JP2002198476A - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
- H01L2224/161—Disposition
- H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来マイクロ波、ミリ波帯の高周波電力増幅
器の放熱対策として、フリップチップ実装を活用した放
熱構造があるが、近年の高周波化、高密度化、大電力化
による発熱密度の増加に対して、実装面積を増加させる
こと無く、放熱能力を高めることが困難であった。 【解決手段】 少なくとも１つの集積回路チップ１がフ
リップチップ実装された回路基板５と、その回路基板５
と組み合わせて集積回路チップ１を外部環境から遮断す
る封止キャップ７と、さらに放熱装置１１を有し、回路
基板５と放熱装置１１との間に吸熱装置１０を配設した
ことで、十分な吸熱面積を確保し、放熱能力を調整でき
るようにした。
器の放熱対策として、フリップチップ実装を活用した放
熱構造があるが、近年の高周波化、高密度化、大電力化
による発熱密度の増加に対して、実装面積を増加させる
こと無く、放熱能力を高めることが困難であった。 【解決手段】 少なくとも１つの集積回路チップ１がフ
リップチップ実装された回路基板５と、その回路基板５
と組み合わせて集積回路チップ１を外部環境から遮断す
る封止キャップ７と、さらに放熱装置１１を有し、回路
基板５と放熱装置１１との間に吸熱装置１０を配設した
ことで、十分な吸熱面積を確保し、放熱能力を調整でき
るようにした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路チップの
高集積化、高密度化、大電力化に伴う発熱密度の増加に
対応可能な放熱構造を有する半導体装置に係るものであ
って、吸熱装置、例えばペルチエ素子のごとき電子吸熱
装置を活用し、特に集積回路チップがフリップチップ実
装されたマイクロ波、ミリ波帯の高周波電力増幅器に関
するものである。
高集積化、高密度化、大電力化に伴う発熱密度の増加に
対応可能な放熱構造を有する半導体装置に係るものであ
って、吸熱装置、例えばペルチエ素子のごとき電子吸熱
装置を活用し、特に集積回路チップがフリップチップ実
装されたマイクロ波、ミリ波帯の高周波電力増幅器に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ波、ミリ波帯の高周波電力増幅
器は、モジュール化するに当たってその高周波特性の面
から特に小型化が要求され、一方で電力増幅による発熱
の放熱性の面から放熱面積の増大などの相反する要求が
ある。この小型化からくる放熱対策の困難性から機能分
割した電力増幅器などで対応することもある。
器は、モジュール化するに当たってその高周波特性の面
から特に小型化が要求され、一方で電力増幅による発熱
の放熱性の面から放熱面積の増大などの相反する要求が
ある。この小型化からくる放熱対策の困難性から機能分
割した電力増幅器などで対応することもある。
【０００３】小型化の面からは、半導体チップの小型
化、半導体チップを含む集積回路チップの小型化、これ
らを実装した回路基板の小型化等が図られている。なお
集積回路の語は、いわゆるモノリシックＬＳＩのことの
みを指すこともあるが、ここで集積回路とは、単一の半
導体チップからなるモノリシックＬＳＩのほか、２以上
の半導体チップを含むマルチチップ集積回路、半導体チ
ップ以外を構成要素として有しているハイブリッド集積
回路等も含む広い概念で用いている。したがって、集積
回路チップとは、代表的には１つのモノリシック半導体
ＬＳＩチップであるが、ここでは広く集積回路を小さく
チップ状にしたものを指している。この小型化のために
は、これらの集積回路チップが回路基板にフリップチッ
プ実装することが特に有効であることが知られている。
化、半導体チップを含む集積回路チップの小型化、これ
らを実装した回路基板の小型化等が図られている。なお
集積回路の語は、いわゆるモノリシックＬＳＩのことの
みを指すこともあるが、ここで集積回路とは、単一の半
導体チップからなるモノリシックＬＳＩのほか、２以上
の半導体チップを含むマルチチップ集積回路、半導体チ
ップ以外を構成要素として有しているハイブリッド集積
回路等も含む広い概念で用いている。したがって、集積
回路チップとは、代表的には１つのモノリシック半導体
ＬＳＩチップであるが、ここでは広く集積回路を小さく
チップ状にしたものを指している。この小型化のために
は、これらの集積回路チップが回路基板にフリップチッ
プ実装することが特に有効であることが知られている。
【０００４】図３に従来のフリップチップ実装方法によ
る半導体装置の例を断面図で示す。図３では、例えば高
周波大電力増幅器の半導体チップであって、その高周波
特性上できるだけ小型化した集積回路チップ１があり、
その高周波大電力増幅動作による発熱を発熱源２で示し
てある。集積回路チップ１は電気信号伝達のための信号
バンプ３と、集積回路チップ１内の発熱源２からの放熱
のためのみに設けられたサーマルバンプ４を有してい
る。回路基板５には集積回路チップ等が例えばハンダリ
フロー法などによってフリップチップ実装される。回路
基板５には、放熱のためのみのサーマルビア６が設けら
れている。集積回路チップ１の劣化を防ぐ等のために気
密封止する封止キャップ７が回路基板５に組み合わせて
取り付けられ、回路基板５は例えばアルミからなってい
るパッケージケース８に取り付けられ、最終的に液体ま
たは気体のヒートシンク部９に至る。
る半導体装置の例を断面図で示す。図３では、例えば高
周波大電力増幅器の半導体チップであって、その高周波
特性上できるだけ小型化した集積回路チップ１があり、
その高周波大電力増幅動作による発熱を発熱源２で示し
てある。集積回路チップ１は電気信号伝達のための信号
バンプ３と、集積回路チップ１内の発熱源２からの放熱
のためのみに設けられたサーマルバンプ４を有してい
る。回路基板５には集積回路チップ等が例えばハンダリ
フロー法などによってフリップチップ実装される。回路
基板５には、放熱のためのみのサーマルビア６が設けら
れている。集積回路チップ１の劣化を防ぐ等のために気
密封止する封止キャップ７が回路基板５に組み合わせて
取り付けられ、回路基板５は例えばアルミからなってい
るパッケージケース８に取り付けられ、最終的に液体ま
たは気体のヒートシンク部９に至る。
【０００５】次に動作について説明する。集積回路チッ
プ１が高周波大電力で動作することにより、発熱源２か
ら熱が発生し、その熱は集積回路チップ１内を伝わり、
信号バンプ３、放熱のためのみに設けられたサーマルバ
ンプ４を経由して回路基板５内に放熱する。このときサ
ーマルバンプの個数、位置等を調整してできるだけ放熱
効果が高まるようにする。一方信号バンプ３、サーマル
バンプ４を経由した熱は回路基板５内に流れる。回路基
板５内に放熱のためのみにサーマルビア６を設け、その
個数、配置等を調整して、放熱能力を高める。また熱伝
導率の大きい材料の回路基板を採用することでさらに放
熱能力が高められる。その後回路基板５の内部、サーマ
ルビア６を経由した熱は、パッケージケース８を介して
液体または空気であるヒートシンク部９に最終的に放熱
される。
プ１が高周波大電力で動作することにより、発熱源２か
ら熱が発生し、その熱は集積回路チップ１内を伝わり、
信号バンプ３、放熱のためのみに設けられたサーマルバ
ンプ４を経由して回路基板５内に放熱する。このときサ
ーマルバンプの個数、位置等を調整してできるだけ放熱
効果が高まるようにする。一方信号バンプ３、サーマル
バンプ４を経由した熱は回路基板５内に流れる。回路基
板５内に放熱のためのみにサーマルビア６を設け、その
個数、配置等を調整して、放熱能力を高める。また熱伝
導率の大きい材料の回路基板を採用することでさらに放
熱能力が高められる。その後回路基板５の内部、サーマ
ルビア６を経由した熱は、パッケージケース８を介して
液体または空気であるヒートシンク部９に最終的に放熱
される。
【０００６】発熱の放熱性の面からは、特開平５−１２
９６６６号において、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
る半導体素子が、特開平９−２１３８５０号には、温度
検出部と吸熱素子であるペルチェ素子、および予め設定
された温度範囲でペルチェ素子を制御する制御部を内蔵
し、外部に放熱フィンと断熱構造部を設けて構成するハ
イブリッドＩＣパッケージが、特開平１１−１３５６９
２号には、半導体基板上にＭＯＳトランジスタや配線金
属が形成され、それらが絶縁膜により被覆され、その絶
縁膜の上層もしくは半導体基板の下面のエッチングされ
た部分にペルチェ素子が配置され、樹脂またはセラミッ
クによりパッケージングされた集積回路が提案されてい
る。すなわちこれらにおいては、発熱部に直接的に電子
吸熱素子の一つであるペルチェ素子を配置し、放熱特性
を高めようとするものである。また、上記特開平５−１
２９６６６号においては、熱伝導率１００Ｗ／ｍ＊Ｋ以
上の熱伝導性を有するセラミックを用いることが提案さ
れている。さらに上記特開平５−１２９６６６号におい
ては、半導体素子背面側にペルチェ素子が密着されてい
ることからもわかるように、フリップチップ実装形態に
おける実施例が提案されている。
９６６６号において、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
る半導体素子が、特開平９−２１３８５０号には、温度
検出部と吸熱素子であるペルチェ素子、および予め設定
された温度範囲でペルチェ素子を制御する制御部を内蔵
し、外部に放熱フィンと断熱構造部を設けて構成するハ
イブリッドＩＣパッケージが、特開平１１−１３５６９
２号には、半導体基板上にＭＯＳトランジスタや配線金
属が形成され、それらが絶縁膜により被覆され、その絶
縁膜の上層もしくは半導体基板の下面のエッチングされ
た部分にペルチェ素子が配置され、樹脂またはセラミッ
クによりパッケージングされた集積回路が提案されてい
る。すなわちこれらにおいては、発熱部に直接的に電子
吸熱素子の一つであるペルチェ素子を配置し、放熱特性
を高めようとするものである。また、上記特開平５−１
２９６６６号においては、熱伝導率１００Ｗ／ｍ＊Ｋ以
上の熱伝導性を有するセラミックを用いることが提案さ
れている。さらに上記特開平５−１２９６６６号におい
ては、半導体素子背面側にペルチェ素子が密着されてい
ることからもわかるように、フリップチップ実装形態に
おける実施例が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】これら前述の従来例
は、一般的に集積回路チップを小型化すること、放熱特
性を向上させることに一定の貢献をなしてきた。しかし
ながら、近年の集積回路チップ、とくに高周波電力増幅
器においては高周波化、高密度化、大電力化が一層進ん
できて、従来の放熱対策では放熱特性が不足する問題点
があった。これにより素子温度が上昇して所期の特性が
達成できず、ついには素子破壊に至ってしまう。例え
ば、高周波特性から来るパッケージを含む半導体装置の
小型化が進み、パッケージ内部の集積回路チップの大き
さが１ｍｍ角程度になるときは、もはや上述の特開平５
−１２９６６号、特開平９−２１３８５０号のごとく、
一定の大きさを必要とするペルチェ素子を集積回路チッ
プの背面側に直接取り付けてパッケージの内部に収める
ことが不可能となり、小型化を維持するときは放熱特性
が不足する。特開平１１−１３５６９２号は、半導体素
子内部にペルチェ素子を作り込む提案であるが、放熱特
性からは一定のペルチェ素子の大きさが必要であり、素
子の小型化からは逆行する構造であって、小型化を維持
するときは、放熱特性が不足する。ペルチェ素子を用い
ない図１の従来例では、サーマルバンプやサーマルビア
の数の増加、熱伝導率の高い高価な回路基板の採用が必
要となり、小型化、コストの維持をするときは放熱特性
が不足する。
は、一般的に集積回路チップを小型化すること、放熱特
性を向上させることに一定の貢献をなしてきた。しかし
ながら、近年の集積回路チップ、とくに高周波電力増幅
器においては高周波化、高密度化、大電力化が一層進ん
できて、従来の放熱対策では放熱特性が不足する問題点
があった。これにより素子温度が上昇して所期の特性が
達成できず、ついには素子破壊に至ってしまう。例え
ば、高周波特性から来るパッケージを含む半導体装置の
小型化が進み、パッケージ内部の集積回路チップの大き
さが１ｍｍ角程度になるときは、もはや上述の特開平５
−１２９６６号、特開平９−２１３８５０号のごとく、
一定の大きさを必要とするペルチェ素子を集積回路チッ
プの背面側に直接取り付けてパッケージの内部に収める
ことが不可能となり、小型化を維持するときは放熱特性
が不足する。特開平１１−１３５６９２号は、半導体素
子内部にペルチェ素子を作り込む提案であるが、放熱特
性からは一定のペルチェ素子の大きさが必要であり、素
子の小型化からは逆行する構造であって、小型化を維持
するときは、放熱特性が不足する。ペルチェ素子を用い
ない図１の従来例では、サーマルバンプやサーマルビア
の数の増加、熱伝導率の高い高価な回路基板の採用が必
要となり、小型化、コストの維持をするときは放熱特性
が不足する。
【０００８】本発明の目的は、上述の従来例では高周波
特性から来る小型化を維持するときは放熱特性が不足す
るという課題・問題点を解決し、集積回路チップの高集
積化、高密度化、大電力化に伴う発熱密度の増加に対応
可能な放熱構造を有する半導体装置、特に集積回路チッ
プがフリップチップ実装されたマイクロ波、ミリ波帯の
高周波電力増幅器に関する半導体装置を安価に提供する
ことにある。
特性から来る小型化を維持するときは放熱特性が不足す
るという課題・問題点を解決し、集積回路チップの高集
積化、高密度化、大電力化に伴う発熱密度の増加に対応
可能な放熱構造を有する半導体装置、特に集積回路チッ
プがフリップチップ実装されたマイクロ波、ミリ波帯の
高周波電力増幅器に関する半導体装置を安価に提供する
ことにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
装置は、少なくとも１つの集積回路チップがフリップチ
ップ実装された回路基板と、その回路基板と組み合わせ
て前記集積回路チップを外部環境から遮断する封止キャ
ップを有する半導体装置において、放熱装置と、前記回
路基板と前記放熱装置との間に設置された吸熱装置を有
するものである。
装置は、少なくとも１つの集積回路チップがフリップチ
ップ実装された回路基板と、その回路基板と組み合わせ
て前記集積回路チップを外部環境から遮断する封止キャ
ップを有する半導体装置において、放熱装置と、前記回
路基板と前記放熱装置との間に設置された吸熱装置を有
するものである。
【００１０】第２の発明に係る半導体装置は、少なくと
も１つの集積回路チップがフリップチップ実装された回
路基板と、その回路基板と組み合わせて前記集積回路チ
ップを外部環境から遮断する封止キャップを有する半導
体装置において、放熱装置と、前記封止キャップと前記
放熱装置との間に設置された吸熱装置を有するものであ
る。
も１つの集積回路チップがフリップチップ実装された回
路基板と、その回路基板と組み合わせて前記集積回路チ
ップを外部環境から遮断する封止キャップを有する半導
体装置において、放熱装置と、前記封止キャップと前記
放熱装置との間に設置された吸熱装置を有するものであ
る。
【００１１】第３の発明に係る半導体装置は、第１の発
明または第２の発明において、前記集積回路チップは、
高周波電力増幅器半導体集積回路チップであるものとす
る。
明または第２の発明において、前記集積回路チップは、
高周波電力増幅器半導体集積回路チップであるものとす
る。
【００１２】第４の発明に係る発明は、第１の発明、第
２の発明、または第３の発明のいずれかにおいて、前記
吸熱装置は、ペルチエ素子であるものとする。
２の発明、または第３の発明のいずれかにおいて、前記
吸熱装置は、ペルチエ素子であるものとする。
【００１３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１に第１の発明
に係る半導体装置の例を断面図で示す。図１では、図３
の従来例と同じ構成要素には同じ符号を付した。図１に
おいて、例えば高周波大電力増幅器の半導体チップであ
って、その高周波特性上できるだけ小型化した集積回路
チップ１があり、その高周波大電力増幅動作による発熱
を発熱源２で示してある。集積回路チップは電気信号伝
達のための信号バンプ３と、集積回路チップ１内の発熱
源２からの放熱のためのみに設けられたサーマルバンプ
４を有している。回路基板５には集積回路チップ等が例
えばハンダリフロー法などによってフリップチップ実装
される。回路基板５には、放熱のためのみのサーマルビ
ア６が設けられている。集積回路チップ１の劣化を防ぐ
等のために気密封止する封止キャップ７が回路基板５に
組み合わせて取り付けられている。吸熱装置１０は、例
えば電子吸熱素子、特にペルチエ素子を内蔵したペルチ
ェ素子ケースなどがその例であって、図１には明示され
ていないが、端子間に制御された電流を流すための２つ
の端子を有している。この制御された電流のための制御
装置、必要な場合には集積回路チップ等の温度検出器等
については図示を省略してある。また吸熱装置１０は回
路基板５と放熱装置１１の間に配設されていて、少なく
とも２つの面を有し、その１つの面は回路基板５に、一
方の面は放熱装置１１に対向しており、それぞれ回路基
板、放熱装置１１に密着して設けられている。放熱装置
１１は例えば放熱フィンを有するアルミ材からなるもの
であって、最終的に液体または気体のヒートシンク部９
に至る。すなわち実施の形態１では、集積回路チップ
１、回路基板５、吸熱装置１０、放熱装置１１の順に配
設されている。
に係る半導体装置の例を断面図で示す。図１では、図３
の従来例と同じ構成要素には同じ符号を付した。図１に
おいて、例えば高周波大電力増幅器の半導体チップであ
って、その高周波特性上できるだけ小型化した集積回路
チップ１があり、その高周波大電力増幅動作による発熱
を発熱源２で示してある。集積回路チップは電気信号伝
達のための信号バンプ３と、集積回路チップ１内の発熱
源２からの放熱のためのみに設けられたサーマルバンプ
４を有している。回路基板５には集積回路チップ等が例
えばハンダリフロー法などによってフリップチップ実装
される。回路基板５には、放熱のためのみのサーマルビ
ア６が設けられている。集積回路チップ１の劣化を防ぐ
等のために気密封止する封止キャップ７が回路基板５に
組み合わせて取り付けられている。吸熱装置１０は、例
えば電子吸熱素子、特にペルチエ素子を内蔵したペルチ
ェ素子ケースなどがその例であって、図１には明示され
ていないが、端子間に制御された電流を流すための２つ
の端子を有している。この制御された電流のための制御
装置、必要な場合には集積回路チップ等の温度検出器等
については図示を省略してある。また吸熱装置１０は回
路基板５と放熱装置１１の間に配設されていて、少なく
とも２つの面を有し、その１つの面は回路基板５に、一
方の面は放熱装置１１に対向しており、それぞれ回路基
板、放熱装置１１に密着して設けられている。放熱装置
１１は例えば放熱フィンを有するアルミ材からなるもの
であって、最終的に液体または気体のヒートシンク部９
に至る。すなわち実施の形態１では、集積回路チップ
１、回路基板５、吸熱装置１０、放熱装置１１の順に配
設されている。
【００１４】次に動作について説明する。集積回路チッ
プ１が高周波大電力動作することにより、発熱源２から
熱が発生し、その熱は集積回路チップ１内を伝わり、信
号バンプ３、放熱のためのみに設けられたサーマルバン
プ４を経由して回路基板５に伝わる。回路基板５に伝わ
った熱は、一部は回路基板内を伝播するが、残りは放熱
のためのみに設けたサーマルビア６などを経由して吸熱
装置１０に伝わる。吸熱装置１０は、図示されていない
制御装置からの指示を受けた制御された電流を、図示さ
れていない２つの端子によって内部の例えばペルチェ素
子に供給することで、例えば集積回路チップ１の発熱源
２からの発熱量の増加が大きいときは、その電流の流れ
る方向が吸熱装置１０における前記２つの面のうち回路
基板５に対向する面について吸熱方向にしてその電流量
をコントロールし、回路基板５から伝わってきた熱の吸
熱量を大きくする。その後例えば放熱効果を高めるため
に設けた放熱フィン付きのアルミ材の放熱装置１１に放
熱する。つぎに放熱装置１１に伝わった熱は、最終的に
液体または空気であるヒートシンク部９に伝わる。
プ１が高周波大電力動作することにより、発熱源２から
熱が発生し、その熱は集積回路チップ１内を伝わり、信
号バンプ３、放熱のためのみに設けられたサーマルバン
プ４を経由して回路基板５に伝わる。回路基板５に伝わ
った熱は、一部は回路基板内を伝播するが、残りは放熱
のためのみに設けたサーマルビア６などを経由して吸熱
装置１０に伝わる。吸熱装置１０は、図示されていない
制御装置からの指示を受けた制御された電流を、図示さ
れていない２つの端子によって内部の例えばペルチェ素
子に供給することで、例えば集積回路チップ１の発熱源
２からの発熱量の増加が大きいときは、その電流の流れ
る方向が吸熱装置１０における前記２つの面のうち回路
基板５に対向する面について吸熱方向にしてその電流量
をコントロールし、回路基板５から伝わってきた熱の吸
熱量を大きくする。その後例えば放熱効果を高めるため
に設けた放熱フィン付きのアルミ材の放熱装置１１に放
熱する。つぎに放熱装置１１に伝わった熱は、最終的に
液体または空気であるヒートシンク部９に伝わる。
【００１５】実施の形態２．図２に第２の発明に係る半
導体装置の例を断面図で示す。図２では、図３の従来
例、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付
した。図２において、例えば高周波大電力増幅器の半導
体チップであって、その高周波特性上できるだけ小型化
した集積回路チップ１があり、その高周波大電力増幅動
作による発熱を発熱源２で示してある。集積回路チップ
１は電気信号伝達のための信号バンプ３を有していて、
集積回路チップ１内の発熱源２からの放熱のためのみに
設けられたサーマルバンプを必ずしも必要としない。回
路基板５には集積回路チップ等が例えばハンダリフロー
法などによってフリップチップ実装される。回路基板５
においては、放熱のためのみのサーマルビアは必ずしも
必要でない。集積回路チップ１の劣化を防ぐ等のために
気密封止する封止キャップ７が回路基板５に組み合わせ
て取り付けられている。パッケージケース８は回路基板
１の強度等の必要がある場合に設けられる。吸熱装置１
０は、例えば電子吸熱素子、特にペルチエ素子を、例え
ばアルミ材や熱伝導性の良いセラミック材等により内蔵
したペルチェ素子ケースなどがその例であって、図２に
は明示されていないが、端子間に制御された電流を流す
ための２つの端子を有している。この制御された電流の
ための制御装置、必要な場合には集積回路チップ等の温
度検出器等については図示を省略してある。また吸熱装
置１０は封止キャップ７と放熱装置１１の間に配設され
ていて、少なくとも２つの面を有し、その１つの面は回
路基板５に、一方の面は封止キャップ７に対向してお
り、それぞれ回路基板、封止キャップ７に密着して設け
られている。また集積回路チップ１のフリップチップを
有していない面、すなわち背面は、伝熱シート１２を介
して封止キャップ７と密接している。放熱装置１１は例
えば放熱フィンを有するアルミ材からなるものであっ
て、最終的に液体または気体のヒートシンク部９に至
る。したがって、実施の形態２では、パッケージケース
８、回路基板５、集積回路チップ１、伝熱シート１２、
封止キャップ７、吸熱装置１０、放熱装置１１の順に配
設されている。
導体装置の例を断面図で示す。図２では、図３の従来
例、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付
した。図２において、例えば高周波大電力増幅器の半導
体チップであって、その高周波特性上できるだけ小型化
した集積回路チップ１があり、その高周波大電力増幅動
作による発熱を発熱源２で示してある。集積回路チップ
１は電気信号伝達のための信号バンプ３を有していて、
集積回路チップ１内の発熱源２からの放熱のためのみに
設けられたサーマルバンプを必ずしも必要としない。回
路基板５には集積回路チップ等が例えばハンダリフロー
法などによってフリップチップ実装される。回路基板５
においては、放熱のためのみのサーマルビアは必ずしも
必要でない。集積回路チップ１の劣化を防ぐ等のために
気密封止する封止キャップ７が回路基板５に組み合わせ
て取り付けられている。パッケージケース８は回路基板
１の強度等の必要がある場合に設けられる。吸熱装置１
０は、例えば電子吸熱素子、特にペルチエ素子を、例え
ばアルミ材や熱伝導性の良いセラミック材等により内蔵
したペルチェ素子ケースなどがその例であって、図２に
は明示されていないが、端子間に制御された電流を流す
ための２つの端子を有している。この制御された電流の
ための制御装置、必要な場合には集積回路チップ等の温
度検出器等については図示を省略してある。また吸熱装
置１０は封止キャップ７と放熱装置１１の間に配設され
ていて、少なくとも２つの面を有し、その１つの面は回
路基板５に、一方の面は封止キャップ７に対向してお
り、それぞれ回路基板、封止キャップ７に密着して設け
られている。また集積回路チップ１のフリップチップを
有していない面、すなわち背面は、伝熱シート１２を介
して封止キャップ７と密接している。放熱装置１１は例
えば放熱フィンを有するアルミ材からなるものであっ
て、最終的に液体または気体のヒートシンク部９に至
る。したがって、実施の形態２では、パッケージケース
８、回路基板５、集積回路チップ１、伝熱シート１２、
封止キャップ７、吸熱装置１０、放熱装置１１の順に配
設されている。
【００１６】次に動作について説明する。集積回路チッ
プ１が動作することにより、発熱源２から熱が発生し、
その熱は集積回路チップ１内を伝わり、一部は信号バン
プ３を経由して回路基板５に伝わるが、大部分は集積回
路チップの前記背面より伝熱シート１２を介して封止キ
ャップ７に伝わる。封止キャップ７に伝わった熱は、吸
熱装置１０に伝わる。吸熱装置１０は、図示されていな
い制御装置からの指示を受けた制御された電流を、図示
されていない２つの端子によって内部の例えばペルチェ
素子に供給することで、例えば集積回路チップ１の発熱
源２からの発熱量の増加が大きいときは、その電流の流
れる方向が吸熱装置１０における前記２つの面のうち封
止キャップ７に対向する面について吸熱方向にしてその
電流量をコントロールし、封止キャップ７から伝わって
きた熱の吸熱量を大きくする。その後例えば放熱効果を
高めるために設けた放熱フィン付きのアルミ材の放熱装
置１１に放熱する。つぎに放熱装置１１に伝わった熱
は、最終的に液体または空気であるヒートシンク部９に
伝わる。
プ１が動作することにより、発熱源２から熱が発生し、
その熱は集積回路チップ１内を伝わり、一部は信号バン
プ３を経由して回路基板５に伝わるが、大部分は集積回
路チップの前記背面より伝熱シート１２を介して封止キ
ャップ７に伝わる。封止キャップ７に伝わった熱は、吸
熱装置１０に伝わる。吸熱装置１０は、図示されていな
い制御装置からの指示を受けた制御された電流を、図示
されていない２つの端子によって内部の例えばペルチェ
素子に供給することで、例えば集積回路チップ１の発熱
源２からの発熱量の増加が大きいときは、その電流の流
れる方向が吸熱装置１０における前記２つの面のうち封
止キャップ７に対向する面について吸熱方向にしてその
電流量をコントロールし、封止キャップ７から伝わって
きた熱の吸熱量を大きくする。その後例えば放熱効果を
高めるために設けた放熱フィン付きのアルミ材の放熱装
置１１に放熱する。つぎに放熱装置１１に伝わった熱
は、最終的に液体または空気であるヒートシンク部９に
伝わる。
【００１７】発明の実施の形態は、例えば、高周波大電
力増幅器の半導体チップについて説明したが、高周波
化、高集積化、大電力化が進展し、微細化・高速化の進
展に低電力化が追随しきれない集積回路チップ全般につ
いても同様に有効にかつ容易に実施することができる。
また、ペルチェ素子を例として説明したが、それ以外の
電子吸熱素子等の小型吸熱素子を用いることもできる。
吸熱装置の制御は、フイードバック制御のほか、集積回
路チップの動作領域が予め定められている場合等には、
ある所定値に設定するオープンループも用いることがで
きる。
力増幅器の半導体チップについて説明したが、高周波
化、高集積化、大電力化が進展し、微細化・高速化の進
展に低電力化が追随しきれない集積回路チップ全般につ
いても同様に有効にかつ容易に実施することができる。
また、ペルチェ素子を例として説明したが、それ以外の
電子吸熱素子等の小型吸熱素子を用いることもできる。
吸熱装置の制御は、フイードバック制御のほか、集積回
路チップの動作領域が予め定められている場合等には、
ある所定値に設定するオープンループも用いることがで
きる。
【００１８】
【発明の効果】第１の発明においては、吸熱装置を回路
基板と放熱装置の間に装着したので、小型化が進んで十
分な吸熱面積を確保することが不可能な集積回路チップ
に代わって、十分な吸熱面積を回路基板から確保でき、
また吸熱装置の吸熱量を制御することで、十分な放熱特
性が確保できる。これにより集積回路チップの動作温度
範囲において所期の特性が発揮でき、素子の劣化、破壊
に至ることが無い。
基板と放熱装置の間に装着したので、小型化が進んで十
分な吸熱面積を確保することが不可能な集積回路チップ
に代わって、十分な吸熱面積を回路基板から確保でき、
また吸熱装置の吸熱量を制御することで、十分な放熱特
性が確保できる。これにより集積回路チップの動作温度
範囲において所期の特性が発揮でき、素子の劣化、破壊
に至ることが無い。
【００１９】また十分な放熱特性が確保できるので、従
来必要であった放熱のためのみのサーマルバンプ、サー
マルビアの数を減らすことができ、さらに高価な高熱伝
導率、例えば１００Ｗ／ｍ＊Ｋの特性を有する材料の回
路基板を用いること無く、一般的で安価な材料の回路基
板を採用することができ、安価な半導体装置を提供でき
る。
来必要であった放熱のためのみのサーマルバンプ、サー
マルビアの数を減らすことができ、さらに高価な高熱伝
導率、例えば１００Ｗ／ｍ＊Ｋの特性を有する材料の回
路基板を用いること無く、一般的で安価な材料の回路基
板を採用することができ、安価な半導体装置を提供でき
る。
【００２０】第２の発明においては、吸熱装置を封止キ
ャップと放熱装置の間に装着し、集積回路チップは伝熱
シートを介して封止キャップに密接して配設したので、
小型化が進んで十分な吸熱面積を確保することが不可能
な集積回路チップに代わって、十分な吸熱面積を封止キ
ャップから確保でき、また吸熱装置の吸熱量を制御する
ことで、十分な放熱特性が確保できる。これにより集積
回路チップの動作温度範囲において所期の特性が発揮で
き、素子の劣化、破壊に至ることが無い。
ャップと放熱装置の間に装着し、集積回路チップは伝熱
シートを介して封止キャップに密接して配設したので、
小型化が進んで十分な吸熱面積を確保することが不可能
な集積回路チップに代わって、十分な吸熱面積を封止キ
ャップから確保でき、また吸熱装置の吸熱量を制御する
ことで、十分な放熱特性が確保できる。これにより集積
回路チップの動作温度範囲において所期の特性が発揮で
き、素子の劣化、破壊に至ることが無い。
【００２１】また第１の発明より更に十分な放熱特性が
確保できるので、従来必要であった放熱のためのみのサ
ーマルバンプ、サーマルビアを不要とすることができ
る。さらに高価な高熱伝導率、例えば１００Ｗ／ｍ＊Ｋ
の特性を有する材料の回路基板を用いること無く、一般
的で安価な材料の回路基板を採用することができ、安価
な半導体装置を提供できる。
確保できるので、従来必要であった放熱のためのみのサ
ーマルバンプ、サーマルビアを不要とすることができ
る。さらに高価な高熱伝導率、例えば１００Ｗ／ｍ＊Ｋ
の特性を有する材料の回路基板を用いること無く、一般
的で安価な材料の回路基板を採用することができ、安価
な半導体装置を提供できる。
【図１】 本発明の実施の形態１についての断面図であ
る。
る。
【図２】 本発明の実施の形態２についての断面図であ
る。
る。
【図３】 従来例におけるフリップチップ実装方法によ
る半導体装置の断面図である。
る半導体装置の断面図である。
１ 集積回路チップ、２ 発熱源、３ 信号バンプ、４
サーマルバンプ、５回路基板、６ サーマルビア、７
封止キャップ、８ パッケージケース、９ヒートシン
ク部、１０ 吸熱装置、１１ 放熱装置、１２ 伝熱シ
ート。
サーマルバンプ、５回路基板、６ サーマルビア、７
封止キャップ、８ パッケージケース、９ヒートシン
ク部、１０ 吸熱装置、１１ 放熱装置、１２ 伝熱シ
ート。
Claims (4)
- 【請求項１】 少なくとも１つの集積回路チップがフリ
ップチップ実装された回路基板と、その回路基板と組み
合わせて前記集積回路チップを外部環境から遮断する封
止キャップを有する半導体装置において、放熱装置と、
前記回路基板と前記放熱装置との間に設置された吸熱装
置を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 少なくとも１つの集積回路チップがフリ
ップチップ実装された回路基板と、その回路基板と組み
合わせて前記集積回路チップを外部環境から遮断する封
止キャップを有する半導体装置において、放熱装置と、
前記封止キャップと前記放熱装置との間に設置された吸
熱装置を有することを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 前記集積回路チップは、高周波電力増幅
器半導体集積回路チップであることを特徴とする請求項
１または２のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前記吸熱装置は、ペルチエ素子であるこ
とを特徴とする請求項１，２または３のいずれかに記載
の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000397227A JP2002198476A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000397227A JP2002198476A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002198476A true JP2002198476A (ja) | 2002-07-12 |
Family
ID=18862381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000397227A Withdrawn JP2002198476A (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002198476A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009231729A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JP2014153587A (ja) * | 2013-02-12 | 2014-08-25 | Ricoh Co Ltd | 回路装置、電子装置及び画像処理装置 |
| JP2014204123A (ja) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | ハーマン ベッカー オートモーティブ システムズ ゲーエムベーハー | 印刷回路基板一体型熱電冷却器／加熱器 |
| JP2016115751A (ja) * | 2014-12-12 | 2016-06-23 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体パッケージ |
| CN113257761A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-08-13 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种倒装焊器件主动式散热结构及互联方法 |
-
2000
- 2000-12-27 JP JP2000397227A patent/JP2002198476A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009231729A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-10-08 | Nec Corp | 半導体装置 |
| JP2014153587A (ja) * | 2013-02-12 | 2014-08-25 | Ricoh Co Ltd | 回路装置、電子装置及び画像処理装置 |
| JP2014204123A (ja) * | 2013-04-09 | 2014-10-27 | ハーマン ベッカー オートモーティブ システムズ ゲーエムベーハー | 印刷回路基板一体型熱電冷却器／加熱器 |
| JP2016115751A (ja) * | 2014-12-12 | 2016-06-23 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 半導体パッケージ |
| US10121721B2 (en) | 2014-12-12 | 2018-11-06 | Lapis Semiconductor Co., Ltd. | Heat dissipation bump electrode for chip on film |
| CN113257761A (zh) * | 2021-02-24 | 2021-08-13 | 北京时代民芯科技有限公司 | 一种倒装焊器件主动式散热结构及互联方法 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20050609 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050927 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20060822 |