JP2000049198A - Pressure welding type semiconductor device and producing method therefor - Google Patents

Pressure welding type semiconductor device and producing method therefor

Info

Publication number
JP2000049198A
JP2000049198A JP10210890A JP21089098A JP2000049198A JP 2000049198 A JP2000049198 A JP 2000049198A JP 10210890 A JP10210890 A JP 10210890A JP 21089098 A JP21089098 A JP 21089098A JP 2000049198 A JP2000049198 A JP 2000049198A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor device
post electrode
buffer plate
groove
type semiconductor
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
JP10210890A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Isao Okutomi
功 奥富
Yutaka Ishiwatari
裕 石渡
Atsushi Yamamoto
敦史 山本
Takashi Kusano
貴史 草野
Atsushi Kimoto
淳志 木本
Takao Inukai
隆夫 犬飼
Yoshiyasu Ito
義康 伊藤
Akinori Nagata
晃則 永田
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.)
Toshiba Corp
Shibafu Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Shibafu Engineering Corp
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 Toshiba Corp, Shibafu Engineering Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP10210890A priority Critical patent/JP2000049198A/en
Publication of JP2000049198A publication Critical patent/JP2000049198A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain high reliability of a semiconductor device by keeping the uniformity of a temperature distribution and the uniformity of a pressure distribution of a semiconductor substrate, and also to improve the characteristics by remarkably reducing a thermal resistance. SOLUTION: Thermal buffer plates 12a, 12c are provided to contact with both of the sides of a semiconductor device where the electrodes 16a, 16c are provided on both of the main sides of a semiconductor substrate 15. The thermal buffer plates 12a, 12c are individually fixed and bonded with post electrodes 13a, 13c which are placed on the outer side of the thermal buffer plates 12a, 12c. Grooves 14a, 14c are formed in sides 131a, 131c which face junctions 130a, 130c where the thermal buffer plates 12a, 12c are bonded with the post electrodes 13a, 13c individually.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱抵抗を低減した
圧接型半導体装置およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pressure-contact type semiconductor device with reduced thermal resistance and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の圧接型半導体装置の構造は、図1
7に示すように、シリコン半導体基体5の主表面に電極
6a,6cを設けて構成した半導体素子と、半導体素子
の上面および下面に位置して設置されモリブデン(M
o)またはタングステン(W)からなる熱緩衝板2a,
2cと、更に各々の熱緩衝板2a,2cの外側に位置し
て設けられたポスト電極3a,3cとから構成されてい
る。
2. Description of the Related Art The structure of a conventional pressure contact type semiconductor device is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, a semiconductor element formed by providing electrodes 6a and 6c on the main surface of a silicon semiconductor substrate 5, and molybdenum (M
o) or a thermal buffer plate 2a made of tungsten (W),
2c, and post electrodes 3a, 3c provided outside the thermal buffer plates 2a, 2c.

【0003】これらの部材は絶縁性材料で作られた円筒
形容器8の中に収納され、円筒形容器8は金属製フラン
ジ9a、9cを介してポスト電極3a,3cと接合さ
れ、円筒形容器8の内部は不活性ガスで密封されてい
る。一方、ポスト電極3a、3cの外側には、半導体素
子から発生した熱を除去するための水冷のヒートシンク
板があり、このヒートシンクの外側から半導体装置1を
加圧することにより各部材を接触させている。
[0003] These members are housed in a cylindrical container 8 made of an insulating material, and the cylindrical container 8 is joined to the post electrodes 3a, 3c via metal flanges 9a, 9c. The inside of 8 is sealed with an inert gas. On the other hand, a water-cooled heat sink plate for removing heat generated from the semiconductor element is provided outside the post electrodes 3a and 3c, and the members are brought into contact by pressing the semiconductor device 1 from outside the heat sink. .

【0004】半導体装置1は運転時に流れる大電流によ
り発熱するが、半導体素子の耐熱温度はせいぜい200
℃程度であることから、半導体素子の上下に位置したヒ
ートシンクから熱を奪い、いかに半導体素子の温度上昇
を抑えるかが技術的な大きな課題となっている。特に、
半導体素子の大形化や大容量化に伴い発熱量は増大する
傾向にあり、今後の大形・大容量の半導体装置の実用化
には半導体素子の冷却が極めて重要であると言える。
Although the semiconductor device 1 generates heat due to a large current flowing during operation, the heat-resistant temperature of the semiconductor element is at most 200.
Since the temperature is about ° C., a major technical problem is how to remove heat from heat sinks located above and below the semiconductor element and how to suppress the temperature rise of the semiconductor element. In particular,
The amount of heat generated tends to increase with the increase in size and capacity of semiconductor elements, and it can be said that cooling of semiconductor elements is extremely important for practical use of large-size and large-capacity semiconductor devices in the future.

【0005】一方、圧接型半導体装置は図17に示した
ような積層構造であり、各部材の接触部では必ず接触熱
抵抗が存在する。この接触熱抵抗は加圧力に依存し、加
圧力が大きくなるに従って低下する傾向を示すことが知
られている。
On the other hand, the pressure contact type semiconductor device has a laminated structure as shown in FIG. 17, and a contact thermal resistance always exists at a contact portion of each member. It is known that this contact thermal resistance depends on the pressure, and tends to decrease as the pressure increases.

【0006】そのため、圧接型半導体装置は一般に50
kgf/mm2 以上の圧力で上下両方向から加圧する必
要が有り、そのために大型の加圧機構が不可欠となって
いる。また、このような圧力で加圧した場合でも、接触
熱抵抗は零にはならず、更に、構成部材自体の熱抵抗も
存在するため、半導体装置を冷却するための大型の冷却
ユニットも不可欠になっている。
For this reason, a press-contact type semiconductor device is generally 50
It is necessary to apply pressure from both upper and lower directions at a pressure of not less than kgf / mm 2 , and therefore a large-sized pressurizing mechanism is indispensable. In addition, even when the pressure is applied under such pressure, the contact thermal resistance does not become zero, and the thermal resistance of the component itself exists. Therefore, a large cooling unit for cooling the semiconductor device is indispensable. Has become.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】このような半導体装置
の加圧力や熱抵抗を低減する方法については幾つかの提
案がなされている。例えば特開平5−304179号公
報では、半導体素子に接する熱緩衝板に同心円状の溝を
加工することにより応力の均一化を図っている。このよ
うな方法によれば、確かに応力の均一化を図ることがで
きるが、熱抵抗に関しては全く低減することができな
い。むしろ、熱緩衝板に形成された溝と接する半導体素
子の近傍は冷却が不十分となり、半導体素子の局部的な
温度上昇を招き、素子が損傷する可能性が高い。
Some proposals have been made on methods for reducing the pressure and thermal resistance of such a semiconductor device. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-304179, stress is made uniform by processing concentric grooves in a thermal buffer plate in contact with a semiconductor element. According to such a method, the stress can be certainly made uniform, but the thermal resistance cannot be reduced at all. Rather, cooling is insufficient in the vicinity of the semiconductor element in contact with the groove formed in the thermal buffer plate, causing a local temperature rise of the semiconductor element, and the element is likely to be damaged.

【0008】また、特開平8−167625号公報で
は、半導体素子の表裏面に熱緩衝板を固着接合すること
により加圧力の低減と熱抵抗の低減を図っている。この
方法では半導体素子と熱緩衝板の間の接触熱抵抗がほぼ
零値になり、半導体装置の熱抵抗低減には有効である。
しかし、熱緩衝板と半導体素子では熱膨張率が異なるた
め、熱緩衝板と半導体素子との接合時における加熱や、
使用時の熱サイクルにより熱応力が発生し、脆性的な半
導体素子が破壊する可能性が高い。
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-167625, a thermal buffer plate is fixedly attached to the front and back surfaces of a semiconductor element to reduce the pressing force and the thermal resistance. According to this method, the contact thermal resistance between the semiconductor element and the thermal buffer plate becomes almost zero, which is effective for reducing the thermal resistance of the semiconductor device.
However, since the thermal expansion coefficient is different between the heat buffer plate and the semiconductor element, heating at the time of joining the heat buffer plate and the semiconductor element,
Thermal stress is generated by a thermal cycle during use, and a brittle semiconductor element is likely to be broken.

【0009】このような半導体素子に作用する熱応力を
低減させるためには、接合温度の低下とともに熱緩衝板
の厚さを薄くすることが有効である。しかし接合温度の
低下には限界があり、実際には熱緩衝板の厚さを薄くす
ることで対応する必要がある。
In order to reduce the thermal stress acting on such a semiconductor element, it is effective to reduce the thickness of the thermal buffer plate as well as the bonding temperature. However, there is a limit to a decrease in the joining temperature, and in practice, it is necessary to reduce the thickness of the thermal buffer plate to cope with it.

【0010】その結果、従来では剛性の高い熱緩衝板に
より半導体基体に作用する外部からの加圧力を均一化す
ることができたが、熱緩衝板が薄くなることにより熱緩
衝板の剛性が低下し、不均一な圧力が半導体基体に作用
し、半導体素子が破損する可能性が高い。
As a result, the externally applied pressure acting on the semiconductor substrate can be made uniform by the heat buffer plate having high rigidity, but the rigidity of the heat buffer plate is reduced by the thin heat buffer plate. However, there is a high possibility that the non-uniform pressure acts on the semiconductor substrate and the semiconductor element is damaged.

【0011】本発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、本発明の目的は、半導体基体の温度分布や圧力分布
の均一性を保つことによって半導体装置の高い信頼性を
維持し、かつ、熱抵抗を著しく低減させることのできる
圧接型半導体装置およびその製造方法を提供することに
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to maintain high reliability of a semiconductor device by maintaining uniformity of temperature distribution and pressure distribution of a semiconductor substrate, An object of the present invention is to provide a press-contact type semiconductor device capable of significantly reducing resistance and a method of manufacturing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の圧接型半導体装
置およびその製造方法は、半導体基体の両主面に電極を
設けて半導体素子を構成し、半導体素子の両面に熱緩衝
板を設け、さらに、熱緩衝板の外側にポスト電極を設
け、ポスト電極を介して上下方向から加圧・通電する圧
接型半導体装置において、熱緩衝板とポスト電極とを接
合し、かつ、ポスト電極の熱緩衝板との接合面に対向し
た面に溝を形成することを特徴としている。
According to the present invention, there is provided a press-contact type semiconductor device and a method of manufacturing the same, wherein electrodes are provided on both main surfaces of a semiconductor substrate to form a semiconductor element, and thermal buffer plates are provided on both sides of the semiconductor element. Further, in a press-contact type semiconductor device in which a post electrode is provided outside the heat buffer plate and pressurized and energized from above and below via the post electrode, the heat buffer plate and the post electrode are joined and the heat buffer of the post electrode is heated. It is characterized in that a groove is formed on the surface facing the joint surface with the plate.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】次に本発明の圧接型半導体装置の
実施の形態を説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Next, an embodiment of the press contact type semiconductor device of the present invention will be described.

【0014】(実施の形態1)図1は圧接型半導体装置
の断面図である。まず、サイリスタを構成するディスク
状シリコン半導体基体15の両主表面に電極16a,1
6cを設けて半導体素子を構成している。半導体素子の
上面および下面に、モリブデン(Mo)またはタングス
テン(W)からなるディスク状の熱緩衝板12a,12
cを電極に接触するように設置し、更に各熱緩衝板12
a,12cの外側に例えば銅(Cu)からなるディスク
状のポスト電極13a,13cを設けることによって半
導体装置10が構成されている。なお、熱緩衝板12
a,12cとポスト電極13a,13cとは、はんだ等
により固着接合されて熱緩衝板/ポスト電極接合体を構
成している。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view of a press-contact type semiconductor device. First, electrodes 16a, 1a are provided on both main surfaces of a disk-shaped silicon semiconductor substrate 15 constituting a thyristor.
6c is provided to constitute a semiconductor element. Disk-shaped thermal buffer plates 12a, 12 made of molybdenum (Mo) or tungsten (W) are provided on the upper and lower surfaces of the semiconductor element.
c is placed in contact with the electrodes, and
The semiconductor device 10 is constituted by providing disk-shaped post electrodes 13a and 13c made of, for example, copper (Cu) outside the a and 12c. The heat buffer plate 12
The a and 12c and the post electrodes 13a and 13c are fixedly joined to each other by solder or the like to form a heat buffer / post electrode assembly.

【0015】これらの部材は絶縁性材料で作られた円筒
形容器18の中に収納され、円筒形容器18は端縁に固
着した金属製フランジ19a、19cを介してポスト電
極13a,13cと接合され、円筒形容器18の内部は
不活性ガスで密封されている。なお、符号16bはゲー
ト電極パッドを示しており、引出線16dにより不活性
ガス導入口から取出される。導入口は封止管18aが取
付けられチップオフにより封止される。
These members are housed in a cylindrical container 18 made of an insulating material, and the cylindrical container 18 is joined to the post electrodes 13a, 13c via metal flanges 19a, 19c fixed to the edges. The inside of the cylindrical container 18 is sealed with an inert gas. Reference numeral 16b denotes a gate electrode pad, which is taken out of the inert gas inlet by a lead 16d. The inlet is provided with a sealing tube 18a and sealed off by chip-off.

【0016】ポスト電極13a,13cと熱緩衝板12
a,12cとの接合面130a,130cに対向する対
向面131a,131cには、ポスト電極13a,13
cの厚さ方向に溝14a,14cが切られており、溝1
4a,14cによって、熱緩衝板12a,12cとポス
ト電極13a,13cを固着接合する際の加熱や、使用
時に熱サイクルが負荷された場合に、熱緩衝板/ポスト
電極接合体に発生する熱応力やたわみを低減している。
The post electrodes 13a and 13c and the heat buffer 12
The post electrodes 13a, 13c are provided on opposing surfaces 131a, 131c facing the joint surfaces 130a, 130c with the a, 12c.
The grooves 14a and 14c are cut in the thickness direction of the groove c.
4a and 14c, the thermal stress generated in the heat buffer plate / post electrode assembly when the heat buffer plates 12a and 12c are fixedly joined to the post electrodes 13a and 13c or when a heat cycle is applied during use. And reduce deflection.

【0017】図2に示すように、このポスト電極13
a,13cの対向面131a、131cに形成する溝1
4a,14cの形状は対称形が望ましく、このような観
点から、溝14a,14cの形態は格子状にしてポスト
電極の対向面131a、131c全面に形成している。
使用時に、この対向面131a,131cにヒートシン
ク板30a,30cが圧接する。
As shown in FIG. 2, this post electrode 13
a, groove 1 formed on opposing surfaces 131a, 131c of 13c
The shapes of the grooves 4a and 14c are desirably symmetrical. From such a viewpoint, the grooves 14a and 14c are formed in a lattice shape on the entire opposing surfaces 131a and 131c of the post electrodes.
During use, the heat sink plates 30a, 30c are pressed against the facing surfaces 131a, 131c.

【0018】なお、図1に示したようにポスト電極13
a、13cはフランジ19a、19cを介して絶縁性容
器8と接合されており、半導体装置10の中は密封状態
とされるため、溝14a,14cはポスト電極13a,
13cの外周部までは到達しないことが必要である。ま
た、溝14a,14cが熱緩衝板12a,12cとの界
面まで達すると、ポスト電極13a、13cと熱緩衝板
12a,12cとの接合界面の溝コーナー部で応力集中
を生じる。したがつて、溝14a,14cは全てポスト
電極13a,13cの内側部に形成されていることが好
ましい。
Note that, as shown in FIG.
a and 13c are joined to the insulating container 8 via the flanges 19a and 19c, and the interior of the semiconductor device 10 is sealed. Therefore, the grooves 14a and 14c are formed in the post electrodes 13a and 13c.
It is necessary not to reach the outer periphery of 13c. When the grooves 14a, 14c reach the interface with the thermal buffer plates 12a, 12c, stress concentration occurs at the groove corners at the joint interface between the post electrodes 13a, 13c and the thermal buffer plates 12a, 12c. Therefore, it is preferable that all the grooves 14a and 14c are formed inside the post electrodes 13a and 13c.

【0019】(実施の形態2)本実施の形態は、図3に
示すようにポスト電極の熱緩衝板との接合面130a,
130cに対向する外側の対向面131a,131cに
同心円状の溝141を形成している。半導体装置の中心
軸を中心にして複数の同心円溝を形成しているので、熱
応力が面全体に均一に働き、応力の偏在を防ぐことがで
きる。
(Embodiment 2) In this embodiment, as shown in FIG. 3, the joint surfaces 130a of the post electrodes with the heat buffer plate are formed.
Concentric grooves 141 are formed in outer facing surfaces 131a and 131c facing 130c. Since a plurality of concentric grooves are formed around the central axis of the semiconductor device, thermal stress acts uniformly on the entire surface, and uneven distribution of stress can be prevented.

【0020】(実施の形態3)図4にはポスト電極13
a,13cの剛性を更に低減する未度構造をもつポスト
電極が示されており、ポスト電極13a,13cの外周
部のリング状領域21と、中央部の格子溝14a,14
cより形成された格子状領域22の間に、同心円状のリ
ング状溝142が加工されている。
(Embodiment 3) FIG.
A post electrode having an unstructured structure for further reducing the rigidity of the post electrodes 13a and 13c is shown, and a ring-shaped region 21 on the outer periphery of the post electrodes 13a and 13c and lattice grooves 14a and 14 at the center.
A concentric ring-shaped groove 142 is formed between the lattice-like regions 22 formed by c.

【0021】(実施の形態4)図13乃至図16は本発
明による圧接型半導体装置の製造方法を説明するもので
ある。まず、図13に示すように、タングステンまたは
モリブデン製の熱緩衝板12と銅製のポスト電極13を
接合する。その際、ポスト電極13の熱緩衝板12との
接合面130の対向面131には図2に示したような格
子状、または図3に示したような同心円状の溝14を機
械加工等により予め形成しておく。
(Embodiment 4) FIGS. 13 to 16 illustrate a method of manufacturing a press contact type semiconductor device according to the present invention. First, as shown in FIG. 13, a thermal buffer plate 12 made of tungsten or molybdenum and a post electrode 13 made of copper are joined. At this time, a lattice-shaped groove 14 as shown in FIG. 2 or a concentric groove 14 as shown in FIG. 3 is formed on the opposing surface 131 of the joint surface 130 of the post electrode 13 with the thermal buffer plate 12 by machining or the like. It is formed in advance.

【0022】なお、接合方法としてはろう接合、拡散接
合、はんだ接合等があるが、熱応力とたわみ変形を抑制
する観点から、接合温度はできるだけ低温が好ましい。
また、接合後の熱緩衝板/ポスト電極接合体のたわみ量
を低減させるために、熱緩衝板12とポスト電極13の
接合時に上下からプレス装置24などにより加圧するこ
とも効果的である。
As the joining method, there are brazing joining, diffusion joining, solder joining and the like. From the viewpoint of suppressing thermal stress and bending deformation, the joining temperature is preferably as low as possible.
Further, in order to reduce the amount of deflection of the joined thermal buffer plate / post electrode assembly, it is also effective to press the thermal buffer plate 12 and the post electrode 13 from above and below with a pressing device 24 or the like when joining.

【0023】このような方法により得られた熱緩衝板/
ポスト電極接合体は熱緩衝板12とポスト電極13との
熱膨張差によりわずかに変形(たわみ)するとともに、
表面には熱抵抗の原因となる酸化皮膜が形成されてい
る。そのため、図13で得られた熱緩衝板/ポスト電極
接合体を機械加工により上下面の平行度を確保するとと
もに、半導体素子と接する熱緩衝板の表面、およびヒー
トシンクと接するポスト電極の表面について、図14に
示すように、酸化皮膜の除去および表面粗さを整え、熱
緩衝板/ポスト電極接合体17を得る。
The thermal buffer plate obtained by such a method /
The post electrode assembly is slightly deformed (bent) due to a difference in thermal expansion between the thermal buffer plate 12 and the post electrode 13, and
An oxide film causing thermal resistance is formed on the surface. Therefore, the thermal buffer plate / post-electrode assembly obtained in FIG. 13 is machined to ensure the parallelism of the upper and lower surfaces, and the surface of the thermal buffer plate in contact with the semiconductor element and the surface of the post electrode in contact with the heat sink are: As shown in FIG. 14, the oxide film is removed and the surface roughness is adjusted to obtain a heat buffer plate / post electrode assembly 17.

【0024】一方、図15に示すように、半導体素子や
熱緩衝板/ポスト電極接合体17を収納する絶縁性セラ
ミック製の円筒形容器18は、その上下面に金属製のフ
ランジ19a,19cを接合する。
On the other hand, as shown in FIG. 15, a cylindrical container 18 made of an insulating ceramic for housing a semiconductor element and a heat buffer plate / post electrode assembly 17 has metal flanges 19a and 19c on its upper and lower surfaces. Join.

【0025】その後、図16に示すように、円筒形容器
18の中に半導体素子や熱緩衝板/ポスト電極接合体1
7を積層し、ポスト電極13の端部と円筒形容器18に
接合された金属製フランジ19a,19cを気密溶接す
る。
Thereafter, as shown in FIG. 16, the semiconductor element and the heat buffer / post electrode assembly 1 are placed in a cylindrical container 18.
7 are laminated, and the ends of the post electrodes 13 and the metal flanges 19a and 19c joined to the cylindrical container 18 are hermetically welded.

【0026】その際、半導体素子および熱緩衝板/ポス
ト電極接合体17の温度上昇を抑えるため、溶接時の入
熱を出来るだけ小さくするとともに、必要に応じてポス
ト電極の上下面を冷却することが有効である。
At this time, in order to suppress the temperature rise of the semiconductor element and the heat buffer plate / post electrode assembly 17, the heat input during welding is made as small as possible, and the upper and lower surfaces of the post electrode are cooled as necessary. Is valid.

【0027】また、溶接時の入熱が小さい溶接方法とし
ては、電子ビーム溶接やレーザービーム溶接が適してお
り、溶接施工に適した構造として、図1に示したよう
に、ポスト電極13a,13cと金属製フランジ19
a,19cとの溶接方向は、図16に矢印Kで示したよ
うに、半導体装置の上下方向(中心線方向)が好まし
い。以上のように構成した圧接型半導体装置において、
半導体装置10を構成する各部材間の接触熱抵抗を詳細
に測定すると、熱緩衝板12a,12cとポスト電極1
3a,13cの間の接触熱抵抗が最も大きく、図1に示
すように、半導体素子の上下に位置する熱緩衝板12
a,12cとポスト電極13a,13cとを接合により
一体化することにより、図5で示し、後述するように半
導体装置の接触熱抵抗を著しく低減できることができ
る。
Electron beam welding and laser beam welding are suitable as welding methods with low heat input during welding. As shown in FIG. 1, post electrodes 13a and 13c are suitable for welding. And metal flange 19
As shown by the arrow K in FIG. 16, the welding direction with the a and 19c is preferably the vertical direction (center line direction) of the semiconductor device. In the press-contact type semiconductor device configured as described above,
When the contact thermal resistance between the members constituting the semiconductor device 10 is measured in detail, the thermal buffer plates 12a and 12c and the post electrode 1
3a and 13c have the largest contact thermal resistance, and as shown in FIG.
By integrating the a and 12c and the post electrodes 13a and 13c by bonding, the contact thermal resistance of the semiconductor device can be significantly reduced as shown in FIG. 5 and described later.

【0028】しかし、一般に熱緩衝板とポスト電極では
モリブデンと銅のように熱膨張率が大きく異なるため、
大形の半導体装置の場合には、接合時の加熱や使用時の
熱サイクルの負荷により、熱緩衝板とポスト電極との界
面に割れが発生したり、熱緩衝板とポスト電極との接合
体が大きく変形しやすい。
However, in general, the coefficient of thermal expansion is greatly different between the heat buffer plate and the post electrode like molybdenum and copper.
In the case of a large semiconductor device, cracks may occur at the interface between the heat buffer plate and the post electrode due to the heat applied during bonding and the load of the heat cycle during use. Is easily deformed.

【0029】そこで、様々な接合面の形状について接合
試験を実施し、割れ発生の有無や熱変形について評価す
ると、本発明の実施の形態を図1乃至図4で説明したよ
うに、ポスト電極13a,13cと熱緩衝板12a,1
2cとの接合面に対向する面に溝14a,14bを形成
させ、ポスト電極13a,13cの剛性を低下させるこ
とにより、熱応力やたわみ量(反り)を低減することが
できる。
Then, a bonding test was performed on various shapes of the bonding surface to evaluate the presence or absence of cracks and the thermal deformation. As a result, the embodiment of the present invention was confirmed as shown in FIGS. , 13c and thermal buffer plates 12a, 1
By forming grooves 14a and 14b on the surface facing the bonding surface with 2c and reducing the rigidity of post electrodes 13a and 13c, it is possible to reduce thermal stress and deflection (warpage).

【0030】またポスト電極13a,13cを形成する
部材としては、剛性が低く塑性変形を生じやすい金属材
料が適している。すなわち、ポスト電極13a,13c
に溝14a,14cが無い場合には、熱緩衝板12a,
12cとポスト電極13a,13cとの熱膨張差によ
り、熱緩衝板/ポスト電極接合体には大きな熱応力とた
わみを生じるが、ポスト電極13a,13cに溝14
a,14cを形成し、剛性を低下させることによりポス
ト電極13a,13cが塑成変形し、熱応力やたわみ量
を小さくすることが可能である。
As a member for forming the post electrodes 13a and 13c, a metal material having low rigidity and easily causing plastic deformation is suitable. That is, the post electrodes 13a, 13c
When there is no groove 14a, 14c in the heat buffer plate 12a,
Due to the difference in thermal expansion between the post electrode 12c and the post electrodes 13a, 13c, a large thermal stress and deflection occur in the heat buffer / post electrode assembly.
The post electrodes 13a and 13c are plastically deformed by forming the a and c and reducing the rigidity, so that the thermal stress and the amount of deflection can be reduced.

【0031】また、前述の特開平5−304179号公
報では、発熱する半導体素子に接する熱緩衝板の面に同
心円状の溝を形成したため、溝近傍での半導体素子の過
熱が危惧されたが、本実施の形態によれば半導体素子と
接する熱緩衝板の外側に位置するポスト電極の対向面に
溝を形成したため、半導体素子で発生した熱が熱緩衝板
内で拡散し、溝の形成による半導体索子の過熱の心配は
ない。
In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-304179, since a concentric groove is formed on the surface of the thermal buffer plate in contact with the semiconductor element which generates heat, there is a concern that the semiconductor element may be overheated near the groove. According to the present embodiment, since the groove is formed on the opposite surface of the post electrode located outside the heat buffer plate in contact with the semiconductor element, heat generated in the semiconductor element is diffused in the heat buffer plate, and the semiconductor formed by the groove is formed. There is no worry about overheating of the cord.

【0032】さらに、特開平8−167625号公報で
は脆い半導体素子と熱緩衝板を接合しているので、半導
体素子に作用する熱応力を低減させるため、熱緩衝板の
厚さを薄くする必要があったが、本実施の形態では熱緩
衝板とポスト電極を固着接合により一体化するため、熱
緩衝板の厚さを厚くすることが可能であり、半導体素子
に不均一な外部加圧力作用し、半導体素子が損傷するこ
とも回避できる。
Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-167625, since a fragile semiconductor element and a thermal buffer are joined, it is necessary to reduce the thickness of the thermal buffer in order to reduce thermal stress acting on the semiconductor element. However, in the present embodiment, since the heat buffer plate and the post electrode are integrated by fixed bonding, it is possible to increase the thickness of the heat buffer plate, and the non-uniform external pressing force acts on the semiconductor element. Also, damage to the semiconductor element can be avoided.

【0033】図5は本実施の形態の効果を示しており、
図1に示した本発明の(実施の形態1)による半導体装
置の構造を模擬し、直径50mm、厚さ約1mmの半導
体素子の上下に、直径50mm、厚さ約2mmのモリブ
デン製の熱緩衝板12a,12cと、直径50mm、厚
さ約20mmの純銅製のポスト電極13a,13cとを
接合した熱緩衝板/ポスト電極接合体を積層し、外部か
ら50kgf/mm2の圧力で加圧した場合における半
導体装置10の接触熱抵抗を測定した結果を示す。
FIG. 5 shows the effect of this embodiment.
The structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is simulated, and a molybdenum thermal buffer having a diameter of 50 mm and a thickness of about 2 mm is placed above and below a semiconductor element having a diameter of 50 mm and a thickness of about 1 mm. The heat buffer plate / post electrode assembly in which the plates 12a and 12c and the pure copper post electrodes 13a and 13c each having a diameter of 50 mm and a thickness of about 20 mm are laminated, and externally pressurized at a pressure of 50 kgf / mm 2 . The result of measuring the contact thermal resistance of the semiconductor device 10 in the case is shown.

【0034】また、図5には比較例として、図17に示
した従来構造を模擬し、直径50mm、厚さ約2mmの
モリブデン製の熱緩衝板2a,2cと、直径50mm、
厚さ約20mmの純銅製のポスト電極3a,3cとを接
合しない状態で積層し、外部から50kgf/mm2
圧力で加圧した場合における半導体装置の接触熱抵抗を
測定した結果も併せて示している。
FIG. 5 simulates the conventional structure shown in FIG. 17 as a comparative example, in which molybdenum heat buffer plates 2a and 2c having a diameter of 50 mm and a thickness of about 2 mm are provided.
The results of measuring the contact thermal resistance of the semiconductor device when the post electrodes 3a and 3c made of pure copper having a thickness of about 20 mm are laminated without being joined and externally pressurized at a pressure of 50 kgf / mm 2 are also shown. ing.

【0035】図5より、本発明により熱緩衝板12a,
12cとポスト電極13a,13cとを一体化すること
により、半導体装置10の接触熱抵抗を従来の1/6程
度まで低減できることがわかる。
Referring to FIG. 5, according to the present invention, the heat buffer plates 12a,
It can be seen that the contact thermal resistance of the semiconductor device 10 can be reduced to about 1/6 of the related art by integrating the post electrode 12c with the post electrodes 13a and 13c.

【0036】図6には大形・大容量の半導体装置を模擬
し、直径130mm、厚さ2mmのモリブデン製熱緩衝
板と、直径130mm、厚さ20mmの銅製ポスト電極
とを800℃で接合後、室温まで冷却した場合の熱応力
とたわみ量を解析した結果を示す。
FIG. 6 simulates a large-sized and large-capacity semiconductor device, in which a molybdenum heat buffer plate having a diameter of 130 mm and a thickness of 2 mm and a copper post electrode having a diameter of 130 mm and a thickness of 20 mm are joined at 800 ° C. 4 shows the results of analyzing the thermal stress and the amount of deflection when cooled to room temperature.

【0037】図6では、銅製ポスト電極に溝を加工せ
ず、直接接合した場合のたわみ量を基準(従来例)と
し、図2に示した(実施の形態1)のポスト電極に20
mmピッチで格子状の溝(深さ10mm、幅1mm)を
加工した場合と、図3に示した(実施の形態2)の同じ
く20mmピッチで同心円状の溝(深さ10mm、幅1
mm)を加工した場合、および図4に示した(実施の形
態3)の銅ポスト電極に20mmピッチで格子状の溝
(深さ10mm、幅1mm)を加工した後、外周部のリ
ング状領域と内部の格子状領域の間に同心円状の溝を加
工した場合の、たわみ量について、各々、従来例との比
で示した。
In FIG. 6, the amount of deflection when the copper post electrode is directly bonded without forming a groove is used as a reference (conventional example), and the post electrode of FIG.
When a lattice-shaped groove (depth 10 mm, width 1 mm) is machined at an mm pitch, and a concentric groove (depth 10 mm, width 1) at a pitch of 20 mm as shown in (Embodiment 2) shown in FIG.
mm), and after machining grid-like grooves (depth 10 mm, width 1 mm) at a pitch of 20 mm in the copper post electrode shown in (Embodiment 3) shown in FIG. The amount of deflection in the case where a concentric groove was machined between the inner lattice region and the inner lattice region was shown in comparison with the conventional example.

【0038】図6より、ポスト電極の熱緩衝板を接合す
る面の対向面側に溝を加工することにより、ポスト電極
/熱緩衝板接合体のたわみ量を著しく低減できることが
わかる。なお、図3に示した(実施の形態2)の同心円
状の溝に比べて、図2に示した(実施の形態1)の格子
状の溝の方がたわみ量が大きいのは、ポスト電極の剛性
が高いためであり、ポスト電極/熱緩衝板接合体のたわ
み量に、ポスト電極の剛性が大きく影響することは、同
じ格子状の溝を形成した(実施の形態3)との比較結果
からも明らかである。
FIG. 6 shows that the amount of deflection of the post electrode / thermal buffer plate assembly can be significantly reduced by forming a groove on the surface of the post electrode opposite to the surface where the thermal buffer plate is bonded. It is to be noted that the lattice-shaped groove shown in FIG. 2 (Embodiment 1) has a larger deflection amount than the concentric groove shown in FIG. 3 (Embodiment 2) because of the post electrode. This is because the rigidity of the post electrode greatly affects the amount of deflection of the post electrode / heat buffer plate assembly, because the rigidity of the post electrode / heat buffer plate assembly is high. It is clear from.

【0039】図7は、熱緩衝板とポスト電極に使用する
材料を選定するために実施した実験結果であり、代表的
な金属材料について、熱抵抗と弾性率を測定した結果を
示す。
FIG. 7 shows the results of an experiment conducted to select materials to be used for the heat buffer plate and the post electrode, and shows the results of measuring the thermal resistance and the elastic modulus of a typical metal material.

【0040】熱緩衝板およびポスト電極はいずれも、発
熱を抑制するためには電気抵抗の小さい材料が適してお
り、また、半導体素子の熱をヒートシンクで冷却するた
めには熱抵抗の小さい材料が好ましい。
For both the thermal buffer plate and the post electrode, a material having a small electric resistance is suitable for suppressing heat generation, and a material having a small thermal resistance is used for cooling the heat of the semiconductor element by the heat sink. preferable.

【0041】このような観点から熱緩衝板やポスト電極
に使用する材料としてはステンレス鋼(SUS)やニッ
ケル(Ni)などは適しておらず、図7に示したよう
に、銅(Cu),アルミニウム(Al),銀(Ag),
金(Au),モリブデン(Mo)或いはタングステン
(W)が適している。
From this viewpoint, stainless steel (SUS) or nickel (Ni) is not suitable as a material used for the heat buffer plate or the post electrode. As shown in FIG. Aluminum (Al), silver (Ag),
Gold (Au), molybdenum (Mo) or tungsten (W) is suitable.

【0042】前述のように、熱緩衝板においては外部か
らの圧力を均一に半導体素子に伝達するため、弾性係数
が大きいことが重要である。図7より、このような要求
を満たす材料として銅,アルミニウム,銀,金は適して
おらず、タングステンとモリブデンが適していることが
わかる。
As described above, in the thermal buffer plate, it is important that the elastic coefficient is large in order to uniformly transmit the external pressure to the semiconductor element. FIG. 7 shows that copper, aluminum, silver, and gold are not suitable as materials satisfying such requirements, and tungsten and molybdenum are suitable.

【0043】一方、ポスト電極材料については、熱緩衝
板との接合に際して、発生する熱応力とひずみを緩和す
るために、弾性係数の小さい材料が好ましく、このよう
な観点から、逆にタングステンやモリブデンは適してお
らず、銅,アルミニウム,銀,金が適していると言え
る。なかでも、コスト的な観点から銅およびアルミニウ
ムが最適と考えられる。
On the other hand, as the post electrode material, a material having a small elastic coefficient is preferable in order to reduce the thermal stress and strain generated at the time of joining with the thermal buffer plate. Is not suitable, and copper, aluminum, silver, and gold are suitable. Among them, copper and aluminum are considered optimal from the viewpoint of cost.

【0044】図8にはポスト電極の熱緩衝板との接合面
に形成する格子サイズと、熱緩衝板/ポスト電極接合体
のたわみ量との関係を示す。図8では直径130mm、
厚さ2mmのモリブデン製熱緩衝板と、直径130m
m、厚さ20mmの銅製ポスト電極を800度Cで接合
した後、室温まで冷却した時に、熱緩衝板/ポスト電極
接合体のたわみ量を求めた結果である。なお、図8の縦
軸はポスト電極に溝を形成しない場合に発生するたわみ
量を基準とし、その比をプロットしたものである。 図
8により、熱緩衝板/ポスト電極接合体に生じるたわみ
量は、格子のサイズが小さくなるにつれ減少する傾向を
示し、格子のサイズが50mmで発生するたわみ量を1
/2以下に低減できることがわかる。なお、使用時の熱
緩衝板/ポスト電極接合体における表裏面の平行度を考
慮すると、発生するたわみ量は小さい方が望ましく、ポ
スト電極に形成する格子のサイズは20mm以下が好ま
しいと言える。
FIG. 8 shows the relationship between the size of the lattice formed on the joint surface of the post electrode and the heat buffer plate and the amount of deflection of the heat buffer plate / post electrode assembly. In FIG. 8, the diameter is 130 mm,
Molybdenum thermal buffer 2mm thick and 130m diameter
This is the result of measuring the amount of deflection of the heat buffer plate / post electrode assembly when the copper post electrode having a thickness of 20 mm and a thickness of 20 mm was joined at 800 ° C. and then cooled to room temperature. The vertical axis in FIG. 8 is a plot of the ratio based on the amount of deflection generated when no groove is formed in the post electrode. According to FIG. 8, the amount of deflection generated in the thermal buffer plate / post-electrode assembly tends to decrease as the size of the grid becomes smaller.
It can be seen that it can be reduced to / 2 or less. In consideration of the parallelism between the front and back surfaces of the heat buffer plate / post electrode assembly during use, it is desirable that the amount of flexure generated is small, and the size of the grid formed on the post electrode is preferably 20 mm or less.

【0045】図9にはポスト電極の熱緩衝板との接合面
に形成する格子の深さ(格子深さ/ポスト電極厚さの
比)と、熱緩衝板/ポスト電極接合体に生じるたわみ量
との関係を示す。図9では直径130mm、厚さ2mm
のモリブデン製熱緩衝板と、直径130mm、厚さ20
mm、格子サイズ20mmの銅製ポスト電極を800度
Cで接合後、室温まで冷却した時に、熱緩衝板/ポスト
電極接合体に生じるたわみ量を求めたものである。な
お、図9の縦軸はポスト電極に溝を形成しない場合(格
子溝の深さ=0)に発生するたわみ量を基準とし、その
比をプロットしたものである。
FIG. 9 shows the depth of the grid (ratio of grid depth / post electrode thickness) formed on the joint surface of the post electrode with the thermal buffer and the amount of deflection generated in the thermal buffer / post electrode assembly. The relationship is shown below. In FIG. 9, the diameter is 130 mm and the thickness is 2 mm
Molybdenum heat buffer plate, diameter 130mm, thickness 20
The amount of deflection generated in the heat buffer plate / post electrode assembly when the copper post electrode having a thickness of 20 mm and a lattice size of 20 mm was joined at 800 ° C. and then cooled to room temperature was determined. Note that the vertical axis in FIG. 9 is a plot of the ratio based on the amount of deflection generated when no groove is formed in the post electrode (grid groove depth = 0).

【0046】図9により、熱緩衝板/ポスト電極接合体
に発生するたわみ量は、格子の深さが深くなるにつれて
減少する傾向を示し、格子深さ/ポスト電極厚さの比力
が0.2以上で発生する熱応力を1/2以下に低減でき
ることがわかる。なお、使用時の熱緩衝板/ポスト電極
接合体における表裏面の平行度を考慮すると、発生する
たわみ量は小さい方が望ましく、ポスト電極に形成する
格子の深さ/ポスト電極厚さの比は0.6以上が好まし
い。
FIG. 9 shows that the amount of deflection generated in the thermal buffer plate / post electrode assembly tends to decrease as the lattice depth increases, and that the specific force of lattice depth / post electrode thickness is 0.1%. It can be seen that the thermal stress generated at 2 or more can be reduced to 1/2 or less. In consideration of the parallelism between the front and back surfaces of the heat buffer plate / post electrode assembly during use, it is desirable that the amount of deflection generated is small, and the ratio of the depth of the grid formed on the post electrode / the thickness of the post electrode is 0.6 or more is preferable.

【0047】図10はポスト電極に形成する溝の幅と、
溝の先端に発生する最大熱応力の関係を示している。図
10では直径130mm、厚さ2mmのモリブデン製熱
緩衝板と、直径130mm、厚さ20mm、格子サイズ
20mm、格子深さ10mmの銅製ポスト電極を800
度Cで接合した後、室温まで冷却した時に、ポスト電極
に形成した溝の先端部に発生する最大熱応力を求めた。
FIG. 10 shows the width of the groove formed in the post electrode,
The relation of the maximum thermal stress generated at the tip of the groove is shown. In FIG. 10, a molybdenum heat buffer plate having a diameter of 130 mm and a thickness of 2 mm, and a copper post electrode having a diameter of 130 mm, a thickness of 20 mm, a grid size of 20 mm and a grid depth of 10 mm are 800
After joining at a temperature of C, the maximum thermal stress generated at the tip of the groove formed in the post electrode when cooled to room temperature was determined.

【0048】図10により、ポスト電極に形成した溝の
先端部に発生する熱応力は、溝の幅が大きくなるにつれ
て減少する傾向を示し、溝の幅が0.5mm以上で発生
する熱応力を銅の降伏応力以下に低減できることがわか
る。なお、熱サイクルを付加した場合の熱疲労を考慮す
ると、発生する熱応力は100MPa以下が好ましく、
溝の幅は1mm以上が好ましいと言える。
FIG. 10 shows that the thermal stress generated at the tip of the groove formed in the post electrode tends to decrease as the groove width increases, and the thermal stress generated when the groove width is 0.5 mm or more is reduced. It can be seen that the stress can be reduced to below the yield stress of copper. In consideration of thermal fatigue when a thermal cycle is added, the generated thermal stress is preferably 100 MPa or less,
It can be said that the width of the groove is preferably 1 mm or more.

【0049】図11には熱緩衝板の厚さと熱緩衝板/ポ
スト電極接合体のたわみ量との関係を示す。図11では
直径130mmのモリブデン製熱緩衝板と、直径130
mm、厚さ20mm、格子サイズ20mm、格子深さ1
0mmの銅製ポスト電極を800度Cで接合した後、室
温まで冷却した時に、熱緩衝板/ポスト電極接合体に発
生したたわみ量を求めたものである。
FIG. 11 shows the relationship between the thickness of the heat buffer plate and the amount of deflection of the heat buffer plate / post electrode assembly. In FIG. 11, a molybdenum heat buffer plate having a diameter of 130 mm and a diameter of 130 mm
mm, thickness 20mm, grid size 20mm, grid depth 1
After joining a 0 mm copper post electrode at 800 ° C. and then cooling to room temperature, the amount of deflection generated in the heat buffer plate / post electrode assembly was determined.

【0050】図11により、熱緩衝板/ポスト電極接合
体に発生するたわみ量は、熱緩衝板の厚さが厚くなる程
低下することがわかる。図7に示したように、熱緩衝板
として適しているモリブデンやタングステンは機械加工
性が悪く、たわみ量が大きい場合には、熱緩衝板/ポス
ト電極接合体の平行度を出すための機械加工代が増加す
る。そして図11の結果から、電極板厚さ/ポスト電極
厚さの値が、0.05以上からたわみ量は徐々に飽和す
る傾向を示すことから、電極板厚さ/ポスト電極厚さの
値は0.05以上、好ましくは0.l以上であることが
望ましい。
FIG. 11 shows that the amount of deflection generated in the thermal buffer / post electrode assembly decreases as the thickness of the thermal buffer increases. As shown in FIG. 7, molybdenum and tungsten, which are suitable as heat buffer plates, have poor machinability, and when the amount of deflection is large, machining for increasing the parallelism of the heat buffer plate / post-electrode assembly. Teens increase. From the result of FIG. 11, the value of electrode plate thickness / post electrode thickness shows that the deflection amount tends to gradually saturate when the value of electrode plate thickness / post electrode thickness is 0.05 or more. 0.05 or more, preferably 0. It is desirably at least l.

【0051】図12は、図1に示した本発明の圧接型半
導体装置の構造に従い、直径約50mmの半導体素子の
上下に、直径50mm、厚さ2mmのモリブデン製熱緩
衝板と、直径50mm、厚さ20mmの銅製ポスト電極
とを接合し、熱緩衝板/ポスト電極接合体を上下方向か
ら50kgf/mm2 の圧力で加圧した場台の、接触熱
抵抗値を測定した結果を示す。なお、銅製ポスト電極の
熱緩衝板との接合面には、格子サイズ10mm、深さ1
0mm、幅2mmの溝を加工し、半導体素子と接触する
熱緩衝板の表面粗さと、水冷ヒートシンク板と接するポ
スト電極の表面粗さを変えて測定を行った。
FIG. 12 shows a molybdenum heat buffer plate having a diameter of 50 mm and a thickness of 2 mm above and below a semiconductor element having a diameter of about 50 mm according to the structure of the press contact type semiconductor device of the present invention shown in FIG. The results of the measurement of the contact thermal resistance of a field base in which a copper post electrode having a thickness of 20 mm was joined and the thermal buffer plate / post electrode assembly was pressed from above and below with a pressure of 50 kgf / mm 2 were shown. The joint surface of the copper post electrode with the thermal buffer plate had a lattice size of 10 mm and a depth of 1 mm.
A groove having a width of 0 mm and a width of 2 mm was machined, and the measurement was performed while changing the surface roughness of the heat buffer plate in contact with the semiconductor element and the surface roughness of the post electrode in contact with the water-cooled heat sink plate.

【0052】図5に示したように、熱緩衝板とポスト電
極とを接合により一体化することで、接触熱抵抗を従来
の約1/6に低減できるが、図12に示したように、接
触面の表面粗さを小さくするに従って、半導体装置の接
触熱抵抗は更に低減でき、接触面の表面粗さを0.5μ
mにすることにより、半導体装置の接触熱抵抗を1/1
0以下に低減できることがわかる。
As shown in FIG. 5, by integrating the heat buffer plate and the post electrode by bonding, the contact thermal resistance can be reduced to about 1/6 of the conventional one, but as shown in FIG. As the surface roughness of the contact surface is reduced, the contact thermal resistance of the semiconductor device can be further reduced, and the surface roughness of the contact surface is reduced by 0.5 μm.
m, the contact thermal resistance of the semiconductor device is reduced to 1/1.
It can be seen that it can be reduced to 0 or less.

【0053】以上のように本発明によれば、接触熱抵抗
が著しく小さい半導体素子を製造することが可能とな
り、冷却ユニットの大幅なコンパクト化と低コスト化が
可能になる。更に半導体索子を均一に冷却でき、かつ、
外部加圧力を半導体素子に均一に付加することも可能で
あり、信頼性の高い半導体装置を製造することができ
る。
As described above, according to the present invention, it is possible to manufacture a semiconductor device having extremely low contact thermal resistance, and it is possible to greatly reduce the size and cost of the cooling unit. Further, the semiconductor strand can be cooled uniformly, and
The external pressure can be evenly applied to the semiconductor element, and a highly reliable semiconductor device can be manufactured.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明により、圧接型半導体装置の信頼
性を向上させることができる。
According to the present invention, the reliability of the pressure contact type semiconductor device can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による圧接型半導体装置の実施の形態を
示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a press contact type semiconductor device according to the present invention.

【図2】図1に用いる格子状の溝を施したポスト電極の
平面図である。
FIG. 2 is a plan view of a post electrode provided with lattice grooves used in FIG.

【図3】図1に用いる同心円状の溝を施したポスト電極
の平面図である。
FIG. 3 is a plan view of a post electrode provided with concentric grooves used in FIG.

【図4】図1に用いる他の格子状の溝を施したポスト電
極の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of another post electrode provided with a lattice-like groove used in FIG. 1;

【図5】本発明と従来例と接触熱抵抗値の比較を示す説
明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing a comparison between the present invention, a conventional example, and a contact thermal resistance value.

【図6】ポスト電極/熱緩衝板接合体のたわみ量に及ぼ
す影響を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an influence on a deflection amount of a post electrode / heat buffer plate assembly.

【図7】ポスト電極材料の熱抵抗値と弾性係数との比較
を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a comparison between a thermal resistance value and an elastic coefficient of a post electrode material.

【図8】ポスト電極のたわみ量に及ぼす格子サイズの影
響を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an influence of a lattice size on a deflection amount of a post electrode.

【図9】ポスト電極のたわみ量に及ぼす溝深さの影響を
示す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an influence of a groove depth on a deflection amount of a post electrode.

【図10】ポスト電極の熱応力に及ぼす溝の幅の影響を
示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an influence of a groove width on a thermal stress of a post electrode.

【図11】ポスト電極のたわみ量に及ぼす熱緩衝板厚さ
の影響を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the effect of the thickness of the heat buffer plate on the amount of deflection of the post electrode.

【図12】半導体装置の接触熱抵抗に及ぼす表面粗さの
影響を示す説明図である。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating the influence of surface roughness on contact thermal resistance of a semiconductor device.

【図13】圧接型半導体装置の第1の製造工程を示す正
面図である。
FIG. 13 is a front view showing a first manufacturing step of the press-contact type semiconductor device.

【図14】圧接型半導体装置の第2の製造工程を示す正
面図である。
FIG. 14 is a front view showing a second manufacturing step of the pressure contact type semiconductor device.

【図15】圧接型半導体装置の第3の製造工程を示す正
面図である。
FIG. 15 is a front view showing a third manufacturing step of the pressure contact type semiconductor device.

【図16】圧接型半導体装置の第4の製造工程を示す正
面図である。
FIG. 16 is a front view showing a fourth manufacturing step of the pressure contact type semiconductor device.

【図17】従来の圧接型半導体装置の構造模式を示す断
面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional pressure contact type semiconductor device.

【符号の説明】 12a,12c: 熱緩衝板 13a,13c: ポスト電極 14a,14c: 溝 15: 半導体基体 16a,16c: 電極 18: 円筒形容器 19a,19c: 金属製フランジ[Description of Signs] 12a, 12c: Thermal buffer plates 13a, 13c: Post electrodes 14a, 14c: Groove 15: Semiconductor substrate 16a, 16c: Electrode 18: Cylindrical container 19a, 19c: Metal flange

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石渡 裕 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 山本 敦史 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 草野 貴史 東京都府中市東芝町1番地 株式会社東芝 府中工場内 (72)発明者 木本 淳志 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 犬飼 隆夫 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 伊藤 義康 神奈川県川崎市川崎区浮島町2番1号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 永田 晃則 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番地 株式会社東芝京浜事業所内 Fターム(参考) 5F036 AA01 BB01 BB14 BC06 BD01 BD03 BE06 5F047 JA01 JA02 JA03 JA04 JA07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroshi Ishiwatari 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Toshiba Keihin Plant (72) Inventor Atsushi Yamamoto 1st Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Toshiba Corporation Inside the Fuchu Plant (72) Takashi Kusano Inventor Takashi Kusano 1 Toshiba-cho, Fuchu-shi, Tokyo Inside the Fuchu Plant Toshiba Corporation (72) Inventor Atsushi Kimoto 2-4 Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Pref. (72) Inventor Takao Inukai 2--4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Keihin Works, Toshiba Corporation (72) Inventor Yoshiyasu Ito 2-1 Ukishimacho, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Toshiba Hamakawasaki Plant, Ltd. (72) Inventor Akinori Nagata 2-4, Suehirocho, Tsurumi-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Inside the Toshiba Keihin Plant Term (Reference) 5F036 AA01 BB01 BB14 BC06 BD01 BD03 BE06 5F047 JA01 JA02 JA03 JA04 JA07

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の両主面に電極を設けた半導
体素子と、この半導体素子の両面に設けられ前記電極に
接続される熱緩衝板と、この熱緩衝板の外側に接続され
るポスト電極とからなる圧接型半導体装置に於いて、前
記ポスト電極は前記熱緩衝板に固着接合されこの接合面
と対向する対向面に溝を形成してなることを特徴とした
圧接型半導体装置。
1. A semiconductor device having electrodes provided on both main surfaces of a semiconductor substrate, a heat buffer plate provided on both surfaces of the semiconductor device and connected to the electrodes, and a post connected outside the heat buffer plate. In a press-contact type semiconductor device comprising electrodes, the post electrode is fixedly joined to the thermal buffer plate and a groove is formed on a surface facing the joint surface.
【請求項2】 前記ポスト電極と前記対向面に形成した
溝が、前記ポスト電極の外周部および前記熱緩衝板との
前記接合面まで貫通していないことを特徴とした請求項
1記載の圧接型半導体装置。
2. The pressure welding according to claim 1, wherein the groove formed in the post electrode and the facing surface does not penetrate to the outer peripheral portion of the post electrode and the joint surface with the thermal buffer plate. Type semiconductor device.
【請求項3】 前記ポスト電極の対向面が、前記溝によ
り区切られた格子状領域と、外周部のリング状領域とか
らなり、かつ、前記格子状領域の最外周の格子と前記リ
ング状領域が前記溝によって区切られいることを特徴と
した請求項1または請求項2に記載した圧接型半導体装
置。
3. The opposing surface of the post electrode includes a grid-like region separated by the groove and a ring-shaped region on the outer periphery, and the outermost grid of the grid-like region and the ring-shaped region. 3. The pressure-contact type semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is divided by the groove.
【請求項4】 前記ポスト電極の材質が銅、またはアル
ミニウム、またはこれらの金属を主成分とする合金で、
前記熱緩衝板の材質がタングステン、またはモリブデ
ン、またはこれらの金属を主成分とする合金であること
を特徴とした請求項1乃至請求項3のいずれかに記載し
た圧接型半導体装置。
4. The material of the post electrode is copper, aluminum, or an alloy containing these metals as a main component,
4. The pressure-contact type semiconductor device according to claim 1, wherein the material of the thermal buffer plate is tungsten, molybdenum, or an alloy containing these metals as a main component.
【請求項5】 前記溝が格子状または同心円状であるこ
とを特徴とした請求項1に記載した圧接型半導体装置。
5. The pressure-contact type semiconductor device according to claim 1, wherein the groove is in a lattice shape or a concentric shape.
【請求項6】 前記溝の一辺の長さが30mm以下であ
ることを特徴とした請求項1乃至請求項3のいずれかに
記載した圧接型半導体装置。
6. The pressure-contact type semiconductor device according to claim 1, wherein one side of the groove has a length of 30 mm or less.
【請求項7】 前記溝の深さがポスト電極の厚さの0.
2倍以上であることを特徴とした請求項1乃至請求項3
のいずれかに記載した圧接型半導体装置。
7. The depth of the groove is equal to 0. 0 of the thickness of the post electrode.
4. The method according to claim 1, wherein the number is twice or more.
Press-contact type semiconductor device according to any one of the above.
【請求項8】 前記溝の幅が0.5mm以上であること
を特徴とした請求項1乃至請求項3のいずれかに記載し
た圧接型半導体装置。
8. The pressure-contact type semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the groove is 0.5 mm or more.
【請求項9】 前記熱緩衝板の厚さが、前記ポスト電極
の厚さに対して0.05倍以上であることを特徴とした
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載した圧接型半導
体装置。
9. The pressure welding type according to claim 1, wherein the thickness of the heat buffer plate is at least 0.05 times the thickness of the post electrode. Semiconductor device.
【請求項10】 前記ポスト電極の対向面および前記熱
緩衝板の半導体素子に接触する面の表面粗さが6μm以
下である請求項1に記載した圧接型半導体装置。
10. The pressure-contact type semiconductor device according to claim 1, wherein a surface roughness of the opposing surface of the post electrode and a surface of the thermal buffer plate contacting the semiconductor element are 6 μm or less.
【請求項11】 前記ポスト電極において、溝の無い外
周域の高さが、溝を形成する内部域の高さに比べて高
く、前記溝の無い外周域と少なくとも前記半導体装素子
を密封するフランジとが、溶接によって接合されている
ことを特徴とする請求項1記載の圧接型半導体装置。
11. In the post electrode, a height of an outer peripheral region having no groove is higher than a height of an inner region forming the groove, and a flange for sealing the outer peripheral region without the groove and at least the semiconductor device is formed. 2. The press-contact type semiconductor device according to claim 1, wherein the first and second members are joined by welding.
【請求項12】 熱緩衝板とポスト電極とを固着接合し
た後、前記熱緩衝板と前記ポス卜電極との接合体の上下
面を機械加工する請求項1または10記載の圧接型半導
体装置の製造方法。
12. The press-contact type semiconductor device according to claim 1, wherein after the heat buffer plate and the post electrode are fixedly joined, upper and lower surfaces of a joined body of the heat buffer plate and the post electrode are machined. Production method.
JP10210890A 1998-07-27 1998-07-27 Pressure welding type semiconductor device and producing method therefor Pending JP2000049198A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10210890A JP2000049198A (en) 1998-07-27 1998-07-27 Pressure welding type semiconductor device and producing method therefor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP10210890A JP2000049198A (en) 1998-07-27 1998-07-27 Pressure welding type semiconductor device and producing method therefor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000049198A true JP2000049198A (en) 2000-02-18

Family

ID=16596793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP10210890A Pending JP2000049198A (en) 1998-07-27 1998-07-27 Pressure welding type semiconductor device and producing method therefor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000049198A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010003870A (en) * 2008-06-20 2010-01-07 Denso Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2013236004A (en) * 2012-05-10 2013-11-21 Toshiba Corp Pressure-welding semiconductor device and pressure-welding method of the same
WO2016074727A1 (en) * 2014-11-13 2016-05-19 Siemens Aktiengesellschaft Clamping assembly, and a sub-module for a converter, comprising the clamping assembly

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010003870A (en) * 2008-06-20 2010-01-07 Denso Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2013236004A (en) * 2012-05-10 2013-11-21 Toshiba Corp Pressure-welding semiconductor device and pressure-welding method of the same
WO2016074727A1 (en) * 2014-11-13 2016-05-19 Siemens Aktiengesellschaft Clamping assembly, and a sub-module for a converter, comprising the clamping assembly

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4385310A (en) Structured copper strain buffer
US4315591A (en) Method for thermo-compression diffusion bonding a structured copper strain buffer to each side of a substrateless semiconductor device wafer
JPS5846073B2 (en) Thermal conductive conductive support for supporting semiconductor elements
JPH098279A (en) Pressure bonded semiconductor device
JPH081914B2 (en) Pressure contact type semiconductor device
JP2860037B2 (en) Method of manufacturing heat dissipation board for semiconductor device
JP2000049198A (en) Pressure welding type semiconductor device and producing method therefor
KR920006855B1 (en) Pressure contacting balance type semiconductor device
JP3281318B2 (en) Pressure contact type semiconductor device and method of manufacturing the same
JPS6337660A (en) Pressurized contact type gto thyristor
JPH08274423A (en) Ceramic circuit board
JPH03228339A (en) Bonding tool
JPH0555712A (en) Optical semiconductor device and its assembly method
JPS63224242A (en) Heat transfer device
JP2978673B2 (en) Semiconductor device bonding equipment
JP2549623B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3049410B2 (en) Semiconductor package
JPS5821424B2 (en) Method for manufacturing semiconductor material supporting substrate
JPH0748507B2 (en) Wire bonding method
JP2764685B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2587450B2 (en) Pressure welding structure of semiconductor device
JP3056159B2 (en) Hermetic sealing method for semiconductor package and resistance welding apparatus to which the method is applied
JP2918676B2 (en) Manufacturing method of stem for hermetic sealing
JPH0731542Y2 (en) Bonding tools
JP2982338B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 9

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080226

FPAY Renewal fee payment (prs date is renewal date of database)

Year of fee payment: 10

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090226

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees