JP2002261210A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JP2002261210A JP2002261210A JP2001054935A JP2001054935A JP2002261210A JP 2002261210 A JP2002261210 A JP 2002261210A JP 2001054935 A JP2001054935 A JP 2001054935A JP 2001054935 A JP2001054935 A JP 2001054935A JP 2002261210 A JP2002261210 A JP 2002261210A
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
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- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】支持電極体の硬度を放熱板の硬度よりも硬くす
ることにより支持電極体の放熱板への圧入に伴う半導体
チップの破壊を防止する。 【解決手段】熱膨張緩和電極体５を中間に介して半導体
チップ１を高温半田を用いて接合支持する支持電極体３
ａと、前記支持電極体３ａを圧入する穴部を有する放熱
板９ａを備え、前記半導体チップ１に発生した熱を前記
放熱板９ａを介して放熱する半導体装置において、前記
支持電極体３ａの硬度を前記放熱板のそれよりも大きく
する。
ることにより支持電極体の放熱板への圧入に伴う半導体
チップの破壊を防止する。 【解決手段】熱膨張緩和電極体５を中間に介して半導体
チップ１を高温半田を用いて接合支持する支持電極体３
ａと、前記支持電極体３ａを圧入する穴部を有する放熱
板９ａを備え、前記半導体チップ１に発生した熱を前記
放熱板９ａを介して放熱する半導体装置において、前記
支持電極体３ａの硬度を前記放熱板のそれよりも大きく
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置にかか
り、特に、半導体装置を放熱板に圧入する際に半導体チ
ップに加わる機械的応力を低減した半導体装置に関す
る。
り、特に、半導体装置を放熱板に圧入する際に半導体チ
ップに加わる機械的応力を低減した半導体装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の半導体装置を示す図であ
る。図において、１は半導体チップ、２は半導体チップ
１とリード電極体７を接合する接合部材、３は支持電極
体、４は半導体チップ１と熱膨張緩和電極体５とを接合
する接合部材、５は熱膨張緩和電極体、６は熱膨張緩和
体５と支持電極体３とを接合する接合部材、７はリード
電極体、８は半導体チップ１の表面を絶縁するシリコー
ンゴム、９は放熱板である。
る。図において、１は半導体チップ、２は半導体チップ
１とリード電極体７を接合する接合部材、３は支持電極
体、４は半導体チップ１と熱膨張緩和電極体５とを接合
する接合部材、５は熱膨張緩和電極体、６は熱膨張緩和
体５と支持電極体３とを接合する接合部材、７はリード
電極体、８は半導体チップ１の表面を絶縁するシリコー
ンゴム、９は放熱板である。
【０００３】前記支持電極体３と放熱板９とは、半田付
け方式あるいは圧入方式により接続することができる。
半田付け方式の場合は、放熱特性の向上および熱膨張特
性を考慮して放熱板には銅を採用している。また、圧入
方式の場合は、圧入時の半導体チップへの機械的応力を
低減するため放熱板にアルミニウムを採用している。
け方式あるいは圧入方式により接続することができる。
半田付け方式の場合は、放熱特性の向上および熱膨張特
性を考慮して放熱板には銅を採用している。また、圧入
方式の場合は、圧入時の半導体チップへの機械的応力を
低減するため放熱板にアルミニウムを採用している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、支持電極体
として前記アルミニウムに代えて銅を採用し、銅製の支
持電極体を銅製の放熱板に圧入方式により圧入すると、
半導体チップが破壊し、半導体装置の逆方向漏れ電流が
増加することが判明した。
として前記アルミニウムに代えて銅を採用し、銅製の支
持電極体を銅製の放熱板に圧入方式により圧入すると、
半導体チップが破壊し、半導体装置の逆方向漏れ電流が
増加することが判明した。
【０００５】前記半導体装置の製造に際しては、各接合
部材２，４，６を高温に加熱して半導体チップ１と接合
する。このとき、支持電極体３の銅は焼きなまし状態に
なり、材質は軟化する。一方、放熱板９は、焼きなまし
されていないため、初期の硬さを維持している。このた
め、放熱板９に焼きなましされた支持電極体３を有する
半導体チップを圧入すると、支持電極体３の底部が上に
凸の変形をし、接合部材６を介して熱膨張緩和電極体５
も上に凸に変形する。熱膨張緩和電極体の変形により、
半導体チップ１の両端に引張り応力が働き、半導体チッ
プ１の破壊強度以上になると半導体チップは破壊する。
なお、半導体チップの破壊強度は、半導体チップの端面
形状や表面処理により異なるが、２００ＭＰａ程度であ
る。
部材２，４，６を高温に加熱して半導体チップ１と接合
する。このとき、支持電極体３の銅は焼きなまし状態に
なり、材質は軟化する。一方、放熱板９は、焼きなまし
されていないため、初期の硬さを維持している。このた
め、放熱板９に焼きなましされた支持電極体３を有する
半導体チップを圧入すると、支持電極体３の底部が上に
凸の変形をし、接合部材６を介して熱膨張緩和電極体５
も上に凸に変形する。熱膨張緩和電極体の変形により、
半導体チップ１の両端に引張り応力が働き、半導体チッ
プ１の破壊強度以上になると半導体チップは破壊する。
なお、半導体チップの破壊強度は、半導体チップの端面
形状や表面処理により異なるが、２００ＭＰａ程度であ
る。
【０００６】本発明は、前記問題点に鑑みてなされたも
ので、前記支持電極体の硬度を、より高くすることによ
り、支持電極体の圧入に伴う半導体チップの破壊を防止
する。
ので、前記支持電極体の硬度を、より高くすることによ
り、支持電極体の圧入に伴う半導体チップの破壊を防止
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を採用した。
解決するために次のような手段を採用した。
【０００８】熱膨張緩和電極体を中間に介して半導体チ
ップを高温半田を用いて接合支持する支持電極体と、前
記支持電極体を圧入する穴部を有する放熱板を備え、前
記半導体チップに発生した熱を前記放熱板を介して放熱
する半導体装置において、前記支持電極体の硬度を前記
放熱板のそれよりも大きくする。また、前記支持電極体
の材質はジルコニウム入りの銅とすることができる。
ップを高温半田を用いて接合支持する支持電極体と、前
記支持電極体を圧入する穴部を有する放熱板を備え、前
記半導体チップに発生した熱を前記放熱板を介して放熱
する半導体装置において、前記支持電極体の硬度を前記
放熱板のそれよりも大きくする。また、前記支持電極体
の材質はジルコニウム入りの銅とすることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を図１を
用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態を示
す図である。図において、３ａはジルコニウム（Ｚr）
入りの銅（ジルコニウム０．１〜０．２ｗｔ％含有、放
熱板の銅よりも硬い）からなる支持電極体、９ａは銅製
の放熱板である。また、接合部材２，４，６には、融点
３００℃程度の高温半田（Ｐｂ−Ｓｎ系半田）を用いる
ことができる。また、この半田に代えて、他の組成の半
田（例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ａｕ−Ｓｎ系
の半田）あるいは導電性樹脂などを用いることができ
る。なお、図において図６に示される部分と同一部分に
ついては同一符号を付してその説明を省略した。
用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態を示
す図である。図において、３ａはジルコニウム（Ｚr）
入りの銅（ジルコニウム０．１〜０．２ｗｔ％含有、放
熱板の銅よりも硬い）からなる支持電極体、９ａは銅製
の放熱板である。また、接合部材２，４，６には、融点
３００℃程度の高温半田（Ｐｂ−Ｓｎ系半田）を用いる
ことができる。また、この半田に代えて、他の組成の半
田（例えばＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ａｕ−Ｓｎ系
の半田）あるいは導電性樹脂などを用いることができ
る。なお、図において図６に示される部分と同一部分に
ついては同一符号を付してその説明を省略した。
【００１０】半導体チップ１と支持電極体の間に挿入す
る熱膨張緩和電極体５は、本発明の半導体装置が電源装
置に搭載された時の熱疲労寿命耐量Ｎｆを向上すること
ができる。
る熱膨張緩和電極体５は、本発明の半導体装置が電源装
置に搭載された時の熱疲労寿命耐量Ｎｆを向上すること
ができる。
【００１１】ここで、前記各接合部材２，４，６の熱疲
労寿命耐量Ｎｆを式であらわすと（１）式のようにな
る。
労寿命耐量Ｎｆを式であらわすと（１）式のようにな
る。
【００１２】 Ｎｆ＝Ｂ／｛（△γ＋Ａ・△σ）２｝ （１） ここで、 △γ 最大剪断歪振幅 △σ（△σ＝△Ｐ／Ｓ） 引張応力振幅 △Ｐ 接着部材２，４，６に加わる引張荷重振幅 Ｓ 接着部材の固着面積 Ａ，Ｂ 定数 （１）式から、各接合部材２、４、６にそれぞれ加わる
最大剪断歪振幅△γおよび引張応力振幅△σが小さくな
るほど熱疲労寿命Ｎｆが向上することが判る。そして、
最大剪断歪振幅△γは各接合部材２，４，６毎にそれぞ
れ（２）、（３）、（４）式で示される。
最大剪断歪振幅△γおよび引張応力振幅△σが小さくな
るほど熱疲労寿命Ｎｆが向上することが判る。そして、
最大剪断歪振幅△γは各接合部材２，４，６毎にそれぞ
れ（２）、（３）、（４）式で示される。
【００１３】 △γ７−１＝（Ｌ・（α７−α１）・△Ｔ）／２ｈ （２） △γ１−５＝（Ｌ・（α１−α５）・△Ｔ）／２ｈ （３） △γ５−３＝（Ｌ・（α５−α３）・△Ｔ）／２ｈ （４） ここで、 ｈ 接合部材の厚さ Ｌ 固着の長さ α１、α３、α５、α７ 接合部材２，４，６を介し
て固着された半導体チップ１、電極体３、電極体５およ
び電極体７の熱膨張係数 △Ｔ 温度差 支持電極体３ａはジルコニウム入り銅材を使用してお
り、熱膨張係数は１８×１０−６／℃程度であり、半導
体チップ１の熱膨張係数は約６×１０−６／℃である。
ここで、熱膨張緩和電極体５の熱膨張係数を支持電極体
３ａと半導体チップ１の中間にすることにより、電極体
３ａおよび接合部材５と半導体チップ１間の熱膨張差お
よび最大剪断歪振幅△γが小さくなり、熱疲労寿命耐量
Ｎｆが向上する。
て固着された半導体チップ１、電極体３、電極体５およ
び電極体７の熱膨張係数 △Ｔ 温度差 支持電極体３ａはジルコニウム入り銅材を使用してお
り、熱膨張係数は１８×１０−６／℃程度であり、半導
体チップ１の熱膨張係数は約６×１０−６／℃である。
ここで、熱膨張緩和電極体５の熱膨張係数を支持電極体
３ａと半導体チップ１の中間にすることにより、電極体
３ａおよび接合部材５と半導体チップ１間の熱膨張差お
よび最大剪断歪振幅△γが小さくなり、熱疲労寿命耐量
Ｎｆが向上する。
【００１４】前記熱膨張緩和電極体５としては、熱膨張
係数が１１×１０−６／℃程度のＣＩＣ（Ｃｕ、Ｉｎｖ
ａｒ、Ｃｕ）クラッド材が好ましい。
係数が１１×１０−６／℃程度のＣＩＣ（Ｃｕ、Ｉｎｖ
ａｒ、Ｃｕ）クラッド材が好ましい。
【００１５】次に、本発明の第２の実施形態を図２を用
いて説明する。図に示すように、支持電極体３ａとし
て、ジルコニウム入り銅を採用し、ジルコニウム入り銅
製の支持電極体３ａをアルミニウム製の放熱板９ｂに圧
入する。
いて説明する。図に示すように、支持電極体３ａとし
て、ジルコニウム入り銅を採用し、ジルコニウム入り銅
製の支持電極体３ａをアルミニウム製の放熱板９ｂに圧
入する。
【００１６】圧入試験の結果によると、支持電極体３の
径Ｄ３と放熱板９の径Ｄ９の差Ｄは、銅製の放熱板９ａ
およびアルミニウム製の放熱板９のいずれを用いた場合
にも、０．３ｍｍ以下であれば半導体チップ１を破壊し
ないことが分かった（支持電極体３の径Ｄ３＝１２．７
５ｍｍの場合）。なお、圧入後の半導体装置の接触強度
を保つために、支持電極体３の径Ｄ３と放熱板９の径Ｄ
９の差Ｄは０．１ｍｍ以上必要である。また、図３は電
源、例えば自動車用の交流発電機（オルタネータ）と接
続するリード線１０をリード電極体７に溶接等により接
続する例を示す図である。
径Ｄ３と放熱板９の径Ｄ９の差Ｄは、銅製の放熱板９ａ
およびアルミニウム製の放熱板９のいずれを用いた場合
にも、０．３ｍｍ以下であれば半導体チップ１を破壊し
ないことが分かった（支持電極体３の径Ｄ３＝１２．７
５ｍｍの場合）。なお、圧入後の半導体装置の接触強度
を保つために、支持電極体３の径Ｄ３と放熱板９の径Ｄ
９の差Ｄは０．１ｍｍ以上必要である。また、図３は電
源、例えば自動車用の交流発電機（オルタネータ）と接
続するリード線１０をリード電極体７に溶接等により接
続する例を示す図である。
【００１７】図４および図５は本発明の作用効果を説明
する図であり、図４は銅および銅合金の軟化温度を示す
図、図５は接合部材の接合前後における支持電極体の硬
度変化を示す図である。
する図であり、図４は銅および銅合金の軟化温度を示す
図、図５は接合部材の接合前後における支持電極体の硬
度変化を示す図である。
【００１８】図４に示すように、銅（無酸素銅）の軟化
温度は２００℃程度であり、ジルコニウム入り銅の軟化
温度は５００℃程度である。また、前述したように前記
接合部材として融点３００℃程度の高温半田が用いられ
る。
温度は２００℃程度であり、ジルコニウム入り銅の軟化
温度は５００℃程度である。また、前述したように前記
接合部材として融点３００℃程度の高温半田が用いられ
る。
【００１９】すなわち、支持電極体として銅を使用し、
接合部材として融点３００℃程度の高温半田（Ｐｂ−Ｓ
ｎ系半田）を用いたとき、前記銅の硬度（ビッカース硬
度）は図５の曲線（ｂ）に示すように６０程度に低下す
る。これに対して本発明のように支持電極体としてジル
コニウム入り銅を使用すると、前記高温半田（Ｐｂ−Ｓ
ｎ系半田）によりその融点領域まで加熱されても、硬度
は図５の曲線（ａ）に示すように僅かに低下するのみで
ある。
接合部材として融点３００℃程度の高温半田（Ｐｂ−Ｓ
ｎ系半田）を用いたとき、前記銅の硬度（ビッカース硬
度）は図５の曲線（ｂ）に示すように６０程度に低下す
る。これに対して本発明のように支持電極体としてジル
コニウム入り銅を使用すると、前記高温半田（Ｐｂ−Ｓ
ｎ系半田）によりその融点領域まで加熱されても、硬度
は図５の曲線（ａ）に示すように僅かに低下するのみで
ある。
【００２０】なお、ビッカース硬度はＪＩＳ Ｂ７７２
５の規格に従い測定した。ＪＩＳＢ７７２５によると、
ビッカース硬度の定義は下記の通りである。
５の規格に従い測定した。ＪＩＳＢ７７２５によると、
ビッカース硬度の定義は下記の通りである。
【００２１】対角面が１３６°のダイヤモンド正四角錐
圧子を用い、試験面にくぼみを付けた時の試験荷重と、
くぼみの対角線長さから求めた表面積とから、次の式で
求めた値ＨＶ ＨＶ＝０．１０２Ｆ／Ｓ＝０．１０２Ｆｓｉｎ（θ／２）／ｄ２ ＝０．１８９１Ｆ／ｄ２ ここで、Ｆ 試験荷重（Ｎ） Ｓ くぼみの表面積（ｍｍ２） ｄ くぼみの対角線の長さの平均値（ｍｍ） θ ダイヤモンド圧子の対面角 ビッカース硬度を測定する時、測定部分がメッキ処理等
されている場合は、研磨等の手段で削除してから、ビッ
カース硬度を測定しても良い。
圧子を用い、試験面にくぼみを付けた時の試験荷重と、
くぼみの対角線長さから求めた表面積とから、次の式で
求めた値ＨＶ ＨＶ＝０．１０２Ｆ／Ｓ＝０．１０２Ｆｓｉｎ（θ／２）／ｄ２ ＝０．１８９１Ｆ／ｄ２ ここで、Ｆ 試験荷重（Ｎ） Ｓ くぼみの表面積（ｍｍ２） ｄ くぼみの対角線の長さの平均値（ｍｍ） θ ダイヤモンド圧子の対面角 ビッカース硬度を測定する時、測定部分がメッキ処理等
されている場合は、研磨等の手段で削除してから、ビッ
カース硬度を測定しても良い。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、前
記支持電極体の硬度を放熱板の硬度よりも硬くしたの
で、支持電極体の放熱板への圧入に伴う半導体チップの
破壊を防止することができる。
記支持電極体の硬度を放熱板の硬度よりも硬くしたの
で、支持電極体の放熱板への圧入に伴う半導体チップの
破壊を防止することができる。
【図１】本発明の第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図４】本発明の作用効果を説明する図である。
【図５】本発明の作用効果を説明する図である。
【図６】従来の半導体装置を示す図である。
１ 半導体チップ ２，４，６ 接合部材 ３，３ａ 支持電極体 ５ 熱膨張緩和電極体 ７ リード電極体 ８ シリコーンゴム ９，９ａ，９ｂ 放熱板 １０ リード線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 克彦 茨城県日立市弁天町三丁目10番２号 日立 原町電子工業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA23 BB03 BD01
Claims (5)
- 【請求項１】 熱膨張緩和体を中間に介して半導体チッ
プを高温半田を用いて接合支持する支持電極体と、 前記支持電極体を圧入する穴部を有する放熱板を備え、
前記半導体チップに発生した熱を前記放熱板を介して放
熱する半導体装置において、 前記支持電極体の硬度は前記放熱板のそれよりも大きい
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 熱膨張緩和体電極体を中間に介して半導
体チップを接合支持する支持電極体と、 前記支持電極体を圧入する穴部を有する放熱板を備え、
前記半導体チップに発生した熱を前記放熱板を介して放
熱する半導体装置において、 前記支持電極体はジルコニウム入り銅製であり、前記放
熱板は銅製であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 請求項１ないし請求項２何れか１の記載
において、前記支持電極体は、半導体チップ装着面に凹
部を有する柱状体であることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項４】 請求項１ないし請求項３何れか１の記載
において、前記半導体は整流ダイオードであることを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項５】 熱膨張緩和体を中間に介して半導体チッ
プを接合支持する支持電極体を備え、該支持電極体を放
熱板に取り付けて前記半導体チップに発生した熱を放熱
する半導体装置において、前記支持電極体はジルコニウ
ム入りの銅からなることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001054935A JP2002261210A (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001054935A JP2002261210A (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002261210A true JP2002261210A (ja) | 2002-09-13 |
| JP2002261210A5 JP2002261210A5 (ja) | 2005-05-19 |
Family
ID=18915196
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001054935A Pending JP2002261210A (ja) | 2001-02-28 | 2001-02-28 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002261210A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007042765A (ja) * | 2005-08-02 | 2007-02-15 | Cmk Corp | 多層プリント配線板及びその製造方法 |
| US7423349B2 (en) | 2005-04-28 | 2008-09-09 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor device |
| JP2009043925A (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-26 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体装置及びその取付方法 |
| DE102008046724A1 (de) | 2007-09-20 | 2009-04-02 | Hitachi Ltd. | Halbleitervorrichtung |
| JP2015501728A (ja) * | 2011-12-20 | 2015-01-19 | エサブ・アーベー | ガス金属アーク溶接に用いるコンタクトチップ |
| JP2016086494A (ja) * | 2014-10-24 | 2016-05-19 | 三菱電機株式会社 | 車載用ｄｃｄｃコンバータ |
| JP2017094400A (ja) * | 2017-01-18 | 2017-06-01 | エサブ・アーベー | ガス金属アーク溶接に用いるコンタクトチップ |
-
2001
- 2001-02-28 JP JP2001054935A patent/JP2002261210A/ja active Pending
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| JP2017094400A (ja) * | 2017-01-18 | 2017-06-01 | エサブ・アーベー | ガス金属アーク溶接に用いるコンタクトチップ |
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