JP4712948B2

JP4712948B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4712948B2
Application number: JP2000286767A
Authority: JP
Inventors: 和正足立
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JP2002100714A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペルチェ素子モジュールを備えた半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多層基板の上に複数個の半導体集積回路（以下、「ＩＣ」という。）チップを搭載したマルチチップモジュールにおいて、ＩＣの発熱は、特性の劣化や誤作動の原因となるため、放熱する必要がある。その手段として、例えば、放熱フィンが設けられ、冷却ファンにて外気を送りこむといったものや、ペルチェ素子モジュールを備えたものが知られている。ここで、ペルチェ素子は、２種類の金属又は半導体を接続して電流を流すと、その接点でジュール熱以外の熱の発生および吸収が起きる効果（ペルチェ効果）を利用した素子であり、これら素子を直列に多数接続して一つのモジュール（ペルチェ素子モジュール）が形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記手段において、放熱ファンを設けた半導体装置では、冷却ファンに対して、ペルチェ素子モジュールを備えた半導体装置では、そのペルチェ素子モジュールに対して、専用の供給電源が必要となるといった欠点があった。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、専用供給電源を必要としないペルチェ素子モジュールを備えた半導体装置を提供するところにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る半導体装置は、半導体集積回路を実装した回路基板の一面側を覆うようにしてペルチェ素子モジュールを設けた半導体装置であって、半導体集積回路及びペルチェ素子モジュールに給電を行うための複数の外部接続端子が半導体装置から突設して設けられ、ペルチェ素子モジュールには少なくとも正負一対の給電端子が設けられており、半導体集積回路及び給電端子は別々の外部接続端子と接続されており、半導体装置の温度を測定する温度センサと、この温度センサのデータに応じてペルチェ素子モジュールへの給電方向を制御する給電制御回路とが設けられているところに特徴を有する。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の半導体装置において、ペルチェ素子モジュールは、金属基板を備え、この金属基板が接地電位に接続されているところに特徴を有する。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
【０００９】
請求項１の構成によれば、ペルチェ素子モジュールは、半導体装置の外部接続端子から給電端子を介して給電がなされ、上記ペルチェ素子モジュールを構成する各半導体の接合部で熱の発生又は吸収が起こり、半導体集積回路を実装した回路基板を加熱又は冷却することができる。従って、半導体装置の外部接続端子を外部回路に接続することにより、同時にペルチェ素子モジュールに対しても給電がなされるから、ペルチェ素子モジュールのための専用の電力供給ラインを別途設ける必要がない。
【００１０】
また、給電制御回路により、温度センサで測定されたデータに応じて、ペルチェ素子モジュールへの給電方向が制御される。即ち、給電方向を切り替わることによって、各半導体の接合部での吸発熱が切り替わり、回路基板の被覆面において加熱及び冷却も切り替わるので、広範囲の雰囲気温度のもとで半導体装置の温度を所定の温度に制御することができる。
なお、給電制御回路は、給電の方向だけでなくその出力量をも切り替えて、所定温度に制御するものも含まれる。
【００１１】
＜請求項２＞
請求項２の構成によれば、金属基板は接地電位に接続されているから、回路基板の被覆面に搭載された半導体集積回路に対する外部からの高周波ノイズの影響を軽減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した実施形態について図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態の半導体装置１０は、図１に示すように、略正方形状の多層回路基板３０と、その多層回路基板３０の一面側（図１において上面側）を覆うようにして設けられた同じく略正方形状のペルチェ素子モジュール２０とから構成される。
【００１３】
多層回路基板３０は、複数の絶縁性基板と導体層とが積層された多層プリント配線板であり、その表面および内部には所定の配線回路（図示せず）が形成されている。その上面側には、複数のＩＣパッケージ３４と、後述する給電制御回路３５及び温度センサ３６が実装されている。また、同上面側の外周縁には、ペルチェ素子モジュール２０の後述するペルチェ素子給電用ピン２６Ａ，２６Ｂ及びグランド用ピン２６Ｃを接続するための接続ランド３０Ａ，３０Ｂ及び３０Ｃが、対向配置されている。
【００１４】
一方、多層回路基板３０の他面側（図１において下面側）の外周縁には、多層回路基板３０を外部回路（例えば、マザーボード）のＰＧＡソケット（図示せず）に接続するための複数の導電性の外部接続ピン３１（本発明の「外部接続端子」に相当する。）が突出した状態で固着されている。この外部接続ピン３１のうち、例えば一対のピンは、ＩＣパッケージへの給電用端子（以下、「ＩＣ給電用外部接続ピン３１Ａ，３１Ｂ」という）として使用される。
【００１５】
次いで、ペルチェ素子モジュール２０は、上記多層回路基板３０と接合される第１金属基板２１Ａと、その接合される面に対向する面側（図１において上面側）に配列された複数のＮ型半導体２２及びＰ型半導体２３からなる半導体層と、さらにその半導体層の上面に接合された第２金属基板２１Ｂとから構成される。
【００１６】
まず、第１金属基板２１Ａは、その上面側に、シリコンで形成された絶縁層２７が積層されて、さらにその絶縁層２７の表面に銅箔２４が設けられている。その第１金属基板２１Ａの両端には、スルーホールＨ１，Ｈ２が形成されており、その内側壁には、例えば、絶縁性を有したシリコンでコーティングがされている。また、上記銅箔２４は、エッチングすることにより所要パターンが形成されている。そして、その銅箔２４上には、図２に示すように、複数のＮ型半導体２２及びＰ型半導体２３が交互に配列されて半田２５により固着されている。また、第２金属基板２１Ｂの下面側には、第１金属基板２１Ａの上面側と同様に、絶縁層２７が積層され、銅箔２４をエッチングすることにより所要パターンが形成されており、その銅箔２４にＮ型半導体２２及びＰ型半導体２３の上面が半田２５により固着されている。半導体層は、隣合うＮ型半導体２２及びＰ型半導体２３が、その上面及び下面で交互に銅箔２４を介して電気的に直列接続された構成となっている。これにより、例えば、図１において右端のＰ型半導体２３から左端のＮ型半導体２２へと電流を流した場合には、ペルチェ効果により、上面（第２金属基板２１Ｂ側）の銅箔２４では熱の発生が起こり、下面（第１金属基板２１Ａ側）の銅箔２４では熱の吸収が起こる。これに対して、電流方向を逆にすると、熱の吸発熱も逆になる。
【００１７】
さて、第１金属基板２１Ａの両端に形成された前記スルーホールＨ１，Ｈ２には、ペルチェ素子モジュール２０に給電するためのペルチェ素子給電用ピン２６Ａ，２６Ｂ（本発明の給電端子に相当する）がそれぞれ挿通されている。そのペルチェ素子給電用ピン２６Ａ，２６Ｂの基端部は、上記パターンにより形成された接続ランドにより近接したＮ型又はＰ型半導体２２，２３と電気的に接続されている。一方、その先端部は、前記多層回路基板３０上の対向位置に配された前記接続ランド３０Ａ，３０Ｂに半田付けされている。
【００１８】
また、第１金属基板２１Ａを接地電位に接続するためのグランド用ピン２６Ｃは、その基端部が第１金属基板２１Ａに半田付けされる一方、その先端部が、多層回路基板３０上の対向位置に配された前記接続ランド３０Ｃに半田付けされている。
【００１９】
次いで、外部回路に接続した状態での半導体装置１０内のブロック図について説明する。図２において、多層回路基板３０には、ＩＣパッケージ３４、給電制御回路３５及び温度センサ３６が設けられている。ＩＣパッケージ３４は、ＩＣ給電用外部接続ピン３１Ａ，３１Ｂを介して電源４０から給電がなされる。
【００２０】
給電制御回路３５には、外部回路の電源４０とペルチェ素子モジュール２０とが接続されている。即ち、給電制御回路３５は、多層回路基板３０に形成された配線回路を介して、前記接続ランド３０Ａ，３０Ｂ及び外部接続ピン３１のうち、例えば一対のピン３１Ｃ，３１Ｄと電気的に接続されている。従って、半導体装置１０を外部回路のＰＧＡソケットに接続することによって、電源４０からペルチェ素子モジュール２０への給電が可能になる。
【００２１】
また、給電制御回路３５には、多層回路基板３０上面側の温度を測定する温度センサ３６が接続されている。温度センサ３６で測定された温度信号は給電制御回路３５に伝送される。そして、給電制御回路３５において、この温度信号と予め設定してある基準温度信号とを比較して、ペルチェ素子モジュール２０への給電方向を切り替える給電制御が行われる。例えば、基準温度よりも多層回路基板３０の温度が高い場合には、図２において右端のＰ型半導体２３から左端のＮ型半導体２２へと電流を流す（このとき、ペルチェ効果により、金属基板２１Ｂ側の銅箔２４では熱の吸収が起こり）一方、その逆の場合には、電流を逆方向に切り替える（このとき、同銅箔２４では、熱の発生が起こる）。
【００２２】
さらに、グランド用ピン２６Ｃと接続される接続ランド３０Ｃは、多層回路基板３０に形成された配線回路を介して、前記外部接続ピン３１のうち、例えばピン３１Ｆと電気的に接続されている。従って、半導体装置１０を外部回路のＰＧＡソケットに接続することによって、外部回路のグランド層に電気的に接続され、もって第１金属基板２１Ａを接地電位に接続することが可能になる。
【００２３】
以上のように、半導体装置１０において、ペルチェ素子モジュール２０は、多層回路基板３０の外部接続ピン３１のうちピン３１Ｃ，３１Ｄからペルチェ素子給電用ピン２６Ａ，２６Ｂを介して給電がなされる。これにより各半導体２２，２３の接合部である銅箔２４で熱の発生又は吸収が起こり、ＩＣパッケージ３４等を実装した多層回路基板３０を加熱又は冷却することができる。従って、半導体装置１０の外部接続ピン３１を外部回路に接続することにより、同時にペルチェ素子モジュール２０に対しても給電がなされるから、ペルチェ素子モジュール２０のための専用の電力供給ラインを別途設ける必要がない。
【００２４】
また、給電制御回路３５により、温度センサ３６で測定された温度信号に基づいて、ペルチェ素子モジュール２０への給電方向が制御されるから、広範囲の雰囲気温度のもとで半導体装置１０の温度を所定の温度に制御することができる。
【００２５】
さらに、金属基板２１Ｂは、グランド用ピン２６Ｃ及び外部接続ピン３１Ｆを介して外部回路のグランド層に接地されるから、多層回路基板３０上に搭載されたＩＣパッケージ３４等に対する外部からの高周波ノイズの影響を軽減することができる。
【００２６】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態においては、ペルチェ素子モジュール２０への給電は、電源４０から多層回路基板３０の外部接続ピン３１Ｃ，３１Ｄ及びペルチェ素子給電用ピン２６Ａ，２６Ｂを介してなされるとしたが、これに限られず、例えば、ペルチェ素子給電用ピン２６Ａ，２６Ｂを多層回路基板３０の外部接続ピン３１の位置まで延設して、直接給電がなされるものであっても良い。
【００２７】
（２）また、上記実施形態においては、給電端子をペルチェ素子給電用ピン２６Ａ，２６Ｂとしてが、ペルチェ素子モジュール２０へ給電が可能なものであれば、例えばリード線によるものであっても良い。また、上記給電端子は正負一対に限られず、複数の対の端子を設けたものであっても良い。
【００２８】
（３）上記実施形態においては、給電制御回路３５は、ペルチェ素子モジュール２０への電流の方向のみを制御するとしたが、これに限られず、給電する電流量をも制御するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の側面図
【図２】半導体装置のブロック図
【符号の説明】
１０…半導体装置
２０…ペルチェ素子モジュール
２１Ａ，２１Ｂ…金属基板
２６Ａ，２６Ｂ…ペルチェ素子給電用ピン
２６Ｃ…グランド用ピン
３０…多層回路基板
３１…外部接続ピン
３５…給電制御回路
３６…温度センサ

Claims

半導体集積回路を実装した回路基板の一面側を覆うようにしてペルチェ素子モジュールを設けた半導体装置であって、
前記半導体集積回路及び前記ペルチェ素子モジュールに給電を行うための複数の外部接続端子が前記半導体装置から突設して設けられ、
前記ペルチェ素子モジュールには少なくとも正負一対の給電端子が設けられており、
前記半導体集積回路及び前記給電端子は別々の前記外部接続端子と接続されており、
前記半導体装置の温度を測定する温度センサと、この温度センサのデータに応じて前記ペルチェ素子モジュールへの給電方向を制御する給電制御回路とが設けられていることを特徴とする半導体装置。
前記ペルチェ素子モジュールは、金属基板を備え、この金属基板が接地電位に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。