JPH04123462A - 半導体実装装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体装置に係り、特に固体撮像素子の冷却
構造に関する。

（従来の技術） 半導体装置は、一般に温度変化に対しその素子特性も変
化する。即ち温度上昇により熱雑音が増加し、その素子
の持つ性能が著しく劣化する。

それを防ぐ為には、素子の温度上昇を妨げる様素子を冷
却することが必要となる。従来のこのような構造を持っ
た半導体装置を第６図に示す。固体撮像素子１は、セラ
ミック基板３の開口部に接続された金属板２の上に搭載
され、素子上の電極とセラミック基板に設けられた配線
導体４がワイヤ６によって接続される。金属板には冷却
素子が接続されている。即ち、これはＰ型半導体９の両
面に電極９ａ、９ｂを形成したもので、これによりベル
チェ効果を用いた冷却素子を構成しており、上側の電極
９ａは金属板２に接続され、下側の電極９ｂは放熱板１
２に接続されている。３はセラミック枠体、４は接続配
線、５は外部リード端子、６はワイヤ、７はフレア板（
遮光板）、ＩＯは透光性蓋である。

今、熱の移動に関してみると、電極９ａと９ｂの間に電
圧を印加するとペルチェ効果により、電極９ａとＰ型半
導体９との接合部では吸熱され、電極９ｂとＰ型半導体
９の接合部では放熱される。そのため固体撮像素子１に
より発生した熱は金属板２を通して放熱し得るものであ
る。しかし、固体撮像素子の画素数が増え、動作周波数
が上がり、更に素子の発熱が大きくなるとこのような冷
却方法だけでは不十分である。即ち素子１の中で半導体
素子が形成されているのは上面のごくわずかな深さ部分
であり、この部分で発生した熱はチップの裏面まで伝わ
った後に、金属板２に伝わる。従って、この部分に熱抵
抗が存在し、その部分で発生する温度差が無視出来なく
なっている。発熱量の増大に比例して温度差も大きくな
る。従って、画素数がふえ、動作周波数が上がると発熱
量が増え、チップ表面の温度が上がり、熱雑音が増える
という問題を生じる。一方、冷却素子の能力を更に上げ
るという方法が解決策としては考えられるが、その為の
消費電力が増大し、システム全体の発熱量が増大したり
、又、コストが上がるという問題が残る。

（発明が解決しようとする課題） 以上の様に、固体撮像素子を収納するパッケージの冷却
構造において、チップの裏面から熱を伝え冷却素子に伝
えるような構造ではチップ自体の持っている熱抵抗によ
る温度差が問題となり、チップの発熱量が更に増大した
場合、この分の温度上昇が無視出来ず、熱雑音が発生す
るという課題が生じている。又、冷却素子の能力を高め
ると、冷却の為の消費電力が著しく大きくなってしまう
。

本発明は、この様な課題を解決する半導体装置を提供す
ることを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので１固体撮像素
子を収納するパッケージの蓋体が、前記固体撮像素子の
受光面に接続して設けられた透光性の熱伝導性材料によ
り構成されていることを特徴とする半導体装置を提供す
るものである。

また、本発明は固体撮像素子を収納するパッケージの蓋
体が、裏面に前記固体撮像素子とパッケージ間を接続す
る配線パターンが施された熱伝導性材料よりなり、前記
蓋体には開口部が設けられ、この開口部に窓材が取付け
られていることを特徴とする半導体装置を提供するもの
である。

（作　　用） この様にすることにより、チップ表面で発生した熱が直
接熱伝導材から逃げるために、効率的に素子を冷却する
ことが可能になり、熱雑音等素子の性能劣化を効率的に
抑えることが出来る。

また、発熱に伴う結像面のずれ等も防止することが出来
る。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す断面図である。

例えば、窒化アルミセラミック性（ＡＩＩＮ）の枠体３
の裏側の開口を塞ぐ様に例えばＣｕ−Ｗ　（銅・タング
ステン合金）からなる板状の熱伝導性部材２が設けられ
ている。その熱伝導性部材２のパッケージ内部側の面に
固体撮像素子１が取り付けられている。また、熱伝導性
部材２の固体撮像素子１とは反対側の面にペルチェ効果
を有する冷却素子９が取り付けられている。この冷却素
子９は、Ｐ型半導体の上下両面に電極９ａと９ｂを形成
することにより構成されており、上側の電極９ａは熱伝
導性部材２に取り付けられ、下側の電極９ｂは放熱板１
２に取り付けられている。また素子１の電極と枠体３の
接続配線４は、金属ワイヤー６で接続されている。

接続配線４は夫々、枠体３の側壁に沿って互いに間隔を
置いて配置された外部リード端子５に接続されている。

又、枠体３には、固体撮像素子の受光面への不要な光の
到達を防ぐために、フレア板（金属製の遮光板）７が設
けられている。固体撮機素子１表面には、透光性の良熱
伝導性絶縁材料からなる蓋体８が接し、それが枠体に接
続されている。蓋体８の材料としては高純度の窒化アル
ミニウム（Ａｎ）　Ｎ）やアルミナ（ＡｆＩ２０３）が
用いられる。

ここで冷却素子９の電極９ａからＰ型半導体、電極９ｂ
へと電流を流すと、ベルチェ効果により、電極９ａが吸
熱部、電極９ｂが放熱部となる。これによって熱伝導性
部材２からの熱はこれと接している金属板９ａにおいて
吸収され、金属板９ｂ側より放熱板１２を通して放熱さ
れる。そして、半導体素子表面で発生した熱が、良熱伝
導性部材８から枠体３、熱伝導部材２を通って吸熱板９
ａに流れる。このような構造とすることにより、チップ
表面が直接冷却されるために、素子の性能劣化を効率的
に防ぐことが可能となる。

第２図は第２の実施例を示す断面図である。本実施例で
は第１の実施例において固体撮像するチップ１の表面に
接続された透光性の良熱伝導性材料からなる蓋体８は枠
体３に接続され更に枠体を超えて両側８ａ、８ｂに延長
されている。８ａ、８ｂにはペルチェ冷却素子１１が接
続されている。熱流路として半導体素子１表面で発生し
た熱が蓋体８から吸熱側の電極１１ａに流れる経路が加
わるｌｌｂは放熱側の電極１３は、放熱板である。

第３図は第３の実施例を示す断面図である。本実施例で
は蓋体１４は不明瞭な良熱伝性絶縁材料からなる。そし
て、その下面には配線パターン１５が形成され、固体撮
像素子１の端子と枠体３の配線４とを先の実施例の様な
ワイヤを用いずに相互接続している。これにより素子１
上面から蓋体１４、更に枠体３への放熱路が形成される
。蓋体Ｉ４の材料としては、窒化アルミニウム（Ａｌ１
　Ｎ）やアルミナ（ＡＩＩ２０３）に不純物を入れて不
透明にしたものが用いられる。例えば窒化アルミニウム
の場合はＷ　、　Ｃａ。

とＯの化合物を添加して不透明にする。これにより遮光
板を兼ねている。アルミナの場合はＣｒ又はＴｉを添加
する。蓋体１４には受光面に対応して開口が設けられ、
上面にはガラス窓１Ｂが取付けられている。

第４図は、第３図の蓋体１４を枠体３と同様多層構造に
して間に金属層１７を形成し、スルーホールを介して接
地される配線１５に接続する構造として配線１５のシー
ルドを図ったものである。

また、第３図の変形例として、第２図と同様蓋体１４を
張出させ、冷却素子１１を取付けるようにしてもよい（
第５図）。

尚、第１図、第２図の実施例では蓋体８は素子１の上面
に圧接し、第３図乃至第５図の実施例では蓋体１４はそ
の配線１５を介して素子１の端子に接続されているが、
蓋体８，１４と素子１との間に接着層を介層させてよい
ことは勿論である。

［発明の効果］ 以上述べて来た様に本発明によれば、冷却素子の冷却能
力を半導体素子を冷却することにより効率良く使うこと
ができ、その為に固体撮像素子の性能を向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の実施例を示す断面図、第３図
、第４図、第５図は他の実施例を示す断面図、第６図は
従来例を示す断面図である。図において、 １・・・固体撮像素子、２・・・金属板、３・・・枠体
、４・・・接続配線、５・・・外部リード端子、６・・
・ワイヤ、７・・・フレア板、８，１４・・・蓋体、９
，１１・・・冷却素子、１０・・・透光性窓、１２．１
３・・・放熱板。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）固体撮像素子を収納するパッケージの蓋体が、前
   記固体撮像素子の受光面に接続して設けられた透光性の
   熱伝導性材料により構成されていることを特徴とする半
   導体実装装置。
2. （２）固体撮像素子を吸収するパッケージの蓋体が、裏
   面に前記固体撮像素子とパッケージ間を接続する配線パ
   ターンが施された熱伝導性材料よりなり、前記蓋体には
   開口部が設けられ、この開口部に窓材が取付けられてい
   ることを特徴とする半導体実装装置。
3. （３）前記固体撮像素子の裏面側に冷却素子が取付けら
   れていることを特徴とする請求項（１）又は（２）記載
   の半導体実装装置。
4. （４）前記蓋体の延在部に冷却素子が取付けられている
   ことを特徴とする請求項（１）又は（２）記載の半導体
   実装装置。