JPH02207539A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPH02207539A JPH02207539A JP1028394A JP2839489A JPH02207539A JP H02207539 A JPH02207539 A JP H02207539A JP 1028394 A JP1028394 A JP 1028394A JP 2839489 A JP2839489 A JP 2839489A JP H02207539 A JPH02207539 A JP H02207539A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
不発８Ａは、半導体素子か支持板等の被固着部に半田層
を介して固着された構造を有する半導体装置に関する。
を介して固着された構造を有する半導体装置に関する。
電力用半導体装置の多くは、半導体素子が放熱板金兼ね
る支持板に半田で固着された構造を有する。この半田は
、後の製造工程における加熱や動作時の発熱によって接
着強度等が変化しないことが望ましく、一般にｐｂ （
鉛）を多く含有する半田が使用されている。この半田は
湾融温度が３００℃以上と比較的高い牛田即ち高融点半
田であり、パワーサイクル耐量等が良好に得ら才りると
いう利点を有する。
る支持板に半田で固着された構造を有する。この半田は
、後の製造工程における加熱や動作時の発熱によって接
着強度等が変化しないことが望ましく、一般にｐｂ （
鉛）を多く含有する半田が使用されている。この半田は
湾融温度が３００℃以上と比較的高い牛田即ち高融点半
田であり、パワーサイクル耐量等が良好に得ら才りると
いう利点を有する。
〔発明が屏決しよ５とする課題〕
しかしながら、上記の高融点半田の主成分であるｌ−ｂ
は熱伝導率が［Ｊ、３５ ｗ／ｃｍｄｅｇと小さい。こ
のため、これらＰｂ２多く含有する高融点半田を半導体
素子の固着に使用すると、半導体素子からの発熱か半田
層を介して支持板へと良好に熱伝導されず、放熱性が良
好に得られない。
は熱伝導率が［Ｊ、３５ ｗ／ｃｍｄｅｇと小さい。こ
のため、これらＰｂ２多く含有する高融点半田を半導体
素子の固着に使用すると、半導体素子からの発熱か半田
層を介して支持板へと良好に熱伝導されず、放熱性が良
好に得られない。
そこで、本発明の目的は、熱伝導性に優れた半田層を有
する半導体装置を提供することにある。
する半導体装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段］
上記目的を達成するための発明は、半導体素子が導電性
接着層により″ｃ被固着部に固着されている半導体装置
ｖｃおいて、前記導電性接着層が、鉛（Ｐｂ）を主成分
とする半田に、前記導電性接着層の厚みよジも小さい粒
径を有する銅ＣＣｕ）、銀（Ａｇ）及びアルミニウム（
ＡＩ Ｊの内の少なくとも１種の金属粒子が混在したも
のであることを特徴とする半導体装置に係わるものであ
る。
接着層により″ｃ被固着部に固着されている半導体装置
ｖｃおいて、前記導電性接着層が、鉛（Ｐｂ）を主成分
とする半田に、前記導電性接着層の厚みよジも小さい粒
径を有する銅ＣＣｕ）、銀（Ａｇ）及びアルミニウム（
ＡＩ Ｊの内の少なくとも１種の金属粒子が混在したも
のであることを特徴とする半導体装置に係わるものであ
る。
上記発明にあ・いて、半田は鉛を９０重ｉ％以上含有す
るものであることが望ましく、また、金属粒子を半田に
対して［Ｊ、５〜２ｏ重蓋％添加することが望ましい。
るものであることが望ましく、また、金属粒子を半田に
対して［Ｊ、５〜２ｏ重蓋％添加することが望ましい。
上記目的全達成するための別の発明は、半田にこの半田
よりも熱伝導率の大きい熱良導体粒子が混在している接
着層によって半導体素子が被固着部に固着されており、
且つ前記熱良導体粒子は前記半田よシも熱伝導率が大き
い金属粒子を前記半田に溶融しにくい金属又は前記金属
粒子よりも酸化しにくい金属の屡で被覆したものである
ことを特徴とする半導体装置に係わるものである。
よりも熱伝導率の大きい熱良導体粒子が混在している接
着層によって半導体素子が被固着部に固着されており、
且つ前記熱良導体粒子は前記半田よシも熱伝導率が大き
い金属粒子を前記半田に溶融しにくい金属又は前記金属
粒子よりも酸化しにくい金属の屡で被覆したものである
ことを特徴とする半導体装置に係わるものである。
請求項１に記載の発明において、Ｃｕ ％ Ａｇ ｓ
ＡＩは半田よりも熱伝導率が十分に大きい。従って、半
導体素子と被固着部との間の層の熱抵抗が小さくなり、
放熱性の良い半導体装置を提供することができる。特に
、Ｃｕは牛田ＶＣ溶は込み難いので、半田の組成変化が
少なく、半田の接着作用の低下が少ない。
ＡＩは半田よりも熱伝導率が十分に大きい。従って、半
導体素子と被固着部との間の層の熱抵抗が小さくなり、
放熱性の良い半導体装置を提供することができる。特に
、Ｃｕは牛田ＶＣ溶は込み難いので、半田の組成変化が
少なく、半田の接着作用の低下が少ない。
請求項２に記載のよ５に鉛を９０重ｆ％以上含有する半
田を使用し、金属粒子を０．５〜２０重量るの範囲で含
めるようにすれば、接着性と熱伝導性との両方を良好に
満足さセることが可能になる。
田を使用し、金属粒子を０．５〜２０重量るの範囲で含
めるようにすれば、接着性と熱伝導性との両方を良好に
満足さセることが可能になる。
請求項３に従って、金属粒子を半田に溶融しにぐい金属
の膜で被覆すれば、金属粒子が半田に溶融して半田の組
成が変化することを確実に防止できる。金属の膜が金属
粒子より酸化しにぐい金属から成る場合は、金属粒子の
表面が酸化して半田との接着性、熱伝導性及び電気伝導
性が低下することが起こり難くなるので、半田固着の作
業や半田の品質管理が容易になるとともに、半田層の熱
伝導性及び電気伝導性が良好になり且つこれ等の特性が
安定に保たｎる。
の膜で被覆すれば、金属粒子が半田に溶融して半田の組
成が変化することを確実に防止できる。金属の膜が金属
粒子より酸化しにぐい金属から成る場合は、金属粒子の
表面が酸化して半田との接着性、熱伝導性及び電気伝導
性が低下することが起こり難くなるので、半田固着の作
業や半田の品質管理が容易になるとともに、半田層の熱
伝導性及び電気伝導性が良好になり且つこれ等の特性が
安定に保たｎる。
〔第１の実施例〕
以下、本発明の第１の実施例に係わる半導体装置を第１
図全参照して説明する。
図全参照して説明する。
本実施例の半導体装置は、第１図に示すように放熱板を
兼ねる金属製支持板１の一方の主面に、半導体素子２が
接着層６を介して固着された構造を有する。接着層６は
、半田４の中に銅粉木部ち銅（Ｃｕ）粒子５を混在させ
たものから成る。
兼ねる金属製支持板１の一方の主面に、半導体素子２が
接着層６を介して固着された構造を有する。接着層６は
、半田４の中に銅粉木部ち銅（Ｃｕ）粒子５を混在させ
たものから成る。
この半導体装置を製造する際には、Ｐｂ（鉛）：Ｓｎ
（錫）＝９５ ： ５の高融点半田を含むペースト状半
田（クリーム手出）ｌＣ接着層３の厚さよりも小さい粒
径（直径）約ＩＱＡｍのＣｕ粒子を約２重量％混入した
ペーストを支持板１上に印刷し、このペースト層の上に
半導体素子２を載置して熱処理（す７ｏ−）し、半導体
素子２を支持板１上に固着する。
（錫）＝９５ ： ５の高融点半田を含むペースト状半
田（クリーム手出）ｌＣ接着層３の厚さよりも小さい粒
径（直径）約ＩＱＡｍのＣｕ粒子を約２重量％混入した
ペーストを支持板１上に印刷し、このペースト層の上に
半導体素子２を載置して熱処理（す７ｏ−）し、半導体
素子２を支持板１上に固着する。
接着層３の厚さは約６０μｍであフ、半田４に対するＣ
ｕ粒子５０割合は約２重量％である。Ｃｕ粒子５は半田
４の中にほぼ均一に分散している。
ｕ粒子５０割合は約２重量％である。Ｃｕ粒子５は半田
４の中にほぼ均一に分散している。
なお、このＣｕ粒子５の表面ｌＣハ牛田との合金化層が
形成されている。
形成されている。
本実施例は次の効果を有する。
（１１ＣｕはＰｂ −Ｓｎ系の半田に溶融しにぐい今風
であり、溶融温度が半田に比べて十分に高いから半田を
加熱して溶融したとき、Ｃｕ粒子５が溶は工手出の組成
が変わることはほとんどない。従って、Ｃｕ粒子５を含
有させたことにより半田の溶融温度や粘性が変わること
はほとんどなく、従来のＰｂ＝Ｓｎ＝９５：５の半田の
溶融温度（３１４℃〕のままであり、従来と同様に容易
且つ確実に半導体素子２の半田付けを達成することかで
きる。
であり、溶融温度が半田に比べて十分に高いから半田を
加熱して溶融したとき、Ｃｕ粒子５が溶は工手出の組成
が変わることはほとんどない。従って、Ｃｕ粒子５を含
有させたことにより半田の溶融温度や粘性が変わること
はほとんどなく、従来のＰｂ＝Ｓｎ＝９５：５の半田の
溶融温度（３１４℃〕のままであり、従来と同様に容易
且つ確実に半導体素子２の半田付けを達成することかで
きる。
１２１ Ｃｕは半田が良好に付着する金属であるから
、Ｃｕ粒子５は溶融した半田に良好に混在し、Ｃ０粒子
５を混合したことによる接着強度の実質的な低下は生じ
ない。
、Ｃｕ粒子５は溶融した半田に良好に混在し、Ｃ０粒子
５を混合したことによる接着強度の実質的な低下は生じ
ない。
＋３１ Ｃｕ粒子５は半田４よりも熱伝導率が大きい
ので、Ｃｕ粒子５が熱伝導路として機能し、接着層３の
熱抵抗が半田のみの場合よりも小さくなり、放熱性の良
好な半導体装置を提供することができる。
ので、Ｃｕ粒子５が熱伝導路として機能し、接着層３の
熱抵抗が半田のみの場合よりも小さくなり、放熱性の良
好な半導体装置を提供することができる。
〔第２の実施例〕
次に、本発明の第２の実施例に係わる半導体装置を第２
因を参照して以下に説明する。
因を参照して以下に説明する。
第２図の半導体装置は、第１図の半導体装置と同様に放
熱板金兼ねる支持板１の一方の主面に接着層ろを介して
半導体素子２が固着されている。
熱板金兼ねる支持板１の一方の主面に接着層ろを介して
半導体素子２が固着されている。
接着層６は半田４と熱良導体粒子６とρ・ら成る。
熱良導体粒子６はＣｕ粒子６ａの表面にＮｉにッケル〕
被膜６ｂを設けたものである。Ｃｕ粒子６ａは第１図の
Ｃ０粒子５と同一のものであり、約１゜μｍの粒径を有
する。Ｎｉ被膜６ｂは極めて薄い層であるので、これを
設けた後の熱良導体粒子６の粒径はＣｕ粒子６ａの粒径
と大差ない。なお、半田４の組成比はＰｂ ： ５ｎ＝
９５ ： ５であり、また、熱良導体粒子６の半田４に
対する割合は、約２重蓋カである。
被膜６ｂを設けたものである。Ｃｕ粒子６ａは第１図の
Ｃ０粒子５と同一のものであり、約１゜μｍの粒径を有
する。Ｎｉ被膜６ｂは極めて薄い層であるので、これを
設けた後の熱良導体粒子６の粒径はＣｕ粒子６ａの粒径
と大差ない。なお、半田４の組成比はＰｂ ： ５ｎ＝
９５ ： ５であり、また、熱良導体粒子６の半田４に
対する割合は、約２重蓋カである。
半導体素子２０手半田付は、第１の実施例と同様に半田
ペーストに熱良導体粒子６を混入したペーストを支持板
１上に印刷し、リフＯ−ｊることによって行う。
ペーストに熱良導体粒子６を混入したペーストを支持板
１上に印刷し、リフＯ−ｊることによって行う。
ＮｉはＣｕよジもＰｂ −Ｓｎ系半田に溶は込みにぐい
金属であるから、第２の実施例の熱良導体粒子６は、第
１の実施例のＣｕ粒子５よりも半田に対する溶は込みが
少ない。従って、熱良導体粒子６を混入しても半田の組
成が実質的に変化セず、半田の溶融温度も殆んど変化し
ないし、パワーサイクル耐量等が低下しない。
金属であるから、第２の実施例の熱良導体粒子６は、第
１の実施例のＣｕ粒子５よりも半田に対する溶は込みが
少ない。従って、熱良導体粒子６を混入しても半田の組
成が実質的に変化セず、半田の溶融温度も殆んど変化し
ないし、パワーサイクル耐量等が低下しない。
また、ＮｉはＣｕと同様に半田に良好に付着する金属で
あるから、熱良導体粒子６は半田４ｖｃ良好に混在する
。
あるから、熱良導体粒子６は半田４ｖｃ良好に混在する
。
また、Ｎｉはｅｕよジも酸化し難い金属であるから、取
扱いが容易である。即ち、酸化に関してさほど注意を払
わなくてもよい。Ｃｕ粒子６ａのみの場合Ｖｃｒｒｉ、
表面酸化によって熱伝導性及び電気伝導性の低下を招く
恐れがあるが、Ｎｉ″ａ膜６ｂ全６ｂることによってこ
のような恐れがなくなる。
扱いが容易である。即ち、酸化に関してさほど注意を払
わなくてもよい。Ｃｕ粒子６ａのみの場合Ｖｃｒｒｉ、
表面酸化によって熱伝導性及び電気伝導性の低下を招く
恐れがあるが、Ｎｉ″ａ膜６ｂ全６ｂることによってこ
のような恐れがなくなる。
〔変形例〕
本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。
次の変形が可能なものである。
（ＩＩ Ｃｕ粒子５及び熱良導体粒子６を多く含有さ
セればそれだけ接着層６の熱抵抗は減少するが、Ｃｕ粒
子５又は熱良導体粒子乙の含有量が多過ぎると、半田の
粘性、接着強度等が低下し、逆に含有量が少な過ぎると
熱電導性が十分に得られない。
セればそれだけ接着層６の熱抵抗は減少するが、Ｃｕ粒
子５又は熱良導体粒子乙の含有量が多過ぎると、半田の
粘性、接着強度等が低下し、逆に含有量が少な過ぎると
熱電導性が十分に得られない。
従って、 Ｃｕ粒子５又は熱良導体粒子６の半田４に対
する割合は、０．５〜２ＯＮ量るであることが望ましく
、１〜１０重童鴨であることが更に望まし１、）。
する割合は、０．５〜２ＯＮ量るであることが望ましく
、１〜１０重童鴨であることが更に望まし１、）。
（２） 本発明はＰｂの含有率が９０％以上の半田に
有効であるが、Ｐｂの含有率がもつと小さく溶融温度が
さほど高くない半田にも有効である。
有効であるが、Ｐｂの含有率がもつと小さく溶融温度が
さほど高くない半田にも有効である。
＋３１ Ｃｕ粒子５又は熱良導体粒子６は粒径が比較
的大きい方が取り扱い易いので、粒径（直径）を接着層
乙の厚みの１／１０以上にするのが良い。
的大きい方が取り扱い易いので、粒径（直径）を接着層
乙の厚みの１／１０以上にするのが良い。
（４） 第１図のＣｕ粒子５及び第２図のＣｕ粒子６
ａの代すに、銀（Ａｇ）粒子又はアルミニウム（Ａ１）
粒子を使用することができる。しかし、Ｎｉ等の被膜６
ｂを設けない場合には、Ｐｂ −Ｓｎ系半田に対してＡ
ｇはＣｕよジも溶融し易いので、Ｃｕの方が望ましい。
ａの代すに、銀（Ａｇ）粒子又はアルミニウム（Ａ１）
粒子を使用することができる。しかし、Ｎｉ等の被膜６
ｂを設けない場合には、Ｐｂ −Ｓｎ系半田に対してＡ
ｇはＣｕよジも溶融し易いので、Ｃｕの方が望ましい。
但し、Ｓｂ （アンチモン）を含む半田はＣｕとｓｂが
金属間化合物を形成するので、この場合は金属粉末とし
てＡｇを使用するのが良い。
金属間化合物を形成するので、この場合は金属粉末とし
てＡｇを使用するのが良い。
（５）回路基板上の導体上に半導体素子を半田付けする
場合にも本発明を適用することができる。
場合にも本発明を適用することができる。
（６） 支持板土の溶融した半田に半導体素子をこ丁
ジ付けて固着してもよい。
ジ付けて固着してもよい。
以上のように、本発明によれば、放熱性が良好であり且
つ信頼性の高い半導体装置を容易に提供することができ
る。
つ信頼性の高い半導体装置を容易に提供することができ
る。
第１図は本発明の第１の実施例の半導体装置の一部を概
略的に示す断面図、 第２図は本発明の第２の実施例の半導体装置の一部を概
略的に示す断面図である。 １・・・支持板、２・・・半導体素子、３・・・接着層
、４・・・半田、５・・・Ｃｕ粒子、６・・・熱良導体
粒子、６ａ・・・Ｃ１粒子、６ｂ・・・Ｎｉ被膜。
略的に示す断面図、 第２図は本発明の第２の実施例の半導体装置の一部を概
略的に示す断面図である。 １・・・支持板、２・・・半導体素子、３・・・接着層
、４・・・半田、５・・・Ｃｕ粒子、６・・・熱良導体
粒子、６ａ・・・Ｃ１粒子、６ｂ・・・Ｎｉ被膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 〔１〕半導体素子が導電性接着層によつて被固着部に固
着されている半導体装置において、前記導電性接着層が
、鉛（Ｐｂ）を主成分とする半田に、前記導電性接着層
の厚みよりも小さい粒径を有する銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ
）及びアルミニウム（Ａｌ）の内の少なくとも１種の金
属粒子が混在したものであることを特徴とする半導体装
置。 〔２〕前記半田は鉛を９０重量％以上含有する半田であ
り、前記金属粒子は前記半田に０．５〜２０重量％含有
していることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。 〔３〕半田にこの半田よりも熱伝導率の大きい熱良導体
粒子が混在している接着層によつて半導体素子が被固着
部に固着されており、且つ前記熱良導体粒子は前記半田
よりも熱伝導率が大きい金属粒子を前記半田に溶融しに
くい金属又は前記金属粒子よりも酸化しにくい金属の膜
で被覆したものであることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1028394A JPH02207539A (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1028394A JPH02207539A (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02207539A true JPH02207539A (ja) | 1990-08-17 |
Family
ID=12247444
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1028394A Pending JPH02207539A (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02207539A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06216167A (ja) * | 1993-01-20 | 1994-08-05 | Hitachi Ltd | 半導体装置及びその製造方法 |
| WO2001072466A3 (en) * | 2000-03-24 | 2002-01-31 | Motorola Inc | Anti-scavenging solders for silver metallization and method |
| WO2002081143A1 (en) * | 2001-04-04 | 2002-10-17 | Motorola, Inc. | Anti-scavenging solders for silver metallization |
| JP2005026702A (ja) * | 2000-06-12 | 2005-01-27 | Hitachi Ltd | 電子機器および半導体装置および半導体モジュール |
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| JPS4951872A (ja) * | 1972-06-13 | 1974-05-20 | ||
| JPS54134656A (en) * | 1978-04-11 | 1979-10-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Picture image transforming element |
| JPS59217335A (ja) * | 1983-05-25 | 1984-12-07 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
-
1989
- 1989-02-07 JP JP1028394A patent/JPH02207539A/ja active Pending
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