JP2003179191A - パワー半導体装置および放熱装置 - Google Patents
パワー半導体装置および放熱装置Info
- Publication number
- JP2003179191A JP2003179191A JP2001378457A JP2001378457A JP2003179191A JP 2003179191 A JP2003179191 A JP 2003179191A JP 2001378457 A JP2001378457 A JP 2001378457A JP 2001378457 A JP2001378457 A JP 2001378457A JP 2003179191 A JP2003179191 A JP 2003179191A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- metal container
- copper
- power semiconductor
- composite structure
- semiconductor chip
- 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
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/35—Mechanical effects
- H01L2924/351—Thermal stress
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】従来の構造の素子構造では、熱応力緩和の目的
で緩衝板を介在させると半田接合階層が増加する。熱抵
抗が大きくなる傾向にあり素子特性の低下を引起した
り、半田接合階層が増すことで、半田のボイド等の欠陥
が増加し、熱伝導率低下から素子寿命の短縮につなが
る。 【解決手段】筒型一端封止構造の金属容器と、金属容器
の底面部に一方の主面が半田接合されたｐｎ接合を有す
る半導体チップと、半導体チップの他方の主面に半田接
合されたリードと、半導体チップの露出面がシリカ粉末
を含むシリコーン樹脂層で被覆されたパワー半導体装置
において、金属容器の底面部にＣｕ−インバー−Ｃｕ積
層板或いはＣｕとＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体を局部
溶着部で積層一体容器化したパワー半導体装置を提供す
る。
で緩衝板を介在させると半田接合階層が増加する。熱抵
抗が大きくなる傾向にあり素子特性の低下を引起した
り、半田接合階層が増すことで、半田のボイド等の欠陥
が増加し、熱伝導率低下から素子寿命の短縮につなが
る。 【解決手段】筒型一端封止構造の金属容器と、金属容器
の底面部に一方の主面が半田接合されたｐｎ接合を有す
る半導体チップと、半導体チップの他方の主面に半田接
合されたリードと、半導体チップの露出面がシリカ粉末
を含むシリコーン樹脂層で被覆されたパワー半導体装置
において、金属容器の底面部にＣｕ−インバー−Ｃｕ積
層板或いはＣｕとＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体を局部
溶着部で積層一体容器化したパワー半導体装置を提供す
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パワー半導体装置
およびパワー半導体装置を組み込んだ放熱装置に関す
る。
およびパワー半導体装置を組み込んだ放熱装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の装置にあっては、金属製の容器を
使用し、金属容器の底面上に金属容器と半導体チップと
の熱膨張差による熱歪を緩和させる緩衝板を設け、その
上側に半導体チップを配置する構造とし、底面，緩衝
板，半導体チップ，外部引出し端子を半田付けし、外周
部にシリコーン樹脂層を形成して外部環境からの保護を
行うようにしていた。また、予め金属容器の側面にロー
レット加工を施して放熱板に設けた穴に圧入し、整流装
置を組み立てる時に接合を行わないようにした方法，構
造が知られる。このような方法および構造を示す従来例
として特開平４−１４６６５５号公報が知られている。
使用し、金属容器の底面上に金属容器と半導体チップと
の熱膨張差による熱歪を緩和させる緩衝板を設け、その
上側に半導体チップを配置する構造とし、底面，緩衝
板，半導体チップ，外部引出し端子を半田付けし、外周
部にシリコーン樹脂層を形成して外部環境からの保護を
行うようにしていた。また、予め金属容器の側面にロー
レット加工を施して放熱板に設けた穴に圧入し、整流装
置を組み立てる時に接合を行わないようにした方法，構
造が知られる。このような方法および構造を示す従来例
として特開平４−１４６６５５号公報が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】熱応力緩和の目的で緩
衝板を介在させると、半田接合階層が増加する。その分
熱抵抗が大きくなって素子特性の低下を引起すことが懸
念される。また、半田接合階層が増すことで、半田の中
にボイド等の欠陥が増加し、熱伝導率低下から素子寿命
の短縮につながることが懸念される。
衝板を介在させると、半田接合階層が増加する。その分
熱抵抗が大きくなって素子特性の低下を引起すことが懸
念される。また、半田接合階層が増すことで、半田の中
にボイド等の欠陥が増加し、熱伝導率低下から素子寿命
の短縮につながることが懸念される。
【０００４】本発明は、かかる点に鑑み、半導体チップ
との半田階層を少なくし、かつ熱歪負荷が小さく熱放散
性のよいパワー半導体装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は安価で高信頼性のあるパワー半導体
装置を提供する。
との半田階層を少なくし、かつ熱歪負荷が小さく熱放散
性のよいパワー半導体装置を提供することを目的とす
る。また、本発明は安価で高信頼性のあるパワー半導体
装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、筒型一端封止構造の金属容器と、金属容器の底面部
に一方の主面が半田接合されたｐｎ接合を有する半導体
チップと、半導体チップの他方の主面に半田接合された
リードと、半導体チップの露出面がシリカ粉末を含むシ
リコーン樹脂層で被覆されたパワー半導体装置におい
て、前記金属容器の一部或いは少なくとも底面部の一部
が低熱膨張係数を有するＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或
いはＣｕとＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体などの銅基構
造体を、ＦＳＷ(Friction Stir Welding：摩擦撹拌接
合）で局部溶着部を形成させて接合し、一体容器構造と
した。
に、筒型一端封止構造の金属容器と、金属容器の底面部
に一方の主面が半田接合されたｐｎ接合を有する半導体
チップと、半導体チップの他方の主面に半田接合された
リードと、半導体チップの露出面がシリカ粉末を含むシ
リコーン樹脂層で被覆されたパワー半導体装置におい
て、前記金属容器の一部或いは少なくとも底面部の一部
が低熱膨張係数を有するＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或
いはＣｕとＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体などの銅基構
造体を、ＦＳＷ(Friction Stir Welding：摩擦撹拌接
合）で局部溶着部を形成させて接合し、一体容器構造と
した。
【０００６】また、金属容器内部の同一底面部に低熱膨
張係数を有するＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或いはＣｕ
とＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体を、ＦＳＷで局部溶着
部を形成させて接合し、積層一体容器構造とした。
張係数を有するＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或いはＣｕ
とＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体を、ＦＳＷで局部溶着
部を形成させて接合し、積層一体容器構造とした。
【０００７】また、金属容器の底面部に低熱膨張係数を
有し凸型形状のＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或いはＣｕ
とＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体を、ＦＳＷで局部溶着
部を形成させて接合し、異形状一体容器構造とした。
有し凸型形状のＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或いはＣｕ
とＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体を、ＦＳＷで局部溶着
部を形成させて接合し、異形状一体容器構造とした。
【０００８】また、前記金属容器の底面部全領域を低熱
膨張係数を有するＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或いはＣ
ｕとＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体で構成し、端部立上
がり領域をＣｕまたはＣｕ合金或いはＡｌまたはＡｌ合
金からなる積層一体容器構造とした。
膨張係数を有するＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或いはＣ
ｕとＣｕ２Ｏからなる銅複合構造体で構成し、端部立上
がり領域をＣｕまたはＣｕ合金或いはＡｌまたはＡｌ合
金からなる積層一体容器構造とした。
【０００９】前述した部材間の接合方式として、高温加
圧接合，薄膜でのろう接方式，溶射により厚膜形での加
圧接合や拡散結合などがある。
圧接合，薄膜でのろう接方式，溶射により厚膜形での加
圧接合や拡散結合などがある。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。図１は、本発明の実施例であるパワー
半導体装置の断面を示す。図において半導体素子アッセ
ンブリであるパワー半導体装置１００は、筒型（深皿状
であってもよい）の金属容器１，金属容器の底部１ａ，
一方の主面が半田層４ｂを介して半田接合されたｐｎ接
合を有する半導体チップ３，半導体チップ３の他方の主
面に半田層４ａを介して半田接合されたリード５、これ
らの部品を被覆するシリカ粉末を含むシリコーン樹脂層
６を備え、半導体チップ３はシリコーン樹脂層６の被覆
によって露出されることはない。７は、放熱板である。
づいて説明する。図１は、本発明の実施例であるパワー
半導体装置の断面を示す。図において半導体素子アッセ
ンブリであるパワー半導体装置１００は、筒型（深皿状
であってもよい）の金属容器１，金属容器の底部１ａ，
一方の主面が半田層４ｂを介して半田接合されたｐｎ接
合を有する半導体チップ３，半導体チップ３の他方の主
面に半田層４ａを介して半田接合されたリード５、これ
らの部品を被覆するシリカ粉末を含むシリコーン樹脂層
６を備え、半導体チップ３はシリコーン樹脂層６の被覆
によって露出されることはない。７は、放熱板である。
【００１１】金属容器１の底部１ａには孔８が設けら
れ、ここに銅複合構造体２が配設され、ＦＳＷ方法によ
って底部１ａとの間に局部溶着部９を形成させて接合す
る。これによって銅複合構造体２は、金属容器１の一
部、すなわち孔を塞いだ底部となり、金属容器との一体
容器構成部となる。従って、この例の場合、銅複合構造
体２は底部の底面を外方に露出することになる。
れ、ここに銅複合構造体２が配設され、ＦＳＷ方法によ
って底部１ａとの間に局部溶着部９を形成させて接合す
る。これによって銅複合構造体２は、金属容器１の一
部、すなわち孔を塞いだ底部となり、金属容器との一体
容器構成部となる。従って、この例の場合、銅複合構造
体２は底部の底面を外方に露出することになる。
【００１２】銅複合構造体２は、低熱膨張係数を有する
Ｃｕ−インバー−Ｃｕ積層体（板）、あるいはＣｕとＣ
ｕ２Ｏの積層板から構成される。
Ｃｕ−インバー−Ｃｕ積層体（板）、あるいはＣｕとＣ
ｕ２Ｏの積層板から構成される。
【００１３】上述のように、半導体装置１００は、半導
体チップ３の一方の主面には半田層４ｂを介して、金属
容器１の底部である銅複合構造体２が配設され、他方の
主面には半田層４ａを介してリード５が設けられる構造
であり、２つの層の半田層４ａ，４ｂを使用して構成さ
れており、構造が単純化されている。そして、半導体チ
ップ３からの発熱は底部である銅複合構造体２を介して
放熱板７に伝達されるので熱放散性がよく、熱歪負荷が
小さくなる。半田接合階層が少ないので、その分熱抵抗
が小さく、素子特性の低下を引起す可能性を小さくす
る。また、半田接合階層が減るので、半田の中のボイド
等の欠陥が少なくなる。
体チップ３の一方の主面には半田層４ｂを介して、金属
容器１の底部である銅複合構造体２が配設され、他方の
主面には半田層４ａを介してリード５が設けられる構造
であり、２つの層の半田層４ａ，４ｂを使用して構成さ
れており、構造が単純化されている。そして、半導体チ
ップ３からの発熱は底部である銅複合構造体２を介して
放熱板７に伝達されるので熱放散性がよく、熱歪負荷が
小さくなる。半田接合階層が少ないので、その分熱抵抗
が小さく、素子特性の低下を引起す可能性を小さくす
る。また、半田接合階層が減るので、半田の中のボイド
等の欠陥が少なくなる。
【００１４】金属容器１は、ＣｕまたはＣｕ合金、ある
いはＡｌまたはＡｌ合金で構成する。銅複合構造体であ
るＣｕ−インバー−Ｃｕ積層体は、厚さの比率を１：
１：１の構成からなり、熱膨張係数が１０.５×１０
（−６）／℃からなるようにした。
いはＡｌまたはＡｌ合金で構成する。銅複合構造体であ
るＣｕ−インバー−Ｃｕ積層体は、厚さの比率を１：
１：１の構成からなり、熱膨張係数が１０.５×１０
（−６）／℃からなるようにした。
【００１５】また、ＣｕとＣｕ２Ｏからなる銅複合構造
体の場合、Ｃｕ２Ｏは２０〜８０vol％を含む合金とな
し、室温から３００℃における熱膨張係数が５×１０
（−６）／℃からなるようにした。また、金属容器１に
一体化するＣｕ−インバー−Ｃｕ積層体あるいはＣｕＣ
ｕ ２Ｏ積層体の表面にＣｕメッキからなる表面層を形成
することができる。
体の場合、Ｃｕ２Ｏは２０〜８０vol％を含む合金とな
し、室温から３００℃における熱膨張係数が５×１０
（−６）／℃からなるようにした。また、金属容器１に
一体化するＣｕ−インバー−Ｃｕ積層体あるいはＣｕＣ
ｕ ２Ｏ積層体の表面にＣｕメッキからなる表面層を形成
することができる。
【００１６】銅複合構造体に代えて、銅と他の金属と組
み合わせ銅メタライズ構造体、例えばタングステンに銅
メタライズ，モリブデンにニッケルメタライズおよび銅
メタライズした構成、あるいは銅メッキ金属板、例えば
タングステンもしくはモリブデンにニッケルメッキをし
た後にＣｕメッキをした構成をも使用することができ
る。
み合わせ銅メタライズ構造体、例えばタングステンに銅
メタライズ，モリブデンにニッケルメタライズおよび銅
メタライズした構成、あるいは銅メッキ金属板、例えば
タングステンもしくはモリブデンにニッケルメッキをし
た後にＣｕメッキをした構成をも使用することができ
る。
【００１７】ここでは、銅複合構造体，銅メタライズ金
属板，銅メッキ金属板を総称して銅基構造体と総称す
る。
属板，銅メッキ金属板を総称して銅基構造体と総称す
る。
【００１８】上記した構成にあっては、ＦＳＷ方法によ
る局部溶着方法を採用したが、この方法に代えて部材間
の接合方法として、高温加圧接合，薄膜でのろう接，溶
射による厚膜加圧あるいは拡散接合方法を採用すること
ができる。
る局部溶着方法を採用したが、この方法に代えて部材間
の接合方法として、高温加圧接合，薄膜でのろう接，溶
射による厚膜加圧あるいは拡散接合方法を採用すること
ができる。
【００１９】以上のようにして構成された銅基構造体、
例えば銅複合構造体２は放熱板７に設けた孔１０に圧
入，圧着され取り付けられる。
例えば銅複合構造体２は放熱板７に設けた孔１０に圧
入，圧着され取り付けられる。
【００２０】図２に、図１に示す半導体装置の代案を示
す。基本的には図１に示す例と同じであり、同じ構成に
は同一数字を付し、説明を繰り返さない（以下同じ）。
この例は、金属容器１自体は閉塞された（孔のない）底
部１ａを有しており、底部１ａの底面部１１にＣｕ−イ
ンバー−Ｃｕ板積層体、あるいはＣｕとＣｕ２Ｏ積層体
からなる銅複合構造体２ａを載置し、ＦＳＷ方法で局部
溶着部１２を形成させて接合し、積層型の一体容器構造
とした。また、積層一体構造による反りを考慮して、図
６に示すように、金属容器１の底部１ａ厚さよりも銅複
合構造体２ａの厚さを薄くした。この例にあっても、銅
複合構造体２ａは底部１ａに一体接合され、かつ一体容
器化されている特徴を有する。
す。基本的には図１に示す例と同じであり、同じ構成に
は同一数字を付し、説明を繰り返さない（以下同じ）。
この例は、金属容器１自体は閉塞された（孔のない）底
部１ａを有しており、底部１ａの底面部１１にＣｕ−イ
ンバー−Ｃｕ板積層体、あるいはＣｕとＣｕ２Ｏ積層体
からなる銅複合構造体２ａを載置し、ＦＳＷ方法で局部
溶着部１２を形成させて接合し、積層型の一体容器構造
とした。また、積層一体構造による反りを考慮して、図
６に示すように、金属容器１の底部１ａ厚さよりも銅複
合構造体２ａの厚さを薄くした。この例にあっても、銅
複合構造体２ａは底部１ａに一体接合され、かつ一体容
器化されている特徴を有する。
【００２１】図４に、図１あるいは図２に示す半導体装
置の代案を示す。この例は、金属容器１の底部１ａの中
央部に孔１３が設けられ、銅複合構造体２ｃが台状ある
いはＴ字状あるいは下側部分が円形部の小さい２段状に
形成され、円形部の小さい部分１４が孔１３内に入れら
れ、円形部の大きい部分１５が底部の銅メッキを施した
底面部１１上に載置される。図１あるいは図２に示す手
法によって銅複合構造体２ｃは金属容器１と一体容器化
される。特に、この構造にあっては一部が底部と一体接
合され、一部が孔１３を貫通して底面が露出するという
特徴を有し、異形状一体容器構造ということができる。
置の代案を示す。この例は、金属容器１の底部１ａの中
央部に孔１３が設けられ、銅複合構造体２ｃが台状ある
いはＴ字状あるいは下側部分が円形部の小さい２段状に
形成され、円形部の小さい部分１４が孔１３内に入れら
れ、円形部の大きい部分１５が底部の銅メッキを施した
底面部１１上に載置される。図１あるいは図２に示す手
法によって銅複合構造体２ｃは金属容器１と一体容器化
される。特に、この構造にあっては一部が底部と一体接
合され、一部が孔１３を貫通して底面が露出するという
特徴を有し、異形状一体容器構造ということができる。
【００２２】図５に、図１に示す半導体装置の代案を示
す。この例は、銅複合構造体２ｄが金属容器１の外形の
大きさを持ち、金属容器１の底部を全面に覆って金属容
器１の筒部１ｂとの間に局部溶接部１６が、形成されて
局部溶着による接合がなされるという特徴を有する。
す。この例は、銅複合構造体２ｄが金属容器１の外形の
大きさを持ち、金属容器１の底部を全面に覆って金属容
器１の筒部１ｂとの間に局部溶接部１６が、形成されて
局部溶着による接合がなされるという特徴を有する。
【００２３】次にＦＳＷ方法による局部溶接による接合
方法について説明する。図７Ａは、ＦＳＷの局部溶着に
よる接合方法を示し、図７Ｂはその一部を上側から見た
斜視図である。台４１上に金属容器１を載置し、そして
金属容器に銅複合構造体２を組み込む。金属容器１の底
部１ａに予め全面にＣｕメッキを施したＣｕ−インバー
−Ｃｕ積層体２を配置し、図７Ｂに示すように、金属容
器１とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層体２との境界部を摩擦
撹拌接合装置３１のノズル部３２を高速回転矢図３３に
示すようにして高速回転させ、円径上にスライド３５さ
せて、金属容器１とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層体と局部
的に溶着させて接合する。ＦＳＷ接合方法については特
許２７１２８３８号に詳細に説明されている。
方法について説明する。図７Ａは、ＦＳＷの局部溶着に
よる接合方法を示し、図７Ｂはその一部を上側から見た
斜視図である。台４１上に金属容器１を載置し、そして
金属容器に銅複合構造体２を組み込む。金属容器１の底
部１ａに予め全面にＣｕメッキを施したＣｕ−インバー
−Ｃｕ積層体２を配置し、図７Ｂに示すように、金属容
器１とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層体２との境界部を摩擦
撹拌接合装置３１のノズル部３２を高速回転矢図３３に
示すようにして高速回転させ、円径上にスライド３５さ
せて、金属容器１とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層体と局部
的に溶着させて接合する。ＦＳＷ接合方法については特
許２７１２８３８号に詳細に説明されている。
【００２４】図８に接合後の状態を拡大して示す（拡大
断面図）。銅複合構造体２は、Ｃｕ層５２，インバー層
５３，Ｃｕ層５４と予め銅複合構造体２に予め施された
Ｃｕメッキ５５，５６とよりなり、これらと金属容器１
の底部１ａとの間に溶着部９が円周状に形成される。
断面図）。銅複合構造体２は、Ｃｕ層５２，インバー層
５３，Ｃｕ層５４と予め銅複合構造体２に予め施された
Ｃｕメッキ５５，５６とよりなり、これらと金属容器１
の底部１ａとの間に溶着部９が円周状に形成される。
【００２５】次いで、半導体チップ３（例えば、ｐｎ接
合層を有するダイオードチップ）の両側に半田層４ａ，
４ｂ（例えば、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ−１.５ｗｔ％Ａ
ｇ：溶融温度２９６〜３０４℃）を形成し、これを上述
のように形成した金属容器１内に搭載し、外部引出し端
子であるリード５を半田接合し、加熱して半田付けを完
了させる。次いで、露出面をシリカ粉末を含むシリコー
ン樹脂６で被覆し硬化させる。
合層を有するダイオードチップ）の両側に半田層４ａ，
４ｂ（例えば、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ−１.５ｗｔ％Ａ
ｇ：溶融温度２９６〜３０４℃）を形成し、これを上述
のように形成した金属容器１内に搭載し、外部引出し端
子であるリード５を半田接合し、加熱して半田付けを完
了させる。次いで、露出面をシリカ粉末を含むシリコー
ン樹脂６で被覆し硬化させる。
【００２６】これらの工程によって半導体整流素子であ
る半導体装置を製作できる。これらの工程に一体容器構
造を採用することによって半田接合工数の低減、すなわ
ち半田階層が少なく抑えられ、かつアッセンブリ構造は
積層構造でないことから金属容器に反り問題が発生せ
ず、従って高信頼性のパワー半導体装置を安価に作り出
すことができる。
る半導体装置を製作できる。これらの工程に一体容器構
造を採用することによって半田接合工数の低減、すなわ
ち半田階層が少なく抑えられ、かつアッセンブリ構造は
積層構造でないことから金属容器に反り問題が発生せ
ず、従って高信頼性のパワー半導体装置を安価に作り出
すことができる。
【００２７】図２に示す例の場合、筒型一端封止構造の
金属容器１（例えばＣｕまたはＣｕ合金）の底面部に熱
膨張係数が１０.５×１０（−６）／℃のＣｕ−インバ
ー−Ｃｕ積層板（例えば厚さ比１：１：１）２ａを搭載
し、前述と同様にして、金属容器１の背面より摩擦撹拌
接合装置３１の先端ノズル３２を高速回転矢図３３に示
すようにして高速回転させ、摩擦熱を発生させて局部的
に溶融させて接合を継続させる。摩擦撹拌接合装置３１
で横スライド３５（例えば速度：２０mm／ｓ）させて、
金属容器の底部とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板を局部的
に溶着させて接合する。図１０が接合後の拡大断面図で
ある。Ｃｕ−インバー−Ｃｕの表面層はＣｕ材であるの
で溶着部９により金属容器１とＣｕ層５２との溶着によ
る接合が達成できる。銅複合構造体の場合は予め構造体
前面にＣｕメッキを施しておいてもよい。この場合、溶
着温度はおおよそ８００℃に達する。以上のように底部
は銅複合構造体と一体化され、一体化金属容器が形成さ
れる。
金属容器１（例えばＣｕまたはＣｕ合金）の底面部に熱
膨張係数が１０.５×１０（−６）／℃のＣｕ−インバ
ー−Ｃｕ積層板（例えば厚さ比１：１：１）２ａを搭載
し、前述と同様にして、金属容器１の背面より摩擦撹拌
接合装置３１の先端ノズル３２を高速回転矢図３３に示
すようにして高速回転させ、摩擦熱を発生させて局部的
に溶融させて接合を継続させる。摩擦撹拌接合装置３１
で横スライド３５（例えば速度：２０mm／ｓ）させて、
金属容器の底部とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板を局部的
に溶着させて接合する。図１０が接合後の拡大断面図で
ある。Ｃｕ−インバー−Ｃｕの表面層はＣｕ材であるの
で溶着部９により金属容器１とＣｕ層５２との溶着によ
る接合が達成できる。銅複合構造体の場合は予め構造体
前面にＣｕメッキを施しておいてもよい。この場合、溶
着温度はおおよそ８００℃に達する。以上のように底部
は銅複合構造体と一体化され、一体化金属容器が形成さ
れる。
【００２８】次いで、半導体チップ３（例えば、ｐｎ接
合層を有するダイオードチップ）の両側に半田層４ａ，
４ｂ（例えば、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ−１.５ｗｔ％Ａ
ｇ：溶融温度２９６〜３０４℃）を形成し、これを上述
のように形成した金属容器１内に搭載し、外部引出し端
子であるリード５を半田接合し、加熱して半田付けを完
了させる。次いで、露出面をシリカ粉末を含むシリコー
ン樹脂６で被覆し硬化させる。
合層を有するダイオードチップ）の両側に半田層４ａ，
４ｂ（例えば、Ｐｂ−５ｗｔ％Ｓｎ−１.５ｗｔ％Ａ
ｇ：溶融温度２９６〜３０４℃）を形成し、これを上述
のように形成した金属容器１内に搭載し、外部引出し端
子であるリード５を半田接合し、加熱して半田付けを完
了させる。次いで、露出面をシリカ粉末を含むシリコー
ン樹脂６で被覆し硬化させる。
【００２９】これらの工程によって半導体整流素子であ
る半導体装置を製作できる。これらの工程に一体容器構
造を採用することによって半田接合工数の低減、すなわ
ち半田階層が少なく抑えられ、かつアッセンブリ構造は
積層構造でないことから金属容器に反り問題が発生せ
ず、従って高信頼性のパワー半導体装置を安価に作り出
すことができる。
る半導体装置を製作できる。これらの工程に一体容器構
造を採用することによって半田接合工数の低減、すなわ
ち半田階層が少なく抑えられ、かつアッセンブリ構造は
積層構造でないことから金属容器に反り問題が発生せ
ず、従って高信頼性のパワー半導体装置を安価に作り出
すことができる。
【００３０】ここで、膨張係数差によって金属容器底部
での反りの問題が図３に示すように発生することが考え
られるが、図３に示すように金属容器１と放熱板７とは
圧入，圧着（カシメ）方法で形成しているので問題が発
生することはない。半導体チップ間では反り発生により
中央部の半田厚さが小さくなることが懸念されるが、半
田材に予め半田厚さ確保の目的で、シリコーン樹脂６に
Ｎｉ粉（例えば、φ４０〜７０μｍ）を含有させておく
ことで問題を解消することができる。
での反りの問題が図３に示すように発生することが考え
られるが、図３に示すように金属容器１と放熱板７とは
圧入，圧着（カシメ）方法で形成しているので問題が発
生することはない。半導体チップ間では反り発生により
中央部の半田厚さが小さくなることが懸念されるが、半
田材に予め半田厚さ確保の目的で、シリコーン樹脂６に
Ｎｉ粉（例えば、φ４０〜７０μｍ）を含有させておく
ことで問題を解消することができる。
【００３１】このような積層一体容器構造の採用によ
り、半田接合工数の低減、すなわち半田階層が少なく抑
えられ、かつ半導体チップ３との熱膨張係数差を小さく
抑えられて半田層の疲労が少なく、従って高信頼性のパ
ワー半導体装置を安価に作ることができる。
り、半田接合工数の低減、すなわち半田階層が少なく抑
えられ、かつ半導体チップ３との熱膨張係数差を小さく
抑えられて半田層の疲労が少なく、従って高信頼性のパ
ワー半導体装置を安価に作ることができる。
【００３２】図４に示すように、該金属容器１（例えば
ＣｕまたはＣｕ合金）の底面部１ａに予め全面にＣｕめ
っきを施した該Ｃｕ−インバー−Ｃｕ積層板２ｃ或いは
銅複合構造体２を配置し、前記した摩擦撹拌接合装置３
１でスライド３５（図９）させて、該容器とＣｕ−イン
バー−Ｃｕ積層板とを局部的に溶着させて接合方法によ
れば、前述した積層構造での反りが軽減できるパワー半
導体装置を得ることが出来る。
ＣｕまたはＣｕ合金）の底面部１ａに予め全面にＣｕめ
っきを施した該Ｃｕ−インバー−Ｃｕ積層板２ｃ或いは
銅複合構造体２を配置し、前記した摩擦撹拌接合装置３
１でスライド３５（図９）させて、該容器とＣｕ−イン
バー−Ｃｕ積層板とを局部的に溶着させて接合方法によ
れば、前述した積層構造での反りが軽減できるパワー半
導体装置を得ることが出来る。
【００３３】図１１は放熱装置２００の構造およびその
製作方法を示す図である。図１１Ａは、複数の半導体整
流素子１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００
ｄ）を放熱板７に組み込む状態を示す。放熱板７には複
数の本例の場合、４つの孔１０１（１０１ａ，１０１
ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ）が設けてある。また半導体整
流素子１００にはそれぞれそれらの外面にはローレット
部６１が形成してある。
製作方法を示す図である。図１１Ａは、複数の半導体整
流素子１００（１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００
ｄ）を放熱板７に組み込む状態を示す。放熱板７には複
数の本例の場合、４つの孔１０１（１０１ａ，１０１
ｂ，１０１ｃ，１０１ｄ）が設けてある。また半導体整
流素子１００にはそれぞれそれらの外面にはローレット
部６１が形成してある。
【００３４】４つの半導体整流素子１００は４つの孔１
０１に圧入，圧着され、図１１Ｂのようになる。図１１
Ｃは裏面の状態図である。この図でも判るように、放熱
板７の板面と露出した底部とが面一配置とされる。多少
の凹凸はここでいう面一配置というべきである。
０１に圧入，圧着され、図１１Ｂのようになる。図１１
Ｃは裏面の状態図である。この図でも判るように、放熱
板７の板面と露出した底部とが面一配置とされる。多少
の凹凸はここでいう面一配置というべきである。
【００３５】従って、このような構成によれば、全波整
流装置あるいは直流発電装置に使用される放熱板に金属
容器と、該金属容器内に収納された半導体チップとを備
え、該半導体チップは前記金属容器の底部に主面の一方
が半田接続されたｐｎ接合および主面の他方に半田接合
されたリードを有し、かつ樹脂層で被覆された筒型封止
構造のパワー半導体が取り付けられた放熱装置であっ
て、前記放熱板にあけられた複数の孔に、銅基構造体で
底部が一体容器化された前記金属容器がそれぞれ圧入さ
れ、前記放熱板の板面と露出した前記底部とが面一配置
とされる放熱装置が提供される。
流装置あるいは直流発電装置に使用される放熱板に金属
容器と、該金属容器内に収納された半導体チップとを備
え、該半導体チップは前記金属容器の底部に主面の一方
が半田接続されたｐｎ接合および主面の他方に半田接合
されたリードを有し、かつ樹脂層で被覆された筒型封止
構造のパワー半導体が取り付けられた放熱装置であっ
て、前記放熱板にあけられた複数の孔に、銅基構造体で
底部が一体容器化された前記金属容器がそれぞれ圧入さ
れ、前記放熱板の板面と露出した前記底部とが面一配置
とされる放熱装置が提供される。
【００３６】また、以上のように、銅基構造体が底部で
一体容器化された金属容器を有し、金属容器内に、一方
の主面が半田層を介して当該底部に接着され、他方の主
面が半田層を介してリードに接着され、半導体チップの
露出面を被覆するシリカ粉末を含むシリコーン樹脂層と
を具備する半導体整流素子（半導体装置）が提供され
る。
一体容器化された金属容器を有し、金属容器内に、一方
の主面が半田層を介して当該底部に接着され、他方の主
面が半田層を介してリードに接着され、半導体チップの
露出面を被覆するシリカ粉末を含むシリコーン樹脂層と
を具備する半導体整流素子（半導体装置）が提供され
る。
【００３７】
【発明の効果】本発明の構造によれば、半田接合部所の
低減及び半田実装工程数の削減並びに熱膨張係数差の緩
和や、金属容器構造体の容易な製造構造，方法が提供さ
れ、安価で高信頼性のパワー半導体装置が容易に得るこ
とができる。
低減及び半田実装工程数の削減並びに熱膨張係数差の緩
和や、金属容器構造体の容易な製造構造，方法が提供さ
れ、安価で高信頼性のパワー半導体装置が容易に得るこ
とができる。
【図１】本発明の一実施例であるパワー半導体装置の部
分拡大断面図。
分拡大断面図。
【図２】本発明の他の実施例であるパワー半導体装置の
部分拡大断面図。
部分拡大断面図。
【図３】パワー半導体装置の問題想定を示す部分拡大断
面図。
面図。
【図４】本発明の他の実施例であるパワー半導体装置の
部分拡大断面図。
部分拡大断面図。
【図５】本発明の他の実施例であるパワー半導体装置の
部分拡大断面図。
部分拡大断面図。
【図６】本発明（図２）の一実施例で用いた銅複合材と
金属容器（銅）の組み合わせにおける反り量の関係の説
明図。
金属容器（銅）の組み合わせにおける反り量の関係の説
明図。
【図７】本発明（図１）の一実施例で、図７Ａは金属容
器とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板との摩擦撹拌接合の方
法説明断面図、図７Ｂはその斜視図。
器とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板との摩擦撹拌接合の方
法説明断面図、図７Ｂはその斜視図。
【図８】本発明（図１）の一実施例で、金属容器とＣｕ
−インバー−Ｃｕ積層板との摩擦撹拌接合部の説明断面
図。
−インバー−Ｃｕ積層板との摩擦撹拌接合部の説明断面
図。
【図９】本発明（図２，図４，図６）の一実施例で、金
属容器とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或いは銅複合構造
体との摩擦撹拌接合の方法説明断面図。
属容器とＣｕ−インバー−Ｃｕ積層板或いは銅複合構造
体との摩擦撹拌接合の方法説明断面図。
【図１０】本発明（図２）の一実施例で、金属容器とＣ
ｕ−インバー−Ｃｕ積層板との摩擦撹拌接合部の説明断
面図。
ｕ−インバー−Ｃｕ積層板との摩擦撹拌接合部の説明断
面図。
【図１１】図１１Ａ，図１１Ｂは放熱装置の製作方法を
示す図、図１１Ｃは図１１Ｂを表面から見た図。
示す図、図１１Ｃは図１１Ｂを表面から見た図。
１…金属容器、１ａ…底部、２ａ…Ｃｕ−インバー−Ｃ
ｕなどの銅複合構造体、３…半導体チップ、４ａ，４ｂ
…半田層、５…リード、６…シリコーン樹脂、７…放熱
板、９…溶着部、３１…摩擦撹拌接合装置、３２…ノズ
ル部、３３…高速回転矢図、３４…回転、３５…スライ
ド、５２…銅層、５３…インバー層、５４…Ｃｕ層、１
００…半導体装置（半導体整流素子）、１０１…孔、２
００…放熱装置。
ｕなどの銅複合構造体、３…半導体チップ、４ａ，４ｂ
…半田層、５…リード、６…シリコーン樹脂、７…放熱
板、９…溶着部、３１…摩擦撹拌接合装置、３２…ノズ
ル部、３３…高速回転矢図、３４…回転、３５…スライ
ド、５２…銅層、５３…インバー層、５４…Ｃｕ層、１
００…半導体装置（半導体整流素子）、１０１…孔、２
００…放熱装置。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 児玉 弘則
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株
式会社日立製作所日立研究所内
(72)発明者 中島 力
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所インバータ推進本部内
(72)発明者 山崎 龍雄
茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会
社日立製作所インバータ推進本部内
Ｆターム(参考） 5F036 BA23 BB01 BB21 BD01
Claims (11)
- 【請求項１】金属容器と、該金属容器内に収納された半
導体チップとを備え、該半導体チップは前記金属容器の
底部に主面の一方が半田接続されたｐｎ接合および主面
の他方に半田接合されたリードを有し、かつ樹脂層で被
覆された筒型封止構造のパワー半導体において、 前記金属容器の底部は、前記金属容器の底部に局部溶着
で接合された、前記半導体チップの一方の主面側の面を
Ｃｕとした銅複合構造体が配設されて構成されることを
特徴とするパワー半導体装置。 - 【請求項２】金属容器と、該金属容器内に収納された半
導体チップとを備え、該半導体チップは前記金属容器の
底部に主面の一方が半田接続されたｐｎ接合および主面
の他方に半田接合されたリードを有し、かつ樹脂層で被
覆された筒型封止構造のパワー半導体において、 前記金属容器の底部は、前記半導体チップの一方の主面
側の面をＣｕとした銅複合構造体，銅メタライズ金属板
または銅メッキ金属板を含んだ銅基構造体で構成されて
一体容器化されることを特徴とするパワー半導体装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、前記銅複合構
造体は、該前記金属容器の底部に形成された孔部を介し
て接合してあることを特徴とするパワー半導体装置。 - 【請求項４】請求項１または２において、前記銅複合構
造体は、前記金属容器の底部に局部溶着で接合載置され
た構造で一体容器化してあることを特徴とするパワー半
導体装置。 - 【請求項５】請求項１または２において、前記銅複合構
造体の一部は、該金属容器の底部に形成された孔部を介
して接合してあり、他の一部は前記金属容器の底部に局
部溶接で接合載置された構造であることを特徴とするパ
ワー半導体装置。 - 【請求項６】請求項１または５のいずれかにおいて、前
記銅複合構造体は、Ｃｕ−インバー−Ｃｕ積層構造体あ
るいはＣｕとＣｕ２Ｏとからなる銅複合構造体であるこ
とを特徴とするパワー半導体装置。 - 【請求項７】請求項６において、前記銅複合構造体がＣ
ｕ−インバー−Ｃｕ積層構造体であるとき、該３つの積
層板の厚さを実質的に同一としたことを特徴とするパワ
ー半導体装置。 - 【請求項８】請求項６において、Ｃｕ積層はＣｕのめっ
き層であることを特徴とするパワー半導体装置。 - 【請求項９】金属容器と、該金属容器内に収納された半
導体チップとを備え、該半導体チップは前記金属容器の
底部に主面の一方が半田接続されたｐｎ接合および主面
の他方に半田接合されたリードを有し、かつ樹脂層で被
覆された筒型封止構造のパワー半導体装置において、 前記金属容器の底部は、前記半導体チップの一方の主面
側の面をＣｕとした銅複合構造体が配設されて一体化さ
れ、該銅複合構造体は直接的に外部に開放されることを
特徴とするパワー半導体装置。 - 【請求項１０】銅基構造体が底部で一体容器化された金
属容器を有し、金属容器内に、一方の主面が半田層を介
して当該底部に接着され、他方の主面が半田層を介して
リードに接着され、半導体チップの露光面を被覆するシ
リカ粉末を含むシリコーン樹脂層とを具備することを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項１１】全波整流装置あるいは直流発電装置に使
用される放熱板に金属容器と、該金属容器内に収納され
た半導体チップとを備え、該半導体チップは前記金属容
器の底部に主面の一方が半田接続されたｐｎ接合および
主面の他方に半田接合されたリードを有し、かつ樹脂層
で被覆された筒型封止構造のパワー半導体が取り付けら
れた放熱装置において、 前記放熱板にあけられた複数の孔に、銅基構造体で底部
が一体容器化された前記金属容器がそれぞれ圧入され、
前記放熱板の板面と露出した前記底部とが面一配置とさ
れることを特徴とする放熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001378457A JP2003179191A (ja) | 2001-12-12 | 2001-12-12 | パワー半導体装置および放熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001378457A JP2003179191A (ja) | 2001-12-12 | 2001-12-12 | パワー半導体装置および放熱装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003179191A true JP2003179191A (ja) | 2003-06-27 |
Family
ID=19186173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001378457A Pending JP2003179191A (ja) | 2001-12-12 | 2001-12-12 | パワー半導体装置および放熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003179191A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012109288A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-06-07 | Takamatsu Mekki:Kk | Ｌｅｄ用ウエハ |
| WO2018030165A1 (ja) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社 東芝 | 半導体モジュールおよびその生産方法 |
-
2001
- 2001-12-12 JP JP2001378457A patent/JP2003179191A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012109288A (ja) * | 2010-10-20 | 2012-06-07 | Takamatsu Mekki:Kk | Ｌｅｄ用ウエハ |
| WO2018030165A1 (ja) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社 東芝 | 半導体モジュールおよびその生産方法 |
| JP2018026456A (ja) * | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社東芝 | 半導体モジュールおよびその生産方法 |
| CN109564898A (zh) * | 2016-08-10 | 2019-04-02 | 株式会社东芝 | 半导体模块及其生产方法 |
| EP3499558A4 (en) * | 2016-08-10 | 2020-02-19 | Kabushiki Kaisha Toshiba | SEMICONDUCTOR MODULE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF |
| CN109564898B (zh) * | 2016-08-10 | 2022-08-30 | 株式会社东芝 | 半导体模块及其生产方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101193212B1 (ko) | 반도체 칩 내장 배선 기판 및 그 제조 방법 | |
| JP4610414B2 (ja) | 電子部品収納用パッケージおよび電子装置ならびに電子装置の実装構造 | |
| US20110108245A1 (en) | Circuit Board Forming Diffusion Bonded Wall of Vapor Chamber | |
| JP2002203932A (ja) | 半導体パワー素子用放熱基板とその導体板及びヒートシンク材並びにロー材 | |
| JP2002203942A (ja) | パワー半導体モジュール | |
| JP5965687B2 (ja) | パワー半導体モジュール | |
| KR20080083533A (ko) | 플립-칩 방식의 적층형 파워 모듈 및 그 파워 모듈의제조방법 | |
| JPWO2015029511A1 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP5383717B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP6945418B2 (ja) | 半導体装置および半導体装置の製造方法 | |
| JP2007088030A (ja) | 半導体装置 | |
| JP2012074497A (ja) | 回路基板 | |
| JP4023032B2 (ja) | 半導体装置の実装構造及び実装方法 | |
| JP2010098057A (ja) | ヒートシンク付パワーモジュール用基板、ヒートシンク付パワーモジュール及び緩衝層付パワーモジュール用基板 | |
| JP2004356625A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| JP2008135627A (ja) | 半導体装置 | |
| JP4407509B2 (ja) | 絶縁伝熱構造体及びパワーモジュール用基板 | |
| JP2011096830A (ja) | 半導体装置 | |
| TWI296839B (en) | A package structure with enhancing layer and manufaturing the same | |
| JP2003179191A (ja) | パワー半導体装置および放熱装置 | |
| JP3199028B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
| WO2015004952A1 (ja) | 回路基板 | |
| JP6924432B2 (ja) | 半導体装置の製造方法及び半導体装置 | |
| JP7320446B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| JP7563295B2 (ja) | 半導体装置 |