JPH063832B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH063832B2 JPH063832B2 JP60220099A JP22009985A JPH063832B2 JP H063832 B2 JPH063832 B2 JP H063832B2 JP 60220099 A JP60220099 A JP 60220099A JP 22009985 A JP22009985 A JP 22009985A JP H063832 B2 JPH063832 B2 JP H063832B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- insulating plate
- semiconductor device
- semiconductor chip
- thermal stress
- fixed
- 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
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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
- H10W72/00—Interconnections or connectors in packages
- H10W72/30—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
- H10W72/30—Die-attach connectors
- H10W72/381—Auxiliary members
Landscapes
- Die Bonding (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野】 本発明は半導体装置に係り、特に熱伝導に優れた高電力
半導体の放熱構造に関する。
半導体の放熱構造に関する。
従来、自動車用電装品に採用されている大電流のスイッ
チング手段はリレーを多用しているのが現状であるが、
スイチッングスピート、耐久性の点で問題があり順次半
導体式（トランジスタ）に置き替える傾向にある。しか
しスイチッングトランジスタのコレクタ損失は用途によ
って５０〜１００(W)と大きく、かなり大きな放熱構造
を持つヒートシンク及び高熱伝導の絶縁板が必要とな
る。
チング手段はリレーを多用しているのが現状であるが、
スイチッングスピート、耐久性の点で問題があり順次半
導体式（トランジスタ）に置き替える傾向にある。しか
しスイチッングトランジスタのコレクタ損失は用途によ
って５０〜１００(W)と大きく、かなり大きな放熱構造
を持つヒートシンク及び高熱伝導の絶縁板が必要とな
る。
この種対策を施した半導体装置は特開昭55−118641号公
報にて知られている。即ち、該公報ベース（１０）に半
導体素子用絶縁板（３）、モリブデンシート（３１）、
トランジスタチップ（３２）と積み重ね、各々半田を用
いて接合する技術が開示されている。しかし絶縁板とし
て熱伝導率の小さいアルミナを使用しているため、その
部分の熱伝導率が２９（Ｗ／ｍ・Ｋ）と極めて悪いた
め、例えば自動車のエンジンルーム等の周囲温度の高い
雰囲気では、半導体チップの熱損失が小さい（約１０Ｗ
以下）ものでないと実用性がなく、装置の大形化は避け
られず、又半導体チップに熱応力が加わりやすく、半導
体チップの耐久性を落し、信頼性の点で問題があった。
報にて知られている。即ち、該公報ベース（１０）に半
導体素子用絶縁板（３）、モリブデンシート（３１）、
トランジスタチップ（３２）と積み重ね、各々半田を用
いて接合する技術が開示されている。しかし絶縁板とし
て熱伝導率の小さいアルミナを使用しているため、その
部分の熱伝導率が２９（Ｗ／ｍ・Ｋ）と極めて悪いた
め、例えば自動車のエンジンルーム等の周囲温度の高い
雰囲気では、半導体チップの熱損失が小さい（約１０Ｗ
以下）ものでないと実用性がなく、装置の大形化は避け
られず、又半導体チップに熱応力が加わりやすく、半導
体チップの耐久性を落し、信頼性の点で問題があった。
本発明の目的は、小形で、信頼性の高い半導体装置を提
供するにある。
供するにある。
本発明は、ヒートシンクを構成する金属ベース上に、絶
縁板を介して固着される半導体チップと、前記絶縁板と
金属ベース間に固着され、該両部材の熱膨張係数差によ
り発生する熱応力緩衝部材とからなる半導体装置であっ
て、前記半導体チップをシリコン系の絶縁板を介してモ
リブデンからなる熱応力緩衝部材に固着させるにある。
これによって、半導体チップにかかる熱応力を抑え、小
形で信頼性の高い半導体装置とすることができる。
縁板を介して固着される半導体チップと、前記絶縁板と
金属ベース間に固着され、該両部材の熱膨張係数差によ
り発生する熱応力緩衝部材とからなる半導体装置であっ
て、前記半導体チップをシリコン系の絶縁板を介してモ
リブデンからなる熱応力緩衝部材に固着させるにある。
これによって、半導体チップにかかる熱応力を抑え、小
形で信頼性の高い半導体装置とすることができる。
以下本発明の実施例を第１図、第２図に基づき説明す
る。
る。
第１図において、銅等の金属ベースからなるヒートシン
ク１の上面にはモリブデンシート２が銀ロウ付３により
配置固定され、その上面には第２図に示す如く、予め両
面にメッキ層（ニッケルメッキ）４が施されたシリコン
系絶縁板（シリコンカーバイト）５が高温半田６を介し
て溶接固定されている。一方半導体チップ７は前記同様
高温半田８を介して前記絶縁板５に溶接固定されてい
る。
ク１の上面にはモリブデンシート２が銀ロウ付３により
配置固定され、その上面には第２図に示す如く、予め両
面にメッキ層（ニッケルメッキ）４が施されたシリコン
系絶縁板（シリコンカーバイト）５が高温半田６を介し
て溶接固定されている。一方半導体チップ７は前記同様
高温半田８を介して前記絶縁板５に溶接固定されてい
る。
このように構成される半導体装置はモリブデンプレート
２と絶縁板５と半導体チップ７とを加熱炉等を利用して
高温半田付けした後、前記加熱温度より低い温度で金属
ベース１に銀ロウ付けするのが作業上好ましい。
２と絶縁板５と半導体チップ７とを加熱炉等を利用して
高温半田付けした後、前記加熱温度より低い温度で金属
ベース１に銀ロウ付けするのが作業上好ましい。
前記シリコンカーバイト系絶縁板５は別表のとおり、熱
伝導率がアルミナの約１０倍の２６７（Ｗ／ｍ・Ｋ）で
あり、金属並の熱伝導率を有している。この絶縁板の表
面は、他部品であるモリブデンシート２及び半導体チッ
プ７と半田接合できるようにニッケルメッキ４が施され
ている。そして前記モリブデンシート２は熱膨張係数差
の大きい金属ベース（銅）１に銀ロウ付けにより強固に
固着されて、熱応力に対して耐久性のある構造となって
いる。
伝導率がアルミナの約１０倍の２６７（Ｗ／ｍ・Ｋ）で
あり、金属並の熱伝導率を有している。この絶縁板の表
面は、他部品であるモリブデンシート２及び半導体チッ
プ７と半田接合できるようにニッケルメッキ４が施され
ている。そして前記モリブデンシート２は熱膨張係数差
の大きい金属ベース（銅）１に銀ロウ付けにより強固に
固着されて、熱応力に対して耐久性のある構造となって
いる。
従ってこのように金属ベース１とモリブデンシート２を
銀ロウ付けして膨張係数の小さいモリブデンシートを強
固に固着しているため、他の材料間、即ちモリブデンシ
ートとシリコン絶縁板間では熱膨張係数差が小さくな
り、熱応力が発生しにくい構成となる。これによって他
の部品相互間を通常の高温半田（鉛：錫：銀＝９５：
３．５：１．５）で半田付けしても熱応力による剥離現
象を受けにくく、耐久性を上げることができる。
銀ロウ付けして膨張係数の小さいモリブデンシートを強
固に固着しているため、他の材料間、即ちモリブデンシ
ートとシリコン絶縁板間では熱膨張係数差が小さくな
り、熱応力が発生しにくい構成となる。これによって他
の部品相互間を通常の高温半田（鉛：錫：銀＝９５：
３．５：１．５）で半田付けしても熱応力による剥離現
象を受けにくく、耐久性を上げることができる。
ところで、半導体チップの大きさが５（面積＝２５m
m2）の場合の熱抵抗は、下記のようになる。
m2）の場合の熱抵抗は、下記のようになる。
上記より、絶縁板としてアルミナを使用した場合の総熱
抵抗 θj.cu＝θjsi＋θMO＋θアルミナ＋θcu＝１．２８〔deg/W〕 ＳＩＣでは、 θj.cu＝θjsi＋θsIC＋θMO＋θcu＝０．５４〔deg/W〕 となり、通常のアルミナに比べて、約３倍の熱伝導の良
い放熱構造を実現できる。
抵抗 θj.cu＝θjsi＋θMO＋θアルミナ＋θcu＝１．２８〔deg/W〕 ＳＩＣでは、 θj.cu＝θjsi＋θsIC＋θMO＋θcu＝０．５４〔deg/W〕 となり、通常のアルミナに比べて、約３倍の熱伝導の良
い放熱構造を実現できる。
具体的に、半導体チップの損失が５０Ｗの時には、銅ベ
ースに対するチップの温度Ｔjは、 （Ｔcu：銅ベース下面の温度） アルミナの場合 Ｔj＝１．２８×５０＋Ｔcu＝６４＋Ｔcu（度） シリコンカーバイトの場合 Ｔj＝０．５４×５０＋Ｔcu＝２７＋Ｔcu（度） となる。
ースに対するチップの温度Ｔjは、 （Ｔcu：銅ベース下面の温度） アルミナの場合 Ｔj＝１．２８×５０＋Ｔcu＝６４＋Ｔcu（度） シリコンカーバイトの場合 Ｔj＝０．５４×５０＋Ｔcu＝２７＋Ｔcu（度） となる。
従って、アルミナとシリコンカーバイトでは、半導体の
ジャンクション温度を約３７度下げられる。逆に言う
と、シリコンカーバイトの場合には、銅ベースの周囲温
度を３７度高い所でも使用できるという効果がある。
ジャンクション温度を約３７度下げられる。逆に言う
と、シリコンカーバイトの場合には、銅ベースの周囲温
度を３７度高い所でも使用できるという効果がある。
以下本発明の実施例によれば、 １ 高熱伝導絶縁板を使用することにより、ヒートシン
クの構造（ヒートシンクの表面積）を小形化できるた
め、省資源構造となる。
クの構造（ヒートシンクの表面積）を小形化できるた
め、省資源構造となる。
２ 半導体チップと絶縁板の材質が、共にシリコンのた
め、半導体チップに熱応力が加わりにくく、耐久性が得
られ、信頼性の高い製品となる。
め、半導体チップに熱応力が加わりにくく、耐久性が得
られ、信頼性の高い製品となる。
３ 半導体の直下に絶縁板を半田付けするため高電位部
が半導体チップ上と限られ、絶縁板以下をアースとする
ことができ、ケーシングが容易な構造となる。
が半導体チップ上と限られ、絶縁板以下をアースとする
ことができ、ケーシングが容易な構造となる。
４ 銅ヒートシンクと半導体チップは、熱膨張係数が約
１０倍違ってるが、この熱膨張係数差を、引張り強さの
大きい金属（モリブデンと銅）間で銀ロウ付けすること
で解消することができ、他の材料（半導体チップ、絶縁
板、モリブデン）間では、熱応力が発生しにくい構成と
することができる。このため、接合部（半田）の信頼性
を高められる効果がある。
１０倍違ってるが、この熱膨張係数差を、引張り強さの
大きい金属（モリブデンと銅）間で銀ロウ付けすること
で解消することができ、他の材料（半導体チップ、絶縁
板、モリブデン）間では、熱応力が発生しにくい構成と
することができる。このため、接合部（半田）の信頼性
を高められる効果がある。
以上本発明によれば、小形で、信頼性の高い半導体装置
が得られる。
が得られる。
図面は本発明半導体装置の一実施例を示すもので、第１
図は一部断面した側面図、第２図は第１図の要部拡大図
である。 １…ヒートシンク、２…モリブデンシート、３…金ロ
ウ、４…メッキ層、５…シリコン系絶縁板、６…高温半
田、７…半導体チップ。
図は一部断面した側面図、第２図は第１図の要部拡大図
である。 １…ヒートシンク、２…モリブデンシート、３…金ロ
ウ、４…メッキ層、５…シリコン系絶縁板、６…高温半
田、７…半導体チップ。
Claims (3)
- 【請求項１】ヒートシンクを構成する金属ベース上に、
絶縁板を介して固着される半導体チップと、前記絶縁体
と金属ベース間に固着され、該両部材の熱膨張係数差に
より発生する熱応力緩衝部材とからなる半導体装置にお
いて、絶縁半導体チップはシリコン系の絶縁板を介して
モリブデンからなる熱応力緩衝部材に固着されているこ
とを特徴とした半導体装置。 - 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載において、絶縁
板はシリコンカーバイトからなることを特徴とした半導
体装置。 - 【請求項３】特許請求の範囲第１項記載において、ヒー
トシンクは銅ベースからなり、熱応力緩衝部材を構成す
るモリブデンと銀ロウ付けにより固着されていることを
特徴とした半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60220099A JPH063832B2 (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60220099A JPH063832B2 (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6281047A JPS6281047A (ja) | 1987-04-14 |
| JPH063832B2 true JPH063832B2 (ja) | 1994-01-12 |
Family
ID=16745903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60220099A Expired - Lifetime JPH063832B2 (ja) | 1985-10-04 | 1985-10-04 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH063832B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01185929A (ja) * | 1988-01-20 | 1989-07-25 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置の組立て方法 |
| JPH02271558A (ja) * | 1989-04-12 | 1990-11-06 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置及びその製造方法 |
| DE4315272A1 (de) * | 1993-05-07 | 1994-11-10 | Siemens Ag | Leistungshalbleiterbauelement mit Pufferschicht |
| US6577687B2 (en) | 1998-12-23 | 2003-06-10 | Maxtor Corporation | Method for transmitting data over a data bus with minimized digital inter-symbol interference |
| JP4487881B2 (ja) * | 1999-03-24 | 2010-06-23 | 三菱マテリアル株式会社 | パワーモジュール用基板の製造方法 |
| JP2010245174A (ja) | 2009-04-02 | 2010-10-28 | Denso Corp | 電子制御ユニット及びその製造方法 |
-
1985
- 1985-10-04 JP JP60220099A patent/JPH063832B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6281047A (ja) | 1987-04-14 |
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