JPH0574987A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0574987A JPH0574987A JP3232722A JP23272291A JPH0574987A JP H0574987 A JPH0574987 A JP H0574987A JP 3232722 A JP3232722 A JP 3232722A JP 23272291 A JP23272291 A JP 23272291A JP H0574987 A JPH0574987 A JP H0574987A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】半導体素子７を搭載した電気絶縁基板６と金属
ろう材５で接着して気密封止する蓋３の少なくとも片面
に蓋の基材と熱膨張率の異なる材料４を部分的に埋設す
る。 【効果】蓋の実質的な熱膨張率を調整できるので、高熱
伝導率で高熱膨張率の材料を半導体装置の蓋として信頼
性を損うことなく使用できる。
ろう材５で接着して気密封止する蓋３の少なくとも片面
に蓋の基材と熱膨張率の異なる材料４を部分的に埋設す
る。 【効果】蓋の実質的な熱膨張率を調整できるので、高熱
伝導率で高熱膨張率の材料を半導体装置の蓋として信頼
性を損うことなく使用できる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置に関し、特に
半導体素子を金属製の蓋にて気密封止する半導体装置に
関する。
半導体素子を金属製の蓋にて気密封止する半導体装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、電気絶縁基板（以下、基板と記
す）の片面に半導体素子を搭載し、金属製の蓋（以下、
蓋と記す）を基板と接着することで半導体素子を気密封
止し、蓋の上にヒートシンクを取付ける構造の半導体装
置において、基板にはアルミナ系セラミックスが多く用
いられ、蓋にはコバールという鉄・ニッケル・コバルト
合金が用いられ、ヒートシンクには銅または銅合金や、
アルミニウムまたはアルミニウム合金が多く用いられて
いた。蓋と基板との接着は、金とスズの合金や半田等の
金属ろう材が多く用いられていた。蓋とヒートシンクの
接着は、金とスズの合金や半田等の金属ろう材や熱硬化
性エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いて行なわれることが
多かった。
す）の片面に半導体素子を搭載し、金属製の蓋（以下、
蓋と記す）を基板と接着することで半導体素子を気密封
止し、蓋の上にヒートシンクを取付ける構造の半導体装
置において、基板にはアルミナ系セラミックスが多く用
いられ、蓋にはコバールという鉄・ニッケル・コバルト
合金が用いられ、ヒートシンクには銅または銅合金や、
アルミニウムまたはアルミニウム合金が多く用いられて
いた。蓋と基板との接着は、金とスズの合金や半田等の
金属ろう材が多く用いられていた。蓋とヒートシンクの
接着は、金とスズの合金や半田等の金属ろう材や熱硬化
性エポキシ樹脂等の樹脂材料を用いて行なわれることが
多かった。
【０００３】以下、蓋の上にヒートシンクを取付ける構
造の半導体装置について図面を用いて説明する。
造の半導体装置について図面を用いて説明する。
【０００４】図３は従来のヒトシンク付半導体装置の一
例の要部断面図である。
例の要部断面図である。
【０００５】図３に示すように、基板６にはアルミナセ
ラミックス製多層配線板を用いる。これは、まず、アル
ミニナの粉末をバインダと混ぜシート状にしたものに必
要な開孔部を設け、タングステン等の金属メタライズで
配線パターンや蓋３や外部端子１０等を接着するろう付
パターンを形成した後、積層，焼成，めっき等を施こし
て作られる。
ラミックス製多層配線板を用いる。これは、まず、アル
ミニナの粉末をバインダと混ぜシート状にしたものに必
要な開孔部を設け、タングステン等の金属メタライズで
配線パターンや蓋３や外部端子１０等を接着するろう付
パターンを形成した後、積層，焼成，めっき等を施こし
て作られる。
【０００６】次に、半導体素子７を基板６の半導体素子
搭載部に半導体素子接着剤８として金とシリコンの共晶
合金のろう材を用いて接着し、ボンディンクワイヤ９と
してアルミニウムとシリコンの合金製の細線を用いて半
導体素子７と基板６の配線パターンを電気的に接続した
のち、コバール製の平板の表面にニッケルめっきを施こ
し、その上に金めっきを施こした蓋３を金属ろう材５と
して金とスズの合金を用いて気密封止する。
搭載部に半導体素子接着剤８として金とシリコンの共晶
合金のろう材を用いて接着し、ボンディンクワイヤ９と
してアルミニウムとシリコンの合金製の細線を用いて半
導体素子７と基板６の配線パターンを電気的に接続した
のち、コバール製の平板の表面にニッケルめっきを施こ
し、その上に金めっきを施こした蓋３を金属ろう材５と
して金とスズの合金を用いて気密封止する。
【０００７】最後に、ヒートシンク１を熱硬化エポキシ
樹脂製の接着剤２を用いて蓋３に接着する。
樹脂製の接着剤２を用いて蓋３に接着する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置で
は、蓋とヒートシンクの接合部において、それぞれの基
材の熱膨張率の差が大きいと温度変化による熱ストレス
により機械的な破壊を生じることがあった。
は、蓋とヒートシンクの接合部において、それぞれの基
材の熱膨張率の差が大きいと温度変化による熱ストレス
により機械的な破壊を生じることがあった。
【０００９】一般に、蓋の基材の熱膨張率は、基板の基
材に合せている。基板の基材には、アルミナセラミック
ス，室化アルミセラミンクスが用いられ、その熱膨張率
は、（５０〜７５）×１０-7／℃が一般的であった。そ
のため蓋の基材の選択の幅が狭く、一般に、コバールや
４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金が用いられていた。
材に合せている。基板の基材には、アルミナセラミック
ス，室化アルミセラミンクスが用いられ、その熱膨張率
は、（５０〜７５）×１０-7／℃が一般的であった。そ
のため蓋の基材の選択の幅が狭く、一般に、コバールや
４２％Ｎｉ−Ｆｅ合金が用いられていた。
【００１０】これに対し、ヒートシンクの基材は熱伝導
率が高く、加工性が良い必要があり、一般に、アルミニ
ウム，銅又はそれらの合金が用いられていた。そのた
め、蓋とヒートシンクの接着にはこれらの熱膨張率の差
を考慮する必要があった。たとえば、樹脂で接着する場
合は接着樹脂で応力を緩和するためにある厚み以上にす
る必要があり、そのため、接着部の熱抵抗が大きくなり
半導体装置としての放熱性を低下させるという問題点か
あった。
率が高く、加工性が良い必要があり、一般に、アルミニ
ウム，銅又はそれらの合金が用いられていた。そのた
め、蓋とヒートシンクの接着にはこれらの熱膨張率の差
を考慮する必要があった。たとえば、樹脂で接着する場
合は接着樹脂で応力を緩和するためにある厚み以上にす
る必要があり、そのため、接着部の熱抵抗が大きくなり
半導体装置としての放熱性を低下させるという問題点か
あった。
【００１１】また、金属ろう材で接着する場合も、熱的
応力により破壊を生じない大きさ以下に接着面積を押え
る必要がり、ヒートシンク又は基板が大きくなると接着
部の接着強度が不足するとい問題点があった。
応力により破壊を生じない大きさ以下に接着面積を押え
る必要がり、ヒートシンク又は基板が大きくなると接着
部の接着強度が不足するとい問題点があった。
【００１２】さらに、半導体装置の放熱性を高めるため
には、図３の半導体素子７からヒートシンク１までの熱
伝導路の熱抵抗をより低くする必要がある。しかし、前
に述べたように熱膨張率の整合を取る必要があるため蓋
３に高熱伝導材料である銅又は銅合金を用いることがで
きないという問題点があった。
には、図３の半導体素子７からヒートシンク１までの熱
伝導路の熱抵抗をより低くする必要がある。しかし、前
に述べたように熱膨張率の整合を取る必要があるため蓋
３に高熱伝導材料である銅又は銅合金を用いることがで
きないという問題点があった。
【００１３】本発明の目的は、放熱性が良く、基板とヒ
ートシンクの接着強度の高い半導体装置を提供すること
にある。
ートシンクの接着強度の高い半導体装置を提供すること
にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気絶縁基板
の片面に半導体素子を搭載し前記電気絶縁基板に金属製
の蓋を封着して前記半導体素子を封止する構造の半導体
装置において、前記金属製の蓋の少くとも片面に該金属
製の蓋の基材と熱膨張率の異る材料を部分的に埋設した
ことを特徴とする。
の片面に半導体素子を搭載し前記電気絶縁基板に金属製
の蓋を封着して前記半導体素子を封止する構造の半導体
装置において、前記金属製の蓋の少くとも片面に該金属
製の蓋の基材と熱膨張率の異る材料を部分的に埋設した
ことを特徴とする。
【００１５】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
て説明する。
【００１６】図１（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施
例の要部断面図及び蓋の部分拡大底面図である。
例の要部断面図及び蓋の部分拡大底面図である。
【００１７】第１の実施例は、図１（ａ），（ｂ）に示
すように、基板６には、熱伝導率１５０Ｗ／ｍＫの窒化
アルミサラミックスを用い、それにシリコン製の半導体
素子７を金とシリコンの合金製の半導体素子接着剤８で
取り付け、アルミニウムとシリコンの合金製のボンディ
ングワイヤ９でボンディングされている。
すように、基板６には、熱伝導率１５０Ｗ／ｍＫの窒化
アルミサラミックスを用い、それにシリコン製の半導体
素子７を金とシリコンの合金製の半導体素子接着剤８で
取り付け、アルミニウムとシリコンの合金製のボンディ
ングワイヤ９でボンディングされている。
【００１８】蓋３には、純度９９．９％以上の無酸素銅
を用い、その基板６との接着面には、蓋の基材と熱膨張
率の異なる材料４としてニッケルが３０〜３２重量％，
コバルトが１２〜１４重量％の鉄・ニッケル・コバルト
合金を部分的に取けている。蓋３の厚さは１ｍｍで、蓋
の基材と熱膨張率の異なる材料４は厚みが０．３ｍｍ，
１辺が０．５ｍｍ，間隔が１ｍｍの格子状の開孔部に埋
設されている。
を用い、その基板６との接着面には、蓋の基材と熱膨張
率の異なる材料４としてニッケルが３０〜３２重量％，
コバルトが１２〜１４重量％の鉄・ニッケル・コバルト
合金を部分的に取けている。蓋３の厚さは１ｍｍで、蓋
の基材と熱膨張率の異なる材料４は厚みが０．３ｍｍ，
１辺が０．５ｍｍ，間隔が１ｍｍの格子状の開孔部に埋
設されている。
【００１９】蓋３と蓋の基材と熱膨張率の異なる材料４
は、プレス加工で一体化し、その後、全体にニッケルめ
っきと金めっきが施されている。蓋３と基板６との接着
は、金とスズの共晶合金を金属ろう材５として用い接着
されている。蓋３の上には、純度９９．９％以上の無酸
素銅製のヒートシンク１が熱硬化製エポキシ樹脂で接着
されている。
は、プレス加工で一体化し、その後、全体にニッケルめ
っきと金めっきが施されている。蓋３と基板６との接着
は、金とスズの共晶合金を金属ろう材５として用い接着
されている。蓋３の上には、純度９９．９％以上の無酸
素銅製のヒートシンク１が熱硬化製エポキシ樹脂で接着
されている。
【００２０】なお、蓋３の蓋の基材と膨張率の異なる材
料４の取り付部、すなわち、基板６との接着面は、基材
の銅の露出面積を２０〜３０％にすることで実質的な熱
膨張率を銅の１６５×１０-7／℃に対し、７５×１０-7
／℃まで小さくしている。
料４の取り付部、すなわち、基板６との接着面は、基材
の銅の露出面積を２０〜３０％にすることで実質的な熱
膨張率を銅の１６５×１０-7／℃に対し、７５×１０-7
／℃まで小さくしている。
【００２１】図２は本発明の第２の実施例の要部断面図
である。
である。
【００２２】第２の実施例は、図２に示すように軽量化
のため、ヒートシンク１１に熱伝導率１５０Ｗ／ｍＫの
窒化アルミニウムを用いている。ヒートシンク１１の蓋
３との接着面には、あらかじめタングステンメタライズ
を設け、その上にニッケルめっきと金めっきを施こして
いる。蓋３との接着は、金とスズの共晶合金の金属ろう
材５を用いている。蓋３は、純度９９．９％以上の無酸
素銅を用い、ヒートシンク１との接着面には基板６との
接着面と同様に、蓋の基材と熱膨張率の異なる材料４と
して鉄・ニッケル・コバルト合金を取り付けている。
のため、ヒートシンク１１に熱伝導率１５０Ｗ／ｍＫの
窒化アルミニウムを用いている。ヒートシンク１１の蓋
３との接着面には、あらかじめタングステンメタライズ
を設け、その上にニッケルめっきと金めっきを施こして
いる。蓋３との接着は、金とスズの共晶合金の金属ろう
材５を用いている。蓋３は、純度９９．９％以上の無酸
素銅を用い、ヒートシンク１との接着面には基板６との
接着面と同様に、蓋の基材と熱膨張率の異なる材料４と
して鉄・ニッケル・コバルト合金を取り付けている。
【００２３】第２の実施例の構造は、ヒートシンクに窒
化アルミニウム、蓋のヒートシンクとの接着面に蓋の基
材と熱膨張率の異る材料を埋設した以外は第１の実施例
の構造と同じである。
化アルミニウム、蓋のヒートシンクとの接着面に蓋の基
材と熱膨張率の異る材料を埋設した以外は第１の実施例
の構造と同じである。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、蓋の少く
とも片面に蓋の基材と熱膨張率の異る材料を埋設するこ
とにより、基板又はヒートシンクの基材と熱膨張率の異
なる材料を蓋に用いても接着面の実質的な熱膨張率を整
合できるので、接着の信頼性を損うことなく蓋の基材に
高熱伝導の素材を用いることができ、かつ、接着面積を
大きくできる効果がある。
とも片面に蓋の基材と熱膨張率の異る材料を埋設するこ
とにより、基板又はヒートシンクの基材と熱膨張率の異
なる材料を蓋に用いても接着面の実質的な熱膨張率を整
合できるので、接着の信頼性を損うことなく蓋の基材に
高熱伝導の素材を用いることができ、かつ、接着面積を
大きくできる効果がある。
【００２５】また、蓋とヒートシンクを樹脂で接着する
場合は、接着剤の厚みを薄くできる。その結果、接着部
の熱抵抗を低下でき接着強度も向上できる効果がある。
場合は、接着剤の厚みを薄くできる。その結果、接着部
の熱抵抗を低下でき接着強度も向上できる効果がある。
【００２６】特に、基板に窒化アルミニウムセラミック
ス，ヒートシンクにアルミニウムを用いた場合は、従
来、熱伝導率１６．８Ｗ／ｍＫのコバールを用いていた
が熱伝導率３５０Ｗ／ｍＫの無酸素銅を用いることがで
き、かつ、ヒートシンクと蓋の接着に熱硬化性エポキシ
樹脂を用い、接着部の大きさが直径２７ｍｍの場合に、
従来は接着剤の厚みを３００μｍ以上にする必要があっ
たが、蓋の基材をヒートシンク基材のアルミニウムと熱
膨張率の近い銅にできるので樹脂厚を５０μｍ程度まで
薄くできる。これにより、蓋を含む接合部の熱抵抗を従
来０．８℃／Ｗから０．１℃／Ｗ程度まで低下できる。
ス，ヒートシンクにアルミニウムを用いた場合は、従
来、熱伝導率１６．８Ｗ／ｍＫのコバールを用いていた
が熱伝導率３５０Ｗ／ｍＫの無酸素銅を用いることがで
き、かつ、ヒートシンクと蓋の接着に熱硬化性エポキシ
樹脂を用い、接着部の大きさが直径２７ｍｍの場合に、
従来は接着剤の厚みを３００μｍ以上にする必要があっ
たが、蓋の基材をヒートシンク基材のアルミニウムと熱
膨張率の近い銅にできるので樹脂厚を５０μｍ程度まで
薄くできる。これにより、蓋を含む接合部の熱抵抗を従
来０．８℃／Ｗから０．１℃／Ｗ程度まで低下できる。
【図１】本発明の第１の実施例の要部断面図及び蓋の部
分拡大底面図である。
分拡大底面図である。
【図２】本発明の第２の実施例の要部断面図である。
【図３】従来のヒートシンク付半導体装置の一例の要部
断面図である。
断面図である。
１，１１ ヒートシンク ２ 接着剤 ３ 蓋 ４ 蓋の基材と熱膨張率の異る材料 ５ 金属ろう材 ６ 基板 ７ 半導体素子 ８ 半導体素子接着剤 ９ ボンディングワイヤ １０ 外部端子
Claims (5)
- 【請求項１】 電気絶縁基板の片面に半導体素子を搭載
し前記電気絶縁基板に金属製の蓋を封着して前記半導体
素子を封止する構造の半導体装置において、前記金属製
の蓋の少くとも片面に該金属製の蓋の基材と熱膨張率の
異る材料を部分的に埋設したことを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項２】 前記金属製の蓋が熱伝導率２５０Ｗ／ｍ
Ｋ以上の銅系の金属材料で構成されていることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項３】 前記金属製の蓋の基材と熱膨張率の異る
材料が鉄・ニッケル・コバルト合金であることを特徴と
する請求項１記載の半導体装置。 - 【請求項４】 前期金属製の蓋の外側の面にヒートシン
クを取付けたことを特徴とする請求項１記載の半導体装
置。 - 【請求項５】 前期金属製の蓋の前記電気絶縁基板の接
着面と前記ヒートシンクの接着面の少くともいずれか一
方の接着面に基材と熱膨張率の異る材料を格子状に埋設
したことを特徴とする請求項４記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3232722A JPH0574987A (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3232722A JPH0574987A (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0574987A true JPH0574987A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=16943764
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3232722A Pending JPH0574987A (ja) | 1991-09-12 | 1991-09-12 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0574987A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5931222A (en) * | 1995-11-30 | 1999-08-03 | International Business Machines Coporation | Adhesion promoting layer for bonding polymeric adhesive to metal and a heat sink assembly using same |
| US6114761A (en) * | 1998-01-20 | 2000-09-05 | Lsi Logic Corporation | Thermally-enhanced flip chip IC package with extruded heatspreader |
-
1991
- 1991-09-12 JP JP3232722A patent/JPH0574987A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5931222A (en) * | 1995-11-30 | 1999-08-03 | International Business Machines Coporation | Adhesion promoting layer for bonding polymeric adhesive to metal and a heat sink assembly using same |
| US6114761A (en) * | 1998-01-20 | 2000-09-05 | Lsi Logic Corporation | Thermally-enhanced flip chip IC package with extruded heatspreader |
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