CN113574689A - 带发电功能的半导体集成电路装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够抑制电路基板的大型化的带发电功能的半导体集成电路装置。带发电功能的半导体集成电路装置(200)具有半导体集成电路装置和热电元件(1)。半导体集成电路器件包含收纳半导体集成电路芯片(230)的封装件(210)。半导体集成电路芯片(230)具有与电路基板对置的下表面、及与所述搭载面对置的上表面。热电元件(1)包括：壳体部，其具有收纳部；第一电极部，设置于收纳部内；第二电极部，其设置于容纳部内，在第一方向上与第一电极部分离并对置，具有与第一电极部不同的功函数；以及中间部，其设置于容纳部内的第一电极部与第二电极部之间，包含具有第一电极部的功函数与第二电极部的功函数之间的功函数的纳米粒子。壳体部设置在半导体集成电路芯片(230)的上表面侧。

Description

带发电功能的半导体集成电路装置
技术领域
本发明涉及带发电功能的半导体集成电路装置。
背景技术
近来，考虑人工热源发出的热的有效利用。作为人工热源之一，存在半导体集成电路装置。半导体集成电路装置在动作时发出较高的热。现状是，该热经由散热器等向半导体集成电路装置外发散。
在专利文献1中公开了一种热电元件，其具备以亚微米的间隔分离发射极电极层和集电极电极层的电绝缘性的球状纳米珠，使发射极电极层的功函数比集电极电极层的功函数小，将分散有具有发射极电极层和集电极电极层的中间的功函数且粒径比球状纳米珠小的金属纳米粒子的金属纳米粒子分散液填充到被球状纳米珠分离的电极间的空间。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6147901号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在专利文献1所公开的热电元件中，使发射极电极层的功函数小于集电极电极层的功函数，并将金属纳米粒子分散液填充到被球状纳米珠分离得到的电极间的空间。由此，即使没有如塞贝克元件那样使热电元件的电极间产生温度差的机构，热电元件也能够发电。
只要能够通过这样的在电极间不需要温度差的热电元件获得半导体集成电路装置发出的热能而进行发电，就有希望用作利用了半导体集成电路装置的电子设备的辅助电源等。
然而，需要将热电元件搭载于电路基板等，存在使电路基板的大型化的情况。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种能够抑制电路基板的大型化的带发电功能的半导体集成电路装置。
用于解决课题的手段
第一发明的带发电功能的半导体集成电路装置具有：半导体集成电路装置；以及热电元件，其将从所述半导体集成电路装置放出的热能转换为电能，其特征在于，所述半导体集成电路装置具有收纳半导体集成电路芯片的封装件，所述半导体集成电路芯片具有与电路基板对置的下表面以及与所述下表面对置的上表面，所述热电元件具有：壳体部，其具有收纳部；第一电极部，其设置在所述收纳部内；第二电极部，其设置在所述收纳部内，与所述第一电极部在第一方向上分离并对置，具有与所述第一电极部不同的功函数；以及中间部，其设置在所述收纳部内的所述第一电极部与所述第二电极部之间，包含如下纳米粒子，该纳米粒子具有所述第一电极部的功函数与所述第二电极部的功函数之间的功函数，所述壳体部设置在所述半导体集成电路芯片的所述上表面侧。
第二发明的带发电功能的半导体集成电路装置的特征在于，在第一发明中，所述热电元件还包含：第一连接布线，其与所述第一电极部电连接，将所述第一电极部向所述收纳部之外导出；第二连接布线，其与所述第二电极部电连接，将所述第二电极部向所述收纳部之外导出；以及所述第一电极部与所述第一连接布线的第一电接点、以及所述第二电极部与所述第二连接布线的第二电接点分别设置在所述收纳部内。
第三发明的带发电功能的半导体集成电路装置的特征在于，在第二发明中，所述壳体部包括第一基板，所述第一基板具有第一主面和与所述第一主面对置且与所述半导体集成电路芯片的所述上表面相对的第二主面，所述热电元件还具有：第一外部端子，其与所述第一连接布线电连接；以及第二外部端子，其与所述第二连接布线电连接，所述第一外部端子和所述第二外部端子分别设置在所述第一基板的所述第一主面上。
第四发明的带发电功能的半导体集成电路装置的特征在于，在第一～第三发明中的任意1个中，所述热电元件包括平行平板型热电元件和梳齿型热电元件中的至少1种。
第五发明的带发电功能的半导体集成电路装置的特征在于，在第一～第四发明中的任意1个中，还具有电源电路，该电源电路能够供从外部供给的外部输入电力和从所述热电元件供给的辅助输入电力分别输入，将所述外部输入电力和所述辅助输入电力分别转换为半导体集成电路装置输入电力，并将所述半导体集成电路装置输入电力输出到所述半导体集成电路装置。
发明效果
根据第一发明的带发电功能的半导体集成电路装置，在热电元件的壳体部的收纳部内包含：第一电极部；第二电极部，其具有与第一电极部不同的功函数；以及中间部，其包含纳米粒子，该纳米粒子具有第一电极部的功函数与第二电极部的功函数之间的功函数。由此，即使热电元件中不产生温度差，热电元件也能够发电。因此，不需要低温材料和冷却低温材料的冷却器。此外，热电元件的壳体部设置在半导体集成电路芯片的上表面侧。由此，无需例如在电路基板新增加搭载热电元件的区域，能够抑制电路基板的大型化。
根据第二发明的带发电功能的半导体集成电路装置，将第一、第二电接点分别设置在收纳部内。由此，在将带发电功能的半导体集成电路装置组装到2次产品时，例如在带发电功能的半导体集成电路装置的处理中、带发电功能的半导体集成电路装置的安装作业中等，能够抑制第一、第二电接点断裂或损伤。由此，能够减少在2次产品制造中可能产生的带发电功能的半导体集成电路装置的损耗。
根据第三发明的带发电功能的半导体集成电路装置，壳体部包括具有第一主面和与第一主面对置且与半导体集成电路芯片的上表面对置的第二主面的第一基板。并且，将第一、第二外部端子分别设置在第一基板的第一主面上。第一主面例如与壳体部的侧面相比，能够对第一、第二外部端子分别提供较大的面积。另外，与壳体部的侧面相比，容易进行作业者的视觉辨认、或者作业机器人容易取得工作点。由此，例如能够使热电元件与2次产品的电连接作业容易，例如能够提高2次产品的生产率。另外，具备带发电功能的半导体集成电路装置的2次产品的组装的可靠性也提高。
根据第四发明的带发电功能的半导体集成电路装置，热电元件包括平行平板型热电元件和梳齿型热电元件中的任意1个。由此，具体实现了热电元件的一个结构例。
根据第五发明的带发电功能的半导体集成电路装置，还具备电源电路。电源电路将从外部供给的外部输入电力以及从所述热电元件供给的辅助输入电力分别转换为半导体集成电路装置输入电力并向半导体集成电路装置输出。由此，能够减少带有发电功能的半导体集成电路装置的消耗电力。
附图说明
图1的(a)是表示第一实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置的一例的示意剖视图，图1的(b)是将第一实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置的一例分解示出的示意分解剖视图。
图2是示出使用了第一实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置的电子设备的一例的示意剖视图。
图3的(a)是表示热电元件的一例的示意剖视图，图3的(b)是沿着图3的(a)中的IIIB-IIIB线的示意俯视图。
图4是表示热电元件的接合的一例的示意剖视图。
图5的(a)是表示中间部的一例的示意剖视图，图5的(b)是表示中间部的另一例的示意剖视图。
图6的(a)及图6的(b)是表示第一变形例所涉及的热电元件的一例的示意剖视图，图6的(c)是沿着图6的(a)的VIC-VIC线的示意俯视图。
图7是示出第一变形例的热电元件的接合的一例的示意剖视图。
图8是表示狭缝的一例的示意剖视图。
图9的(a)及图9的(b)是表示溶剂注入的一例的示意剖视图。
图10是示出第二实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置的一例的示意框图。
图11是示出第二实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置的一例的示意电路图。
图12是示出第二实施方式的第一变形例的带发电功能的半导体集成电路装置的一例的示意电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的几个实施方式进行说明。此外，在各图中，将高度方向设为第一方向Z，将与第一方向Z交叉、例如正交的一个平面方向设为第二方向X，将与第一方向Z以及第二方向X分别交叉、例如正交的另外的平面方向设为第三方向Y。另外，在各图中，对相同的部分标注相同的参照符号，并省略重复的说明。
(第一实施方式)
＜带发电功能的半导体集成电路装置＞
图1的(a)是表示第一实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置的一例的示意剖视图。图1的(b)是将第一实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置的一例分解而示出的示意分解剖视图。图2是示出使用了第一实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置的电子设备的一例的示意剖视图。
如图1和图2所示，第一实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置(以下简称为半导体集成电路装置)200具有封装件210和热电元件1。
封装件210例如为绝缘性树脂制，在内部收纳有半导体集成电路芯片230。此外，封装件210不限于绝缘性树脂制。另外，半导体集成电路芯片230具有与电路基板260对置的下表面、以及与下表面对置的上表面。在半导体集成电路芯片230的下表面侧设置有多个外部端子220。外部端子220将半导体集成电路芯片230与设置于电路基板260的电布线270电连接。
热电元件1将从半导体集成电路装置200的特别是半导体集成电路芯片230发出的热能转换为电能。热电元件1的详细情况在后面叙述，例如如图3所示，热电元件1包括：壳体部10，其具有收纳部10d；第一电极部11，其设置在收纳部10d内；第二电极部12，其设置在收纳部10d内，与第一电极部11在第一方向Z上分离并对置，具有与第一电极部11不同的功函数；以及中间部14，其设置在收纳部10d内的第一电极部11与第二电极部12之间，包含具有第一电极部11的功函数与第二电极部12的功函数之间的功函数的纳米粒子。壳体部10设置在半导体集成电路芯片230的上表面侧的封装件210上。此外，壳体部10例如也可以是至少一部分收纳于封装件210。
热电元件1还包括：第一连接布线15a，其与第一电极部11电连接，将第一电极部11导出到收纳部10d之外；以及第二连接布线16a，其与第二电极部12电连接，将第二电极部12导出到收纳部10d之外。第一连接布线15a经由第一接合线221a与设置于电路基板260的电布线270a电连接。第二连接布线16a经由第二接合线221b与设置于电路基板260的电布线270b电连接。
将这样的半导体集成电路装置200与其他半导体集成电路装置200b一起搭载在电路基板260上，构成了电子设备、例如个人计算机等电子设备用电路基板。
＜＜热电元件：1＞＞
热电元件1与封装件210电绝缘，与封装件210热连接。热电元件1在封装件210上设置有一个以上。
图3的(a)及图3的(b)是表示热电元件1的一例的示意图。图3的(a)所示的示意截面沿着图3的(b)中的IIIA-IIIA线。图3的(b)所示的示意截面沿着图3的(a)中的IIIB-IIIB线。图4是表示热电元件1的接合的一例的示意剖视图。图4与图3的(a)所示的示意截面对应。
如图3的(a)以及图3的(b)所示，热电元件1包括壳体部10、第一电极部11、第二电极部12以及中间部14。热电元件1例如通过粘接部件30粘接于封装件210的靠半导体集成电路芯片230的上表面侧的表面(图1的(a)和图1的(b))。或者，壳体部10通过焊料等钎料固定在封装件210的靠半导体集成电路芯片230的上表面侧的表面。热电元件1的沿着第一方向Z的厚度为约20μm～约6mm。
在热电元件1中，壳体部10包括第一基板10a和第二基板10b。第一、第二基板10a及10b各自的沿着第一方向Z的厚度例如为10μm以上且2mm以下。作为第一、第二基板10a以及10b各自的材料，能够选择具有绝缘性的板状的材料。作为绝缘性的材料的例子，能够举出硅、石英、Pyrex(注册商标)等玻璃、以及绝缘性树脂等。第一、第二基板10a及10b除了是薄板状以外，例如也可以是柔性的膜状。例如，在将第一、第二基板10a或10b设为柔性的膜状的情况下，例如能够使用PET(polyethylene terephthalate：聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(polycarbonate：聚碳酸酯)以及聚酰亚胺等。另外，第一、第二基板10a及10b也可以不是绝缘性的。例如，半导体基板或金属基板的表面可以被绝缘膜覆盖。作为这样的带绝缘被膜的基板，例如可以举出在硅(Si)基板的表面形成有硅氧化物(例如SiO2)膜的基板。
第一基板10a例如包含第一支承部13a。第一支承部13a从第一基板10a沿着第一方向Z朝向第二基板10b延伸。从第一方向Z观察，第一支承部13a的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。第二基板10b例如包含第二支承部13b。第二支承部13b从第二基板10b沿着第一方向Z朝向第一基板10a延伸。从第一方向Z观察，第二支承部13b的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。第一、第二支承部13a及13b各自的沿着第一方向Z的厚度例如为10nm以上且10μm以下。第二支承部13b与第一支承部13a例如隔着2个狭缝17a和17b而分离。
第一、第二支承部13a和13b可以分别与第一、第二基板10a和10b一体地设置，也可以分别设置。在一体设置的情况下，第一、第二支承部13a和13b各自的材料为与第一、第二基板10a及10b相同的材料。在分别设置的情况下，作为第一、第二支承部13a和13b的材料的例子，能够列举硅氧化物和聚合物等。作为聚合物的例子，可举出聚酰亚胺、PMMA(Polymethyl methacrylate：聚甲基丙烯酸)、及聚苯乙烯等。
狭缝17a和17b分别被密封部件31a和31b密封。密封构件31a和31b可以是一体的。在该情况下，密封构件31a和密封构件31b成为1个密封构件31，沿着第一、第二支承部13a、13b各自的外侧面设置成环状。作为密封部件31a以及31b的材料的例子，能够列举绝缘性树脂。作为绝缘性树脂的例子，可以举出氟基绝缘性树脂。
第一电极部11设置在收纳部10d内。在热电元件1中，第一电极部11设置在第一基板10a上。第二电极部12设置在收纳部10d内。在热电元件1中，第二电极部12设置在第二基板10b上。第一电极部11和第二电极部12构成1对平行平板型电极对。热电元件1是平行平板型热电元件。
在热电元件1中，第一电极部11例如包含铂(功函数：约5.65eV)。第二电极部12例如包含钨(功函数：约4.55eV)。功函数大的电极部作为阳极A(集电极电极)发挥功能，功函数小的电极部作为阴极K(发射极电极)发挥功能。在热电元件1中，第一电极部11是阳极A，第二电极部12是阴极K。在这样的热电元件1中，会利用在具有功函数差的第一电极部11与第二电极部12之间产生的、基于绝对温度的电子发射现象。因此，即使在第一电极部11与第二电极部12的温度差小的情况下，热电元件1也能够将热能转换为电能。并且，即使在第一电极部11与第二电极部12之间没有温度差的情况下，热电元件1也能够将热能转换为电能。此外，也可以将第一电极部11设为阴极K，将第二电极部12设为阳极A。
第一、第二电极部11以及12各自的沿着第一方向Z的厚度例如为1nm以上1μm以下。更优选为1nm以上且50nm以下。第一、第二电极部11以及12各自的材料例如能够从以下所示的金属中选择。
铂(Pt)
钨(W)
铝(Al)
钛(Ti)
铌(Nb)
钼(Mo)
钽(Ta)
铼(Re)
在热电元件1中，只要在第一电极部11与第二电极部12之间产生功函数差即可。因此，第一电极部11以及12的材料可以选择上述以外的金属。另外，第一、第二电极部11以及12的材料除了上述金属以外，还能够选择合金、金属间化合物以及金属化合物。金属化合物是金属元素和非金属元素化合而成的化合物。作为金属化合物的例子，例如可举出六硼化镧(LaB6)。
作为第一、第二电极部11及12的材料，也可以选择非金属导电物。作为非金属导电物的例子，可举出硅(Si：例如p型Si或n型Si)、及石墨烯等碳系材料等。
作为第一、第二电极部11以及12的材料，若选择高熔点金属(refractory metal)以外的材料，则能够进一步得到以下说明的优点。在本说明书中，高熔点金属例如为W、Nb、Mo、Ta和Re。在第一电极部(阳极A)11使用例如Pt的情况下，第二电极部(阴极K)12优选使用Al、Si、Ti及LaB6中的至少1种。
例如，Al和Ti的熔点低于上述高熔点金属。因此，与上述高熔点金属相比，Al和Ti分别具有容易加工的优点。
例如，Si与上述高熔点金属相比，其形成更容易。因此，除了上述加工的容易度以外，Si还能够进一步得到热电元件1的生产率进一步提高这样的优点。
例如，LaB6的熔点高于Ti及Nb。但是，LaB6的熔点低于W、Mo、Ta及Re。LaB6与W、Mo、Ta及Re相比容易加工。而且，LaB6的功函数为约2.5～2.7eV。LaB6与上述高熔点金属相比容易释放电子。因此，LaB6能够进一步得到能够进一步提高热电元件1的发电效率的优点。
此外，第一电极部11以及第二电极部12各自的构造除了包含上述材料的单层构造以外，也可以设为包含上述材料的层叠构造。
热电元件1的第一连接布线15a在收纳部10d内与第一电极部11电连接。由此，第一电极部11与第一连接布线15a的第一电接点11a设置在收纳部10d内。在第一支承部13a的基板接合面13aa上，从第一方向Z观察，第一连接布线15a的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。这与第一支承部13a的平面形状大致相同。第一连接布线15a在第一支承部13a与第二基板10b之间与第一接合金属18a接合。第一接合金属18a设置在第二基板10b上。从第一方向Z观察，第一接合金属18a的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。这与基板接合面13aa上的第一连接布线15a的平面形状大致相同。
热电元件1的第二连接布线16a在收纳部10d内与第二电极部12电连接。由此，第二电极部12与第二连接布线16a的第二电接点12a设置在收纳部10d内。在第二支承部13b的基板接合面13ba上，从第一方向Z观察，第二连接布线16a的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。这与第二支承部13b的平面形状大致相同。第二连接布线16a在第二支承部13b与第一基板10a之间与第二接合金属18b接合。第二接合金属18b设置在第一基板10a上。从第一方向Z观察，第二接合金属18b的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。这与基板接合面13ba上的第二连接布线16a的平面形状大致相同。
第一、第二接合金属18a以及18b包含能够与第一、第二连接布线15a以及16a接合的例如金属。由此，例如，如图4所示，通过第一连接布线15a与第一接合金属18a的接合、以及第二连接布线16a与第二接合金属18b的接合，第二基板10b能够而与第一基板10a接合。并且，在壳体部10得到收纳部10d。在第一、第二连接布线15a和16a、以及第一、第二接合金属18a和18b分别使用例如Au的情况下，能够通过热压接将第一、第二连接布线15a和16a分别与第一、第二接合金属18a和18b接合。除了金以外，对于第一、第二连接布线15a和16a、以及第一、第二接合金属18a和18b，例如只要是能够进行热压接、共晶接合等的金属或合金就能够使用。
此外，例如从抑制发电效率的降低的观点出发，优选第一、第二连接布线15a及16a、以及第一、第二接合金属18a及18b各自所使用的金属或合金的功函数处于第一电极部11的功函数与第二电极部12的功函数之间。另外，在通过共晶接合等金属彼此的接合而在接合部分生成金属间化合物的情况下，所生成的金属间化合物的功函数也优选处于第一电极部11的功函数与第二电极部12的功函数之间。
第一连接布线15a还分别设置在第一支承部13a的内侧面上、基板接合面13aa上以及第一支承部13a的外侧面上。第一连接布线15a将第一电极部11导出到收纳部10d之外。第二连接布线16a还分别设置在第二支承部13b的内侧面上和基板接合面13aa上。第二连接布线16a将第二电极部12导出到收纳部10d之外。
第一基板10a具有第一主面10af和第二主面10ab。第二主面10ab与第一主面10af对置，与半导体集成电路芯片230的上表面相对。第二主面10ab例如通过粘接部件30粘接于封装件210的靠半导体集成电路芯片230的上表面侧的表面。或者，第二主面10ab例如通过钎料固定于封装件210的靠半导体集成电路芯片230的上表面侧的表面。第一外部壳体端子101和第二外部壳体端子102分别设置在第一基板10a的第一主面10af上。第一外部壳体端子101与第一连接布线15a电连接。第二外部壳体端子102与第二连接布线16a电连接。第一主面10af例如具有从第一支承部13a和第二支承部13b分别向外侧伸出的部分。第一外部壳体端子101例如设置于第一主面10af从第一支承部13a向外侧伸出的部分。第二外部壳体端子102例如设置于第一主面10af从第二支承部13b向外侧伸出的部分。在热电元件1中，第一外部壳体端子101利用第一连接布线15a的图案，由与第一连接布线15a相同的导电物得到。另外，第二外部壳体端子102利用第二接合金属18b的图案，由与第二接合金属18b相同的导电物得到。
图5的(a)是表示中间部14的一例的示意剖视图。图5的(b)是表示中间部14的其他例子的示意剖视图。
如图5的(a)所示，中间部14设置在收纳部10d内的第一电极部11与第二电极部12之间。中间部14包含具有第一电极部11的功函数与第二电极部12的功函数之间的功函数的纳米粒子141。中间部14例如是使从第二电极部(阴极K)12释放的电子e向第一电极部(阳极A)11移动的部分。
在第一电极部11与第二电极部12之间，沿着第一方向Z设定电极间缝隙G。在热电元件1中，电极间缝隙G根据第一、第二支承部13a以及13b各自的沿着第一方向Z的厚度来设定。电极间缝隙G的宽度的一个例子例如是10μm以下的有限值。电极间缝隙G的宽度越窄，越能够使电子e从第二电极部(阴极K)12高效地释放，并且，越能够使电子e从第二电极部12向第一电极部(阳极A)11高效地移动。因此，热电元件1的发电效率提高。另外，电极间缝隙G的宽度越窄，越能够使热电元件1的沿着第一方向Z的厚度变薄。因此，例如，优选电极间缝隙G的宽度窄。电极间缝隙G的宽度例如更优选为10nm以上且100nm以下。另外，电极间缝隙G的宽度与第一、第二支承部13a及13b的沿着第一方向Z的厚度大致相等。
中间部14例如包含多个纳米粒子141和溶剂142。多个纳米粒子141分散在溶剂142内。中间部14例如通过将分散有纳米粒子141的溶剂142填充到缝隙部140内而得到。纳米粒子141的粒径比电极间缝隙G小。纳米粒子141的粒径例如为电极间缝隙G的1/10以下的有限值。若将纳米粒子141的粒径设为电极间缝隙G的1/10以下，则容易在缝隙部140内形成包含纳米粒子141的中间部14。由此，在生产热电元件1时，作业性提高。
纳米粒子141例如包含导电物。纳米粒子141的功函数的值例如处于第一电极部11的功函数的值与第二电极部12的功函数的值之间。例如，纳米粒子141的功函数的值为3.0eV以上且5.5eV以下的范围。由此，能够使释放到中间部14的电子e借助纳米粒子141例如从第二电极部12向第一电极部11移动。由此，与在中间部14内没有纳米粒子141的情况相比，能够进一步增加电能的产生量。
作为纳米粒子141的材料的例子，可以选择金和银中的至少1种。另外，纳米粒子141的功函数的值只要在第一电极部11的功函数的值与第二电极部12的功函数的值之间的值即可。因此，纳米粒子141的材料也可以选择金及银以外的导电性材料。
纳米粒子141的粒径例如为电极间缝隙G的1/10以下的有限值。具体而言，纳米粒子141的粒径为2nm以上且10nm以下。另外，纳米粒子141例如可以具有平均粒径(例如D50)3nm以上且8nm以下的粒径。平均粒径例如可以通过使用粒度分布计测器来测定。作为粒度分布计测器，例如使用利用了激光衍射散射法的粒度分布计测器(例如MicrotracBEL制Nanotrac WaveII-EX150等)即可。
纳米粒子141在其表面具有例如绝缘膜141a。作为绝缘膜141a的材料的例子，可以选择绝缘性金属化合物和绝缘性有机化合物中的至少1种。作为绝缘性金属化合物的例子，例如可举出硅氧化物及氧化铝等。作为绝缘性有机化合物的例子，可列举出烷硫醇(例如十二烷硫醇)等。绝缘膜141a的厚度例如为20nm以下的有限值。若将这样的绝缘膜141a设置于纳米粒子141的表面，则电子e例如能够利用隧道效应在第二电极部(阴极K)12与纳米粒子141之间、以及纳米粒子141与第一电极部(阳极A)11之间移动。因此，例如能够期待热电元件1的发电效率的提高。
溶剂142例如可以使用沸点为60℃以上的液体。因此，在室温(例如15℃～35℃)以上的环境下，即使在使用热电元件1的情况下，也能够抑制溶剂142的气化。由此，能够抑制与溶剂142的气化相伴的热电元件1的劣化。作为液体的例子，可以选择有机溶剂和水中的至少1种。作为有机溶剂的例子，可以举出甲醇、乙醇、甲苯、二甲苯、十四烷和烷硫醇等。另外，溶剂142可以是电阻值高、绝缘性的液体。
另外，如图5的(b)所示，中间部14也可以不包含溶剂142而仅包含纳米粒子141。通过使中间部14仅包含纳米粒子141，例如，即使在高温环境下使用热电元件1的情况下，也不需要考虑溶剂142的气化。由此，能够抑制高温环境下的热电元件1的劣化。
＜热电元件1的动作＞
当热能被提供给热电元件1时，例如从第二电极部(阴极K)12朝向中间部14释放电子e。释放的电子e从中间部14向第一电极部(阳极A)11移动。电流从第一电极部11朝向第二电极部12流动。这样，热能被转换为电能。
如果是这样的半导体集成电路装置200，则热电元件1在壳体部10的收纳部10d内包含：第一电极部11；第二电极部12，其具有与第一电极部11不同的功函数；以及中间部14，其包含具有第一电极部11的功函数与第二电极部12的功函数之间的功函数的纳米粒子141。由此，即使在热电元件1中不产生温度差，热电元件1也能够发电。在热电元件1中，不需要像塞贝克元件那样的低温材料、和冷却低温材料的冷却器。不需要低温材料和冷却低温材料的冷却器的结果是，分别抑制了半导体集成电路装置200的制造成本的增大和半导体集成电路装置200的尺寸的大型化。
进而，根据半导体集成电路装置200，能够进一步得到以下那样的优点。
(1)热电元件1的壳体部10设置在半导体集成电路芯片230的上表面侧。由此，无需在电路基板260上新确保搭载热电元件1的区域，能够抑制电路基板260的尺寸的增大。
(2)由于能够抑制电路基板260的尺寸的增大，因此也能够抑制使用了半导体集成电路装置200的2次产品、例如电子设备用电路基板的尺寸的增大。
(3)将第一、第二电接点11a及12a分别设置在收纳部10d内。由此，在将半导体集成电路装置200组装到2次产品时，例如在半导体集成电路装置200的处理中、半导体集成电路装置200的安装作业中等，能够抑制第一、第二电接点11a和12a断裂或损伤。由此，能够减少在2次产品制造中可能产生的半导体集成电路装置200的损耗。
(4)壳体部10包含第一基板10a，该第一基板10a具有第一主面10af、及与第一主面10af对置且与半导体集成电路芯片230的上表面相对的第二主面10ab。并且，将第一、第二外部壳体端子101和102分别设置在第一基板10a的第一主面10af上。第一主面10af例如与壳体部10的侧面相比，能够对第一外部壳体端子101和第二外部壳体端子102分别提供较大的面积。另外，与壳体部10的侧面相比，容易进行作业者的视觉辨认、或者作业机器人容易取得工作点。由此，例如能够使热电元件1与2次产品的电连接作业容易化，例如能够提高2次产品的生产率。另外，具备半导体集成电路装置200的2次产品的组装的可靠性也提高。
(第一实施方式：第一变形例)
接着，对第一实施方式的第一变形例进行说明。第一变形例涉及热电元件的变形。
图6的(a)～图6的(c)是表示第一变形例的热电元件1的一例的示意图。图6的(a)所示的示意截面沿着图6的(c)中的VIA-VIA线。图6的(b)所示的示意截面沿着图6的(c)中的VIB-VIB线。图6的(c)所示的示意截面沿着图6的(a)及图6的(b)中的VIC-VIC线。图7是表示接合的一例的示意剖视图。图7与图6的(b)所示的示意截面对应。
如图6的(a)～图6的(c)所示，第一变形例的热电元件1b与热电元件1的不同之处在于，第一电极部11的从第一方向Z观察的平面形状、以及第二电极部12的从第一方向Z观察的平面形状分别为梳齿型。
第一、第二电极部11以及12各自的梳齿部沿着第三方向Y延伸。梳齿的朝向在第一电极部11和第二电极部12中彼此相反。第一电极部11的梳齿部与第二电极部12的梳齿部相互分离并啮合。由此，在第一电极部11的梳齿部与第二电极部12的梳齿部之间规定电极间缝隙G。在热电元件1b中，电极间缝隙G被规定的方向成为第二方向X(电极间缝隙Gx)和第三方向Y(电极间缝隙Gy)这2个方向(图6的(c))。
热电元件除了具有平行平板型电极的热电元件1以外，还可以使用具有梳齿型电极的热电元件1b。
在热电元件1b中，由于将第一、第二电极部11以及12设为梳齿型，所以与平行平板型的热电元件1相比，由半导体集成电路芯片230的热引起的电极间缝隙G的变动变得更少。由此，例如，热电元件1b与热电元件1相比，能够进一步得到容易抑制发电效率的微小变动的优点。
进而，在热电元件1b中，进行了下述的进一步的改进。
·壳体部10包括第一基板10a和盖体10c。
·第一电极部11、第二电极部12、第一连接布线15a以及第二连接布线16a分别设置在第一主面10af上
以下，对热电元件1b进行更详细的说明。
盖体10c包括第三支承部13c。第三支承部13c从盖体10c沿着第一方向Z朝向第一基板10a延伸。从第一方向Z观察，第三支承部13c的平面形状为框状。盖体10c可以与第三支承部13c一体地设置，也可以分别设置。
第一、第二电极部11及12分别设置在收纳部10d内。收纳部10d的在第二方向X以及第三方向Y上延伸的平面被盖体10c包围，并且收纳部10d分别沿着第二方向X以及第三方向Y而由第三支承部13c包围，从而在筐体部10获得该收纳部10d。
第一连接布线15a在收纳部10d内与第一电极部11电连接。由此，第一电极部11与第一连接布线15a的第一电接点11a设置在收纳部10d内。第二连接布线16a在收纳部10d内与第二电极部12电连接。由此，第二电极部12与第二连接布线16a的第二电接点12a设置在收纳部10d内。
在第三支承部13c的基板接合面13ca上，从第一方向Z观察，第一连接布线15a的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。第一连接布线15a在第三支承部13c与第一基板10a之间与第一接合金属18a接合。第一接合金属18a设置在盖体10c的基板接合面13ca上。从第一方向Z观察，第一接合金属18a的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。这与基板接合面13ca上的第一连接布线15a的平面形状大致相同。
在第三支承部13c的基板接合面13ca上，从第一方向Z观察，第二连接布线16a的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。第二连接布线16a在第三支承部13c与第一基板10a之间与第二接合金属18b接合。第二接合金属18b设置在盖体10c的基板接合面13ca上。从第一方向Z观察，第二接合金属18b的平面形状为分别沿第二方向X以及第三方向Y延伸的L字状。这与基板接合面13ca上的第二连接布线16a的平面形状大致相同。
由此，例如，如图7所示，盖体10c能够通过第一连接布线15a与第一接合金属18a的接合、以及第二连接布线16a与第二接合金属18b的接合而与第一基板10a接合。然后，在壳体部10得到收纳部10d。
第一连接布线15a和第二连接布线16a在第一主面10af上隔着狭缝17a和17b分离而彼此不接触。第一、第二接合金属18a以及18b分别存在与第一、第二连接布线15a以及16a电连接的情况。在这样的情况下，如图6的(c)所示，只要使第一接合金属18a和第二接合金属18b以相互不接触的方式隔着狭缝17a及17b分离即可。由此，能够抑制经由第一、第二接合金属18a以及18b的、第一连接布线15a与第二连接布线16a的短路。
图8是表示狭缝的一例的示意剖视图。图8所示的示意截面沿着图6的(c)中的VIII-VIII线。如图8所示，狭缝17a及17b使热电元件1b产生微小的间隙17c。因此，注入到缝隙部140的溶剂142有可能从微小的间隙泄漏。因此，如图6的(c)所示，可以在第一基板10a与盖体10c之间设置密封部件31a及31b，分别用密封部件31a及31b堵住狭缝17a及17b。由此，能够抑制溶剂142经由狭缝17a和17b泄漏。
在热电元件1b中，还在第一电极部11与盖体10c之间设置沿着第一方向Z的缝隙Gel1，在第二电极部12与盖体10c之间设置缝隙Gel2。通过设置缝隙Gel1以及Gel2，能够在盖体10c与第一基板10a之间不产生间隙的前提下将第一、第二电极部11以及12分别收纳于收纳部10d内。缝隙Gel1的长度和缝隙Gel2的长度可以设定为彼此相等，也可以设定为彼此不同。在后者的情况下，例如在为了增大第一电极部11的功函数与第二电极部12的功函数之差而对任意一方的电极部的表面进行了涂覆、表面改性等表面处理的情况下能够观察到。或者，在通过1个蚀刻工序同时形成材料互不相同的第一电极部11和第二电极部12的情况下能够观察到。另外，通过设置各缝隙Gel1、Gel2，第一电极部11的上表面以及第二电极部12的上表面与中间部14相接。因此，除了各电极部11、12的对置的面之外，还能够实现经由各电极部11、12的上部(特别是上表面、上表面的角部)的电子e的移动。由此，能够实现电能的产生量的增大。
图9的(a)及图9的(b)是表示溶剂注入的一例的示意剖视图。图9的(a)所示的示意截面与图6的(a)所示的示意截面对应。图9的(b)所示的示意截面与图6的(b)所示的示意截面对应。
如图9的(a)及图9的(b)所示，也可以在盖体10c上设置第一填充孔71a及第二填充孔71b。第一、第二填充孔71a和71b例如用于向缝隙部140内注入溶剂142。在溶剂142的注入中利用第一、第二填充孔71a以及71b的情况下，若缝隙Gel1以及Gel2处于缝隙部140内，则溶剂142经由缝隙Gel1以及Gel2绕到第一电极部11与第二电极部12之间。由此，能够得到容易在第一电极部11与第二电极部12之间填充溶剂142的优点。
溶剂142例如从第一填充孔71a向缝隙部140内注入。此时，另一个第二填充孔71b例如被用作排气的孔。另外，也可以一边经由第二填充孔71b对缝隙部140内抽真空，一边从第一填充孔71a注入溶剂142。
如第一变形例那样，在热电元件中，除了具有平行平板型电极的热电元件1以外，还能够使用具有梳齿型电极的热电元件1b。
(第二实施方式)
第二实施方式涉及能够在第一实施方式的半导体集成电路装置200中使用的电源电路300的例子。
图10是表示第二实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置200的一例的示意框图。
如图10所示，电源电路300例如设置在电路基板320(关于电路基板320，也可以与上述电路基板260相同)上。在电路基板320上例如设置有第一外部端子331a～第六外部端子331f。第一外部端子331a和第二外部端子331b与外部电源、例如商用电源310电连接。由此，经由第一、第二外部端子331a及331b向电源电路300输入外部输入电力Pin。第三外部端子331c和第四外部端子331d与热电元件1电连接。由此，经由第三、第四外部端子331c以及331d向电源电路300输入辅助输入电力Pina。第三外部端子331c与热电元件1的阴极K电连接。第四外部端子331d与热电元件1的阳极A电连接。第五外部端子331e和第六外部端子331f与封装件210电连接。由此，电源电路300经由第五、第六外部端子331e以及331f输出LSI输入电力Pout(半导体集成电路装置输入电力)。
图11是表示第二实施方式的带发电功能的半导体集成电路装置200的一例的示意电路图。
如图11所示，电源电路300包括转换器332。在外部电源是商用电源310的情况下，转换器332成为AC-DC转换器(整流电路)。在外部电源为电池的情况下，转换器332成为DC-DC转换器。在转换器332是AC-DC转换器的情况下，将交流电力整流为直流电力。整流得到的直流电力被供给到电流限制电路333。电流限制电路333对直流电流进行限制而生成LSI输入电力Pout并输出。
转换器332的高电位侧输出节点N1经由第一开关334与电流限制电路333的高电位侧输入节点N2电耦合。第一开关334与高电位侧输入节点N2的连接节点N3经由电源电路300的低电位侧布线335和电容器336电耦合。电容器336是平滑电容器。另外，电容器336与电阻337并联连接。电阻337是放电用电阻。连接节点N3经由第二开关338与热电元件1的阴极K电耦合。第一、第二开关334及338例如使用晶体管。电流限制电路333的高电位侧输出节点N4与封装件210的高电位侧电源端子(为了方便而表示为A)电耦合。封装件210的低电位侧端子(为了方便而表示为K)以及热电元件1的阳极A与低电位侧布线335电耦合。
在使封装件210内的半导体集成电路芯片230动作时，使第一开关334接通，使第二开关338断开。高电位侧输出节点N1与电容器336的一个电极电连接，电容器336被充电。在电容器336的充电完成后，高电位侧输出节点N1与高电位侧输入节点N2电连接。转换器332将电流提供给电流限制电路333。电流限制电路333限制所供给的电流，生成LSI输入电力Pout并输出。由此，封装件210内的半导体集成电路芯片230进行动作。
当半导体集成电路芯片230进行动作时，半导体集成电路芯片230发热。热传递到热电元件1。热电元件1最后会成为能够发电的状态，例如成为可生成能够对电容器336进行充电的电流的状态。在热电元件1成为能够发电的状态后，使第二开关338接通。热电元件1的阴极K与电容器336的一个电极电连接。热电元件1与转换器332一起将电流供给到电流限制电路333。由此，半导体集成电路芯片230持续进行动作。
另外，还能够通过第一开关334以及第二开关338选择是将高电位侧输出节点N1与电容器336的一个电极结合、还是将热电元件1的阴极K与电容器336的一个电极结合。
例如，在使半导体集成电路芯片230动作时，使第一开关334接通，使第二开关338断开，使用外部输入功率Pin使半导体集成电路芯片230进行动作。为了方便，将使用外部输入功率Pin进行动作的状态称为通常能量模式。
在进行动作后，例如，若热电元件1成为能够生成可对电容器336进行充电的电流的状态，则使第一开关334断开，使第二开关338断开。电力的供给源从外部输入电力Pin切换为辅助输入电力Pina。由此，半导体集成电路芯片230的动作模式从通常能量模式切换为使用来自热电元件1的辅助输入电力Pina的节能模式。从通常能量模式向节能模式的切换能够通过自动或手动来进行。节能模式一般是指降低商用电源或电池的消耗电力。但是，第二实施方式中的节能模式是指切换为与通常能量模式不同的辅助输入电力Pina。
另外，电容器336也能够利用设置在电源电路300中的平滑电容器。在利用了平滑电容器的情况下，能够利用电源电路300中的现有电路元件将热电元件1与电源电路300连接。由此，能够抑制电源电路300所需的电路元件、电子部件330的增加。
(第二实施方式：第一变形例)
图12是表示第二实施方式的第一变形例的带发电功能的半导体集成电路装置200的一例的示意电路图。
针对热电元件1产生的电力，还设想了无法确保足以使半导体集成电路芯片230进行动作的电压的情况。在这样的情况下，也可以将热电元件1经由升压电路350与电源电路300连接。在图12中，图示了表示升压电路350的一个示例的示意电路。
如图12所示，升压电路350例如包括二极管351、线圈352和第三开关353。二极管351的阴极经由第二开关338与电容器336的一个电极电耦合。二极管351的阳极经由线圈352与热电元件1的阴极K电耦合。线圈352是扼流线圈。二极管351的阳极与线圈352的连接节点N5经由第三开关353与低电位侧布线335电耦合。第三开关353例如使用晶体管。
升压电路350的动作如下所述那样对辅助输入电力Pina的电压进行升压。首先，使第二开关338接通，使热电元件1的阴极K与电容器336的一个电极电耦合。在该状态下，使第三开关353接通。电流从热电元件1的阴极K经由线圈352流向低电位侧布线335。接着，使第三开关353断开。来自线圈352的电流不会立即变为零。因此，电流从线圈352经由二极管351以及第二开关338直接流向连接节点N3。二极管351防止来自连接节点N3的电流的反向流动。通过这样反复进行第三开关353的接通和断开，辅助输入电力Pina的电压被升压。
这样，也可以将热电元件1经由升压电路350与电源电路300连接。升压电路不限于图12所示的升压电路350。升压电路例如能够使用变压器等公知的升压电路。另外，升压电路能够设置在电源电路300中。
以上，对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。例如，这些实施方式能够适当组合来实施。另外，本发明除了上述几个实施方式以外，还能够以各种新的方式实施。因此，上述几个实施方式各自能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种省略、置换、变更。这样的新的方式、变形包含于本发明的范围、主旨，并且包含于权利要求书所记载的发明以及权利要求书所记载的发明的等同物的范围。
标号说明
1、1b：热电元件
10：壳体部
10a：第一基板
10af：第一主面
10ab：第二主面
10b：第二基板
10c：盖体
10d：收纳部
11：第一电极部
11a：第一电接点
12：第二电极部
12a：第二电接点
13a：第一支承部
13aa：基板接合面
13b：第二支承部
13ba：基板接合面
13c：第三支承部
13ca：基板接合面
14：中间部
15a：第一连接布线
16a：第二连接布线
17a：狭缝
17b：狭缝
18a：第一接合金属
18b：第二接合金属
30：粘接部件
31：密封部件
71a：第一填充孔
71b：第二填充孔
101：第一外部壳体端子
102：第二外部壳体端子
140：缝隙部
141：纳米粒子
141a：绝缘膜
142：溶剂
200：带发电功能的半导体集成电路装置
210：封装件
220：外部端子
221a：第一接合线
221b：第二接合线
230：半导体集成电路芯片
260：电路基板
270：电布线
300：电源电路
310：商用电源
320：电路基板
330：电子部件
331a：第一外部端子
331b：第二外部端子
331c：第三外部端子
331d：第四外部端子
331e：第五外部端子
331f：第六外部端子
332：转换器
333：限流电路
334：第一开关
335：低电位侧布线
336：电容
337：电阻
338：第二开关
350：升压电路
351：二极管
352：线圈
353：第三开关
G：电极间缝隙
Gel1：缝隙
Gel2：缝隙
Gx：电极间缝隙
Gy：电极间缝隙
Pin：外部输入电力
Pina：辅助输入电力
Pout：LSI输入电力
Z：第一方向
X：第二方向
Y：第三方向。

Claims (5)

1.一种带发电功能的半导体集成电路装置，其具有：半导体集成电路装置；以及热电元件，其将从所述半导体集成电路装置放出的热能转换为电能，其特征在于，
所述半导体集成电路装置具有收纳半导体集成电路芯片的封装件，
所述半导体集成电路芯片具有与电路基板对置的下表面以及与所述下表面对置的上表面，
所述热电元件具有：
壳体部，其具有收纳部；
第一电极部，其设置在所述收纳部内；
第二电极部，其设置在所述收纳部内，与所述第一电极部在第一方向上分离并对置，具有与所述第一电极部不同的功函数；以及
中间部，其设置在所述收纳部内的所述第一电极部与所述第二电极部之间，包含如下纳米粒子，该纳米粒子具有所述第一电极部的功函数与所述第二电极部的功函数之间的功函数，
所述壳体部设置在所述半导体集成电路芯片的所述上表面侧。
2.根据权利要求1所述的带发电功能的半导体集成电路装置，其特征在于，
所述热电元件还包含：
第一连接布线，其与所述第一电极部电连接，将所述第一电极部向所述收纳部之外导出；
第二连接布线，其与所述第二电极部电连接，将所述第二电极部向所述收纳部之外导出；以及
所述第一电极部与所述第一连接布线的第一电接点、以及所述第二电极部与所述第二连接布线的第二电接点分别设置在所述收纳部内。
3.根据权利要求2所述的带发电功能的半导体集成电路装置，其特征在于，
所述壳体部包括第一基板，所述第一基板具有第一主面和与所述第一主面对置且与所述半导体集成电路芯片的所述上表面相对的第二主面，
所述热电元件还具有：
第一外部端子，其与所述第一连接布线电连接；以及
第二外部端子，其与所述第二连接布线电连接，
所述第一外部端子和所述第二外部端子分别设置在所述第一基板的所述第一主面上。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的带发电功能的半导体集成电路装置，其特征在于，
所述热电元件包括平行平板型热电元件和梳齿型热电元件中的至少1种。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的带发电功能的半导体集成电路装置，其特征在于，
还具有电源电路，该电源电路能够供从外部供给的外部输入电力和从所述热电元件供给的辅助输入电力分别输入，将所述外部输入电力和所述辅助输入电力分别转换为半导体集成电路装置输入电力，并将所述半导体集成电路装置输入电力输出到所述半导体集成电路装置。
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