(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路層を有する半導体ベアチップの一方の主表面がＢＧＡ（Ball Grid Array）半田ボールを介して配線基板にフリップチップ接続され、他方の主表面が冷却手段に接続される電子回路構造であって、
前記半導体ベアチップには、
前記冷却手段が接続されている面と前記集積回路層との間に、かつ、絶縁材で挟持される態様で、熱起電力を発生する熱電変換素子層が形成されていて、
前記熱電変換素子層は、
ｐ型半導体とｎ型半導体とからなると共に、高温側となる前記集積回路層側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一端側同士が導電材で接続されて第１の接続部位が形成されていると共に、低温側となる前記冷却手段側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との他端側同士が導電材で接続されて第２の接続部位が形成されていて、前記冷却手段と前記集積回路層との間の温度差に応じて発生するゼーベック効果に基づく熱起電力を前記ＢＧＡ半田ボールを介して前記配線基板に出力する構成とされていることを特徴とする電子回路構造。
【請求項２】
前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板を介して供給され、該熱起電力を元に所定の電源電圧を生成する電源変換部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の電子回路構造。
【請求項３】
前記電源変換部で生成された前記電源電圧が前記配線基板を介して前記半導体ベアチップに印加される構成とされていることを特徴とする請求項２記載の電子回路構造。
【請求項４】
前記配線基板に実装された電子部品が設けられ、
前記電源変換部で生成された前記電源電圧が前記配線基板を介して前記電子部品に印加される構成とされていることを特徴とする請求項２記載の電子回路構造。
【請求項５】
電子部品と、
前記配線基板に実装されたコネクタとが設けられ、
前記電源変換部で生成された前記電源電圧が前記配線基板及びコネクタを介して前記電子部品に印加される構成とされていることを特徴とする請求項２記載の電子回路構造。
【請求項６】
前記半導体ベアチップが実装された配線基板と、
該配線基板に実装されたコネクタと、
電子部品とが設けられ、
前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板及びコネクタを介して前記電子部品に供給される構成とされていることを特徴とする請求項１記載の電子回路構造。
【請求項７】
前記電子部品は、
前記熱起電力を変換して当該電子部品に対応した電源電圧を生成する電源変換部を有することを特徴とする請求項６記載の電子回路構造。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一に記載の電子回路構造を備えることを特徴とする電子機器。
【請求項９】
集積回路層を有する半導体ベアチップの一方の主表面がＢＧＡ（Ball Grid Array）半田ボールを介して配線基板にフリップチップ接続され、他方の主表面が冷却手段に接続される電子回路構造による熱起電力発生方法であって、
前記半導体ベアチップの、
前記冷却手段が接続されている面と前記集積回路層との間に、かつ、絶縁材で挟持する態様で、熱起電力を発生する熱電変換素子層を形成しておき、
前記熱電変換素子層を、
ｐ型半導体とｎ型半導体とから構成し、高温側となる前記集積回路層側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一端側同士を導電材で接続して第１の接続部位とすると共に、低温側となる前記冷却手段側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との他端側同士を導電材で接続して第２の接続部位とすることで、
前記熱電変換素子層に、前記冷却手段と前記集積回路層との間の温度差に応じて発生するゼーベック効果に基づく熱起電力を前記ＢＧＡ半田ボールを介して前記配線基板に出力させることを特徴とする熱起電力発生方法。
【請求項１０】
集積回路層を有する半導体ベアチップの一方の主表面がＢＧＡ（Ball Grid Array）半田ボールを介して配線基板にフリップチップ接続され、他方の主表面が冷却手段に接続される電子回路構造に補助電力を発生させる方法であって、
前記半導体ベアチップの、
前記冷却手段が接続されている面と前記集積回路層との間に、かつ、絶縁材で挟持する態様で、熱起電力を発生する熱電変換素子層を形成しておき、
前記熱電変換素子層を、
ｐ型半導体とｎ型半導体とから構成し、高温側となる前記集積回路層側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一端側同士を導電材で接続して第１の接続部位とすると共に、低温側となる前記冷却手段側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との他端側同士を導電材で接続して第２の接続部位とすることで、
前記熱電変換素子層に、前記冷却手段と前記集積回路層との間の温度差に応じて発生するゼーベック効果に基づく熱起電力を前記ＢＧＡ半田ボールを介して前記配線基板に出力させて、前記補助電力として負荷に供給することを特徴とする補助電力発生方法。
【請求項１１】
前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板を介して供給され、該熱起電力を元に所定の電源電圧を生成する電源変換部を設けておき、
該電源変換部で生成された前記電源電圧を前記配線基板を介して前記半導体ベアチップに印加することを特徴とする請求項１０記載の補助電力発生方法。
【請求項１２】
前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板を介して供給され、該熱起電力を元に所定の電源電圧を生成する電源変換部と、
前記配線基板に実装された電子部品とを設けておき、
前記電源変換部で生成された前記電源電圧を前記配線基板を介して前記電子部品に印加することを特徴とする請求項１０記載の補助電力発生方法。
【請求項１３】
前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板を介して供給され、該熱起電力を元に所定の電源電圧を生成する電源変換部と、
電子部品と、
前記配線基板に実装されたコネクタとを設けておき、
前記電源変換部で生成された前記電源電圧を前記配線基板及びコネクタを介して前記電子部品に印加することを特徴とする請求項１０記載の補助電力発生方法。
【請求項１４】
前記配線基板に実装されたコネクタと、
電子部品とを設けておき、
前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力を前記配線基板及びコネクタを介して前記電子部品に供給することを特徴とする請求項１０記載の補助電力発生方法。
【請求項１５】
前記電子部品では、
電源変換部を設けておき、該電源変換部が、前記熱起電力を元に当該電子部品に対応した電源電圧を生成することを特徴とする請求項１４記載の補助電力発生方法。
【請求項１６】
請求項１記載の電子回路構造に用いられる前記半導体ベアチップであって、
前記冷却手段が接続される面と前記集積回路層との間に、かつ、前記絶縁材で挟持される態様で、熱起電力を発生する前記熱電変換素子層が形成されていることを特徴とする半導体ベアチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電子回路構造、該構造を備える電子機器、熱起電力発生方法、補助電力発生方法、及び半導体ベアチップに係り、たとえばノートパソコンなどのように、バッテリを電源として動作し、消費電力の低減を要求されている携帯用電子機器などに適用して好適な電子回路構造、該構造を備える電子機器、熱起電力発生方法、補助電力発生方法、及び半導体ベアチップに関する。
【背景技術】
【０００２】
情報処理機器や通信機器などの電子機器では、近年、動作の高速化に伴って消費電力が増加し、内部回路に含まれる半導体の発熱が増加している。このため、冷却用部品が大型で複雑なものになり、電子機器の大型化を招いている。この場合、半導体から発生する熱は、半導体に取り付けられたヒートシンクなどの放熱手段によって電子機器内の空気中に放熱され、冷却ファンで外部に排出される。また、電子機器の機種によっては、ヒートシンクが外部に露出しているものもある。また、ノートパソコンなどのように、バッテリを電源として動作し、消費電力の低減を要求されている携帯用電子機器では、携帯性が要求され、筐体の大きさや重量に制約があるため、内部回路の半導体が配線基板に半導体ベアチップとして実装され、また、半導体から発生する熱を電力に変換して再利用する構成になっているものが製作されている。
【０００３】
従来、この種の技術としては、たとえば、次のような文献に記載されたものがある。
特許文献１に記載された電子装置では、筐体の内部に、１つ又は複数の二次電池と、同二次電池により駆動される半導体チップと、同半導体チップを搭載するパッケージと、同パッケージを搭載するプリント基板と、同パッケージと同プリント基板との間に、同半導体チップから発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱変換装置とが備えられ、同電気エネルギーにより、同二次電池が充電される。
【０００４】
特許文献２に記載された電力変換装置では、インバータなどの半導体電力変換回路を形成する金属ベースのプリント基板と、冷却フィンとの間に、複数のゼーベック効果素子などの熱電変換素子を集合して形成される薄板状の熱電変換部が挿設され、同熱電変換部の出力がレギュレータ回路により一定電圧の直流又は交流に変換され、この変換された電圧が半導体電力変換回路の制御電源の一部、又は冷却ファンの駆動電源の一部として再利用される。
【０００５】
特許文献３に記載された半導体装置では、電子デバイスは、電子回路の電源部から供給される電力又は電気信号により所定の機能を達成する電子機能素子、及び同電子機能素子に密着して設けられ、同電子機能素子が発する熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子を含む。上記電子機能素子が発する熱エネルギーは熱電変換素子に伝達され、同熱電変換素子は伝達された熱エネルギーを電気エネルギーに変換して電力として電子回路の電子部品に帰還させる。
【０００６】
特許文献４に記載された電子機器では、たとえば、ＣＰＵパッケージなどの発熱性素子と、同発熱性素子の熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換素子と、同熱電変換素子に接続され、同電気エネルギーを受け取り、同発熱性素子を駆動可能な電源回路とを有している。これにより、発熱性素子から発せられる熱を放熱して回路を熱的に保護すると共に省エネルギーが達成される。
【特許文献１】特開２０００−０１４０２６号公報（要約書、図１）
【特許文献２】特開２００１−０１５６５７号公報（要約書、図１）
【特許文献３】特開２００１−３２０００３号公報（要約書、図１、図２）
【特許文献４】特開２００２−０５０７２７号公報（要約書、図１、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術では、次のような問題点があった。
すなわち、特許文献１に記載された電子装置は、半導体チップを搭載するパッケージとプリント基板との間に、同半導体チップから発生する熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱変換装置が備えられているものであり、この発明とは構成が異なっている。
【０００８】
特許文献２に記載された電力変換装置では、プリント基板（発熱体）と冷却フィンとの間に熱電変換素子が挿設されているが、同発熱体と同熱電変換素子間、及び同冷却フィンと同熱電変換素子間に接触熱抵抗があるため、この接触熱抵抗による温度降下が発生し、同熱電変換素子に十分な温度差を発生させることが困難になり、その結果、ゼーベック効果が小さくなって熱起電力が低下し、効率良く電力が回収されないという問題点がある。
【０００９】
特許文献３に記載された半導体装置では、熱電変換素子が電子機能素子に密着して設けられているが、電子デバイスの冷却面側に設けられているものではないため、この発明とは構成が異なっている。
【００１０】
特許文献４に記載された電子機器では、発熱性素子に対して冷却フィンなどは設けられていないので、上記特許文献２と同様に、効率良く電力が回収されないという問題点がある。
【００１１】
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、ＬＳＩ（大規模集積回路）などの発熱を利用して効率良く消費電力を低減する電子回路構造、該構造を備える電子機器、熱起電力発生方法、補助電力発生方法、及び半導体ベアチップを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、集積回路層を有する半導体ベアチップの一方の主表面がＢＧＡ（Ball Grid Array）半田ボールを介して配線基板にフリップチップ接続され、他方の主表面が冷却手段に接続される電子回路構造に係り、前記半導体ベアチップには、前記冷却手段が接続されている面と前記集積回路層との間に、かつ、絶縁材で挟持される態様で、熱起電力を発生する熱電変換素子層が形成されていて、前記熱電変換素子層が、ｐ型半導体とｎ型半導体とからなると共に、高温側となる前記集積回路層側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一端側同士が導電材で接続されて第１の接続部位が形成されていると共に、低温側となる前記冷却手段側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との他端側同士が導電材で接続されて第２の接続部位が形成されていて、前記冷却手段と前記集積回路層との間の温度差に応じて発生するゼーベック効果に基づく熱起電力を前記ＢＧＡ半田ボールを介して前記配線基板に出力する構成とされていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子回路構造に係り、前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板を介して供給され、該熱起電力を元に所定の電源電圧を生成する電源変換部が設けられていることを特徴としている。
【００１５】
また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の電子回路構造に係り、前記電源変換部で生成された前記電源電圧が前記配線基板を介して前記半導体ベアチップに印加される構成とされていることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項４記載の発明は、請求項２記載の電子回路構造に係り、前記配線基板に実装された電子部品が設けられ、前記電源変換部で生成された前記電源電圧が前記配線基板を介して前記電子部品に印加される構成とされていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項５記載の発明は、請求項２記載の電子回路構造に係り、電子部品と、前記配線基板に実装されたコネクタとが設けられ、前記電源変換部で生成された前記電源電圧が前記配線基板及びコネクタを介して前記電子部品に印加される構成とされていることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項６記載の発明は、請求項１記載の電子回路構造に係り、前記半導体ベアチップが実装された配線基板と、該配線基板に実装されたコネクタと、電子部品とが設けられ、前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板及びコネクタを介して前記電子部品に供給される構成とされていることを特徴としている。
【００１９】
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載の電子回路構造に係り、前記電子部品は、前記熱起電力を変換して当該電子部品に対応した電源電圧を生成する電源変換部を有することを特徴としている。
【００２０】
また、請求項８記載の発明は、電子機器に係り、請求項１乃至７のいずれか一に記載の電子回路構造を備えることを特徴としている。
【００２１】
また、請求項９記載の発明は、集積回路層を有する半導体ベアチップの一方の主表面がＢＧＡ（Ball Grid Array）半田ボールを介して配線基板にフリップチップ接続され、他方の主表面が冷却手段に接続される電子回路構造による熱起電力発生方法に係り、前記半導体ベアチップの、前記冷却手段が接続されている面と前記集積回路層との間に、かつ、絶縁材で挟持する態様で、熱起電力を発生する熱電変換素子層を形成しておき、前記熱電変換素子層を、ｐ型半導体とｎ型半導体とから構成し、高温側となる前記集積回路層側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一端側同士を導電材で接続して第１の接続部位とすると共に、低温側となる前記冷却手段側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との他端側同士を導電材で接続して第２の接続部位とすることで、前記熱電変換素子層に、前記冷却手段と前記集積回路層との間の温度差に応じて発生するゼーベック効果に基づく熱起電力を前記ＢＧＡ半田ボールを介して前記配線基板に出力させることを特徴としている。
【００２２】
また、請求項１０記載の発明は、集積回路層を有する半導体ベアチップの一方の主表面がＢＧＡ（Ball Grid Array）半田ボールを介して配線基板にフリップチップ接続され、他方の主表面が冷却手段に接続される電子回路構造に補助電力を発生させる方法に係り、前記半導体ベアチップの、前記冷却手段が接続されている面と前記集積回路層との間に、かつ、絶縁材で挟持する態様で、熱起電力を発生する熱電変換素子層を形成しておき、前記熱電変換素子層を、ｐ型半導体とｎ型半導体とから構成し、高温側となる前記集積回路層側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との一端側同士を導電材で接続して第１の接続部位とすると共に、低温側となる前記冷却手段側では、前記ｐ型半導体と前記ｎ型半導体との他端側同士を導電材で接続して第２の接続部位とすることで、前記熱電変換素子層に、前記冷却手段と前記集積回路層との間の温度差に応じて発生するゼーベック効果に基づく熱起電力を前記ＢＧＡ半田ボールを介して前記配線基板に出力させて、前記補助電力として負荷に供給することを特徴としている。
【００２３】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０記載の補助電力発生方法に係り、前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板を介して供給され、該熱起電力を元に所定の電源電圧を生成する電源変換部を設けておき、該電源変換部で生成された前記電源電圧を前記配線基板を介して前記半導体ベアチップに印加することを特徴としている。
【００２４】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１０記載の補助電力発生方法に係り、前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板を介して供給され、該熱起電力を元に所定の電源電圧を生成する電源変換部と、前記配線基板に実装された電子部品とを設けておき、前記電源変換部で生成された前記電源電圧を前記配線基板を介して前記電子部品に印加することを特徴としている。
【００２５】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１０記載の補助電力発生方法に係り、前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力が前記配線基板を介して供給され、該熱起電力を元に所定の電源電圧を生成する電源変換部と、電子部品と、前記配線基板に実装されたコネクタとを設けておき、前記電源変換部で生成された前記電源電圧を前記配線基板及びコネクタを介して前記電子部品に印加することを特徴としている。
【００２６】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１０記載の補助電力発生方法に係り、前記配線基板に実装されたコネクタと、電子部品とを設けておき、前記熱電変換素子層から発生した前記熱起電力を前記配線基板及びコネクタを介して前記電子部品に供給することを特徴としている。
【００２７】
また、請求項１５記載の発明は、請求項１４記載の補助電力発生方法に係り、前記電子部品では、電源変換部を設けておき、該電源変換部が、前記熱起電力を元に当該電子部品に対応した電源電圧を生成することを特徴としている。
【００２８】
また、請求項１６記載の発明は、請求項１記載の電子回路構造に用いられる半導体ベアチップに係り、前記冷却手段が接続される面と前記集積回路層との間に、かつ、前記絶縁材で挟持される態様で、熱起電力を発生する前記熱電変換素子層が形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２９】
この発明の構成によれば、半導体ベアチップには、冷却手段と同半導体ベアチップとの間の温度差に対応して熱起電力を発生する熱電変換素子層が形成されているので、同熱起電力に基づく電源電圧を同半導体ベアチップに形成されている半導体層に還元するか又は他の電子部品に供給することにより、電子機器の消費電力を低減できる。また、半導体ベアチップに形成されている熱電変換素子層により、冷却手段と同半導体ベアチップ内の半導体層との間の温度差に対応して熱起電力が発生し、同熱起電力が電源変換部で所定の電源電圧に変換され、同電源電圧が配線基板を介して同半導体ベアチップ内の半導体層に還元されて印加される。このため、熱電変換素子層に発生した熱起電力が半導体層の電源部の補助電源として作用し、電子機器の消費電力を低減できる。さらに、半導体ベアチップから発生する熱の一部が熱電変換素子層により電力に変換され、冷却手段により放熱させる熱量が少なくなるため、同冷却手段が比較的小型のもので良く、同冷却手段の構成を簡素化できる。このため、たとえばノートパソコンなどのような携帯用電子機器では、バッテリの寿命を長くできる。また、発熱も少ないため、放熱対策も容易にできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
半導体ベアチップの半導体製造過程で熱電変換素子層が形成され、同熱電変換素子層により、ヒートシンク（冷却手段）と同半導体ベアチップの半導体層との間の温度差に対応して熱起電力が発生し、同熱起電力が電源変換部で所定の電源電圧に変換され、同電源電圧が配線基板を介して同半導体ベアチップ内の半導体層に補助電源として還元されて印加される電子回路構造、該構造を備える電子機器、熱起電力発生方法、補助電力発生方法、及び半導体ベアチップを提供する。
【実施例１】
【００３１】
図１は、この発明の第１の実施例である電子回路構造を備える電子機器の要部の構成を示す断面図である。
この例の電子機器は、ノートパソコンであり、同図に示すように、半導体ベアチップ１と、ヒートシンク２とを有している。半導体ベアチップ１は、所定の動作時に発熱を伴う半導体の集積回路層３が形成されている。この集積回路層３は、たとえば、ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit、大規模集積回路）で構成されている。ヒートシンク２は、半導体ベアチップ１の主表面に接触して冷却する。ヒートシンク２と半導体ベアチップ１との間には、図示しない伝熱材が挟装されている。特に、この実施例では、半導体ベアチップ１は、ヒートシンク２が取り付けられている面と集積回路層３との間に、同ヒートシンク２と同集積回路層３との間の温度差に対応してゼーベック効果に基づく熱起電力を発生する熱電変換素子層４が内部に形成されている。この熱電変換素子層４は、半導体ベアチップ１の製造過程で形成される。半導体ベアチップ１の他の主表面は、ＢＧＡ（Ball Grid Array ）半田ボール５を介してＰＷＢ（プリント配線基板）６にフリップチップ接続により実装されている。この場合、半導体ベアチップ１には、信号を入出力するための図示しない第１の表面電極が所定の位置に設けられ、ＰＷＢ６には、ＢＧＡ半田ボール５を介して同信号を入出力するための図示しない第２の表面電極が上記第１の表面電極に対応する位置に設けられている。
【００３２】
また、ＰＷＢ６には、電源変換器７が実装されている。電源変換器７は、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータなどで構成され、熱電変換素子層４から発生した熱起電力がＢＧＡ半田ボール５及びＰＷＢ６中の電源配線６ａを介して供給され、同熱起電力を元に所定の電源電圧を生成する。特に、この実施例では、電源変換器７で生成された電源電圧がＰＷＢ６中の電源配線６ｂ，６ｃ及びＢＧＡ半田ボール５を介して半導体ベアチップ１内の集積回路層３に還元されて印加されるようになっている。
【００３３】
図２は、図１中の熱電変換素子層４の要部の構成例を示す断面図である。
この熱電変換素子層４は、同図２に示すように、ｐ型半導体４１と、ｎ型半導体４２と、導電材４３と、電極４４，４５と、絶縁材４６，４７とから構成されている。この熱電変換素子層４では、１つのｐ型半導体４１の両端に導電材４３を介して２つのｎ型半導体４２が接続され、一方の接続部位がヒートシンク２と熱的に接触することにより冷やされて低温側となると共に他方の接続部位が動作時の集積回路層３と熱的に接触することにより温められて高温側となり、これらの２つの接続部位の間の温度差に対応して、２つのｎ型半導体４２の間でゼーベック効果に基づく熱起電力が発生する。この熱起電力が、上記２つのｎ型半導体４２の数に対応して重畳され、熱電変換素子層４全体の熱起電力となり、電極４４，４５から出力される。なお、たとえば、ｐ型半導体４１はＢｉＴｅＳｂ合金、ｎ型半導体４２はＢｉＴｅ合金、導電材４３及び電極４４，４５はＣｕ、及び絶縁材４６，４７がＳｉＯ2で構成されている。
【００３４】
次に、この例の電子機器に用いられる電子回路構造における熱起電力発生方法及び補助電力発生方法の処理内容について説明する。
この熱起電力発生方法では、熱電変換素子層４を用いて熱起電力を発生させる際、ｐ型半導体４１とｎ型半導体４２との第１の接続部位が、動作時の半導体ベアチップ１に温められて比較的高温となり、かつ、ｐ型半導体４１とｎ型半導体４２との第２の接続部位が、ヒートシンク２に冷却されて比較的低温となることにより、熱起電力が発生する。そして、補助電力発生方法では、同熱起電力が補助電力として負荷に供給される。
【００３５】
すなわち、半導体ベアチップ１の内部に形成されている熱電変換素子層４により、ヒートシンク２と集積回路層３との間の温度差に対応してゼーベック効果に基づく熱起電力が発生する。同熱起電力は、電源変換器７で所定の電源電圧に変換され、同電源電圧がＰＷＢ６を介して半導体ベアチップ１内の集積回路層３に還元されて印加される。すなわち、ＰＷＢ６上にフリップチップ実装された半導体ベアチップ１では、図示しない電源部（たとえば、バッテリなど）から、同ＰＷＢ６中に設けられている電源配線６ｃ及びＢＧＡ半田ボール５を介して集積回路層３に所定の電源電圧が印加されている。集積回路３では、たとえば演算などの所定の動作に伴って熱が発生し、発生した熱は半導体ベアチップ１に取り付けられたヒートシンク２により空気中に放熱され、図示しないモータファンによって電子機器外に排出される。
【００３６】
このとき、熱電変換素子層４の集積回路層３側の面は、同集積回路層３における演算に伴う発熱によって高温になっている。一方、熱電変換素子層４のヒートシンク２側の面は、同ヒートシンク２によって冷却されて低温になっている。このため、ヒートシンク２が取り付けられている面と集積回路層３との間に温度差が発生し、熱電変換素子層４には、ゼーベック効果に基づく熱起電力が発生する。熱電変換素子層４に発生した熱起電力は、電源配線６ａを介してＰＷＢ６上の電源変換器７に供給され、同電源変換器７で所定の電源電圧に変換された後、電源配線６ｂ，６ｃ及びＢＧＡ半田ボール５を介して半導体ベアチップ１内の集積回路層３に還元給電され、上記電源部の補助電源としての働きをする。
【００３７】
以上のように、この第１の実施例では、半導体ベアチップ１に形成されている熱電変換素子層４により、ヒートシンク２と集積回路層３との間の温度差に対応してゼーベック効果に基づく熱起電力が発生し、同熱起電力が電源変換器７で所定の電源電圧に変換され、同電源電圧がＰＷＢ６を介して半導体ベアチップ１内の集積回路層３に還元されて印加される。このため、熱電変換素子層４に発生した熱起電力が電源部の補助電源として作用し、電子機器の消費電力が低減される。さらに、半導体ベアチップ１から発生する熱の一部が熱電変換素子層４により電力に変換され、ヒートシンク２により放熱させる熱量が少なくなるため、同ヒートシンク２やモータファンが比較的小型のもので良く、冷却手段の構成を簡素化できる。
【実施例２】
【００３８】
図３は、この発明の第２の実施例である電子回路構造を備える電子機器の要部の構成を示す断面図であり、第１の実施例を示す図１中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
この例の電子機器では、同図３に示すように、図１中の電源配線６ｂに代えて、電源配線６ｄが設けられ、新たに電子部品８がＰＷＢ６上に実装されている。電子部品８には、図示しない電源部から、電源配線６ｃを介して所定の電源電圧が印加されると共に、電源変換器７で生成された電源電圧がＰＷＢ６中の電源配線６ｄを介して印加される。他は、図１と同様の構成である。
【００３９】
この例の電子機器に用いられる補助電力発生方法では、熱電変換素子層４に発生した熱起電力は、電源配線６ａを介してＰＷＢ６上の電源変換器７に供給され、同電源変換器７で所定の電源電圧に変換された後、電源配線６ｄを介して電子部品８に印加される。これにより、第１の実施例と同様に、熱電変換素子層４に発生した熱起電力が上記電源部の補助電源として作用し、電子機器の消費電力が低減されると共に、半導体ベアチップ１から発生する熱の一部が同熱電変換素子層４により電力に変換され、ヒートシンク２により放熱させる熱量が少なくなるため、冷却手段の構成を簡素化できる。
【実施例３】
【００４０】
図４は、この発明の第３の実施例である電子回路構造を備える電子機器の要部の構成を示す断面図である。
この例の電子機器では、同図４に示すように、図３中の電子部品８に代えて、コネクタ９がＰＷＢ６上に実装され、新たに電子部品１０が設けられ、同コネクタ９を介してＰＷＢ６に接続されている。電子部品１０には、図示しない電源部から、電源配線６ｃ及びコネクタ９を介して所定の電源電圧が印加されると共に、電源変換器７で生成された電源電圧がＰＷＢ６中の電源配線６ｄ及びコネクタ９を介して印加される。他は、図３と同様の構成である。
【００４１】
この例の電子機器に用いられる補助電力発生方法では、熱電変換素子層４に発生した熱起電力は、電源配線６ａを介してＰＷＢ６上の電源変換器７に供給され、同電源変換器７で所定の電源電圧に変換された後、電源配線６ｄ及びコネクタ９を介して電子部品１０に印加される。これにより、第１の実施例と同様に、熱電変換素子層４に発生した熱起電力が上記電源部の補助電源として作用し、電子機器の消費電力が低減されると共に、半導体ベアチップ１から発生する熱の一部が同熱電変換素子層４により電力に変換され、ヒートシンク２により放熱させる熱量が少なくなるため、冷却手段の構成を簡素化できる。
【実施例４】
【００４２】
図５は、この発明の第４の実施例である電子回路構造を備える電子機器の要部の構成を示す断面図である。
この例の電子機器では、同図５に示すように、図４中の電源変換器７が削除されると共に、電源配線６ａ，６ｄ、コネクタ９及び電子部品１０に代えて、電源配線６ｅ、コネクタ９Ａ及び電子部品１０Ａが設けられている。電子部品１０Ａは、電源変換器１１を有している。電源変換器１１は、電源変換器７と同様に、たとえばＤＣ／ＤＣコンバータなどで構成され、熱電変換素子層４から発生した熱起電力がＢＧＡ半田ボール５、ＰＷＢ６中の電源配線６ｅ及びコネクタ９Ａを介して供給され、同熱起電力を元に電子部品１０Ａに対応した所定の電源電圧を生成する。電子部品１０Ａには、図示しない電源部から、電源配線６ｃ，６ｆ及びコネクタ９Ａを介して所定の電源電圧が印加されると共に、電源変換器１１で生成された電源電圧が印加される。他は、図４と同様の構成である。
【００４３】
この例の電子機器に用いられる補助電力発生方法では、熱電変換素子層４に発生した熱起電力は、電源配線６ｅ及びコネクタ９Ａを介して電源変換器１１に供給され、同電源変換器１１で所定の電源電圧に変換された後、電子部品１０Ａに印加される。これにより、第１の実施例と同様に、熱電変換素子層４に発生した熱起電力が上記電源部の補助電源として作用し、電子機器の消費電力が低減されると共に、半導体ベアチップ１から発生する熱の一部が同熱電変換素子層４により電力に変換され、ヒートシンク２により放熱させる熱量が少なくなるため、冷却手段の構成を簡素化できる。
【００４４】
以上、この発明の実施例を図面により詳述してきたが、具体的な構成は同実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても、この発明に含まれる。
たとえば、半導体ベアチップ１の冷却手段は、ヒートシンクに限らず、たとえば、冷媒を循環させるコールドプレート、ヒートパイプ、蒸発冷却など、同半導体ベアチップ１に接触して冷却する構成のものであれば、任意のもので良い。また、半導体ベアチップ１の内部に形成されている半導体層は、ＬＳＩに限らず、たとえば、ダイオードやパワーＦＥＴなど、所定の動作時に発熱を伴う任意の半導体層で良い。また、半導体ベアチップ１は、ＰＷＢ（プリント配線基板）６にフリップチップ接続により実装されているが、フリップチップ接続に限定されない。また、上記各実施例の電子機器は、各々の図に示す構成に限定されず、たとえば、ヒートシンクに半導体ベアチップ及びプリント配線基板が取り付けられている構成でも良い。また、図１中の熱電変換素子層４は、図２の構成に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
この発明は、動作中に発熱を伴う半導体層が内部に形成された半導体ベアチップと、同半導体ベアチップに接触して冷却する冷却手段とを有する電子機器全般に適用できる。特に、バッテリを電源として動作し、消費電力の低減を要求されているノートパソコンなどの携帯用電子機器に用いると、効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の第１の実施例である電子回路構造を備える電子機器の要部の構成を示す断面図である。
【図２】図１中の熱電変換素子層４の要部の構成例を示す断面図である。
【図３】この発明の第２の実施例である電子回路構造を備える電子機器の要部の構成を示す断面図である。
【図４】この発明の第３の実施例である電子回路構造を備える電子機器の要部の構成を示す断面図である。
【図５】この発明の第４の実施例である電子回路構造を備える電子機器の要部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      半導体ベアチップ
２      ヒートシンク（冷却手段）
３      集積回路層（半導体層）
４      熱電変換素子層
６      ＰＷＢ（プリント配線基板）（配線基板）
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ      電源配線（配線基板の一部）
７，１１      電源変換器（電源変換部）
８，１０，１０Ａ      電子部品
９，９Ａ      コネクタ
４１      ｐ型半導体（熱電変換素子層の一部）
４２      ｎ型半導体（熱電変換素子層の一部）
４３      導電材（熱電変換素子層の一部）
４４，４５      電極（熱電変換素子層の一部）
４６，４７      絶縁材（熱電変換素子層の一部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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