JP3449312B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体素子を冷
却する機能を有さない半導体装置に関するものである。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor device without the function of cooling the semiconductor element.
【０００２】[0002]
【従来の技術】昨今、半導体素子を冷却するタイプの半
導体モジュールから半導体素子を冷却しない非冷却タイ
プの半導体モジュールが開発、製品化されてきている。
これは半導体素子の改良により素子自体を冷却しなくて
も所要の特性が得られ、しかも従来のように半導体素子
を冷却するための例えばペルチェ素子と当該ペルチェ素
子の温度制御回路が不要となることから非冷却タイプの
半導体モジュールの製品化が切望されてきている。2. Description of the Related Art Recently, a semiconductor module of a type that cools a semiconductor element and a non-cooling type semiconductor module that does not cool a semiconductor element have been developed and commercialized.
This is because the required characteristics can be obtained without cooling the element itself by improving the semiconductor element, and the conventional Peltier element for cooling the semiconductor element and the temperature control circuit for the Peltier element are not required. Therefore, commercialization of uncooled type semiconductor modules has been earnestly desired.
【０００３】以下、半導体素子が光素子の場合について
説明する。図５（ａ）は従来の非冷却タイプの半導体素
子モジュールの側面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）
の断面図であり、図５（ｃ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’線
断面正面図である。図において、１は電気信号と光信号
の変換を行うための光素子、２は光信号を伝送するため
の光ファイバ、３は上記光素子１と上記光ファイバ２を
光軸調整し固定するためのマウント、４は上記光素子１
を気密封止するためのパッケージ、５は上記光素子１と
上記パッケージ４を電気的に接合するためのワイヤ、６
は上記パッケージ４の外部に設けられ、上記パッケージ
４を半導体素子モジュールの実装面上に設けた導体パタ
ーンと接続するためのリード、７は上記リード６と同一
の機能を有し、かつ外部熱源の近傍に取り付けられるリ
ードである。ここで、上記リード６と上記リード７は同
一の熱伝導率および同一の断面積をもっている。また、
ここで上記ワイヤ５と上記リード６は上記パッケージ４
を介して電気的に接合されている。The case where the semiconductor element is an optical element will be described below. FIG. 5 (a) is a side view of a conventional uncooled type semiconductor element module, and FIG. 5 (b) is FIG. 5 (a).
5 (c) is a sectional front view taken along the line AA ′ of FIG. 5 (a). In the figure, 1 is an optical element for converting an electric signal into an optical signal, 2 is an optical fiber for transmitting an optical signal, 3 is an optical axis for fixing the optical element 1 and the optical fiber 2 and fixing them. Mount 4 is the optical element 1
A package 5 for hermetically sealing the optical element 1 and a wire 6 for electrically connecting the optical element 1 and the package 4 together.
Is a lead provided outside the package 4 for connecting the package 4 to a conductor pattern provided on the mounting surface of the semiconductor element module, and 7 has the same function as the lead 6 and is an external heat source. It is a lead attached in the vicinity. Here, the lead 6 and the lead 7 have the same thermal conductivity and the same cross-sectional area. Also,
Here, the wire 5 and the lead 6 are connected to the package 4
It is electrically connected via.
【０００４】図６（ａ）は従来の半導体素子モジュール
を基板の実装面上に設けた導体パターンを介して基板に
実装した半導体装置を示す側面図であり、図６（ｂ）は
図６（ａ）の上面図であり、図６（ｃ）は図６（ａ）の
正面図である。図において、８は半導体素子モジュール
を実装する基板、９は基板８の実装面上に設けた導体パ
ターン、１０は上記リード７の近傍に取り付けられる外
部熱源である。FIG. 6 (a) is a side view showing a semiconductor device in which a conventional semiconductor element module is mounted on a substrate via a conductor pattern provided on the mounting surface of the substrate, and FIG. 6 (b) is shown in FIG. FIG. 6 (a) is a top view, and FIG. 6 (c) is a front view of FIG. 6 (a). In the figure, 8 is a substrate on which the semiconductor element module is mounted, 9 is a conductor pattern provided on the mounting surface of the substrate 8, and 10 is an external heat source attached near the lead 7.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】従来の非冷却タイプの
半導体素子モジュールおよび半導体装置は以上のように
構成されているため、半導体素子モジュールを基板８の
実装面上に設けた導体パターン９を介して基板８に実装
した際、外部熱源１０からの発熱がリード７、パッケー
ジ４およびマウント３を介して光素子１に伝えられるこ
とで光素子１の温度が上昇し、この温度上昇により電気
・光学特性が変化するという問題があった。また、この
外部熱源１０からの発熱による光素子１の電気・光学特
性の変化を小さくするために、リード６およびリード７
の熱抵抗を大きくすると、光素子１自身からの発熱によ
り光素子１の温度が上昇し、この温度上昇により電気・
光学特性が変化するという問題があった。Since the conventional non-cooling type semiconductor element module and semiconductor device are configured as described above, the semiconductor element module is provided via the conductor pattern 9 provided on the mounting surface of the substrate 8. When mounted on the substrate 8 by means of heat, the heat generated from the external heat source 10 is transmitted to the optical element 1 via the lead 7, the package 4 and the mount 3, and the temperature of the optical element 1 rises. There was a problem that the characteristics changed. Further, in order to reduce the change in the electrical / optical characteristics of the optical element 1 due to the heat generated from the external heat source 10, the lead 6 and the lead 7 are provided.
When the thermal resistance of the optical element 1 is increased, the temperature of the optical element 1 rises due to the heat generated from the optical element 1 itself, and this temperature rise causes the electric
There is a problem that the optical characteristics change.
【０００６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、半導体素子と外部熱源との間の
熱抵抗を大きく、かつ半導体素子と基板との間の熱抵抗
を小さくすることができる。これにより外部熱源からの
発熱による半導体素子の電気・光学特性の変化を小さ
く、かつ半導体素子自身からの発熱による半導体素子自
身の電気・光学特性の変化を小さくすることができる半
導体装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and makes the thermal resistance between the semiconductor element and the external heat source large and the thermal resistance between the semiconductor element and the substrate small. be able to. Semi Thereby it is possible to reduce the heat generation change in electrical and optical characteristics of the semiconductor element itself by heat generated from the change small, and the semiconductor device itself for electrical and optical characteristics of the semiconductor device according to the external heat source
An object is to provide a conductor device .
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】第１の発明による半導体
素子モジュールはパッケージの外部に、熱伝導率の異な
る複数のリードを設けるように構成したものである。The semiconductor device module according to the first invention is configured such that a plurality of leads having different thermal conductivities are provided outside the package.
【０００８】また、第２の発明による半導体装置は第１
の発明による半導体素子モジュールと、実装面上にリー
ド接続用の導体パターンと、外部熱源とを有し、上記リ
ードのうち熱伝導率の小さいリードが、上記外部熱源に
近くなるように上記導体パターンを介して半田付けされ
る基板とを設けるように構成したものである。The semiconductor device according to the second invention is the first device.
A semiconductor element module according to the invention, a conductor pattern for connecting leads on a mounting surface, and an external heat source, wherein the lead having a small thermal conductivity among the leads is arranged so as to be close to the external heat source. And a substrate to be soldered via.
【０００９】第３の発明による半導体素子モジュールは
パッケージの外部に、断面積の異なる複数のリードを設
けるように構成したものである。The semiconductor device module according to the third aspect of the present invention is configured such that a plurality of leads having different cross-sectional areas are provided outside the package.
【００１０】また、第４の発明による半導体装置は第１
の発明による半導体素子モジュールと、実装面上にリー
ド接続用の導体パターンと、外部熱源とを有し、上記リ
ードのうち断面積の小さいリードが、上記外部熱源に近
くなるように上記導体パターンを介して半田付けされる
基板とを設けるように構成したものである。The semiconductor device according to the fourth invention is the first device.
Of the semiconductor element module according to the invention, a conductor pattern for connecting leads on the mounting surface, and an external heat source, and the conductor pattern is arranged so that a lead having a small cross-sectional area among the leads is close to the external heat source. And a board to be soldered through.
【００１１】第５の発明による半導体素子モジュールお
よび半導体装置は第１〜４の発明による半導体素子モジ
ュールに設けたリードが、上記半導体素子と上記外部熱
源との間の熱抵抗を大きく、かつ上記半導体素子と上記
基板との間の熱抵抗を小さくする機能を有するように構
成したものである。In the semiconductor element module and the semiconductor device according to the fifth invention, the leads provided in the semiconductor element module according to the first to fourth invention have a large thermal resistance between the semiconductor element and the external heat source and the semiconductor. It is configured to have a function of reducing thermal resistance between the element and the substrate.
【００１２】また、第６の発明による半導体素子モジュ
ールは半導体素子を光素子で構成したものである。The semiconductor element module according to the sixth aspect of the present invention is a semiconductor element configured by an optical element.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１（ａ）はこの
発明の実施の形態１を示す側面図であり、図１（ｂ）は
図１（ａ）の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）の
Ａ−Ａ’線断面正面図である。図において、１〜６は従
来の半導体素子モジュールおよび半導体装置と同様の構
成になっており、１１は外部熱源の近傍に取り付けら
れ、上記リード６のすべてまたは一部よりも熱伝導率の
小さいリードである。図２（ａ）はこの発明による半導
体素子モジュールを基板の実装面上に設けた導体パター
ンを介して基板に実装した半導体装置を示す側面図であ
り、図２（ｂ）はその上面図であり、図２（ｃ）はその
正面図である。図において、２、４、６および８〜１０
は図６に示した従来の半導体素子モジュールおよび半導
体装置と同様の構成になっており、１１は図１に示した
リード１１と同様のものである。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. 1A is a side view showing Embodiment 1 of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view of FIG. 1A, and FIG. 1C is A of FIG. FIG. 6 is a front view in section taken along the line A-A '. In the figure, 1 to 6 have the same structure as a conventional semiconductor element module and a semiconductor device, and 11 is a lead that is attached in the vicinity of an external heat source and has a smaller thermal conductivity than all or part of the lead 6. Is. 2A is a side view showing a semiconductor device in which the semiconductor element module according to the present invention is mounted on a substrate via a conductor pattern provided on the mounting surface of the substrate, and FIG. 2B is a top view thereof. 2 (c) is a front view thereof. In the figure, 2, 4, 6 and 8-10
Has the same structure as the conventional semiconductor element module and semiconductor device shown in FIG. 6, and 11 is the same as the lead 11 shown in FIG.
【００１４】ここで上記リード６のすべてまたは一部よ
りも上記リード１１の熱伝導率が小さくなるように構成
されているため、光素子１と外部熱源１０との間の熱抵
抗を大きく、かつ光素子１と基板８との間の熱抵抗を小
さくすることができる。Since the lead 11 has a thermal conductivity smaller than that of all or part of the lead 6, the thermal resistance between the optical element 1 and the external heat source 10 is large and The thermal resistance between the optical element 1 and the substrate 8 can be reduced.
【００１５】これにより外部熱源１０からの発熱による
光素子１の電気・光学特性の変化を小さく、かつ光素子
１自身からの発熱による半導体素子自身の電気・光学特
性の変化を小さくすることができる。一般に光素子１を
用いた半導体素子モジュールの場合、光素子１を駆動す
るための電子部品が必要になるが、半導体素子モジュー
ルから電子部品までの距離が大きくなると半導体素子モ
ジュールの電気・光学特性が劣化するため、半導体素子
モジュールの近傍に電子部品が置かれる。This makes it possible to reduce the change in the electrical / optical characteristics of the optical element 1 due to the heat generated from the external heat source 10 and the change in the electrical / optical characteristics of the semiconductor element itself due to the heat generated from the optical element 1 itself. . Generally, in the case of a semiconductor element module using the optical element 1, an electronic component for driving the optical element 1 is required. However, when the distance from the semiconductor element module to the electronic component becomes large, the electrical / optical characteristics of the semiconductor element module are increased. Because of deterioration, electronic components are placed near the semiconductor element module.
【００１６】この電子部品が上記外部熱源１０となる。
また、一般にリード材質としてはＦe-Ｎi系合金または
Ｃｕ基合金が用いられるが、上記リード６に熱伝導率が
大きいＦe-Ｎi系合金を、上記リードｂ１１に熱伝導率
が小さいＣｕ基合金を用いることで、この実施の形態１
の半導体素子モジュールおよび半導体装置を構成するこ
とができる。This electronic component serves as the external heat source 10.
In general, a Fe-Ni based alloy or a Cu-based alloy is used as the lead material. The lead 6 is a Fe-Ni-based alloy having a high thermal conductivity and the lead b11 is a Cu-based alloy having a low thermal conductivity. By using the first embodiment
The semiconductor element module and the semiconductor device can be configured.
【００１７】実施の形態２．図３（ａ）はこの発明の実
施の形態２を示す側面図であり、図３（ｂ）は図３
（ａ）の断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）のＡ−
Ａ’線断面正面図である。図において、１〜６は従来の
半導体素子モジュールおよび半導体装置と同様の構成に
なっており、１２は外部熱源の近傍に取り付けられ、上
記リード６のすべてまたは一部よりも断面積の小さいリ
ードである。図４（ａ）はこの発明による半導体素子モ
ジュールを基板の実装面上に設けた導体パターンを介し
て基板に実装した半導体装置を示す側面図であり、図４
（ｂ）はその上面図であり、図４（ｃ）はその正面図で
ある。図において、２、４、６および８〜１０は図６に
示した従来の半導体素子モジュールおよび半導体装置と
同様の構成になっており、１２は図３に示したリードと
同様のものである。Embodiment 2. 3 (a) is a side view showing Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 3 (b) is FIG.
It is sectional drawing of (a), and FIG.3 (c) is A- of FIG.3 (a).
It is an A'line sectional front view. In the figure, 1 to 6 have the same structure as a conventional semiconductor element module and a semiconductor device, and 12 is a lead which is attached in the vicinity of an external heat source and whose cross-sectional area is smaller than all or part of the lead 6. is there. FIG. 4A is a side view showing a semiconductor device in which the semiconductor element module according to the present invention is mounted on a substrate through a conductor pattern provided on the mounting surface of the substrate.
4B is a top view thereof, and FIG. 4C is a front view thereof. In the figure, 2, 4, 6 and 8 to 10 have the same structure as the conventional semiconductor element module and semiconductor device shown in FIG. 6, and 12 is the same as the lead shown in FIG.
【００１８】ここで上記リード６のすべてまたは一部よ
りも上記リードｃ１２の断面積が小さくなるように構成
されているため、光素子１と外部熱源１０との間の熱抵
抗を大きく、かつ光素子１と基板８との間の熱抵抗を小
さくすることができる。Since the cross-sectional area of the lead c12 is smaller than that of all or part of the lead 6, the thermal resistance between the optical element 1 and the external heat source 10 is large, and The thermal resistance between the element 1 and the substrate 8 can be reduced.
【００１９】これにより外部熱源１０からの発熱による
光素子１の電気・光学特性の変化を小さく、かつ光素子
１自身からの発熱による半導体素子自身の電気・光学特
性の変化を小さくすることができる。This makes it possible to reduce the change in the electric / optical characteristics of the optical element 1 due to the heat generated from the external heat source 10 and the change in the electric / optical characteristics of the semiconductor element itself due to the heat generated from the optical element 1 itself. .
【００２０】実施の形態３．なお、上記実施の形態１ま
たは２では、リード６のすべてまたは一部よりもリード
１１の熱伝導率を小さくする場合（実施の形態１）と、
リード６のすべてまたは一部よりもリード１２の断面積
を小さくする場合（実施の形態２）とについて分けて説
明したが、これらの組み合わせの場合、たとえば、リー
ド６のすべてまたは一部よりもリード１１の熱伝導率と
断面積の両方を小さくするという場合においても同様の
効果が期待できる。Embodiment 3. In the first or second embodiment, the case where the thermal conductivity of the lead 11 is smaller than that of all or part of the lead 6 (first embodiment),
The case where the cross-sectional area of the lead 12 is made smaller than that of all or a part of the lead 6 (Embodiment 2) has been described separately. Similar effects can be expected in the case where both the thermal conductivity and the cross-sectional area of No. 11 are reduced.
【００２１】実施の形態４．なお、上記実施の形態１〜
３では、半導体素子が光素子の場合について説明した
が、たとえば半導体素子をＩＣとした場合においても同
等の効果が期待できる。Fourth Embodiment In addition, the above-described first to first embodiments
In Section 3, the case where the semiconductor element is an optical element has been described, but the same effect can be expected even when the semiconductor element is an IC.
【００２２】[0022]
【発明の効果】この発明によれば、半導体素子と外部熱
源との間の熱抵抗を大きく、かつ半導体素子と基板との
間の熱抵抗を小さくすることができ、これにより外部熱
源からの発熱による半導体素子の電気・光学特性の変化
を小さく、かつ半導体素子自身からの発熱による半導体
素子自身の電気・光学特性の変化を小さくすることがで
きる半導体装置を提供できる効果がある。According to the present invention, the thermal resistance between the semiconductor element and the external heat source can be made large, and the thermal resistance between the semiconductor element and the substrate can be made small. There is an effect that it is possible to provide a semiconductor device that can reduce the change in the electrical / optical characteristics of the semiconductor element itself due to the above, and can reduce the change in the electrical / optical characteristics of the semiconductor element itself due to heat generation from the semiconductor element itself.
【図１】 この発明の実施の形態１による半導体素子モ
ジュールの側面図、側面図の断面図、およびＡ−Ａ’線
断面正面図である。FIG. 1 is a side view of a semiconductor element module according to a first embodiment of the present invention, a sectional view of the side view, and a sectional front view taken along the line AA ′.
【図２】 この発明の実施の形態１による半導体素子モ
ジュールを基板の実装面上に設けた導体パターンを介し
て基板に実装した半導体装置を示す側面図、上面図、お
よび正面図である。FIG. 2 is a side view, a top view, and a front view showing a semiconductor device in which the semiconductor element module according to the first embodiment of the present invention is mounted on a substrate through a conductor pattern provided on the mounting surface of the substrate.
【図３】 この発明の実施の形態２による半導体素子モ
ジュールの側面図、側面図の断面図、およびＡ−Ａ’線
断面正面図である。FIG. 3 is a side view of a semiconductor element module according to a second embodiment of the present invention, a sectional view of the side view, and a sectional front view taken along the line AA ′.
【図４】 この発明の実施の形態２による半導体素子モ
ジュールを基板の実装面上に設けた導体パターンを介し
て基板に実装した半導体装置を示す側面図、上面図、お
よび正面図である。FIG. 4 is a side view, a top view, and a front view showing a semiconductor device in which a semiconductor element module according to a second embodiment of the present invention is mounted on a substrate via a conductor pattern provided on the mounting surface of the substrate.
【図５】 従来の半導体素子モジュールの側面図、側面
図の断面図、およびＡ−Ａ’線断面正面図である。FIG. 5 is a side view of a conventional semiconductor device module, a sectional view of the side view, and a sectional front view taken along the line AA ′.
【図６】 従来の半導体素子モジュールを基板の実装面
上に設けた導体パターンを介して基板に実装した半導体
装置を示す側面図、および正面図である。6A and 6B are a side view and a front view showing a semiconductor device in which a conventional semiconductor element module is mounted on a substrate via a conductor pattern provided on the mounting surface of the substrate.
１ 光素子、２ 光ファイバ、３ マウント、４ パッ
ケージ、５ ワイヤ、６ リード、７ リード、８ 基
板、９ 導体パターン、１０ 外部熱源、１１リード、
１２ リード。1 optical element, 2 optical fiber, 3 mount, 4 package, 5 wire, 6 lead, 7 lead, 8 substrate, 9 conductor pattern, 10 external heat source, 11 lead,
12 leads.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 23/00 - 23/10 H01L 31/02 H01L 31/0232 H01L 33/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 23/00-23/10 H01L 31/02 H01L 31/0232 H01L 33/00
Claims (3)
れる光素子とを有し、光素子を冷却する機能を有さない
半導体素子モジュールにおいて、 上記パッケージの外部に設けられた熱伝導率の異なる複
数のリードと、 実装面上にリード接続用の導体パターンと、上記光素子
を駆動するための電子部品である外部熱源とを有し、上
記リードのうち熱伝導率の小さいリードが、上記外部熱
源に近くなるように上記導体パターンを介して半田付け
された基板と、 を備えたことを特徴とする半導体装置。 1. A semiconductor element module having a package and an optical element arranged in the package, and having no function of cooling the optical element , wherein a plurality of semiconductor elements having different thermal conductivities are provided outside the package. Lead , a conductor pattern for lead connection on the mounting surface, and the optical element
With an external heat source that is an electronic component for driving
Of the leads, the one with the lowest thermal conductivity is
Solder via the above conductor pattern so that it is close to the source
And a substrate that has been processed.
れる光素子とを有し、光素子を冷却する機能を有さない
半導体素子モジュールにおいて、 上記パッケージの外部に設けられた断面積の異なる複数
のリードと、 実装面上にリード接続用の導体パターンと、上記光素子
を駆動するための電子部品である外部熱源とを有し、上
記リードのうち断面積の小さいリードが、上記外部熱源
に近くなるように上記導体パターンを介して半田付けさ
れる基板と、 を備えたことを特徴とする半導体装置。 2. A semiconductor element module having a package and an optical element arranged in the package, which does not have a function of cooling the optical element , wherein a plurality of semiconductor elements having different cross-sectional areas are provided outside the package. The lead , the conductor pattern for connecting the lead on the mounting surface, and the optical element
With an external heat source that is an electronic component for driving
The lead with the smaller cross-sectional area is the above-mentioned external heat source.
Soldered via the conductor pattern so that
The semiconductor device characterized by comprising: a substrate, a being.
との間の熱抵抗を大きく、かつ上記光素子と上記基板と
の間の熱抵抗を小さくする機能を有することを特徴とす
る請求項１又は２記載の半導体装置。 Wherein said lead claims, characterized in that it has a function to reduce the thermal resistance between the heat resistance greatly, and the optical element and the substrate between the optical element and the external heat source The semiconductor device according to 1 or 2 .
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