JP2018139273A - 電子装置及びその製造方法、熱伝導部品 - Google Patents

Abstract

【課題】積層されたチップ間で個々のチップが発生した熱を効率良く伝導させ、十分な放熱効果が得られるようにする。【解決手段】３次元積層構造を有する半導体装置３を備える電子装置の複数の半導体チップ１の間の空間に熱伝導部品４を設け、熱伝導部品４を、形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材５と、凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、縦材に沿って設けられ、形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維８とを備え、縦材が波状の複数の凹凸を有する形状になって、熱伝導部品を挟んで上下に位置する半導体チップの表面のそれぞれに複数の凹凸の最高点及び最低点に接続された複数の横材が押しつけられて繊維が接触した状態になっているものとする。【選択図】図５

Description

本発明は、電子装置及びその製造方法、熱伝導部品に関する。

半導体素子の集積度は、微細加工技術の進歩に伴って継続的に向上してきたが、従来のような二次元的に密度を高める方法は、物理的にその限界に達しつつある。
その限界を打開し、さらに集積度を高める方法として、様々な方法が検討されてきたが、近年、ＬＳＩチップを三次元的に積層することによって集積度を高める３Ｄ−ＬＳＩの技術が注目を集めている。

この技術によれば、ＬＳＩチップを三次元的に積層することによって、ＬＳＩチップを回路基板上に二次元的に並べて配置する場合に比べて、半導体素子の集積度を飛躍的に向上させることができる。
しかしながら、例えば３Ｄ−ＬＳＩ構造のような三次元積層構造では、個々のＬＳＩチップ（半導体チップ）が発生した熱をどのようにして放熱させるかが問題となる。

また、積層されたチップ間にはアンダーフィル材が充填されるため、このアンダーフィル材の熱伝導性を高めるための取り組みが継続的に行なわれている。

特開２００８−１７７２３２号公報 特開平７−２１０２５７号公報 特開２００５−２００５３３号公報 特開２００７−２６２２９５号公報 特開２００２−０５３７３６号公報 特開２００７−１４６１２９号公報

しかしながら、アンダーフィル材は、樹脂組成物であるため、例えば熱伝導性の高い無機フィラーなどを分散させて、その熱伝導性を高めたとしても限界があり、たとえ限界まで熱伝導性を高めたアンダーフィル材を積層されたチップ間に充填したとしても、十分な放熱効果を得るのは難しい。
本発明は、積層されたチップ間で個々のチップが発生した熱を効率良く伝導させ、十分な放熱効果が得られるようにすることを目的とする。

１つの態様では、電子装置は、複数の半導体チップが接続部を介して３次元に積層された３次元積層構造を有する半導体装置と、複数の半導体チップの間の空間に設けられた熱伝導部品とを備え、熱伝導部品は、形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材と、凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材とを備える構造物と、複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、縦材に沿って設けられ、形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維とを備え、縦材が波状の複数の凹凸を有する形状になって、熱伝導部品を挟んで上下に位置する半導体チップの表面のそれぞれに複数の凹凸の最高点及び最低点に接続された複数の横材が押しつけられて繊維が接触した状態になっている。

１つの態様では、熱伝導部品は、形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材と、凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材とを備え、平坦になるように変形された構造物と、複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、縦材に沿って設けられ、形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維とを備える。

１つの態様では、電子装置の製造方法は、複数の半導体チップが接続部を介して３次元に積層された３次元積層構造を有する半導体装置の複数の半導体チップの間の空間に、形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材と、凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材とを備え、平坦になるように変形された構造物と、複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、縦材に沿って設けられ、形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維とを備える熱伝導部品を挿入する工程と、熱伝導部品を挟んで上下に位置する半導体チップの表面のそれぞれに複数の凹凸の最高点及び最低点に接続された複数の横材が押しつけられて繊維が接触するように、熱伝導部品を波状の複数の凹凸を有する形状に回復させる形状回復温度まで加熱する工程とを含む。

１つの側面として、積層されたチップ間で個々のチップが発生した熱を効率良く伝導させ、十分な放熱効果が得られるようにすることができるという効果を有する。

（Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる電子装置及び熱伝導部品の構成を示す模式図であって、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）、（Ｃ）は平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる熱伝導部品に用いられる形状記憶合金の形状変化について説明するための模式的断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態にかかる熱伝導部品を構成する構造物（骨格）の構成及び製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。 （Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態にかかる熱伝導部品の構成［構造物（骨格）に繊維が編み込まれた状態］及びその製造方法を説明するための模式図であって、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は平面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本実施形態にかかる電子装置の製造方法（熱伝導部品を用いた放熱経路の形成方法）について説明するための模式的断面図である。

以下、図面により、本発明の実施の形態にかかる電子装置及びその製造方法、熱伝導部品について、図１〜図５を参照しながら説明する。
本実施形態にかかる電子装置は、図１（Ａ）〜図１（Ｃ）に示すように、複数の半導体チップ１が接続部２を介して３次元に積層された３次元積層構造を有する半導体装置３と、複数の半導体チップ１の間の空間に設けられた熱伝導部品４とを備える。

なお、図１（Ａ）では熱伝導部品４の図示を省略している。また、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）ではアンダーフィル材９は図示を省略している。
ここで、３次元積層構造を有する半導体装置３は、例えばＬＳＩチップを三次元的に積層して構成される半導体装置（３Ｄ−ＬＳＩ；３Ｄ−ＬＳＩ構造）であって、例えば回路基板上に設けられる。

また、熱伝導部品４は、複数の縦材５と複数の横材６とを備える構造物７と、複数の横材６の上側、下側に交互に位置するように、縦材５に沿って設けられた繊維８とを備える［例えば図４（Ｂ）、図５（Ｃ）参照］。なお、熱伝導部品４を伝熱部材ともいう。
ここで、構造物７は、形状記憶合金からなり、複数の縦材５は、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられており、横材６は、凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられている［例えば図３（Ａ）、図３（Ｂ）参照］。

なお、ここでは、構造物７の全体、即ち、縦材５及び横材６を形状記憶合金からなるものとしているが、これに限られるものではなく、例えば、縦材５のみを形状記憶合金からなるものとし、横材６は他の材料からなるものとしても良い。
ここでは、形状記憶合金は、例えばＮｉ−Ｔｉ系合金である。また、構造物７は、形状記憶合金からなり、波板状の周期的な多数の凹凸を備えた２本の平行な縦材５が、凹凸の最高点同士及び最低点同士で個々に横材６で接続されているものである。

繊維８は、形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる。
ここでは、繊維８は、例えば金属繊維又は炭素繊維である。また、繊維８は、複数の横材６の上側、下側に交互に位置するように、縦材５に沿って設けられている。つまり、繊維８は、複数の横材６のうち隣り合う横材６の間で横材６と繊維８の位置関係が互い違いに入れ替わるように編み込まれている。

そして、構造物７の縦材５が波状の複数の凹凸を有する形状になって、熱伝導部品４を挟んで上下に位置する半導体チップ１の表面のそれぞれに複数の凹凸の最高点及び最低点に接続された複数の横材６が押しつけられて繊維８が接触した状態になっている。
このように構成される熱伝導部品４を、積層された複数のチップ１の間の空間に設けることで、３次元積層構造を構成する半導体装置３の内部の個々のチップ１で発生した熱を効率的に移動させ、放熱させる放熱構造を実現することができる。

さらに、本実施形態では、積層された複数のチップ１の間の空間に充填され、硬化されたアンダーフィル材９も備える。
なお、熱伝導部品４が３次元積層構造を構成する上下のチップ１の間の空間に設けられた半導体装置３又はこれを備える電子装置では、熱伝導部品４が形状を回復した状態、即ち、縦材５が波状の複数の凹凸を有する形状に回復した状態になっている［例えば図５（Ｃ）参照］。

一方、熱伝導部品４は、３次元積層構造を構成する上下のチップ１の間の空間に設けられる前は、平坦に変形された状態になっている［例えば図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図４（Ａ）、図４（Ｂ）参照］。
つまり、熱伝導部品４は、形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材５と、凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材６とを備え、平坦になるように変形された構造物７と、複数の横材６の上側、下側に交互に位置するように、縦材５に沿って設けられ、形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維８とを備えるものとなっている。

また、本実施形態では、繊維８は、第１繊維８Ａと、第１繊維８Ａに対して横材６を挟んで上下方向の反対側に位置するように設けられた第２繊維８Ｂとを備える［例えば図４（Ａ）、図４（Ｂ）参照］。
このため、縦材５が波状の複数の凹凸を有する形状になった状態で、第１繊維８Ａ及び第２繊維８Ｂの一方は、熱伝導部品４を挟んで上下に位置する半導体チップ１の表面のそれぞれに接触しており、第１繊維８Ａ及び第２繊維８Ｂの他方は、熱伝導部品４を挟んで上下に位置する半導体チップ１の表面のそれぞれに接触せずに、半導体チップ１の間に位置している状態となる［例えば図５（Ｃ）参照］。

なお、これに限られるものではなく、全ての繊維８が横材６を挟んで上下方向の同じ側に位置するように設けられていても良い。この場合、縦材５が波状の複数の凹凸を有する形状になった状態で、全ての繊維８が、熱伝導部品４を挟んで上下に位置する半導体チップ１の表面のそれぞれに接触している状態となる。
ところで、本実施形態では、上述したように、３Ｄ−ＬＳＩ構造の内部で個々のチップ１が発生した熱を効率良く移動させ、十分な放熱効果が得られるようにすべく、チップ間のアンダーフィル材９に埋め込まれるように、上述のように構成される熱伝導部品４を設けている［例えば図５（Ｃ）参照］。

特に、本実施形態では、例えば図２（Ａ）に示すように、多数の凹凸を備えた波板状の形状記憶合金を使用する。つまり、形状記憶合金を使用し、それに多数の凹凸を備えた波板状の形状を記憶させる。
そして、図２（Ｂ）に示すように、波板状の形状を記憶させた形状記憶合金に応力を加えることによって、全体を平坦に変形させる。

このようにして変形して平坦になった形状記憶合金は、加えた応力を取り除いても、平坦な形状を維持する。
一方、形状記憶合金を加熱し、温度を形状回復温度以上にすると、図２（Ｃ）に示すように、形状記憶合金は変形し、元の多数の凹凸を備えた波板状の形状に復元（回復）する。

このように、変形させた形状記憶合金が加熱によって元の形状に戻る働きを利用して、３Ｄ−ＬＳＩ構造を構成する複数の半導体チップ１のうち上下で隣接する２つのチップ間に熱伝導性の高い材料からなる放熱経路を形成する。
つまり、上述のような変形挙動を伴う形状記憶合金からなる構造物（骨格）７に、形状記憶合金よりも熱伝導性の高い材料（素材）からなる繊維８を編み込んだ熱伝導部品４を使用して、３Ｄ−ＬＳＩ構造を構成する複数の半導体チップ１のうち上下で隣接する２つのチップ間に熱伝導性の高い材料からなる放熱経路を形成する。

この場合、まず、３Ｄ−ＬＳＩ構造を構成する複数の半導体チップ１のうち上下で隣接する２つのチップの間の空間に、平坦に変形させた状態の熱伝導部品４を挿入する［例えば図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）参照］。
そして、同じ空間に、熱硬化性のアンダーフィル材（未硬化）９を充填し、アンダーフィル材９を硬化させる目的で加熱する［例えば図５（C）参照］。ここでは、形状記憶合金の形状回復温度は、アンダーフィル材９の硬化温度よりも低く設定しておき、アンダーフィル材９の硬化温度まで加熱する。

これにより、上下の２つのチップ１の間の空間に挿入された熱伝導部品４の温度が上昇し、その温度が形状回復温度以上になると、形状記憶合金からなる骨格７が、記憶している元の形状（ここでは多数の凹凸を備えた波板状の形状）に戻る［例えば図５（Ｃ）参照］。
このようにして形状記憶合金からなる骨格７が、上下の２つのチップ１の間の空間で、元の多数の凹凸を備えた波板状の形状に復元すると、多数の凹凸の凸部が、上下の２つのチップ１のそれぞれの表面に押しつけられることになる［例えば図５（Ｃ）参照］。

この結果、形状記憶合金からなる骨格７に編み込まれた繊維８が、形状記憶合金からなる骨格７の凸部とチップ１の表面との間に挟まれ、上下の２つのチップ１のそれぞれの表面に接触することによって、上下の２つのチップ１の表面の間に多数の放熱経路が形成されることになる。
このようにして、上下の２つのチップ１の表面の間に、熱伝導性の高い繊維８によって多数の放熱経路が形成されるため、チップ間の空間にアンダーフィル材９のみが充填されている場合と比較して、チップ間での伝熱性能を大幅に向上させることができ、十分な放熱効果が得られることになる。

特に、それぞれのチップ１で発生した熱を効率良くチップ１の積層方向に放熱させることが可能となる。また、熱伝導性の高い繊維８はチップ１の面内方向にも放熱経路を形成することになるため、チップ内で局所的に発生した熱をチップ１の面内方向にも効率良く移動させて放熱させることが可能となる。さらには、繊維８を３Ｄ−ＬＳＩ構造の外部へと延ばすことによって、３Ｄ−ＬＳＩ構造の外部へ効率良く熱を移動させて放熱させることも可能となる。

これにより、３Ｄ−ＬＳＩ構造の内部で局所的に発生した熱をチップ１の積層方向及び面内方向の両方に効率良く移動させ、放熱させることが可能となり、３Ｄ−ＬＳＩ構造の内部での局所的な温度上昇を抑制し、チップ１の発熱に起因する問題の発生を回避することが可能となる。
また、上述のように、熱伝導部品４を形状記憶合金からなる構造物７及び繊維８によって構成し、上述のようにして３Ｄ−ＬＳＩ構造の内部に設けることで、チップ１を積層する際の位置合わせに影響を与えることなく、熱伝導性の高い繊維８を上下の２つのチップの表面のそれぞれに接触させ、熱伝導性の高い放熱経路を容易に形成できることになる。

次に、本実施形態にかかる電子装置の製造方法について説明する。
本実施形態の電子装置の製造方法は、複数の半導体チップ１が接続部２を介して３次元に積層された３次元積層構造を有する半導体装置３の複数の半導体チップ１の間の空間に、熱伝導部品４を挿入する工程［例えば図５（Ｂ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）参照］と、熱伝導部品４を加熱する工程［例えば図５（Ｃ）参照］とを含む。

特に、熱伝導部品を挿入する工程では、形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材５と、凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材６とを備え、平坦になるように変形された構造物７と、複数の横材６の上側、下側に交互に位置するように、縦材５に沿って設けられ、形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維８とを備える熱伝導部品４を挿入する［例えば図５（Ｂ）、図１（Ｂ）、図１（Ｃ）参照］。

また、熱伝導部品４を加熱する工程では、熱伝導部品４を挟んで上下に位置する半導体チップ１の表面のそれぞれに複数の凹凸の最高点及び最低点に接続された複数の横材６が押しつけられて繊維８が接触するように、熱伝導部品４を波状の複数の凹凸を有する形状に回復させる形状回復温度まで加熱する［例えば図５（Ｃ）参照］。
また、熱伝導部品４を挿入する工程の後に、複数の半導体チップ１の間の空間に、アンダーフィル材９を充填する工程と、アンダーフィル材９を硬化温度まで加熱して硬化させる工程［例えば図５（Ｃ）参照］とを含むものとしても良い。

この場合、形状記憶合金の形状回復温度をアンダーフィル材９の硬化温度よりも低く設定し、アンダーフィル材９を硬化させる工程において、熱伝導部品４を加熱する工程も行なわれるようにすれば良い。
また、繊維８を、第１繊維８Ａと、第１繊維８Ａに対して横材６を挟んで上下方向の反対側に位置するように設けられた第２繊維８Ｂとを備えるものとし、熱伝導部品４を加熱する工程で、熱伝導部品４の形状を回復させると、第１繊維８Ａ及び第２繊維８Ｂの一方は、熱伝導部品４を挟んで上下に位置する半導体チップ１の表面のそれぞれに接触し、第１繊維８Ａ及び第２繊維８Ｂの他方は、熱伝導部品４を挟んで上下に位置する半導体チップ１の表面のそれぞれに接触せずに、半導体チップ１の間に位置するようにしても良い［例えば図５（Ｃ）参照］。

以下、上述のように構成される熱伝導部品、電子装置及びその製造方法について、具体例を挙げながら、より詳細に説明する。
本具体例では、例えば図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、熱伝導部品４の構成要素である形状記憶合金からなる構造物（骨格）７は、２本の平行な縦材５の間を、縦材５とは直交する向きの多数の横材６によって接続した、はしご状の構造を有している。

ここでは、多数の横材６は、互いに平行に、かつ、等間隔で配置されている。なお、これに限られるものではなく、縦材５の凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられていれば良い。
また、骨格７を構成する形状記憶合金の材料としては、Ｎｉ−Ｔｉ系合金を用いている。Ｎｉ−Ｔｉ系合金は、組成や加工条件を調整することによって、形状回復温度を室温から約１００℃程度の温度範囲内で設定することが可能であり、後述の放熱経路の形成プロセスの構築に好適である。

そして、形状記憶合金からなる骨格７に対して、例えば図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すような形状を記憶させる処理を行なう。
具体的には、はしご状の構造を有する骨格７に対して、２本の縦材５が周期的に多数の凹凸を備えた波板状の形状になるように処理を行なう。
この際、横材６が、必ず、縦材５の凹凸の凸部の頂点（最高点及び最低点）同士を連結するように、２本の縦材５の凹凸と横材６の位置関係を調整する。つまり、横材６は、縦材５の上向きの凸部の最も高い位置（最高点）同士と、下向きの凸部の最も低い位置（最低点）同士を、それぞれ連結するように配置する。

ここでは、形状を記憶させるための処理は、骨格７を、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すような形状を維持するよう型などで押さえつけて拘束したうえで、約４００〜約５００℃に加熱した状態で約１０分間〜約３０分間保持したのち、室温まで冷却することで行なう。
ここで、骨格７を波板状の形状に成形する加工において、縦材５の変形量が急峻であると、形状回復効果が良好に発揮されないおそれがあるため、縦材５の凹凸の曲率を定める際には、例えば変形歪量が約７〜約８％を超えないようにすることが望ましい。

なお、波板状の凹凸を備えるように形状記憶処理が行なわれるのは、実際には縦材５に対してだけであって、横材６には形状記憶合金としての特性は求められないため、横材６は必ずしも形状記憶合金で構成される必要はない。しかしながら、形状記憶合金からなる縦材５と異なる材料からなる横材６とを接合して、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すようなはしご状の構造を形成することは、かえって複雑な工程が必要となるため、実際には、縦材５と横材６とを同一の形状記憶合金の母材から成形するのが簡便である。

上述のようにして、熱伝導部品４の骨格７に対して、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すような形状を記憶させる処理を行なったら、この骨格全体に応力を加えて、波板状の凹凸が平坦に延ばされるように変形させる。
ここで、形状記憶合金は、室温下で容易に変形させることが可能であるため、例えば、図３に示すような形状の骨格の全体を平板で押しつぶせば、縦材に与えた波板状の凹凸が失われて、骨格全体を平坦なはしご状の形状とすることができる。

このようにして、波板状の凹凸を備えた形状を記憶させたのち、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、平坦に変形させた骨格７に対して、熱伝導性の高い繊維８（繊維状の部材）を縦材５に平行な方向に編み込む。
このように、平坦に変形させた骨格７に対して繊維８を編み込むようにしているのは、波板状の凹凸を備えた形状のままで繊維８を編み込み、その後に、例えばプレスなどによって応力を加えて平坦に変形させると、その際に、繊維８が切れてしまうおそれがあるからである。

なお、図４（Ａ）、図４（Ｂ）では、骨格７に４本の繊維８を編み込む場合を例に挙げて示している。
この具体例では、熱伝導性の高い繊維８を、隣り合う横材６の上側と下側を交互に通過するように通して編み込む。ある横材６の上側を通過したら、その隣の横材６では下側を通過し、さらにその隣では再び横材６の上側を通過するというようにする。

また、繊維６を２つのグループ、即ち、繊維（第１繊維）８Ａと繊維（第２繊維）８Ｂのグループに分ける。
そして、骨格７の横材６に繊維８を編み込む際に、２つの繊維８Ａ、８Ｂのグループの間で、同じ横材６の上側・下側の通過する側が互いに逆になるようにする。
例えば、繊維８Ａのグループが、ある横材６を起点として、その横材６の上、下、上、下・・・のように通過するよう編み込まれていたら、もう一方の繊維８Ｂのグループは、同じ位置の横材６の下、上、下、上・・・のように通過するように編み込むようにする。

こうすることで、どの横材６においても、上側・下側の両方に、熱伝導性の高い繊維８が通ることになる。
これにより、骨格７を平坦に変形させた状態で、縦材５の上向きの凸部（最高点）に設けられている横材６がどれで、縦材５の下向きの凸部（最低点）に設けられている横材６がどれであるかがわからなくても、いずれか一方のグループの繊維８Ａ又は８Ｂが横材６とチップ１の表面との間に挟まれてチップ１の表面に接触するようにすることができる。このため、繊維８の編み込みが容易になる。

なお、骨格７を平坦に変形させた状態で、縦材５の上向きの凸部（最高点）に設けられている横材６がどれで、縦材５の下向きの凸部（最低点）に設けられている横材６がどれであるかがわかる場合には、グループに分けることなく、全ての繊維８を、隣り合う横材６の上側と下側を交互に通過するように、編み込めば良い。
なお、ここでは、横材６の上下を逆に通すことを示すために、熱伝導性の高い繊維８を、繊維８Ａと繊維８Ｂの２つのグループに分け、異なる符合をつけて示しているが、繊維８Ａと繊維８Ｂの間には、横材６の上下のどちらを通すか以外には差はなく、両者はまったく同じ素材でできた同じ繊維である。

また、ここでは、骨格７に編み込んだ繊維８の数は４本としているが、骨格７に編み込む繊維８の数はこの限りではなく、特に骨格７の横材６の長さなどに応じて、可能な範囲で自由に増減して構わない。
次に、上述のようにして作製された熱伝導部品４を用いて、３次元積層構造を有する半導体装置３を備える電子装置において放熱経路を形成する方法、即ち、本具体例の電子装置の製造方法について、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照しながら説明する。

なお、ここでは、上述のようにして作製された熱伝導部品４を用いて、３Ｄ−ＬＳＩ構造を構成する複数のチップ１のうち上下で隣接する２つのチップ間に放熱経路を形成する場合を例に挙げて説明する。
まず、図５（Ａ）に示すように、複数のチップ１を、接続部２を介して、３次元に積層して、３Ｄ−ＬＳＩ構造を有する半導体装置３を作製する［例えば図１（Ａ）参照］。

ここでは、図５（Ａ）に示すように、上下で隣接する２つのチップ１、即ち、上チップと下チップのそれぞれに設けられた接続端子１０（電極；例えばＣｕピラーやバンプなど）同士をはんだ１１によって接合することによって、複数のチップ１を、接続部２を介して、３次元に積層して、３Ｄ−ＬＳＩ構造を有する半導体装置３を作製する。
このような３Ｄ−ＬＳＩ構造を有する半導体装置３では、上下の２つのチップ１は、接続端子１０及びはんだ１１によって構成される接続部２によって電気的に接続される。また、図示していないが、チップ１の表面側と裏面側は、チップ１を貫通するように形成されたＴＳＶ（Through Silicon Via）によって接続される。

また、このような３Ｄ−ＬＳＩ構造を有する半導体装置３では、複数のチップ（ＬＳＩチップ）１を、従来のように回路基板上に二次元的に並べて配置するのではなく、チップ面に対して垂直な方向に重ねるように３次元的に積層するため、集積度を飛躍的に向上させることができる。
なお、上下の２つのチップ１の間の接続部２が存在しないところは何もない空洞となっている。

次に、上下の２つのチップ１の間にできた空間、即ち、上下の２つのチップ１を接続する複数の接続部２の間の空間に、図５（Ｂ）に示すように、上述のようにして作製された熱伝導部品４を挿入する。
この際、チップ間を電気的に接続している接続部２の間にショートが発生しないように、熱伝導部品４は、接続部２に接触しないように配置する。

例えば図１（Ｂ）に示すように、平面的にはアレイ状に配置されている接続部２の存在しない部分に、複数の熱伝導部品４を並べて平行に配置しても良いし、例えば図１（Ｃ）に示すように、これらに対して直交する向きにも複数の熱伝導部品４を配置して、メッシュ状に配置しても良い。なお、挿入する熱伝導部品４の数は必要に応じて任意に決めれば良い。

次に、上述のようにして熱伝導部品４を挿入した状態で、図５（Ｃ）に示すように、上下の２つのチップ１の間の空間に、例えば熱硬化型のアンダーフィル材９を未硬化の液体の状態で充填する。
そして、アンダーフィル材９を硬化させる目的で、全体を加熱する。
この加熱によって、熱伝導部品４の温度も上昇を開始し、やがて熱伝導部品４の骨格７を構成する形状記憶合金の形状回復温度を上回る温度に到達する。

そうすると、熱伝導部品４の骨格７の縦材５は、記憶していた波板状の周期的な多数の凹凸を備えた形状に復元する。
ここでは、骨格７の縦材５の凹凸の凸部の頂点（最高点及び最低点）の位置には、２本の縦材５の間に渡されるように複数の横材６が配置されている。
そして、上述したように繊維８をグループに分けて編み込む場合、複数の横材６のチップ１の表面と対向する側には、必ず、繊維８Ａ又は繊維８Ｂのどちらかが通っていることになる。

このため、骨格７の縦材５の形状が復元することで、繊維８Ａ又は８Ｂのどちらかのグループが、横材６と上下のチップ１のそれぞれの表面との間に挟まれ、上下のチップ１のそれぞれの表面に押し当てられて、上下のチップ１のそれぞれの表面に接触することになる。
例えば、図５（Ｃ）中、符号Ｘで示す位置では、骨格７の横材６によって、一方のグループの繊維８Ａが上側のチップ１の表面に押し当てられている一方、図５（Ｃ）中、符号Ｙで示す位置では、横材６によって、同じグループの繊維Ａが下側のチップ１の表面に押し当てられている。このように、すべての横材６によって、一方のグループの繊維８Ａが、上下のチップ１のそれぞれの表面に交互に押し当てられている。

これにより、上下のチップ１の両方の表面に、一方のグループの繊維８Ａが押し当てられていることによって、一方のグループの繊維８Ａを介して、上下のチップ間の熱の移動を助ける熱伝導に優れた多数の放熱経路が形成される。
また、一方のグループの繊維８Ａは、上下のチップ間の熱の移動を容易にするだけでなく、チップ１の面内方向への熱の移動も助ける効果がある。

また、上述したように繊維８をグループに分けて編み込む場合、他方のグループの繊維８Ｂは、上下のチップ１の表面に接触することはなく、チップ間の熱の移動には寄与しないものの、一方のグループの繊維８Ａとともにアンダーフィル材９の内部に残存し、アンダーフィル材９の内部においてチップ面内方向での熱の移動を助ける役割を果たすことになる。

なお、繊維８Ａ及び繊維８Ｂを、チップ１が積層されている範囲だけでなく、３Ｄ−ＬＳＩの積層構造の外側にまで引き延ばしておくことにより、アンダーフィル材９の内部から熱を導き出して外部に放出させることも可能である。
そして、アンダーフィル材９が完全に硬化すると、上下のチップ１の表面に繊維８が押し当てられた状態で、熱伝導部品４の位置、即ち、縦材５、横材６、繊維８の位置が固定される。

なお、アンダーフィル材９は、例えば絶縁性の樹脂組成物であり、積層したチップ間を機械的に固定するとともに、チップ間の接続部２を封止して保護する役割を果たす。
また、上述のようなプロセスによって作製する場合には、アンダーフィル材９が完全に硬化する前に、液状のアンダーフィル材９の内部で熱伝導部品４の骨格７を構成する形状記憶合金の形状回復が行なわれるように、アンダーフィル材９の硬化温度に対して、形状記憶合金の形状回復温度を低く設定することになる。

例えば、一般的な熱硬化型のエポキシ樹脂の硬化温度は約百数十℃程度であるため、Ｎｉ−Ｔｉ系の形状記憶合金を用いる場合、その形状回復温度を約１００℃前後に設定しておけば、上述したようなプロセスを構築することができる。
また、熱伝導部品４の骨格７に編み込む熱伝導性の高い繊維８（繊維状の素材）としては、例えば、熱伝導率約３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）の銅、熱伝導率約４２９Ｗ／（ｍ・Ｋ）の銀、熱伝導率約３１０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の金などの純金属の繊維を利用すれば、極めて効果的な放熱経路の形成が可能である。

また、これらの純金属の繊維を利用することによって、チップ間の熱伝導を向上させることができるばかりでなく、シリコンの熱伝導率が約１６８Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることから、チップ面内方向での熱伝導の向上にも大きく寄与すると考えられる。
さらに、約１０００Ｗ／（ｍ・Ｋ）を上回る熱伝導率を備えたピッチ系の炭素繊維を活用することにより、さらに効率の高い放熱経路の形成も可能となる。

ところで、上述のように構成される熱伝導部品４を用いて上下のチップ間に放熱経路を形成しているのは、以下の理由による。
３Ｄ−ＬＳＩ構造では、個々のＬＳＩチップで発生する熱をどのようにして逃がし、冷却するかが問題となる。
例えば、積層構造の上端又は下端に位置するＬＳＩチップは、放熱フィンや回路基板に直接接触させることによって、放熱経路を設けることができるため、これらの位置にあるチップで発生する熱を３Ｄ−ＬＳＩ構造の外部に逃がすことは比較的容易である。

しかしながら、他のＬＳＩチップによって上下から挟まれた位置にあるＬＳＩチップは、放熱経路を設けることが難しいため、このような位置にあるＬＳＩチップで発生する熱を効率良く３Ｄ−ＬＳＩ構造の外部に逃がすことは困難である。
このような位置に、例えばＣＰＵのような発熱量の大きい素子が配置された場合には、チップの局所的な温度上昇がもたらす動作不良や故障などの深刻な問題が生じることが懸念される。

これを踏まえて、チップ間に設けられるアンダーフィル材の熱伝導性を高めることが考えられる。
ここで、アンダーフィル材は、一般的には絶縁性の樹脂組成物を硬化させて設けられるが、その樹脂組成物には、例えば、熱硬化型のエポキシ樹脂に、様々な材質、形状のフィラーを分散させたものが使用される。

そして、フィラーの材質、形状、配合比率などを設定することによって、硬化後の樹脂組成物に様々な特性を付与することができる。例えば、硬化後の樹脂組成物の熱伝導性を高める目的の場合には、熱伝導性の高い材質のフィラーが用いられる。
しかしながら、このように熱伝導性を高めるための工夫を施した樹脂組成物を、アンダーフィル材としてチップ間に充填したとしても、チップ間での熱伝導を劇的に改善することは難しい。

例えば、標準的なエポキシ樹脂単体での熱伝導率は約０．２〜約０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）であるが、その内部に熱伝導性の高い無機フィラーなどを分散させても、熱伝導率は約４〜約５Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度に引き上げるのが精一杯である。
この熱伝導率は、シリコンの熱伝導率約１６８Ｗ／（ｍ・Ｋ）や銅の熱伝導率約３９８Ｗ／（ｍ・Ｋ）と比較すると圧倒的に低く、アンダーフィル材の存在が、積層されたチップ間での熱伝導の大きな妨げとなっている。

そこで、上述のように構成される熱伝導部品４を用いて上下のチップ間に放熱経路を形成している。
したがって、本実施形態にかかる電子装置及びその製造方法、熱伝導部品は、積層されたチップ間で個々のチップが発生した熱を効率良く伝導させ、十分な放熱効果が得られるようにすることができるという効果を有する。

特に、複数のＬＳＩチップ１を積層して作製する３Ｄ−ＬＳＩ構造に対して、チップ間及びチップ面内での熱伝導を向上させる放熱経路を形成するための手段が提供され、積層されたＬＳＩチップ１の内部で発生した熱を効率良く伝導させ、局所的な温度上昇を防止できるとともに、チップ１の積層構造の外部へと熱を放出させるための経路も形成することが可能となる。

なお、上述の実施形態では、アンダーフィル材９を充填し、アンダーフィル材９の硬化温度に対して熱伝導部品４を構成する形状記憶合金の形状回復温度を低く設定し、アンダーフィル材９を加熱して硬化させる際に熱伝導部品４の形状を回復させるようにしているが、これに限られるものではない。
例えば、アンダーフィル材９を加熱して硬化させる工程とは別に、熱伝導部品４をその形状を回復させる形状回復温度まで加熱する工程を設けても良い。

この場合、熱伝導部品４を構成する形状記憶合金の形状回復温度を、アンダーフィル材９の硬化温度と関係なく設定することが可能となる。また、例えばアンダーフィル材９を用いない場合にも上述のように構成される熱伝導部品４を用いることが可能となる。また、熱伝導部品４を構成する形状記憶合金の形状を回復させた後、温度が下がっても、その形状が保持されるものとしておけば、アンダーフィル材９を硬化させることで、その形状を保持しなくても良くなる。

また、例えば、上下の２つのチップ１をはんだ接合する際の加熱、即ち、はんだをリフローさせるための加熱を利用して、熱伝導部品４の形状を回復させるようにしても良い。この場合、上下の２つのチップ１をはんだ接合する前に、上述のように構成される熱伝導部品４を上下の２つのチップ１の間の空間に挿入しておき、はんだリフロー温度に対して熱伝導部品４を構成する形状記憶合金の形状回復温度を低く設定しておき、はんだをリフローさせるための加熱の際に熱伝導部品４の形状を回復させるようにすれば良い。この場合、上下のチップ１の位置がずれるおそれがあるため、位置ずれを防止する機構を設けるのが好ましい。

なお、本発明は、上述した実施形態に記載した構成に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。
以下、上述の実施形態に関し、更に、付記を開示する。
（付記１）
複数の半導体チップが接続部を介して３次元に積層された３次元積層構造を有する半導体装置と、
前記複数の半導体チップの間の空間に設けられた熱伝導部品とを備え、
前記熱伝導部品は、
形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材と、前記凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材とを備える構造物と、
前記複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、前記縦材に沿って設けられ、前記形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維とを備え、
前記縦材が波状の複数の凹凸を有する形状になって、前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに前記複数の凹凸の最高点及び最低点に接続された前記複数の横材が押しつけられて前記繊維が接触した状態になっていることを特徴とする電子装置。

（付記２）
前記複数の半導体チップの間の空間に充填され、硬化されたアンダーフィル材を備えることを特徴とする、付記１に記載の電子装置。
（付記３）
前記繊維は、第１繊維と、前記第１繊維に対して前記横材を挟んで上下方向の反対側に位置するように設けられた第２繊維とを備え、
前記縦材が波状の複数の凹凸を有する形状になった状態で、前記第１繊維及び前記第２繊維の一方は、前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに接触しており、前記第１繊維及び前記第２繊維の他方は、前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに接触せずに、前記半導体チップの間に位置していることを特徴とする、付記１又は２に記載の電子装置。

（付記４）
前記形状記憶合金は、Ｎｉ−Ｔｉ系合金であることを特徴とする、付記１〜３のいずれか１項に記載の電子装置。
（付記５）
前記繊維は、金属繊維又は炭素繊維であることを特徴とする、付記１〜４のいずれか１項に記載の電子装置。

（付記６）
形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材と、前記凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材とを備え、平坦になるように変形された構造物と、
前記複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、前記縦材に沿って設けられ、前記形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維とを備えることを特徴とする熱伝導部品。

（付記７）
前記繊維は、第１繊維と、前記第１繊維に対して前記横材を挟んで上下方向の反対側に位置するように設けられた第２繊維とを備えることを特徴とする、付記６に記載の熱伝導部品。
（付記８）
前記形状記憶合金は、Ｎｉ−Ｔｉ系合金であることを特徴とする、付記６又は７に記載の熱伝導部品。

（付記９）
前記繊維は、金属繊維又は炭素繊維であることを特徴とする、付記６〜８のいずれか１項に記載の熱伝導部品。
（付記１０）
複数の半導体チップが接続部を介して３次元に積層された３次元積層構造を有する半導体装置の前記複数の半導体チップの間の空間に、形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材と、前記凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材とを備え、平坦になるように変形された構造物と、前記複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、前記縦材に沿って設けられ、前記形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維とを備える熱伝導部品を挿入する工程と、
前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに前記複数の凹凸の最高点及び最低点に接続された前記複数の横材が押しつけられて前記繊維が接触するように、前記熱伝導部品を波状の複数の凹凸を有する形状に回復させる形状回復温度まで加熱する工程とを含むことを特徴とする電子装置の製造方法。

（付記１１）
前記熱伝導部品を挿入する工程の後に、前記複数の半導体チップの間の空間に、アンダーフィル材を充填する工程と、前記アンダーフィル材を硬化温度まで加熱して硬化させる工程とを含み、
前記形状記憶合金の形状回復温度が前記アンダーフィル材の硬化温度よりも低く設定されており、前記アンダーフィル材を硬化させる工程において、前記熱伝導部品を加熱する工程も行なわれることを特徴とする、付記１０に記載の電子装置の製造方法。

（付記１２）
前記繊維は、第１繊維と、前記第１繊維に対して前記横材を挟んで上下方向の反対側に位置するように設けられた第２繊維とを備え、
前記熱伝導部品を加熱する工程で、前記熱伝導部品の形状を回復させると、前記第１繊維及び前記第２繊維の一方は、前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに接触し、前記第１繊維及び前記第２繊維の他方は、前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに接触せずに、前記半導体チップの間に位置することを特徴とする、付記１０又は１１に記載の電子装置の製造方法。

１ 半導体チップ（ＬＳＩチップ；チップ）
２ 接続部
３ 半導体装置
４ 熱伝導部品
５ 縦材
６ 横材
７ 構造物（骨格）
８ 繊維
８Ａ 繊維（第１繊維）
８Ｂ 繊維（第２繊維）
９ アンダーフィル材
１０ 接続端子
１１ はんだ

Claims (8)

1. 複数の半導体チップが接続部を介して３次元に積層された３次元積層構造を有する半導体装置と、
   前記複数の半導体チップの間の空間に設けられた熱伝導部品とを備え、
   前記熱伝導部品は、
   形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材と、前記凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材とを備える構造物と、
   前記複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、前記縦材に沿って設けられ、前記形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維とを備え、
   前記縦材が波状の複数の凹凸を有する形状になって、前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに前記複数の凹凸の最高点及び最低点に接続された前記複数の横材が押しつけられて前記繊維が接触した状態になっていることを特徴とする電子装置。
2. 前記複数の半導体チップの間の空間に充填され、硬化されたアンダーフィル材を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電子装置。
3. 前記繊維は、第１繊維と、前記第１繊維に対して前記横材を挟んで上下方向の反対側に位置するように設けられた第２繊維とを備え、
   前記縦材が波状の複数の凹凸を有する形状になった状態で、前記第１繊維及び前記第２繊維の一方は、前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに接触しており、前記第１繊維及び前記第２繊維の他方は、前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに接触せずに、前記半導体チップの間に位置していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電子装置。
4. 前記形状記憶合金は、Ｎｉ−Ｔｉ系合金であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電子装置。
5. 前記繊維は、金属繊維又は炭素繊維であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子装置。
6. 形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材と、前記凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材とを備え、平坦になるように変形された構造物と、
   前記複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、前記縦材に沿って設けられ、前記形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維とを備えることを特徴とする熱伝導部品。
7. 複数の半導体チップが接続部を介して３次元に積層された３次元積層構造を有する半導体装置の前記複数の半導体チップの間の空間に、形状記憶合金からなり、波状の複数の凹凸を有する形状が記憶され、平行に設けられた複数の縦材と、前記凹凸の最高点同士及び最低点同士を接続するように設けられた複数の横材とを備え、平坦になるように変形された構造物と、前記複数の横材の上側、下側に交互に位置するように、前記縦材に沿って設けられ、前記形状記憶合金よりも熱伝導率の高い材料からなる繊維とを備える熱伝導部品を挿入する工程と、
   前記熱伝導部品を挟んで上下に位置する前記半導体チップの表面のそれぞれに前記複数の凹凸の最高点及び最低点に接続された前記複数の横材が押しつけられて前記繊維が接触するように、前記熱伝導部品を波状の複数の凹凸を有する形状に回復させる形状回復温度まで加熱する工程とを含むことを特徴とする電子装置の製造方法。
8. 前記熱伝導部品を挿入する工程の後に、前記複数の半導体チップの間の空間に、アンダーフィル材を充填する工程と、前記アンダーフィル材を硬化温度まで加熱して硬化させる工程とを含み、
   前記形状記憶合金の形状回復温度が前記アンダーフィル材の硬化温度よりも低く設定されており、前記アンダーフィル材を硬化させる工程において、前記熱伝導部品を加熱する工程も行なわれることを特徴とする、請求項７に記載の電子装置の製造方法。