JP2008172090A - 半導体素子用パッケージ及び半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】発熱量の多い半導体素子の温度上昇を抑制することができる半導体素子用パッケージを提供する。
【解決手段】半導体素子用パッケージ3の基板31上にダイボンド樹脂2でイメージセンサ1を実装する。イメージセンサ1に生じた熱を吸収し、基板31外へ放出する熱伝導部材4を基板31に埋設する。
【選択図】図1
【解決手段】半導体素子用パッケージ3の基板31上にダイボンド樹脂2でイメージセンサ1を実装する。イメージセンサ1に生じた熱を吸収し、基板31外へ放出する熱伝導部材4を基板31に埋設する。
【選択図】図1
Description
この発明は半導体素子用パッケージ及びそれを備えた半導体装置に関する。
近年、多機能、高性能の電子カメラ、カメラ付き携帯電話等の電子装置が一般に使用されるようになった。これらの電子装置は携帯して使用されるため、小型軽量化が望まれている。そのため、それらの電子装置に搭載される電子部品には限られたスペースに搭載可能なように小型化が要求されている。
この要求に応える従来技術として、複数の半導体素子(半導体チップ)を一つのパッケージに搭載して、パッケージ内の半導体素子の実装密度を高めることができる半導体装置がある。この半導体素子に使用されるパッケージはマルチチップ・パッケージ又はシステム・イン・パッケージ(SIP)等と称されている(例えば特許文献1、2参照)。
特許文献1には2枚の基板の一方の面にそれぞれ多数の半導体素子を固定し、この2枚の基板の他方の面同士を接合する技術が開示され、特許文献2にはインターポーザーの両面にパッケージ化された半導体素子を固定する技術が開示されている。
特開平5−291493号公報(段落0005〜0007、図1参照)
特表2006−502587号公報(段落0013〜0015、図3参照)
特許文献1、2に開示されている技術は半導体素子の高密度化を図るには適している。しかし、高密度に複数の半導体素子をパッケージに実装すると、これらの半導体素子が発生する熱の総量は相当大きなものとなる。
このため、イメージセンサ等のように温度が上昇すると特性が変化する半導体素子では、一つのパッケージに高密度実装して使用するのが困難であった。
この発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その課題は発熱量の多い半導体素子の温度上昇を抑制することができる半導体素子用パッケージを提供することである。
前述の課題を解決するため請求項1の発明の半導体素子用パッケージは、半導体素子が配置されるパッケージ基板と、前記パッケージ基板に設けられ、前記半導体素子に生じた熱の前記パッケージ基板外への移動を促進する熱伝導部材とを備えていることを特徴とする。
請求項2の発明は、請求項1項記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記熱伝導部材は前記半導体素子の発熱量の多い部分と対向していることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1又は2項記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記パッケージ基板は、少なくとも複数の半導体素子が配置され、複数の前記半導体素子のうちの発熱量の多い半導体素子を配置するための第1の領域と、複数の前記半導体素子のうちの発熱量の少ない半導体素子を配置するための第2の領域とを有し、前記熱伝導部材は前記第1の領域側に位置していることを特徴とする。
請求項4の発明は、請求項3記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記第1の領域側に配置された前記発熱量の多い半導体素子の熱が前記第2の領域側に配置された前記発熱量の少ない半導体素子へ伝わるのを妨げる第1の断熱部材が、前記発熱量の少ない半導体素子と対向するように前記パッケージ基板に埋め込まれていることを特徴とする。
請求項5の発明は、請求項3又は4記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記第1の領域側に配置された前記発熱量の多い半導体素子の熱が前記第2の領域側に配置された前記発熱量の少ない半導体素子へ伝わるのを妨げる第2の断熱部材が、前記パッケージ基板の前記第1の領域側部分と前記第2の領域側部分との間に埋め込まれていることを特徴とする。
請求項6の発明は、請求項4記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記第1の領域側に配置された前記発熱量の多い半導体素子の熱が前記第2の領域側に配置された前記発熱量の少ない半導体素子へ伝わるのを妨げる第2の断熱部材が、前記第1の断熱部材を包囲するように前記パッケージ基板に埋め込まれていることを特徴とする。
請求項7の発明は、請求項1〜6のいずれか1項記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記熱伝導部材が前記パッケージ基板に埋め込まれていることを特徴とする。
請求項8の発明は、請求項1〜6のいずれか1項記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記熱伝導部材の一部が前記パッケージ基板の外部へ突出していることを特徴とする。
請求項9の発明は、請求項1〜8のいずれか1項記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記熱伝導部材の熱を前記パッケージ基板の外部へ放出するヒートシンクを備えていることを特徴とする。
請求項10の発明の半導体装置は、請求項1〜9のいずれか1項記載の半導体素子用パッケージを備えていることを特徴とする。
この発明によれば、発熱量の多い半導体素子の温度上昇を抑制することができる。
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1はこの発明の第1実施形態に係る半導体装置を示し、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図である。
図1に示すように、半導体装置5はイメージセンサ(半導体素子)1とダイボンド樹脂2と半導体素子用パッケージ3と熱伝導部材4とを備える。
イメージセンサ1の出力信号は所定の配線、例えばボンディングワイヤ等を介して外部に引き出される。イメージセンサ1の温度が上昇すると、その特性が変化する。
ダイボンド樹脂2はイメージセンサ1を半導体素子用パッケージ3に固定させる。
半導体素子用パッケージ3はセラミックスで形成されているが、半導体素子用パッケージ3の材料はそれに限られるものではなく、プラスチックでもよい。
半導体素子用パッケージ3は基板(パッケージ基板)31と枠体32とを有する。基板31の底面31bには凹部31cが形成されている。
基板31の上面31aにダイボンド樹脂2でイメージセンサ1を実装した後、枠体32の上面に接着剤(図示せず)でガラス板(図示せず)が接着される。これにより、基板31の上面31aと枠体32とで構成されるキャビティティ31dが密閉される。
以上のようにしてイメージセンサ1はキャビティティ31d内に密封されるが、メモリやロジックIC等の他の半導体素子は、樹脂に埋め込まれたり、缶シールされたりする。
熱伝導部材4は金属板であり、半導体素子用パッケージ3の凹部31c内に固定されている。熱伝導部材4の熱伝導率は半導体素子用パッケージ3の材料のセラミックスの熱伝導率よりも高い。
第1の実施形態では、熱伝導率の良い熱伝導部材4が半導体素子用パッケージ3内に埋め込まれているので、イメージセンサ1に生じた熱の半導体素子用パッケージ3外への移動が促進される。その結果、発熱によるイメージセンサ1の性能の低下を抑制することができる。
図2はこの発明の第2実施形態に係る半導体装置を示し、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図である。
上述の第1実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第1実施形態の半導体装置5では、熱伝導部材4は基板31の凹部31cに配置されているが、第2実施形態の半導体装置205では、熱伝導部材204は半導体素子用パッケージ203の基板231に埋設されている。また、基板231の底面31bには接着剤6で放熱板7が取り付けられている。放熱板7は熱伝導部材204を介してイメージセンサ1と対向する。放熱板7を熱伝導部材204に一体化してもよい。
この実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、放熱板7によってより効率よくイメージセンサ1の熱を外部へ放出することができる。
図3はこの発明の第3実施形態に係る半導体装置を示し、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図である。
上述の第1実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第1実施形態の半導体装置5では、熱伝導部材1は半導体素子用パッケージ3の基板31の凹部31cに固定されているが、第3実施形態の半導体装置305では、熱伝導部材304は半導体素子用パッケージ303の基板331に形成された孔331g内に固定されている。熱伝導部材304の上面304aにはイメージセンサ1がダイボンド樹脂2で接着されている。熱伝導部材304の下面304bには放熱板7が接着剤6で接着されている。
上述のように発熱源であるイメージセンサ1と放熱板7とが直接熱伝導部材304に接着されているので、この第3実施形態によれば、第1実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、より放熱性を向上させることができる。
第3実施形態では熱伝導部材304の上面304aが基板331の上面31aから突出し、下面304bが基板331の底面31bから突出しているが、熱伝導部材304の上面304aと下面304bとのいずれか一方だけを突出させ、イメージセンサ1と放熱板7とのいずれか一方だけを直接熱伝導部材304に接着するようにしてもよい。また、放熱板7は必ずしも設ける必要はない。
なお、放熱板7は放熱性を向上させるものであるが、放熱板7がなくとも従来技術に較べて高い放熱性を期待できるので、必ずしも不可避な部品ではない。
図4はこの発明の第4実施形態に係る半導体装置を示し、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図である。
上述の第1実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第4実施形態の半導体装置405では、熱伝導部材404は半導体素子用パッケージ403の基板431に形成された孔431hに挿入され、熱伝導部材404の両端部は半導体素子用パッケージ403の両側面431e,431fから突出している。
上述のように熱伝導部材404の両端部が半導体素子用パッケージ403両側面431e,431fから突出しているので、この実施形態によれば、図2の第2実施形態と同様の作用効果を奏するとともに、より放熱性を向上させることができる。
なお、例えば何等かの理由により、半導体素子用パッケージ403の厚さ方向のスペースを十分に用いることができず、放熱板7を配置できない場合、半導体素子用パッケージ403の側面431e,431fから突出した熱伝導部材404の両端部に放熱板7を取り付けることもできる。
図5はこの発明の第5実施形態に係る半導体装置を示し、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図である。
上述の第1実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第5実施形態は第3実施形態と第4実施形態とを組み合わせたものである。
第5実施形態の半導体装置505の熱伝導部材504は厚肉部504aとその両側面から突出した薄肉部504bとを有する。厚肉部504aの上部は半導体素子用パッケージ503の基板531に形成された孔531gに固定されている。厚肉部504aの上面504cは基板531の上面31aから突出し、厚肉部504aの下面504dは基板531の底面31bから突出している。厚肉部504aの上面504cには直接イメージセンサ1がダイボンド樹脂2で接着され、厚肉部504aの下面504dには直接放熱板7が接着剤6で接着されている。薄肉部504bは基板531の両側部に形成された溝531iに収容され、その先端部は半導体素子用パッケージ503の側面から突出している。
第5実施形態によれば、厚肉部504aに直接イメージセンサ1及び放熱板7が設けられ、しかも薄肉部504bの先端部が半導体素子用パッケージ503の側面から突出するので、第3、第4実施形態よりも放熱性を向上させることができる。
なお、第5実施形態の変形例として、薄肉部504bの先端部に放熱板を取り付けたものが考えられる。この変形例では、イメージセンサ1に生じた熱を更に効率よく放熱することができ、熱による素子特性の劣化を更に抑制することができる。
図6はこの発明の第6実施形態に係る半導体装置を示し、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図である。
上述の第2実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第2実施形態の半導体装置205では、1つの熱伝導部材204が用いられているが、第6実施形態の半導体装置605では、2つの熱伝導部材604A,604Bが用いられている。熱伝導部材604Aはイメージセンサ1の発熱量の多い領域1a(例えば電力消費量が多い部分)に対向している。同様に、熱伝導部材604Bもイメージセンサ1の発熱量の多い領域1bに対向している。
上述のように、イメージセンサ1の発熱量の多い領域1a,1bにだけ熱伝導部材604A,604Bを対向配置したので、例えば半導体素子用パッケージ603がインナーリード(図示せず)とアウターリード(図示せず)とを導通させる配線(図示せず)を有する積層セラミック構造のパッケージである場合、パッケージ内部で配線を引き回せる領域を広げることができるし、スルーホール(図示せず)等を形成できる領域を広げることもできる。
第6実施形態は半導体素子用パッケージ603の内部に配線が形成される高性能なパッケージに最適な構造である。
図7はこの発明の第7実施形態に係る半導体装置を示し、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図である。
第7実施形態の半導体装置705では、第6実施形態の半導体装置605と同様に、熱伝導部材704A,704Bがイメージセンサ1の発熱量の多い領域だけに配置されているが、第6実施形態の半導体装置605と異なり、熱伝導部材704A,704Bの一部分が半導体素子用パッケージ703から突出している。熱伝導部材704Aは半導体素子用パッケージ703の基板731に形成された穴731hに固定され、熱伝導部材704Aの先端部は基板731の側面から突出している。熱伝導部材704Bは厚肉部704Baと薄肉部704Bbとを有する。厚肉部704Baは基板731に形成された孔731gに固定され、厚肉部704Baの上面は基板731の上面31aから突出し、厚肉部704Bbの下面は基板731の底面31bから突出している。厚肉部704Baの上面には直接イメージセンサ1がダイボンド樹脂2で接着され、厚肉部704Baの下面には直接放熱板7が接着剤6で接着されている。薄肉部704Bbは基板731に形成された溝731iに配置されている。薄肉部704Bbの先端部は基板731の側面から突出している。
第7実施形態によれば、例えばイメージセンサ1に2つの発熱部1a,1bがあり、発熱部1bの発熱量が多く、それが発熱部1bに隣接する部分の特性劣化の主原因となっている場合、好適である。イメージセンサ1及び放熱板7に直接接触している熱伝導部材704Bによって発熱部1bで生じる熱を効率良く放熱できるし、熱伝導部材704Aによって発熱部1aで生じる熱を効率良く放熱することができるので、発熱部1bに隣接する部分の特性変化の主原因を除去することができる。第6実施形態と同様にパッケージ内の内部配の線引き回しを行う高性能パッケージに第7実施形態を適用可能であり、パッケージの放熱性と高機能性を両立し、実装された半導体素子の特性の低下を抑制することができる。
図8はこの発明の第8実施形態に係る半導体装置の断面図である。
第8実施形態では、熱による特性劣化が著しいイメージセンサ82と駆動素子81とが平面方向へ配置されている。この実施形態は例えばAFE(AD変換素子)等のように駆動素子81が、消費電力が大きい場合に好適な実施形態である。
半導体装置805の半導体素子用パッケージ803の基板831の上面31aに仕切り33が設けられており、仕切り33によって上面31aが第1の領域831jと第2の領域831kとに仕切られている。第1の領域831jには発熱量の多い駆動素子81が接着剤83で接着され、第2の領域831kには駆動素子81よりも発熱量の少ないイメージセンサ82が接着剤84で接着されている。
基板831の駆動素子81に対向する部分には熱伝導部材804が埋設されている。また、基板831の底面31bには熱伝導部材804に対向するように放熱板7が接着剤6で接着されている。
この第8実施形態によれば、発熱量の多い駆動素子81の直下に熱伝導部材804を配置し、更に熱伝導部材804の直下に放熱板7を配置したので、駆動素子81で生じた熱を効率よく放熱でき、イメージセンサ82への熱の影響を抑制し、イメージセンサ82の特性劣化を抑えることができる。
なお、駆動素子81とイメージセンサ82とを半導体素子用パッケージ801の表面と裏面とに積層する半導体装置に第9実施形態を適用することができる。
図9はこの発明の第9実施形態に係る半導体装置の断面図である。
第8実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第9実施形態の半導体装置905では、半導体素子用パッケージ903の基板931に形成された穴931hに熱伝導部材904を固定してあり、熱伝導部材904の一端部は基板931の側面から突出している。
第9実施形態は第8実施形態と同様の作用効果を奏する。
なお、熱伝導部材904の基板931の側面から突出した部分には放熱板を接着してもよい。
図10はこの発明の第10実施形態に係る半導体装置の断面図である。
第8実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第10実施形態では、半導体装置1005の半導体素子用パッケージ1003の基板1031にイメージセンサ82と対向する空気層(第1の断熱部材)13が形成されている。
第10実施形態は、イメージセンサ82と駆動素子81とが平面方向に配置されており、AFE等のように駆動素子81が、消費電力が大きく、SIP(システムインパッケージ)化されている場合に好適な実施形態である。発熱の量の多い駆動素子81の直下に熱伝導性のよい熱伝導部材804を配置して効率的に放熱し、イメージセンサ82への熱の伝達を抑制し、更に、イメージセンサ82の直下に空気層13を形成することにより、駆動素子81からの熱を空気層13により効果的に遮断するとともに、駆動素子81で生じた熱を効率的に放熱してイメージセンサ82への熱の伝達を抑制し、イメージセンサ82の特性の劣化を抑えることができる。
図11はこの発明の第11実施形態に係る半導体装置の断面図である。
第10実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第11実施形態の半導体装置1105では、半導体素子用パッケージ1103の基板1131に形成された穴1131hに熱伝導部材1104を固定してあり、熱伝導部材1104の一端部は基板1131の側面から突出している。
第11実施形態は第10実施形態と同様の作用効果を奏する。
なお、熱伝導部材1104の基板1131の側面から突出した部分には放熱板を接着してもよい。
図12はこの発明の第12実施形態に係る半導体装置の断面図である。
第10実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
半導体装置1205の熱伝導部材1204は厚肉部1204aと薄肉部1204bとを有する。厚肉部1204aは半導体素子用パッケージ1203の基板1213に形成された孔1231gに固定されている。厚肉部1204の上面は基板1231の上面31aから突出し、この上面31aには駆動素子81が直接接着剤83で接着されている。厚肉部1204の下面は基板1213の底面31bから突出し、この下面には放熱板7が直接接着剤6で接着されている。薄肉部1204bは基板1231に形成された溝1231iに配置され、その先端部は基板1231の側面から突出している。
第12実施形態は第10実施形態と同様の作用効果を奏する。
なお、この薄肉部1204の先端部には放熱板を接着してもよい。
図13はこの発明の第13実施形態に係る半導体装置を示し、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図である。同図(b)中、枠体32、仕切り33は図示省略されている。
第11実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第13実施形態の半導体装置1305では、半導体素子用パッケージ1303の第1の領域831jから第2の領域831kへの熱の伝導を阻止するために、半導体素子用パッケージ1303の基板1331に空気層13に加えて断熱部材(第2の断熱部材)14が埋設されている。断熱部材14は仕切り33とほぼ平行に配置されている。
第13実施形態では、熱による特性変化が著しいイメージセンサ82と駆動素子81とが平面方向へ配置されている。第13実施形態は、例えばAFE等のように駆動素子81が、消費電力が大きく、SIP化されている場合に好適な実施形態である。発熱量の多い駆動素子81の直下に熱伝導率の良い熱伝導部材1104を配置して効率的に放熱し、イメージセンサ82への熱の伝達を抑制し、更に、駆動素子81とイメージセンサ82との中間部分に断熱部材14を埋設することにより、駆動素子81で生じた熱を効率よく放熱し、更には、駆動素子81で生じた熱を空気層13と断熱部材14とで効率的に遮断し、イメージセンサ82への熱の伝達を抑制し、イメージセンサ82の特性の劣化を更に抑えることが可能となる。
図14はこの発明の第14実施形態に係る半導体装置を示し、同図(a)は断面図、同図(b)は平面図である。
第13実施形態と共通する部分については同一符号を付してその説明を省略する。
第13実施形態の半導体装置1305では、駆動素子81とイメージセンサ82との中間部分に角柱状の断熱部材14を配置したが、第14実施形態では空気層13を取り囲むフレーム状の断熱部材(第2の断熱部材)15が基板1303に埋設されている。
第14実施形態では、断絶部材15が空気層13を取り囲んでいるので、よりイメージセンサ82への熱の伝達を抑制することができる。
1:イメージセンサ(半導体素子)、3、203、303、403、503、603、703、803、903、1003、1103、1203、1303、1403:半導体素子用パッケージ、31、231、331、431、531、631、731、831、931、1031、1131、1231、1331、1431:基板(パッケージ基板)、4、204、304、404、504、604A、604B、704A、704B、804、904、1004、1104、1204、1304:熱伝導部材、5,205,305、405、505、605、705、805、905、1005、1105、1205、1305、1405:半導体装置、13:空気層(第1の断熱部材)、14:断熱部材(第2の断熱部材)、15:断熱部材(第2の断熱部材)、81:駆動素子(発熱量の多い半導体素子)、82:イメージセンサ(発熱量の少ない半導体素子)831j:第1の領域、831k:第2の領域。
Claims (10)
- 半導体素子が配置されるパッケージ基板と、
前記パッケージ基板に設けられ、前記半導体素子に生じた熱の前記パッケージ基板外への移動を促進する熱伝導部材と
を備えていることを特徴とする半導体素子用パッケージ。 - 前記熱伝導部材は前記半導体素子の発熱量の多い部分と対向していることを特徴とする請求項1項記載の半導体素子用パッケージ。
- 前記パッケージ基板は、少なくとも複数の半導体素子が配置され、複数の前記半導体素子のうちの発熱量の多い半導体素子を配置するための第1の領域と、複数の前記半導体素子のうちの発熱量の少ない半導体素子を配置するための第2の領域とを有し、
前記熱伝導部材は前記第1の領域側に位置している
ことを特徴とする請求項1又は2項記載の半導体素子用パッケージ。 - 前記第1の領域側に配置された前記発熱量の多い半導体素子の熱が前記第2の領域側に配置された前記発熱量の少ない半導体素子へ伝わるのを妨げる第1の断熱部材が、前記発熱量の少ない半導体素子と対向するように前記パッケージ基板に埋め込まれていることを特徴とする請求項3記載の半導体素子用パッケージ。
- 前記第1の領域側に配置された前記発熱量の多い半導体素子の熱が前記第2の領域側に配置された前記発熱量の少ない半導体素子へ伝わるのを妨げる第2の断熱部材が、前記パッケージ基板の前記第1の領域側部分と前記第2の領域側部分との間に埋め込まれていることを特徴とする請求項3又は4記載の半導体素子用パッケージ。
- 前記第1の領域側に配置された前記発熱量の多い半導体素子の熱が前記第2の領域側に配置された前記発熱量の少ない半導体素子へ伝わるのを妨げる第2の断熱部材が、前記第1の断熱部材を包囲するように前記パッケージ基板に埋め込まれていることを特徴とする請求項4記載の半導体素子用パッケージ。
- 前記熱伝導部材が前記パッケージ基板に埋め込まれていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の半導体素子用パッケージ。
- 前記熱伝導部材の一部が前記パッケージ基板の外部へ突出していることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の半導体素子用パッケージ。
- 前記熱伝導部材の熱を前記パッケージ基板の外部へ放出するヒートシンクを備えていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載の半導体素子用パッケージ。
- 請求項1〜9のいずれか1項記載の半導体素子用パッケージを備えていることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007004853A JP2008172090A (ja) | 2007-01-12 | 2007-01-12 | 半導体素子用パッケージ及び半導体装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018157041A (ja) * | 2017-03-16 | 2018-10-04 | 日本特殊陶業株式会社 | 多層セラミック配線基板およびその製造方法 |
WO2021241053A1 (ja) * | 2020-05-28 | 2021-12-02 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像装置および電子機器 |
-
2007
- 2007-01-12 JP JP2007004853A patent/JP2008172090A/ja not_active Withdrawn
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