JP2007012962A - 半導体モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップの過熱を防止する半導体モジュールを提供する。
【解決手段】イメージセンサモジュール２は、イメージセンサ用パッケージ４、ＣＣＤイメージセンサ８とから構成される。イメージセンサ用パッケージ４はベース６とガラス板１０とから構成される。ベース６には載置部６ａと囲繞部６ｂとが形成される。ＣＣＤイメージセンサ８は載置部６ａに固着され、受光面８ａは開口を向く。ＣＣＤイメージセンサ８の電極はベース６に形成された配線層１３とボンディングワイヤ１４によって接続される。収容室１２はガラス板１０によって密封される。収容室１２には空気よりも熱伝導率の大きな水素ガスが封入される。イメージセンサ８と収容室１２の内壁との間には水素ガスが介在し、イメージセンサ８で発生した熱は水素ガスに伝導する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体チップを収容した半導体モジュールに関するものである。

デジタルカメラやカメラ付き携帯電話等の撮影装置にはイメージセンサが備えられており、イメージセンサはその受光面に塵や埃が付着しないようにパッケージによって覆われてモジュール化された状態で装置内に組み込まれる。イメージセンサを覆うパッケージはプラスチック製、金属製、セラミック製などが多種多様であり、近年はコストの低さや加工の容易さからプラスチック製のパッケージが用いられることが多くなっている。

イメージセンサを収容するパッケージには、イメージセンサが収容される開口した収容室が形成されており、収容室内の底部には受光面を開口に向けてイメージセンサが固着される。収容室の開口は光を透過させる透光部材によって覆われ、開口の縁と透光部材とは例えばエポキシ樹脂等の接着剤によって接着される。これによって収容室は密封されて収容室内に塵や埃が侵入しないようにされ、ハイレベルな画像の取得が可能なイメージセンサモジュールが提供されていた。
特開２０００−７７５８０号公報

ところで、一般にイメージセンサ等の半導体チップは温度の影響により、特性、性能が変化し、この特性や性能の変化が半導体チップを搭載した装置の性能などに影響してしまうため、温度による性能や特性の変化を抑える方法が求められていた。このような事情から特許文献１では、半導体チップと、半導体チップ全体を冷却する冷却する冷却素子と、半導体チップを加熱する第１、第２の加熱手段と、半導体チップの温度を検出する温度検出手段とが設けられた装置が示されている。この装置では冷却手段または第１の加熱手段を用いて半導体チップを目標とする温度よりもわずかに低い温度に設定した後、第２の過熱手段で半導体チップを加熱して半導体チップを目標とする温度に一致させている。

しかしながら、上記のような方法では、半導体チップの温度を制御するために、装置内に加熱手段、冷却手段、及び加熱手段と冷却手段とを制御する制御手段等を設けなければならず、このため大きく重い装置になってしまう可能性が高い。

また、イメージセンサ等の半導体チップをパッケージ内に収めた半導体モジュールでは、半導体チップとパッケージの内壁との間に断熱性の高い空気が介在し、半導体チップからうまく熱が放出されないことがあった。半導体チップから熱が放出されないと半導体チップが過熱してしまい、半導体チップが故障してしまうことがある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便な構造をとることによって半導体チップの過熱を防止する半導体モジュールを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の半導体モジュールでは、半導体チップと、半導体チップを収容するパッケージとを有し、パッケージ内に空気よりも熱伝導率の大きな気体を封入することを特徴とする。

また、パッケージ内に水素ガスを封入したことを特徴とする。

また、パッケージには光を透過させる透光部が設けられており、半導体チップは光を受ける受光面が透光部と対面するように前記パッケージ内に収容されるイメージセンサであることを特徴とする。

また、パッケージは、半導体が載置される第１部材と第１部材との間に半導体チップを収容する収容室を形成する第２部材とからなることを特徴とする。

また、パッケージ内に酸素を吸着する酸素吸着物質を設けたことを特徴とする。

また、パッケージ内に窒素を吸着する窒素吸着物質を設けたことを特徴とする。

本発明の半導体モジュールによれば、半導体チップと、半導体チップを収容するパッケージとを有し、パッケージ内に空気よりも熱伝導率の大きな気体を封入することにより、半導体チップで発生した熱が空気よりも熱伝導率の大きな気体に伝導され、これによって半導体チップの過熱を防止することができる。

また、パッケージ内に水素ガスを封入したことにより、半導体チップで発生した熱が空気よりもはるかに熱伝導率の大きな水素ガスに伝導され、半導体チップの外に効率良く熱を伝導することができ、半導体チップの過熱を防止することができる。

また、パッケージには光を透過させる透光部が設けられており、半導体チップは光を受ける受光面が透光部と対面するように前記パッケージ内に収容されるイメージセンサであることにより、イメージセンサで発生した熱が空気よりも熱伝導率の大きな気体に吸収され、これによりイメージセンサの過熱を防止することができる。

また、パッケージは、半導体チップが載置される第１部材と第１部材との間に半導体チップを収容する収容室を形成する第２部材とからなることにより、簡便な構造で半導体チップを密封することができる。

また、パッケージ内に酸素を吸着する酸素吸着物質を設けたことにより、酸素吸着物質にパッケージ内の酸素が吸着され、パッケージ内で熱伝導率の大きな気体が占める割合を高めることができ、より効率良く半導体チップの外に熱を伝導させることができる。

また、パッケージ内に窒素を吸着する窒素吸着物質を設けたことにより、窒素吸着物質にパッケージ内の窒素が吸着され、パッケージ内で熱伝導率の大きな気体が占める割合を高めることができ、より効率良く半導体チップの外に熱を伝導させることができる。

次に本発明の第１実施形態について説明する。図１に示すように、半導体モジュールであるイメージセンサモジュール２は、イメージセンサ用パッケージ４、及びこれに収容される半導体チップであるＣＣＤイメージセンサ８とから構成される。イメージセンサ用パッケージ４は第１部材であるベース６と、このベース６に取り付けられる第２部材であるガラス板１０とから構成される。ガラス板１０は光を透過する透光性材料であるガラスによって構成されている。ベース６は、ＣＣＤイメージセンサ８が載置される載置部６ａ及び載置部６ａに載置されたＣＣＤイメージセンサ８を囲むように形成された囲繞部６ｂとを有する。載置部６ａ及び囲繞部６ｂとによって形成される収容室１２内にＣＣＤイメージセンサ８が収容されると、イメージセンサ８上に形成された受光面８ａはガラス板１０と対向する。後述するが、ガラス板１０は開口６ｃを覆うようにベース６に接着剤によって気密に接合される。なお、ベース６は、エポキシ樹脂、もしくはポリイミド樹脂等のプラスチック樹脂によって形成されている。

図２に示すように、ＣＣＤイメージセンサ８は受光面８ａを有し、受光面８ａはガラス板１０と対面する。図示しないが、受光面８ａの周囲には、受光面８ａが受けた光に応じて生成された電気信号を出力するための電極が複数配列されている。ベース６には配線層１３が形成されており、ＣＣＤイメージセンサ８の電極と配線層１３とがボンディングワイヤ１４を介して接続される。配線層１３はベース６の表面に形成され、これによってＣＣＤイメージセンサ８から出力された信号を外部の電子回路、例えばＣＣＤイメージセンサ８からの信号を処理する信号処理回路等に送出することができる。

載置部６ａにＣＣＤイメージセンサ８が固着され、ＣＣＤイメージセンサ８の電極が配線層１３と接続された後、ガラス板１０がベース８の囲繞部６ｂに接着剤１８によって接着される。接着剤１８は開口６ｃの縁に層設され、ガラス板１０の接着後、収容室１２は気密に保持される。ガラス板１０が囲繞部６ｂに接着剤１８を介して接着されるとき、載置部６ａ、囲繞部６ｂ、ガラス板１０とによって囲まれた収容室１２には水素ガスが封入される。これにより、ＣＣＤイメージセンサ８で発生した熱が水素ガスに伝導され、ＣＣＤイメージセンサ８の外部に熱を放出させることができる。水素ガスは空気よりも熱伝導率が大きくこのため、収容室１２内に空気を封入したときよりも効率良くＣＣＤイメージセンサ８から熱を放出させることができる。なお、ベース６を構成する材料に熱伝導性に優れた材料を用いることにより、ベース６を介してイメージセンサモジュール２の外部に効率良く熱を排出することができる。

本発明の作用について説明する。収容室１２内にＣＣＤイメージセンサ８が収容され、ＣＣＤイメージセンサ８の電極とベース６の配線層１３とがボンディングワイヤ１４によって接続された後、ガラス板１０がベース６に接着される。このとき、載置部６ａ、囲繞部６ｂ、ガラス板１０とからなる収容室１２には水素ガスが封入される。収容室１２内に水素ガスが封入されると、ＣＣＤイメージセンサ８のまわりに水素ガスが満たされるため、ＣＣＤイメージセンサ８で発生する熱が水素ガスに効率よく伝導され、ＣＣＤイメージセンサ８の過熱が防止される。また、水素ガスは安価であるため、低コストなイメージセンサモジュールの提供が期待できる。

なお、上記の第１実施形態では収容室１２内に水素ガスを封入したが、収容室に封入するガスは水素に限らない。収容室に収容するガスとしては、例えば、ネオンやヘリウムなどでもよい。ネオンやヘリウムなども空気に比べて熱伝導率が大きいため、ＣＣＤイメージセンサで発生した熱がこれらのガスに伝導され、ＣＣＤイメージセンサが過熱することを防ぐことができる。

また、上記の第１実施形態では半導体チップとしてイメージセンサを用いたものを例示したが、パッケージ内に収容される半導体チップはこれに限らない。例えば、収容室内にトランジスタやサイリスタ等の半導体チップを収容して水素ガスを封入してもよい。これによってもトランジスタやサイリスタから熱を効率良く放出させることができ、過熱を防止することができる。

また、上記の第１実施形態では開口した収容室１２がベース６に形成され、開口を覆うようにガラス板１０がベース６に気密に接合されたが、半導体チップを収容する収容室はこの形態に限らない。例えば、板状の基板に半導体チップを載置し、この半導体チップを覆う凹部が形成されたカバーを基板に取り付けて半導体チップを気密に収容しても構わない。

次に本発明の第２実施形態について説明する。図３に示すように、ガラス板１０とベース１２とはガラス系接着剤２４によって接着されている。ＣＣＤイメージセンサ８の周囲には酸素吸着物質としてシリコン２０が設けられ、さらに窒素吸着物質として銅２２が設けられている。シリコン２０及び銅２２は、それぞれ層状に形成され、収容室１２内に露呈されるように囲繞部６ｂの一部に設けられている。収容室１２内に水素が注入され、ガラス板１０とベース６とがガラス系接着剤２４によって接着された後、イメージセンサモジュール２が２７０℃で過熱処理されると、シリコン２０の表面に収容室１２内の空気中の酸素が吸着され、銅２２の表面に収容室１２内の空気中の窒素が吸着される。これによって収容室１２内は、空気が除去されて水素のみが満たされた状態となる。ガラス板１０とベース６とはガラス系接着剤２４によって接着されているためパッケージ１２内の水素は外部に漏れることはない。これにより、イメージセンサ８で発生した熱は周囲の水素に伝達され、イメージセンサ８の外部に効率良く熱が伝導される。

なお、上記の第２実施形態では、酸素吸着物質としてシリコン２０を用い、窒素吸着物質として銅２２を用い、イメージセンサモジュールを２７０℃に加熱させてシリコン及び銅２２に酸素及び窒素を吸着させたが、酸素吸着物質及び窒素吸着物質はこれに限らず、適宜他の物質を用いて構わない。例えば、鉄粉をシートに敷き詰めたものを酸素吸着物質として用いる、あるいは窒素吸着用のゼオライトを窒素吸着物質として用いてもよい。特に、常温で酸素を吸着するような酸素吸着物質や常温で窒素を吸着する窒素吸着物質を用いることで、イメージセンサモジュールを過熱処理する必要がなくなり、イメージセンサの過熱を防止するイメージセンサモジュールをより容易に製造することができる。

また、上記の第２実施形態では、ガラス系接着剤２４を用いてガラス板１０をベース６に接着させたが、ガラス板１０とベース６とを接着させる接着剤はこれに限らす、適宜他のものを用いてよい。即ち、接着剤を構成する高分子が水素分子を通さなければよく、これにより収容室内に水素ガスを封入しておくことができ、イメージセンサの過熱を防止する構造をより長時間にわたって維持することができる。

本発明のイメージセンサモジュールを、構成部品ごとに分解した分解斜視図である。 イメージセンサモジュールをＣＣＤイメージセンサの受光面と垂直な平面で切断した断面図である。 酸素吸着物質及び窒素吸着物質を収容室内に設けたイメージセンサモジュールをＣＣＤイメージセンサの受光面と垂直な平面で切断した断面図である。

符号の説明

２ イメージセンサモジュール（半導体モジュール）
４ イメージセンサ用パッケージ
６ ベース（第１部材）
６ａ 載置部
６ｂ 囲繞部
８ ＣＣＤイメージセンサ（半導体チップ）
１０ ガラス板（第２部材）
１２ 収容室
１４ ボンディングワイヤ
２０ シリコン（酸素吸着物質）
２２ 銅（窒素吸着物質）

Claims (6)

1. 半導体チップと、前記半導体チップを収容するパッケージとを有し、
   前記パッケージ内に空気よりも熱伝導率の大きな気体を封入することを特徴とする半導体モジュール。
2. 前記パッケージ内に水素ガスを封入したことを特徴とする請求項１記載の半導体モジュール。
3. 前記パッケージには光を透過させる透光部が設けられており、
   前記半導体チップは光を受ける受光面が前記透光部と対面するように前記パッケージ内に収容されるイメージセンサであることを特徴とする請求項１または２記載の半導体モジュール。
4. 前記パッケージは、半導体が載置される第１部材と前記第１部材との間に前記半導体チップを収容する収容室を形成する第２部材とからなることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１つ記載の半導体モジュール。
5. 前記パッケージ内に酸素を吸着する酸素吸着物質を設けたことを特徴とする請求項１ないし４いずれか１つ記載の半導体モジュール。
6. 前記パッケージ内に窒素を吸着する窒素吸着物質を設けたことを特徴とする請求項１ないし５いずれか１つ記載の半導体モジュール。
   

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