に近い位置にあり、前記第２領域は前記チャネルの前記出口に近い位置にある。さらに詳しく言えば、前記第１領域は、前記第２領域よりも上流側（前記チャネルの入口に近い側）に位置する。前記断面積とは、前記流体の流れる方向に垂直な断面での前記チャネルの面積である。
【0063】
前記チャネルの前記第１領域は、前記チャネルへ前記流体が流れ込む領域であり、前記第２領域は、前記チャネルから前記流体が流れ出す領域である。この構成では、前記流体は、まず断面積が小さい前記第１領域へ流れ込み、前記チャネルから流れ出る前に、断面積が大きい前記第２領域へ導かれる。その結果、前記流体に「断熱膨張」が起こり、吸熱作用が発生する。この吸熱作用により、前記インターポーザの両側に配置された前記第１及び第２の半導体デバイスで発生した熱は、前記流体に吸収されるため、前記第１及び第２の半導体デバイスの動作温度を低下させることができる。前記流体に吸収された熱は、前記流体によって外部に放出される。
【0064】
前記チャネルの高さ（「天井」と「床」の間の距離）は、一定であることが、製造技術上好ましいが、これに限定されるわけではない。例えば、前記流体が前記チャネルへ流れ込む前記第１領域では、前記チャネルの高さが相対的に小さく、前記流体が前記チャネルから流れ出す前記第２領域では、前記チャネルの高さが相対的に大きくてもよい。前記吸熱作用を大きくするためには、前記第１領域での断面積と、前記第２領域での断面積の比を大きくすることが好ましい。この断面積の比を大きくするためには、前記チャネルの幅（前記チャネルの「両側壁」間の距離）の比と、前記高さの比の両者を、共に大きくすることが好ましい。
【0065】
前記チャネルには「天井」がなくてもよい。「天井」のない構成では、前記インターポーザの上側（前記基板とは反対側）に配置される前記第２半導体デバイスの下位表面が「天井」の役割を果たす。また、前記チャネルには「床」がなくてもよい。「床」のない構成では、前記インターポーザの下側（前記基板の側）に配置された前記第１半導体デバイスの上位表面が「床」の役割を果たす。これらの構成では、前記第２半導体デバイスの上位表面あるいは前記第１半導体デバイスの下位表面が、前記チャネルの開口箇所に蓋をすることになる。
【0066】
（１６） 前記流体に「断熱膨張」を引き起こす前記チャネルの平面形状については、多くの選択肢がある。例えば、（ａ）断面積が一定でかつ相対的に断面積が小さい領域→断面積が増大する領域→断面積が一定でかつ相対的に断面積が大きい領域、（ｂ）断面積が一定の領域がなく、流体が流れる方向に断面積が順次（連続的に）大きくなる、などである。また、相対的に断面積が小さい領域から相対的に断面積が大きい領域へ変化する場合、この変化が急峻であることが好ましいが、この限りではない。さらに、前記流体が流れ込む位置と流れ出す位置についても、特に制限されない。
【0067】
（１７） 前記チャネルの個数は、１個以上であればよい。例えば、前記インターポーザの内部に２個の前記チャネルが配置され、それぞれの断面積が変化する領域が異なる位置に配置されていてもよい。より具体的に一例を記載すると、第１の前記チャネルでの断面積が変化する領域が、前記インターポーザの左下（インターポーザを上部から見て）に配置され、第２の前記チャネルでの断面積が変化する領域が、前記インターポーザの右上に配置される。このような構成では、前記第１または第２の半導体デバイスの消費電力が大きい領域（ホットスポット）に、前記の断面積が変化する領域を近接させることになる。
【0068】
前記チャネルを２個以上持つ上記構成の場合、それらチャネルの入口を結合して１個とすることも可能である。例えば、前記複数チャネルへの前記流体の流入は１カ所とされ、前記インターポーザ内部において前記した２個以上のチャネルのそれぞれに前記流体が分岐される構成とすることができる。
【0069】
前記チャネルの前記天井及び前記床には、それぞれ、前記熱反射層と前記熱放射層を配置してもよい。また、前記チャネルの前記天井あるいは前記床に、それぞれ、前記熱反射層あるいは前記熱放射層を配置してもよい。これらの熱反射層と熱放射層は、それぞれ、前記天井と前記床の指定された領域のみに限定して配置されていてもよいし、前記天井の全面と前記床の全面にそれぞれ配置されていてもよい。さらには、前記チャネルの前記側壁にも、選択的に、前記熱反射層あるいは前記熱放射層が配置されていてもよい。
【0070】
（１８） 前記積層モジュールからの信号取り出し方法（電気配線）については、なんら限定されない。例えば、ボンディングワイヤを用いる構成（ボンディングモジュール）、あるいは、貫通電極を用いる構成（貫通電極モジュール）がある。貫通電極を用いる構成では、前記インターポーザに形成された貫通電極により、前記インターポーザの両側（上下）に配置された前記第１及び第２の半導体デバイスが相互に電気接続されることになる。さらに、前記インターポーザの表面あるいは裏面、あるいは、表面及び裏面の双方に、電子回路あるいは電気配線層を配置して、前記電気接続を容易ならしめてもよい。
【0071】
（１９） 前記積層モジュールにおいて、前記インターポーザを挟み込む前記第１及び第２の半導体デバイスは、それぞれ２個以上であってもよい。例えば、前記インターポーザの表面または裏面において、同一平面内に複数個の半導体デバイスを配置してもよい。前記インターポーザを２個以上用いて、多段の半導体デバイスから成る積層モジュールを形成しても構わない。例えば、前記第１半導体デバイスの表面に前記インターポーザを搭載し、前記インターポーザの表面に前記第２半導体デバイスを搭載し、前記第２半導体デバイスの表面に追加のインターポーザを搭載し、その追加のインターポーザの表面に第３半導体デバイスを搭載する構成でもよい。この構成では、それぞれのインターポーザに前記チャネルを配置してもよいし、指定されたインターポーザにのみ前記チャネルを配置してもよい。
【0072】
前記積層モジュールは、通常、上述したボンディングモジュールあるいは貫通電極モジュールとされるが、より多くの半導体デバイスを積層した構成では、ボンディングを用いた電気接続と貫通電極を用いた電気接続とが混用されてもよい。かかる構成の一例は、ボンディングモジュールと貫通電極モジュールとが「混載」される構成である。
【発明の効果】
【0073】
本発明の積層モジュール及びインターポーザによれば、（ａ）消費電力の大きい半導体デバイスを積層した構成を持つ場合であっても、それら半導体デバイスの発熱に伴う温度上昇を抑えて安定に動作させることができる、（ｂ）積層された半導体デバイス間の熱伝導を抑制して、当該積層モジュールの温度上昇を抑制することができる、といった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0074】
【図1A】金属細線を用いて電気接続を行った積層モジュール（ボンディングモジュール）を基板上に搭載した実装構造を示す断面説明図である。
【図1B】貫通電極を用いて電気接続を行った積層モジュール（貫通電極モジュール）を基板上に搭載した実装構造を示す断面説明図である。
【図14】本発明の第１実施形態に係る積層モジュールに使用された、チャネルが放射・反射構造を持つインターポーザの構成を示す断面説明図である。
【図16A】本発明の第２実施形態に係る積層モジュールに使用された、チャネルが放射・反射構造を持つインターポーザの構成を示す断面説明図である。
【図16B】本発明の第３実施形態に係る積層モジュールに使用された、チャネルが放射・反射構造を持つインターポーザの構成を示す断面説明図である。
【図17】本発明の第１実施形態に係る積層モジュールに使用されたインターポーザの製造方法の第１例を示す断面説明図である。
【図18】本発明の第１実施形態に係る積層モジュールに使用されたインターポーザの製造方法の第２例を示す断面説明図である。
【図19】本発明の第１実施形態に係る積層モジュールに使用されたインターポーザの製造方法の第３例を示す断面説明図である。
【図20】本発明の第１実施形態に係る積層モジュールに使用されたインターポーザの製造方法の第４例を示す断面説明図である。
【図21A】流体の断熱膨張を利用して冷却効果を増加させるインターポーザの分解斜視図である。
【図31】従来の積層モジュールの実装構造（と冷却法）を示す断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0075】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る積層モジュール（積層半導体デバイス）とインターポーザの好適な実施形態を説明する。
【0077】
図１Ａは、樹脂、セラミック、半導体などで形成された基板１０上に、第１半導体デバイス１１ａと第２半導体デバイス１２ａをこの順に積み重ね、それらの電気接続をボンディングワイヤ（金属細線）１３をボンディングすることにより行った構成例である。以下、この構成を持つ積層モジュールを「ボンディングモジュール」と呼ぶ。ここでは、下位にある第１半導体デバイス１１ａと上位にある第２半導体デバイス１２ａは、いずれもチップ状とされているが、チップ状に限定されない。第１半導体デバイス１１ａは、基板１０の表面（上面）に接着剤１７などで固定されている。第２半導体デバイス１２ａは、第１半導体デバイス１１ａの上面に接着剤１７などで固定されている。これらの半導体デバイス１１ａ及び１２ａと基板１０との間の電気接続は、ボンディングワイヤ１３を用いて行われている。
【0078】
図１Ｂの構成例では、図１Ａのボンディングモジュールと同様に、基板１０上に、第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂをこの順に積み重ねてあるが、電気接続法はそれとは異なる。すなわち、第１半導体デバイス１１ｂの表面と裏面は、当該デバイス１１ｂをその厚さ方向に貫通する貫通電極１４によって電気的に相互接続されており、基板１０と第１半導体デバイス１１ｂの間の電気接続（及び機械接続）と、第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂの間の電気接続（及び機械接続）は、いずれも、導電性ボール１５を用いて行われている。こうして、基板１０と第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂは、相互に電気接続されていると共に、相互に機械接続（固定）されている。基板１０と第１半導体デバイス１１ｂの間と、第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂの間の隙間には、それぞれ、アンダーフィラー１６が充填されている。これは、ボール１５を用いた基板１０とデバイス１１ｂ及び１２ｂ間の機械接続強度を増大させるためである。以下、図１Ｂの構成を持つ積層モジュールを「貫通電極モジュール」と呼ぶ。
【0079】
図１Ａのボンディングモジュールと図１Ｂの積層モジュールには、それぞれ得失がある。すなわち、ボンディングモジュールは、二つの半導体デバイス１１ａ及び１２ａを基板１０上に単に積層し、ボンディングワイヤ１３でそれらの電気配線を行うだけであるから、新たな技術開発は不要である。しかし、第１半導体デバイス１１ｂが第２半導体デバイス１２ａよりも大きいこと、高さが異なる位置からのワイヤボンディングが的確にできることなどの条件を満たす必要がある。この手法で、３個以上の半導体デバイスを積層して３層以上としたボンディングモジュールもある。なお、この構成例で冷却用流体（冷媒）を半導体デバイス１１ａ及び１２ａの周囲に流す場合には、ボンディングワイヤ１３が切断されないように、何らかの形でボンディングワイヤ１３の保護を施すことが必要である。
【0080】
図１Ｂの積層モジュールでは、下位の第１半導体デバイス１１ｂに貫通電極１４を埋め込む技術、多数の導電性ボール１５の搭載・溶融・再凝固を安定して行う製造技術、基板１０と第１半導体デバイス１１ｂの間と、第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂの間の狭い隙間に、アンダーフィラー１６を流し込む技術などが必要となる。この構成では、配線に関わる領域の全てが、半導体チップ１１ｂ及び１２ｂの内部にあるか、アンダーフィラー１６で覆われているので、上述の冷却用流体を周囲に流してもこの積層モジュールが破壊される可能性は少ない。
【0081】
（チャネル付きインターポーザを用いたボンディングモジュールの構成例）図２Ａは、図１Ａに示したボンディングモジュールにチャネル付きインターポーザ２０を搭載した構成例（積層モジュール）を示す断面図であり、図２Ｂは、そのＡ−Ａ線に沿ったインターポーザ２０の断面図である。
【0082】
図２Ａに示すように、この構成例では、チャネル付きインターポーザ２０は、基板１０の表面（上面）に配置された第１半導体デバイス１１ａの表面（上面）に配置されており、そのインターポーザ２０の表面（上面）に第２半導体デバイス１２ａが配置されている。換言すれば、インターポーザ２０の上下にそれぞれ、第２半導体デバイス１２ａと第１半導体デバイス１１ａが配置されており、両デバイス１２ａ及び１１ａがインターポーザ２０を挟む構造となっている。
【0083】
第１半導体デバイス１１ａは、基板１０の表面（上面）に接着剤１７などで固定されている。インターポーザ２０は、第１半導体デバイス１１ａの表面（上面）に接着剤１７などで固定されている。第２半導体デバイス１２ａは、インターポーザ２０の上面に接着剤１７などで固定されている。接着剤１７は、熱伝導率が大きい材料（例えば、金属フィラーを混練した樹脂）であることが好ましいが、これに限定されるわけではない。
【0084】
第１半導体デバイス１１ａは、基板１０より小さい。インターポーザ２０は、第１半導体デバイス１１ａより小さい。第２半導体デバイス１２ａは、インターポーザ２０より小さい。これらの半導体デバイス１１ａ及び１２ａと基板１０との間の電気接続は、ボンディングワイヤ１３を用いて行われている。
【0085】
インターポーザ２０の内部に形成されたチャネル２１は、上壁２３と下壁２４と左右両側の側壁２２で支持されている。換言すれば、チャネル２１は、上壁２３と下壁２４と側壁２２で画定されている。チャネル２１の前端部（上流側端部）と後端部（下流側端部）は開口しており、したがってチャネル２１の前壁と後壁は存在しない。チャネル２１には、図２Ｂの矢印２５で示された方向に、図２Ａでは紙面に垂直方向に（手前から奥へ、前端部から後端部へ）、冷却用の流体が流れるようになっている。この構成においては、第１及び第２半導体デバイス１１ａ及び１２ａで発生した熱は、チャネル２１を流れる流体に吸熱され、当該積層モジュールの外部へ排出される。このような流体の流れは、後述するように、ポンプやコンプレッサと配管など（共に図示せず）により容易に実現できる。
【0086】
冷却用の前記流体は、「冷媒」とも呼ばれ、発熱物体から熱を吸収して外部へ移送できる特性を有している。前記流体としては、例えば、（１）フロン類・ノンフロン類（多用されており、種類が多い）、（２）ブタン、イソブタンなどの有機化合物、（３）水素、ヘリウム、アンモニア、水、二酸化炭素などの無機化合物などが使用できる。
【0087】
なお、チャネル２１は、少なくとも両側の側壁２２で支持されていれば足り、上壁２３と下壁２４の少なくとも一方は省略してもよい。
【0088】
チャネル２１の上壁２３と下壁２４は、熱伝導率が大きい材料で形成されていることが好ましいが、必ずしもこの限りではない。また、上壁２３と下壁２４が単結晶シリコンで構成され、上壁２３と下壁２４の外面（つまり、上壁２３の下面と上面、下壁２４の上面と下面）に電子部品やトランジスタなどからなる電子回路、あるいは、電気配線層が配置されていてもよい。チャネル２１に露出する面（つまり、上壁２３の下面と下壁２４の上面）に電子回路あるいは電気配線層が形成されている場合には、これらの面の最表層に絶縁層（図示せず）を配置することで、当該電子回路あるいは電気配線層の冷却用流体による浸食や汚染を防止し、当該電子回路あるいは電気配線層を保護することが好ましい。
【0089】
（チャネル付きインターポーザを用いた貫通電極モジュールの構成例）図３Ａは、図１Ｂに示した貫通電極モジュールにチャネル付きインターポーザ３０を搭載した構成例（積層モジュール）を示す断面図であり、図３Ｂは、そのＢ−Ｂ線に沿ったインターポーザ３０の断面図である。
【0090】
図３Ａに示すように、この構成例では、チャネル付きインターポーザ３０は、基板１０の表面（上面）に配置された第１半導体デバイス１１ｂの表面（上面）に配置されており、そのインターポーザ３０の表面（上面）に第２半導体デバイス１２ｂが配置されている。換言すれば、インターポーザ３０の上下にそれぞれ、第２半導体デバイス１２ｂと第１半導体デバイス１１ｂが配置されており、両デバイス１２ｂ及び１１ｂがインターポーザ３０を挟む構造となっている。
【0091】
インターポーザ３０の左右の側壁３２には、それを厚さ方向に貫通する貫通電極３６が埋め込まれている。これらの貫通電極３６は、導電性ボール３７を介して第２半導体デバイス１２ｂの電子回路と電気接続（及び機械接続）され、また、導電性ボール３８を介して第１半導体デバイス１１ｂの電子回路と電気接続（及び機械接続）されている。すなわち、第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂの電子回路は、貫通電極３６を用いて相互に電気接続されていると共に、相互に機械接続（固定）されている。こうして、基板１０と第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂは、相互に電気接続されていると共に、相互に機械接続（固定）されている。なお、基板１０と第１半導体デバイス１１ｂの間の電気接続及び機械接続は、図１Ｂの場合と同様に、導電性ボール１５を用いて行われている。
【0092】
基板１０と第１半導体デバイス１１ｂの間と、第１半導体デバイス１１ｂとインターポーザ３０の間と、インターポーザ３０と第２半導体デバイス１２ｂの間の隙間には、それぞれ、アンダーフィラー１６が充填されている。これは、ボール１５、３７及び３８を用いた基板１０とインターポーザ３０とデバイス１１ｂ及び１２ｂ間の機械接続強度を増大させるためである。
【0093】
インターポーザ３０の貫通電極３６は、上壁３３および下壁３４には形成できず、左右の側壁３２にのみ形成可能である。換言するならば、半導体デバイス１１ｂおよび１２ｂに配置されている電気接続点（ボンディングパッドに相当）は、インターポーザ３０の左右いずれかの側壁３２に対向する部分に配置されていることが必要である。
【0094】
ボンディングモジュールの構成例とは異なり、第１半導体デバイス１１ｂと、インターポーザ３０と、第２半導体デバイス１２ｂは、ほぼ同じ大きさで、いずれも基板１０より小さい。ここでは、積層モジュール４０を構成する第１半導体デバイス１１ｂとインターポーザ３０と第２半導体デバイス１２ｂの大きさ（面積）が、全て等しくされているが、これには限定されない。例えば、第１半導体デバイス１１ｂよりもインターポーザ３０が小さく、インターポーザ３０よりも第２半導体デバイス１２ｂが小さくてもよい。
【0095】
インターポーザ３０の内部に形成されたチャネル３１は、上壁３３と下壁３４と左右両側の側壁３２で支持されている。換言すれば、チャネル３１は、上壁３３と下壁３４と側壁３２で画定されている。チャネル３１の前端部（上流側端部）と後端部（下流側端部）は開口しており、したがってチャネル３１の前壁と後壁は存在しない。チャネル３１には、図３Ｂの矢印３５で示された方向に、図３Ａでは紙面に垂直方向に（手前から奥へ、前端部から後端部へ）、冷却用の流体（冷媒）が流れるようになっている。この構成においては、第１及び第２半導体デバイス１１ｂ及び１２ｂで発生した熱は、チャネル３１を流れる流体に吸熱され、当該積層モジュールの外部へ排出される。このような流体の流れは、ポンプやコンプレッサと配管など（共に図示せず）により容易に実現できる。流体としては、チャネル付きインターポーザを用いたボンディングモジュールの構成例で上述したものが使用できる。
【0096】
なお、チャネル３１は、少なくとも両側の側壁３２で支持されていれば足り、上壁３３と下壁３４の少なくとも一方は省略してもよい。
【0097】
チャネル３１の上壁３３と下壁３４は、熱伝導率が大きい材料で形成されていることが好ましいが、必ずしもこの限りではない。また、上壁３３と下壁３４が単結晶シリコンで構成され、上壁３３と下壁３４の外面（つまり、上壁３３の下面と上面、下壁３４の上面と下面）に電子部品やトランジスタなどからなる電子回路、あるいは、電気配線層が配置されていてもよい。チャネル３１に露出する面（つまり、上壁３３の下面と下壁３４の上面）に電子回路あるいは電気配線層が形成されている場合には、これらの面の最表層に絶縁層（図示せず）を配置することで、当該電子回路あるいは電気配線層の冷却用流体による浸食や汚染を防止し、当該電子回路あるいは電気配線層を保護することが好ましい。
【0098】
基板１０と第１半導体デバイス１１ｂとインターポーザ３０と第２半導体デバイス１２ｂの間の隙間に充填されたアンダーフィラー１６は、熱伝導率が大きい材料（例えば、金属フィラーを混練した樹脂）で構成されていることが好ましいが、この限りではない。
【0099】
（チャネル付きインターポーザを用いた貫通電極モジュールを冷却する構成例）図４Ａは、図３Ｂに示した貫通電極モジュール（チャネル付きインターポーザ３０を持つ）４０を流体を使って冷却する場合の構成例（実装構造）を示す断面図であり、図４Ｂは、そのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【0100】
上述したように、積層モジュール４０は、基板１０の表面に配置された第１半導体デバイス１１ｂと、第１半導体デバイス１１ｂの表面に配置されたインターポーザ３０と、インターポーザ３０の表面に配置された第２半導体デバイス１２ｂとを主たる構成要素としており、インターポーザ３０の内部にはチャネル３１が形成されている。
【0101】
基板１０の上には、積層モジュール４０の全体を内包するカバー４２が密着して固定されており、基板１０とカバー４２の間には内部空間５０が形成されている。カバー４２には、内部空間５０に冷却用流体Ｌを導入するためのインレット４３と、内部空間５０から同流体Ｌを排出するためのアウトレット４４が設けられている。カバー４２の下端には脚部４５が、基板１０の表面の脚部４５に対応する箇所には取付部４６が、それぞれ形成されており、カバー４２は、脚部４５を取付部４６に密着・固定させることで基板１０に固定されている。
【0102】
流体Ｌは、カバー４２の外部に設けられたポンプＰ（またはコンプレッサ）により、インレット４３から矢印４７ａで示す方向に内部空間５０に流れ込み、アウトレット４４から矢印４７ｂで示す方向に流れ出て、ポンプＰに戻るようになっている。なお、Ｔ１は、インレット４３とポンプＰの間を連結する配管、Ｔ２は、アウトレット４４とポンプＰの間を連結する配管である。
【0103】
インレット４３を通って内部空間５０に導入された流体Ｌは、矢印４８で示す経路に沿って、インターポーザ３０のチャネル３１をその上流側端部から下流側端部まで通過し、その間に第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂで発生した熱を吸熱することが期待される。しかしながら、内部空間５０では、そのような期待される流体Ｌの流れ以外に、積層モジュール４０の周囲に沿った、矢印４９で示される期待しない流体Ｌの流れも発生してしまう。チャネル３０の断面積（特にチャネル３０の高さ）は小さい（例えば数百マイクロメータ程度である）のに対し、積層モジュール４０とカバー４２の間の隙間（断面積）はそれよりもかなり大きい（例えば数ミリメータ程度である）ことを考えると、矢印４８に沿う流れの流量は少なく、矢印４９に沿う流れの流量の方が大きくなる。流量の間にこのような大小関係があると、チャネル３１を流れる流体Ｌを介しての所望の吸熱効果は得られない可能性が大である。よって、積層モジュール４０に対して所望の冷却効果を確実に得るには、積層モジュール４０の全体を覆うカバー４２を基板１０上に装着するだけの構成（図４Ａ及び図４Ｂ参照）では十分ではなく、何らかの方策を講じることが必要である。
【0104】
（貫通電極モジュールを冷却する構成例に堰を付加した実装構造の第１例）図５Ａ及び図５Ｂと図６は、図４Ａ及び図４Ｂの実装構造に堰を付加した、積層モジュールの実装構造の第１例を示す。図５Ａは、この実装構造の冷却用流体Ｌの流動方向に沿った縦断面図であり、図５Ｂは、図５ＡのＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図６は、この実装構造のカバー４２を基板１０から取り外した状態を示す斜視図である。
【0105】
この積層モジュールの実装構造の第１例は、図４Ａ及び図４Ｂに示した構成例（貫通電極モジュールを使用）において、積層モジュール４０とカバー４２の間に、内部空間５０を上流側空間と下流側空間の二つに仕切る堰５１を設けたものである。図５Ａ及び図５Ｂにおいて、図４Ａと図４Ｂに示した構成要素と同一の符号は、同一の構成要素を示している。
【0106】
堰５１の全体形状は、ほぼ逆Ｕ字形であり、カバー４２の内側において積層モジュール４０の外側を帯状に覆うことにより、積層モジュール４０の周囲を通る経路を遮断している。換言すれば、堰５１は、内部空間５０を、インレット４３側の上流側空間と、アウトレット４４側の下流側空間の二つに仕切っているのである。こうして、矢印４９で示される、積層モジュール４０の周囲を通る望まない流体Ｌの流れの発生を防止している。
【0107】
堰５１を設けたため、内部空間５０の上流側空間と下流側空間は、インターポーザ３０のチャネル３１のみで相互に繋がっており、したがって、インレット４３から上流側空間に流れ込んだ流体Ｌのすべてが、矢印４８で示す経路に沿ってチャネル３１を通過し、下流側空間に到達する。その後、アウトレット４４から排出される。このため、効率的な吸熱効果が実現され、積層モジュール４０に対する所望の冷却効果を確実に得ることができる。
【0108】
堰５１が配置される位置と、堰５１の厚さ（流体Ｌの流動方向に沿った長さ）については、チャネル４１の入口（上流側端部）と出口（下流側端部）を塞がないことを除いて、特段の制限はない。
【0109】
（貫通電極モジュールを冷却する構成例に堰を付加した実装構造の第２例）図７Ａ及び図７Ｂと図８Ａ及び図８Ｂは、図４Ａ及び図４Ｂの実装構造に堰を付加した、積層モジュールの実装構造の第２例の製造方法を示す。図７Ａ及び図７Ｂは、この製造方法を示す斜視図であり、図８Ａ及び図８Ｂはその断面図である。図８Ａ及び図８Ｂでは、当該実装構造の縦断面が上位に、横断面が下位に描かれている。
【0110】
この積層モジュールの実装構造の第２例は、図８Ｂ（ｄ１）及び（ｄ２）に示したように、上述した第１例のカバー４２が、二つのカバー半体４２ａと４２ｂから構成されていると共に、それらカバー半体４２ａと４２ｂが所定の隙間Ｇをあけて基板１０上に固定されたものである。堰５１は、第１例と同様に、ほぼ逆Ｕ字形で、積層モジュール４０の外側を帯状に覆っているが、カバー半体４２ａと４２ｂの間の隙間Ｇに配置されているため、堰５１の外周面はカバー４２（カバー半体４２ａと４２ｂ）から外部に露出している。それ以外の構成は、第１例と同じである。
【0111】
このように、堰５１は、カバー４２から外部に露出してもよく、堰５１全体がカバー４２の内部に配置されていなくてもよい。
【0112】
次に、この実装構造の第２例の製造方法について説明する。
【0113】
まず、図７Ａ（ａ）と図８Ａ（ａ１）及び（ａ２）に示すように、積層モジュール４０が基板１０の表面に搭載される。積層モジュール４０の構成は、図３Ａ及び図３Ｂに示した貫通電極モジュール４０（チャネル付きインターポーザ３０を持つ）と同じであるから、その説明は省略する。なお、ここでは、積層モジュール４０を構成する第１半導体デバイス１１ｂとインターポーザ３０と第２半導体デバイス１２ｂの大きさ（面積）が全て等しくされているが、本発明はこれには限定されず、互いに異なってもよい。例えば、第１半導体デバイス１１ｂよりもインターポーザ３０が小さく、インターポーザ３０よりも第２半導体デバイス１２ｂが小さくてもよい。
【0114】
次に、図７Ａ（ｂ）と図８Ａ（ｂ１）及び（ｂ２）に示すように、基板１０の表面において、積層モジュール４０の裾部の周辺領域に接着剤が塗布され、接着層５５が基板１０上に形成される。接着層５５に用いる接着剤は、例えばエポキシ樹脂であり、その粘度は、塗布後においてもその形状が維持される（つまり、流れて厚さが薄くならない）程度の値とされる。
【0115】
次に、図７Ｂ（ｃ）と図８Ｂ（ｃ１）及び（ｃ２）に示すように、カバー半体４２ａとカバー半体４２ｂが基板１０の表面に配置される。カバー半体４２ａと４２ｂとは、図６におけるカバー４２を２分割した形状であり、それぞれには、インレット４３とアウトレット４４が設けられている。カバー半体４２ａと４２ｂが基板１０の表面に配置された状態では、カバー半体４２ａと４２ｂの間には隙間Ｇが形成されている。隙間Ｇの大きさ（間隔）は、通常は数ミリメータ（ｍｍ）であるが、これに限定されない。
【0116】
カバー半体４２ａと４２ｂにそれぞれ設けられた脚部４５と、基板１０の表面の脚部４５に対応する位置にそれぞれ設けられた取付部４６とは、接着剤を用いて互いに接合される。この接合には、接着剤以外も使用可能である。例えば、半田付け（カバー半体４２ａと４２ｂと取付部４６の表面が共に金属の場合）、静電接合（カバー半体４２ａと４２ｂが金属、取付部４６の表面がガラスの場合）、分子間での直接接合（カバー半体４２ａと４２ｂと取付部４６の表面が共にシリコン結晶の場合）など、周知の手法が利用可能である。
【0117】
カバー半体４２ａと４２ｂの脚部４５は、接着層５５の端部と重なっていることが好ましいが、この限りではない。重なっている場合には、脚部４５を基板１０の表面に押し付けることで、接着層５５の脚部４５と重なっている端部は変形する。
【0118】
引き続いて、接着層５５の接着剤と、脚部４５と取付部４６との間の接着剤とを固化させて、以後のプロセスでの機械的強度を確保する。脚部４５と取付部４６とが接着剤以外の材料もしくは手法で結合されている場合は、接着層５５の接着剤のみを固化させればよい。
【0119】
次に、図７Ｂ（ｄ）と図８Ｂ（ｄ１）及び（ｄ２）に示すように、カバー半体４２ａ及び４２ｂの間の隙間Ｇから樹脂５６を流し込み、貫通電極モジュール４０の外周面にほぼ逆Ｕ字形の堰５１を形成する。樹脂５６としては、エポキシ樹脂などが使用可能である。カバー半体４２ａ及び４２ｂと積層モジュール４０との間の隙間は、樹脂５６の流動性を利用して、樹脂５６により完全に充填される。樹脂５６の粘度を適宜選択することで、インターポーザ３０のチャネル３１の入口と出口を塞ぐことがないように、樹脂５６を隙間Ｇの周辺領域にのみ留まらせることができる。
【0120】
このように、堰５１が、カバー半体４２ａと４２ｂの間の隙間Ｇに樹脂５６を流し込んで形成されるので、上記第１例の場合よりも堰５１の形成が容易であるという利点がある。
【0121】
堰５１には、インレット４３から流れ込んだ流体Ｌの圧力が印加されるので、長期的に見て、堰５１を形成する樹脂５６が変形する可能性がある場合には、樹脂５６を十分に固化させることが必要である。上述したように、堰５１は、インレット４３側の上流側空間とアウトレット４４側の下流側空間を絶縁（分離）する役割を有しているため、堰５１の表側（外側）がカバー半体４２ａ及び４２ｂの内壁面に強固に密着し、かつ、堰５１の下端部が接着層５５に強固に接着していることが必要である。
【0122】
この積層モジュールの実装構造の第２例における堰５１の作製プロセスでは、堰５１の配置される領域を隙間Ｇが規定する。一般的には、図７Ｂ（ｄ）と図８Ｂ（ｄ１）及び（ｄ２）に示すように、カバー半体４２ａと４２ｂの長さ（流体Ｌの流動方向に沿った長さ）を互いに等しくし、隙間Ｇすなわち堰５１が積層モジュール４０の中央部に配置される。しかし、必ずしもこのように配置しなくてもよい。例えば、カバー半体４２ａの長さを、カバー半体４２ｂの長さよりも短くしてもよい。この場合、隙間Ｇすなわち堰５１は、積層モジュール４０の中央部よりインレット４３側にずれて配置される。
【0123】
図７Ｂ及び図８Ｂは、カバー半体４２ａと４２ｂへのインレット４３とアウトレット４４の配置の一例を示しているだけであり、これ以外の配置も可能である。例えば、（ｉ）インレット４３がカバー半体４２ａの上面に配置され、アウトレット４４がカバー半体４２ｂの上面に配置されてもよいし、（ｉｉ）インレット４３がカバー半体４２ａの側面に配置され、アウトレット４４がカバー半体４２ｂの上面に配置されてもよい。インレット４３とアウトレット４４が配置される領域については、特段の制限はなく、本第２例の実装構造が配置される環境（例えば、プリント基板上での部品類の配置状況）に応じて適宜決定される。
【0124】
この積層モジュールの実装構造の第２例においても、堰５１が積層モジュール４０の周囲を通る経路を遮断している。換言すれば、堰５１が、内部空間５０をインレット４３側の上流側空間とアウトレット４４側の下流側空間の二つに仕切っている。このため、矢印４９で示される、積層モジュール４０の周囲を通る期待しない流体Ｌの流れが発生せず、インレット４３から上流側空間に流れ込んだ流体Ｌのすべてが、矢印４８で示す経路に沿ってチャネル３１を通過し、下流側空間に到達してから、アウトレット４４から排出される。このため、上述した第１例の場合と同様に、効率的な吸熱効果が実現され、積層モジュール４０に対する所望の冷却効果を確実に得ることができる。
【0126】
これは、３個の半導体デバイスと２個のインターポーザからなる５段構成（インターポーザを除くと３段構成）の積層モジュール４０ａを使用したものであり、それ以外の構成は、上述した第１例と同じである。
【0127】
積層モジュール４０ａは、基板１０の表面（上面）に配置された第１半導体デバイス１１ｂと、第１半導体デバイス１１ｂの表面（上面）に配置されたチャネル３１付きのインターポーザ３０と、インターポーザ３０の表面（上面）に配置された第２半導体デバイス１２ｂと、第２半導体デバイス１２ｂの表面（上面）に配置されたもう一つのチャネル３１付きのインターポーザ３０と、そのインターポーザ３０の表面（上面）に配置された第３半導体デバイス１２ｂ'とから構成されている。換言すれば、下側のインターポーザ３０の上下にそれぞれ、第２半導体デバイス１２ｂと第１半導体デバイス１１ｂが配置され、両デバイス１２ｂ及び１１ｂが下側のインターポーザ３０を挟んでおり、また、上側のインターポーザ３０の上下にそれぞれ、第３半導体デバイス１２ｂ'と第２半導体デバイス１２ｂが配置され、両デバイス１２ｂ'及び１２ｂが上側のインターポーザ３０を挟んだ構造となっている。
【0128】
積層モジュール４０ａの外周面には、略逆Ｕ字形の堰５１が配置されているため、流体Ｌは二つのインターポーザ３０のチャネル３１のみを通過することができる。カバー４２のインレット４３から内部空間５０に流入した流体Ｌは、チャネル３１を通過した後、カバー４２のアウトレット４４から外部に流出する。堰５１は、その全体がカバー４２の内部にあり、カバー４２からは露出していない。
【0129】
なお、二つのインターポーザ３０の双方にチャネル３１が形成されていなくてもよい。例えば、下側のインターポーザ３０のみ、あるいは上側のインターポーザ３０のみにチャネル３１が形成されていてもよい。
【0130】
（貫通電極モジュールを冷却する構成例に堰を付加した実装構造の第４例）図１０Ａ及び図１０Ｂと図１１Ａ及び図１１Ｂは、貫通電極モジュールを冷却する構成例に堰を付加した、積層モジュールの実装構造の第４例の製造方法を示す。図１０Ａ及び図１０Ｂは、この製造方法を示す斜視図であり、図１１Ａ及び図１１Ｂはその断面図である。図１１Ａ及び図１１Ｂでは、当該実装構造の縦断面が上位に、横断面が下位に描かれている。
【0131】
この実装構造の第４例は、図１１Ｂ（ｄ１）及び（ｄ２）に示したように、カバー５２が二つのカバー半体５２ａと５２ｂから構成されていると共に、それらカバー半体５２ａと５２ｂが所定の隙間Ｇをあけて基板１０上に密着・固定されたものである。カバー５２のこの構成は、上述した第２例の場合と近似しているが、カバー半体５２ａと５２ｂの長さが上記第２例のそれよりも短くされていて、カバー半体５２ａと５２ｂの間の隙間Ｇが上記第２例のそれよりも大きく、積層モジュール４０の全長に近い値に設定されている点が異なっている。また、堰５１は、上記第２例と同様に、ほぼ逆Ｕ字形であり、積層モジュール４０の外側のほぼ全面を帯状に覆っているが、堰５１はカバー半体５２ａと５２ｂの間の大きな隙間Ｇに配置されているため、その長さ（流体Ｌの流動方向の長さ）は、上述した第２例の場合よりも大きく、積層モジュール４０の全長に近い値になっている。それ以外の構成は、上記第１例と同じである。
【0132】
上述した第２例（図８Ｂ（ｄ１）及び（ｄ２）参照）では、内部空間５０が堰５１によって上流側空間と下流側空間に分けられる。上流側空間には、カバー半体４２ａの内面と積層モジュール４０の外周面との間に、ほぼ逆Ｕ字形の狭い領域が存在するが、この領域に流体Ｌが入り込むと、そこで淀んだ（流体Ｌがほとんど流動しない）状態になる。内部空間５０にこのような流体Ｌの淀みが発生すると、流体Ｌによる排熱作用が阻害され、所望の積層モジュール４０の冷却作用が得られない。これは下流側空間についても同様である。この第４例は、その難点を除去したものである。
【0133】
すなわち、この第４例では、カバー半体５２ａ及び５２ｂの間の隙間Ｇが、積層モジュール４０の全長に近い値に設定されているため、堰５１のその長さ（流体Ｌの流動方向の長さ）も積層モジュール４０の全長に近い値になっている。このため、カバー半体５２ａ及び５２ｂの内面と積層モジュール４０の外周面との間にほぼ逆Ｕ字形の狭い領域がほとんど形成されない。その結果、流体Ｌの淀みに起因して排熱作用が阻害されることがなく、所望の積層モジュール４０の冷却作用が得られるのである。
【0134】
次に、この実装構造の第４例の製造方法について説明する。
【0135】
まず、図１０Ａ（ａ）と図１１Ａ（ａ１）及び（ａ２）に示す積層モジュール４０の搭載工程と、図１０Ａ（ｂ）と図１１Ａ（ｂ１）及び（ｂ２）に示す接着層５５の形成工程は、上述した第２例と同じである。よって、それらの説明は省略する。
【0136】
次に、図１０Ｂ（ｃ）と図１１Ｂ（ｃ１）及び（ｃ２）に示すように、カバー半体５２ａ及び５２ｂが基板１０の表面に配置される。カバー半体５２ａ及び５２ｂは、図７Ｂにおけるカバー半体４２ａ及び４２ｂと同様に、カバー５２を２分割した形状であり、それぞれにインレット４３とアウトレット４４が設けられている。カバー半体５２ａ及び５２ｂが基板１０の表面に密着・固定された状態では、カバー半体５２ａ及び５２ｂの間には隙間Ｇが形成されている。隙間Ｇの大きさ（間隔）は、積層モジュール４０の全長にほぼ等しい値に設定されている。
【0137】
カバー半体５２ａ及び５２ｂの脚部４５と、基板１０の表面の取付部４６とは、上記第２例と同様に、接着剤などを用いて互いに接合される。
【0138】
脚部４５の内側は、上述した接着層５５の端部と重なっていることが好ましいが、この限りではない。重なっている場合には、脚部４５を基板１０の表面に押し付けることで、接着層５５の脚部４５と重なっている端部は変形する。
【0139】
引き続いて、接着層５５の接着剤と、脚部４５と取付部４６との間の接着剤とを固化させて、以後のプロセスでの機械的強度を確保する。脚部４５と取付部４６とが接着剤以外の材料もしくは手法で結合されている場合は、接着層５５の接着剤のみを固化させればよい。この点は、上記第２例と同様である。
【0140】
次に、図１０Ｂ（ｄ）と図１１Ｂ（ｄ１）及び（ｄ２）に示すように、カバー半体５２ａ及び５２ｂの隙間Ｇから樹脂５６を流し込み、貫通電極モジュール４０の外周面に、ほぼ逆Ｕ字形の堰５１を形成する。樹脂５６としては、エポキシ樹脂などが使用可能である。カバー半体５２ａ及び５２ｂと積層モジュール４０との間の二つの隙間は、樹脂５６の流動性を利用して、樹脂５６により完全に充填される。隙間Ｇは、上記第２実施形態の実装構造の場合よりも大きいが、樹脂５６の粘度を適宜選択することで、インターポーザ３０のチャネル３１の入口と出口を塞ぐことがないように、また、隙間Ｇの全体を埋め込むように、樹脂５６を流し込んで留まらせることができる。
【0141】
この時、堰５１は、貫通電極モジュール４０の外周面のほぼ全面を覆っているため、貫通電極モジュール４０の外周面はカバー５２から露出していない。堰５１の外周面は、カバー５２の隙間Ｇから露出している。
【0142】
上記第２例と同様に、堰５１にはインレット４３から流れ込んだ流体Ｌの圧力が印加されるので、長期的に見て、堰５１を形成する樹脂５６が変形する可能性がある場合には、樹脂５６を十分に固化させることが必要である。上述したように、堰５１は、インレット４３側の上流側空間とアウトレット４４側の下流側空間を絶縁（分離）する役割を有しているため、堰５１の表側（外側）がカバー半体４２ａ及び４２ｂの内壁面に強固に密着し、かつ、堰５１の下端部が接着層５５に強固に接着していることが必要である。
【0143】
本第４例における堰５１の作製プロセスにおいても、隙間Ｇが堰５１の配置される領域を規定する。
【0144】
図１０Ｂ及び図１１Ｂは、カバー半体５２ａ及び５２ｂへのインレット４３とアウトレット４４の配置の一例を示しているだけであり、これ以外の配置も可能である。これは、上記第２例の場合と同様である。
【0145】
以上説明したように、この積層モジュールの実装構造の第４例では、上記第３例と同様に、流体Ｌの淀みに起因して排熱作用が阻害されることがないため、積層モジュール４０に対する冷却効果が、上記第２例の場合よりも高くなるという効果がある。
【0146】
なお、図１０Ａ及び図１０Ｂと図１１Ａ及び図１１Ｂでは、堰５１が隙間Ｇの全体を埋め込んだ構造を示したが、本第４例はこれに限定されない。例えば、樹脂５６を隙間Ｇの両端部（すなわち、カバー半体５２ａの下流側端部と、カバー半体５２ｂの上流側端部）の近傍のみに限定して流し込むことで、図１３Ｃ（ｄ１）及び（ｄ２）に示すように、隙間Ｇの両端部のみに堰５１ａ及び５１ｂを分散して形成してもよい。この場合、積層モジュール４０の外周面のほとんどが、堰５１ａと５１ｂの間からカバー５２の外部に露出する。
【0147】
（貫通電極モジュールを冷却する構成例に堰を付加した実装構造の第５例）図１２Ａ及び図１２Ｂと図１３Ａ〜図１３Ｄは、貫通電極モジュールを冷却する構成例に堰を付加した、積層モジュールの実装構造の第５例の製造方法を示す。図１２Ａ及び図１２Ｂは、この製造方法を示す斜視図であり、図１３Ａ〜図１３Ｄはその断面図である。図１３Ａ〜図１３Ｄでは、当該実装構造の縦断面が上位に、横断面が下位に描かれている。
【0148】
この実装構造の第５例は、積層モジュール４０を覆うカバー５２に加えて、第２カバー（外カバー）５７が装着されていて、２重カバーになっている点が特徴である。すなわち、図１３Ｄ（ｅ１）及び（ｅ２）に示したように、上記第４例と同様に、カバー５２が二つのカバー半体５２ａと５２ｂから構成されていると共に、カバー半体５２ａ及び５２ｂの間の隙間Ｇが積層モジュール４０の全長に近い値に設定されている。しかし、隙間Ｇの両端部のみに堰５１ａ及び５１ｂが形成（分散して配置）されていて、積層モジュール４０の外周面の大部分が堰５１ａと５１ｂの間の隙間Ｇからカバー５２の外部に露出している点で、上記第４例とは異なっている。
【0149】
基板１０の表面には、カバー５２を覆うように第２カバー（外カバー）５７がさらに装着されている。第２カバー５７は、上流側にインレット５８を、下流側にアウトレット５９を、それぞれ備えている。カバー５２と第２カバー５７の間の空間には、インレット５８からアウトレット５９に向かって、冷却用の第２流体Ｌ２が流動せしめられる。カバー５２のインレット４３とアウトレット４４は、第２カバー５７の側壁を貫通してその外部に出ており、それらの貫通箇所は、流体Ｌと第２流体Ｌ２が漏れないように樹脂などで封止されている。
【0150】
カバー半体５２ａ及び５２ｂへのインレット４３とアウトレット４４の配置と、第２カバー５７のインレット５８とアウトレット５９の配置は、必要に応じて任意に変更可能である。
【0151】
次に、本第５例の製造方法について説明する。
【0152】
まず、図１２Ａ（ａ）と図１３Ａ（ａ１）及び（ａ２）に示す積層モジュール４０の搭載工程と、図１２Ａ（ｂ）と図１３Ａ（ｂ１）及び（ｂ２）に示す接着層５５の形成工程と、図１２Ａ（ｃ）と図１３Ｂ（ｃ１）及び（ｃ２）に示すカバー５２（カバー半体５２ａ及び５２ｂ）の装着工程とは、上述した第４例と同じであるから、その説明は省略する。
【0153】
次に、図１２Ｂ（ｄ）と図１３Ｃ（ｄ１）及び（ｄ２）に示すように、カバー半体５２ａの下流側端部の近傍と、カバー半体５２ｂの上流側端部の近傍に、それぞれ、別個に樹脂５６を流し込み、貫通電極モジュール４０の外周面に、ほぼ逆Ｕ字形の二つの堰５１ａ及び５１ｂを形成する。樹脂５６としては、エポキシ樹脂などが使用可能である。カバー半体５２ａの下流側端部の近傍とカバー半体５２ｂの上流側端部の近傍にある、カバー半体５２ａ及び５２ｂと積層モジュール４０との間の隙間は、樹脂５６の流動性を利用して、樹脂５６により完全に塞がれる。隙間Ｇの両端部は、樹脂５６（堰５１ａ及び５１ｂ）によって覆われるが、その中央部は露出したままである。
【0154】
最後に、図１２Ｂ（ｅ）と図１３Ｄ（ｅ１）及び（ｅ２）に示すように、カバー５２（カバー半体５２ａ及び５２ｂ）を覆うように、第２カバー（外カバー）５７を基板１０の表面に密着・固定する。こうして、この実装構造の第５例が完成する。
【0155】
以上説明したように、この積層モジュールの実装構造の第５例では、２重カバー構成となっていて、内側のカバー５２の内部空間５０は、堰５１ａ及び５１ｂによって上流側空間と下流側空間に分割されていると共に、インレット４３からアウトレット４４に向かって冷却用の流体Ｌが導入・排出される。また、カバー５２と第２カバー５７の間の空間には、インレット５８からアウトレット５９に向かって、冷却用の第２流体Ｌ２が流動せしめられるようになっている。この空間には、堰は設けられていない。このため、冷却用の流体Ｌによる排熱に加えて、第２流体Ｌ２による排熱が同時に行われる。よって、上述した第３及び第４例に比べて構造は少し複雑になるが、積層モジュール４０（第２半導体デバイス１２ｂおよび第１半導体デバイス１１ｂ）に対する冷却効果が、上記第３及び第４例の場合よりも高くなるという効果がある。
【0156】
流体Ｌと第２流体Ｌ２は、同一種類の流体である必要はない。例えば、流体Ｌが液体、第２流体が気体などであってもよい。流体Ｌは、上述したように、断面積が小さい（狭い）チャネル３１を通過するので、コンプレッサやポンプなどを用いて圧力を高めた流体をインレット４３に供給することが好ましい。他方、第２流体Ｌ２は、チャネル３１に比べるとはるかに断面積が大きい領域を通過するので、高い圧力は必要とされない。このため、第２流体に対しては、より簡便な構成を採用することも可能である。例えば、第２カバー（外カバー）５７には第２流体Ｌ２が流入・流出する単一のポート（このポートはインレット兼アウトレットとして機能する）を設け、ノート型パソコンに搭載されているようなヒートポンプ（これは圧縮機を使用していない）と類似した構成にすることも可能である。
【0157】
（第１実施形態に係る積層モジュール）図１４と図１５Ａ及び１５Ｂは、本発明の第１実施形態に係る積層モジュール（貫通電極モジュール）を示す。図１４は、その積層モジュールに使用されたインターポーザ３０ａの構成を示す断面説明図である。図１５Ａ及び１５Ｂは、その積層モジュールの実装構造の縦断面図と、そのＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【0158】
なお、本第１実施形態では貫通電極モジュールとしているが、ボンディングモジュールとしてもよいことは言うまでもない。また、このモジュールを基板上に実装する際には、上述した実装構造（基板とカバーを有するもの）のいずれも適用可能である。
【0159】
本第１実施形態の積層モジュールは、それに使用されているインターポーザ３０ａが、チャネル３１に露出した熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂを内蔵している点が特徴である。
【0160】
図１４に示すように、インターポーザ３０ａの上壁３３の内面には、絶縁層６２ａを介して熱反射層６１ａが形成されており、その下壁３４の内面には、絶縁層６２ｂを介して熱放射層６１ｂが形成されている。熱反射層６１ａは、上壁３３の内面全体を覆っている。熱放射層６１ｂは、下壁３４の内面全体を覆っている。このように、インターポーザ３０ａのチャネル３１の内部では、上位にある熱反射層６１ａと下位にある熱放射層６１ｂが、互いに対向している。このため、チャネル３１の上壁と下壁は、それぞれ、熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂによって画定されている。
【0161】
上壁３３の外面には、熱源６３（これは第２半導体デバイス１２ｂに対応する）が接触せしめられている。下壁３４の外面には、熱源６４（これは第１半導体デバイス１１ｂに対応する）が接触せしめられている。
【0162】
図１４に示したインターポーザ３０ａの構造は、「放射・反射構造」とも呼ぶ。
【0163】
熱反射層６１ａは、金属薄膜などから形成されることが多く、その上方と下方の両方から入射する熱を反射させる機能を有している。熱反射層６１ａは、例えば、金やアルミの薄膜から形成され、その表面が鏡面であることが好ましいが、この限りではない。また、熱反射層６１ａは、上壁３３の内面全体にわたって配置されていることが好ましいが、この限りではない。例えば、上壁３３の内面の指定された領域にのみ熱反射層６１ａが配置されていてもよい。
【0164】
熱放射層６１ｂは、例えば、「金黒」とも称される熱放射層から形成される。「金黒」は、真空度が比較的低い雰囲気中で金を蒸着することにより得られる。「金黒」の表面には、微小な凹凸があり、可視光で観察すると黒色に見える。「金黒」は、その表面温度が周囲温度よりも低い場合には熱を吸収するが、その表面温度が周囲温度よりも高い場合には熱を放射する、という特性が知られている。なお、「金黒」の代替として、他の材料、例えば、黒色に着色された樹脂などであってもよい。さらに、熱放射層６１ｂは、下壁３４の内面全体にわたって配置されていることが好ましいが、この限りではない。例えば、下壁３４の内面の指定された領域にのみ熱放射層６１ｂが配置されていてもよい。
【0165】
上壁３３と下壁３４は、熱伝導率が大きい材料で形成されていることが好ましいが、必ずしもこの限りではない。上壁３３と下壁３４が、いずれも単結晶シリコンで構成され、それぞれの表面（上壁３３の内面、下壁３４の内面）に電子部品やトランジスタなどからなる電子回路、あるいは、電気配線層が配置されている場合には、絶縁層６２ａ及び６２ｂを介在させることが好ましい。これらの絶縁層６２ａ及び６２ｂは、当該電子回路などが熱反射層６１ａ（これは金属薄膜のため導電性である）や熱放射層６１ｂ（金黒である場合には導電性である）により短絡することを防止する役割を持つ。
【0166】
図１４において、矢印６６ａ及び６６ｂは、冷却用流体Ｌの流れる方向を示している。チャネル３１を流れる流体Ｌにより、熱放射層６１ｂからチャネル３１内に放射される熱と、熱反射層６１ａによってチャネル３１内に反射される熱は、インターポーザ３０ａの外部に排出される。このような流体Ｌの流れは、ポンプやコンプレッサと配管など（共に図示せず）を用いて容易に実現できる。流体Ｌは、「冷媒」とも呼ばれ、発熱物体から熱を吸収して外部へ移送できる特性を有している。例えば、（１）フロン類・ノンフロン類（多用されており、種類が多い）、（２）ブタン、イソブタンなどの有機化合物、（３）水素、ヘリウム、アンモニア、水、二酸化炭素などの無機化合物などがある。この点は、上述したものと同じである。
【0167】
ここで、下位にある熱源６４の方が、上位にある熱源６３よりも発熱量が大きいと仮定する。すると、下位の熱源６４で発生した熱は、下壁３４と絶縁層６２ｂの内部を通って熱放射層６１ｂの表面（チャネル３１側の面）に到達し、この表面でチャネル３１を流れる流体Ｌに向かって放射される。こうして放射された熱のほとんどは、流体Ｌに吸収される。流体Ｌに吸収されずに熱反射層６１ａに到達した熱は、熱反射層６１ａの表面（チャネル３１側の面）で流体Ｌに向かって反射されるから、やはり流体Ｌに吸収される。
【0168】
他方、上位の熱源６３で発生した熱は、まず、上壁３４と絶縁層６２ａの内部を通って熱反射層６１ａの裏面（チャネル３１側とは反対側の面）に到達し、この裏面で熱源６３に向かって反射される。熱反射層６１ａで反射しきれずにこれを透過した熱は、熱反射層６１ａの表面（チャネル３１側の面）に到達し、この表面でチャネル３１を流れる流体Ｌに吸収される。
【0169】
その結果、下位の熱源６４で発生した熱は、上位の熱源６３に到達することがなく、また、上位の熱源６３で発生した熱は、下位の熱源６４に到達することもない。換言すれば、上下の熱源６３と６４は、インターポーザ３０ａによって「熱的に絶縁」される。このため、例えば、下位の熱源６４が大電力を消費する半導体デバイスであり、上位の熱源６３が熱に敏感な特性を有する半導体デバイスであっても、このような構成を持つインターポーザ３０ａを両者の間に介在させることで、下位の半導体デバイスが上位の半導体デバイスに与える熱的影響を、大幅に低減させることが可能である。
【0171】
図１５Ａに示すように、本第１実施形態の積層モジュール４０ｂは、基板１０上に搭載された第１半導体デバイス１１ｂと、その上に搭載されたインターポーザ３０ａと、その上に搭載された第２半導体デバイス１２ｂとを備えている。
【0172】
インターポーザ３０ａの両側の側壁３２には、それを厚さ方向に貫通する貫通電極３６が複数個埋め込まれている。これらの貫通電極３６は、導電性ボール３７を介して第２半導体デバイス１２ｂの電子回路と電気接続（及び機械接続）され、また、導電性ボール３８を介して第１半導体デバイス１１ｂの電子回路と電気接続（及び機械接続）されている。すなわち、第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂの電子回路は、インターポーザ３０ａの貫通電極３６を用いて相互に電気接続されていると共に、相互に機械接続（固定）されている。こうして、基板１０と第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂは、相互に電気接続されていると共に、相互に機械接続（固定）されている。基板１０と第１半導体デバイス１１ｂの間の電気接続及び機械接続は、導電性ボール１５を用いて行われている。基板１０と第１半導体デバイス１１ｂの間と、第１半導体デバイス１１ｂとインターポーザ３０ａの間と、インターポーザ３０ａと第２半導体デバイス１２ｂの間の隙間には、それぞれ、アンダーフィラー１６が充填されている。
【0173】
図１５Ａでは、インターポーザ３０ａの熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂは示しているが、絶縁層６２ａと６２ｂは省略している。
【0174】
図１５Ｂに示すように、インターポーザ３０ａのチャネル３１には、矢印３５で示すように流体Ｌが流れる。したがって、図１５Ａでは、流体Ｌは紙面の手前から奥に向かって流れる。第１半導体デバイス１１ｂで発生した熱は、熱放射層６１ｂを介して流体Ｌに吸収されるので、流体Ｌの排出によって外部に放出される。熱放射層６１ｂを透過して熱反射層６１ａに達した熱も、そこで反射されて流体Ｌに吸収されるので、やはり、流体Ｌの排出によって外部に放出される。また、第２半導体デバイス１２ｂで発生した熱は、熱反射層６１ａによって上方に反射されることで、外部に放熱される。熱反射層６１ａで反射しきれずにこれを透過した熱も、熱反射層６１ａを介してチャネル３１を流れる流体Ｌに吸収されるので、これも流体Ｌの排出によって外部に放出される。
【0175】
インターポーザ３０ａの左右の側壁３２は、上壁３３及び下壁３４と共にチャネル３１を画定するものであるが、第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂとをつなぐ熱伝導路ともなる。この場合、第１半導体デバイス１１ｂで発生した熱の一部は、側壁３２を経由して第２半導体デバイス１２ｂまで伝達される。しかし、側壁３２の幅を小さくしたり、側壁３２を上壁３３及び下壁３４とは異なる材料（熱伝導率が小さい材料が好ましい）で構成するなどの措置を施すことにより、側壁３２を介する熱伝導量を小さくすることができる。したがって、可能な限りそのようにすることが好ましい。
【0176】
側壁３２に形成された貫通電極３６は、通常、金属のような熱伝導率が大きい材料で形成される。この場合、貫通電極３６を介した熱伝導が容易に起こるから、第１半導体デバイス１１ｂで発生した熱の一部が第２半導体デバイス１２ｂまで到達し、第２半導体デバイス１２ｂの温度を上昇させる可能性がある。しかしながら、貫通電極３６の太さを小さくしたり、前記電気配線層の設計を修正して貫通電極３６の数を減らしたりすることで、伝導する熱量を小さくすることができる。したがって、可能な限りそのようにすることが好ましい。
【0177】
図１５Ａ及び図１５Ｂに示したように、チャネル３１の上壁３３の内面に配置された熱反射層６１ａは、上壁３３の内面全体に配置されておらず、上壁３３の内面の周辺領域を除いた部分に配置されている。同様に、チャネル３１の下壁３４の内面に配置された熱放射層６１ｂは、下壁３４の内面全体に配置されておらず、下壁３４の内面の周辺領域を除いた部分に配置されている。しかし、熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂの配置については、図１５Ａ及び図１５Ｂに例示した配置に限られない。
【0178】
例えば、（ａ）熱放射層６１ｂを下壁３４の内面全体と側壁３２の内面全体に配置し、熱反射層６１ａを上壁３３の内面の指定された領域に配置してもよい。この配置例は、半導体デバイス１１ｂで発生した熱を流体Ｌに放出することだけを考慮した場合に好適である。（ｂ）熱放射層６１ｂを下壁３４の指定された領域に配置し、熱反射層６１ａを上壁３３の内面全体と側壁３２の内面全体に配置してもよい。（ｃ）熱放射層６１ｂを下壁３４の内面全体と、左側の側壁３２の下壁３４に近接した領域とに配置し、熱反射層６１ａを上壁３３の内面全体と、右側の側壁３２の上壁３３に近接した領域とに配置してもよい。
【0179】
図１５Ｂから明らかなように、上述したインターポーザ３０ａのチャネル３１の平面形状は、直線的である。しかし、チャネル３１の平面形状はこれに限定されない。例えば、図１６Ａ及び図１６Ｂに示すような平面形状としてもよい。
【0181】
このインターポーザ３０ｂでは、左右の側壁３２がチャネル３１の上流側と下流側の端部領域（図１６Ａでは上下端部の領域）で内側に向かって迫り出している。つまり、チャネル３１の幅（断面積）が、上流側と下流側の端部領域で中央部よりも狭くなっている。その結果、矢印３５ａに沿ってチャネル３１に流入する流体Ｌは、チャネル３１の狭い入口を通って流れ込み、広い中央部に導かれてから、狭い出口を通って外部に流出する。
【0182】
このインターポーザ３０ｂでは、左右の側壁３２を内側に向かって迫り出させることにより、貫通電極３６の配置できる面積を増大させているため、貫通電極３６の数を増やす必要がある場合に特に有効である。
【0183】
チャネル３１の形状については多くの変形が可能である。例えば、チャネル３１の縦断面形状（基板１０に対して垂直な面に沿った断面形状）は、略正方形を含む略長方形（例えば、流体の流動方向の長さが大きく、高さ方向の長さが小さい長方形）が好ましい。チャネル３１の水平断面形状は、縦断面形状と同様に、略正方形を含む略長方形が好ましいが、この限りではない。例えば、チャネル３１に流体Ｌが流入する入口領域と、流体Ｌが流出する出口領域の双方、あるいは、チャネル３１の入口領域と出口領域のいずれか一方が狭まっていてもよい。この狭まった領域は、側壁３２が屈曲しているが、その屈曲領域には、貫通電極３６を配置してもよい。この例が第２実施形態の構成である。
【0184】
チャネル３１の入口と出口の配置領域は、チャネル３１の幅方向の中央部に位置することが好ましいが、この限りではない。例えば、入口を幅方向の中央部よりも左寄りに配置し、出口を右寄りに配置してもよい。この例が図１６Ｂに示した、後述する第３実施形態の構成である。
【0185】
図１６Ａに示したインターポーザ３０ｂでは、チャネル３１がその入り口側端部と出口側端部で括れており、チャネル３１の中央部がその入り口側及び出口側の端部よりも太く（断面積が大きく）なっている。このような構成では、熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂの面積を大きくして放熱効果を大きくしたい、という要請と、貫通電極３６の総数の増加に対応したい、という二つの要請を、同時に満足させることができる。
【0187】
このインターポーザ３０ｃでは、左側の側壁３２が、チャネル３１の下流側の端部領域（図１６Ｂでは上端部の領域）で内側に迫り出し、右側の側壁３２が、チャネル３１の上流側の端部領域（図１６Ｂでは下端部の領域）で内側に迫り出している。つまり、チャネル３１の中央に階段状に曲がった屈曲部が形成されている。その結果、矢印３５ａに沿ってチャネル３１に流入する流体Ｌは、チャネル３１の狭い入口を通って流れ込み、中央の屈曲部を通過してから、狭い出口を通って外部に流出する。このため、流体Ｌは、チャネル３１をあたかも斜め方向に流れているように見える。
【0188】
このインターポーザ３０ｃでは、左右の側壁３２を内側に向かって迫り出させることにより、貫通電極３６の配置できる面積を増大させているため、貫通電極３６の数を増やす必要がある場合に特に有効である。
【0189】
チャネル３１の形状については、上記第２実施形態で述べたのと同様の変形が可能である。
【0190】
図１６Ｂに示したインターポーザ３０ｃでも、チャネル３１がその入り口側端部と出口側端部で括れており、チャネル３１の中央部がその入り口側及び出口側の端部よりも太く（断面積が大きく）なっている。このような構成では、熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂの面積を大きくして放熱効果を大きくしたい、という要請と、貫通電極３６の総数の増加に対応したい、という二つの要請を、同時に満足させることができる。
【0191】
（第１実施形態に使用したインターポーザの製造方法の第１例）図１７は、上述した第１実施形態の積層モジュールに使用したインターポーザ３０ａの製造方法の第１例を示す。この製造方法は、上述した第２及び第３実施形態の積層モジュールに使用したインターポーザ３０ｂ及び３０ｃのいずれにも適用可能であるから、ここではインターポーザ３０ａの製造方法について説明する。
【0192】
まず、図１７（ａ）に示すように、板状の上壁３３の内面（図では下面）の所定領域に、熱反射層６１ａを形成する。上壁３３は、熱伝導率が大きい材料からなるのが好ましいが、そうでなくてもよい。熱反射層６１ａは、例えば、金、アルミなどの金属を蒸着法などの手法を用いて形成される。
【0193】
次に、図１７（ｂ）に示すように、板状の下壁３４の内面（図では上面）の所定領域に、熱放射層６１ｂを形成する。熱放射層６１ｂは、例えば、「金黒」の蒸着膜により形成される。
【0194】
ここでは、熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂが、それぞれ、上壁３３の内面と下壁３４の内面の全体を覆うことなく、中央領域にのみ選択的に形成されているが、これには限定されない。上壁３３の内面と下壁の内面の全体をそれぞれ覆ってもよい。
【0195】
次に、図１７（ｃ）に示すように、下壁３４の左右の周辺領域に、それぞれ、熱放射層６１ｂとは重ならないように帯状の側壁３２が形成される。側壁３２の素材は、例えば樹脂であって、接着剤などにより下壁３４の内面（図では上面）に固着される。
【0196】
最後に、図１７（ｄ）に示すように、接着剤などを用いて、左右の側壁３２の上面に上壁３３の内面の対応する箇所をそれぞれ固着させる。こうして、内部にチャネル３１を有するインターポーザ３０ａが製造される。流体Ｌは、紙面の前方から後方（または後方から前方）に向かってチャネル３１の内部を貫通して流動する。
【0197】
この製造方法の第１例で使用される接着剤などは、長期にわたってチャネル３１の気密性が維持されるように、接着対象物との密着性を考慮して選択される。例えば、上壁３３と下壁３４が単結晶シリコンから形成され、側壁３２がガラスから形成される場合、下壁３４と側壁３２との接合、そして側壁３２と上壁３３との接合に、静電接合技術を用いることが可能である。静電接合の封止性は十分に高いため、長期にわたるチャネル３１の気密性が維持される。また、上壁３３と下壁３４が単結晶シリコン製であるため、上壁３３と下壁３４の表面にそれぞれ、周知技術を用いて１層以上の配線層を形成することも可能である。
【0198】
なお、図１７には示していないが、貫通電極３６をインターポーザ３０ａの周辺領域に形成することもできる。例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などの加工技術を用いて、上壁３３（例えば単結晶シリコン）と側壁３２（例えばガラス）と下壁３４（例えば単結晶シリコン）を貫通する孔を複数個形成し、それら貫通孔の内部に、必要に応じて絶縁膜を介在させながら導電材料を付着あるいは充填することにより、貫通電極３６を形成することができる。
【0200】
まず、図１８（ａ）に示すように、板状の上壁３３の内面（図では下面）の所定領域に、熱反射層６１ａを形成する。上壁３３は、熱伝導率が大きい材料からなるのが好ましいが、そうでなくてもよい。熱反射層６１ａは、例えば、金、アルミなどの金属を蒸着などの手法を用いて形成される。この工程は、上述した製造方法の第１例と同じである。
【0201】
次に、図１８（ｂ）に示すように、インターポーザ３０ａの下壁３４と側壁３２を一体的に形成する。側壁３２は、下壁３４の左右の周辺領域にそれぞれ位置している。下壁３４と側壁３２に囲まれた箇所には、窪み３４ａが形成されている。そして、下壁３４の内面（図では上面）の所定領域（これは窪み３４ａの中にある）に、熱放射層６１ｂを形成する。熱放射層６１ｂは、例えば、「金黒」の蒸着膜により形成される。この工程は、上述した製造方法の第１例とは異なる。
【0202】
このような構成は、下壁３４の中央領域を選択的に除去して窪み３４ａを形成してから、窪み３４ａの底面に熱放射層６１ｂを形成することで、容易に実現できる。その加工法の一例を具体的に示すと、次のようになる。すなわち、まず、単結晶シリコン板（その厚さは側壁３２の厚さに等しい）の上側表面に、パターニングされたフォトレジスト層を形成する。次に、そのフォトレジスト層をマスクとして、ＲＩＥ法などで、単結晶シリコン板を所定深さまで選択的に除去する。こうして、単結晶シリコン板の中央領域に窪み３４ａが形成される。最後に、蒸着法などを用いて、窪み３４ａの底面に選択的に金黒層を形成し、熱放射層６１ｂとすれば、完成である。
【0203】
ここでは、熱放射層６１ｂが、窪み３４ａの底面の全体を覆うことなく、中央領域にのみ形成されているが、これに限定されるわけではない。例えば、熱放射層６１ｂは、窪み３４ａの底面の全体を覆っていてもよいし、窪み３４ａの底面全体と両側壁３２の内面の一部とを覆っていてもよいし、窪み３４ａの底面全体と両側壁３２の内面の全体とを覆っていてもよい。
【0204】
最後に、図１８（ｃ）に示すように、図１８（ａ）に示した上壁３３（これはを熱反射層６１ａを持つ）の内面の周辺領域に、図１８（ｂ）に示した構成の両側壁３２の上面を固着させると、内部にチャネル３１を有するインターポーザ３０ａが製造される。この固着には、エポキシ系接着材６７などを用いることができる。
【0205】
上壁３３と、側壁３２を持つ下壁３４の双方が、単結晶シリコンで形成されており、かつ、側壁３２の上端面に熱放射層６１ｂが形成されていない場合（この第２例はそうである）には、上壁３３と、側壁３２を持つ下壁３４との接合を、シリコン−シリコン熱接合で行うことも可能である。
【0206】
チャネル３１は、気密性が維持されていることが必要なので、前記した接着材など、あるいは熱接合プロセスは、チャネル３１の所望の気密性が維持できるように適宜選択される。
【0207】
図１８に示した第２例では、上壁３３と、側壁３２を持つ下壁３４に単結晶シリコンを利用する場合を想定している。このため、周知の加工技術を用いて、側壁３２に貫通電極３６を形成することが可能であるし、上壁３３と下壁３４にそれぞれ１層以上の電気配線層を形成することもできる。上壁３３と、側壁３２を持つ下壁３４の材料は、単結晶シリコンに限られず、樹脂などを使用してもよい。
【0208】
なお、図１８（ｂ）に示した構造をそのまま、インターポーザ３０ａとして使用することも可能である。この場合には、チャネル３１を画定する天井部分が存在しないことになるが、この天井部分の役割は、インターポーザ３０ａの上位に搭載される半導体デバイス１２ｂの下側表面が果たす。そして、熱反射層６１ａは、この半導体デバイス１２ｂの下側表面に形成される。
【0209】
同様に、図１８（ｂ）の構成を上下逆転させることで、チャネル３１を画定する床部分が存在しないインターポーザ３０ａとすることも可能である。
【0211】
まず、図１９（ａ）に示すように、下壁３４となる板状の母材３４'（ここでは単結晶シリコン基板）を用意する。
【0212】
次に、図１９（ｂ）に示すように、周知の手法により、母材３４'の左右の周辺領域に貫通電極３６を複数個形成する。より具体的に言えば、ＲＩＥ法でエッチングすることにより、母材３４'にその厚さ方向に貫通する貫通穴を複数個形成し、これら貫通穴の内側を絶縁層（図示せず）で覆ってから、これら絶縁層の内側に導電性材料を被覆あるいは充填する。このようにして各貫通穴に導電性を付与することによって、容易に貫通電極３６が得られる。その後、母材３４'の表面と裏面にそれぞれ電気接続用パッド６８及び６９を形成し、対応する貫通電極３６に電気接続する。
【0213】
次に、図１９（ｃ）に示すように、パターニングされたマスク（図示せず。これはフォトレジスト膜などからなる）を利用して、母材３４'をその表面側から選択的に除去し、窪み３４ａを形成する。この窪み３４ａの形成工程では、例えば、ＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニアハイドロオキサイド）やＫＯＨ（水酸化カリウム）などの異方性エッチング液が利用される。これらのエッチング液では、特定のシリコン結晶面（つまり（１１１）面）でエッチング速度が相対的に低くなるため、窪み３４ａの縁（つまり、窪み３４ａの底面から母材３４'の表面にかけての斜面）は、露出した（１１１）面となる。このようにして、左右の側壁３２が一体化された下壁３４が得られる。
【0214】
続いて、下壁３４の窪み３４ａの底面に、公知の方法で熱放射層６１ｂを形成する。この時の状態は、図１９（ｃ）に示すとおりである。
【0215】
他方、図１９（ｄ）に示すように、電気接続用パッド６８を露出させるための複数の開口３３ａを持つ上壁３３を形成する。この上壁３３は、板状の母材（ここでは単結晶シリコン基板）をその上側からＲＩＥ法でエッチングすることにより、容易に形成される。その後、上壁３３の内面（図では下面）の所定領域に、熱反射層６１ａを形成する。
【0216】
最後に、図１９（ｃ）に示した下壁３４（これは貫通電極３６と電気接続用パッド６８と熱放射層６１ｂを持つ）の上に、図１９（ｄ）に示した上壁３３（これは熱反射層６１ａを持つ）を載せて固着すると、図１９（ｅ）に示した構造を持つインターポーザ３０ａが得られる。この固着には、接着剤や低融点ガラスなどが用いられる。下壁３４の窪み３４ａにより、チャネル３１が形成される。チャネル３１は、その入口と出口を除いて気密性を有していることが必要である。
【0217】
この第３例では、インターポーザ３０ａの上壁３３と下壁３４の双方が単結晶シリコン基板から形成されているため、インターポーザ３０ａの表裏面に１層以上の配線層を形成することも可能である。
【0218】
なお、図１９（ｃ）に示した構造をそのまま、インターポーザ３０ａとして使用することも可能である。この場合には、チャネル３１を画定する天井部分が存在しないことになるが、この天井部分の役割は、インターポーザ３０ａの上位に搭載される半導体デバイス１２ｂの下側表面が果たす。そして、熱反射層６１ａは、この半導体デバイス１２ｂの下側表面に形成される。
【0219】
同様に、図１９（ｂ）の構成を上下逆転させることで、チャネル３１を画定する床部分が存在しないインターポーザ３０ａとすることも可能である。
【0222】
他方、図２０（ｄ）に示すように、下壁３４の窪み３４ａに嵌り込む形状とされた上壁３３を形成する。この上壁３３は、板状の母材（ここでは単結晶シリコン基板）をその下側からＲＩＥ法でエッチングする等により、容易に形成される。その後、上壁３３の内面（図では下面）の所定領域に、熱反射層６１ａを形成する。
【0223】
最後に、図２０（ｃ）に示した下壁３４（これは貫通電極３６と電気接続用パッド６８及び６９と熱放射層６１ｂを持つ）の窪み３４ａに嵌め込むように、図２０（ｄ）に示した上壁３３（これは熱反射層６１ａを持つ）を載せて固着すると、図２０（ｅ）に示した構造を持つインターポーザ３０ａが得られる。この固着には、接着材や低融点ガラスなどが用いられる。この状態では、窪み３４ａの内部において、上壁３３の熱反射層６１ａと下壁３４の熱放射層６１ｂの間に隙間が形成され、それがチャネル３１となる。チャネル３１は、その入口と出口を除いて気密性を有していることが必要である。
【0224】
この第４例でも、インターポーザ３０ａの上壁３３と下壁３４の双方が単結晶シリコン基板から形成されているため、インターポーザ３０ａの表裏面に１層以上の配線層を形成することも可能である。
【0225】
この第４例では、図１９に示した第３例とは異なり、上壁３３のほぼ全体が下壁３４の窪み３４ａの中に嵌り込むような構成になっており、左右の側壁３２の上部の表面が上壁３３で被覆されない。このため、上壁３３に第３例のような開口３３ａを設ける必要がなく、したがって、図１９に示した第３例よりも製造技術が簡便になる、という利点がある。
【0226】
なお、図２０（ｃ）に示した構造をそのまま、インターポーザ３０ａとして使用することも可能である。この場合には、チャネル３１を画定する天井部分が存在しないことになるが、この天井部分の役割は、インターポーザ３０ａの上位に搭載される半導体デバイス１２ｂの下側表面が果たす。そして、熱反射層６１ａは、この半導体デバイス１２ｂの下側表面に形成される。
【0227】
同様に、図２０（ｃ）の構成を上下逆転させることで、チャネル３１を画定する床部分が存在しないインターポーザ３０ａとすることも可能である。
【0228】
（第１実施形態に係る積層モジュールの変形例）ここまで、熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂを有するインターポーザ３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、それを組み込んだ第１実施形態に係る積層モジュール４０ｂについて述べてきたが、この積層モジュール４０ｂでは、これら例示したもの以外にも種々の変形例が可能である。
【0229】
例えば、上位にある第２半導体デバイス１２ｂの消費電力が、下位にある第１半導体デバイス１１ｂの消費電力よりも大きい場合には、熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂの位置が入れ替えられる。すなわち、消費電力が大きい第２半導体デバイス１２ｂの側に熱放射層６１ｂが配置され、消費電力が小さい第１半導体デバイス１１ｂの側に熱反射層６１ａが配置された構成とされる。また、積層モジュールは、半導体デバイスを３層以上積層した構成としてもよいし、インターポーザを挟み込む上下の半導体デバイスがそれぞれ２個以上の構成（例えば、インターポーザの上面において、同一平面内に複数個の半導体デバイスが並列配置される構成）などとしてもよい。いずれの構成においても、熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂとで、インターポーザの上下にある半導体デバイス間の熱的絶縁を行い、また、熱放射層６１ｂから流体Ｌに熱を放出することで放熱効果を得ることは、共通している。
【0230】
（流体の断熱膨張を利用して冷却効果を増加させる構成の第１例）図２１Ａ〜図２１Ｃは、流体の断熱膨張を利用して半導体デバイスの冷却効果を増加させたインターポーザ７０を示す。図２１Ａはそのインターポーザ７０の分解斜視図、図２１Ｂはその斜視図、図２１Ｃはその断面図である。
【0231】
上述した第１〜第３実施形態に使用されたインターポーザ３０においても、そのチャネル３１の形状をインターポーザ７０のチャネル７１のように変えることで、インターポーザ７０と同じ作用効果を得ることが可能である。
【0232】
インターポーザ７０は、図２１Ａ〜図２１Ｃに示すように、矩形板状の上壁７３と、同じく矩形板状の下壁７４と、一対の側壁７２ａ及び７２ｂとを組み合わせて構成されており、それら四つの部材によって内部にチャネル７１が形成されている。一対の側壁７２ａ及び７２ｂは、鏡面対称の形状を持っていて、それらの上流側端部から一定の範囲では幅が広く、その下流側端部から一定の範囲では幅が狭くなっている。一対の側壁７２ａ及び７２ｂの上流側の幅広部分と幅狭部分の間では、その幅は直線的に変化している。従って、上壁７３、下壁７４及び側壁７２ａ及び７２ｂで画定されるチャネル７１は、漏斗形の平面形状を持っており、上流側領域では相対的に幅が狭く（断面積が小さく）、下流側領域では相対的に幅が広く（断面積が大きく）なっている。
【0233】
チャネル７１の形状は、図２１Ｃに明瞭に示されている通りである。すなわち、チャネル７１の高さは一定であるが、その幅は一定ではなく、上流側領域では狭く、下流側領域では広くなっている。上流側領域と下流側領域の中間は、チャネル７１の幅が徐々に広がる遷移領域となっている。
【0234】
流体Ｌは、矢印７５ａで示すように、相対的に狭い上流側開口（入口）からインターポーザ７０のチャネル７１に流入し、矢印７５ｂで示すように、相対的に広い下流側開口（出口）から流出する。チャネル７１の幅は、上流側端部から一定範囲を過ぎた箇所で急拡大しているため、流体Ｌはチャネル７１を通過する途中で断熱膨張を引き起こし、温度が低下する。その結果、チャネル７１内の温度が低下する。すなわち、インターポーザ７０は、それ自体が冷却（吸熱）作用を持つから、断熱膨張を利用しない場合に比べて、半導体デバイスの冷却作用が向上する。
【0235】
図２１Ａ〜図２１Ｃに示した構造を、ここでは「断熱膨張構造」と呼ぶ。この「断熱膨張構造」は、図１４に示した上記第１〜第３実施形態の「放射・反射構造」と組み合わせてもよい。そうすると、流体Ｌによる冷却（吸熱）作用をいっそう増すことができる。この場合、チャネル７１の天井部分を形成する上壁７３に熱反射層６１ａが配置され、チャネル７１の床部分を形成する下壁７４に熱放射層６１ｂが配置される。熱反射層６１ａと熱放射層６１ｂの配置箇所と配置範囲は、上記第１〜第３実施形態で述べたのと同様にすればよい。
【0236】
図２２Ａは、以上のような構成と作用を持つインターポーザ７０を、図２Ａ及び図２Ｂに示したボンディングモジュールに組み込んで構成された、積層モジュールの実装構造の例を示す。図２２Ｂは、インターポーザ７０のチャネル７１を示す。
【0237】
図２２Ａに示した積層モジュールの実装構造は、インターポーザ２０に代えてインターポーザ７０が使用されている点を除き、図２Ａ及び図２Ｂに示したボンディングモジュールと同じであるから、その説明は省略する。図２２Ａにおいて、流体Ｌは、紙面の前方から後方に向かって、その紙面に垂直方向に流れる。
【0238】
図２２Ａの実装構造では、下位にある第１半導体デバイス１１ａと上位にある第２半導体デバイス１２ａの間に、「断熱膨張構造」を持つインターポーザ７０が配置されている。図２２Ｂに示すように、流体Ｌをインターポーザ７０の狭い入口からチャネル７１に流入させると、流体Ｌはまず、上流側端部から一定範囲の幅広（断面積が相対的に大きい）の第１領域７１ａに入る。流体Ｌは、続いて、幅が徐々に増大する遷移領域を通って、下流側端部から一定の範囲の幅狭（断面積が相対的に小さい）の第２領域７１ｂに入り、その広い出口を通ってチャネル７１から流出する。流体Ｌは、第１領域７１ａを通過すると、急激に圧力が下がるため、断熱膨張しながら第２領域７１ｂに到達する。その結果、流体Ｌの温度が低下する。
【0239】
第１半導体デバイス１１ａと第２半導体デバイス１２ａでの発熱がないと、チャネル７１から流出時の流体Ｌの温度は、チャネル７１への流入時の流体Ｌの温度よりも低くなる。第１半導体デバイス１１ａと第２半導体デバイス１２ａでの発熱があると、これらの熱は流体Ｌによって吸収されるので、第１半導体デバイス１１ａと第２半導体デバイス１２ａからの熱は効果的に放出される。
【0240】
（流体の断熱膨張を利用して冷却効果を増加させる構成の第２例）図２３Ａは、図２１Ａ〜図２１Ｃに示されたインターポーザ７０を、図３Ａ及び図３Ｂに示した貫通電極モジュールに組み込んで構成された、積層モジュールの実装構造を示す。図２３Ｂは、インターポーザ７０のチャネル７１を示す。
【0241】
図２３Ａに示した実装構造は、インターポーザ３０に代えてインターポーザ７０が使用されている点を除き、図３Ａ及び図３Ｂに示したボンディングモジュールと同じであるから、その説明は省略する。図２３Ａにおいて、流体Ｌは、紙面の前方から後方に向かって、その紙面に垂直方向に流れる。
【0242】
図２３Ａの実装構造においても、下位にある第１半導体デバイス１１ｂと上位にある第２半導体デバイス１２ｂの間に、「断熱膨張構造」を持つインターポーザ７０が配置されているから、図２２Ａの実装構造の場合と同様に、第１領域７１ａを通過すると、流体Ｌの圧力が急激に低下し、断熱膨張しながら第２領域７１ｂに到達する。その結果、流体Ｌの温度が低下する。
【0243】
第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂでの発熱がないと、チャネル７１から流出時の流体Ｌの温度は、チャネル７１への流入時の流体Ｌの温度よりも低くなる。第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂでの発熱があると、これらの熱は流体Ｌによって吸収されるので、第１半導体デバイス１１ｂと第２半導体デバイス１２ｂからの熱は効果的に放出される。
【0244】
（流体の断熱膨張を利用して冷却効果を増加させる構成の変形例）図２４Ａ及び図２４Ｂと図２５Ａ及び図２５Ｂは、上述した、流体の断熱膨張を利用して冷却効果を増加させる構成の第１例と第２例の変形例を示す。図２４Ａ及び図２４Ｂはチャネル７１が１個の例を、図２５Ａ及び図２５Ｂはチャネル７１が２個の例を示している。
【0245】
これらの図において、符号７６は、幅狭（断面積が相対的に小さい）の第１領域７１ａと幅広（断面積が相対的に大きい）の第２領域７１ｂの間にあり、チャネル７１の幅（断面積）が増大（変化）する、すなわち、チャネル７１に流入した流体Ｌが断熱膨張を起こし、流体Ｌの温度が低下する遷移領域を示す。
【0246】
図２４Ａ（ａ）の例では、上流側端部からチャネル７１に入った流体Ｌは、まず、幅（断面積）が一定の第１領域７１ａに入り、続いて、幅（断面積）が徐々に増大する遷移領域７６を通って、幅（断面積）が一定の第２領域７１ｂに入る。そして、第２領域７１ｂの幅広の出口を通って、チャネル７１から外部に流出する。流体Ｌは、遷移領域７６で急激に圧力が下がり、断熱膨張しながら第２領域７１ｂに到達する。その結果、流体Ｌの温度が低下する。
【0247】
図２４Ａ（ｂ）の例では、第１領域７１ａの上流側端部から第２領域７１ｂの下流側端部まで、幅（断面積）が一定割合で徐々に増加しているので、流体Ｌは、チャネル７１（第１領域７１ａ）に流入した瞬間に断熱膨張を起こす。
【0248】
図２４Ａ（ｃ）の例では、図２４Ａ（ａ）の例と同様であるが、上流側の第１領域７１ａの位置が、チャネル７１（インターポーザ７０）の中央線に対して幅方向にずれて配置されているので、流体Ｌは、あたかも、斜め方向（図はで左下から右上の方向）に流れるように見える。
【0249】
図２４Ｂ（ｄ）の例では、図２４Ａ（ａ）の例と同様であるが、第１領域７１ａと第２領域７１ｂが、図２４（ａ）の例よりも近接して配置されている、換言すれば、第１領域７１ａから第２領域７１ｂまでの幅（断面積）の変化がより急激になっている点で異なる。この例では、断熱膨張が図２４Ａ（ａ）の例よりも急激に起こるため、流体Ｌの温度低下がいっそう大きくなる。
【0250】
図２４Ｂ（ｅ）の例では、図２４Ａ（ａ）の例と同様であるが、第１領域７１ａと第２領域７１ｂの間、つまり遷移領域７６に、幅（断面積）が第１領域７１ａより小さい箇所（絞り部）を設けている点が異なる。この例では、流体Ｌは、絞り部でいったん加圧されてから断熱膨張する。
【0251】
図２４Ａ及び図２４Ｂに示したように、チャネル７１の形状には特段の制限はない。必要とされる遷移領域７６の位置に応じて、チャネル７１の形状を決定することができる。すなわち、チャネル７１を有するインターポーザ７０の上下に配置された半導体デバイス（図２４Ａ及び図２４Ｂでは省略）の発熱状況に応じて、遷移領域７６を配置することができる。
【0252】
一般に、半導体デバイスでの発熱は、当該半導体デバイスを構成するチップの全面で起こることはない。例えば、演算回路、出力回路などで消費電力が大きく、発熱もこれらの回路が配置された領域（ホットスポット）で主に発生する。このため、遷移領域７６をこれらの回路に対応する領域（上位または下位でこれらの回路と重なる箇所）に配置することが好ましい。この場合、発熱が当該チップの全面に拡散する前に流体Ｌで吸熱することができる、という利点がある。
【0253】
図２５Ａ（ａ）の例では、同じ形状のチャネル７１を隣接して２個設けている。流体Ｌの流入口は２カ所あり、流体Ｌの流出口も２カ所ある。つまり、二つのチャネル７１は互いに独立している。
【0254】
図２５Ａ（ｂ）の例では、一方（図では左側）のチャネル７１は、図２５Ａ（ａ）の例と同じであるが、他方（図では右側）のチャネル７１は、遷移領域７６が下流側（図では上方）にずれて配置されている。流体Ｌの流入口は２カ所あり、流体Ｌの流出口も２カ所ある。つまり、二つのチャネル７１は互いに独立している。
【0255】
図２５Ｂ（ｃ）の例では、図２５Ａ（ａ）の二つのチャネルの流入口を結合して１カ所にしたものである。チャネル７１は、インターポーザ７０の内部で二つに分岐されてから、二つの流出口に繋がっている。したがって、二つのチャネル７１は、インターポーザ７０の内部で互いに連結されている。
【0256】
図２５Ｂ（ｄ）の例では、図２５Ｂ（ｃ）と同様に、二つのチャネルの流入口を結合して１カ所にしたものであるが、一方（図では左側）のチャネル７１は、遷移領域７６が上流側（図では下方）にずれて配置され、他方（図では右側）のチャネル７１は、遷移領域７６が下流側（図では上方）にずれて配置されている点が異なる。この例でも、二つのチャネル７１は、インターポーザ７０の内部で互いに連結されている。
【0257】
図２５Ａ及び図２５Ｂでは、チャネル７１と遷移領域７６がそれぞれ２個の例が示されているが、チャネル７１と遷移領域７６の数には制限がない。チャネル７１と遷移領域７６をそれぞれ３個あるいはそれ以上としてもよい。半導体デバイスの発熱状況（例えば、発熱が大きい領域がいくつ存在するか）に応じて、チャネル７１の形状と遷移領域７６の数と配置を任意に選択することができる。
【0259】
この製造方法では、まず、図２６Ａ（ａ）及び図２６Ｂ（ａ）に示すように、矩形板状の上壁７３を用意する。他方、図２６Ａ（ｂ）及び図２６Ｂ（ｂ）に示すように、矩形板状の下壁７４を用意し、その表面に左右の側壁７２ａ及び７２ｂを形成する。側壁７２ａ及び７２ｂにより、漏斗形の平面形状を持つ窪み７４ａが下壁７４の表面に形成される。
【0260】
その後、図２６Ａ（ｃ）及び図２６Ｂ（ｃ）に示すように、上壁７３を左右の側壁７２ａ及び７２ｂの表面に接合すれば、図２１Ａ〜図２１Ｃに示した断熱膨張構造を持つインターポーザ７０が製造される。窪み７４ａの上面は、上壁７３で塞がれて、チャネル７１となる。
【0261】
上壁７３と下壁７４の材料は、好ましくは単結晶シリコンなどとされ、側壁７２ａ及び７２ｂの材料は、好ましくはガラス、単結晶シリコン、樹脂、あるいはフォトレジスト（ＳＵ−８など）などとされるが、これら以外の材料であっても構わない。上壁７３と下壁７４と側壁７２ａ及び７２ｂは、好ましくは接着剤などで接合されるが、これに限らない。他の周知の手法も使用可能である。
【0262】
なお、図２６Ａ及び図２６Ｂでは、チャネル７１が１個とされているが、これに限らず、２４Ａ及び図２４Ｂと図２５Ａ及び図２５Ｂに例示したように、２個以上のチャネル７１を設けてもよいまた、上壁７３または下壁７４を省略することが可能である。例えば、図２６Ａ（ｂ）及び図２６Ｂ（ｂ）に示した構造をそのままインターポーザ７０として使用することができる。この場合、天井がない（上面が開口された）インターポーザ７０となるので、上位に配置される半導体デバイスの下面を天井として利用する。同様に、図２６Ａ（ｂ）及び図２６Ｂ（ｂ）に示した構造を上下反転させれば、床がない（下面が開口された）インターポーザ７０となるので、下位に配置される半導体デバイスの上面を天井として利用する。
【0264】
この製造方法では、まず、図２７Ａ（ａ）及び図２７Ｂ（ａ）に示すように、表面に左右の側壁７２ａ及び７２ｂが一体的に形成された矩形の下壁７４を用意する。側壁７２ａ及び７２ｂにより、下壁７４の表面側に、漏斗形の平面形状を持つ窪み７４ａが形成されている。下壁７４と側壁７２ａ及び７２ｂの材料は、好ましくは単結晶シリコンとされ、窪み７４ａは、例えば、湿式エッチング（異方性エッチングを含む）や乾式エッチングなどで、下壁７４の表面側を選択的に除去することで形成される。
【0265】
その後、図２７Ａ（ｂ）及び図２７Ｂ（ｂ）に示すように、接着剤などを用いて、上壁７３を左右の側壁７２ａ及び７２ｂの表面に接合すると、図２１Ａ〜図２１Ｃに示した断熱膨張構造を持つインターポーザ７０が製造される。窪み７４ａの上面は、上壁７３で塞がれてチャネル７１となる。上壁７３がガラスである場合には、静電接合などを利用して接合・一体化することができる。上壁７３が単結晶シリコンである場合には、シリコン・シリコン接合で一体化することもできる。
【0267】
また、上壁７３または下壁７４を省略することが可能である。例えば、図２７Ａ（ａ）及び図２７Ｂ（ａ）に示した構造をそのままインターポーザ７０として使用することができる。この場合、天井がない（上面が開口された）インターポーザ７０となるので、上位に配置される半導体デバイスの下面を天井として利用する。同様に、図２７Ａ（ａ）及び図２７Ｂ（ａ）に示した構造を上下反転させれば、床がない（下面が開口された）インターポーザ７０となるので、下位に配置される半導体デバイスの上面を天井として利用する。
【0269】
この製造方法では、まず、図２８Ａ（ａ）及び図２８Ｂ（ａ）に示すように、電気接続のためのパッド７８及び７９と貫通電極７７を有する矩形板状の下壁７４を用意する。パッド７８は下壁７４の表面に形成され、パッド７９は下壁７４の裏面に形成されている。各貫通電極７７は、下壁７４を貫通して、対応するパッド７８及び７９まで達している。図２８Ｂ（ａ）より明らかなように、パッド７８及び７９と貫通電極７７は、チャネル７１の上流側端部の近傍のみにチャネル７１と重ならないように形成されている。下壁７４は、好ましくは、単結晶シリコンで形成される。
【0270】
次に、図２８Ａ（ｂ）及び図２８Ｂ（ｂ）に示すように、下壁７４の表面を選択的に除去し、漏斗形の平面形状を持つ窪み７４ａを形成する。この時、窪み７４ａの左右両側には、下壁７４の残存部によって一対の側壁７２ａ及び７２ｂが形成される。窪み７４ａは、パッド７８及び７９とは重ならず、パッド７８及び７９と貫通電極７７は、側壁７２ａ及び７２ｂに配置される。下壁７４が単結晶シリコン製であれば、窪み７４ａは、例えば、湿式エッチング（異方性エッチングを含む）や乾式エッチングなどで形成されることができる。
【0271】
その後、図２８Ａ（ｃ）及び図２８Ｂ（ｃ）に示すように、複数の開口７３ａを有する矩形板状の上壁７３を用意する。開口７３ａは、下壁７４の各々のパッド７８に対応する位置に配置されている。上壁７３が単結晶シリコン製であれば、開口７３ａは、例えば、湿式エッチング（異方性エッチングを含む）や乾式エッチングなどで形成される。
【0272】
最後に、図２８Ａ（ｄ）及び図２８Ｂ（ｄ）に示すように、接着剤などを用いて、上壁７３を下壁７４に接合する。上壁７３と下壁７４がいずれも単結晶シリコン製であれば、シリコン・シリコン接合で接合することも可能である。上壁７３がガラスである場合には、静電接合などで接合することができる。
【0274】
また、上壁７３または下壁７４を省略することが可能である。例えば、図２８Ａ（ｂ）及び図２８Ｂ（ｂ）に示した構造をそのままインターポーザ７０として使用することができる。この場合、天井がない（上面が開口された）インターポーザ７０となるので、上位に配置される半導体デバイスの下面を天井として利用する。同様に、図２８Ａ（ｂ）及び図２８Ｂ（ｂ）に示した構造を上下反転させれば、床がない（下面が開口された）インターポーザ７０となるので、下位に配置される半導体デバイスの上面を天井として利用する。
【0275】
（積層モジュールに基板とカバーを付加する構成例）図２９は、図２３Ａに示した積層モジュールに、基板１０とカバー８２を付加する場合の構成例（実装構造例）を示す。基板１０の上には、図２３Ａに示した構成を持つ積層モジュール８０が搭載されており、カバー８２は、積層モジュール８０の全体を包含するように、カバー８２の脚部８５を用いて基板１０上に固定される。カバー８２は、インレット８３とアウトレット８４を有している。インレット８３は、「断熱膨張構造」を持つインターポーザ７０の上流側（流体Ｌが流入する側）に配置され、アウトレット８４は、インターポーザ７０の下流側（流体Ｌが流出する側）に配置されている。
【0276】
図２９では、積層モジュール８０の下位に配置された第１半導体デバイス１１と、積層モジュール８０の上位に配置された第２半導体デバイス１２と、両半導体デバイス１１及び１２の間に配置されたインターポーザ７０の大きさが互いに等しくない場合が例示されている。しかし、これらの大きさの関係に制限はない。また、２個以上の第１半導体デバイス１１がインターポーザ７０の下位に配置された構成としてもよいし、２個以上の第２半導体デバイス１２がインターポーザ７０の上位に配置された構成としてもよいし、より多くの段数構成（図２９の積層モジュール８０は３段である）を持つ構成としてもよい。
【0277】
図２９の構成例は、図２２Ａに示した積層モジュールに、基板１０とカバー８２を付加する場合にも適用可能である。この場合、積層モジュール８０がボンディングモジュールに代わるだけであり、それ以外の構成は同じである。
【0279】
図３０において、積層モジュール８０に内蔵されたインターポーザ７０のチャネル７１の上流側開口には、カバー８２のインレット８３が連通し、その下流側開口には、カバー８２のアウトレット８４が連通している。９０はコンプレッサ、９１はコンプレッサ９０を駆動する動力源（通常はモータ）である。コンプレッサ９０は、配管Ｔ３を介してインレット８３に接続されている。アウトレット８４は、配管Ｔ４を介してコンプレッサ９０に接続されている。
【0280】
コンプレッサ９０で加圧圧縮された流体（ここでは気体）Ｌは、配管Ｔ３を介してインレット８３に導かれ、カバー８２の内部の上流側空間に入る。その後、流体Ｌは、インターポーザ７０のチャネル７１を通過してカバー８２の内部の下流側空間に移動する。そして、アウトレット８４を介して下流側空間から外部に流出する。こうして流出した流体Ｌは、配管Ｔ４を介してコンプレッサ９０まで戻される。配管Ｔ４を流れる流体Ｌは、積層モジュール８０内で発生する熱を吸収し、その温度が高くなっているため、さらには、コンプレッサ９０内では加圧（断熱圧縮である）により流体Ｌの温度が上がるため、コンプレッサ９０では流体Ｌの温度を低下させる機能（流体冷却機能）が付属していることが好ましい。しかし、流体冷却機能は必須ではなく、省略可能である。例えば、配管Ｔ３とＴ４が比較的温度が低い環境に置かれている場合には、当該流体冷却機能は不要になることがあるからである。
【0281】
流体Ｌとして液体が使用される場合は、コンプレッサ９０に代えてポンプが使用される。
【産業上の利用可能性】
【0282】
本発明は、消費電力の大きい半導体デバイスの動作温度の上昇を抑えて安定に動作させることが必要な、任意の積層モジュール（積層半導体デバイス）とその実装構造に適用可能である。本発明は、電子回路を主体とする半導体デバイスやモジュールに限定されることなく、他の種類の大電力半導体デバイスやモジュール（例えば、発光デバイス、発光素子モジュール、光通信デバイス、光通信モジュールなど）にも広く適用可能である。さらには、分析機器の小型化を指向したμＴＡＳ（マイクロ・トータル・アナリシス・システム）において、微小な流路に被測定流体を流し込むような分野にも適用可能である。
【符号の説明】
【0283】
１０ 基板１１、１１ａ、１１ｂ 第１半導体デバイス
１２、１２ａ、１２Ｂ 第２半導体デバイス
１３ ボンディングワイヤ
１４ 貫通電極
１５ 導電性ボール
１６ アンダーフィラー
１７ 接着剤
２０ インターポーザ
２１ チャネル
２２ 側壁
２３ 上壁
２４ 下壁
２５ 矢印
３０、３０ａ、３０ｂ、３０ｃ インターポーザ
３１ チャネル
３２ 側壁
３３ 上壁
３３ａ 開口
３４ 下壁
３４' 母材
３５、３５ａ 矢印
３６ 貫通電極
３７、３８ 導電性ボール
４０、４０ａ、４０ｂ 積層モジュール
４１ チャネル
４２ カバー
４２ａ、４２ｂ カバー半体
４３ インレット
４４ アウトレット
４５ 脚部
４６ 取付部
４７ａ、４７ｂ、４８、４９ 矢印
５０ 内部空間
５１、５１ａ 堰
５２ カバー
５２ａ カバー半体
５２ｂ カバー半体
５５ 接着層
５６ 樹脂
５７ カバー
５８ インレット
５９ アウトレット
６１ａ 熱反射層
６１ｂ 熱放射層
６２ａ、６２ｂ 絶縁層
６３、６４ 熱源
６６ａ 矢印
６７ 接着材
６８ 電気接続用パッド
７０ インターポーザ
７１ チャネル
７１ａ 第１領域
７１ｂ 第２領域
７２ａ 側壁
７３ 上壁
７３ａ 開口
７４ 下壁
７５ａ、７５ｂ 矢印
７６ 遷移領域
７７ 貫通電極
７８、７９ パッド
８０ 積層モジュール
８２ カバー
８３ インレット
８４ アウトレット
８５ 脚部
９０ コンプレッサ
９１ 動力源
Ｇ 隙間
Ｌ 流体
Ｌ２ 第２流体
Ｐ ポンプ
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４ 配管
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図9】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12A】
【図12B】
【図13A】
【図13B】
【図13C】
【図13D】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図16A】
【図16B】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21A】
【図21B】
【図21C】
【図22A】
【図22B】
【図23A】
【図23B】
【図24A】
【図24B】
【図25A】
【図25B】
【図26A】
【図26B】
【図27A】
【図27B】
【図28A】
【図28B】
【図29】
【図30】
【図31】