JPH0321091B2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- JPH0321091B2 JPH0321091B2 JP59240034A JP24003484A JPH0321091B2 JP H0321091 B2 JPH0321091 B2 JP H0321091B2 JP 59240034 A JP59240034 A JP 59240034A JP 24003484 A JP24003484 A JP 24003484A JP H0321091 B2 JPH0321091 B2 JP H0321091B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat dissipation
- dissipation structure
- alloy
- structure according
- layer
- 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 - Lifetime
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
- H10W40/257—Arrangements for cooling characterised by their materials having a heterogeneous or anisotropic structure, e.g. powder or fibres in a matrix, wire mesh or porous structures
-
- 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
- H10W40/70—Fillings or auxiliary members in containers or in encapsulations for thermal protection or control
- H10W40/77—Auxiliary members characterised by their shape
-
- 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
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/071—Connecting or disconnecting
- H10W72/075—Connecting or disconnecting of bond wires
- H10W72/07551—Connecting or disconnecting of bond wires characterised by changes in properties of the bond wires during the connecting
-
- 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
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/50—Bond wires
-
- 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
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
- H10W72/877—Bump connectors and die-attach connectors
-
- 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
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/851—Dispositions of multiple connectors or interconnections
- H10W72/874—On different surfaces
- H10W72/884—Die-attach connectors and bond wires
-
- 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
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/721—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors
- H10W90/724—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bump connectors between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
-
- 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
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/731—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of die-attach connectors
- H10W90/737—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of die-attach connectors between a chip and a laterally-adjacent lead frame, conducting package substrate or heat sink
-
- 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
- H10W90/00—Package configurations
- H10W90/701—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
- H10W90/751—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
- H10W90/754—Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked insulating package substrate, interposer or RDL
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
産業上の利用分野
本発明は半導体装置用放熱構造体に関り、特に
半導体装置用外囲器材の基板とヒートシンクとを
組合せた、各種集積回路用半導体装置等のパツケ
ージの熱設計において有用な放熱構造体に関す
る。 従来の技術 一般に、トランジスタ、ダイオード等の半導体
素子は温度あるいは熱に対して極めて敏感であ
る。即ち、これら素子はその置かれた環境の温度
が上昇した場合、抵抗率が低下し、逆方向の電流
の増大を招き、また出力抵抗も小さくなり、その
結果例えば電流増幅率などが大巾に低下し、最終
的にはこれら素子はまつたく作用しなくなつてし
まう。 また、トランジスタ等に電力を供給し、動作さ
せる際にも、入力と出力との間の差に相当する電
力がコレクタ損失などとして半導体素子自体の内
部で消費され、発熱することになる。この熱も前
記と同様な各種障害をもたらすことになり、その
ため特にパワートランジスタなどにおいては放熱
板や放熱器を搭載する必要があつた。 更に、最近の半導体技術の進歩は著しく、素子
の集積度における著しい増加をもたらし、それに
伴つて素子そのものの大型化並びに１つのパツケ
ージに複数の半導体チツプを搭載する、マルチチ
ツプ搭載化の傾向が高まつている。その結果、こ
れらの半導体チツプを搭載するICパツケージを
も大型化することが余儀なくされており、これに
伴う、該パツケージを構成する材料の熱膨張係数
の整合性の問題、素子に対する熱設計の問題は早
急に改善すべき重要な課題となつている。 従来、これら半導体装置の熱設計、特にヒート
シンク（放熱板）としては、熱伝導性が良好であ
るという観点から、銅あるいはアルミニウム合金
が用いられてきた。しかしながら、これらの合金
は通常半導体装置の外囲器材として用いられてい
るAl2O3，SiC等のセラミツク、Fe−Ni−Co合
金、Fe−Ni合金、Ｗ，Mo等の金属材料、これら
金属材料と銅との複合材料などとの熱膨張係数の
不整合が大きく、そのためその製造工程において
基板材料との間に曲がりやそりが生じるという欠
点を有していた。 発明が解決しようとする問題点 以上詳しく述べたように、当分野では集積回路
装置等のパツケージの放熱構造を改良して、半導
体装置の信頼性、保全性等を確保することが重要
な課題となつているが、依然として十分満足でき
る放熱構造は、今のところ開発されていない。 従つて、熱伝導性即ち放熱性に優れ、上述のよ
うな半導体装置用基板材料との熱膨張係数の整合
性が良好で曲がりやそりを生ずることのない放熱
構造体の開発が切に望まれており、このような優
れた放熱構造体を提供することが本発明の主な目
的である。また、該放熱構造体の製造方法を提供
することも本発明の目的の一つである。 問題点を解決するための手段 本発明者等は、上記のような半導体装置の熱設
計、特にIC等高集積度デバイスにおける放熱構
造の現状に鑑みて、上記目的とする新規な放熱構
造体を開発すべく鋭意検討、研究を重ねた結果、
所定組成範囲のAl−Si合金をヒートシンク材料
として使用することが極めて有効であることを見
出し、本発明を完成した。 即ち、本発明の半導体装置用放熱構造体は、半
導体装置用外囲器材の基板と、該基板上に接合層
を介して接合され、ヒートシンクとして機能する
Siを30〜50重量％含有するAl−Si合金層とで構
成されたことを特徴とする。 本発明の放熱構造体において、まず半導体装置
用外囲器材の基板はAl2O3，SiC，BeO，AlN，
Fe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金、Mo、およびＷ
およびこれら金属とCuとの複合材料からなる群
から選ばれる１種である。また、この基板は多層
配線を含む積層セラミツク板であつてもよい。 更に、前記接合層は、導電性を重視する場合に
はBN，Ag等を含有する樹脂層であり、また強
度を重視する場合にはSiO2含有樹脂などの層で
構成される。更に、Al−Si合金にアルマイト処
理を施し、これを外囲器とはり合せた場合にはア
ルマイト層と接着剤層とで構成されることにな
る。また、外囲器とAl−Si合金のヒートシンク
とは後者または両者の表面にロウ材との濡れ性の
よい金属（例えばNi）のコーテイング層を形成
し（メツキ法、各種蒸着法等を利用できる）、例
えばAuを含む共晶ロウもしくはハンダによつて
ロウ付け接合することもでき、このような場合接
合層は金属コーテイング層と共晶ロウ、ハンダ等
である。 また、放熱フイン、即ちヒートシンクとして
は、できる限り表面積を大きくする必要がある
が、その形状は特に制限されず、従来公知の各種
形状をいずれも利用できる。 例えば、本発明の放熱構造体の好ましい態様を
第１図および第２図に示した。まず第１図の例で
はヒートシンク１は外囲器２1の外面を覆うよう
に該外囲器に接合されており、一方外囲器２2は
その下部面にコバールワイヤー３即ちリードを有
し、外囲器２1の内側の凹み部分と共に半導体チ
ツプ例えばシリコンチツプ４の収納用空間を形成
している。該空間内において、シリコンチツプ４
は外囲器２1の内面にMo板５（熱膨張緩衝材）お
よびハンダ層６を介して取付けられており、一方
外囲器２2の上面においてチツプ４はリードのボ
ンデイング部と例えばAuバンプによる接続また
はワイヤボンデイングされて電気的接続状態とな
つている。この際チツプの組込み形式はフエイス
アツプ、フエイスダウンいずれの形式を取ること
もできる。本態様において、ヒートシンク１はそ
の上部において、相互に平行な一定距離間隔で隔
置された、比較的大きな高さを有する平板状のフ
イン構造とされている。 また、第２図の例では、複数のチツプ４1〜４4
を収納する第１図と同様なパツケージ構成をとつ
ている。第１図と同様な部分については同一の符
合を付して説明に代える。この態様において、ヒ
ートシンク１′は放熱フイン構造については第１
図のヒートシンク１と同じであるが、底面は外囲
器２1の上部表面と同じ寸法を有し、この界面に
おいて接合層を介して接合されている。 本発明による放熱構造体は以下のように作製す
ることができる。即ち、SiとAlとの溶湯を例え
ばガスアトマイズ法により102K／秒以下の平均
冷却速度で凝固させ、42メツシユ以下の合金粉末
とし、次いで得られた粉末を熱間塑性加工に付し
てヒートシンク成形体を得、これを上記のような
各種接合層を介して外囲器の基板に接合すること
により作製する。 作 用 本発明の半導体装置用放熱構造体の主な特徴は
ヒートシンク部材を、30〜50重量％のSiと残部の
Alとから本質的になるAl−Si合金によつて形成
したことにある。このような合金を使用すること
により、従来問題とされていた外囲器材との熱膨
張係数の不整合に起因する。接合後の曲がり、そ
り等の問題を完全に解決することが可能となる。
従つて、多数回に亘るヒートサイクルに付されて
も何等問題を生ずる恐れがないのでパツケージ並
びに半導体装置の保全性、信頼性が著しく改善さ
れる。 かくして、Al−Si合金におけるSi含量は本発
明において臨界的であり、本発明の放熱構造体の
ヒートシンク材料に対して必須の要件である。即
ち、Si含量が30重量％未満の合金を使用した場合
には熱膨張係数が所望の値よりも大きくなり、前
記のような従来みられた諸欠点を解消し得ず、一
方Si含量が50重量％を越える場合には熱伝導性が
著しく低下し、その上合金の加工性、特に粉末成
形性並びに熱間加工性等が著しく劣化する。 ここで、本発明の所望の熱膨張係数は18×10-6
℃以下であることが望ましい。これは上記説明か
ら当然理解されることであるが外囲器との熱膨張
係数の整合性を確保するために必要な要件があ
る。 本発明の放熱構造体において重要なヒートシン
クは、その材料Al−Si合金粉末から、熱間塑性
加工法（粉末鍛造、押出成型、焼結鍛造）によつ
て最終製品形状に近い形状の製品を得ることがで
きる。この場合出発原料となる金属粉末は42メツ
シユ以下の大きさとすることが好ましい。という
のは、粉末の粒径が42メツシユを越えると、合金
粉末作製操作において102K／秒以上の冷却速度
を達成することが困難であり、従つて得られるSi
初晶も粗大なものとなり、実質的に30％以上のSi
を含有するAl−Si合金を得ることが困難となる。 合金粉末形成操作を上記のように行うことによ
り、Si初晶粒径を50μm以下とすることができ、
それによつてAl−Si合金の加工特性、特に熱間
加工性、機械加工性等が大巾に向上する。 合金元素として添加されるSiの主な役割はAl
の熱膨張係数を低下させることにある。本発明に
おいて合金元素として特にSiを用いたのは、この
ような熱膨張係数低下作用が他の元素と比較して
著しく大きいことによる。また、Si以外に、例え
ばMo，Ｗ，Nb，Zr，Cr，Ir，Ti，Feなどの元
素から選ばれる少なくとも１種を、合計10重量％
以内の量で添加することが可能であり、これによ
つてSiの熱膨張係数低下作用は何等損われること
はない。というのは、上記元素はSi程ではない
が、純Alよりも小さな熱膨張係数を有するもの
であり、多少とも合金の熱膨張係数低下に寄与す
るからである。 尚、本発明の放熱構造体において、電気的絶縁
性並びに耐食性を確保する必要がある場合には、
アルマイト処理を施すか、もしくは有機絶縁体の
薄層コーテイングを基板材料表面に施すことによ
り、その目的を達成することができる。 実施例 以下実施例により本発明の放熱構造を更に具体
的に説明すると共に、本発明の効果を立証する。
しかし、本発明の範囲はこれら実施例により何等
制限されない。 実施例 １ Si含有量を30、35、40、45および50重量％に調
節したAl−Si合金粉末を、ガスアトマイズ法に
より調製した。しかる後、得られた粉末を篩別し
て60メツシユ以下の粉末を銅製容器に充填し、真
空脱気後400℃で押出成型し、厚さ20×幅40×長
さ1000mmの板状の押出材を得た。この板状材から
試験片を切り出して、その密度、熱膨張係数、熱
伝導度、硬さ（ロツクウエル硬さHRＢ）を常法
に従つて測定し、結果を以下の第１表に示した。
半導体装置用外囲器材の基板とヒートシンクとを
組合せた、各種集積回路用半導体装置等のパツケ
ージの熱設計において有用な放熱構造体に関す
る。 従来の技術 一般に、トランジスタ、ダイオード等の半導体
素子は温度あるいは熱に対して極めて敏感であ
る。即ち、これら素子はその置かれた環境の温度
が上昇した場合、抵抗率が低下し、逆方向の電流
の増大を招き、また出力抵抗も小さくなり、その
結果例えば電流増幅率などが大巾に低下し、最終
的にはこれら素子はまつたく作用しなくなつてし
まう。 また、トランジスタ等に電力を供給し、動作さ
せる際にも、入力と出力との間の差に相当する電
力がコレクタ損失などとして半導体素子自体の内
部で消費され、発熱することになる。この熱も前
記と同様な各種障害をもたらすことになり、その
ため特にパワートランジスタなどにおいては放熱
板や放熱器を搭載する必要があつた。 更に、最近の半導体技術の進歩は著しく、素子
の集積度における著しい増加をもたらし、それに
伴つて素子そのものの大型化並びに１つのパツケ
ージに複数の半導体チツプを搭載する、マルチチ
ツプ搭載化の傾向が高まつている。その結果、こ
れらの半導体チツプを搭載するICパツケージを
も大型化することが余儀なくされており、これに
伴う、該パツケージを構成する材料の熱膨張係数
の整合性の問題、素子に対する熱設計の問題は早
急に改善すべき重要な課題となつている。 従来、これら半導体装置の熱設計、特にヒート
シンク（放熱板）としては、熱伝導性が良好であ
るという観点から、銅あるいはアルミニウム合金
が用いられてきた。しかしながら、これらの合金
は通常半導体装置の外囲器材として用いられてい
るAl2O3，SiC等のセラミツク、Fe−Ni−Co合
金、Fe−Ni合金、Ｗ，Mo等の金属材料、これら
金属材料と銅との複合材料などとの熱膨張係数の
不整合が大きく、そのためその製造工程において
基板材料との間に曲がりやそりが生じるという欠
点を有していた。 発明が解決しようとする問題点 以上詳しく述べたように、当分野では集積回路
装置等のパツケージの放熱構造を改良して、半導
体装置の信頼性、保全性等を確保することが重要
な課題となつているが、依然として十分満足でき
る放熱構造は、今のところ開発されていない。 従つて、熱伝導性即ち放熱性に優れ、上述のよ
うな半導体装置用基板材料との熱膨張係数の整合
性が良好で曲がりやそりを生ずることのない放熱
構造体の開発が切に望まれており、このような優
れた放熱構造体を提供することが本発明の主な目
的である。また、該放熱構造体の製造方法を提供
することも本発明の目的の一つである。 問題点を解決するための手段 本発明者等は、上記のような半導体装置の熱設
計、特にIC等高集積度デバイスにおける放熱構
造の現状に鑑みて、上記目的とする新規な放熱構
造体を開発すべく鋭意検討、研究を重ねた結果、
所定組成範囲のAl−Si合金をヒートシンク材料
として使用することが極めて有効であることを見
出し、本発明を完成した。 即ち、本発明の半導体装置用放熱構造体は、半
導体装置用外囲器材の基板と、該基板上に接合層
を介して接合され、ヒートシンクとして機能する
Siを30〜50重量％含有するAl−Si合金層とで構
成されたことを特徴とする。 本発明の放熱構造体において、まず半導体装置
用外囲器材の基板はAl2O3，SiC，BeO，AlN，
Fe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金、Mo、およびＷ
およびこれら金属とCuとの複合材料からなる群
から選ばれる１種である。また、この基板は多層
配線を含む積層セラミツク板であつてもよい。 更に、前記接合層は、導電性を重視する場合に
はBN，Ag等を含有する樹脂層であり、また強
度を重視する場合にはSiO2含有樹脂などの層で
構成される。更に、Al−Si合金にアルマイト処
理を施し、これを外囲器とはり合せた場合にはア
ルマイト層と接着剤層とで構成されることにな
る。また、外囲器とAl−Si合金のヒートシンク
とは後者または両者の表面にロウ材との濡れ性の
よい金属（例えばNi）のコーテイング層を形成
し（メツキ法、各種蒸着法等を利用できる）、例
えばAuを含む共晶ロウもしくはハンダによつて
ロウ付け接合することもでき、このような場合接
合層は金属コーテイング層と共晶ロウ、ハンダ等
である。 また、放熱フイン、即ちヒートシンクとして
は、できる限り表面積を大きくする必要がある
が、その形状は特に制限されず、従来公知の各種
形状をいずれも利用できる。 例えば、本発明の放熱構造体の好ましい態様を
第１図および第２図に示した。まず第１図の例で
はヒートシンク１は外囲器２1の外面を覆うよう
に該外囲器に接合されており、一方外囲器２2は
その下部面にコバールワイヤー３即ちリードを有
し、外囲器２1の内側の凹み部分と共に半導体チ
ツプ例えばシリコンチツプ４の収納用空間を形成
している。該空間内において、シリコンチツプ４
は外囲器２1の内面にMo板５（熱膨張緩衝材）お
よびハンダ層６を介して取付けられており、一方
外囲器２2の上面においてチツプ４はリードのボ
ンデイング部と例えばAuバンプによる接続また
はワイヤボンデイングされて電気的接続状態とな
つている。この際チツプの組込み形式はフエイス
アツプ、フエイスダウンいずれの形式を取ること
もできる。本態様において、ヒートシンク１はそ
の上部において、相互に平行な一定距離間隔で隔
置された、比較的大きな高さを有する平板状のフ
イン構造とされている。 また、第２図の例では、複数のチツプ４1〜４4
を収納する第１図と同様なパツケージ構成をとつ
ている。第１図と同様な部分については同一の符
合を付して説明に代える。この態様において、ヒ
ートシンク１′は放熱フイン構造については第１
図のヒートシンク１と同じであるが、底面は外囲
器２1の上部表面と同じ寸法を有し、この界面に
おいて接合層を介して接合されている。 本発明による放熱構造体は以下のように作製す
ることができる。即ち、SiとAlとの溶湯を例え
ばガスアトマイズ法により102K／秒以下の平均
冷却速度で凝固させ、42メツシユ以下の合金粉末
とし、次いで得られた粉末を熱間塑性加工に付し
てヒートシンク成形体を得、これを上記のような
各種接合層を介して外囲器の基板に接合すること
により作製する。 作 用 本発明の半導体装置用放熱構造体の主な特徴は
ヒートシンク部材を、30〜50重量％のSiと残部の
Alとから本質的になるAl−Si合金によつて形成
したことにある。このような合金を使用すること
により、従来問題とされていた外囲器材との熱膨
張係数の不整合に起因する。接合後の曲がり、そ
り等の問題を完全に解決することが可能となる。
従つて、多数回に亘るヒートサイクルに付されて
も何等問題を生ずる恐れがないのでパツケージ並
びに半導体装置の保全性、信頼性が著しく改善さ
れる。 かくして、Al−Si合金におけるSi含量は本発
明において臨界的であり、本発明の放熱構造体の
ヒートシンク材料に対して必須の要件である。即
ち、Si含量が30重量％未満の合金を使用した場合
には熱膨張係数が所望の値よりも大きくなり、前
記のような従来みられた諸欠点を解消し得ず、一
方Si含量が50重量％を越える場合には熱伝導性が
著しく低下し、その上合金の加工性、特に粉末成
形性並びに熱間加工性等が著しく劣化する。 ここで、本発明の所望の熱膨張係数は18×10-6
℃以下であることが望ましい。これは上記説明か
ら当然理解されることであるが外囲器との熱膨張
係数の整合性を確保するために必要な要件があ
る。 本発明の放熱構造体において重要なヒートシン
クは、その材料Al−Si合金粉末から、熱間塑性
加工法（粉末鍛造、押出成型、焼結鍛造）によつ
て最終製品形状に近い形状の製品を得ることがで
きる。この場合出発原料となる金属粉末は42メツ
シユ以下の大きさとすることが好ましい。という
のは、粉末の粒径が42メツシユを越えると、合金
粉末作製操作において102K／秒以上の冷却速度
を達成することが困難であり、従つて得られるSi
初晶も粗大なものとなり、実質的に30％以上のSi
を含有するAl−Si合金を得ることが困難となる。 合金粉末形成操作を上記のように行うことによ
り、Si初晶粒径を50μm以下とすることができ、
それによつてAl−Si合金の加工特性、特に熱間
加工性、機械加工性等が大巾に向上する。 合金元素として添加されるSiの主な役割はAl
の熱膨張係数を低下させることにある。本発明に
おいて合金元素として特にSiを用いたのは、この
ような熱膨張係数低下作用が他の元素と比較して
著しく大きいことによる。また、Si以外に、例え
ばMo，Ｗ，Nb，Zr，Cr，Ir，Ti，Feなどの元
素から選ばれる少なくとも１種を、合計10重量％
以内の量で添加することが可能であり、これによ
つてSiの熱膨張係数低下作用は何等損われること
はない。というのは、上記元素はSi程ではない
が、純Alよりも小さな熱膨張係数を有するもの
であり、多少とも合金の熱膨張係数低下に寄与す
るからである。 尚、本発明の放熱構造体において、電気的絶縁
性並びに耐食性を確保する必要がある場合には、
アルマイト処理を施すか、もしくは有機絶縁体の
薄層コーテイングを基板材料表面に施すことによ
り、その目的を達成することができる。 実施例 以下実施例により本発明の放熱構造を更に具体
的に説明すると共に、本発明の効果を立証する。
しかし、本発明の範囲はこれら実施例により何等
制限されない。 実施例 １ Si含有量を30、35、40、45および50重量％に調
節したAl−Si合金粉末を、ガスアトマイズ法に
より調製した。しかる後、得られた粉末を篩別し
て60メツシユ以下の粉末を銅製容器に充填し、真
空脱気後400℃で押出成型し、厚さ20×幅40×長
さ1000mmの板状の押出材を得た。この板状材から
試験片を切り出して、その密度、熱膨張係数、熱
伝導度、硬さ（ロツクウエル硬さHRＢ）を常法
に従つて測定し、結果を以下の第１表に示した。
【表】
他方、Si含量30重量％未満、および50重量％を
越えるものについても上記と同様な操作に従つて
サンプルを得、各種物性を測定したが、Siが30重
量％未満のサンプルでは熱膨張係数が18×10-6／
℃を越えてしまい、またSiが50重量％を越えるも
のにあつては熱伝導度が著しく小さくいずれも本
発明で意図するヒートシンク材料としては不満足
であることが確認された。 実施例 ２ 実施例１で試作したSiを40重量％含有するアル
ミニウム合金の押出材を19×19×10mmおよび54×
54×10mmの放熱フインに加工した後、BNを含む
樹脂ペーストによつてアルミナ基板に接着し、半
導体チツプを組込んで第１図および第２図に示す
ようなICパツケージを作製した。アルミニウム
合金を使用した本実施例の半導体装置のパツケー
ジは放熱性に優れ、信頼性の点でも極めて優れた
ものであつた。 実施例 ３ 実施例１で試作した45重量％を含むアルミニウ
ム合金の押出材を19×19×10mmの放熱フイン形状
に加工した後、該放熱フインにNiメツキを施し
た。このNiメツキしたフインを、同じくNiメツ
キを施した外囲器用Cu−Mo基板に、ハンダによ
つて接着し、半導体チツプを組込んで半導体装置
のパツケージを作製した。かくして得たパツケー
ジを模式的に断面図で第３図に示した。この半導
体装置のパツケージは熱放散性に優れ、またハン
ダによる接合時に高温度に暴露されても、接合界
面にクラツク、歪等はまつたく生じなかつた。 第３図の半導体装置のパツケージ構造を簡単に
説明するとヒートシンク１はCu−Mo合金板８上
面にハンダ層７（接合層）を介して設けられてお
り、該合金板８の内面凸部上に例えばSiチツプが
セラミツク絶縁板５を介してハンダ層６により載
置された構造となつている。その他第１図と同一
部分については同一番号を付して説明を省略す
る。 実施例 ４ 実施例１で試作したSiを35重量％含有するアル
ミニウム合金の押出し材を、寸法19×19×10mmの
放熱フイン形状に加工した後、膜厚20μmの硬質
アルマイト処理を施した。こうして得た放熱フイ
ンをAl2O3製の外囲器材にAg含有樹脂によつて
接着し、半導体チツプを組込んで半導体装置のパ
ツケージを得た。この半導体装置のパツケージは
熱放散性に優れ、信頼性の極めて高いものであつ
た。 本実施例の半導体装置のパツケージは、ほぼ第
３図と同様な構成である。ただ、第３図のCu−
Mo基板８は本例においてAl2O3製基板であり、
また接合層７はAgペーストである。 発明の効果 以上詳しく記載したように、本発明の半導体装
置用放熱構造体によれば、Siを30〜50重量％含有
した残部が本質的にAlであるAl−Si合金をヒー
トシンク材料として用い、これを半導体装置外囲
器基板に接合した構成とするこにより、外囲器材
の熱膨張係数との整合性が極めて良好となり、そ
の結果接合後の曲がり、そり、ひいては接合面で
のひび割れ等の発生を全く回避することができ
る。従つて、最近の傾向としてのチツプの大型
化、大電力化に十分対応できる半導体装置のパツ
ケージにおける熱設計を可能とする。このものは
熱伝導性が極めてよいので、熱放散性良好なパツ
ケージを与え、デバイス寿命を長くすると共にデ
バイスの信頼性、保全性が著しく改善される。ま
た、上記Al−Si合金は密度が比較的小さいので、
デバイスの軽量化というニーズの要求にも沿うも
のとなる。
越えるものについても上記と同様な操作に従つて
サンプルを得、各種物性を測定したが、Siが30重
量％未満のサンプルでは熱膨張係数が18×10-6／
℃を越えてしまい、またSiが50重量％を越えるも
のにあつては熱伝導度が著しく小さくいずれも本
発明で意図するヒートシンク材料としては不満足
であることが確認された。 実施例 ２ 実施例１で試作したSiを40重量％含有するアル
ミニウム合金の押出材を19×19×10mmおよび54×
54×10mmの放熱フインに加工した後、BNを含む
樹脂ペーストによつてアルミナ基板に接着し、半
導体チツプを組込んで第１図および第２図に示す
ようなICパツケージを作製した。アルミニウム
合金を使用した本実施例の半導体装置のパツケー
ジは放熱性に優れ、信頼性の点でも極めて優れた
ものであつた。 実施例 ３ 実施例１で試作した45重量％を含むアルミニウ
ム合金の押出材を19×19×10mmの放熱フイン形状
に加工した後、該放熱フインにNiメツキを施し
た。このNiメツキしたフインを、同じくNiメツ
キを施した外囲器用Cu−Mo基板に、ハンダによ
つて接着し、半導体チツプを組込んで半導体装置
のパツケージを作製した。かくして得たパツケー
ジを模式的に断面図で第３図に示した。この半導
体装置のパツケージは熱放散性に優れ、またハン
ダによる接合時に高温度に暴露されても、接合界
面にクラツク、歪等はまつたく生じなかつた。 第３図の半導体装置のパツケージ構造を簡単に
説明するとヒートシンク１はCu−Mo合金板８上
面にハンダ層７（接合層）を介して設けられてお
り、該合金板８の内面凸部上に例えばSiチツプが
セラミツク絶縁板５を介してハンダ層６により載
置された構造となつている。その他第１図と同一
部分については同一番号を付して説明を省略す
る。 実施例 ４ 実施例１で試作したSiを35重量％含有するアル
ミニウム合金の押出し材を、寸法19×19×10mmの
放熱フイン形状に加工した後、膜厚20μmの硬質
アルマイト処理を施した。こうして得た放熱フイ
ンをAl2O3製の外囲器材にAg含有樹脂によつて
接着し、半導体チツプを組込んで半導体装置のパ
ツケージを得た。この半導体装置のパツケージは
熱放散性に優れ、信頼性の極めて高いものであつ
た。 本実施例の半導体装置のパツケージは、ほぼ第
３図と同様な構成である。ただ、第３図のCu−
Mo基板８は本例においてAl2O3製基板であり、
また接合層７はAgペーストである。 発明の効果 以上詳しく記載したように、本発明の半導体装
置用放熱構造体によれば、Siを30〜50重量％含有
した残部が本質的にAlであるAl−Si合金をヒー
トシンク材料として用い、これを半導体装置外囲
器基板に接合した構成とするこにより、外囲器材
の熱膨張係数との整合性が極めて良好となり、そ
の結果接合後の曲がり、そり、ひいては接合面で
のひび割れ等の発生を全く回避することができ
る。従つて、最近の傾向としてのチツプの大型
化、大電力化に十分対応できる半導体装置のパツ
ケージにおける熱設計を可能とする。このものは
熱伝導性が極めてよいので、熱放散性良好なパツ
ケージを与え、デバイス寿命を長くすると共にデ
バイスの信頼性、保全性が著しく改善される。ま
た、上記Al−Si合金は密度が比較的小さいので、
デバイスの軽量化というニーズの要求にも沿うも
のとなる。
第１図は、本発明の半導体装置用放熱構造体に
ICを組込んだICパツケージの一例を示す模式的
な断面図であり、第２図は、同様にマルチチツプ
ボードを用いたICパツケージに本発明の放熱構
造体を組込んだICパツケージを示す模式的な断
面図であり、第３図は、本発明の放熱構造体を用
いたICパツケージの別の態様を示す第１図と同
様な断面図である。 主な参照番号、１・・・・ヒートシンク、２，
２1，２2・・・・Al2O3基板、３・・・・コバー
ルワイヤー、４・・・・Siチツプ、５・・・・熱
膨張緩衝板、６・・・・ハンダ層、７・・・・接
合層、８・・・・Cu−Mo基板。
ICを組込んだICパツケージの一例を示す模式的
な断面図であり、第２図は、同様にマルチチツプ
ボードを用いたICパツケージに本発明の放熱構
造体を組込んだICパツケージを示す模式的な断
面図であり、第３図は、本発明の放熱構造体を用
いたICパツケージの別の態様を示す第１図と同
様な断面図である。 主な参照番号、１・・・・ヒートシンク、２，
２1，２2・・・・Al2O3基板、３・・・・コバー
ルワイヤー、４・・・・Siチツプ、５・・・・熱
膨張緩衝板、６・・・・ハンダ層、７・・・・接
合層、８・・・・Cu−Mo基板。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体装置用外囲器材の基板と、その上に接
合層を介してはり合され、ヒートシンクとして機
能する、Siを30〜50重量％含有するAl−Si合金
層とを具備することを特徴とする半導体装置用放
熱構造体。 ２ 前記外囲器材がAl2O3，SiC，BeO，AlNま
たはFe−Ni合金、Fe−Ni−Co合金、Mo，Ｗお
よびこれら合属とCuとの複合材料からなる群か
ら選ばれる１種であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項に記載の放熱構造体。 ３ 前記Al−Si合金が、10重量％以下の量で、
Mo，Ｗ，Nb，Zr，Cr，Ti，Feからなる群から
選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に
記載の放熱構造体。 ４ 前記基板が、多層配線を含む積層セラミツク
基板であることを特徴とする特許請求の範囲第１
〜３項のいずれか１項に記載の放熱構造体。 ５ 前記Al−Si合金の初晶Siの大きさが50μm以
下であることを特徴とする特許請求の範囲第１〜
４項のいずれか１項に記載の放熱構造体。 ６ 前記Al−Si合金の熱膨張係数が18×10-6／℃
以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１
〜５項のいずれか１項に記載の放熱構造体。 ７ 前記接合層側のAl−Si合金層の一部がアル
マイト処理されていることを特徴とする特許請求
の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の放熱構
造体。 ８ 前記接合層がAg、BNまたはSiO2含有ペー
スト層であることを特徴とする特許請求の範囲第
１〜７項のいずれか１項に記載の放熱構造体。 ９ 前記接合層がロウ材と濡れ易い金属コーテイ
ング層とAu共晶またはハンダ層とによつて構成
されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
〜６項のいずれか１項に記載の放熱構造体。 １０ 前記ロウ材と濡れ易い金属コーテイング層
がNiで形成されていることを特徴とする特許請
求の範囲第９項記載の放熱構造体。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59240034A JPS61117855A (ja) | 1984-11-14 | 1984-11-14 | 半導体装置用放熱構造体 |
| DE8585112553T DE3573137D1 (en) | 1984-10-03 | 1985-10-03 | Material for a semiconductor device and process for its manufacture |
| EP85112553A EP0183016B1 (en) | 1984-10-03 | 1985-10-03 | Material for a semiconductor device and process for its manufacture |
| US07/039,713 US4830820A (en) | 1984-10-03 | 1987-04-20 | Method for producing material for semiconductor device |
| US07/039,714 US4926242A (en) | 1984-10-03 | 1987-04-20 | Aluminum-silicon alloy heatsink for semiconductor devices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59240034A JPS61117855A (ja) | 1984-11-14 | 1984-11-14 | 半導体装置用放熱構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61117855A JPS61117855A (ja) | 1986-06-05 |
| JPH0321091B2 true JPH0321091B2 (ja) | 1991-03-20 |
Family
ID=17053480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59240034A Granted JPS61117855A (ja) | 1984-10-03 | 1984-11-14 | 半導体装置用放熱構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61117855A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5356972B2 (ja) * | 2009-10-20 | 2013-12-04 | 新光電気工業株式会社 | 放熱用部品及びその製造方法、半導体パッケージ |
-
1984
- 1984-11-14 JP JP59240034A patent/JPS61117855A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61117855A (ja) | 1986-06-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4830820A (en) | Method for producing material for semiconductor device | |
| US5981085A (en) | Composite substrate for heat-generating semiconductor device and semiconductor apparatus using the same | |
| US5844310A (en) | Heat spreader semiconductor device with heat spreader and method for producing same | |
| US20040031545A1 (en) | Composite material, and manufacturing method and uses of same | |
| WO2000034539A1 (fr) | Materiau composite et son utilisation | |
| JP2005332874A (ja) | 回路基板及びこれを用いた半導体装置 | |
| JP3063299B2 (ja) | 半導体装置実装用基板 | |
| JPH0769750A (ja) | セラミック接合構造体 | |
| JPH08222658A (ja) | 半導体素子用パッケージ及びその製造方法 | |
| TW202027988A (zh) | 具有金屬導熱凸塊接墊的陶瓷基板組件、元件及製法 | |
| JP3451979B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPH03218031A (ja) | 半導体集積回路装置およびそれに用いられるプリフォーム接合材 | |
| JPH0321091B2 (ja) | ||
| JP3814924B2 (ja) | 半導体装置用基板 | |
| JP2003092383A (ja) | パワー半導体装置およびそのヒートシンク | |
| JPH07335792A (ja) | 半導体素子搭載用パッケージ | |
| JPH0786444A (ja) | 半導体用複合放熱基板の製造方法 | |
| JPH08222670A (ja) | 半導体素子搭載用パッケージ | |
| JP4277582B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPS6316458B2 (ja) | ||
| JP3938113B2 (ja) | 複合材料及びその用途 | |
| JP3552623B2 (ja) | 複合材料及びそれを用いた半導体装置用放熱板 | |
| JPH04348062A (ja) | 半導体搭載用放熱基板の製造法と該基板を用いた半導体用パッケージ | |
| TWM656612U (zh) | 半導體封裝件 | |
| JP2761995B2 (ja) | 高放熱性集積回路パッケージ |