JP2010027953A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】温度サイクルが加わる環境で使用される半導体装置において、半導体素子を搭載した金属ベースと、金属ベースの上に第1接合材で接合され、金属ベースより線膨張係数が小さくかつ降伏応力が高い台座と、台座の上に第2接合材で接合された回路基板とを含み、第1接合材の融点は第2接合材の融点より高く、かつこれらの融点が共に温度サイクルの最高温度より高い。
【選択図】図1
Description
従来の半導体パッケージでは、金属ベースの上に、例えばCuWやMo等からなる金属台座を配置し、その上に回路基板を設けていた。このように、金属ベースの線膨張係数と回路基板の線膨張係数の中間の線膨張係数を有する金属台座を挟むことにより、回路基板と金属ベースとの線膨張係数の違いにより生じる応力を金属台座で緩和し、半導体素子や回路基板の割れや金属ベースの反りを防止していた。
図1は、全体が100で表される、本発明の実施の形態1にかかる高周波用の半導体装置の断面図である。半導体装置100は、例えばCuからなる金属ベース6を含む。金属ベース6には、金属台座4を埋め込むための埋め込み部11が設けられている。金属台座4は埋め込み部11の中に、接合材5で、底面および側面が固定される。
端子8、回路基板2の回路配線、および半導体素子2は、適宜CuやAlのワイヤ等により接続されている。
図2からわかるように、半導体装置100に対して温度変動範囲240Kの温度サイクルが加わった場合に、金属台座4の厚みを、金属ベース6の厚みに対して12〜38%の間にすることで、発生熱応力は無酸素銅である金属ベース6の降伏応力60MPaを超え、温度サイクルの高温側、低温側の双方で、金属ベース6は互いに逆方向に塑性変形を生じるようになる。このため、クリープ変形の少ない材料で接合材5を形成したがそれでも金属ベース6に塑性変形が生じた場合であっても、温度サイクルの高温側、低温側で発生する塑性変形が違いに相殺しあって1サイクルあたりの塑性変形量を低減できる。
図3は、全体が200で表される、本実施の形態2にかかる半導体装置の断面図である。図3中、図1と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
また、金属台座4の直下に金属ベース6が存在しないため、接合材5のクリープ変形に起因する金属ベース6の反りを大幅に低減できる。
図4は、全体が300で表される、本実施の形態3にかかる半導体装置の断面図である。図4中、図1と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
傾斜した面は、埋め込み部13の1つの側面から全て(通常は4つの)の側面まで、適宜選択できる。
図5は、全体が400で表される、本実施の形態4にかかる半導体装置の断面図である。図5中、図1と同一符号は、同一または相当箇所を示す。
更に、金属台座4の上に、半導体素子1と回路基板2が、それぞれ接合材3を用いて固定されている。
また、回路基板2に加えて、半導体素子1と金属ベース6との線膨張係数の違いに起因する熱応力も金属台座4で緩和することができる。
Claims (8)
- 温度サイクルが加わる環境で使用される半導体装置であって、
半導体素子を搭載した金属ベースと、
該金属ベースの上に第1接合材で接合され、該金属ベースより線膨張係数が小さくかつ降伏応力が高い台座と、
該台座の上に第2接合材で接合された回路基板とを含み、
該第1接合材の融点は該第2接合材の融点より高く、かつこれらの融点が共に該温度サイクルの最高温度より高いことを特徴とする半導体装置。 - 上記第1接合材の融点は300℃以上であり、第2接合材の融点は300℃未満であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 上記金属ベースが埋め込み部を有し、該埋め込み部中に上記台座が接合されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 上記埋め込み部は、上記金属ベースに設けられた凹部からなることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 上記半導体素子と上記回路基板が、ともに上記台座の上に固定されたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 上記埋め込み部は、上記金属ベースに設けられた貫通孔からなることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 上記貫通孔は、上記金属ベースの上面および下面に矩形形状の開口部を有し、下面の開口部が上面の開口部より狭くなるように、上記貫通孔の側面が傾斜したことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 上記金属ベースはCuからなり、上記台座は銅とモリブデンの合金または銅とタングステンの合金からなることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。
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