JPH05129666A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH05129666A JPH05129666A JP3315361A JP31536191A JPH05129666A JP H05129666 A JPH05129666 A JP H05129666A JP 3315361 A JP3315361 A JP 3315361A JP 31536191 A JP31536191 A JP 31536191A JP H05129666 A JPH05129666 A JP H05129666A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cap
- semiconductor
- semiconductor device
- ceramic
- heat
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 パッケージ本体に搭載された半導体素子をキ
ャップによって封止する、いわゆるキャップタイプの半
導体装置において、熱の放散性を著しく向上し得る半導
体装置を提供する。 【構成】 キャップタイプの半導体装置において、該半
導体素子とキャップとの間にペルチェ素子列が配設さ
れ、前記ペルチェ素子列の吸熱側が半導体素子の背面側
に密着されていると共に、ペルチェ素子列の放熱側がキ
ャップ内壁面に密着されていることを特徴とする。
ャップによって封止する、いわゆるキャップタイプの半
導体装置において、熱の放散性を著しく向上し得る半導
体装置を提供する。 【構成】 キャップタイプの半導体装置において、該半
導体素子とキャップとの間にペルチェ素子列が配設さ
れ、前記ペルチェ素子列の吸熱側が半導体素子の背面側
に密着されていると共に、ペルチェ素子列の放熱側がキ
ャップ内壁面に密着されていることを特徴とする。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、更に
詳細には半導体パッケージ本体上に搭載された半導体素
子がキャップによって封止された半導体装置に関する。
詳細には半導体パッケージ本体上に搭載された半導体素
子がキャップによって封止された半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体素子の高集積化及び高出力
化に伴い半導体素子からの発熱量が増大しており、半導
体素子による発熱をいかに効率よく除去するかが問題と
なってきている。このため、半導体セラミックパッケー
ジにおいても、炭化ケイ素や窒化アルミニウム等を用い
た熱伝導率の高いパッケージ材料から成るパッケージが
開発されている。更に、熱放散性を向上すべく、半導体
素子が搭載された高熱伝導率のパッケージ中に放熱板を
埋設したり、パッケージの背面側に、放熱フィン、水冷
チャンネル、放熱ファン等の放熱手段を装着した半導体
装置も実用化されている。
化に伴い半導体素子からの発熱量が増大しており、半導
体素子による発熱をいかに効率よく除去するかが問題と
なってきている。このため、半導体セラミックパッケー
ジにおいても、炭化ケイ素や窒化アルミニウム等を用い
た熱伝導率の高いパッケージ材料から成るパッケージが
開発されている。更に、熱放散性を向上すべく、半導体
素子が搭載された高熱伝導率のパッケージ中に放熱板を
埋設したり、パッケージの背面側に、放熱フィン、水冷
チャンネル、放熱ファン等の放熱手段を装着した半導体
装置も実用化されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この様な熱放散性が向
上された半導体装置によれば、半導体素子の発熱等によ
る熱がパッケージ外に速やかに放散されるため、熱によ
る半導体素子の誤動作等を防止でき、半導体装置の信頼
性を向上することができる。しかしながら、放熱ファン
等の放熱手段をパッケージ外部に装着することは、半導
体装置を複雑化し且つ大型化する。また、放熱手段の配
置や熱伝導方向、放熱経路等によっては充分な放熱性を
呈することができない場合もある。更に、発熱源である
半導体素子からパッケージ表面までの熱伝導は、自然熱
伝導によるものであるため、熱伝導性が良好なパッケー
ジ材料を用いたとしても、熱放散性に限界がある。特
に、パッケージ本体に搭載された半導体素子をキャップ
によって封止する、いわゆるキャップタイプの半導体装
置においては、通常、半導体素子とキャップ内壁面との
間が空隙部となっているため、キャップの外面に放熱手
段を装着しても熱放散性を向上することは困難である。
そこで、本発明の目的は、キャップタイプの半導体装置
において、熱の放散性を著しく向上し得る半導体装置を
提供するにある。
上された半導体装置によれば、半導体素子の発熱等によ
る熱がパッケージ外に速やかに放散されるため、熱によ
る半導体素子の誤動作等を防止でき、半導体装置の信頼
性を向上することができる。しかしながら、放熱ファン
等の放熱手段をパッケージ外部に装着することは、半導
体装置を複雑化し且つ大型化する。また、放熱手段の配
置や熱伝導方向、放熱経路等によっては充分な放熱性を
呈することができない場合もある。更に、発熱源である
半導体素子からパッケージ表面までの熱伝導は、自然熱
伝導によるものであるため、熱伝導性が良好なパッケー
ジ材料を用いたとしても、熱放散性に限界がある。特
に、パッケージ本体に搭載された半導体素子をキャップ
によって封止する、いわゆるキャップタイプの半導体装
置においては、通常、半導体素子とキャップ内壁面との
間が空隙部となっているため、キャップの外面に放熱手
段を装着しても熱放散性を向上することは困難である。
そこで、本発明の目的は、キャップタイプの半導体装置
において、熱の放散性を著しく向上し得る半導体装置を
提供するにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記目的
を達成すべく検討を重ねた結果、パッケージ本体に搭載
された半導体素子とキャップ内壁面との間の空隙部にペ
ルチェ素子列を配設することによって、半導体素子の熱
を積極的にキャップに移動することができるため、熱の
放散性を著しく向上できることを知り、本発明に到達し
た。即ち、本発明は、半導体パッケージ本体上に搭載さ
れた半導体素子がキャップによって封止された半導体装
置において、該半導体素子とキャップとの間にペルチェ
素子列が配設され、前記ペルチェ素子列の吸熱側が半導
体素子の背面側に密着されていると共に、ペルチェ素子
列の放熱側がキャップ内壁面に密着されていることを特
徴とする半導体素子にある。かかる構成の本発明におい
て、ペルチェ素子列の放熱側に形成された電極がセラミ
ックキャップに形成されたペルチェ素子列への電力供給
回路の端子に接続されていることが、半導体装置を小型
化することができる。また、キャップが熱伝導率100
W/mK以上の良好な熱伝導性を有するセラミックによ
って形成されていることが、半導体装置の熱放散性を向
上することができる。この様な良好な熱伝導性を有する
セラミックとしては、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、
又は酸化ベリリウムを主成分とするものが好ましい。更
に、半導体パッケージ本体がムライトセラミック、アル
ミナセラミック、又はガラス・セラミック複合体を主成
分とするセラミックによって形成されていることが、パ
ッケージの誘電率を低下することができるため好まし
い。
を達成すべく検討を重ねた結果、パッケージ本体に搭載
された半導体素子とキャップ内壁面との間の空隙部にペ
ルチェ素子列を配設することによって、半導体素子の熱
を積極的にキャップに移動することができるため、熱の
放散性を著しく向上できることを知り、本発明に到達し
た。即ち、本発明は、半導体パッケージ本体上に搭載さ
れた半導体素子がキャップによって封止された半導体装
置において、該半導体素子とキャップとの間にペルチェ
素子列が配設され、前記ペルチェ素子列の吸熱側が半導
体素子の背面側に密着されていると共に、ペルチェ素子
列の放熱側がキャップ内壁面に密着されていることを特
徴とする半導体素子にある。かかる構成の本発明におい
て、ペルチェ素子列の放熱側に形成された電極がセラミ
ックキャップに形成されたペルチェ素子列への電力供給
回路の端子に接続されていることが、半導体装置を小型
化することができる。また、キャップが熱伝導率100
W/mK以上の良好な熱伝導性を有するセラミックによ
って形成されていることが、半導体装置の熱放散性を向
上することができる。この様な良好な熱伝導性を有する
セラミックとしては、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、
又は酸化ベリリウムを主成分とするものが好ましい。更
に、半導体パッケージ本体がムライトセラミック、アル
ミナセラミック、又はガラス・セラミック複合体を主成
分とするセラミックによって形成されていることが、パ
ッケージの誘電率を低下することができるため好まし
い。
【0005】
【作用】従来、キャップタイプの半導体装置において、
通常、パッケージ本体に搭載された半導体素子とキャッ
プの内壁面との間には空隙部が存在する。このため、半
導体素子で発生した熱の大半は、半導体素子と接触して
いるパッケージ本体に熱伝導よって伝熱されてパッケー
ジ本体表面から放散される。しかし、キャップタイプの
半導体装置を構成するパッケージ本体には、回路やピン
等の構造物が配設されているため、放熱板或いはパッケ
ージ外部に放熱ファン等の放熱手段を設置して半導体装
置の熱放散性の向上を図ることは困難であった。この
点、本発明においては、パッケージ本体に搭載された半
導体素子とキャップ内壁面との間の空隙部に、ペルチェ
素子列を配設して半導体素子の熱を積極的にキャップに
移動し、キャップ表面から熱を速やかに放散することが
できるため、キャップタイプの半導体装置の放熱性を向
上することができる。また、キャップ外面には、端子等
の構造物を配設することがないため、放熱フィン等の放
熱手段を配設することができ、半導体装置の放熱性を更
に一層向上することができる。
通常、パッケージ本体に搭載された半導体素子とキャッ
プの内壁面との間には空隙部が存在する。このため、半
導体素子で発生した熱の大半は、半導体素子と接触して
いるパッケージ本体に熱伝導よって伝熱されてパッケー
ジ本体表面から放散される。しかし、キャップタイプの
半導体装置を構成するパッケージ本体には、回路やピン
等の構造物が配設されているため、放熱板或いはパッケ
ージ外部に放熱ファン等の放熱手段を設置して半導体装
置の熱放散性の向上を図ることは困難であった。この
点、本発明においては、パッケージ本体に搭載された半
導体素子とキャップ内壁面との間の空隙部に、ペルチェ
素子列を配設して半導体素子の熱を積極的にキャップに
移動し、キャップ表面から熱を速やかに放散することが
できるため、キャップタイプの半導体装置の放熱性を向
上することができる。また、キャップ外面には、端子等
の構造物を配設することがないため、放熱フィン等の放
熱手段を配設することができ、半導体装置の放熱性を更
に一層向上することができる。
【0006】
【実施例】本発明を図面を用いて更に詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例を示す正面図である。図1に
示す半導体装置10は、半導体パッケージ本体14の上
面にキャップ12が装着されている。かかる半導体パッ
ケージ本体14は、誘電率の低いムライトセラミック、
アルミナセラミック、又はガラス・セラミック複合体を
主成分とするセラミックによって形成されている。ま
た、キャップ14もセラミック製であり、熱伝導率10
0W/mK以上の良好な熱伝導性を有するセラミックに
よって形成されている。この様な良好な熱伝導性を有す
るセラミックとしては、窒化アルミニウム、炭化ケイ
素、又は酸化ベリリウムを主成分とするものを挙げるこ
とができる。尚、半導体パッケージ14上のピン16
は、後述する様に、キャップ12内に内包されているペ
ルチェ素子列への電力供給用ピンである。
図1は、本発明の一実施例を示す正面図である。図1に
示す半導体装置10は、半導体パッケージ本体14の上
面にキャップ12が装着されている。かかる半導体パッ
ケージ本体14は、誘電率の低いムライトセラミック、
アルミナセラミック、又はガラス・セラミック複合体を
主成分とするセラミックによって形成されている。ま
た、キャップ14もセラミック製であり、熱伝導率10
0W/mK以上の良好な熱伝導性を有するセラミックに
よって形成されている。この様な良好な熱伝導性を有す
るセラミックとしては、窒化アルミニウム、炭化ケイ
素、又は酸化ベリリウムを主成分とするものを挙げるこ
とができる。尚、半導体パッケージ14上のピン16
は、後述する様に、キャップ12内に内包されているペ
ルチェ素子列への電力供給用ピンである。
【0007】この様な図1に示す本実施例の半導体装置
の縦断面図を図2に示す。図2において、底面側に複数
本のピン34が垂設された半導体パッケージ本体14の
上面に、はんだバンプ30・・・を介してフェイスダウ
ンに搭載された半導体素子28がキャップ12内に封入
されている。本実施例においては、半導体パッケージ本
体14に搭載された半導体素子28の背面側とキャップ
14の内壁面との間に、ペルチェ素子列18が配設され
ている。このペルチェ素子列18は、複数個の小型半導
体24・・・から成り、P型半導体とN型半導体とが交
互にシリーズに配列されているものである。かかる小型
半導体24・・・の各々は角柱状に形成されており、キ
ャップ14の内壁面及び半導体素子28の背面側に一定
間隔を置いて配設された矩形の微小銅板から成る端子2
0・・・、22・・・に、各小型半導体24の一端面が
接続されている。かかる端子20・・・、22・・・の
うち、端子22・・・は半導体素子28の熱を吸熱する
吸熱側端子であり、端子20・・・は小型半導体24が
吸熱した熱を放熱する放熱側端子である。尚、小型半導
体24・・・の各々の間隙部分は、絶縁体25によって
絶縁されている。
の縦断面図を図2に示す。図2において、底面側に複数
本のピン34が垂設された半導体パッケージ本体14の
上面に、はんだバンプ30・・・を介してフェイスダウ
ンに搭載された半導体素子28がキャップ12内に封入
されている。本実施例においては、半導体パッケージ本
体14に搭載された半導体素子28の背面側とキャップ
14の内壁面との間に、ペルチェ素子列18が配設され
ている。このペルチェ素子列18は、複数個の小型半導
体24・・・から成り、P型半導体とN型半導体とが交
互にシリーズに配列されているものである。かかる小型
半導体24・・・の各々は角柱状に形成されており、キ
ャップ14の内壁面及び半導体素子28の背面側に一定
間隔を置いて配設された矩形の微小銅板から成る端子2
0・・・、22・・・に、各小型半導体24の一端面が
接続されている。かかる端子20・・・、22・・・の
うち、端子22・・・は半導体素子28の熱を吸熱する
吸熱側端子であり、端子20・・・は小型半導体24が
吸熱した熱を放熱する放熱側端子である。尚、小型半導
体24・・・の各々の間隙部分は、絶縁体25によって
絶縁されている。
【0008】本実施例で使用するペルチェ素子列18を
構成する小型半導体24としては、ゼーベック係数が1
00μV/K以上で且つ性能係数が室温において0.7
×10-3以上のものを使用することによって、半導体素
子28から有効に熱移動を行うことができる。かかる性
能を有する小型半導体24としては、Bi、Te、S
b、Zn、Pb、Se、Cr、Si、及びMnから成る
群から選ばれる少なくとも二種の金属によって形成され
る金属化合物が含有されているものが、良好な熱移動を
行うことができ好ましい。就中、小型半導体24中に含
有するTeの量をBi2Te3によってコントロールしたもの
が好ましく、特に、Teが含有されている小型半導体2
4中にSb或いはSe等の不純物が0.1〜2重量%加
えられてゼーベック係数が向上されたものが好ましい。
また、その他の金属化合物としては、ZnSb、Sb2Te3、Pb
Se、PbTe等を挙げることができ、これら金属化合物を二
種以上組み合わせたり、微量のTeを添加してもよい。
かかる組み合わせとしては、50%Bi2Te3ー40%Sb2Te3ー
10%Sb2Se や、30%Bi2Te3ー70%Sb2Te3にTeを2重量
%加えたものを挙げることができる。これら金属化合物
を含有する小型半導体24は、いずれも100μV/K
以上のゼーベック係数と0.7以上の性能係数とを有す
るため、良好な熱電変換素子として好適に使用できる。
構成する小型半導体24としては、ゼーベック係数が1
00μV/K以上で且つ性能係数が室温において0.7
×10-3以上のものを使用することによって、半導体素
子28から有効に熱移動を行うことができる。かかる性
能を有する小型半導体24としては、Bi、Te、S
b、Zn、Pb、Se、Cr、Si、及びMnから成る
群から選ばれる少なくとも二種の金属によって形成され
る金属化合物が含有されているものが、良好な熱移動を
行うことができ好ましい。就中、小型半導体24中に含
有するTeの量をBi2Te3によってコントロールしたもの
が好ましく、特に、Teが含有されている小型半導体2
4中にSb或いはSe等の不純物が0.1〜2重量%加
えられてゼーベック係数が向上されたものが好ましい。
また、その他の金属化合物としては、ZnSb、Sb2Te3、Pb
Se、PbTe等を挙げることができ、これら金属化合物を二
種以上組み合わせたり、微量のTeを添加してもよい。
かかる組み合わせとしては、50%Bi2Te3ー40%Sb2Te3ー
10%Sb2Se や、30%Bi2Te3ー70%Sb2Te3にTeを2重量
%加えたものを挙げることができる。これら金属化合物
を含有する小型半導体24は、いずれも100μV/K
以上のゼーベック係数と0.7以上の性能係数とを有す
るため、良好な熱電変換素子として好適に使用できる。
【0009】この様な本実施例において使用するペルチ
ェ素子列18は、ポリイミド樹脂層26によってキャッ
プ12内側に固定される。このポリイミド樹脂層26
は、半導体素子28からキャップ12に移動した熱の半
導体素子28への再移動を防止するためでもある。かか
るペルチェ素子列18を内包するキャップ12には、ペ
ルチェ素子列18の放熱側に形成された電極と連結され
る電力供給回路17が形成されており、電力供給回路1
7はピン16によって半導体パッケージ本体14の回路
と連結されている。ピン16は半導体パッケージ本体1
4の上面側に立設されており、キャップ12のスルーホ
ールを貫通して端部の一方がキャップ12上に突出して
いる。この突出しているピン16の端部はキャップ側か
らはんだ付がなされている。尚、キャップ12は、キャ
ップ12及び半導体パッケージ本体14に形成されたメ
タライズ層42を介してはんだ層32によって半導体パ
ッケージ本体14に固着されている。
ェ素子列18は、ポリイミド樹脂層26によってキャッ
プ12内側に固定される。このポリイミド樹脂層26
は、半導体素子28からキャップ12に移動した熱の半
導体素子28への再移動を防止するためでもある。かか
るペルチェ素子列18を内包するキャップ12には、ペ
ルチェ素子列18の放熱側に形成された電極と連結され
る電力供給回路17が形成されており、電力供給回路1
7はピン16によって半導体パッケージ本体14の回路
と連結されている。ピン16は半導体パッケージ本体1
4の上面側に立設されており、キャップ12のスルーホ
ールを貫通して端部の一方がキャップ12上に突出して
いる。この突出しているピン16の端部はキャップ側か
らはんだ付がなされている。尚、キャップ12は、キャ
ップ12及び半導体パッケージ本体14に形成されたメ
タライズ層42を介してはんだ層32によって半導体パ
ッケージ本体14に固着されている。
【0010】キャップ12と半導体パッケージ本体14
とを接続する際に、クリアランスの調整を行うことが必
要となった場合には、図3に示す様に、キャップ14の
内側の半導体パッケージ本体14上にはんだ付けされて
立設されたスカート41の側面に、キャップ12をはん
だ付けによって接続する。かかるクリアランス調整を行
う場合にも、ピン16の先端部はキャップ12上に突出
しはんだ付けがなされる。尚、この場合にも、はんだ付
けを行う部分には、メタライズ層42が形成されてい
る。本実施例の半導体装置10においては、キャップ1
2の外部に放熱フィン等の放熱手段を設置していない
が、放熱フィン等の放熱手段をキャップ12の外部に設
置することによって、半導体装置10の放熱性を更に一
層向上することができる。
とを接続する際に、クリアランスの調整を行うことが必
要となった場合には、図3に示す様に、キャップ14の
内側の半導体パッケージ本体14上にはんだ付けされて
立設されたスカート41の側面に、キャップ12をはん
だ付けによって接続する。かかるクリアランス調整を行
う場合にも、ピン16の先端部はキャップ12上に突出
しはんだ付けがなされる。尚、この場合にも、はんだ付
けを行う部分には、メタライズ層42が形成されてい
る。本実施例の半導体装置10においては、キャップ1
2の外部に放熱フィン等の放熱手段を設置していない
が、放熱フィン等の放熱手段をキャップ12の外部に設
置することによって、半導体装置10の放熱性を更に一
層向上することができる。
【0011】
【発明の効果】本発明によれば、キャップタイプの半導
体装置において、半導体素子の熱を速やかにキャップに
移動して放熱することができるため、半導体素子の誤動
作等を解消し半導体装置の信頼性を向上することができ
る。
体装置において、半導体素子の熱を速やかにキャップに
移動して放熱することができるため、半導体素子の誤動
作等を解消し半導体装置の信頼性を向上することができ
る。
【図1】本発明の一実施例を示す平面図である。
【図2】図1の半導体装置10の縦断面図である。
【図3】キャップと半導体パッケージ本体とのクリアン
ス調整方法を説明する説明図である。
ス調整方法を説明する説明図である。
10 半導体装置 12 キャップ 14 半導体パッケージ本体 16 ピン 17 電力供給回路 18 ペルチェ素子列 28 半導体素子
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体パッケージ本体上に搭載された半
導体素子がキャップによって封止された半導体装置にお
いて、 該半導体素子とキャップとの間にペルチェ素子列が配設
され、前記ペルチェ素子列の吸熱側が半導体素子の背面
側に密着されていると共に、ペルチェ素子列の放熱側が
キャップ内壁面に密着されていることを特徴とする半導
体素子。 - 【請求項2】 ペルチェ素子列の放熱側に形成された電
極が、セラミックキャップに形成されたペルチェ素子列
への電力供給回路に接続されている請求項1記載の半導
体装置。 - 【請求項3】 キャップが、熱伝導率100W/mK以
上の良好な熱伝導性を有するセラミックによって形成さ
れている請求項1又は請求項2記載の半導体装置。 - 【請求項4】 キャップを形成するセラミックの主成分
が、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、又は酸化ベリリウ
ムである請求項3記載の半導体装置。 - 【請求項5】 半導体パッケージ本体が、ムライトセラ
ミック、アルミナセラミック、又はガラス・セラミック
複合体を主成分とするセラミックによって形成されてい
る請求項1記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315361A JPH05129666A (ja) | 1991-11-02 | 1991-11-02 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3315361A JPH05129666A (ja) | 1991-11-02 | 1991-11-02 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05129666A true JPH05129666A (ja) | 1993-05-25 |
Family
ID=18064491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3315361A Pending JPH05129666A (ja) | 1991-11-02 | 1991-11-02 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05129666A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6586835B1 (en) * | 1998-08-31 | 2003-07-01 | Micron Technology, Inc. | Compact system module with built-in thermoelectric cooling |
| US6821802B2 (en) | 1998-08-31 | 2004-11-23 | Micron Technology, Inc. | Silicon interposer with optical connections |
| US7375414B2 (en) | 2002-03-13 | 2008-05-20 | Micron Technology, Inc. | High permeability layered films to reduce noise in high speed interconnects |
| US7554829B2 (en) | 1999-07-30 | 2009-06-30 | Micron Technology, Inc. | Transmission lines for CMOS integrated circuits |
| US7602049B2 (en) | 2002-01-30 | 2009-10-13 | Micron Technology, Inc. | Capacitive techniques to reduce noise in high speed interconnections |
-
1991
- 1991-11-02 JP JP3315361A patent/JPH05129666A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6586835B1 (en) * | 1998-08-31 | 2003-07-01 | Micron Technology, Inc. | Compact system module with built-in thermoelectric cooling |
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