JP4992461B2 - Electronic circuit device and electronic circuit device module - Google Patents

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Description

本発明は電子回路装置及び電子回路装置モジュールに関するものであり、特に、半導体チップ等の電子回路素子チップとヒートスプレッダー（熱拡散・放出部材）との間を熱的に接続するための構成に特徴のある電子回路装置及び電子回路装置モジュールに関するものである。   The present invention relates to an electronic circuit device and an electronic circuit device module, and more particularly to a configuration for thermally connecting an electronic circuit element chip such as a semiconductor chip and a heat spreader (thermal diffusion / emission member). The present invention relates to an electronic circuit device and an electronic circuit device module.

従来、ＣＰＵ等の半導体チップは回路基板上にフリップチップボンディングされており、ボンディングの際に用いられるバンプには通常ハンダが用いられている。
この場合、半導体チップで発生した熱を回路基板及び半田バンプを通して逃がすことによって半導体チップの温度上昇を抑制している。 Conventionally, a semiconductor chip such as a CPU is flip-chip bonded on a circuit board, and solder is usually used for bumps used for bonding.
In this case, the temperature rise of the semiconductor chip is suppressed by releasing the heat generated in the semiconductor chip through the circuit board and the solder bump.

しかし、ＣＰＵ等の半導体チップの性能は日々向上しており、その性能向上は半導体素子の微細化によるところが大きいが、半導体素子の微細化によって半導体チップ内の素子密度が高くなるということは、電力密度が高くなることを意味する。   However, the performance of semiconductor chips such as CPUs is improving day by day, and the improvement in performance is largely due to the miniaturization of semiconductor elements, but the fact that the density of elements in a semiconductor chip increases due to the miniaturization of semiconductor elements Means higher density.

このように、電力密度が高くなることによって半導体チップの発熱問題が深刻になってきている。
例えば、従来のように、半導体チップで発生した熱を逃がして半導体チップの温度上昇を抑制するためには、回路基板および半田バンプを通しての放熱では不十分である。 Thus, the problem of heat generation of the semiconductor chip has become serious due to the increase in power density.
For example, as in the prior art, heat dissipation through a circuit board and solder bumps is insufficient to release heat generated in a semiconductor chip and suppress the temperature rise of the semiconductor chip.

そこで、十分な放熱性を確保するためにヒートスプレッダーが用いられ、そのヒートスプレッダーと半導体チップとの間には熱的な接触を良好にするためにインジウムシートやポリマーシートなどが用いられている（例えば、特許文献１参照）。   Therefore, a heat spreader is used to ensure sufficient heat dissipation, and an indium sheet, a polymer sheet, or the like is used between the heat spreader and the semiconductor chip to improve thermal contact ( For example, see Patent Document 1).

図９参照
図９は、従来のヒートスプレッダーを用いた半導体モジュールの概念的構成図であり、半導体チップ６１をインジウム半田６３を介してＣｕ製のヒートスプレッダー６２を介して取り付けたのち、半田バンプ６５を介して回路基板６４にフリップチップボンディングする。 See FIG. 9
FIG. 9 is a conceptual configuration diagram of a semiconductor module using a conventional heat spreader. A semiconductor chip 61 is attached via an indium solder 63 via a Cu heat spreader 62 and then via a solder bump 65. Flip chip bonding is performed on the circuit board 64.

次いで、この半導体装置を半田バンプ６７を介してプリント配線基板６６に実装することによって、半導体モジュールが完成する。
この場合、ヒートスプレッダー６２の周辺部と回路基板６４との接触部は接着剤で接着する。 Next, the semiconductor device is completed by mounting the semiconductor device on the printed wiring board 66 through the solder bumps 67.
In this case, the contact portion between the peripheral portion of the heat spreader 62 and the circuit board 64 is bonded with an adhesive.

一方、半導体装置等からの放熱効率を向上するために、熱伝導性に優れるカーボン繊維やカーボンナノチューブを放熱部材或いは容器を兼ねるヒートスプレッダーとして用いることが提案されている（例えば、特許文献２参照）。   On the other hand, in order to improve the heat dissipation efficiency from a semiconductor device or the like, it has been proposed to use carbon fibers or carbon nanotubes having excellent thermal conductivity as a heat spreader that also serves as a heat dissipation member or a container (see, for example, Patent Document 2). .

この提案においては、例えば、カーボンナノチューブを樹脂を用いてカーボンナノチューブ繊維としてヒートシンクにしたり、或いは、カーボンナノチューブ繊維を組み合わせて容器状にしている。
特開２００３−２４９６１３号公報 特開２００５−１１６８３９号公報 In this proposal, for example, a carbon nanotube is used as a heat sink as a carbon nanotube fiber using a resin, or a carbon nanotube fiber is combined into a container shape.
JP 2003-249613 A JP 2005-116839 A

しかしながら、半導体素子の微細化、高集積化はとどまるところを知らず、特許文献１に示された従来構造では放熱性の確保が不十分になってきている。
即ち、半導体チップとヒートスプレッダー間に介在しているインジウム半田やポリマー等の介在部材の熱伝導率は十分高くない点が問題となる。 However, miniaturization and high integration of semiconductor elements are not known, and the conventional structure disclosed in Patent Document 1 has insufficiently ensured heat dissipation.
That is, there is a problem that the thermal conductivity of the interposing member such as indium solder or polymer interposed between the semiconductor chip and the heat spreader is not sufficiently high.

また、半田バンプも放熱経路を構成しているが、半田の熱伝導率は十分に高くないため、この点からも、従来構造では放熱性の確保が不十分になってきている。   The solder bumps also constitute a heat dissipation path. However, since the thermal conductivity of the solder is not sufficiently high, the conventional structure is insufficient to ensure heat dissipation.

また、上記の特許文献２の場合には、カーボンナノチューブ自体の熱伝導率は良好であるものの、カーボンナノチューブを繊維化するために樹脂が必須となり、この樹脂の熱伝導率の低さが問題となって、充分な放熱性が確保できないという問題がある。   Further, in the case of the above-mentioned Patent Document 2, although the thermal conductivity of the carbon nanotube itself is good, a resin is indispensable for fiberizing the carbon nanotube, and the low thermal conductivity of the resin is a problem. Thus, there is a problem that sufficient heat dissipation cannot be secured.

また、カーボンナノチューブ繊維を組み合わせて容器状にした場合には、その機械的強度が充分でないため、半導体装置の信頼性が問題となる。   Further, when carbon nanotube fibers are combined into a container shape, the mechanical strength is not sufficient, and thus the reliability of the semiconductor device becomes a problem.

したがって、本発明は、電子回路素子チップと熱拡散・放出部材との間の熱的接続を向上するとともに充分な機械的強度を確保することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to improve the thermal connection between the electronic circuit element chip and the heat diffusing / releasing member and to ensure sufficient mechanical strength.

図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記の課題を解決するために、本発明は、電子回路装置において、回路基板７と、回路基板７上に搭載された発熱源となる電子回路素子チップ１と、熱を拡散するとともに放出する機能を有するとともに、回路基板７に対して蓋部材を構成する熱拡散・放出部材２と、電子回路素子チップ１と熱拡散・放出部材２との間に樹脂接着剤を介することなく触媒層と反対側の先端部がグラファイトシートに直接接したカーボンナノチューブ３を設け、前記各カーボンナノチューブ３の間隙が空隙であることを特徴とする。 FIG. 1 is a diagram illustrating the basic configuration of the present invention. Means for solving the problems in the present invention will be described with reference to FIG.
Refer to FIG. 1 In order to solve the above problems, the present invention is an electronic circuit device in which a circuit board 7, an electronic circuit element chip 1 serving as a heat source mounted on the circuit board 7, and heat are diffused. The heat diffusion / release member 2 that has a function of releasing and constitutes a lid member for the circuit board 7, and the catalyst without interposing a resin adhesive between the electronic circuit element chip 1 and the heat diffusion / release member 2 the carbon nanotubes 3 the tip portion of the layer opposite side is in direct contact with the graphite sheet provided, wherein the gap between the carbon nanotubes 3 is void.

このように、電子回路素子チップ１と熱拡散・放出部材（ヒートスプレッダー）２との間に樹脂接着剤を介することなく熱伝導性に優れるカーボンナノチューブ３を介在させることによって、微細化、高集積化に耐えうる放熱性を確保することができる。
即ち、カーボンナノチューブ３は熱伝導率がダイヤモンドと同程度（３０００Ｗ／ｍ・Ｋ）と非常に高いため、従来問題になっていた半導体チップと熱拡散・放出部材２との間の介在材料による全体の放熱特性劣化が低減される。 As described above, the carbon nanotubes 3 having excellent thermal conductivity are interposed between the electronic circuit element chip 1 and the heat diffusion / release member (heat spreader) 2 without using a resin adhesive, thereby miniaturization and high integration. The heat dissipation that can withstand the heat treatment can be ensured.
That is, since the carbon nanotube 3 has a very high thermal conductivity (3000 W / m · K) as that of diamond, the carbon nanotube 3 is entirely made of an intervening material between the semiconductor chip and the thermal diffusion / release member 2, which has been a problem in the past. The deterioration of the heat dissipation characteristics is reduced.

この場合、カーボンナノチューブ３は撓み性を有していることが望ましく、それによって、電子回路素子チップ１を実装した回路基板７に熱拡散・放出部材２を固着した場合に、熱拡散・放出部材２が電子回路素子チップ１に圧接する際の緩衝材として作用することになる。   In this case, it is desirable that the carbon nanotubes 3 have flexibility, whereby when the heat diffusion / release member 2 is fixed to the circuit board 7 on which the electronic circuit element chip 1 is mounted, the heat diffusion / release member 2 acts as a buffer material when pressed against the electronic circuit element chip 1.

特に、触媒層４上に成長させたその先端部にグラファイトシート５を伴うカーボンナノチューブ３を用いているので、電子回路素子チップ１から垂直方向に成長したカーボンナノチューブ３に伝達された熱を、グラファイトシート５により横方向拡散させてヒートスプレッダーとしての機能も兼ねさせることができるので、熱拡散・放出部材２へ熱伝達効率がさらに向上する。 In particular, since the carbon nanotube 3 with the graphite sheet 5 is used at the tip portion grown on the catalyst layer 4, the heat transferred from the electronic circuit element chip 1 to the carbon nanotube 3 grown in the vertical direction is converted into graphite. Since the sheet 5 can be diffused in the lateral direction to serve as a heat spreader, the heat transfer efficiency to the heat diffusing / releasing member 2 is further improved.

また、カーボンナノチューブ３の触媒層４と接する側と反対側の端部にグラファイトシート５が直接接しているので、グラファイトシート５の表面を金属６によって被覆すれば良く、カーボンナノチューブ３の側壁を金属６で覆わない場合には、カーボンナノチューブ３は撓み性を有するので、機械的歪みを吸収することができる。 Further, since the graphite sheet 5 is in direct contact with the end opposite the side in contact with the catalyst layer 4 of the carbon nanotubes 3, the surface of the graphite sheet 5 may be coated with metal 6, metal sidewalls of the carbon nanotubes 3 When the carbon nanotubes 3 are not covered with 6, the carbon nanotubes 3 have flexibility and can absorb mechanical strain.

また、カーボンナノチューブ３の束の側壁を金属６によって被覆しても良く、この場合には、カーボンナノチューブ３や触媒層４に起因するパーティクル等を金属６で封止込むことができるので、汚染を少なくすることができる。   In addition, the side wall of the bundle of carbon nanotubes 3 may be covered with the metal 6, and in this case, particles caused by the carbon nanotubes 3 and the catalyst layer 4 can be sealed with the metal 6. Can be reduced.

また、電子回路素子チップ１を回路基板７にカーボンナノチューブによって構成されるバンプ８を介してフリップチップボンディングしても良く、それによって、回路基板７への熱拡散効率を高めることができるとともに、カーボンナノチューブの撓み性（可撓性）によって、電子回路素子チップ１を回路基板７に取り付けた場合の電子回路素子チップ１と回路基板７との熱膨張係数の差による歪みを吸収することができる。   Further, the electronic circuit element chip 1 may be flip-chip bonded to the circuit board 7 via the bumps 8 made of carbon nanotubes, whereby the heat diffusion efficiency to the circuit board 7 can be increased, and the carbon The distortion due to the difference in thermal expansion coefficient between the electronic circuit element chip 1 and the circuit board 7 when the electronic circuit element chip 1 is attached to the circuit board 7 can be absorbed by the flexibility (flexibility) of the nanotube.

また、上述の電子回路装置の回路基板７側を、実装配線基板１０にカーボンナノチューブによって構成されるバンプ９を介してボンディングしても良く、半田より熱伝導性の高いカーボンナノチューブで構成されたバンプ９により回路基板７に伝達された熱を効率よく実装配線基板に逃すことができるとともに、半田フリーの電子回路装置モジュールを実現することができる。 Further, the circuit board 7 side of the aforementioned electronic circuit device may be bonded via a configured bumps 9 to the mounting wiring board 10 by the carbon nanotubes, composed of high carbon nanotubes thermal conductivity than solder bumps The heat transmitted to the circuit board 7 by 9 can be efficiently released to the mounting wiring board, and a solder-free electronic circuit device module can be realized.

本発明によれば、ヒートスプレッダーと半導体チップ間の介在材料に熱伝導率の高いカーボンナノチューブを用いているので、従来に比べて放熱性を向上することができ、さらに、カーボンナノチューブの先端にグラファイトシートがほかの介在物を介さずに形成される構造を用いることで、ヒートパスとしての機能のみではなく、ヒートスプレッダーとしての機能も備わり、より放熱性の向上が可能になる。   According to the present invention, since carbon nanotubes having high thermal conductivity are used as the intervening material between the heat spreader and the semiconductor chip, it is possible to improve heat dissipation as compared with the prior art, and further, graphite is attached to the tip of the carbon nanotube. By using a structure in which the sheet is formed without interposing other inclusions, not only a function as a heat path but also a function as a heat spreader is provided, so that heat dissipation can be further improved.

また、半導体チップと回路基板間および回路基板と実装配線基板間を接続するバンプにカーボンナノチューブを用いることにより放熱性のさらなる向上も可能になるとともに、半田フリーの実装構造を実現することができる。   Further, by using carbon nanotubes for bumps connecting between the semiconductor chip and the circuit board and between the circuit board and the mounting wiring board, it is possible to further improve the heat dissipation and to realize a solder-free mounting structure.

本発明は、ヒートスプレッダーの内部底面のみに触媒層を設けて、ＣＶＤ法によってカーボンナノチューブを成長させ、回路基板（インターポーザ）にこのヒートスプレッダーを固着する際に、回路基板に半田バンプ或いは転写法により形成したカーボンナノチューブバンプによってフリップチップボンディングした半導体チップ等の電位回路素子チップにカーボンナノチューブを圧接により直接当接、或いは、金属被覆層を介して圧接により当接させ、さらに、半田バンプ或いは転写法により形成したカーボンナノチューブバンプによってプリント配線基板等の実装配線基板にボンディングするものである。   In the present invention, when a catalyst layer is provided only on the inner bottom surface of the heat spreader, carbon nanotubes are grown by CVD, and the heat spreader is fixed to the circuit board (interposer) by solder bump or transfer method. The carbon nanotubes are directly contacted by pressure contact with a potential circuit element chip such as a semiconductor chip flip-chip bonded by the formed carbon nanotube bumps, or by pressure contact through a metal coating layer, and further by solder bumps or a transfer method. The formed carbon nanotube bumps are bonded to a mounting wiring board such as a printed wiring board.

この場合、触媒としてＴｉ／Ｃｏ等のＣｏが表面となる触媒を用いることによって、カーボンナノチューブの成長先端部にグラファイトシートが形成される。 In this case, by Rukoto using a catalyst Co of Ti / Co or the like as a catalyst is the surface, the graphite sheet is formed in the growth tip of the carbon nanotube.

ここで、図２を参照して、本発明の実施例１の半導体装置の実装工程を説明する。
図２参照
まず、Ｃｕからなる上蓋状のヒートスプレッダー１１の内部底面にスパッタリング法によって、厚さが、例えば、５ｎｍのＴｉ膜４２と厚さが、例えば、２ｎｍのＣｏ膜４３を順次成膜して触媒層４１とする。
なお、この時、治具を用いてヒートスプレッダー１１の内部底面以外に触媒層が形成されないようにする。 Here, with reference to FIG. 2 , the mounting process of the semiconductor device of Example 1 of this invention is demonstrated.
See Figure 2
First, a catalyst layer is formed by sequentially forming a Ti film 42 having a thickness of, for example, 5 nm and a Co film 43 having a thickness of, for example, 2 nm by sputtering on the inner bottom surface of the upper lid-shaped heat spreader 11 made of Cu. 41.
At this time, a jig is used to prevent the catalyst layer from being formed on the inner bottom surface of the heat spreader 11.

次いで、ＣＶＤ法を用いて、プロセスガスとしてアセチレンガスを用いるとともに、キャリアガスとしてアルゴンガスもしくは水素ガスを用い、例えば、１００Ｐａの圧力において、６００℃の成長温度でカーボンナノチューブ４４を成長させるが、この時、カーボンナノチューブ４４の先端部にはグラファイトシート４５が形成される。
この場合、カーボンナノチューブ４４の長さも成長時間によって制御可能であり、ここでは、例えば、１００μｍとする。 Next, using the acetylene gas as a process gas and an argon gas or a hydrogen gas as a carrier gas using a CVD method, for example, the carbon nanotubes 44 are grown at a growth temperature of 600 ° C. at a pressure of 100 Pa. At this time, a graphite sheet 45 is formed at the tip of the carbon nanotube 44.
In this case, the length of the carbon nanotube 44 can also be controlled by the growth time, and is set to 100 μm, for example.

一方、インターポーザ２０に半田バンプ２１を介して半導体チップ２２をフリップチップボンディングしたのち、カーボンナノチューブ４４を形成したヒートスプレッダー１１を接着剤によりインターポーザ２０に固着する。
この時、半導体チップ２２とカーボンナノチューブ４４とは、接着剤等を介することなくカーボンナノチューブ４４の撓み性を利用して圧接によりグラファイトシート４５に直接当接されることになる。 Meanwhile, after the flip-chip bonding the semiconductor chip 22 via solder bumps 21 to interns interposer 20, fixed to the interns interposer 20 to heat spreader 11 to form a carbon nanotube 44 by an adhesive.
At this time, the semiconductor chip 22 and the carbon nanotube 44 are brought into direct contact with the graphite sheet 45 by pressure contact using the flexibility of the carbon nanotube 44 without using an adhesive or the like.

次いで、このヒートスプレッダー１１を固着したインターポーザ２０を半田バンプ３１を介してプリント配線基板３０に固着することによって本発明の実施例２の半導体モジュールの基本構造が完成する。   Next, the basic structure of the semiconductor module according to the second embodiment of the present invention is completed by fixing the interposer 20 to which the heat spreader 11 is fixed to the printed wiring board 30 through the solder bumps 31.

図３参照
図３は、本発明の実施例１における熱の拡散状況の説明図であり、半導体チップ２２で発熱した熱はグラファイトシート４５を介して横方向に拡がったのち、カーボンナノチューブ４４に伝わり、カーボンナノチューブ４４からヒートスプレッダー１１に伝達される。 See Figure 3
FIG. 3 is an explanatory diagram of the state of heat diffusion in the first embodiment of the present invention. The heat generated by the semiconductor chip 22 spreads in the lateral direction through the graphite sheet 45 and then is transmitted to the carbon nanotube 44, where the carbon nanotube 44 to the heat spreader 11.

この様に、本発明の実施例１においては、半導体チップ２２をグラファイトシート４５に当接させているので、半導体チップ２２で発熱した熱はグラファイトシート４５を介して横方向に拡がり、放熱が局所的に集中することがないので放熱効率が向上する。 As described above, in the first embodiment of the present invention, the semiconductor chip 22 is in contact with the graphite sheet 45, so that the heat generated by the semiconductor chip 22 spreads laterally via the graphite sheet 45, and the heat dissipation is locally performed. The heat dissipation efficiency is improved because there is no concentration.

次に、図４を参照して、本発明の実施例２の半導体装置の実装工程を説明するが、この実施例２は実施例１にメッキ工程を追加したものである。
図４参照
まず、上記の実施例１と同様に、Ｃｕからなる上蓋状のヒートスプレッダー１１の内部底面にスパッタリング法によって、厚さが、例えば、５ｎｍのＴｉ膜４２と厚さが、例えば、２ｎｍのＣｏ膜４３を順次成膜して触媒層４１とする。
なお、この時、治具を用いてヒートスプレッダー１１の内部底面以外に触媒層が形成されないようにする。 Next, with reference to FIG. 4 , the mounting process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. In the second embodiment, a plating process is added to the first embodiment.
See Figure 4
First, similarly to the first embodiment, a Ti film 42 having a thickness of, for example, 5 nm and a Co film having a thickness of, for example, 2 nm are formed on the inner bottom surface of the upper lid-shaped heat spreader 11 made of Cu by sputtering. 43 are sequentially formed to form a catalyst layer 41.
At this time, a jig is used to prevent the catalyst layer from being formed on the inner bottom surface of the heat spreader 11.

次いで、ＣＶＤ法を用いて、プロセスガスとしてアセチレンガスを用いるとともに、キャリアガスとしてアルゴンガスもしくは水素ガスを用い、例えば、１００Ｐａの圧力において、６００℃の成長温度でカーボンナノチューブ４４を成長させるが、この時、カーボンナノチューブ４４の先端部にはグラファイトシート４５が形成される。
この場合、カーボンナノチューブ４４の長さも成長時間によって制御可能であり、ここでは、例えば、１００μｍとする。 Next, using the acetylene gas as a process gas and an argon gas or a hydrogen gas as a carrier gas using a CVD method, for example, the carbon nanotubes 44 are grown at a growth temperature of 600 ° C. at a pressure of 100 Pa. At this time, a graphite sheet 45 is formed at the tip of the carbon nanotube 44.
In this case, the length of the carbon nanotube 44 can also be controlled by the growth time, and is set to 100 μm, for example.

次いで、電解メッキ法を用いてヒートスプレッダー１１及びグラファイトシート４５の表面に厚さが、例えば、２μｍの金メッキ層４６を形成する。
この時、メッキ条件にもよるが、カーボンナノチューブ４４よりもグラファイトシート４５のメッキ液に対する濡れ性が高いので、グラファイトシート４５の表面に優先的にメッキが行われて、カーボンナノチューブ４４の側壁には金メッキ層４６が形成されない。
なお、メッキ成膜レートを遅くし時間をかけてメッキを行うと、カーボンナノチューブ４４の側面にも金メッキ層４６を形成することは可能である。 Next, a gold plating layer 46 having a thickness of, for example, 2 μm is formed on the surfaces of the heat spreader 11 and the graphite sheet 45 by using an electrolytic plating method.
At this time, although depending on the plating conditions, the wettability of the graphite sheet 45 to the plating solution is higher than that of the carbon nanotubes 44, so that the surface of the graphite sheet 45 is preferentially plated, The gold plating layer 46 is not formed.
If the plating film formation rate is slowed and plating is performed over time, the gold plating layer 46 can be formed also on the side surfaces of the carbon nanotubes 44.

以降は、再び、上記の実施例１と同様に、インターポーザ２０に半田バンプ２１を介して半導体チップ２２をフリップチップボンディングしたのち、カーボンナノチューブ１５を形成したヒートスプレッダー１１を接着剤によりインターポーザ２０に固着する。
この時も、半導体チップ２２はグラファイトシート４５とは、カーボンナノチューブ４４の撓み性を利用して圧接により金メッキ層４６を介して当接されることになる。 Thereafter, again, in the same manner as in Example 1 above, after flip-chip bonding the semiconductor chip 22 via solder bumps 21 to interns interposer 20, interns with an adhesive heat spreader 11 formed of carbon nanotubes 15 Secure to the Posa 20.
Also at this time, the semiconductor chip 22 is brought into contact with the graphite sheet 45 through the gold plating layer 46 by pressure contact using the flexibility of the carbon nanotubes 44.

次いで、このヒートスプレッダー１１を固着したインターポーザ２０を半田バンプ３１を介してプリント配線基板３０に固着することによって本発明の実施例２の半導体モジュールの基本構造が完成する。 Next, the basic structure of the semiconductor module according to the second embodiment of the present invention is completed by fixing the interposer 20 to which the heat spreader 11 is fixed to the printed wiring board 30 through the solder bumps 31.

この様に、本発明の実施例２においては、グラファイトシート４５の表面を金メッキ層１６で覆っているので、圧接時におけるグラファイトシート４５の剥離やカーボンナノチューブ４４及びグラファイトシート４５に起因するパーティクルによる汚染を防止することができる。 As described above, in Example 2 of the present invention, the surface of the graphite sheet 45 is covered with the gold plating layer 16, so that the graphite sheet 45 is peeled off at the time of pressure contact or the carbon nanotubes 44 and the particles caused by the graphite sheet 45 are contaminated. Can be prevented.

次に、図５を参照して、本発明の実施例３の半導体モジュールの実装構造を説明するが、実施例３は実施例１におけるフリップチップボンディングをカーボンナノチューブからなるバンプ２３を用いたものである。
図５参照
図５は、本発明の実施例３の半導体モジュールの概略的断面図であり、カーボンナノチューブからなるバンプ２３を設けたインターポーザ２０に半導体チップ２２がフリップチップボンディングされている。 Next, referring to FIG. 5 , the mounting structure of the semiconductor module of Example 3 of the present invention will be described. In Example 3, the flip chip bonding in Example 1 is performed using bumps 23 made of carbon nanotubes. is there.
See Figure 5
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor module according to a third embodiment of the present invention. A semiconductor chip 22 is flip-chip bonded to an interposer 20 provided with bumps 23 made of carbon nanotubes.

なお、この場合のバンプ２３は転写法によりインターポーザ２０に設けるものである。 即ち、基材が樹脂製のインターポーザ２０はカーボンナノチューブの成長温度に耐えられないので、例えば、シリコンウェーハ上にＡｌ／Ｆｅ触媒層を設けてカーボンナノチューブを成長させる。   In this case, the bumps 23 are provided on the interposer 20 by a transfer method. That is, since the interposer 20 whose substrate is made of resin cannot withstand the growth temperature of carbon nanotubes, for example, an Al / Fe catalyst layer is provided on a silicon wafer to grow carbon nanotubes.

次いで、パッド上に導電性接着剤を塗布したインターポーザにカーボンナノチューブの成長面を押しつけて接着剤を硬化させ、次いで、基板の剥離を行うことによって、一番機械的強度の弱い触媒層の位置で剥離が起こり、パッド上にのみバンプ２３が形成されることになる。   Next, the carbon nanotube growth surface is pressed against the interposer with the conductive adhesive applied on the pad to cure the adhesive, and then the substrate is peeled off, so that at the position of the catalyst layer with the weakest mechanical strength. Separation occurs, and bumps 23 are formed only on the pads.

この実施例３においては、フリップチップボンディングに際して電気伝導性及び熱伝導性に優れ且つ撓み性を有するカーボンナノチューブ製のバンプ２３を用いているので、ボンディング時の温度から室温に降温する際のインターポーザ２０と半導体チップ２２の熱膨張係数に基づく歪みの発生を緩和することができるとともに、電気抵抗を小さくし、且つ、インターポーザ２０への熱の拡散を効率的に行うことができる。 In the third embodiment, since the bump 23 made of carbon nanotubes having excellent electrical conductivity and thermal conductivity and flexibility is used for flip chip bonding, the interposer 20 when the temperature is lowered from the bonding temperature to room temperature. In addition, the generation of distortion based on the thermal expansion coefficient of the semiconductor chip 22 can be alleviated, the electrical resistance can be reduced, and the heat can be efficiently diffused to the interposer 20.

次に、図６を参照して、本発明の実施例４の半導体モジュールの実装構造を説明するが、実施例４は実施例３におけるプリント配線基板への実装をカーボンナノチューブからなるバンプ３２を用いて行ったものである。
図６参照
図６は、本発明の実施例４の半導体モジュールの概略的断面図であり、カーボンナノチューブからなるバンプ２３を設けたインターポーザ２０に半導体チップ２２がフリップチップボンディングされているとともに、半導体チップ２２をボンディングしたインターポーザ２０はカーボンナノチューブからなるバンプ３２を介してプリント配線基板３０に実装されている。
なお、この場合のバンプ３０もバンプ２３と全く同様に転写法によりプリント配線基板３０に形成される。 Next, the mounting structure of the semiconductor module according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6. The fourth embodiment uses bumps 32 made of carbon nanotubes for mounting on the printed wiring board in the third embodiment. It was done.
See FIG. 6
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor module according to the fourth embodiment of the present invention. The semiconductor chip 22 is flip-chip bonded to the interposer 20 provided with the bumps 23 made of carbon nanotubes, and the semiconductor chip 22 is bonded. The interposer 20 is mounted on the printed wiring board 30 via bumps 32 made of carbon nanotubes.
In this case, the bump 30 is also formed on the printed wiring board 30 by the transfer method in the same manner as the bump 23.

この実施例４においては、プリント配線基板への実装を電気伝導性及び熱伝導性に優れ且つ撓み性を有するカーボンナノチューブからなるバンプ３２を用いて実装しているので、実装時における機械的歪みを緩和することができるとともに、電気抵抗を小さくし、且つ、インターポーザ２０からプリント配線基板３０への熱の拡散を効率的に行うことができる。 In this Example 4 , since mounting on the printed wiring board is performed using the bumps 32 made of carbon nanotubes having excellent electrical conductivity and thermal conductivity and having flexibility, mechanical strain at the time of mounting is reduced. It is possible to reduce the electrical resistance, and to efficiently diffuse heat from the interposer 20 to the printed wiring board 30.

次に、図７を参照して、本発明の実施例５の半導体モジュールの実装構造を説明するが、実施例５は実施例２におけるフリップチップボンディングを実施例３と同様にカーボンナノチューブからなるバンプ２３を用いたものである。
図７参照
図７は、本発明の実施例５の半導体モジュールの概略的断面図であり、転写法により形成されたカーボンナノチューブからなるバンプ２３を設けたインターポーザ２０に半導体チップ２２がフリップチップボンディングされている。 Next, the mounting structure of the semiconductor module according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. In the fifth embodiment, the flip-chip bonding in the second embodiment is performed with bumps made of carbon nanotubes as in the third embodiment. 23 is used.
See FIG. 7
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor module of Example 5 of the present invention, in which a semiconductor chip 22 is flip-chip bonded to an interposer 20 provided with bumps 23 made of carbon nanotubes formed by a transfer method.

この実施例５においても、実施例３と同様にフリップチップボンディングに際して電気伝導性及び熱伝導性に優れ且つ撓み性を有するカーボンナノチューブ製のバンプ２３を用いているので、ボンディング時の温度から室温に降温する際のインターポーザ２０と半導体チップ２２の熱膨張係数に基づく歪みの発生を緩和することができるとともに、電気抵抗を小さくし、且つ、インターポーザ２０への熱の拡散を効率的に行うことができる。 Also in this Example 5 , since the carbon nanotube bumps 23 having excellent electrical and thermal conductivity and flexibility are used in flip chip bonding as in Example 3 , the temperature from the bonding temperature to room temperature is used. It is possible to reduce the occurrence of distortion based on the thermal expansion coefficients of the interposer 20 and the semiconductor chip 22 when the temperature is lowered, to reduce the electrical resistance, and to efficiently diffuse the heat to the interposer 20. .

次に、図８を参照して、本発明の実施例６の半導体モジュールの実装構造を説明するが、実施例６は実施例５におけるプリント配線基板への実装を実施例４と同様にカーボンナノチューブからなるバンプ３２を用いて行ったものである。
図８参照
図８は、本発明の実施例６の半導体モジュールの概略的断面図であり、転写法により形成されたカーボンナノチューブからなるバンプ２３を設けたインターポーザ２０に半導体チップ２２がフリップチップボンディングされているとともに、半導体チップ２２をボンディングしたインターポーザ２０は転写法により形成されたカーボンナノチューブからなるバンプ３２を介してプリント配線基板３０に実装されている。 Next, the mounting structure of the semiconductor module according to the sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. In the sixth embodiment, the carbon nanotubes are mounted on the printed wiring board in the fifth embodiment as in the fourth embodiment. This is performed using a bump 32 made of
See FIG. 8
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor module according to Example 6 of the present invention, in which a semiconductor chip 22 is flip-chip bonded to an interposer 20 provided with bumps 23 made of carbon nanotubes formed by a transfer method. The interposer 20 to which the semiconductor chip 22 is bonded is mounted on the printed wiring board 30 via bumps 32 made of carbon nanotubes formed by a transfer method.

この実施例６においても、実施例４と同様にプリント配線基板への実装を電気伝導性及び熱伝導性に優れ且つ撓み性を有するカーボンナノチューブからなるバンプ３２を用いて実装しているので、実装時における機械的歪みを緩和することができるとともに、電気抵抗を小さくし、且つ、インターポーザ２０からプリント配線基板３０への熱の拡散を効率的に行うことができる。 In Example 6 , as in Example 4 , the mounting on the printed wiring board is implemented using the bumps 32 made of carbon nanotubes having excellent electrical conductivity and thermal conductivity and having flexibility. It is possible to alleviate the mechanical distortion at the time, to reduce the electrical resistance, and to efficiently diffuse the heat from the interposer 20 to the printed wiring board 30.

以上、本発明の各実施例を説明したが、本発明は各実施例に示した構成、条件、数値に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、上記の実施例１等においては、グラファイトシートを形成するために触媒層をＴｉ／Ｃｏ層で構成しているが、Ｔｉ／Ｃｏ層に限られるものではなく、ＴｉＮ／Ｃｏ層等の他の触媒層で形成しても良いものである。 As mentioned above, although each Example of this invention was described, this invention is not restricted to the structure, conditions, and numerical value which were shown in each Example, A various change is possible, for example, said Example 1 etc. In order to form a graphite sheet, the catalyst layer is composed of a Ti / Co layer, but is not limited to the Ti / Co layer, and may be formed of another catalyst layer such as a TiN / Co layer. It ’s good.

また、上記の実施例２等においては、カーボンナノチューブの側面にはメッキ層を形成していないが、メッキ条件を変えることによって、カーボンナノチューブの側面にもメッキ層を形成しても良いものである。 In Example 2 and the like described above, the plating layer is not formed on the side surface of the carbon nanotube. However, the plating layer may be formed on the side surface of the carbon nanotube by changing the plating conditions. .

また上記の実施例３乃至実施例６においては、カーボンナノチューブ製のバンプを転写法により形成する際に、全面に成長させて転写させたのち、エッチングによりパッドに位置合わせしているが、全面に成長させのちにエッチングによりパッド配置に合わせてパターニングし、その後、インターポーザ或いはプリント配線基板側に転写しても良いものである。 In Examples 3 to 6 , the bumps made of carbon nanotubes are formed by the transfer method, and are grown and transferred on the entire surface, and then aligned with the pad by etching. After the growth, patterning may be performed according to the pad arrangement by etching, and then transferred to the interposer or the printed wiring board side.

さらには、予め触媒層をパッド配置に合わせてパターニングしてカーボンナノチューブを選択的に成長させたのち、インターポーザ或いはプリント配線基板側に転写しても良いものである。   Furthermore, the catalyst layer may be previously patterned according to the pad arrangement to selectively grow the carbon nanotubes, and then transferred to the interposer or the printed wiring board side.

また、上記の各実施例においては示していないが、半導体チップのフリップチップボンディングを通常の半田バンプで行い、インターポーザとプリント配線基板との接続を転写法によって形成したカーボンナノチューブからなるバンプにより行っても良いものである。   Although not shown in each of the above embodiments, flip chip bonding of a semiconductor chip is performed with ordinary solder bumps, and the connection between the interposer and the printed wiring board is performed with bumps made of carbon nanotubes formed by a transfer method. Is also good.

また、上記の実施例２等においては、金メッキ層を設けているが、メッキ層は金である必要はなく、Ｃｕメッキ層、Ｎｉメッキ層或いはＰｔメッキ層等の他のメッキ層を用いても良いものである。 In the second embodiment, etc., a gold plating layer is provided. However, the plating layer does not have to be gold, and other plating layers such as a Cu plating layer, a Ni plating layer, or a Pt plating layer may be used. It ’s good.

また、上記の各実施例においては特に言及していないが、ヒートスプレッダーをインターポーザに固着する際に、密閉空間をＮ２ガスやＡｒガスで置換しても良いものである。 Further, although not particularly mentioned in each of the above embodiments, when the heat spreader is fixed to the interposer, the sealed space may be replaced with N 2 gas or Ar gas.

ここで、再び図１を参照して、改めて、本発明の詳細な特徴を説明する。
再び、図１参照
（付記１）回路基板７と、回路基板７上に搭載された発熱源となる電子回路素子チップ１と、熱を拡散するとともに放出する機能を有するとともに、回路基板７に対して蓋部材を構成する熱拡散・放出部材２と、電子回路素子チップ１と熱拡散・放出部材２との間に樹脂接着剤を介することなく触媒層と反対側の先端部がグラファイトシートに直接接したカーボンナノチューブ３を設け、前記各カーボンナノチューブ３の間隙が空隙であることを特徴とする電子回路装置。
（付記２） 前記カーボンナノチューブ３が撓み性を有していることを特徴とする付記１に記載の電子回路装置。
（付記３） 前記触媒層４が、少なくともＣｏを含む触媒層４であることを特徴とする付記１または付記２に記載の電子回路装置。
（付記４）前記グラファイトシート５の表面が金属６によって被覆されていることを特徴とする付記１乃至付記３のいずれか１に記載の電子回路装置。
（付記５） 前記カーボンナノチューブ３の束の側壁が金属６によって被覆されていることを特徴とする付記４に記載の電子回路装置。
（付記６） 前記電子回路素子チップ１が回路基板７にカーボンナノチューブによって構成されるバンプ８を介してフリップチップボンディングされていることを特徴とする付記１乃至付記５のいずれか１に記載の電子回路装置。
（付記７） 付記１乃至付記６のいずれか１に記載の電子回路装置の回路基板７側を、実装配線基板１０にカーボンナノチューブによって構成されるバンプ９を介してボンディングされていることを特徴とする電子回路装置モジュール。 Here, referring to FIG. 1 again, the detailed features of the present invention will be described again.
Again see Figure 1
(Supplementary Note 1) The circuit board 7, the electronic circuit element chip 1 serving as a heat source mounted on the circuit board 7, and a function of diffusing and releasing heat, and a lid member for the circuit board 7 And the carbon nanotube 3 whose tip opposite to the catalyst layer is in direct contact with the graphite sheet without a resin adhesive between the electronic circuit element chip 1 and the heat diffusion / release member 2. And the gap between the carbon nanotubes 3 is a gap.
(Supplementary note 2) The electronic circuit device according to supplementary note 1, wherein the carbon nanotube 3 has flexibility.
(Supplementary Note 3) The catalyst layer 4, an electronic circuit device according to Appendix 1 or Appendix 2, characterized in that a catalyst layer 4 containing at least Co.
(Supplementary note 4 ) The electronic circuit device according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the surface of the graphite sheet 5 is covered with a metal 6.
(Supplementary note 5 ) The electronic circuit device according to supplementary note 4, wherein a side wall of the bundle of the carbon nanotubes 3 is covered with a metal 6.
(Supplementary note 6 ) The electronic circuit according to any one of supplementary notes 1 to 5 , wherein the electronic circuit element chip 1 is flip-chip bonded to the circuit substrate 7 via bumps 8 made of carbon nanotubes. Circuit device.
(Appendix 7 ) The circuit board 7 side of the electronic circuit device according to any one of appendices 1 to 6 is bonded to the mounting wiring substrate 10 via bumps 9 made of carbon nanotubes. Electronic circuit device module.

本発明の活用例としては、ＣＰＵ等の半導体チップの放熱構造が典型的なものであるが、半導体チップに限られるものではなく、ＣＰＵ等の半導体チップの放熱のみならず、高出力・高周波電力増幅器の放熱、電気自動車などで用いられるＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の高出力トランジスタの放熱にも応用可能であり、さらには、半導体装置の放熱構造に限られるものではなく、強誘電体デバイスやＬ，Ｃ，Ｒ等の他の電子デバイス放熱構造にも適用されるものである。   As a practical example of the present invention, a heat dissipation structure of a semiconductor chip such as a CPU is typical. However, the present invention is not limited to a semiconductor chip. It can also be applied to heat dissipation of amplifiers, high power transistors such as IGBTs (insulated gate bipolar transistors) used in electric vehicles, and is not limited to the heat dissipation structure of semiconductor devices. The present invention is also applied to devices and other electronic device heat dissipation structures such as L, C, and R.

本発明の原理的構成の説明図である。It is explanatory drawing of the fundamental structure of this invention. 本発明の実施例１の半導体装置の実装工程の説明図である。It is explanatory drawing of the mounting process of the semiconductor device of Example 1 of this invention. 本発明の実施例１における熱の拡散状況の説明図である。It is explanatory drawing of the thermal diffusion condition in Example 1 of this invention. 本発明の実施例２の半導体装置の実装工程の説明図である。It is explanatory drawing of the mounting process of the semiconductor device of Example 2 of this invention. 本発明の実施例３の半導体モジュールの概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor module of Example 3 of this invention. 本発明の実施例４の半導体モジュールの概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor module of Example 4 of this invention. 本発明の実施例５の半導体モジュールの概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor module of Example 5 of this invention. 本発明の実施例６の半導体モジュールの概略的断面図である。It is a schematic sectional drawing of the semiconductor module of Example 6 of this invention. 従来のヒートスプレッダーを用いた半導体モジュールの概念的構成図である。It is a notional block diagram of the semiconductor module using the conventional heat spreader.

１ 電子回路素子チップ
２ 熱拡散・放出部材
３ カーボンナノチューブ
４ 触媒層
５ グラファイトシート
６ 金属
７ 回路基板
８ バンプ
９ バンプ
１０ 実装配線基板
１１ ヒートスプレッダー
２０ インターポーザ
２１ 半田バンプ
２２ 半導体チップ
２３ バンプ
３０ プリント配線基板
３１ 半田バンプ
３２ バンプ
４１ 触媒層
４２ Ｔｉ膜
４３ Ｃｏ膜
４４ カーボンナノチューブ
４５ グラファイトシート
４６ 金メッキ層
６１ 半導体チップ
６２ ヒートスプレッダー
６３ インジウム半田
６４ 回路基板
６５ 半田バンプ
６６ プリント配線基板
６７ 半田バンプ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electronic circuit element chip 2 Thermal diffusion / release member 3 Carbon nanotube 4 Catalyst layer 5 Graphite sheet 6 Metal 7 Circuit board 8 Bump 9 Bump 10 Mounting wiring board
11 Heat spreader
20 Interposer 21 Solder bump 22 Semiconductor chip 23 Bump 30 Printed wiring board 31 Solder bump 32 Bump 41 Catalyst layer 42 Ti film 43 Co film 44 Carbon nanotube 45 Graphite sheet 46 Gold plating layer 61 Semiconductor chip 62 Heat spreader 63 Indium solder 64 Circuit board 65 Solder bump 66 Printed wiring board 67 Solder bump

Claims (4)

回路基板と、
前記回路基板上に搭載された発熱源となる電子回路素子チップと、
熱を拡散するとともに放出する機能を有するとともに、前記回路基板に対して蓋部材を構成する熱拡散・放出部材と、
前記電子回路素子チップと前記熱拡散・放出部材との間に樹脂接着剤を介することなく触媒層と反対側の先端部がグラファイトシートに直接接したカーボンナノチューブを設け、
前記各カーボンナノチューブの間隙が空隙であることを特徴とする電子回路装置。 A circuit board;
An electronic circuit element chip serving as a heat source mounted on the circuit board;
A function of diffusing and releasing heat, and a heat diffusing / releasing member constituting a lid member for the circuit board;
A carbon nanotube is provided between the electronic circuit element chip and the heat diffusing / releasing member, with the tip opposite to the catalyst layer directly in contact with the graphite sheet without a resin adhesive,
An electronic circuit device, wherein a gap between the carbon nanotubes is a gap. 前記グラファイトシートの表面が金属によって被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の電子回路装置。 2. The electronic circuit device according to claim 1, wherein a surface of the graphite sheet is coated with a metal. 前記電子回路素子チップが回路基板にカーボンナノチューブによって構成されるバンプを介してフリップチップボンディングされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子回路装置。 3. The electronic circuit device according to claim 1, wherein the electronic circuit element chip is flip-chip bonded to a circuit board via a bump made of carbon nanotubes. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子回路装置の回路基板側を、実装配線基板にカーボンナノチューブによって構成されるバンプを介してボンディングされていることを特徴とする電子回路装置モジュール。 4. The electronic circuit device according to claim 1, wherein the circuit board side of the electronic circuit device according to any one of claims 1 to 3 is bonded to the mounting wiring substrate via bumps made of carbon nanotubes. module.
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