JP2008244288A - Semiconductor device provided with temperature control device and printed circuit board - Google Patents
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Abstract
【課題】半導体チップの発熱部品の発熱による熱歪みに伴う劣化を防ぎ、耐久性、信頼性を高めた半導体装置及びプリント回路板を提供する。
【解決手段】温度制御装置7bを備えた半導体基板2と、半導体基板2上に配置された半導体チップ3と、半導体チップ3の発生した熱を放熱する放熱部材4とを備えた半導体装置1、及び温度制御装置7bを備えたプリント基板上にこの半導体装置1を装着したプリント回路板。温度制御装置7bとして、それぞれの部材にサーミスタ6a,6c,6dなどの温度測定装置を配置して直接各部材の温度を測定して各部材を所定の温度になるようにヒータ発熱量を制御してもよい。
【選択図】図1Provided are a semiconductor device and a printed circuit board which have improved durability and reliability by preventing deterioration due to heat distortion caused by heat generation of a heat-generating component of a semiconductor chip.
A semiconductor device including a semiconductor substrate including a temperature control device, a semiconductor chip disposed on the semiconductor substrate, and a heat dissipating member that dissipates heat generated by the semiconductor chip. And the printed circuit board which mounted | wore this semiconductor device 1 on the printed circuit board provided with the temperature control apparatus 7b. As the temperature control device 7b, a temperature measuring device such as the thermistor 6a, 6c, 6d is arranged on each member, and the temperature of each member is directly measured to control the heating value of the heater so that each member has a predetermined temperature. May be.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、温度制御装置を備えた半導体装置及びプリント回路板に係り、特に温度制御装置を備えた半導体装置及びプリント回路板、並びに半導体装置及びプリント回路板の温度制御方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a printed circuit board provided with a temperature control device, and more particularly to a semiconductor device and a printed circuit board provided with a temperature control device, and a temperature control method for the semiconductor device and the printed circuit board.
半導体チップ、特に高集積半導体チップは、作動時に発熱する。この発熱量は、放熱機構を設けて放熱してやらないと半導体チップ自身や接続部などに悪影響をおよぼすほどである。このため、半導体装置は、金属製の放熱板や放熱部材を備えており、これを半導体チップに密着させて、半導体チップから発生した熱を半導体装置外部に放熱している。これにより、半導体装置は一定温度以上には上がらず、高温による半導体チップ自身や周辺部材などの損傷は起こらない仕組みになっている。 Semiconductor chips, particularly highly integrated semiconductor chips, generate heat during operation. This amount of generated heat has an adverse effect on the semiconductor chip itself and the connection portion unless a heat dissipation mechanism is provided to dissipate heat. For this reason, the semiconductor device is provided with a metal heat radiating plate and a heat radiating member, which are brought into close contact with the semiconductor chip to radiate heat generated from the semiconductor chip to the outside of the semiconductor device. As a result, the semiconductor device does not rise above a certain temperature, and the semiconductor chip itself and peripheral members are not damaged by the high temperature.
ところが、最近は、半導体チップの高集積化が進み発熱量はますます大きくなってきている。この為、放熱機構も高性能化しており、例えば、ヒートスプレッタと呼ばれるパッケージタイプの放熱部材などでは半導体チップで発生した熱が大量に放熱できる。短時間で熱移動が起こるということは、半導体チップの作動開始時のように、室温から定常運転時の温度状態になるまでの時間が短いということになる。すなわち、半導体チップは短時間で定常運転時の高温状態になる。しかし、半導体チップとは電極部のみで結合している半導体基板は、熱伝導性が悪く、すぐには昇温しない。特に、熱伝導率の小さい樹脂製やセラミックス製の素材からなる半導体基板では、温度上昇が遅くなる。そうすると、半導体チップ及び放熱部材と半導体基板との間に温度差が生じる。この為、半導体チップ及び放熱部材と半導体基板との間に熱膨張の違いが生じ、これらの結合部に熱応力が発生する。このような熱膨張の違いによる応力は、それぞれの素材の熱膨張率の違いによっても生じることがある。 In recent years, however, the amount of heat generated has been increasing as semiconductor chips have been highly integrated. For this reason, the heat dissipation mechanism has also been improved in performance. For example, a package type heat dissipation member called a heat spreader can dissipate a large amount of heat generated in the semiconductor chip. The fact that the heat transfer occurs in a short time means that the time from the room temperature to the temperature state during steady operation is short as at the start of operation of the semiconductor chip. That is, the semiconductor chip becomes a high temperature state during steady operation in a short time. However, the semiconductor substrate bonded to the semiconductor chip only by the electrode portion has poor thermal conductivity and does not immediately rise in temperature. In particular, in a semiconductor substrate made of a resin or ceramic material having a low thermal conductivity, the temperature rise is slow. If it does so, a temperature difference will arise between a semiconductor chip and a thermal radiation member, and a semiconductor substrate. For this reason, a difference in thermal expansion occurs between the semiconductor chip and the heat radiating member and the semiconductor substrate, and a thermal stress is generated at these joints. Such stress due to the difference in thermal expansion may be caused by the difference in the thermal expansion coefficient of each material.
半導体チップの集積度がそれほど大きくなかったり、高速化されたりしていなければ、発熱量も比較的小さいので、このような応力は問題にならなかった。しかし、最近は、半導体チップの高集積化、高速化が進み、この熱応力による半導体装置の耐久性の低下が問題となってきた。半導体装置にこのような熱応力が繰り返し掛かると、半導体チップと半導体基板とを接合しているバンプ電極などの接合部が損傷する恐れがある。特に、接合部が高温になったときに熱応力が掛かると、耐熱性の劣る接合部は損傷しやすいことが多い。 If the degree of integration of the semiconductor chip is not so large or the speed is not increased, the amount of heat generated is relatively small, and such stress does not cause a problem. Recently, however, semiconductor chips have been highly integrated and increased in speed, and the deterioration of the durability of semiconductor devices due to this thermal stress has become a problem. When such a thermal stress is repeatedly applied to the semiconductor device, there is a possibility that a joint portion such as a bump electrode that joins the semiconductor chip and the semiconductor substrate is damaged. In particular, when thermal stress is applied when the joint becomes high temperature, the joint having poor heat resistance is often easily damaged.
発明者等のヒートサイクル模擬実験によると、半導体装置の温度変化に対する耐久性は、通常の使用状況では問題にならなくても、高信頼性を要求される用途では問題となるほどである。特に、半導体装置に作用する温度変化が大きいほど、半導体装置の寿命は短くなることが判った。図8に、高集積半導体チップを搭載した半導体装置の、ヒートサイクルによる寿命試験結果を示した。図8のグラフでは、ヒートサイクルにおける温度差に対する寿命が来るまでのサイクル数で表している。図から判るように、ヒートサイクルにおける温度差と寿命とには、一次の相関関係があり、温度差が大きいほど寿命が短い。また、温度差140℃以上であれば1000サイクル以上の寿命がある。通常の業務用パソコンなどではこの程度の信頼性でも使用できるが、高信頼性を要求されるネットワークのホストに使用される機器や、重要なデータ保存機器などでは、これでは十分な信頼性とは言えない場合がある。 According to the inventors' heat cycle simulation experiment, the durability of the semiconductor device against temperature changes is not a problem in a normal use situation, but is a problem in an application requiring high reliability. In particular, it has been found that the longer the temperature change acting on the semiconductor device, the shorter the life of the semiconductor device. FIG. 8 shows a life test result by heat cycle of a semiconductor device mounted with a highly integrated semiconductor chip. In the graph of FIG. 8, it represents with the cycle number until the lifetime with respect to the temperature difference in a heat cycle comes. As can be seen from the figure, there is a first-order correlation between the temperature difference and the life in the heat cycle, and the life is shorter as the temperature difference is larger. Moreover, if the temperature difference is 140 ° C. or more, the lifetime is 1000 cycles or more. Although this level of reliability can be used with ordinary business personal computers, this is not enough for devices used for network hosts that require high reliability and important data storage devices. I can't say that.
さらに、半導体装置における上述の問題と同様に、プリント回路板において、半導体装置の発熱とこれを装着しているプリント基板等との温度差による熱応力の問題がある。半導体装置における半導体チップと半導体基板との接合部の応力による損傷と同じように、プリント回路板においては、半導体装置とプリント基板との接合部分の応力による損傷が問題となる(本願においては、プリント基板に半導体装置や電子部品、電気部品などを装着した電子装置をプリント回路板と呼ぶ。)。これまで、半導体装置やプリント回路板の耐熱性に対する検討はされていても、温度差に伴う熱応力に対する検討は、特殊な状況下での対応以外あまり意識されていなかった。 Further, similarly to the above-described problem in the semiconductor device, the printed circuit board has a problem of thermal stress due to a temperature difference between the heat generated in the semiconductor device and a printed circuit board on which the semiconductor device is mounted. Similar to the damage caused by the stress at the joint between the semiconductor chip and the semiconductor substrate in the semiconductor device, in the printed circuit board, the damage due to the stress at the joint between the semiconductor device and the printed board becomes a problem (in this application, the print An electronic device in which a semiconductor device, an electronic component, or an electrical component is mounted on a substrate is called a printed circuit board.) Up to now, even though the heat resistance of semiconductor devices and printed circuit boards has been studied, the study on the thermal stress accompanying the temperature difference has not been so much conscious except for dealing with special circumstances.
例えば、プリント回路板の修理時の熱応力による悪影響に対する対策に関して特許文献1に報告されている。特許文献1においては、多層プリント配線板の修理や改造の際、ハンダ付けなどの局部加熱工程があり、その際の残留応力により多層プリント配線板の反りや歪みを防止する発明について開示している。具体的な方法として、多層プリント配線板の中間層にヒータを内蔵した発熱層を配置して、ハンダ付けなどの際には、発熱層を発熱させて多層プリント回路板全体を加熱して局部的に大きな温度差が発生することを防ぐものである。
For example,
また、特許文献2には、ヒータ内蔵基板が開示されている。これは、宇宙空間で使用する電子機器の基板にヒータを内蔵させておき、半導体装置等が極低温状態に曝されて作動不能になることを防ぐため、ヒータ内蔵基板によって効率的に半導体装置等の電子機器を保温しておくものである。
上述のように、ヒータによる温度調節機能を備えた多層プリント配線板が開示されているが、特許文献1においては、この温度調節機能は、多層プリント配線板の動作を停止してハンダ付け等の修理をするときの局部加熱に対する熱応力対策用である。この為、動作停止中の多層プリント配線板全体を等温に加熱しておくものであり、多層プリント配線板の動作中又は動作開始時の半導体装置等の発熱による熱歪みを補償する機能はない。また、特許文献2に開示されたヒータ内蔵基板においても、このヒータには極低温状態での半導体装置等の作動を円滑にするための保温機能はあるが、動作中の半導体装置等の発熱による熱歪みを補償する機能はない。
As described above, a multilayer printed wiring board having a temperature adjustment function by a heater is disclosed. However, in
このように、これまでの半導体装置やこれを装着したプリント回路板において、作動開始時に起こる局部的な温度差と、これに伴う歪みによる接合部等への応力を緩和するための各部の温度制御に関しては、特に問題ともされず、上述のようなプリント回路板においても対応できるものではない。 In this way, in conventional semiconductor devices and printed circuit boards equipped with the semiconductor devices, local temperature differences that occur at the start of operation, and temperature control of each part to relieve stress on the joints due to distortion caused by this difference Is not a problem, and it cannot be applied to the printed circuit board as described above.
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、半導体チップ等の発熱部品の発熱による半導体装置及びこれを装着したプリント回路板の熱歪みによる劣化を防ぎ、耐久性、信頼性を高めた半導体装置及びプリント回路板を提供し、並びに半導体装置及びプリント回路板の耐久性、信頼性を高める温度制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and prevents deterioration due to heat distortion of a semiconductor device due to heat generation of a heat-generating component such as a semiconductor chip and a printed circuit board on which the semiconductor device is mounted, thereby improving durability and reliability. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a printed circuit board, and to provide a temperature control method for improving durability and reliability of the semiconductor device and the printed circuit board.
上記の課題を解決するために本発明では、次に述べる各手段を講じたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention is characterized by the following measures.
本発明の半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に配置された半導体チップと、半導体チップの発生した熱を放熱する放熱部材とを備えており、前記半導体基板は温度制御装置を備えていることを特徴とする。さらに、半導体チップ及び放熱部材も温度制御装置を備えていてもよい。温度制御装置としては、ヒータとヒータへの電力供給制御装置を備えていることが好ましく、さらに、サーミスタなどの温度測定装置を備えていることが好ましい。温度測定装置は、半導体装置の作動開始時の半導体チップの発熱よる半導体装置の熱歪みを低減するように、半導体装置の作動開始前に半導体基板などの温度制御対象物を予熱制御することもできる。予熱制御は、温度制御対象物を所定時間予熱制御することも、特に温度制御対象物が所定温度以下のときに温度制御対象物を予熱することも、温度制御対象物が所定温度を超えるまで予熱することもできることが好ましい。 A semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, a semiconductor chip disposed on the semiconductor substrate, and a heat dissipation member that dissipates heat generated by the semiconductor chip, and the semiconductor substrate includes a temperature control device. It is characterized by that. Furthermore, the semiconductor chip and the heat radiating member may also include a temperature control device. The temperature control device preferably includes a heater and a power supply control device for the heater, and more preferably includes a temperature measurement device such as a thermistor. The temperature measuring device can also preheat control a temperature control object such as a semiconductor substrate before starting the operation of the semiconductor device so as to reduce thermal distortion of the semiconductor device due to heat generation of the semiconductor chip at the start of operation of the semiconductor device. . Preheating control can be performed by preheating the temperature control object for a predetermined time, in particular, preheating the temperature control object when the temperature control object is below the predetermined temperature, or preheating until the temperature control object exceeds the predetermined temperature. It is preferable that it can also be performed.
本発明の半導体装置においては、半導体装置の作動、停止を繰り返しても、半導体基板や半導体チップと半導体基板との接合部などに半導体チップの発熱に伴う熱応力が掛からず、あるいは小さく熱応力の繰り返しによる損傷の恐れがなくなり、半導体装置の長期間の信頼性が向上する。また、ヒータとヒータへの電力供給制御装置による温度制御は、簡便で精度が高く、信頼性も高い温度制御装置である。サーミスタなどの温度計測装置を備えていれば、さらに精度よく温度制御ができる。一般に、半導体装置において、発熱による温度変化が激しいのは、半導体装置の作動開始時であるので、作動開始時の温度制御ができることが好ましい。この作動開始時の温度制御とは、半導体装置が実際に作動する少し前の予熱時間をも含む温度制御である。予熱制御においては、予熱時間により制御したり、温度制御対象物の温度により制御したりすれば、正確で効果的な制御ができる。 In the semiconductor device of the present invention, even if the operation and stop of the semiconductor device are repeated, the thermal stress accompanying the heat generation of the semiconductor chip is not applied to the semiconductor substrate or the junction between the semiconductor chip and the semiconductor substrate, or the thermal stress is small. There is no risk of repeated damage, and the long-term reliability of the semiconductor device is improved. The temperature control by the heater and the power supply control device for the heater is a temperature control device that is simple, highly accurate, and highly reliable. If a temperature measuring device such as a thermistor is provided, the temperature can be controlled with higher accuracy. Generally, in a semiconductor device, the temperature change due to heat generation is severe at the start of the operation of the semiconductor device, and therefore it is preferable that the temperature control at the start of the operation can be performed. This temperature control at the start of operation is temperature control including a preheating time slightly before the semiconductor device actually operates. In the preheating control, accurate and effective control can be performed by controlling by the preheating time or by controlling the temperature of the temperature control object.
本発明のプリント回路板は、プリント基板に温度制御装置を備えており、上記の本発明の半導体装置をプリント基板上に装着している。さらに、プリント基板上に装着した電子部品、電気部品、プリント基板の補強部品、放熱部品、及びプリント基板の保護部品も温度制御装置を備えていてもよい。温度制御装置は、ヒータとヒータへの電力供給制御装置を備えていることが好ましく、さらに温度測定装置を備えていることが好ましい。温度測定装置は、半導体装置の作動開始時の半導体チップの発熱よるプリント回路板の熱歪みを低減するように温度制御対象物を予熱制御することも、温度制御対象物を所定時間予熱制御することも、温度制御対象物が所定温度以下のときに温度制御対象物を予熱することも、温度制御対象物が所定温度を超えるまで予熱することもできることが好ましい。 The printed circuit board of the present invention is provided with a temperature control device on a printed circuit board, and the semiconductor device of the present invention is mounted on the printed circuit board. Furthermore, electronic components, electrical components, printed circuit board reinforcement components, heat dissipation components, and printed circuit board protection components mounted on the printed circuit board may also include a temperature control device. The temperature control device preferably includes a heater and a power supply control device for the heater, and more preferably includes a temperature measurement device. The temperature measuring device can preheat control the temperature control object so as to reduce the thermal distortion of the printed circuit board due to heat generation of the semiconductor chip at the start of operation of the semiconductor device, or can preheat the temperature control object for a predetermined time. In addition, it is preferable that the temperature control object can be preheated when the temperature control object is equal to or lower than the predetermined temperature, or can be preheated until the temperature control object exceeds the predetermined temperature.
本発明のプリント回路板においては、プリント回路板の作動、停止を繰り返しても、半導体装置等の発熱に伴う熱応力が掛からず、あるいは小さく熱応力の繰り返しによる接合部の損傷の恐れがなくなり、プリント回路板の長期間の信頼性が向上する。また、ヒータとヒータへの電力供給制御装置による温度制御は、簡便で精度が高く、信頼性も高い温度制御装置である。サーミスタなどの温度計測装置を備えていれば、さらに精度よく温度制御ができる。一般に、プリント回路板において、発熱による温度変化が激しいのは、プリント回路板の作動開始時であるので、作動開始時の温度制御ができることが好ましい。この作動開始時の温度制御とは、プリント回路板が実際に作動する少し前の予熱時間をも含む温度制御であることが好ましい。予熱制御においては、予熱時間により制御したり、温度制御対象物の温度により制御したりすれば、正確で効果的な制御ができる。 In the printed circuit board of the present invention, even if the operation and stop of the printed circuit board are repeated, thermal stress due to heat generation of the semiconductor device or the like is not applied, or there is no risk of damage to the joint due to repeated thermal stress, Long-term reliability of the printed circuit board is improved. The temperature control by the heater and the power supply control device for the heater is a temperature control device that is simple, highly accurate, and highly reliable. If a temperature measuring device such as a thermistor is provided, the temperature can be controlled with higher accuracy. Generally, in the printed circuit board, the temperature change due to heat generation is severe at the start of the operation of the printed circuit board, and therefore it is preferable that the temperature control at the start of the operation can be performed. The temperature control at the start of operation is preferably temperature control including a preheating time slightly before the printed circuit board is actually operated. In the preheating control, accurate and effective control can be performed by controlling by the preheating time or by controlling the temperature of the temperature control object.
本発明の半導体装置の温度制御方法は、半導体基板と、半導体基板上に配置された半導体チップと、半導体チップの発生した熱を放熱する放熱部材とを備えた半導体装置における前記半導体基板の温度を制御する温度制御方法である。さらに、半導体チップ及び放熱部材の温度を制御する温度制御方法であってもよい。この半導体装置の温度制御方法は、半導体装置の作動開始時の半導体チップの発熱よる半導体装置の熱歪みを低減するように半導体基板等の温度制御対象物を予熱制御すること、温度制御対象物を所定時間予熱制御すること、温度制御対象物が所定温度以下のときに温度制御対象物を予熱すること、温度制御対象物が所定温度を超えるまで予熱することが好ましい。また、半導体装置の温度制御方法においては、温度制御対象物をヒータ加熱により温度制御することが好ましい。 The temperature control method for a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a semiconductor chip disposed on the semiconductor substrate, and a heat dissipation member that dissipates heat generated by the semiconductor chip. It is the temperature control method to control. Furthermore, a temperature control method for controlling the temperature of the semiconductor chip and the heat dissipation member may be used. In this temperature control method for a semiconductor device, the temperature control object such as a semiconductor substrate is preheat controlled so as to reduce the thermal distortion of the semiconductor device due to heat generation of the semiconductor chip at the start of operation of the semiconductor device. It is preferable to perform preheating control for a predetermined time, to preheat the temperature control object when the temperature control object is below a predetermined temperature, and to preheat until the temperature control object exceeds a predetermined temperature. Moreover, in the temperature control method of the semiconductor device, it is preferable to control the temperature of the temperature control object by heating the heater.
本発明の半導体装置の温度制御方法によって、半導体装置の作動、停止を繰り返しても、半導体基板と半導体チップとの間に半導体チップの発熱に伴う熱応力が掛からず、あるいは小さく熱応力の繰り返しによる寿命低下がなくなり、長期間の信頼性が向上する。また、サーミスタなどの温度計測装置を備えていれば、さらに精度よく温度制御ができる。一般に、半導体装置において、発熱による温度変化が激しいのは、半導体装置の作動開始時であるので、作動開始時の温度制御ができることが好ましい。この作動開始時の温度制御とは、半導体装置が実際に作動する少し前の予熱時間をも含む温度制御である。予熱制御においては、予熱時間により制御したり、半導体基板等の温度制御対象物の温度により制御したりすれば、正確で効果的な制御ができる。また、ヒータとヒータへの電力供給制御装置による温度制御は、簡便で精度が高く、信頼性も高い温度制御方法である。 According to the temperature control method for a semiconductor device of the present invention, even if the semiconductor device is repeatedly activated and stopped, thermal stress due to heat generation of the semiconductor chip is not applied between the semiconductor substrate and the semiconductor chip, or is small due to repeated thermal stress. Long-term reliability is improved with no reduction in service life. If a temperature measuring device such as a thermistor is provided, the temperature can be controlled with higher accuracy. Generally, in a semiconductor device, the temperature change due to heat generation is severe at the start of the operation of the semiconductor device, and therefore it is preferable that the temperature control at the start of the operation can be performed. This temperature control at the start of operation is temperature control including a preheating time slightly before the semiconductor device actually operates. In the preheating control, accurate and effective control can be performed by controlling by the preheating time or by controlling the temperature of the temperature control object such as a semiconductor substrate. Moreover, the temperature control by the heater and the power supply control device for the heater is a temperature control method that is simple, highly accurate, and highly reliable.
本発明のプリント回路板の温度制御方法は、上記の温度制御方法により温度制御されている半導体装置をプリント基板上に装着したプリント回路板の温度制御方法であって、プリント基板の温度を制御する温度制御方法である。さらに、プリント基板上に装着した電子部品、電気部品、プリント基板の補強部品、放熱部品、及びプリント基板の保護部品の温度を制御する温度制御方法であってもよい。この温度制御方法は、プリント回路板の作動開始時の半導体チップの発熱よるプリント回路板の熱歪みを低減するようにプリント基板等の温度制御対象物を予熱制御すること、温度制御対象物を所定時間予熱制御すること、温度制御対象物が所定温度以下のときに温度制御対象物を予熱すること、温度制御対象物が所定温度を超えるまで予熱すること、温度制御対象物をヒータ加熱により温度制御することが好ましい。 A temperature control method for a printed circuit board according to the present invention is a temperature control method for a printed circuit board in which a semiconductor device whose temperature is controlled by the above temperature control method is mounted on a printed circuit board, and controls the temperature of the printed circuit board. This is a temperature control method. Furthermore, a temperature control method for controlling the temperatures of electronic components, electrical components, printed circuit board reinforcement components, heat radiation components, and printed circuit board protection components mounted on the printed circuit board may be used. In this temperature control method, the temperature control object such as a printed circuit board is preheat controlled so as to reduce the thermal distortion of the printed circuit board due to heat generation of the semiconductor chip at the start of the operation of the printed circuit board. Pre-time control, pre-heating the temperature control object when the temperature control object is below the predetermined temperature, pre-heating until the temperature control object exceeds the predetermined temperature, temperature control of the temperature control object by heater heating It is preferable to do.
本発明のプリント回路板の温度制御方法によれば、プリント回路板の作動、停止を繰り返しても、プリント基板と半導体装置等との接合部に半導体装置等の発熱に伴う熱応力が掛からず、あるいは小さく熱応力の繰り返しによる寿命低下がなくなり、プリント回路板の長期間の信頼性が向上する。サーミスタなどの温度計測装置を備えていれば、さらに精度よく温度制御ができる。一般に、プリント回路板において、発熱による温度変化が激しいのは、プリント回路板の作動開始時であるので、作動開始時の温度制御ができることが好ましい。この作動開始時の温度制御とは、プリント回路板が実際に作動する少し前の、予熱時間をも含む温度制御である。予熱制御においては、予熱時間により制御したり、温度制御対象物の温度により制御したりすれば、正確で効果的な制御ができる。また、ヒータとヒータへの電力供給制御装置による温度制御は、簡便で精度が高く、信頼性も高い温度制御方法である。 According to the printed circuit board temperature control method of the present invention, even if the operation and stop of the printed circuit board are repeated, the thermal stress accompanying the heat generation of the semiconductor device or the like is not applied to the joint between the printed circuit board and the semiconductor device or the like, Alternatively, the lifetime is not reduced due to small thermal stress, and the long-term reliability of the printed circuit board is improved. If a temperature measuring device such as a thermistor is provided, the temperature can be controlled with higher accuracy. Generally, in the printed circuit board, the temperature change due to heat generation is severe at the start of the operation of the printed circuit board, and therefore it is preferable that the temperature control at the start of the operation can be performed. The temperature control at the start of the operation is a temperature control including a preheating time just before the printed circuit board is actually operated. In the preheating control, accurate and effective control can be performed by controlling by the preheating time or by controlling the temperature of the temperature control object. Moreover, the temperature control by the heater and the power supply control device for the heater is a temperature control method that is simple, highly accurate, and highly reliable.
本発明によれば、半導体チップ等の発熱部品の発熱による半導体装置及びこれを装着したプリント回路板の熱歪みによる劣化を防ぎ、耐久性、信頼性を高めた半導体装置及びプリント回路板、並びに半導体装置及びプリント回路板の耐久性、信頼性を高める温度制御方法を提供することができる。 According to the present invention, a semiconductor device and a printed circuit board having improved durability and reliability by preventing deterioration due to thermal distortion of a semiconductor device due to heat generation of a heat-generating component such as a semiconductor chip and a printed circuit board on which the semiconductor device is mounted, and a semiconductor A temperature control method for improving durability and reliability of the apparatus and the printed circuit board can be provided.
次に、本発明を実施するための最良の形態について図面と共に説明する。
(実施形態1)
本発明の半導体装置を実施形態1として、図1を参照しながら説明する。図1には、本発明の半導体装置の一例を断面図として示した。図1における半導体装置1は、通常の半導体装置と同様、半導体基板2上に半導体チップ3が装着されており、半導体チップ3の背面(接続用電極のない側)には放熱部材4が密着している。この放熱部材4は、半導体チップ3を収容する空間を密閉するように、その端部が半導体基板2と密着されている。また、放熱部材4は、半導体チップ3の作動に伴う発熱による温度上昇を抑える機能を持っており、半導体チップ3と密着し、半導体チップ3からの熱伝導をよくしていると同時に、放熱部材自身熱伝導性のよい金属素材を用いて半導体装置外部への放熱を容易にしている。なお、この半導体装置は、半導体チップ3と半導体基板2との接続用電極と、半導体装置1と外部のプリント基板等との接続用電極とには、ボール電極8,9を用いている。
Next, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
A semiconductor device of the present invention will be described as
この半導体装置1は、半導体基板2、半導体チップ3及び放熱部材4のそれぞれにヒータ5a,5b,5cを内蔵している。ヒータは、それぞれ内部ではなく表面に配置してもよいが、内部に配置する方が効果的な場合が多い。なお、ヒータ5a,5cについては、半導体チップ3に近接した位置に配置することが好ましい。半導体チップ3が半導体装置の発熱部であるので、半導体チップ3の近辺が温度変化の激しい部分であり、その温度制御を十分にするためである。
In the
この半導体装置1において、半導体チップ3に通電して作動を開始した場合の半導体チップ3と半導体基板2の温度変化及びその際の温度上昇から計算される伸び量を図4に示した。図4において、右側のグラフは半導体チップ3の作動開始からの時間に対する各部材の温度変化を表している。左側のグラフは、それぞれの部材の温度に対する熱膨張率から計算した伸び量を表している。ここでは、曲線(a)を半導体チップ3、曲線(b)、(b')を半導体基板2のグラフとする。仮に、半導体装置1を温度制御せずに半導体チップ3に通電して作動を開始した場合、半導体チップ3の温度は、作動開始から時間t1の間にグラフ(a)に沿って基準点OからT1まで上昇する。そして、半導体チップ3は、温度T1までの温度上昇に伴って、l1だけ伸びる計算になる。一方、半導体基板2の温度は、半導体チップ3からの伝熱と半導体装置外部への放熱とにより、時間t1の間にグラフ(b)に沿って基準点Oから温度T2まで上昇する。そして、半導体基板2は、温度T2までの温度上昇に伴って、l2だけ伸びる計算になる。
In this
伸び量l1とl2とが等しければ、ボール電極(バンプ電極ともいう。)8により結合されている半導体チップ3と半導体基板2とは、同じ伸びを示してそれぞれの部材に熱応力は発生しない。ところが、現実には、半導体チップ3と半導体基板2とは、温度上昇カーブも熱膨張カーブも異なるので、図4に示すように、伸び量l1とl2とが等しいことは稀である。そこで、半導体チップ3と半導体基板2との結合部には、この伸び量l1とl2との差を調整するための応力が発生する。半導体装置の作動と停止が繰り返されて、結合部に繰り返し応力が掛かると結合部の最も弱いボール電極部が損傷する恐れがある。
If the elongation amounts l 1 and l 2 are equal, the
そこで、本発明の半導体装置1においては、それぞれの部材に内蔵されている温度制御装置であるサーミスタ5a,5b,5cによって、半導体装置1の作動開始時の各部材の温度を制御し、半導体装置1の作動開始時の各部材間の伸び量の差をなくす、又は小さくする。例えば、上記半導体チップ3と半導体基板2との伸び量の差をなくすためには、図4に示すように、半導体基板2の伸び量l2をl1と同じにすればよい。そのためには、時間t1における半導体基板2の温度をT3としてやればよい。時間t1の間に半導体基板2の温度がT3となるための初期温度T4を予め測定しておき、半導体チップ3に電源を印加して作動させる前に、半導体基板2を予熱して温度T4としておく温度制御方法がある。また、半導体基板2に配置したヒータを半導体チップ3作動前に制御して温度上昇させておく温度制御装置を備えていればよい。
Therefore, in the
上記説明では、一時点のみで説明したが、半導体チップ3の発熱による半導体基板2の温度変化と、半導体チップ3と半導体基板2の熱膨張特性から、上述の考え方を適用して、半導体装置1の作動開始から定常状態になるまでの各時間に対し、きめ細かく温度制御することにより、半導体チップ3と半導体基板2の熱膨張差による応力を縮小することができる。
In the above description, only the temporary point has been described. However, the
さらに、簡単な温度制御によって上述のような熱応力を減少させる方法を例示する。図5には、半導体チップ3を作動させる前から半導体基板2を予熱しており、半導体基板2が60℃に予熱された時点で、半導体チップ3を作動させた後も半導体基板2を加熱し、半導体チップ3がおよそ90℃で安定したときに半導体基板2も70℃となるように温度制御している。なお、この例では、半導体チップ3の90℃における熱膨張による伸びと、半導体基板2の70℃における熱膨張による伸びとがほぼ同じであると仮定した。このようにすれば、半導体チップ3と半導体基板2の熱膨張差による応力は小さなものとすることができる。とくに、高温域において熱応力が小さいので、半導体チップ3と半導体基板2の結合部であるボール電極8部は、強度の落ちる高温時に応力が作用しない(又は小さい)ので好適である。
Furthermore, a method for reducing the thermal stress as described above by simple temperature control is illustrated. In FIG. 5, the semiconductor substrate 2 is preheated before the
図6には、半導体基板2の材質が異なり、その熱膨張率が半導体チップ3に近い場合の温度制御の例が示してある。この場合は、半導体基板2の熱膨張による伸びが比較的小さく、半導体チップ3の90℃における熱膨張による伸びと同じ伸びを発生させるために、半導体基板2の温度を85℃に制御している。
FIG. 6 shows an example of temperature control when the material of the semiconductor substrate 2 is different and the coefficient of thermal expansion is close to that of the
図1においては、半導体チップ3、放熱部材4にも温度制御用のヒータ5b,5cが配置してある。放熱部材4に関しては、半導体チップ3との接着面での熱膨張による伸び量の調整の他に、半導体基板2との伸び量の差により、半導体基板2と放熱部材4との接合部における応力の低減にも用いることができる。特に、放熱部材4は、放熱性が優れているので、半導体チップ3が作動停止して発熱しなくなると、急速に冷却される。その際、半導体基板2と半導体チップ3や半導体基板2との間に温度差による伸び量の差が大きくなり、応力発生の原因になりやすいので、これを調整できる。
In FIG. 1,
本発明の半導体装置においては、ヒータ発熱量の時間的なプログラム制御だけでなく、より直接的な制御として、それぞれの部材にサーミスタ6a,6cなどの温度測定装置を配置して直接温度測定して、各部材を所定の温度になるように制御してもよい。また、温度測定装置による温度測定は、上述のヒータ発熱量の時間的なプログラム制御に利用することもできる。
In the semiconductor device of the present invention, temperature measurement devices such as
(実施形態2)
本発明のプリント回路板を実施形態2として、図2,3を参照しながら説明する。図3には、本発明のプリント回路板の一例を部分断面図として示した。図3におけるプリント回路板11は、通常のプリント回路板と同様、プリント基板10上に半導体装置1,その他の電子部品12及び電気部品13などが装着されている。半導体装置1には超LSI、LSI、ICなどが含まれ、その他の電子部品12及び電気部品13としては、トランジスタ、抵抗器、コンデンサなどがある。なお、このプリント回路板11は、プリント基板10と半導体装置1等との接続用電極としてボール電極8,9を用いている。
(Embodiment 2)
A printed circuit board according to the present invention will be described as a second embodiment with reference to FIGS. In FIG. 3, an example of the printed circuit board of this invention was shown as a fragmentary sectional view. The printed
実施形態2のプリント回路板11においては、プリント基板10、半導体装置1並びに必要に応じてその他の電子部品12及び電気部品13に、ヒータ5a,5d,5e,5f,5g,5hなどの温度制御装置が配置されている。ヒータ5a,5d,5e,5f,5g,5hは、半導体装置1などのそれぞれの部品の表面に配置してもよいが、内部に配置する方が効果的な場合が多い。なお、プリント基板10に配置するヒータ5d,5e,5fについては、プリント基板10の温度制御の観点から半導体装置1などの部品に近接した位置に配置することが好ましい。これらの温度制御用のヒータ5a,5d,5e,5f,5g,5hは、プリント回路板11の作動時にプリント基板10と半導体装置1その他の電子部品12及び電気部品13との、温度差に起因する熱応力を緩和するために作動しやすくなる。なお、図示はしていないが、温度制御対象としては、プリント基板10の補強部品、放熱部品、保護部品などプリント基板10と接合されており熱応力が発生する接合部を持つ部材も挙げられる。
In the printed
プリント基板10と半導体装置1その他の電子部品12及び電気部品13との熱応力に対するヒータの作用は、プリント基板10と半導体装置1の場合も、プリント基板10とその他の電子部品12及び電気部品13の場合も同じなので、最も発熱量が多く熱応力が大きいと考えられるプリント基板10と半導体装置1の場合を例に、図2を参照しながら説明する。
The effect of the heater on the thermal stress between the printed
図2には簡単なプリント回路板11の一例として、プリント基板10上に作動時に発熱量の多い高集積半導体装置1を装着している。このプリント基板10に通電して、電子装置として作動を開始した場合の、半導体装置1とプリント基板10の温度変化及びその際の温度上昇から計算される伸び量を図4に示したグラフで説明する。図4において、右側のグラフはプリント回路板11の作動時間に対する半導体装置1とプリント基板10の温度変化を表している。左側のグラフは、それぞれの部材の温度に対する熱膨張率から計算される伸び量を表している。ここでは、部材(a)を半導体装置1、部材(b)、(b')をプリント基板10のグラフとする。仮に、プリント基板10及び半導体装置1を温度制御せずにプリント回路板11に通電して作動を開始した場合、半導体装置1の温度は、時間t1の間にグラフ(a)に沿って基準点OからT1まで上昇する。そして、半導体装置1は、温度T1に伴って、熱膨張によりl1だけ伸びる計算になる。一方、プリント基板10の温度は、半導体装置1からの伝熱とプリント基板10外部への放熱とにより、時間t1の間にグラフ(b)に沿って基準点OからT2まで上昇する。そして、半導体基板2は、温度T2に伴って、l2だけ伸びる計算になる。
In FIG. 2, as an example of a simple printed
伸び量l1とl2とが等しければ、ボール電極により結合されている半導体装置1とプリント基板10とは、同じ伸びを示してそれぞれの部材に熱応力は発生しない。ところが、現実には、半導体装置1とプリント基板10とは、温度上昇カーブも熱膨張カーブも異なるので、図4に示すように、伸び量l1とl2とが等しいことは稀である。そこで、半導体装置1とプリント基板10との結合部には、この伸び量l1とl2との差を調整するための応力が発生する。プリント回路板11の作動と停止が繰り返されて、結合部に繰り返し応力が掛かると結合部の最も弱いボール電極部が損傷する恐れがある。
If the elongation amounts l 1 and l 2 are equal, the
そこで、本発明のプリント回路板11においては、それぞれの部材に内蔵されている温度制御装置によって、プリント回路板11の作動開始時の各部材の温度を制御し、半導体装置1の作動開始時の昇温課程における各部材間の熱膨張による伸び量の差をなくす、又は小さくする。例えば、上記半導体装置1とプリント基板10との伸び量の差をなくすためには、図4に示すように、プリント基板10の伸び量l2を半導体装置1の伸び量l1と同じにすればよい。そのためには、プリント基板10の温度をT3としてやればよい。時間t1の間にプリント基板10の温度がT3となるための初期温度T4を予め測定しておき、プリント回路板11又は半導体装置1に電源を印加して作動させる前に、プリント基板10を予熱して温度T4としておく温度制御方法がある。また、プリント回路板11に配置したヒータ5dを半導体装置1の作動前に制御して温度上昇させておく温度制御装置を備えていればよい。
Therefore, in the printed
上記説明では、一時点のみで説明したが、半導体装置1の発熱によるプリント基板10の温度変化と、半導体装置1とプリント基板10の熱膨張特性から、上述の考え方を適用して、プリント回路板11の作動開始から定常状態になるまでの各時間に対し、きめ細かく温度制御することにより、プリント基板10と半導体装置1の熱膨張差に起因する応力を縮小することができる。
In the above description, although only a temporary point has been described, a printed circuit board is applied by applying the above concept based on the temperature change of the printed
さらに、簡単な温度制御によって上述のような熱応力を減少させる方法を説明する。図5には、半導体装置1を作動させる前からプリント回路板11を予熱しており、プリント回路板11が60℃に予熱された時点で、半導体装置1を作動させた後もプリント回路板11を加熱し、半導体チップ3がおよそ90℃で安定したときにプリント回路板11も70℃となるように温度制御している。なお、この例では、半導体装置1の半導体チップ3は90℃になり、半導体装置1全体、特にプリント回路板11と接合されている半導体基板2の部分は70℃となっており、半導体装置1全体の熱膨張による伸びと、プリント回路板11の熱膨張による伸びとがほぼ同じである。このようにすれば、半導体装置1とプリント回路板11の熱膨張による応力は、ほとんどないか小さなものとすることができる。とくに、高温域において接合部であるボール電極9に対する熱応力が小さいので、ボール電極部の強度の落ちる高温時に応力が作用しない(又は小さい)ので好適である。
Further, a method for reducing the above-described thermal stress by simple temperature control will be described. In FIG. 5, the printed
図6には、プリント回路板11と半導体基板2の材質が異なり、セラミックス製の半導体基板2のように熱膨張率が半導体装置1に近い場合の温度制御の例が示してある。この場合は、半導体基板2の熱膨張による伸びが比較的小さく、半導体装置1の90℃における熱膨張による伸びとほぼ同じ伸びを発生させるために、半導体基板2の温度を85℃に制御して、プリント回路板11は70℃に設定している。このようにすれば、プリント回路板11と半導体基板2の熱膨張による伸び量が同じになり、ボール電極9の接合部に熱応力が発生しない。
FIG. 6 shows an example of temperature control when the printed
図2に示したプリント回路板11においては、半導体装置1は実施形態1の半導体装置で説明したように、半導体チップ3及び放熱部材4にも温度制御用のヒータ5b,5cが配置してある。これらの機能、作用については、すでに実施形態1の半導体装置で説明したので省略する。
In the printed
本発明の半導体装置においては、ヒータ発熱量の時間的なプログラム制御だけでなく、より直接的な制御として、それぞれの部材にサーミスタ6a,6c,6dなどの温度測定装置を配置して直接各部材の温度を測定して、各部材を所定の温度になるようにヒータ発熱量を制御してもよい。また、温度測定装置による温度測定は、上述のヒータの時間的なプログラム制御に利用することもできる。
In the semiconductor device of the present invention, temperature measurement devices such as
図3には、プリント基板10上に半導体装置1の他に電子部品12と電気部品13とを搭載したプリント配線板11の部分断面図を示している。半導体装置1、電子部品12及び電気部品13は、プリント配線板11にボール電極9a,9b,9cにより接合されている。電子部品12と電気部品13との区別は厳密ではなく、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、スイッチ、リレーなどプリント配線板11に搭載されている部品を総称して電子部品12及び電気部品13としている。
FIG. 3 shows a partial cross-sectional view of a printed
プリント基板10にはヒータ5d,5e,5fが配置されている。半導体装置1、電子部品12及び電気部品13にもヒータ5a,5g,5hが配置されている。図示していないが各ヒータ5a,5d,5e,5f,5g,5hは、供給電力供給制御装置により発熱量が制御されている。供給電力制御には、電力供給時間制御、供給電力量制御、オンオフ制御、プログラム制御、温度制御など各種の制御方法が採用できる。また、プリント基板10、半導体装置1、電子部品12及び電気部品13の各加熱対象部品には、温度測定装置が配置されていることが好ましい。温度測定装置により、加熱対象部品の温度を測定して、所望の温度になるように容易にヒータを制御することができる。
このようなプリント配線板11においては、作動開始時をはじめとして、一部が作動停止している場合に、それぞれの半導体装置、電子部品、電気部品とプリント配線板11との間に大きな温度差が生じることがある。このようなときにも、前記の各ヒータが作動して、半導体装置、電子部品及び電気部品とプリント配線板11との間の温度差を緩和できる。温度差を緩和することにより、ボール電極9a,9b,9cに作用する熱応力を緩和し、熱応力による損傷を防ぐことができる。特に、繰り返しの熱応力によるボール電極9a,9b,9cの長期的な接合の信頼性低下を防ぐことができる。
Such a printed
(実施形態3)
本発明の半導体装置の温度制御方法を実施形態3として説明する。本発明における半導体装置は、半導体基板と、半導体基板上に配置された半導体チップと、半導体チップの発生した熱を放熱する放熱部材とを備えており、前記半導体基板、半導体チップ及び放熱部材のうち少なくともひとつの温度を制御する温度制御方法である。特に、半導体装置の作動開始時の半導体チップの発熱よる半導体装置の熱歪みを低減するように温度制御対象物を予熱制御することができる温度制御方法である。
(Embodiment 3)
A semiconductor device temperature control method according to the present invention will be described as a third embodiment. A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a semiconductor chip disposed on the semiconductor substrate, and a heat dissipation member that dissipates heat generated by the semiconductor chip, and the semiconductor device includes the semiconductor substrate, the semiconductor chip, and the heat dissipation member. This is a temperature control method for controlling at least one temperature. In particular, the temperature control method is capable of preheating control of an object to be temperature controlled so as to reduce thermal distortion of the semiconductor device due to heat generation of the semiconductor chip at the start of operation of the semiconductor device.
半導体装置に備えた温度制御装置による温度制御方法のフローを図7に示した。図7に従って説明すると、半導体装置を含む電子装置全体の主電源をオンにして装置を立ち上げる(ステップS1)と、ヒータ制御装置がオンになり(ステップS2)、半導体装置に内蔵されたヒータが稼働して半導体装置の各部が設定温度に到達する(ステップS3)。この場合、すでに実施形態1で説明したように、半導体基板の半導体チップとの接合部付近の温度を制御することが好ましい。半導体装置が所定の温度になったら、半導体装置の電源をオンにして実際に半導体装置を作動させる(ステップS4)。半導体装置が作動すると、半導体チップが発熱して、半導体チップを中心に半導体装置が急速に昇温し定常状態に達する。この場合、半導体基板をはじめとして発熱部でない部分が、事前に所定の温度まで暖機されていたので、昇温時に半導体チップとの温度差が大きくならない。この為、例えば、半導体チップと半導体基板との間に熱膨張の差が生じにくい。言い換えれば、半導体装置の昇温課程において半導体チップと半導体基板とを接合しているバンプ電極などの電極部に熱応力が発生しないので、熱応力による電極の接合不良の発生が抑えられ、半導体装置の信頼性が向上する。 FIG. 7 shows a flow of a temperature control method by the temperature control device provided in the semiconductor device. Referring to FIG. 7, when the main power supply of the entire electronic device including the semiconductor device is turned on to start up the device (step S1), the heater control device is turned on (step S2), and the heater built in the semiconductor device is turned on. It operates and each part of the semiconductor device reaches a set temperature (step S3). In this case, as already described in the first embodiment, it is preferable to control the temperature in the vicinity of the junction between the semiconductor substrate and the semiconductor chip. When the semiconductor device reaches a predetermined temperature, the semiconductor device is turned on to actually operate the semiconductor device (step S4). When the semiconductor device is activated, the semiconductor chip generates heat, and the temperature of the semiconductor device increases rapidly around the semiconductor chip to reach a steady state. In this case, since the portion that is not the heat generating portion including the semiconductor substrate has been warmed up to a predetermined temperature in advance, the temperature difference from the semiconductor chip does not increase when the temperature is raised. For this reason, for example, a difference in thermal expansion hardly occurs between the semiconductor chip and the semiconductor substrate. In other words, since no thermal stress is generated in the electrode portion such as the bump electrode that joins the semiconductor chip and the semiconductor substrate in the temperature rising process of the semiconductor device, the occurrence of defective bonding of the electrode due to the thermal stress can be suppressed, and the semiconductor device Reliability is improved.
半導体装置を停止するときは、半導体装置を含む電子装置全体の電源を停止せねばならないかどうかを判断する(ステップS5)。例えば、半導体装置のみのメンテナンス時には、半導体装置の電源のみを停止してヒータ制御装置は作動状態にしておき、半導体装置は暖機状態としておく(ステップS6)。そして、半導体装置のメンテナンスが終了したら、半導体装置を電源オンにして作動させる(ステップS4)。このようにすれば、半導体装置は、電子装置全体の立ち上げ時と同じように、所定温度に保たれており、半導体装置を電源オンにして作動させても、昇温時に半導体基板をはじめとして発熱部でない部分と半導体チップとの温度差が大きくならない。そして、熱応力による電極の接合不良の発生が抑えられる。 When stopping the semiconductor device, it is determined whether or not the power source of the entire electronic device including the semiconductor device must be stopped (step S5). For example, at the time of maintenance of only the semiconductor device, only the power source of the semiconductor device is stopped, the heater control device is set in an operating state, and the semiconductor device is set in a warm-up state (step S6). When the maintenance of the semiconductor device is completed, the semiconductor device is turned on and operated (step S4). In this way, the semiconductor device is maintained at a predetermined temperature as in the case of starting up the entire electronic device. Even if the semiconductor device is operated with the power on, the semiconductor substrate and the like can be The temperature difference between the non-heat generating part and the semiconductor chip does not increase. And the generation | occurrence | production of the joining defect of the electrode by a thermal stress is suppressed.
(ステップS5)において、半導体装置を含む電子装置全体の電源を停止せねばならない場合には、電子装置全体の電源をオフにする(ステップS7)。そして、温度制御装置を含む電子装置全体を停止する。 In (Step S5), when the power supply of the entire electronic device including the semiconductor device must be stopped, the power supply of the entire electronic device is turned off (Step S7). Then, the entire electronic device including the temperature control device is stopped.
温度制御の方法としては、ヒータによる加熱制御が好ましく適用できる。加熱制御には、ヒータへの供給電力のプログラム制御、被加熱対象部材の測定温度と昇温プログラムとの差からヒータへの供給電力を制御する昇温プログラム制御、所定時間ヒータへの電力を供給する加熱時間制御など既存の加熱制御方法が採用できる。 As a temperature control method, heating control with a heater can be preferably applied. For heating control, program control of the power supplied to the heater, temperature rise program control for controlling the power supplied to the heater from the difference between the measured temperature of the member to be heated and the temperature rise program, and supply of power to the heater for a predetermined time Existing heating control methods such as heating time control can be adopted.
(実施形態4)
本発明のプリント回路板の温度制御方法を実施形態4として説明する。この実施形態は、上記の実施形態3で説明した半導体装置の温度制御方法と類似している。半導体装置の温度制御方法における半導体チップを、プリント回路板の温度制御方法では半導体装置、又は作動時に発熱をするその他の電子部品あるいは電気部品と置き換え、半導体装置の温度制御方法における半導体基板を、プリント回路板の温度制御方法ではプリント基板と見なして考えればよい。そして、実施形態4のプリント回路板の温度制御方法は、図2又は3に示した、プリント基板10と半導体装置1等との接合部に当たるボール電極9,9a,9b,9cの熱応力による接合の損傷を防ぐことができる。
(Embodiment 4)
A temperature control method for a printed circuit board according to the present invention will be described as a fourth embodiment. This embodiment is similar to the temperature control method for a semiconductor device described in the third embodiment. The semiconductor chip in the temperature control method of the semiconductor device is replaced with the semiconductor device in the temperature control method of the printed circuit board, or other electronic component or electric component that generates heat during operation, and the semiconductor substrate in the temperature control method of the semiconductor device is printed. The circuit board temperature control method may be considered as a printed circuit board. And the temperature control method of the printed circuit board of
具体的な温度制御方法としては、実施形態2で説明したプリント回路板などにおいて、プリント基板に配置されたヒータとその制御装置を用いて、実施形態3で説明した半導体基板の温度制御方法と同じように温度制御すればよい。 The specific temperature control method is the same as the temperature control method of the semiconductor substrate described in the third embodiment using the heater and the control device disposed on the printed circuit board in the printed circuit board described in the second embodiment. The temperature may be controlled as described above.
以上の説明に関し、更に以下の項を開示する。
(付記1)
温度制御装置を備えた半導体基板と、半導体基板上に配置された半導体チップと、半導体チップの発生した熱を放熱する放熱部材とを有することを特徴とする半導体装置
(付記2)
前記半導体チップ及び放熱部材のうち少なくともひとつは温度制御装置を備えていることを特徴とする付記1に記載の半導体装置。
(付記3)
前記温度制御装置は、ヒータとヒータへの電力供給制御装置を備えていることを特徴とする付記1又は2に記載の半導体装置。
(付記4)
前記温度制御装置は、温度測定装置を備えていることを特徴とする付記1〜3のいずれかに記載の半導体装置。
(付記5)
前記温度測定装置は、半導体装置の作動開始時の半導体チップの発熱よる半導体装置の熱歪みを低減するように温度制御対象物を予熱制御することを特徴とする付記1〜4のいずれかに記載の半導体装置。
(付記6)
前記温度測定装置は、温度制御対象物を所定時間予熱制御することを特徴とする付記5に記載の半導体装置。
(付記7)
前記温度測定装置は、温度制御対象物が所定温度以下のときに温度制御対象物を予熱することを特徴とする付記5又は6に記載の半導体装置。
(付記8)
前記温度測定装置は、温度制御対象物が所定温度を超えるまで予熱することを特徴とする付記5〜7のいずれかに記載の半導体装置。
(付記9)
温度制御装置を備えたプリント基板上に付記1〜8に記載の半導体装置を装着したことを特徴とするプリント回路板。
(付記10)
プリント基板上に装着した電子部品、電気部品、プリント基板の補強部品、放熱部品、及びプリント基板の保護部品のうち少なくともひとつは温度制御装置を備えていることを特徴とする付記9に記載のプリント回路板。
(付記11)
前記温度制御装置は、ヒータとヒータへの電力供給制御装置を備えていることを特徴とする付記9又は10に記載のプリント回路板。
(付記12)
前記温度制御装置は、温度測定装置を備えていることを特徴とする付記9〜11のいずれかに記載のプリント回路板。
(付記13)
前記温度測定装置は、半導体装置の作動開始時の半導体チップの発熱よるプリント回路板の熱歪みを低減するように温度制御対象物を予熱制御することを特徴とする付記9〜12のいずれかに記載のプリント回路板。
(付記14)
前記温度測定装置は、温度制御対象物を所定時間予熱制御することを特徴とする付記13に記載のプリント回路板。
(付記15)
前記温度測定装置は、温度制御対象物が所定温度以下のときに温度制御対象物を予熱することを特徴とする付記13又は14に記載のプリント回路板。
(付記16)
前記温度測定装置は、温度制御対象物が所定温度を超えるまで予熱することを特徴とする付記13〜15のいずれかに記載のプリント回路板。
(付記17)
半導体基板と、半導体基板上に配置された半導体チップと、半導体チップの発生した熱を放熱する放熱部材とを備えた半導体装置における半導体基板の温度を制御することを特徴とする半導体装置の温度制御方法。
(付記18)
前記半導体チップ及び放熱部材のうち少なくともひとつの温度を制御することを特徴とする付記17に記載の半導体装置の温度制御方法。
(付記19)
前記半導体装置の作動開始時の半導体チップの発熱よる半導体装置の熱歪みを低減するように温度制御対象物を予熱制御することを特徴とする付記17又は18に記載の半導体装置の温度制御方法。
(付記20)
温度制御対象物を所定時間予熱制御することを特徴とする付記19に記載の半導体装置の温度制御方法。
(付記21)
温度制御対象物が所定温度以下のときに温度制御対象物を予熱することを特徴とする付記19又は20に記載の半導体装置の温度制御方法。
(付記22)
温度制御対象物が所定温度を超えるまで予熱することを特徴とする付記19〜21のいずれかに記載の半導体装置の温度制御方法。
(付記23)
温度制御対象物をヒータ加熱により温度制御することを特徴とする付記17〜22のいずれかに記載の半導体装置の温度制御方法。
(付記24)
プリント基板上に付記17〜23のいずれかに記載の温度制御方法により温度制御されている半導体装置を装着したプリント回路板におけるプリント基板の温度を制御することを特徴とするプリント回路板の温度制御方法。
(付記25)
プリント基板上に装着した電子部品、電気部品、プリント基板の補強部品、放熱部品、及びプリント基板の保護部品のうち少なくともひとつの温度を制御することを特徴とする付記24に記載のプリント回路板の温度制御方法。
(付記26)
前記プリント回路板の作動開始時の半導体チップの発熱よるプリント回路板の熱歪みを低減するように温度制御対象物を予熱制御することを特徴とする付記24又は25に記載のプリント回路板の温度制御方法。
(付記27)
温度制御対象物を所定時間予熱制御することを特徴とする付記24〜26のいずれかに記載のプリント回路板の温度制御方法。
(付記28)
温度制御対象物が所定温度以下のときに温度制御対象物を予熱することを特徴とする付記26又は27に記載のプリント回路板の温度制御方法。
(付記29)
温度制御対象物が所定温度を超えるまで予熱することを特徴とする付記26〜28のいずれかに記載のプリント回路板の温度制御方法。
(付記30)
温度制御対象物をヒータ加熱により温度制御することを特徴とする付記24〜29のいずれかに記載のプリント回路板の温度制御方法。
Regarding the above description, the following items are further disclosed.
(Appendix 1)
A semiconductor device comprising: a semiconductor substrate provided with a temperature control device; a semiconductor chip disposed on the semiconductor substrate; and a heat radiating member that radiates heat generated by the semiconductor chip (Appendix 2)
The semiconductor device according to
(Appendix 3)
The semiconductor device according to
(Appendix 4)
4. The semiconductor device according to any one of
(Appendix 5)
The temperature measuring device preheat-controls the temperature control object so as to reduce thermal distortion of the semiconductor device due to heat generation of the semiconductor chip at the start of operation of the semiconductor device. Semiconductor device.
(Appendix 6)
6. The semiconductor device according to
(Appendix 7)
The semiconductor device according to
(Appendix 8)
The semiconductor device according to any one of
(Appendix 9)
A printed circuit board comprising the semiconductor device according to any one of
(Appendix 10)
The printed circuit according to
(Appendix 11)
The printed circuit board according to
(Appendix 12)
The printed circuit board according to any one of
(Appendix 13)
The temperature measuring device preheat-controls the temperature control object so as to reduce thermal distortion of the printed circuit board due to heat generation of the semiconductor chip at the start of the operation of the semiconductor device. The printed circuit board as described.
(Appendix 14)
14. The printed circuit board according to
(Appendix 15)
The printed circuit board according to
(Appendix 16)
The printed circuit board according to any one of
(Appendix 17)
Temperature control of a semiconductor device characterized by controlling the temperature of the semiconductor substrate in a semiconductor device comprising a semiconductor substrate, a semiconductor chip disposed on the semiconductor substrate, and a heat dissipation member that dissipates heat generated by the semiconductor chip Method.
(Appendix 18)
18. The temperature control method for a semiconductor device according to appendix 17, wherein the temperature of at least one of the semiconductor chip and the heat dissipation member is controlled.
(Appendix 19)
The temperature control method for a semiconductor device according to appendix 17 or 18, wherein the temperature control object is preheat controlled so as to reduce thermal distortion of the semiconductor device due to heat generation of the semiconductor chip at the start of operation of the semiconductor device.
(Appendix 20)
20. The temperature control method for a semiconductor device according to appendix 19, wherein the temperature control object is preheat controlled for a predetermined time.
(Appendix 21)
The temperature control method for a semiconductor device according to
(Appendix 22)
The temperature control method for a semiconductor device according to any one of appendices 19 to 21, wherein the temperature control object is preheated until the temperature exceeds a predetermined temperature.
(Appendix 23)
The temperature control method for a semiconductor device according to any one of appendices 17 to 22, wherein the temperature of the temperature control object is controlled by heating the heater.
(Appendix 24)
Temperature control of a printed circuit board, wherein the temperature of the printed circuit board is controlled in a printed circuit board on which the semiconductor device temperature-controlled by the temperature control method according to any one of appendices 17 to 23 is mounted on the printed circuit board Method.
(Appendix 25)
25. The printed circuit board according to appendix 24, wherein the temperature of at least one of an electronic component, an electrical component, a printed circuit board reinforcement component, a heat dissipation component, and a printed circuit board protection component mounted on the printed circuit board is controlled. Temperature control method.
(Appendix 26)
The temperature of the printed circuit board according to appendix 24 or 25, wherein the temperature control object is preheat controlled so as to reduce thermal distortion of the printed circuit board due to heat generation of the semiconductor chip at the start of operation of the printed circuit board. Control method.
(Appendix 27)
The temperature control method for a printed circuit board according to any one of appendices 24-26, wherein the temperature control object is preheat controlled for a predetermined time.
(Appendix 28)
The temperature control method for a printed circuit board according to appendix 26 or 27, wherein the temperature control object is preheated when the temperature control object is equal to or lower than a predetermined temperature.
(Appendix 29)
29. The temperature control method for a printed circuit board according to any one of appendices 26 to 28, wherein the temperature control object is preheated until the temperature exceeds a predetermined temperature.
(Appendix 30)
The temperature control method for a printed circuit board according to any one of appendices 24-29, wherein the temperature of the temperature control object is controlled by heater heating.
1:半導体装置 2:半導体基板 3:半導体チップ 4:放熱部材
5a,5b,5c,5d,5e,5f,5g,5h:ヒータ
6a,6b,6c,6d:サーミスタ 7a,7b:温度制御装置
8:ボール電極 9:ボール電極 10:プリント基板
11:プリント回路板 11:電子部品 12:電気部品
1: Semiconductor device 2: Semiconductor substrate 3: Semiconductor chip 4: Heat
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| JP2007084869A JP2008244288A (en) | 2007-03-28 | 2007-03-28 | Semiconductor device provided with temperature control device and printed circuit board |
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
2007
- 2007-03-28 JP JP2007084869A patent/JP2008244288A/en not_active Withdrawn
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