JP2007299922A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a small semiconductor device which materializes power saving by reusing efficiently the thermal energy in current consumption of an integrated circuit to be highly integrated in recent years. <P>SOLUTION: A heat dissipation board 6 is arranged so as to sandwich an integrated circuit 4 between wiring boards 2. Furthermore, since a thermo-electric generating element 7 is arranged so as to be brought into contact with the heat dissipation board 6; it is made possible to generate electricity in the thermo-electric generating element 7, by utilizing the heat generation at the time of operation of the integrated circuit 4 thermal energy. Thus, the reuse can be established in thermal energy. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体集積回路の動作時に発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換して有効に活用し、省エネルギー効果を得る半導体装置の技術に関する。   The present invention relates to a technology of a semiconductor device that obtains an energy saving effect by converting thermal energy generated during operation of a semiconductor integrated circuit into electric energy and effectively utilizing it.

近年、携帯機器等の開発において機器が小型化する中、競合メーカから販売される製品との差別化を図るため機能の充実が求められており、それに伴い、更なる設計の効率化が必要となってきている。
また、携帯機器向けのワンセグ（地上ディジタル放送のワンセグメント部分受信サービス）が開始され、このワンセグにより機器の消費電力が増大したことに伴い、省エネルギーが開発の懸案事項となっている。 In recent years, as devices have become smaller in the development of portable devices, etc., enhancement of functions has been demanded in order to differentiate them from products sold by competing manufacturers. It has become to.
In addition, with the start of 1Seg (one-segment partial reception service for terrestrial digital broadcasting) for portable devices, and the increased power consumption of devices due to this 1Seg, energy conservation is a concern for development.

従来、電源を小型化するために、ゼーベック効果等を用いた熱発電素子が開発されており、熱を効率的に放熱するための放熱板を有した半導体パッケージ装置等が開発されている。ゼーベック効果とは、２つの異なる金属をつなげて、両方の接点に温度差を与えると、金属の間に電圧が発生し、電流が流れるというものである。   Conventionally, in order to reduce the size of a power supply, a thermoelectric generator using the Seebeck effect or the like has been developed, and a semiconductor package device or the like having a heat radiating plate for efficiently radiating heat has been developed. The Seebeck effect is that when two different metals are connected and a temperature difference is given to both contacts, a voltage is generated between the metals and a current flows.

また更に、半導体集積回路上に、熱発電素子等をもモノリシックに形成する技術が開発されている。   Furthermore, a technique for monolithically forming a thermoelectric generator or the like on a semiconductor integrated circuit has been developed.

熱発電素子に関する従来技術としては、図４に熱発電素子３０の構造を示すように、Ｐ型半導体からなるＰ型発電素子３１及びＮ型半導体からなるＮ型発電素子３２を、熱伝導性の良好な導電体３３を介して折り返しながら直列に多数接続して発電素子部３４を形成し、該発電素子部３４を挟むように、熱伝導性の良好な絶縁板３５を介して放熱板３６と、同様に絶縁板３５を介して吸熱板３７とを設けてなるものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
このような構成とすることにより、放熱板３６と吸熱板３７との間の温度差を利用したゼーベック効果に基づき、熱起電力を発生することができる。尚、放熱板３６及び吸熱板３７が電気的に絶縁体であれば、絶縁板３５を必ずしも設けなくてもよい。 As a conventional technique related to a thermoelectric generator, as shown in FIG. 4, a P-type generator 31 made of a P-type semiconductor and an N-type generator 32 made of an N-type semiconductor are used as thermal conductive elements. A large number of power generator elements 34 are connected in series while being folded back via a good conductor 33, and the heat sink 36 is interposed via an insulating plate 35 with good thermal conductivity so as to sandwich the power generator element 34. Similarly, a structure in which a heat absorbing plate 37 is provided via an insulating plate 35 is disclosed (for example, see Patent Document 1).
By setting it as such a structure, based on the Seebeck effect using the temperature difference between the heat sink 36 and the heat sink 37, a thermoelectromotive force can be generated. Note that the insulating plate 35 is not necessarily provided as long as the heat radiating plate 36 and the heat absorbing plate 37 are electrically insulating.

また、半導体集積回路上に熱発電素子等をもモノリシックに形成する従来技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
その例として、図５に、半導体装置の構成例を模式的に表した斜視図を示す。図５（ａ）に示す半導体装置４０は、半導体基板４１の上に集積回路の形成された回路層４２を備え、回路層４２の上に、各々異なる種類の発電素子４３と発電素子４４とを備える。発電素子４３及び発電素子４４は、図示しない配線により回路層４２の集積回路に接続されている。 Further, a conventional technique for monolithically forming a thermoelectric generator or the like on a semiconductor integrated circuit is disclosed (for example, see Patent Document 2).
As an example, FIG. 5 is a perspective view schematically showing a configuration example of a semiconductor device. A semiconductor device 40 shown in FIG. 5A includes a circuit layer 42 in which an integrated circuit is formed on a semiconductor substrate 41, and different types of power generation elements 43 and 44 are provided on the circuit layer 42. Prepare. The power generation element 43 and the power generation element 44 are connected to the integrated circuit of the circuit layer 42 by wiring (not shown).

また、図５（ｂ）に示す半導体装置５０は、半導体基板５１の上に、集積回路が形成された回路領域５２を備え、半導体基板５１の他の領域に、各々異なる種類の発電素子５３と発電素子５４とを備える。発電素子５３及び発電素子５４は、図示しない配線により回路領域５２の集積回路に接続されている。これらの構成において、例えば、発電素子５３は熱電発電素子であり、発電素子５４は振動発電素子である。
特開平８−３２１２７号公報 特開２００５−３４０４７９号公報 A semiconductor device 50 shown in FIG. 5B includes a circuit region 52 in which an integrated circuit is formed on a semiconductor substrate 51, and different types of power generating elements 53 are provided in other regions of the semiconductor substrate 51. And a power generation element 54. The power generation element 53 and the power generation element 54 are connected to the integrated circuit in the circuit region 52 by wiring (not shown). In these configurations, for example, the power generation element 53 is a thermoelectric power generation element, and the power generation element 54 is a vibration power generation element.
JP-A-8-32127 JP 2005-340479 A

しかしながら、特許文献１に開示されているような単独の熱発電素子においては、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するための技術について述べられているが、効率的に半導体集積回路の熱エネルギーを再利用する方法までを特定しているものではない。   However, in a single thermoelectric generator as disclosed in Patent Document 1, a technique for converting thermal energy into electrical energy is described, but the thermal energy of the semiconductor integrated circuit is efficiently reused. It does not specify how to do it.

また、特許文献２に開示されている半導体集積回路上にモノリシックに該熱発電素子を形成する手法は、半導体集積回路上に超小型に集積できる技術としては有益であるが、必ずしも最良の方法とは限らない。熱発電素子は吸熱側の電極の温度と放熱側の電極の温度に差があって発電できるもので、放熱側の放熱効果が重要であるが、半導体集積回路は通常、樹脂等を用いてパッケージされた形態で使用する。上記のようなモノリシックな実現方法では、該熱発電素子の放熱端子側も樹脂で覆われてしまい、発電に必要な温度差を得るための放熱効果が緩和されてしまう。   Further, the technique of monolithically forming the thermoelectric generator on the semiconductor integrated circuit disclosed in Patent Document 2 is useful as a technology that can be integrated on a semiconductor integrated circuit in a very small size, but is not necessarily the best method. Is not limited. A thermoelectric generator is a device that can generate electricity with a difference between the temperature of the heat absorption side electrode and the temperature of the heat dissipation side electrode. The heat dissipation effect on the heat dissipation side is important, but semiconductor integrated circuits are usually packaged using resin or the like. Use in the form that was made. In the monolithic realization method as described above, the heat radiating terminal side of the thermoelectric generator is also covered with the resin, and the heat radiating effect for obtaining the temperature difference required for power generation is alleviated.

また、特許文献２のモノリシックな半導体集積回路は実現可能ではあるが、通常の半導体集積回路上にさらに発電素子を形成することになるため、製造プロセスが制約される上、製造コストも上昇する。   Further, although the monolithic semiconductor integrated circuit disclosed in Patent Document 2 can be realized, a power generation element is further formed on a normal semiconductor integrated circuit, which restricts the manufacturing process and increases the manufacturing cost.

また、モノリシック構成が目指すところのユビキタス端末等の携帯機器においては、もともとの半導体集積回路の消費電力は大きくなく、その動作によって発生する熱量も小さいものであり、モノリシック化による高価な素子を製造してもそのメリットは小さい。   In addition, in mobile devices such as ubiquitous terminals, where the monolithic configuration is aimed, the power consumption of the original semiconductor integrated circuit is not large, and the amount of heat generated by its operation is small. But the benefits are small.

本発明は、斯かる実情に鑑み、近年急激にディジタル信号処理量が増加しているコンシューマー機器の半導体集積回路の発熱を効率よく放熱するとともに、そのエネルギーを発電に利用し再活用することにより、小型で、省電力を実現する半導体装置を提供しようとするものである。   In view of such circumstances, the present invention efficiently dissipates heat generated by a semiconductor integrated circuit of a consumer device whose digital signal processing amount has increased rapidly in recent years, and recycles the energy used for power generation. It is an object of the present invention to provide a small-sized semiconductor device that realizes power saving.

斯かる実情に鑑み、第１の発明による半導体装置は、半導体集積回路を配置した配線基板と、前記半導体集積回路を前記配線基板との間に挟み込むように配設した放熱板と、前記放熱板に接し、前記半導体集積回路と相対するように配置した熱発電素子とを備え、前記熱発電素子は、前記放熱板と前記半導体集積回路との間に配置されることにより、前記半導体集積回路の動作時に発生する熱と前記放熱板による冷却による温度差を利用して電気を発電することを特徴とする。   In view of such circumstances, the semiconductor device according to the first invention includes a wiring board on which a semiconductor integrated circuit is disposed, a heat sink disposed so as to sandwich the semiconductor integrated circuit between the wiring board, and the heat sink. A thermoelectric generator disposed in contact with the semiconductor integrated circuit, and the thermoelectric generator is disposed between the heat sink and the semiconductor integrated circuit, so that the semiconductor integrated circuit Electricity is generated using the difference between the heat generated during operation and the temperature difference due to cooling by the heat radiating plate.

また、第２の発明による半導体装置は、半導体集積回路を配置した配線基板と、前記半導体集積回路を前記配線基板との間に挟み込むように配設した放熱板と、前記放熱板に接し、前記半導体集積回路に対し外向きとなるように配置した熱発電素子とを備え、前記熱発電素子は、前記半導体集積回路の動作時に発生する熱を前記放熱板が放熱する熱を利用し、電気を発電することを特徴とする。   The semiconductor device according to the second invention is in contact with the heat sink, a wiring board on which a semiconductor integrated circuit is disposed, a heat sink disposed so as to sandwich the semiconductor integrated circuit between the wiring board, A thermoelectric generator disposed so as to face outward with respect to the semiconductor integrated circuit, and the thermoelectric generator uses heat radiated by the heat radiating plate for heat generated during operation of the semiconductor integrated circuit to generate electricity. It is characterized by generating electricity.

また、第３の発明による半導体装置は、前記熱発電素子と電気的に連結した充電制御回路及び蓄電素子を備えたことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a charge control circuit and a storage element electrically connected to the thermoelectric generator.

また、第４の発明による半導体装置において、前記半導体集積回路は、ディジタル回路とアナログ回路とを備え、前記ディジタル回路の動作時に発生する熱を利用して発電する熱発電素子を電源として前記アナログ回路に電気を供給することを特徴とする。   In the semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention, the semiconductor integrated circuit includes a digital circuit and an analog circuit, and the analog circuit uses a thermoelectric generator that generates heat using heat generated during operation of the digital circuit as a power source. It is characterized by supplying electricity to.

本発明の半導体装置によれば、半導体集積回路を、配線基板との間に挟み込むように配設した放熱板を設けるとともに、該放熱板に熱発電素子を配置することで、近年高集積化する半導体集積回路の電流消費における熱エネルギーを効率よく再利用し、小型で、省電力を実現する半導体装置を実現することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, a semiconductor integrated circuit is provided with a heat sink disposed so as to be sandwiched between a wiring board and a thermoelectric generator is disposed on the heat sink. It is possible to realize a semiconductor device that is small in size and saves power by efficiently reusing the thermal energy in the current consumption of the semiconductor integrated circuit.

また、本発明の半導体装置は、モノリシックでない一般的な製造工程にて生産できる上、熱発電素子、蓄電素子等もそれぞれ最適な製造工程により製造され、半導体集積回路に何ら制約を与えないので、製造プロセスが制約せず、製造コストも抑えることができる。   In addition, the semiconductor device of the present invention can be produced by a general manufacturing process that is not monolithic, and the thermoelectric generator, the storage element, etc. are also manufactured by an optimal manufacturing process, and no restrictions are imposed on the semiconductor integrated circuit. The manufacturing process is not restricted and the manufacturing cost can be reduced.

また、近年はアナログ回路とディジタル回路とを混載する応用例が増加してきているが、本発明を適用することにより、アナログ／ディジタル混載集積回路において、アナログ用の低ノイズ電源回路を用意し、その電力を該熱エネルギーにより補完するように構成することで、該電源回路等による消費電力の増加を招くことなく低ノイズ電源を実現することを可能とする。   Further, in recent years, application examples in which analog circuits and digital circuits are mixedly mounted are increasing, but by applying the present invention, a low noise power supply circuit for analog is prepared in an analog / digital mixed integrated circuit. By configuring the power to be supplemented by the thermal energy, it is possible to realize a low noise power source without causing an increase in power consumption by the power circuit or the like.

以下、本発明に係る半導体装置の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明に係る半導体装置の断面図の一例である。
本実施例は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプのパッケージを例としているが、本発明は、このＢＧＡタイプに限定するものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an example of a cross-sectional view of a semiconductor device according to the present invention.
In this embodiment, a BGA (Ball Grid Array) type package is taken as an example, but the present invention is not limited to this BGA type.

図１（ａ）は、半導体装置の断面図である。
図１（ｂ）は、半導体装置の放熱板の裏面を示す図である。
図１（ａ）の半導体装置１は、配線基板２の表面に配線パターン３が形成され、更に半導体集積回路４が搭載され、配線パターン３とワイヤー５に接続されている。前記半導体集積回路４を前記配線基板２との間に挟み込むように箱状の放熱板６が配設されている。該放熱板６の半導体集積回路４と相対する側の表面にも配線パターン３ａが形成されて、その上に熱発電素子７、充電制御回路８、蓄電素子９とが半田バンプ１０により接続されている。蓄電素子９は、二次電池である。 FIG. 1A is a cross-sectional view of a semiconductor device.
FIG. 1B is a diagram illustrating the back surface of the heat dissipation plate of the semiconductor device.
In the semiconductor device 1 of FIG. 1A, a wiring pattern 3 is formed on the surface of a wiring board 2, a semiconductor integrated circuit 4 is further mounted, and connected to the wiring pattern 3 and wires 5. A box-shaped heat sink 6 is disposed so as to sandwich the semiconductor integrated circuit 4 with the wiring board 2. A wiring pattern 3 a is also formed on the surface of the heat radiating plate 6 facing the semiconductor integrated circuit 4, and a thermoelectric generator 7, a charge control circuit 8, and a storage element 9 are connected by solder bumps 10 thereon. Yes. The electricity storage element 9 is a secondary battery.

箱状の放熱板６の裏面縁部には配線パターン３ａと配線パターン３との接続用パッド１１ａが設けられており、パッド１１ａと配線パターン３は半田付けで接続されている。放熱板６の裏面縁部には放熱板６を配線基板２に固定するためのダミーパッド１１ｂが設けられている。このダミーパッド１１ｂは、パッド１１ａのように配線パターン３ａとは繋がっておらず、あくまで放熱板６を配線パターン３に半田付けにて固定するためのパッドである。
放熱板６には封止用樹脂の充填口１２が設けられており、上記接続が完了した時点で、この充填口１２から放熱板６の内部に封止樹脂が充填される。 A wiring pattern 3a and a connection pad 11a for connecting the wiring pattern 3 are provided on the rear edge of the box-shaped heat radiation plate 6, and the pad 11a and the wiring pattern 3 are connected by soldering. A dummy pad 11 b for fixing the heat radiating plate 6 to the wiring board 2 is provided on the rear surface edge of the heat radiating plate 6. The dummy pad 11b is not connected to the wiring pattern 3a like the pad 11a, and is a pad for fixing the heat radiating plate 6 to the wiring pattern 3 by soldering.
The heat radiating plate 6 is provided with a sealing resin filling port 12. When the connection is completed, the heat radiating plate 6 is filled with the sealing resin from the filling port 12.

前記放熱板６は、放熱効果のよい金属等を用い、図１（ａ）では箱状で、半導体集積回路４を包み込むような形状であるが、半導体集積回路４を配線基板２との間に挟み込む形状であれば、箱状でなく板状でもよい。板状の場合、パッケージに積載するような形状となる。また、箱状の場合でも、四隅について柱状の部分を残して空洞にし、該柱状の部分が板状の部分を支えるようにしていてもよい。前述のように柱状にして空洞を設けることで、放熱板６を配設後、封止を行うことができる。   The heat radiating plate 6 is made of a metal or the like having a good heat radiating effect. The heat radiating plate 6 has a box shape in FIG. 1A and encloses the semiconductor integrated circuit 4. As long as the shape is sandwiched, a plate shape may be used instead of a box shape. In the case of a plate shape, it is shaped to be loaded on a package. Further, even in the case of a box shape, the columnar portions may be left hollow at the four corners so that the columnar portions support the plate-shaped portions. As described above, by providing a hollow in a columnar shape, sealing can be performed after disposing the heat sink 6.

図１（ｂ）に示すように、熱発電素子７に電力が発生すると、充電制御回路８にて、発電された電圧を整流・増幅し、蓄電素子９に電気が蓄えられる。蓄電素子９の出力は前記放熱板６上の配線パターン３ａの電源１１ａから行われ、例えば、配線基板２上の配線パターン３を通して半導体集積回路４に供給される。   As shown in FIG. 1B, when electric power is generated in the thermoelectric generator 7, the charge control circuit 8 rectifies and amplifies the generated voltage, and electricity is stored in the electric storage element 9. The output of the storage element 9 is supplied from the power source 11a of the wiring pattern 3a on the heat sink 6 and is supplied to the semiconductor integrated circuit 4 through the wiring pattern 3 on the wiring substrate 2, for example.

ワイヤー５の接続に関して、図１は一例を示したものであって、接続構成が図に示したように限定されるものではない。半導体集積回路４は、ワイヤーを用いず、半田バンプ等により接続してもよい。熱発電素子７、充電制御回路８及び蓄電素子９の接続に関しても、図１は配線パターンによるものとしたが、これも一例であって、電気的に接続されていればよく、限定されるものではない。   Regarding the connection of the wire 5, FIG. 1 shows an example, and the connection configuration is not limited as shown in the figure. The semiconductor integrated circuit 4 may be connected by solder bumps or the like without using wires. As for the connection of the thermoelectric generator 7, the charging control circuit 8, and the storage element 9, FIG. 1 is based on the wiring pattern, but this is also an example, and it is only necessary to be electrically connected and limited. is not.

前記熱発電素子７は、例えば、従来例で説明した図４と同様の構造となっており、熱発電素子の放熱材は、放熱板６と接し、該熱発電素子７の吸熱材は、半導体集積回路４と相対した方向となるように、該熱発電素子７は、放熱板６に配設されている。このような構成とすることで、半導体集積回路４の動作時の熱を、熱発電素子７の吸熱材で吸収し、熱発電素子７の放熱材が接している放熱板６を通して熱を放熱するので、熱エネルギーを効率よく利用し、発電することができる。   The thermoelectric generation element 7 has, for example, the same structure as that shown in FIG. 4 described in the conventional example. The heat dissipation material of the thermoelectric generation element is in contact with the heat dissipation plate 6, and the heat absorption material of the thermoelectric generation element 7 is a semiconductor. The thermoelectric generator 7 is disposed on the heat radiating plate 6 so as to face the integrated circuit 4. By adopting such a configuration, heat at the time of operation of the semiconductor integrated circuit 4 is absorbed by the heat absorbing material of the thermoelectric generator 7, and the heat is radiated through the heat radiating plate 6 in contact with the heat radiating material of the thermoelectric generator 7. Therefore, it is possible to generate heat by efficiently using thermal energy.

そして、放熱板６の半導体集積回路４に対して外向きとなる一面を除いて、半導体集積回路４、熱発電素子７、充電制御回路８及び蓄電素子９を覆うように、配線基板２の表面全体が樹脂１３で封止されている。更に、配線基板２の表面と裏面との電気的導通を達成するスルーホール１４が形成されていて、配線基板２の裏面にも半田パッド１５が形成されている。半田パッド１５部分に、半導体集積回路４からの入出力インターフェイスである半田ボール１６が接合されている。   The surface of the wiring board 2 is covered so as to cover the semiconductor integrated circuit 4, the thermoelectric generator 7, the charge control circuit 8, and the storage element 9 except for one surface of the heat sink 6 that faces outward with respect to the semiconductor integrated circuit 4. The whole is sealed with resin 13. Furthermore, a through hole 14 for achieving electrical continuity between the front surface and the back surface of the wiring board 2 is formed, and a solder pad 15 is also formed on the back surface of the wiring board 2. Solder balls 16 as input / output interfaces from the semiconductor integrated circuit 4 are joined to the solder pads 15.

このような構成とすることで、熱発電素子７は、半導体集積回路４の動作時に発生する熱と放熱板６による冷却による温度差を利用し、ゼーペック効果に基づき発電することができる。   With such a configuration, the thermoelectric generator 7 can generate power based on the Seepek effect by using the heat generated during operation of the semiconductor integrated circuit 4 and the temperature difference due to cooling by the heat sink 6.

本実施例のような構成であれば、熱発電素子７が半導体集積回路４の動作時の熱を利用して発電することができるとともに、熱発電素子７が放熱板６に直接接続しているので放熱効果が向上し、発電エネルギーをより高く得ることができる。   With the configuration as in the present embodiment, the thermoelectric generator 7 can generate power using heat during operation of the semiconductor integrated circuit 4, and the thermoelectric generator 7 is directly connected to the heat sink 6. Therefore, the heat dissipation effect is improved, and the power generation energy can be obtained higher.

また、本発明に係る半導体装置は、モノリシックな一体形成ではなく、それぞれの熱発電素子等が最適な製造技術により製造されるものであり、半導体集積回路４に対し何ら制約を与えないので、製造プロセスが制約せず、製造コストも抑えることができる。   In addition, the semiconductor device according to the present invention is not monolithically integrated, but each thermoelectric generator is manufactured by an optimal manufacturing technique, and does not impose any restrictions on the semiconductor integrated circuit 4. The process is not restricted and the manufacturing cost can be reduced.

基本的には、放熱板６に接し、半導体集積回路４に相対するように、動作電力による発熱を電気エネルギーに変換するために、熱発電素子７を配置する。本例では、応用、集積度を考え、熱発電素子、充電制御回路及び蓄電素子等を同一パッケージに集積したが、充電制御回路及び蓄電素子等を同一パッケージに集積しなくてもよい。   Basically, the thermoelectric generator 7 is disposed to contact the heat sink 6 and to convert the heat generated by the operating power into electric energy so as to face the semiconductor integrated circuit 4. In this example, considering the application and degree of integration, the thermoelectric generator, the charge control circuit, and the storage element are integrated in the same package. However, the charge control circuit, the storage element, and the like need not be integrated in the same package.

また、熱発電素子７を、放熱板６に接し、半導体集積回路４と相対するように配置したが、放熱板６に接し、半導体集積回路４に対して外向きとなるように配置してもよい。   Further, although the thermoelectric generator 7 is disposed so as to be in contact with the heat radiating plate 6 and opposed to the semiconductor integrated circuit 4, it may be disposed so as to be in contact with the heat radiating plate 6 and facing outward from the semiconductor integrated circuit 4. Good.

この場合、熱発電素子７の吸熱材が、放熱板６と接し、該熱発電素子７の放熱材は、半導体集積回路４に対して外向きとなるように、該熱発電素子７は、放熱板６に配設されている。   In this case, the thermoelectric generation element 7 is radiated so that the heat absorption material of the thermoelectric generation element 7 is in contact with the heat radiating plate 6 and the heat dissipation material of the thermoelectric generation element 7 faces outward with respect to the semiconductor integrated circuit 4. Arranged on the plate 6.

このような構成とすることにより、前記半導体集積回路４の動作時に発生する熱を前記放熱板６が放熱し、その熱を熱発電素子７の吸熱材で吸収し、該熱発電素子７の放熱材で半導体装置１の外側に向かって放熱することによって電気を発電することができる。   With this configuration, the heat radiating plate 6 radiates heat generated during the operation of the semiconductor integrated circuit 4, and the heat is absorbed by the heat absorbing material of the thermoelectric generator 7. Electricity can be generated by radiating heat toward the outside of the semiconductor device 1 with the material.

図２は、熱発電素子、充電制御回路及び蓄電素子の配置例を示したものである。
図２（ａ）は熱発電素子７のみ同一パッケージ１７に集積した例、図２（ｂ）は熱発電素子７及び充電制御回路８を同一パッケージ１７に集積した例、図２（ｃ）は熱発電素子７、充電制御回路８及び蓄電素子９を同一パッケージ１７に集積した例を示している。図２中、図１と同一の符号を付した部分は同一物を表わす。
また、例示した充電制御回路８を半導体集積回路４内に形成することも可能である。
また、蓄電素子９に蓄えられた電気は、半導体集積回路４にて用いる例で説明したが、半導体集積回路４で用いることに限定するものではない。 FIG. 2 shows an arrangement example of the thermoelectric generator, the charge control circuit, and the storage element.
2A is an example in which only the thermoelectric generator 7 is integrated in the same package 17, FIG. 2B is an example in which the thermoelectric generator 7 and the charge control circuit 8 are integrated in the same package 17, and FIG. An example in which the power generation element 7, the charge control circuit 8, and the storage element 9 are integrated in the same package 17 is shown. 2, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same parts.
Further, the illustrated charging control circuit 8 can be formed in the semiconductor integrated circuit 4.
Further, although the electricity stored in the power storage element 9 has been described in the example of use in the semiconductor integrated circuit 4, it is not limited to use in the semiconductor integrated circuit 4.

このように形成することで、内蔵した熱発電素子７からの電気エネルギーについて、その応用にあわせて外部の大容量の蓄電素子９等を利用でき、その応用は拡大される。   By forming in this way, the electric energy from the built-in thermoelectric generator 7 can use the external large-capacity storage element 9 and the like according to the application, and the application is expanded.

また、近年は半導体集積回路４においては大規模なディジタル回路とアナログ回路とを混載することが多くなってきている。このような回路において本発明を適用することで、省電力且つ低ノイズを実現する半導体装置を実現することができる。その実施例を図３に示す。   In recent years, in the semiconductor integrated circuit 4, a large-scale digital circuit and an analog circuit are often mounted together. By applying the present invention to such a circuit, a semiconductor device that realizes power saving and low noise can be realized. An example of this is shown in FIG.

図３中、図１及び図２と同一の符号を付した部分は同一物を表わす。図３において、半導体集積回路４の中に、アナログ回路１８、及びディジタル回路１９が配置され、アナログ回路１８へ電源を供給するアナログ用電源回路２０が配置されている。該アナログ用電源回路２０に電気を供給する熱発電素子７、充電制御回路８及び蓄電素子９が電気的に接続されている。   In FIG. 3, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 denote the same components. In FIG. 3, an analog circuit 18 and a digital circuit 19 are disposed in the semiconductor integrated circuit 4, and an analog power supply circuit 20 that supplies power to the analog circuit 18 is disposed. The thermoelectric generator 7 that supplies electricity to the analog power supply circuit 20, the charge control circuit 8, and the storage element 9 are electrically connected.

図１と同様に、配線基板２に搭載したディジタル回路１９部分を配線基板２との間に挟みこむように配設した放熱板６に接し、ディジタル回路１９と相対するように、熱発電素子７を配置することにより、ディジタル回路１９の動作時の発熱を熱発電素子７の発電に利用することができる。   As in FIG. 1, the portion of the digital circuit 19 mounted on the wiring board 2 is in contact with the heat radiating plate 6 disposed so as to be sandwiched between the wiring board 2 and the thermoelectric generator 7 is disposed so as to face the digital circuit 19. By disposing, the heat generated during operation of the digital circuit 19 can be used for power generation of the thermoelectric generator 7.

本実施例は、熱発電素子７のみ同一のパッケージ１７に集積しているが、これは先の実施例にも示すとおり、本構成に限定されるものではない。充電制御回路８、蓄電素子９又はアナログ用電源回路２０を同一パッケージ１７内に集積してもかまわない。   In this embodiment, only the thermoelectric generator 7 is integrated in the same package 17, but this is not limited to this configuration as shown in the previous embodiment. The charge control circuit 8, the storage element 9, or the analog power supply circuit 20 may be integrated in the same package 17.

アナログ回路１８は、その電源に混入されるノイズ等によってその性能に影響を受けてしまう。特に、アナログ回路１８が大規模なディジタル回路１９と混載されている場合、ディジタル回路１９からくる電源ノイズをアナログ回路１８に伝播させないことが重要となってくる。
これに対する対策として、アナログ回路１８の電源をディジタル回路１９の電源ノイズを伝播させないために通常別電源とし、レギュレータ等の電源回路から供給することが多い。
しかし、このような場合、アナログ用電源回路２０が消費する電力によって総電力量が増加してしまうことが考えられる。一方で、大規模なディジタル回路部分は、動作時にその消費電力により発熱源となる。 The analog circuit 18 is affected by its performance due to noise or the like mixed in its power supply. In particular, when the analog circuit 18 is mixed with a large-scale digital circuit 19, it is important not to propagate power supply noise coming from the digital circuit 19 to the analog circuit 18.
As a countermeasure against this, the power supply of the analog circuit 18 is usually a separate power supply so as not to propagate the power supply noise of the digital circuit 19, and is often supplied from a power supply circuit such as a regulator.
However, in such a case, it is conceivable that the total amount of power increases due to the power consumed by the analog power supply circuit 20. On the other hand, a large-scale digital circuit portion becomes a heat source due to its power consumption during operation.

然るに、このような場合において、本発明の熱発電素子７、充電制御回路８及び蓄電素子９からなる電源回路をアナログ用電源回路２０の電源とすることで、アナログ用電源回路２０の消費電力を補完することができる。   However, in such a case, the power consumption of the analog power supply circuit 20 is reduced by using the power supply circuit including the thermoelectric generator 7, the charge control circuit 8 and the storage element 9 of the present invention as the power supply of the analog power supply circuit 20. Can be complemented.

前記のように、ディジタル回路１９による発熱を利用して熱発電素子７で発電することにより、アナログ用電源回路２０の電力とすることができ、効率よく熱エネルギーを再利用し、省電力を実現することができるのである。   As described above, by using the heat generated by the digital circuit 19 to generate power with the thermoelectric generator 7, the power of the analog power supply circuit 20 can be obtained, and heat energy can be efficiently reused to save power. It can be done.

また、アナログ回路１８とディジタル回路１９の電源を別にすればよいので、アナログ用電源回路を使わす、蓄電素子９とアナログ回路１８を接続し、直接蓄電素子９からアナログ回路１８に電気を供給するようにしてもよい。   Since the analog circuit 18 and the digital circuit 19 need only be powered separately, an analog power supply circuit is used, the storage element 9 and the analog circuit 18 are connected, and electricity is directly supplied from the storage element 9 to the analog circuit 18. You may do it.

本発明によれば、該ディジタル回路の発熱によるエネルギーを熱発電素子７により電気エネルギーに変換し、それをアナログ用電源回路２０を通してディジタル・ノイズの少ない電源としてアナログ回路１８で再利用することが可能となる。   According to the present invention, the heat generated by the digital circuit can be converted into electrical energy by the thermoelectric generator 7 and can be reused in the analog circuit 18 as a power source with less digital noise through the analog power supply circuit 20. It becomes.

これによって、前記アナログ用電源回路の電気の消費分、又はアナログ回路の消費電力を補うことができ、省電力を実現することができる。   As a result, the power consumption of the analog power supply circuit or the power consumption of the analog circuit can be supplemented, and power saving can be realized.

本実施例はその一例を示すものであり、アナログ回路の電力を全て熱発電エネルギーで賄うか、外部電源の補完として省電力を実現するかを規定するものではない。   The present embodiment shows an example of this, and does not define whether the power of the analog circuit is entirely covered by thermoelectric energy or power saving is realized as a supplement to the external power source.

尚、本発明の半導体装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   The semiconductor device of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the scope of the present invention.

（ａ）は、本発明に係る半導体装置の断面図の一例を示す図である。（ｂ）は、本発明に係る半導体装置の放熱板の裏面を示す図である。(A) is a figure which shows an example of sectional drawing of the semiconductor device which concerns on this invention. (B) is a figure which shows the back surface of the heat sink of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the semiconductor device which concerns on this invention. 従来の熱発電素子の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional thermoelectric generator. 従来の半導体装置の構成の例を示す図である。It is a figure which shows the example of a structure of the conventional semiconductor device.

符号の説明Explanation of symbols

１ 半導体装置
２ 配線基板
３、３ａ 配線パターン
４ 半導体集積回路
５ ワイヤー
６ 放熱板
７ 熱発電素子
８ 充電制御回路
９ 蓄電素子
１０ 半田バンプ
１１ａ、１１ｂ パッド
１２ 充填口
１３ 封止樹脂
１４ スルーホール
１５ 半田パッド
１６ ハンダボール
１７ パッケージ
１８ アナログ回路
１９ ディジタル回路
２０ アナログ用電源回路
３０ 熱発電素子
３１ Ｐ型発電素子
３２ Ｎ型発電素子
３３ 導電体
３４ 発電素子部
３５ 絶縁板
３６ 放熱板
３７ 吸熱板
４０、５０ 半導体装置
４１、５１ 半導体基板
４２ 回路層
５２ 回路領域
４３、４４、５３、５４ 発電素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Wiring board 3, 3a Wiring pattern 4 Semiconductor integrated circuit 5 Wire 6 Heat sink 7 Thermoelectric power generation element 8 Charging control circuit 9 Power storage element 10 Solder bump 11a, 11b Pad 12 Filling port 13 Sealing resin 14 Through hole 15 Solder Pad 16 Solder ball 17 Package 18 Analog circuit 19 Digital circuit 20 Analog power supply circuit 30 Thermoelectric power generation element 31 P-type power generation element 32 N-type power generation element 33 Conductor 34 Power generation element part 35 Insulation plate 36 Heat sink 37 Heat absorption plate 40, 50 Semiconductor device 41, 51 Semiconductor substrate 42 Circuit layer 52 Circuit region 43, 44, 53, 54 Power generation element

Claims (4)

半導体集積回路を配置した配線基板と、
前記半導体集積回路を前記配線基板との間に挟み込むように配設した放熱板と、
前記放熱板に接し、前記半導体集積回路と相対するように配置した熱発電素子とを備え、
前記熱発電素子は、前記放熱板と前記半導体集積回路との間に配置されることにより、前記半導体集積回路の動作時に発生する熱と前記放熱板による冷却による温度差を利用して電気を発電することを特徴とする半導体装置。 A wiring board on which a semiconductor integrated circuit is arranged;
A heat sink arranged to sandwich the semiconductor integrated circuit with the wiring board;
A thermoelectric generator disposed in contact with the heat radiating plate and facing the semiconductor integrated circuit;
The thermoelectric generator is arranged between the heat radiating plate and the semiconductor integrated circuit, thereby generating electricity using a temperature difference between heat generated during operation of the semiconductor integrated circuit and cooling by the heat radiating plate. A semiconductor device comprising: 半導体集積回路を配置した配線基板と、
前記半導体集積回路を前記配線基板との間に挟み込むように配設した放熱板と、
前記放熱板に接し、前記半導体集積回路に対し外向きとなるように配置した熱発電素子とを備え、
前記熱発電素子は、前記半導体集積回路の動作時に発生する熱を前記放熱板が放熱する熱を利用し、電気を発電することを特徴とする半導体装置。 A wiring board on which a semiconductor integrated circuit is arranged;
A heat sink disposed so as to be sandwiched between the semiconductor integrated circuit and the wiring board;
A thermoelectric generator arranged in contact with the heat sink and facing outward with respect to the semiconductor integrated circuit;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thermoelectric generator generates electricity using heat generated by the heat radiating plate from heat generated during operation of the semiconductor integrated circuit. 前記熱発電素子と電気的に連結した充電制御回路及び蓄電素子を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, further comprising a charge control circuit and a storage element electrically connected to the thermoelectric generator. 前記半導体集積回路は、ディジタル回路とアナログ回路とを備え、
前記ディジタル回路の動作時に発生する熱を利用して発電する熱発電素子を電源として前記アナログ回路に電気を供給することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。 The semiconductor integrated circuit includes a digital circuit and an analog circuit,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein electricity is supplied to the analog circuit using a thermoelectric generator that generates electricity using heat generated during operation of the digital circuit as a power source.
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