JP2008016599A

JP2008016599A - 半導体素子用パッケージ及びマルチチップモジュール

Info

Publication number: JP2008016599A
Application number: JP2006185501A
Authority: JP
Inventors: Naoki Okochi; 直紀大河内
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2006-07-05
Filing date: 2006-07-05
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】半導体素子を基板に高密度に実装したとき、半導体素子の特性の変化を抑制することができる半導体素子用パッケージ及びマルチチップモジュールを提供することである。
【解決手段】イメージセンサ６や駆動用素子８等の半導体素子を実装するための複数の領域間の熱伝導を妨げる断熱部９を備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は半導体素子用パッケージ及びマルチチップモジュールに関する。

従来、２枚の印刷配線基板の表面にそれぞれ複数のデバイスを実装し、これらの印刷配線基板の裏面同士を貼り合わせて構成されたマルチチップモジュールが知られている。

このマルチチップモジュールによれば、デバイスの高密度実装を実現することができる。
特開平５−２９１４９３号公報

印刷配線基板に実装される個々の半導体素子から放出される熱は僅かであるが、半導体素子が高密度実装化されると、印刷配線基板は高温になる。

その結果、半導体素子によっては（例えばイメージセンサ）、その特性が変化してしまう。

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、半導体素子を基板に高密度に実装したとき、半導体素子の特性の変化を抑制することができる半導体素子用パッケージ及びマルチチップモジュール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、半導体素子を実装するための複数の領域を有する基板を備えた半導体素子用パッケージにおいて、前記複数の領域間の熱伝導を妨げる断熱部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記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記断熱部は、前記基板の内部に設けられていることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項２記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記断熱部は、前記基板の厚さ方向で前記領域に対向することを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項２記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記断熱部は、一つの前記領域と他の前記領域との間に位置することを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項２記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記断熱部は、前記半導体素子を取り囲むように配置されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、請求項２〜５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、前記断熱部は、空洞部であることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項１記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記断熱部は、前記基板と前記半導体素子との間に介在することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項７記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記断熱部は、空間であることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項７記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記空間は、前記領域から前記半導体素子を浮き上がらせる突起によって形成されていることを特徴とする。

請求項１０の発明は、請求項９記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記突起は、前記基板に設けられた脚部であることを特徴とする。

請求項１１の発明は、請求項９記載の半導体素子用パッケージにおいて、前記突起は、前記領域に盛られた接着剤であることを特徴とする。

請求項１２の発明は、請求項１〜１１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、前記領域は前記基板の表裏面に形成されていることを特徴とする。

請求項１３の発明は、請求項１〜１１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、前記領域は前記基板の表裏面のうちの一方の面に形成されていることを特徴とする。

請求項１４の発明のマルチチップモジュールは、請求項１〜１３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、半導体素子を基板に高密度に実装したとき、半導体素子の特性の変化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の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置の断面を示す概念図である。

なお、半導体素子用パッケージ３は、半導体素子６，８及び放熱板１２を除いた部分であり、これらを搭載したものが半導体装置（例えばマルチチップモジュール）１０である。

半導体素子用パッケージ３は固定基板（基板）１と側壁部２とを有している。固定基板１は第１面４とそれと反対側の第２面５とを有し、それらの面４，５に半導体素子としてのイメージセンサ６、駆動用素子８が実装されている。固定基板１はセラミックスでできている。しかし、固定基板１の材料はそれに限られるものではない。

イメージセンサ６と駆動用素子８との間では、図示しない配線、ワイヤボンディング等を介して信号のやり取りが行われる。すなわち、第１の実施形態の半導体素子用パッケージ３は、複数の半導体素子が固定される領域を有するシステム・イン・パッケージである。この実施形態では、第１面４には、熱によって温度が上昇すると特性が変化するイメージセンサ６が固定されている。なお、図示しないが、実際にはイメージセンサ６の上方にガラス板が配置され、イメージセンサ６は密閉空間に収容されている。ガラス板は側壁部２の上面に固定される。

第１面４の側壁部２の内側全体をイメージセンサ６を実装する領域とすることができるが、側壁部２の内側の第１面４の一部分をイメージセンサ６を実装する領域としてもよい。その領域に接着剤７によってイメージセンサ６が固定されている。

また、第２面５には、イメージセンサ６を駆動するための駆動用素子（例えばアナログフロントエンドや、タイミングジェネレータ等）８が固定されている。図１には駆動用素子８として１つの素子だけ示したが、実際には複数の素子が固定される。イメージセンサ６や駆動用素子８は熱を発生するため、それら素子の数が増えれば、それだけ全体として発熱量が増大する。

駆動用素子８は配線次第で第２面５の領域内の任意の位置に実装可能であるが、第２面５の一部を駆動用素子８を実装する領域にしてもよい。その領域に接着剤（図示せず）によって駆動用素子８が固定されている。

固定基板１の内部には断熱部９が設けられている。駆動用素子８で熱が発生するが、矢印１３のように断熱部９によって駆動用素子８からイメージセンサ６への熱伝導が妨げられている。その結果、イメージセンサ６の温度上昇を抑制することができる。断熱部９の面積（断熱部９の上面又は下面の面積）はイメージセンサ６や駆動用素子８の面積（それぞれの上面又は下面の面積）より大きい。こうすれば、熱の遮断効果が高いので好ましい。しかし、断熱部９の面積がイメージセンサ６や駆動用素子８の面積よりも小さくてもよく、或は断熱部９が複数に分割されていてもよい。

第１の実施形態では、断熱部９は空洞部である。断熱部９内には空気が入っている。しかし、断熱部９内には窒素ガス、その他の不活性ガスを充満させてもよい。更に、断熱部９内を真空とすればより好ましい。また、断熱部９内に充填する物質としては固定基板１の熱伝導率より低い物質なら、上述の物質に限られない。

第２面５に実装される駆動用素子８は樹脂１１で覆われている。そして、駆動用素子８の固定基板１側の面と反対側の面には放熱板１２が取り付けられている。放熱板１２は、熱伝導率の良い物質（例えばアルミニウム）で形成されている。放熱板１２の表面に放熱効果を高めるために凹凸が設けられている。但し、放熱板１２は無くともよい。

駆動用素子８で発生した熱の一部は矢印１４で示すように放熱板１２から逃げるため、イメージセンサ６に伝わる熱は減少し、イメージセンサ６の温度上昇は更に抑制される。

図２はこの発明の第２の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置の断面を示す概念図である。

第１の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。以下、主な相違点についてだけ説明する。

この実施形態は、イメージセンサ６、駆動用素子８を実装する領域に脚部２６，２８を設け、脚部２６，２８によって固定基板２１の第１，２面４，５からイメージセンサ６及び駆動用素子８が浮くように固定されている点で、図１の第１実施形態と相違する。

半導体素子用パッケージ２３は固定基板２１と側壁部２２とを有している。固定基板２１は第１面４とそれと反対側の第２面５とを有し、それらの面４，５にイメージセンサ６及び駆動用素子８が実装される。

第１面４の側壁部２２の内側全体をイメージセンサ６を実装可能な領域とすることができるが、側壁部２の内側の第１面４の一部分をイメージセンサ６を実装する領域としてもよい。その領域にはイメージセンサ６を第１面４から浮かして固定するための脚部２６が設けられている。脚部２６の上面には接着剤２７が塗布され、接着剤２７によってイメージセンサ６は脚部２６に固定される。脚部２６をイメージセンサ６の四隅に対向させてもよいし、脚部２６をイメージセンサ６の周縁部の全周に対向させるようにしてもよい。

第２の実施形態では脚部２６は固定基板２１と一体的に形成されているが、平面状の第１面４に固定基板２１とは異なる材料で作成した脚部を接着剤等で固定してもよい。更に、第１面４に高粘性接着剤を凸状に塗布してこれを脚部としてもよい。

また、第２面５にはイメージセンサ６を駆動するための駆動用素子８が載置されている。

駆動用素子８は配線次第で第２面５の領域内の任意の位置に実装可能であるが、第２面５の一部を駆動用素子８を実装する領域にしてもよい。

このようにすれば、イメージセンサ６の裏面と第１面４との間には隙間（空間）が生じ、この隙間が断熱部２４となる。このため、イメージセンサ６に固定基板２１を通じて伝わる熱は低減する。

駆動用素子８が実装される領域に駆動用素子８を第２面より下方に離して固定するための脚部２８が設けられている。脚部２８の底面には接着剤２９が塗布されており、接着剤２９によって駆動用素子８は脚部２８に固定される。脚部２８を駆動用素子８の四隅に対向させてもよいし、脚部２８を駆動用素子８の周縁部の全周に対向させるようにしてもよい。

第２の実施形態では脚部２８は固定基板２１と一体的に形成されているが、平面状の第２面５に固定基板２１とは異なる材料で作成した脚部を接着剤等で固定してもよい。更に、第２面５に高粘性接着剤を凸状に塗布してこれを脚部としてもよい。

このようにすれば、駆動用素子８の裏面と第２面５との間には隙間（空間）が生じ、この隙間が断熱部２５となる。このため、駆動用素子８から固定基板２１に伝導される熱は減少する。これにより、イメージセンサ６に固定基板２１を通じて伝わる熱も同様に減少する。矢印１５は熱の伝わり方を示している。

なお、この実施形態では、イメージセンサ６、駆動用素子８とも固定基板２１から浮かしているが、一方の半導体素子だけを固定基板２１から浮かしてもよい。

また、駆動用素子８に第１の実施形態と同様に放熱板を設けてもよい。

図３はこの発明の第３の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置の断面を示す概念図である。

この実施形態は、イメージセンサ６、駆動用素子８が固定基板の厚さ方向に配置されているのではなく、第１面４と平行な方向に沿って配置されている点で第１実施形態と相違する。

そして、第１面４のイメージセンサ６を固定する領域の下方に位置する固定基板３１の内部には、空洞状の断熱部３４が形成されている。これにより、イメージセンサ６に固定基板３１を通じて伝わる熱が減少する。また、同様に第１面４の駆動用素子８を固定する領域の下方に位置する固定基板３１の内部には、空洞状の断熱部３５が形成されている。

なお、第２の実施形態のように、固定基板の第１面４のイメージセンサ６を載置する領域に脚部を配置し、この脚部によってイメージセンサ６を第１面４から浮かしてもよい。

図４は第３の実施形態の変形例に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置の断面を示す概念図である。

図４に示すように、イメージセンサ６にだけ対応させて断熱部４４を設けてもよい。

また、第３の実施形態では、放熱板３６が駆動用素子８に設けられているが、図４に示すように、駆動用素子８が固定されている面とは逆の面に放熱板３６を設けてもよい。

図５はこの発明の第４の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ´線に沿う断面を示す概念図である。

第３の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。以下、主な相違点についてだけ説明する。

この実施形態は、断熱部５４が配置される位置がイメージセンサ６及び駆動用素子８を固定する領域に対向する固定基板５１の内部ではなく、イメージセンサ６と駆動用素子８との間における固定基板５１の内部である点で、第３の実施形態と相違する。

このようにすれば、駆動用素子８で発生した熱がイメージセンサ６に到達するのを妨げることができる。

なお、放熱板４６は第３の実施形態の変形例（図４参照）のように固定基板５１の下面に配置してあるが、第３の実施形態（図３参照）のように駆動用素子８の上面に配置してもよいし、或は放熱板を設けなくともよい。

図６はこの発明の第５の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置を示す図であり、同図（ａ）は平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＢ−Ｂ´線に沿う断面を示す概念図である。

第４の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。以下、主な相違点についてだけ説明する。

この実施形態は、第４の実施形態では断熱部５４がイメージセンサ６と駆動用素子８との間だけに配置されているのに対して、第５の実施形態では少なくともイメージセンサ６の周囲を囲むように断熱部６４が配置されている点で、第４の実施形態と相違する。

このようにすれば、駆動用素子８にて発生で熱がイメージセンサ６に到達するのを更に妨げることができる。

この実施形態では、熱の影響を受ける半導体素子であるイメージセンサ６の周囲に断熱部６４を設けた。しかし、熱を発生する半導体素子である駆動用素子８の周囲に断熱部６４を設けてもよいし、或は両方の素子６，８に設けてもよい。両方の素子６，８に断熱部６４を設ければ、断熱の効果は更に向上する。

図１はこの発明の第１の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置の断面を示す概念図である。図２はこの発明の第２の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置の断面を示す概念図である。図３はこの発明の第３の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置の断面を示す概念図である。図４は第３の実施形態の変形例に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置の断面を示す概念図である。図５はこの発明の第４の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置を示す図である。図６はこの発明の第５の実施形態に係る半導体素子用パッケージを用いた半導体装置を示す図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１，５１，６１：固定基板（基板）、２，２３，３３，４３，５３，６３：半導体素子用パッケージ、６：イメージセンサ（半導体素子）、８：駆動用素子（半導体素子）、９，２４，２５，３４，４４，５４，６４：断熱部。

Claims

半導体素子を実装するための複数の領域を有する基板を備えた半導体素子用パッケージにおいて、
前記複数の領域間の熱伝導を妨げる断熱部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。
前記断熱部は、前記基板の内部に設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導体素子用パッケージ。
前記断熱部は、前記基板の厚さ方向で前記領域に対向することを特徴とする請求項２記載の半導体素子用パッケージ。
前記断熱部は、一つの前記領域と他の前記領域との間に位置することを特徴とする請求項２記載の半導体素子用パッケージ。
前記断熱部は、前記半導体素子を取り囲むように配置されていることを特徴とする請求項２記載の半導体素子用パッケージ。
前記断熱部は、空洞部であることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項記載の半導体素子用パッケージ。
前記断熱部は、前記基板と前記半導体素子との間に介在することを特徴とする請求項１記載の半導体素子用パッケージ。
前記断熱部は、空間であることを特徴とする請求項７記載の半導体素子用パッケージ。
前記空間は、前記領域から前記半導体素子を浮き上がらせる突起によって形成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体素子用パッケージ。
前記突起は、前記基板に設けられた脚部であることを特徴とする請求項９記載の半導体素子用パッケージ。
前記突起は、前記領域に盛られた接着剤であることを特徴とする請求項９記載の半導体素子用パッケージ。
前記領域は前記基板の表裏面に形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の半導体素子用パッケージ。
前記領域は前記基板の表裏面のうちの一方の面に形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項記載の半導体素子用パッケージ。
請求項１〜１３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
ことを特徴とするマルチチップモジュール。