JPS59178754A - 発熱体用放熱部材 - Google Patents

発熱体用放熱部材

Info

Publication number
JPS59178754A
JPS59178754A JP58052378A JP5237883A JPS59178754A JP S59178754 A JPS59178754 A JP S59178754A JP 58052378 A JP58052378 A JP 58052378A JP 5237883 A JP5237883 A JP 5237883A JP S59178754 A JPS59178754 A JP S59178754A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat
porous
copper
heat dissipating
porosity
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.)
Pending
Application number
JP58052378A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuo Kumazawa
熊沢 鉄雄
Hiroaki Doi
土居 博昭
Tatsuji Sakamoto
坂本 達事
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58052378A priority Critical patent/JPS59178754A/ja
Publication of JPS59178754A publication Critical patent/JPS59178754A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/20Arrangements for cooling
    • H10W40/25Arrangements for cooling characterised by their materials
    • H10W40/257Arrangements 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
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10WGENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W90/00Package configurations
    • H10W90/701Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts
    • H10W90/751Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires
    • H10W90/756Package configurations characterised by the relative positions of pads or connectors relative to package parts of bond wires between a chip and a stacked lead frame, conducting package substrate or heat sink

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体素子などの発熱体に熱的に接合する放熱
体に関し、特に半導体素子などの発熱体に生じる熱応力
を低減し、発熱体の破壊を防止することを目的としてお
り、LSl、IC,ダイオードなどの半導体製品に利用
される。
〔発明の背景〕
従来のLSI、IC、ダイオードなどの発熱体では、熱
応力によって素子が破壊することを防止するため、その
放熱部材は例えば銅など熱伝−導性のよい部材とモリブ
デン板、あるいはタングステン板などの低膨張率を有す
る中間部材を接合して構成し、素子はこの放熱部材の低
膨張率を有する中間部材に接合される。このように、放
熱部材に中間部材としてモリブデン板を入れることによ
り低膨張の半導体素子と熱膨張の大きい銅部材との整合
がとれる。しかしながら、放熱部材にモリブデン板など
の低膨張率を有する中間部材を用いると、この部材は熱
抵抗が大きいので熱の放散が妨げられること、またモリ
ブデン板などは高価であることなどの欠点がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、半導体素子などの発熱体に生じる熱応
力を低減し、同時に熱抵抗の小さい発熱体用放熱部材を
提供することにある。
〔発明の概要〕 半導体素子などの発熱体の接合部では放熱、特性と強度
とは互いに矛循する性質となる。放熱部材の一部にモリ
ブデン板などの低膨張率を有する部材を使用すると、放
熱が悪くなるが素子に生じる応力は低減される。まだ、
放熱部材の一部にモリブデン板などの低膨張率を有する
部材を使用しないと、放熱は良くなるが素子に大きな応
力が生じる。この低熱膨張部材を取り除いて、しかも低
応力となる状況を考察した結果、素子に接合する伝導性
部材を軟弱化すればよいことがわかった。これを実施す
るため、本発明は、熱伝導性部材の少くとも素子接合面
側を多孔質体とし、放熱部材を低熱抵抗でしかも低応力
を有するようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明の発熱体用放熱体の一実施例を第1図および
第2図によって説明する。
熱伝導性のよい部材例えば銅スタット1はセラミック体
6にろう付けされた円板2と熱伝導性のよい中間部材と
して例えば銅などの多孔質部材3に銀ろう付けされてお
り、放熱体を形成している。
多孔質部材3の内面側には半導体素子4が金シリコン共
晶合金により接合され、この半導体素子4の端子は、リ
ード線5により外部のコバールリード線8に接続してい
る。セラミック体6と封止用セラミック体9とは低融点
ガラス7によって接合され封止している。
上記の多孔質部材3は例えば銅粉末冶金法により圧縮焼
結して形成した多孔質の焼結銅が用いられる。焼結銅の
空孔率は加圧圧力を加減して所定の割合とする。均一な
空孔率を有する焼結銅を形成するには、加圧分布、焼結
温度を厳密に制御することが重要となる。放熱体に多孔
質の焼結銅を用いた場合、焼結銅と半導体素子4との接
合は焼結銅表面に金メッキを施し、半導体素子4を金シ
リコン共晶により接合する。この場合、多孔質銅表面の
凹凸がはげしく、金メッキが困難な場合、表面のごく薄
い層のみを潰して空孔率をはヌ零としてからメッキする
かまたは、焼結時に表面のごく薄い皮層のみを空孔率を
零近くに下げて、焼結した放熱体にメッキを施しやすく
して用いることができる。次に粉末冶金法で形成した多
孔質銅の熱伝導率、降伏応力の例を示す。形成した3種
の多孔質銅の空孔率はOチ、13%、30%である。
これら空孔率0チ、13チ、30q6の多孔質銅をそれ
ぞれレーザフラツンユ法で測定した熱伝導率は400K
cat/m、 h、 C,280Kca7/m、 h、
 C。
150Kc3t/m、h、 cであった。−力量孔率0
%。
13%、30%の多孔質銅の降伏応力は300MPa 
124MP、、42MP、であった。また縦弾性係数は
135000M、P、 、 1010O500,、35
000MP、であった。
上記の多孔質銅の場合と同様の方法により測定したモリ
ブデン板の熱伝導率は140 K CatAn 、 h
、t:’であった。モリブデン板を多孔質銅で置き換え
るにはモリブデン板の熱伝導率140K CaL/m、
h 、 Cより大きな熱伝導率を有する多孔質銅を採用
できる。例えば、仝孔率30チの多孔質銅は10KCa
−/%m、h、Cはどモリブデン板の熱伝導率より優れ
ている。空孔率が小さいほど伝熱特性が上がる。一方、
強度の点からはモリブデン板の降伏応力530M、P、
、縦弾性係数35000M、P、であるから、熱膨張の
大きさと縦弾性係数あるいは降伏応力との積の比較で、
この積が小さいほど放熱体から半導体素子がうける応力
は緩和される。ここで多孔質鋼の線膨張係数は空孔率に
関係な(17X10−’t?’。
モリブデン板は4.9X10−6r’である。したがっ
て線膨張係数の比4.9/17キ1/3.5  に相当
した強さの低下が必要である。すなわち、焼結銅の縦弾
性値をもつ多孔鋼であればよく、空孔率13チ以上の多
孔質鋼が適応できる。上記例は熱伝導率と強度に関して
一面からの実施方法の例であるが、詳細には熱膨張差に
よる応力分布、放熱構造の違いによる温度分布、接合材
料、多孔質部材の厚さなどにより、空孔率は種々な範囲
が採用でき、その範囲は8チ〜50チの範囲である。
次に本発明の放熱体の他の例を第3図により説明する。
この例は、第1図、第2図に示す例において、銅スタッ
トと中間部材とを1つの多孔性部材のみで置換える構造
としたものである。
第3図において、放熱体は多孔性部材10例えば多孔質
鋼のみで形成され、セラミック板6にろう付けされた円
板6にろう付けされている。この多孔性部材10の内面
側には、半導体素子4が金ンリコン共晶合金により接合
されている。そして、この半導体素子4の端子はリード
線5により外部のコバールリード線8に接続している。
また、セラミック板6と封止用のセラミック板9とは、
低融点ガラス7によって接合され封止している。このよ
うに構成すると、放熱体の一部を形成する低)彫張率を
有する中間部材が不要となり、構造および加工が容易と
なり更に小形化を図ることができる。一般に異種材料の
平板を重ねた構造で板厚方向の熱抵抗Rは板厚tに対す
る熱伝導率(λ)の比を加え合わせた値(R−Σ−)で
決まる。例えλ ば従来の構造においてモリブデン板厚さ0.8 m、=
1.75xl O−’ (m2. h、 C/Kcat
 )である。この重ね構造を空孔率13%の多孔性銅材
料のみとした場合に、熱抵抗が等しくなる板厚は、几=
−よ80 す、t= 4.9 smとなる。すなわちモリブデン板
と銅板の合わせた厚さ5.8■を空孔率13チの焼結銅
単体に置換えるには、厚さを4.9 mnと減少させる
ことが熱放散の点から必要である。このような利用は孕
孔率零の純銅が薄い場合に効果がある。
次に第3図に示すような、放熱体を構成する多孔質部材
を銅粉のみで焼結形成する以外の例について述べる。放
熱体の半導体素子接合面側のみ、空孔率をあげ、他の部
分は空孔率を下げることによって半導体素子との熱膨張
差による熱応力を下げ、同時に熱伝導率を良くすること
ができる。このような構造の放熱体は銅材料上に銅粉末
をのせ焼結することによシ作成することができる。
また、焼結体と半導体素子との接合面近傍(あるいは表
面全体)のみにモリブデン粉やクンクステン粉や黒鉛粉
などの低膨張率を有する材料を銅粉に混合して焼結した
放熱体を用いることにより、放熱特性に優れ、しかも半
導体素子に生じる熱応さ 力が/J\い放熱体に提供することができる。 −また
、更に熱伝導性がよい材料を混合して空孔を形成した二
種以上の材料から成る銅焼結体も使用できる。銅粉に5
%の黒鉛を含有させた焼結体を作成した場合、計算で推
定した値と同程度の熱伝導率と強度が得られた。
上記の各実施例において、素子はモリブデンなどの低膨
張率を有する中間部材を介在させないで直接に熱伝導率
のよい部材からなる放熱体に接合するため、熱伝導が改
善され、低膨張率の中間部材が無用となることで材料費
が節約される。特にモリブデンなどの低膨張率を有する
材料は高価な材料であり材料費の節約は大きな効果とな
る。また、一般に中間部材は打ち抜きあるいは焼結で作
り板の両面が平行でなくそっているため、1体素子と銅
放熱体とを接合すると薄肉厚の素子が曲がって接合され
る。低膨張率の中間部材を無くすることで素子の接合部
の構造が簡単化され、しかも、モリブデンなどの中間部
材に起因する曲がりが解消される効果がある。またモリ
ブデンなどの中間部材は熱的・機械的性質が定っており
モリブデンなどの中間部材を導入すると素子・中間部材
・銅で形成される半導体部品ではシリコンに生じる応力
は一義的に決まる。しかし焼結多孔質鋼を用いた場合、
空孔率を変えることで熱伝導率・降伏・引張強さ等を目
的に応じて制御することができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、素子に生じる熱
応力を低減し、同時に熱抵抗の小さい放熱体を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の放熱体の一実施例を説明する平面図、
第2図は第1図のA−A断面図、第3図は本発明の放熱
体の他の実施例を説明する断面図である。 1・・・銅スタット、3・・・多孔管部材、4・・・半
導体素子、6・・・セラミック体、7・・・封止ガラス
、8・・・リード線、9・・・セラミック体、10・・
・多孔質部材。 χ 1  図 第 2 図 闇 3 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、発熱体と熱的に接合し、発熱体の熱を吸収。 発散させる熱伝導性部材からなる放熱体を見えた発熱体
    用放熱部材において、前記放熱体の少くとも発熱体が接
    合される面側部に、所定の空孔率を有する多孔質部を形
    成したことを特徴とする発熱体用放熱部材。 2、放熱体を、多孔質部材で構成し、この放熱体に発熱
    体を接合したことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載の発熱体用放熱部材。 3、放熱体の一面に多孔質部材を接合し、この多孔質部
    材に発熱体を接合したこと全特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載の発熱体用放熱部材。 4、放熱体の発熱体接合面側の空孔率を他の部分より太
    きくしたこと′4c%徴とする特許請求の範囲第2項記
    載の発熱体用放熱部材。 5、多孔質部は銅粉を焼結して形成した多孔質銅である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第1項〜第3項のいず
    nか1項に記載の発熱体用放熱部材。 6、多孔質部は銅粉と低膨張材料粉とを部分して焼結し
    て形成した多孔質銅であることを特徴とする特許請求の
    範囲第1項〜第3項のいずれか1項に記載の発熱体用放
    熱部材。 7、多孔質部の空孔率を8チ〜50チに選定したことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項〜第7項のいずれか1
    項に記載の発熱体用放熱部材。
JP58052378A 1983-03-30 1983-03-30 発熱体用放熱部材 Pending JPS59178754A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58052378A JPS59178754A (ja) 1983-03-30 1983-03-30 発熱体用放熱部材

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58052378A JPS59178754A (ja) 1983-03-30 1983-03-30 発熱体用放熱部材

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS59178754A true JPS59178754A (ja) 1984-10-11

Family

ID=12913135

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58052378A Pending JPS59178754A (ja) 1983-03-30 1983-03-30 発熱体用放熱部材

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59178754A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5053855A (en) * 1988-10-25 1991-10-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Plastic molded-type semiconductor device
US6257487B1 (en) 1989-09-06 2001-07-10 Fujitsu Limited Electronic cashless system
US6915951B2 (en) 1989-09-06 2005-07-12 Fujitsu Limited Electronic cashless system

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5053855A (en) * 1988-10-25 1991-10-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Plastic molded-type semiconductor device
US6257487B1 (en) 1989-09-06 2001-07-10 Fujitsu Limited Electronic cashless system
US6378775B2 (en) 1989-09-06 2002-04-30 Fujitsu Limited Electronic cashless system
US6915951B2 (en) 1989-09-06 2005-07-12 Fujitsu Limited Electronic cashless system
US6926200B1 (en) 1989-09-06 2005-08-09 Fujitsu Limited Electronic cashless system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5846073B2 (ja) 半導体素子支持用熱伝導性導電性支持体
JP2001156219A (ja) 半導体装置
JP3336982B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH0582745B2 (ja)
US5760473A (en) Semiconductor package having a eutectic bonding layer
JPH0662344B2 (ja) セラミツクスと金属の接合体
JP2019510367A (ja) 回路キャリアの製造方法、回路キャリア、半導体モジュールの製造方法、及び半導体モジュール
JPS6318648A (ja) 窒化アルミニウム回路基板
JPS59178754A (ja) 発熱体用放熱部材
GB1588477A (en) Prefabricated composite metallic heat-transmitting plate unit
JPS60193365A (ja) リ−ドフレ−ム
JPH0883864A (ja) 電力用半導体装置
JPH0321092B2 (ja)
JPS62136059A (ja) 樹脂封止半導体装置用リ−ドフレ−ム
JPH0677678A (ja) ヒートシンク構造
JPH06685A (ja) 半田材
EP1601012A2 (en) Microelectronic assembly having variable thickness solder joint
JP2020096085A (ja) 半導体装置
US3512050A (en) High power semiconductor device
JPH01120853A (ja) 半導体装置
JPH056949A (ja) ヒ−トシンク
JPH05136303A (ja) 電子デバイス用ヒートシンク
JP2006114716A (ja) 電力用半導体装置
JP2000077582A (ja) 放熱材
JP2003078267A (ja) 放熱体