JPH0131295B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0131295B2 JPH0131295B2 JP55028505A JP2850580A JPH0131295B2 JP H0131295 B2 JPH0131295 B2 JP H0131295B2 JP 55028505 A JP55028505 A JP 55028505A JP 2850580 A JP2850580 A JP 2850580A JP H0131295 B2 JPH0131295 B2 JP H0131295B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat sink
- container
- diamond
- gold
- press
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
- H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
- H10W40/20—Arrangements for cooling
- H10W40/25—Arrangements for cooling characterised by their materials
- H10W40/254—Diamond
Landscapes
- Die Bonding (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、ダイヤモンドを容器のヒートシンク
としてもちいるガン・ダイオードやインパツト・
ダイオードなどの半導体装置の製造方法に関する
ものである。
としてもちいるガン・ダイオードやインパツト・
ダイオードなどの半導体装置の製造方法に関する
ものである。
従来から、マイクロ波、ミリ波、さらには光領
域における超高周波能動素子であるガン・ダイオ
ードやインパツト・ダイオード、レーザ・ダイオ
ード等は、ヒートシンクとして熱伝導度の優れた
銅、銀、金が使用され、容器の一部分がヒートシ
ンクを形成する場合は銅がほとんどであつた。し
かし、これらの金属に比べて、さらに熱伝導度が
３〜５倍優れた天然産のａタイプのダイヤモン
ドが、前記の能動素子の性能向上の為に使用され
るようになつた。
域における超高周波能動素子であるガン・ダイオ
ードやインパツト・ダイオード、レーザ・ダイオ
ード等は、ヒートシンクとして熱伝導度の優れた
銅、銀、金が使用され、容器の一部分がヒートシ
ンクを形成する場合は銅がほとんどであつた。し
かし、これらの金属に比べて、さらに熱伝導度が
３〜５倍優れた天然産のａタイプのダイヤモン
ドが、前記の能動素子の性能向上の為に使用され
るようになつた。
ダイヤモンドをヒートシンクとして用いるに
は、熱伝導のよい銅からできている容器のヒート
シンク上面にダイヤモンドヒートシンクを固着
し、このダイヤモンドヒートシンク上面にガンダ
イオード、インパツトダイオードなどの超高周波
用半導体チツプを固着し、電流密度の大きな動作
電流のために温度上昇の激しい半導体チツプの発
熱をダイヤモンドヒートシンクを介して容器のヒ
ートシンクに速やかに放熱させる用い方をする。
は、熱伝導のよい銅からできている容器のヒート
シンク上面にダイヤモンドヒートシンクを固着
し、このダイヤモンドヒートシンク上面にガンダ
イオード、インパツトダイオードなどの超高周波
用半導体チツプを固着し、電流密度の大きな動作
電流のために温度上昇の激しい半導体チツプの発
熱をダイヤモンドヒートシンクを介して容器のヒ
ートシンクに速やかに放熱させる用い方をする。
この場合、ダイヤモンドヒートシンクを容器の
ヒートシンクに固着するには、物理的固着の熱圧
着法が採用できれば問題はないが、ダイヤモンド
と銅との間には大きな熱膨張係数の違いがあるた
め、単なる接触面間の物理的接着である熱圧着で
は耐久性に乏しく、そのため、AuSi、AuSb、
AuGeなどのろう材を介したろう付けで固着され
ていた。
ヒートシンクに固着するには、物理的固着の熱圧
着法が採用できれば問題はないが、ダイヤモンド
と銅との間には大きな熱膨張係数の違いがあるた
め、単なる接触面間の物理的接着である熱圧着で
は耐久性に乏しく、そのため、AuSi、AuSb、
AuGeなどのろう材を介したろう付けで固着され
ていた。
しかし、このようなろう付け固着では、ろう材
がダイヤモンドヒートシンクの表面金被膜と合金
を形成し抵抗が増大したり、半導体チツプ固着の
ために再度高温加熱が行われた場合には、ダイヤ
モンドヒートシンクと容器のヒートシンクとの間
に小穴（ボイド）ができたりして相互位置が変動
することにより、さらに熱の伝導が悪くなる欠点
があつた。また、使用中にろう材から種々のガス
が発生し、特性の変動を招くという問題もあつ
た。
がダイヤモンドヒートシンクの表面金被膜と合金
を形成し抵抗が増大したり、半導体チツプ固着の
ために再度高温加熱が行われた場合には、ダイヤ
モンドヒートシンクと容器のヒートシンクとの間
に小穴（ボイド）ができたりして相互位置が変動
することにより、さらに熱の伝導が悪くなる欠点
があつた。また、使用中にろう材から種々のガス
が発生し、特性の変動を招くという問題もあつ
た。
そこで、第１図に示すように、ダイヤモンドヒ
ートシンクを直接銅の容器のヒートシンクに圧入
し、ダイヤモンドヒートシンク側面下部を包む容
器のヒートシンクの包持力によりダイヤモンドヒ
ートシンクを容器のヒートシンクに固着させる方
法が行われるようになつた。すなわち、第１図に
おいて、下地ニツケルメツキの上にさらに金メツ
キ２ａされた容器のヒートシンク２は、絶縁リン
グ、例えばセラミツクリング１と気密封着されて
容器３が形成されている。容器３の底部上面、す
なわち容器のヒートシンク２の上面部に、熱伝導
はよいが電気絶縁物であるダイヤモンドに電気半
導性を与えるための、チタン下地の金蒸着膜４ａ
が被着されたダイヤモンドヒートシンク４が圧入
により固着されている。そして、ダイヤモンドヒ
ートシンク４の上面には、半導体チツプ５が相互
の金膜同志で熱圧着により固着され、さらに、絶
縁リング１の他の端面に気密封着されたコバール
の上部フランジ６と半導体チツプ５の上面には接
続導線７が接続された後、上部フランジ６にコバ
ールの蓋板８が組合されて電気溶接により気密封
止されている。
ートシンクを直接銅の容器のヒートシンクに圧入
し、ダイヤモンドヒートシンク側面下部を包む容
器のヒートシンクの包持力によりダイヤモンドヒ
ートシンクを容器のヒートシンクに固着させる方
法が行われるようになつた。すなわち、第１図に
おいて、下地ニツケルメツキの上にさらに金メツ
キ２ａされた容器のヒートシンク２は、絶縁リン
グ、例えばセラミツクリング１と気密封着されて
容器３が形成されている。容器３の底部上面、す
なわち容器のヒートシンク２の上面部に、熱伝導
はよいが電気絶縁物であるダイヤモンドに電気半
導性を与えるための、チタン下地の金蒸着膜４ａ
が被着されたダイヤモンドヒートシンク４が圧入
により固着されている。そして、ダイヤモンドヒ
ートシンク４の上面には、半導体チツプ５が相互
の金膜同志で熱圧着により固着され、さらに、絶
縁リング１の他の端面に気密封着されたコバール
の上部フランジ６と半導体チツプ５の上面には接
続導線７が接続された後、上部フランジ６にコバ
ールの蓋板８が組合されて電気溶接により気密封
止されている。
このような従来の半導体装置では、容器のヒー
トシンク２へのダイヤモンドヒートシンク４の圧
入は、種々の理由により絶縁リング１の下面を支
えて行われるのであるが、この際、圧入のため変
形した容器のヒートシンク２の応力が絶縁リング
１と容器のヒートシンク２の接続界面に及び、絶
縁リング１の破損事故が多発するという欠点があ
つた。また、ダイヤモンドヒートシンク４の圧入
のために容器のヒートシンク２の下地ニツケルの
上の金メツキ層２ａは段切れを起し、ダイヤモン
ドヒートシンク４の下部側面を包持する容器のヒ
ートシンク２の銅素材はむき出しになり、ダイヤ
モンドヒートシンク４の金被膜が銅の中に入り合
金化して熱伝導を悪くする。さらに、露呈した銅
はその後の高温下の半導体チツプ組立の際は酸化
を起し、この酸化が組立後の動作中にも進行しさ
らに熱伝導を悪くし信頼性を低下させるという問
題もあつた。
トシンク２へのダイヤモンドヒートシンク４の圧
入は、種々の理由により絶縁リング１の下面を支
えて行われるのであるが、この際、圧入のため変
形した容器のヒートシンク２の応力が絶縁リング
１と容器のヒートシンク２の接続界面に及び、絶
縁リング１の破損事故が多発するという欠点があ
つた。また、ダイヤモンドヒートシンク４の圧入
のために容器のヒートシンク２の下地ニツケルの
上の金メツキ層２ａは段切れを起し、ダイヤモン
ドヒートシンク４の下部側面を包持する容器のヒ
ートシンク２の銅素材はむき出しになり、ダイヤ
モンドヒートシンク４の金被膜が銅の中に入り合
金化して熱伝導を悪くする。さらに、露呈した銅
はその後の高温下の半導体チツプ組立の際は酸化
を起し、この酸化が組立後の動作中にも進行しさ
らに熱伝導を悪くし信頼性を低下させるという問
題もあつた。
本発明の目的は、上記従来の半導体装置におけ
る信頼性および歩留の問題を解決した半導体装置
の製造方法を提供することである。
る信頼性および歩留の問題を解決した半導体装置
の製造方法を提供することである。
本発明による半導体装置の製造方法は、容器の
ヒートシンク上に複数の金薄板を熱圧着により順
に積み上げて所定の厚さの金板層を形成し、この
金板層にダイヤモンドヒートシンクを所定の深さ
まで圧入し、このダイヤモンドヒートシンク上に
半導体チツプを固着することを特徴としている。
ヒートシンク上に複数の金薄板を熱圧着により順
に積み上げて所定の厚さの金板層を形成し、この
金板層にダイヤモンドヒートシンクを所定の深さ
まで圧入し、このダイヤモンドヒートシンク上に
半導体チツプを固着することを特徴としている。
つぎに本発明を実施例により説明する。
第２図は本発明の一実施例による製造方法で形
成された半導体装置を示す断面図である。
成された半導体装置を示す断面図である。
第２図の本発明半導体装置を第１図の従来例と
比べた場合、本発明では容器のヒートシンク２の
上面に金板を熱圧着により固着し、この金板にダ
イヤモンドヒートシンク４を圧入により固着させ
ているということに大きな差異がある。
比べた場合、本発明では容器のヒートシンク２の
上面に金板を熱圧着により固着し、この金板にダ
イヤモンドヒートシンク４を圧入により固着させ
ているということに大きな差異がある。
すなわち、第２図において、絶縁リング１と、
表面にニツケル下地の金メツキされた銅の容器の
ヒートシンク２とから形成されている容器３内の
容器のヒートシンク２の上面中央部に、５〜10μ
ｍの薄い金円板が熱圧着により固着され、さらに
この薄い金円板に対し、比較的厚い10〜60μｍ厚
さの金円板が弱い熱圧着で２枚重ねられ、合計25
〜130μｍ厚さの金板９が圧着されている。それ
から、チタン下地の金蒸着膜４ａで表面が覆われ
たダイヤモンドヒートシンク４が金板９に圧入さ
れる。この場合、ダイヤモンドヒートシンク４の
下面と容器のヒートシンク２の上面との間が５〜
10μｍ程度あいた直上位置で圧入を止める。その
後の半導体チツプ５の固着、容器封止は第１図の
例と同じに行なわれる。
表面にニツケル下地の金メツキされた銅の容器の
ヒートシンク２とから形成されている容器３内の
容器のヒートシンク２の上面中央部に、５〜10μ
ｍの薄い金円板が熱圧着により固着され、さらに
この薄い金円板に対し、比較的厚い10〜60μｍ厚
さの金円板が弱い熱圧着で２枚重ねられ、合計25
〜130μｍ厚さの金板９が圧着されている。それ
から、チタン下地の金蒸着膜４ａで表面が覆われ
たダイヤモンドヒートシンク４が金板９に圧入さ
れる。この場合、ダイヤモンドヒートシンク４の
下面と容器のヒートシンク２の上面との間が５〜
10μｍ程度あいた直上位置で圧入を止める。その
後の半導体チツプ５の固着、容器封止は第１図の
例と同じに行なわれる。
このような本発明の半導体装置では、ダイヤモ
ンドヒートシンク４の金板９に対する圧入は、第
１図の銅に対する圧入に比べ極めて弱い力で可能
である。従つて、この圧入による金板９の応力が
絶縁リング１とスタツド２との接続界面にまで及
ぶことはなく、従来例で起つた絶縁リングの破損
などは一切起らなくなつた。例えば、従来100個
に15個の割合で絶縁リング破損があつたが、本発
明により破損は全く起らなくなつた。
ンドヒートシンク４の金板９に対する圧入は、第
１図の銅に対する圧入に比べ極めて弱い力で可能
である。従つて、この圧入による金板９の応力が
絶縁リング１とスタツド２との接続界面にまで及
ぶことはなく、従来例で起つた絶縁リングの破損
などは一切起らなくなつた。例えば、従来100個
に15個の割合で絶縁リング破損があつたが、本発
明により破損は全く起らなくなつた。
また、柔い金板９がダイヤモンドヒートシンク
２の圧入下部側面によく馴染み、十分な包持力で
ダイヤモンドヒートシンク２を抱えているのでそ
の固着は安定であるとともに、この側面部から伝
導性よく熱が伝わるから、ダイヤモンドヒートシ
ンクの放熱効果が上り、ダイヤモンドヒートシン
クに固着された半導体チツプの高出力動作が得ら
れる。もち論、この良熱伝導特性は、その後の組
立工程および封止後の装置動作においても劣化す
ることなく、長期にわたり高信頼性が確保され
る。
２の圧入下部側面によく馴染み、十分な包持力で
ダイヤモンドヒートシンク２を抱えているのでそ
の固着は安定であるとともに、この側面部から伝
導性よく熱が伝わるから、ダイヤモンドヒートシ
ンクの放熱効果が上り、ダイヤモンドヒートシン
クに固着された半導体チツプの高出力動作が得ら
れる。もち論、この良熱伝導特性は、その後の組
立工程および封止後の装置動作においても劣化す
ることなく、長期にわたり高信頼性が確保され
る。
しかも、本発明では、所定の厚さの金板層９は
複数の金薄板の熱圧着による積み重ねで形成され
ているので、金板層９とヒートシンク２との密着
性が充分に高められ、その結果、充分に低い熱抵
抗が得られるし、熱抵抗のバラツキが小さいとい
う効果も得られる。すなわち、ヒートシンク２上
に１枚目の金薄板を熱圧着するとき、その際の温
度バラツキや圧力バラツキが生じても、金薄板１
枚の厚さはかなり薄いため、温度バラツキは緩和
されるし、圧力のバラツキは金薄板の変形でやは
り緩和される。したがつて、１枚目の金薄板とヒ
ートシンクとの密着性は非常に強固なものとな
る。２枚目以降は金薄板同上の熱圧着であるか
ら、その圧着強度は言うまでもなく高い。この結
果、全体として所定の厚さの金板層と容器のヒー
トシンクとの密着性が優れ、充分に小さくかつバ
ラツキの少ない熱抵抗が得られる。
複数の金薄板の熱圧着による積み重ねで形成され
ているので、金板層９とヒートシンク２との密着
性が充分に高められ、その結果、充分に低い熱抵
抗が得られるし、熱抵抗のバラツキが小さいとい
う効果も得られる。すなわち、ヒートシンク２上
に１枚目の金薄板を熱圧着するとき、その際の温
度バラツキや圧力バラツキが生じても、金薄板１
枚の厚さはかなり薄いため、温度バラツキは緩和
されるし、圧力のバラツキは金薄板の変形でやは
り緩和される。したがつて、１枚目の金薄板とヒ
ートシンクとの密着性は非常に強固なものとな
る。２枚目以降は金薄板同上の熱圧着であるか
ら、その圧着強度は言うまでもなく高い。この結
果、全体として所定の厚さの金板層と容器のヒー
トシンクとの密着性が優れ、充分に小さくかつバ
ラツキの少ない熱抵抗が得られる。
第１図は従来の半導体装置の一例の断面図、第
２図は本発明の一実施例の断面図である。 １……絶縁リング、２……容器のヒートシン
ク、２ａ……金被膜、３……容器、４……ダイヤ
モンドヒートシンク、４ａ……表面金被膜、５…
…半導体チツプ、６……上部フランジ、８……蓋
板、９……金板。
２図は本発明の一実施例の断面図である。 １……絶縁リング、２……容器のヒートシン
ク、２ａ……金被膜、３……容器、４……ダイヤ
モンドヒートシンク、４ａ……表面金被膜、５…
…半導体チツプ、６……上部フランジ、８……蓋
板、９……金板。
Claims (1)
- １ 容器のヒートシンク上に複数の金薄板を熱圧
着により順に積み重ねて所定の厚さの金板層を形
成し、この金板層にダイヤモンドヒートシンクを
所定の深さまで圧入し、前記ダイヤモンドヒート
シンク上に半導体チツプを固着することを特徴と
する半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2850580A JPS56125849A (en) | 1980-03-06 | 1980-03-06 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2850580A JPS56125849A (en) | 1980-03-06 | 1980-03-06 | Semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56125849A JPS56125849A (en) | 1981-10-02 |
| JPH0131295B2 true JPH0131295B2 (ja) | 1989-06-26 |
Family
ID=12250531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2850580A Granted JPS56125849A (en) | 1980-03-06 | 1980-03-06 | Semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS56125849A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6281574B1 (en) * | 1999-09-27 | 2001-08-28 | Raytheon Company | High power microwave transistor amplifier |
| WO2001031082A1 (en) * | 1999-10-28 | 2001-05-03 | P1 Diamond, Inc. | Improved diamond thermal management components |
-
1980
- 1980-03-06 JP JP2850580A patent/JPS56125849A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56125849A (en) | 1981-10-02 |
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