JPH04137658A

JPH04137658A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH04137658A
Application number: JP2257477A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Tsuboi; 義治坪井; Tomoaki Takubo; 知章田窪; Hiroshi Tazawa; 田沢　浩
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-28
Filing date: 1990-09-28
Publication date: 1992-05-12

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、パッケージ内の温度および湿度を調整するこ
とができる半導体装置に関するものである。

（従来の技術）半導体装置は、一般に温度変化に対して、その素子特性
も変化する。すなわち、温度上昇によって熱雑音が増加
し、素子の持つ性能が著しく劣化する。この劣化を防ぐ
ためには、素子を外から冷却することが不可欠の措置で
ある。

第４図を参照して従来の半導体装置の冷却方法について
説明する。同図は固体撮像装置を例にとりその断面図を
示したものである。固体撮像素子１　（以下、チップと
いう）は、アルミナ、ムライトなどのセラミックパッケ
ージに収納されている。

このチップ１は、まず、放熱性の良いアルミや銅などの
高熱伝導材の基板２上に載置される。そして、この基板
２は、アルミナ、ムライトなどのセラミック基板３の開
口部に接続され、チップ１がセラミック基板３内に位置
するように配置する。

セラミック基板３は、たとえば積層法で形成される。積
層法では、セラミックグリーンシート上に、モリブデン
、タングステンなどの金属をペースト状にしてスクリー
ン印刷法を用いてパターンを形成し、このシートを積み
重ねたあと高温で焼結して配線導体４を埋め込んだセラ
ミック基板３を形成する。この配線導体４は、セラミッ
ク基板３の内側では、チップ１と金やアルミなどのボン
ディングワイヤ６を介して電気的に接続され、外側では
、銅などからなる外部リード端子５と電気的に接続され
る。セラミック基板３の表側も開口しており、チップ表
面が露出しているが、たとえば、石英ガラスなどの透光
性蓋８によって気密に封止される。蓋８の裏側にはフレ
ア板７が取付けられており、光の散乱を防止している。

従来の固定撮像装置は、このような構造になっており、
発生した熱を熱伝導性の良い基板２を通して外へ放熱し
ていた。

近年、ＬＳＩ、ＩＣなどの半導体装置の微細化は著しく
進み、それに伴って、その集積度は飛躍的に増大してい
る。半導体装置は、もともと初期の電子計算機等に用い
られた電子管に比較して素子当りの消費電力は著しく小
さいが、高集積化が進むに従って半導体素子の空間的密
度が増していくので単位体積当りの消費電力はむしろ増
加の傾向にある。たとえば、現在の固体撮像装置では、
画素数が２００万にもなり、それにつれて動作周波数も
ギガオーダーを越えるようになる。このように高集積化
が進むとその発熱量は大きくなり、今までの前述したよ
うな冷却方法では不十分になってきた。そこで、従来の
高熱伝導材の基板２に加えて、さらに、不活性気体の吹
き付けによる冷却、放熱フィンによる冷却、水冷却、電
子冷却素子による冷却など既存の冷却手段を併用するこ
とが行われるようになった。これら冷却手段の併用によ
って、発熱量の増大に対処した冷却が十分に行われるよ
うになってきたが、ここに新たな問題が出てきた。それ
は、冷却される固体撮像装置と外気の温度差が大きくな
り、受光面である透光蓋の部分が結露するという現象で
ある。結露のため入射が散乱して、固体撮像装置が入射
光に比例した正確な動作が出来なくなる。

（発明が解決しようとする課題）以上、述べたように、半導体装置は、高集積化が進んだ
結果、冷却処理が強化され外気と半導体装置との温度差
が著しくなった。半導体装置の内外の温度差が激しくな
ると、たとえば、固体撮像装置の受光面が結露し、十分
な動作が行われなくなるという問題があった。

本発明は、上記事情に基づいてなされたものであって、
装置内外の温度差の増大によって発生する結露現象を効
果的に除いた半導体装置を提供することを目的としてい
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、冷却手段を備えた半導体装置に関するもので
あり、チップを収納するパッケージに温度センサおよび
湿度センサを設置して、パッケージ内の温度および湿度
を調整することを特徴としている。

（作　用）温度センサ、湿度センサによりパッケージの温度および
湿度を把握することができるため、半導体装置内の冷却
装置を適宜動作させてパッケージ内の温度および湿度を
一定に保つことができ、また、外部との温度差が大きい
ときに受光面が結露するのを防ぐことができる。結露防
止には、この受光面にヒータを設置して防止効果を大き
くすることも可能である。

（実施例）以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

実施例１第１図は、本発明の実施例１に示された固体撮像装置の
断面図を示している。チップ１は、たとえばアルミなど
の高熱伝導材の基板２上に載置、固定される。この基板
２はパッケージを構成するたとえばアルミナなどのセラ
ミック基板３の開口部に接続されてチップ１がセラミッ
ク基板３内に位置するように配置する。セラミック基板
３内の配線導体４とチップ１の電極とは、たとえばアル
ミなどのボンディングワイヤ６を介して電気的に接続さ
れる。セラミック基板３の外側では、たとえば、銅の外
部リード端子５と配線導体４が電気的に接続される。セ
ラミック基板３の表側開口部は、たとえば、石英ガラス
などの透光性蓋８によって気密に封止される。透光性蓋
８の裏側にはフレア板７が取付けられており、光の散乱
を防止している。基板２は、放熱体として作用する。以
上までは、従来技術と何ら変わるところはない。

前記基板２には冷却装置が取付けられている。

不活性気体の吹き付け、放熱フィン、水冷却など既存の
どのような手段を用いても良いが、本発明では、ペルチ
ェ効果を利用した電子冷却装置を利用する。電子冷却装
置は、電流によって作動するので、この断続を、温度お
よび湿度センサに基づいて行えば、パッケージ内の温度
、湿度を自動的に一定に保つことができる。この冷却装
置は、ペルチェ効果を有する半導体素子９の上下両面に
金属板９ａ、９ｂを被着することにより構成されている
。上面の金属板９ａは、高熱伝導材の基板２に取付けら
れ、下面の金属板９ｂは、たとえばアルミなどからなる
放熱板１２に接続されている。

透光性蓋８を含むパッケージ表面に温度・湿度センサ１
０を設置する。これは、外部のコントローラ１１に接続
されており、コントローラは、冷却装置に接続されてい
る。

透光性蓋８の表面に設けた温度・湿度センサ１０と冷却
用半導体素子９の間にあるコントローラ１１に「温度に
対する水蒸気圧の変化量」を示す特性図（第３図）をメ
モリに記憶させておく。固体撮像装置の停止時の表面温
度および湿度を検知し、その値をコントローラ１１で記
憶する。

固体撮像装置が作動状態になると、冷却装置による冷却
効果が大きく、透光性蓋８の表面部分が結露してしまう
。この装置が停止状態のときにセンサで温度５０℃湿度
５０％を検知したとする。

次に、装置が作動して素子冷却が行われて、透光性蓋８
の表面温度は３５℃付近になる。そして、この温度付近
になると結露してしまう。結露のある装置では、光が入
射されても十分に動作せず、正確な結果を期待すること
はできなかった。これを防止するために、前記のコント
ローラに記［ていた「温度に対する水蒸気圧の変化量」
を用いて、温度低下により結露し始める付近にくると冷
却装置が停止し、透光性蓋８を含む上面にできる結露を
防ぐことかできる。

実施例２第２図は、本発明の固体撮像装置の平面図である。この
例では、少なくとも１つのヒータ（発熱体）が、透光性
蓋８の所定の位置に貼着される。

材料は、ニクロム線を主体とするものでも良いし、セラ
ミック半導体でも良い。また、その数は、１つでも良い
し、２つ以上でも良く、蓋が均一に加熱されれば数は問
わない。その形状も同様である。

正方形でも、長方形でも、その位置に合った形状を選ぶ
ことができる。

半導体装置は、所定の温度を維持するために冷却される
。したがって、結露するからと、冷却装置の動作を停止
させては、所定の温度を維持することはできない。そこ
で、パッケージの透光性蓋８の受光部にヒータを設けて
冷却を行ない、温度低下を始めて、コントローラ１１に
記憶した温度と水蒸気圧の関係をもとに、結露し始める
温度付近になるとコントローラ１１の指示によってヒー
タに一定電流を通電させて透光性蓋８の部分の温度を一
定に保つことにより、その付近だけ外気との温度差をな
くし、結露を防ぐことができる。この方法で冷却を行な
えば、半導体装置の冷却を十分に行なうことができる。

この場合、環境の変化に伴う温度、湿度の変化を常に検
知して結露温度を更新対応させておく必要があるので、
周囲温度・湿度を検知するセンサを備えるのが好ましい
。本発明は、固体撮像装置を例に説明したが、これに限
定されるものではなく、他の半導体装置にも適用できる
ことは当然である。

［発明の効果］以上述べたように、本発明によれば、温度・湿度センサ
を設置させることによってパッケージ内外の温度差によ
り生ずる結露を防止することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例１の固体撮像装置の断面図、
第２図は、実施例２における固体撮像装置の平面図、第
３図は、温度に対する水蒸気圧の変化量を示す特性図、
第４図は、従来例の固体撮像装置の断面図である。１・・・固体撮像装置（チップ）、２・・・高熱伝導基板、３・・・セラミック基板、４・・・配線基板、５・・・外部リード端子、６・・・ボンディングワイヤ、７・・・フレア板、８・・・透光性蓋、９・・・冷却素子、１０・・・温度・湿度センサ、１１・・・コントローラ、１２・・・放熱板、２０・・・ヒータ。（８７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか　
１名）ｚ第図第図第２図

Claims

【特許請求の範囲】

冷却手段を備えた半導体装置において、半導体素子を収
納するパッケージに温度センサおよび湿度センサを設置
したことを特徴とする半導体装置。