JP2012222022A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2012222022A
JP2012222022A JP2011083466A JP2011083466A JP2012222022A JP 2012222022 A JP2012222022 A JP 2012222022A JP 2011083466 A JP2011083466 A JP 2011083466A JP 2011083466 A JP2011083466 A JP 2011083466A JP 2012222022 A JP2012222022 A JP 2012222022A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heat sink
thermal expansion
substrate
expansion coefficient
semiconductor device
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.)
Withdrawn
Application number
JP2011083466A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Aoki
一雄 青木
Hiromichi Yasugata
廣通 安形
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.)
Aisin AW Co Ltd
Original Assignee
Aisin AW Co 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 Aisin AW Co Ltd filed Critical Aisin AW Co Ltd
Priority to JP2011083466A priority Critical patent/JP2012222022A/en
Publication of JP2012222022A publication Critical patent/JP2012222022A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means 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
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/32221Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/32225Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1306Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]

Landscapes

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

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device with improved reliability of a bonding portion between a substrate and heat sink composed of dissimilar materials.SOLUTION: A semiconductor device 1 according to the present invention comprises: a substrate 20 or 22 on which a semiconductor element is mounted; a heat sink 40 that is bonded on the side opposite to the arrangement side of the semiconductor element on the substrate and has a thermal expansion coefficient larger than that of the substrate; and a thermal deformation suppressing member 70 (710, 720, 730, and 740) that is provided on the heat sink, has a thermal expansion coefficient smaller than that of the heat sink, and suppresses the thermal expansion of the heat sink in the direction parallel to the bonding surface between the heat sink and the substrate.

Description

本発明は、基板とヒートシンクが接合される半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device in which a substrate and a heat sink are joined.

従来から、この種の半導体装置は知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、銅、アルミニウム等からなるヒートスプレッダ(基板)上に半導体チップが配置され、ヒートスプレッダとヒートシンクとが熱伝導シートを介して接合されている。   Conventionally, this type of semiconductor device is known (see, for example, Patent Document 1). In Patent Document 1, a semiconductor chip is disposed on a heat spreader (substrate) made of copper, aluminum, or the like, and the heat spreader and the heat sink are bonded via a heat conductive sheet.

特開2005−268514号公報JP 2005-268514 A

ところで、基板とヒートシンクが熱膨張係数の異なる異種材料で構成される場合、これらの異種材料間の熱膨張係数差に起因して、基板とヒートシンクの間の接合部の信頼性が損なわれる虞がある。例えば、基板を銅で構成し、ヒートシンクをアルミで構成した場合、アルミの熱膨張係数が銅の熱膨張係数よりも有意に大きいことに起因して、基板とヒートシンクの間の接合部に熱応力が生じることで、当該接合部に剥離が生じ、信頼性が損なわれる虞がある。   By the way, when the substrate and the heat sink are made of different materials having different thermal expansion coefficients, the reliability of the joint between the substrate and the heat sink may be impaired due to the difference in the thermal expansion coefficients between these different materials. is there. For example, if the board is made of copper and the heat sink is made of aluminum, the thermal stress at the joint between the board and the heat sink is caused by the fact that the thermal expansion coefficient of aluminum is significantly larger than that of copper. As a result, peeling occurs at the joint, and reliability may be impaired.

これに対して、基板とヒートシンクの間の接合に使用する樹脂接着剤や樹脂シートの改良や、接着層の厚みの調整、接合表面の改質などにより接合信頼性を向上させることも可能である。しかしながら、このようなアプローチの対策では、接合部での熱抵抗が増加して熱伝導性が悪化することやサイズ(厚み)が大きくなる等の弊害が生じうる。   On the other hand, it is possible to improve the bonding reliability by improving the resin adhesive and resin sheet used for bonding between the substrate and the heat sink, adjusting the thickness of the adhesive layer, and modifying the bonding surface. . However, the countermeasures of such an approach may cause adverse effects such as an increase in thermal resistance at the joint and deterioration of thermal conductivity and an increase in size (thickness).

そこで、本発明は、異種材料で構成された基板とヒートシンクの間の接合部の信頼性が向上された半導体装置の提供を目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the reliability of a joint portion between a substrate and a heat sink made of different materials is improved.

上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、半導体素子が配置される基板と、
前記基板における前記半導体素子の配置側とは逆側に接合され、前記基板よりも熱膨張係数が大きいヒートシンクと、
前記ヒートシンクに設けられ、前記ヒートシンクよりも熱膨張係数が小さく、前記ヒートシンクと前記基板の間の接合面に平行な方向の前記ヒートシンクの熱膨張を抑制する熱変形抑制部材と、を備えることを特徴とする半導体装置が提供される。
To achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a substrate on which a semiconductor element is disposed;
A heat sink bonded to the side opposite to the side of the semiconductor element on the substrate and having a larger thermal expansion coefficient than the substrate;
A thermal deformation suppression member provided on the heat sink, having a smaller thermal expansion coefficient than the heat sink, and suppressing thermal expansion of the heat sink in a direction parallel to a bonding surface between the heat sink and the substrate. A semiconductor device is provided.

本発明によれば、異種材料で構成された基板とヒートシンクの間の接合部の信頼性が向上された半導体装置が得られる。   According to the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device in which the reliability of a joint portion between a substrate made of a different material and a heat sink is improved.

本発明が適用可能な半導体装置1の一例の要部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the principal part of an example of the semiconductor device 1 which can apply this invention. 熱変形抑制部材70の一実施例である拘束リング710の単品状態を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a single item state of a restraining ring 710 that is an example of a thermal deformation suppressing member 70. 図2に示す拘束リング710の取付状態を示す3面図である。FIG. 3 is a three-side view illustrating a mounting state of the restraining ring 710 illustrated in FIG. 2. 拘束リング710によるヒートシンク40の拘束原理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the restraint principle of the heat sink 40 by the restraint ring 710. FIG. 熱変形抑制部材70の他の一実施例である拘束埋め込みバー720の単品状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the single-piece | unit state of the restraint embedding bar | burr 720 which is another Example of the thermal deformation suppression member 70. FIG. 図5に示す拘束埋め込みバー720の取付状態を示す3面図である。FIG. 6 is a three-side view illustrating a mounting state of the constraint embedding bar 720 illustrated in FIG. 5. 拘束埋め込みバー720によるヒートシンク40の拘束原理を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the restraint principle of the heat sink 40 by the restraint embedding bar | burr 720. FIG. 図5に示す拘束埋め込みバー720の他の取り付け状態を示す上面図である。It is a top view which shows the other attachment state of the restraint embedding bar | burr 720 shown in FIG. 熱変形抑制部材70の他の一実施例である拘束埋め込みバー730の単品状態を示す平面図である。It is a top view which shows the single-item state of the restraint embedding bar | burr 730 which is another Example of the thermal deformation suppression member 70. FIG. 熱変形抑制部材70の他の一実施例である拘束埋め込み板740の単品状態を示す平面図である。It is a top view which shows the single item state of the restraint embedding board 740 which is another Example of the thermal deformation suppression member 70. FIG. ヒートシンク40内の拘束埋め込み板740の断面図である。4 is a cross-sectional view of a constraining embedding plate 740 in a heat sink 40. FIG. 基板の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of a board | substrate.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。   The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例による半導体装置1の要部を示す断面図である。尚、半導体装置1の上下方向は、半導体装置1の搭載状態に応じて上下方向が異なるが、以下では、便宜上、半導体装置1のチップ10側を上方とする。半導体装置1は、例えば、ハイブリッド車又は電気自動車で使用されるモータ駆動用のインバータを構成するものであってよい。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention. The vertical direction of the semiconductor device 1 differs depending on the mounting state of the semiconductor device 1, but in the following, for convenience, the chip 10 side of the semiconductor device 1 is upward. The semiconductor device 1 may constitute an inverter for driving a motor used in, for example, a hybrid vehicle or an electric vehicle.

半導体装置1は、図1に示すように、チップ10と、ヒートスプレッダ20と、絶縁層30と、ヒートシンク40とを含む。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 includes a chip 10, a heat spreader 20, an insulating layer 30, and a heat sink 40.

チップ10は、パワー半導体素子を含み、本例ではIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を含む。尚、チップ10が含むパワー半導体素子の種類や数は、任意である。チップ10は、IGBTに代えて、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field‐Effect Transistor)のような他のスイッチング素子を含んでもよい。チップ10は、ヒートスプレッダ20上に半田50により接合される。   The chip 10 includes a power semiconductor element, and in this example includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Note that the type and number of power semiconductor elements included in the chip 10 are arbitrary. The chip 10 may include another switching element such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) instead of the IGBT. The chip 10 is bonded onto the heat spreader 20 with solder 50.

ヒートスプレッダ20は、チップ10で発生する熱を吸収し拡散する部材である。ヒートスプレッダ20は、例えば銅、アルミなどの熱拡散性の優れた金属から形成される。本例では、一例として、ヒートスプレッダ20は、銅により形成される。銅としては、伝導率が銅材の中で最も高い無酸素銅(C1020)が好適である。銅は、典型的には、17ppm/℃の熱膨張係数を有する。   The heat spreader 20 is a member that absorbs and diffuses heat generated in the chip 10. The heat spreader 20 is formed from a metal having excellent thermal diffusibility, such as copper or aluminum. In this example, as an example, the heat spreader 20 is made of copper. As copper, oxygen-free copper (C1020) having the highest conductivity among copper materials is suitable. Copper typically has a coefficient of thermal expansion of 17 ppm / ° C.

絶縁層30は、樹脂接着剤や樹脂シートから構成されてよい。絶縁層30は、例えばアルミナをフィラーとした樹脂で形成されてもよい。絶縁層30は、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40の間に設けられ、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40に接合する。絶縁層30は、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40との間の電気的な絶縁性を確保しつつ、ヒートスプレッダ20からヒートシンク40への高い熱伝導性を確保する。   The insulating layer 30 may be composed of a resin adhesive or a resin sheet. The insulating layer 30 may be formed of a resin using alumina as a filler, for example. The insulating layer 30 is provided between the heat spreader 20 and the heat sink 40 and is bonded to the heat spreader 20 and the heat sink 40. The insulating layer 30 ensures high thermal conductivity from the heat spreader 20 to the heat sink 40 while ensuring electrical insulation between the heat spreader 20 and the heat sink 40.

ヒートシンク40は、熱伝導性の良い材料から形成され、例えば、アルミなどの金属により形成される。本例では、ヒートシンク40は、アルミにより形成される。アルミは、典型的には、24ppm/℃の熱膨張係数を有する。   The heat sink 40 is formed of a material having good thermal conductivity, and is formed of a metal such as aluminum, for example. In this example, the heat sink 40 is made of aluminum. Aluminum typically has a coefficient of thermal expansion of 24 ppm / ° C.

ヒートシンク40は、上述の如く、上面がヒートスプレッダ20に接合される。ヒートシンク40は、図1に示すように、下面側にフィン42を備える。フィン42の数や配列態様は任意である。フィン42は、図示のようなストレートフィンであってもよいし、その他、ピンフィンの千鳥配置等で実現されてもよい。半導体モジュール1の実装状態では、フィン42は、冷却水や冷却油のような冷却媒体と接触する。このようにして、半導体装置1の駆動時に生じるチップ10からの熱は、ヒートスプレッダ20、絶縁層30を介して、ヒートシンク40のフィン42から冷却媒体へと伝達され、半導体装置1の冷却が実現される。   As described above, the upper surface of the heat sink 40 is bonded to the heat spreader 20. As shown in FIG. 1, the heat sink 40 includes fins 42 on the lower surface side. The number and arrangement of the fins 42 are arbitrary. The fins 42 may be straight fins as illustrated, or may be realized by staggered arrangement of pin fins. In the mounted state of the semiconductor module 1, the fins 42 are in contact with a cooling medium such as cooling water or cooling oil. In this way, the heat from the chip 10 generated when the semiconductor device 1 is driven is transmitted to the cooling medium from the fins 42 of the heat sink 40 via the heat spreader 20 and the insulating layer 30, and cooling of the semiconductor device 1 is realized. The

ヒートシンク40には、ヒートシンク40の熱膨張を抑制する熱変形抑制部材70が設けられる。熱変形抑制部材70は、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20の間の接合面に平行な方向でのヒートシンク40の熱膨張を機械的に拘束する部材である。熱変形抑制部材70は、ヒートシンク40より熱膨張係数が小さい。また、熱変形抑制部材70は、好ましくは、更に、ヒートスプレッダ20よりも熱膨張係数が小さい。また、熱変形抑制部材70は、後述の如くヒートシンク40の熱膨張を抑制する際にヒートシンク40から反力を受けることになるので、かかる機能を果たすことができる剛性・ヤング率を有する材料であることが望ましい。例えば、熱変形抑制部材70は、例えば鉄(11ppm/℃の熱膨張係数)やアルミナ(5ppm/℃の熱膨張係数)で形成されてもよい。   The heat sink 40 is provided with a thermal deformation suppressing member 70 that suppresses thermal expansion of the heat sink 40. The thermal deformation suppression member 70 is a member that mechanically restrains thermal expansion of the heat sink 40 in a direction parallel to the joint surface between the heat sink 40 and the heat spreader 20. The thermal deformation suppressing member 70 has a smaller thermal expansion coefficient than the heat sink 40. Further, the thermal deformation suppressing member 70 preferably has a smaller thermal expansion coefficient than that of the heat spreader 20. Further, the thermal deformation suppressing member 70 receives a reaction force from the heat sink 40 when suppressing the thermal expansion of the heat sink 40 as will be described later. It is desirable. For example, the thermal deformation suppression member 70 may be formed of, for example, iron (thermal expansion coefficient of 11 ppm / ° C.) or alumina (thermal expansion coefficient of 5 ppm / ° C.).

以下、熱変形抑制部材70の構成を詳説する。尚、図1には、図2及び図3を参照して以下で説明する拘束リング710が熱変形抑制部材70の一実施例として図示されている。尚、用語の定義として、「外側」とは、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20の間の接合面に垂直に視たときに(以下、単に「面直視」ともいう)、半導体装置1の中心O(図3参照)を基準とする。即ち、「外側」とは、面直視で半導体装置1の中心Oから離れる側を意味する。尚、半導体装置1の中心Oは凡そであればよく、厳密に決定されるべき性質のものでない。   Hereinafter, the configuration of the thermal deformation suppressing member 70 will be described in detail. In FIG. 1, a restraining ring 710 described below with reference to FIGS. 2 and 3 is illustrated as an example of the thermal deformation suppressing member 70. As a definition of the term, “outside” refers to the center O of the semiconductor device 1 when viewed perpendicularly to the bonding surface between the heat sink 40 and the heat spreader 20 (hereinafter also simply referred to as “plane direct view”) (see FIG. 3). That is, “outside” means a side away from the center O of the semiconductor device 1 when viewed from the surface. Note that the center O of the semiconductor device 1 only needs to be approximately, and is not of a nature that should be strictly determined.

図2は、熱変形抑制部材70の一実施例である拘束リング710の単品状態を示す斜視図である。図3は、図2に示す拘束リング710の取付状態を示す3面図である。図3には、理解の容易化のため、拘束リング710の他、半導体装置1の一部構成(ヒートスプレッダ20、絶縁層30及びヒートシンク40)のみが模式的に図示されている。   FIG. 2 is a perspective view showing a single product state of a restraining ring 710 which is an embodiment of the thermal deformation suppressing member 70. FIG. 3 is a three-sided view showing a mounting state of the restraining ring 710 shown in FIG. For ease of understanding, FIG. 3 schematically shows only a part of the configuration of the semiconductor device 1 (the heat spreader 20, the insulating layer 30, and the heat sink 40) in addition to the restraining ring 710.

拘束リング710は、図2に示すように、リング状に形成される。拘束リング710は、図3に示すように、ヒートシンク40の側面44を四方から囲む態様で、ヒートシンク40の側面44に嵌められる。拘束リング710は、ヒートシンク40まわりに嵌められた状態で、拘束リング710の内側の面712とヒートシンク40の側面44との間の隙間が略ゼロとなるように、構成される。或いは、拘束リング710の熱膨張係数がヒートシンク40の熱膨張係数よりも小さいことを利用して、低温下で収縮したヒートシンク40まわりに嵌めこまれ、常温時、ヒートシンク40の側面44に収縮方向の力を付与してもよい。即ち、拘束リング710は、ヒートシンク40にヒートシンクの収縮方向の初期の力を付与してもよい。   The constraining ring 710 is formed in a ring shape as shown in FIG. As shown in FIG. 3, the restraining ring 710 is fitted to the side surface 44 of the heat sink 40 in such a manner as to surround the side surface 44 of the heat sink 40 from four directions. The constraining ring 710 is configured such that the gap between the inner surface 712 of the constraining ring 710 and the side surface 44 of the heat sink 40 is substantially zero when fitted around the heat sink 40. Alternatively, using the fact that the thermal expansion coefficient of the constraining ring 710 is smaller than the thermal expansion coefficient of the heat sink 40, the restraint ring 710 is fitted around the heat sink 40 contracted at a low temperature, and in the contraction direction on the side surface 44 of the heat sink 40 at room temperature. You may give power. That is, the restraining ring 710 may apply an initial force to the heat sink 40 in the shrinkage direction of the heat sink.

また、拘束リング710は、ヒートシンク40の厚み方向でヒートシンク40の全厚み(フィン42の部分を除く)に亘って設けられてもよいし、図1及び図3に示すように、ヒートシンク40の厚み方向の一部のみ(図示の例では、下側の部分)に設けられてもよい。更に、拘束リング710は、ヒートシンク40のフィン42を外側から囲繞するように設けられてもよい。また、拘束リング710は、図1に示すように(図1では参照符号70で指示)、ヒートシンク40の側面44に形成された凹部44aに嵌められてもよいし、かかる凹部44aが存在しない場合には、ヒートシンク40の平らな側面44に直接嵌められてもよい。   Further, the restraining ring 710 may be provided over the entire thickness of the heat sink 40 (excluding the fins 42) in the thickness direction of the heat sink 40, or as shown in FIGS. It may be provided only in a part of the direction (the lower part in the illustrated example). Further, the restraining ring 710 may be provided so as to surround the fins 42 of the heat sink 40 from the outside. Further, as shown in FIG. 1 (indicated by reference numeral 70 in FIG. 1), the restraining ring 710 may be fitted into a recess 44a formed on the side surface 44 of the heat sink 40, or when such a recess 44a does not exist. May be fitted directly onto the flat side surface 44 of the heat sink 40.

図4は、拘束リング710によるヒートシンク40の拘束原理を模式的に示す図であり、ヒートシンク40と拘束リング710を上面視で示す図である。尚、ここでは、簡易化のため、ヒートシンク40は正方形の外形を有しているものとする。E1は、所定温度上昇したときのヒートシンク40の単品での熱膨張量(拘束リング710で拘束されていない状態での熱膨張量)を表し、E2は、同じ所定温度上昇したときの拘束リング710の単品での熱膨張量を表す。   FIG. 4 is a diagram schematically showing the restraining principle of the heat sink 40 by the restraining ring 710, and is a diagram showing the heat sink 40 and the restraining ring 710 in a top view. Here, for simplification, it is assumed that the heat sink 40 has a square outer shape. E1 represents the amount of thermal expansion of the single heat sink 40 when the predetermined temperature rises (the amount of thermal expansion when not restrained by the restraining ring 710), and E2 represents the restraining ring 710 when the same predetermined temperature rises. Represents the amount of thermal expansion of a single product.

拘束リング710の熱膨張係数の方がヒートシンク40の熱膨張係数よりも小さいので、同一の温度環境下では、図4に示すように、ヒートシンク40の方が拘束リング710よりも大きく熱膨張しようとする。即ち、E1の方がE2よりも大きい。しかしながら、ヒートシンク40の外側には、拘束リング710が嵌められているので、ヒートシンク40は自由にE1だけ膨張することはできない。即ち、ヒートシンク40は、拘束リング710により収縮方向に力を受け、熱膨張が抑制される。このようにして、本実施例によれば、拘束リング710を設けることにより、等価的にヒートシンク40の熱膨張係数を低減することができる。これにより、実質的にヒートシンク40とヒートスプレッダ20との間の熱膨張係数の差を低減することができ、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20との間の接合部に生じる熱応力を低減することができる。この結果、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20との間の接合部の信頼性を高めることができる。   Since the thermal expansion coefficient of the constraining ring 710 is smaller than the thermal expansion coefficient of the heat sink 40, the heat sink 40 tends to expand larger than the constraining ring 710 under the same temperature environment as shown in FIG. To do. That is, E1 is larger than E2. However, since the restraining ring 710 is fitted to the outside of the heat sink 40, the heat sink 40 cannot freely expand by E1. That is, the heat sink 40 receives a force in the contraction direction by the restraining ring 710, and thermal expansion is suppressed. Thus, according to the present embodiment, by providing the restraining ring 710, the thermal expansion coefficient of the heat sink 40 can be equivalently reduced. Thereby, the difference of the thermal expansion coefficient between the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be substantially reduced, and the thermal stress generated at the joint between the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be reduced. As a result, the reliability of the joint between the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be increased.

尚、本実施例によれば、上述の如く、ヒートシンク40の実質的な熱膨張係数は、拘束リング710との組み合わせにより、ヒートシンク40の本来の熱膨張係数よりも小さくなる。このヒートシンク40の実質的な熱膨張係数は、拘束リング710の構成(拘束リング710の熱膨張係数や、拘束リング710の嵌め方、嵌める範囲等)に依存して変化する。従って、このヒートシンク40の実質的な熱膨張係数がヒートスプレッダ20の熱膨張係数と同一になるように、拘束リング710の構成が調整されてもよい。この場合、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20との間の熱膨張係数の差を実質的に無くすことも可能である。尚、かかる構成を実現するには、拘束リング710の熱膨張係数をヒートスプレッダ20の熱膨張係数よりも小さくすることが有効である。   According to the present embodiment, as described above, the substantial thermal expansion coefficient of the heat sink 40 becomes smaller than the original thermal expansion coefficient of the heat sink 40 by the combination with the restraining ring 710. The substantial thermal expansion coefficient of the heat sink 40 changes depending on the configuration of the restraining ring 710 (the thermal expansion coefficient of the restraining ring 710, how to fit the restraining ring 710, the fitting range, etc.). Therefore, the configuration of the restraining ring 710 may be adjusted so that the substantial thermal expansion coefficient of the heat sink 40 is the same as the thermal expansion coefficient of the heat spreader 20. In this case, the difference in thermal expansion coefficient between the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be substantially eliminated. In order to realize such a configuration, it is effective to make the thermal expansion coefficient of the restraining ring 710 smaller than the thermal expansion coefficient of the heat spreader 20.

また、本実施例によれば、拘束リング710は、面直視でヒートスプレッダ20よりも外側に配置されているので、拘束リング710がヒートスプレッダ20からヒートシンク40への熱の伝導を阻害することもない。   Further, according to the present embodiment, the restraining ring 710 is disposed outside the heat spreader 20 in a face-on view, so that the restraining ring 710 does not hinder heat conduction from the heat spreader 20 to the heat sink 40.

図5は、熱変形抑制部材70の他の一実施例である拘束埋め込みバー720の単品状態を示す斜視図である。図6は、図5に示す拘束埋め込みバー720の取付状態を示す3面図である。図5には、理解の容易化のため、拘束埋め込みバー720の他、半導体装置1の一部構成(ヒートスプレッダ20、絶縁層30及びヒートシンク40)のみが模式的に図示されている。   FIG. 5 is a perspective view showing a single product state of the restraining embedded bar 720 which is another embodiment of the thermal deformation suppressing member 70. FIG. 6 is a three-sided view showing a mounting state of the constraint embedding bar 720 shown in FIG. For ease of understanding, FIG. 5 schematically shows only a part of the configuration of the semiconductor device 1 (the heat spreader 20, the insulating layer 30, and the heat sink 40) in addition to the constraint embedding bar 720.

拘束埋め込みバー720は、図5に示すように、棒状又は板状の部材である。尚、拘束埋め込みバー720の基本断面形状は、円形や矩形、楕円形等を含め、任意であってよい。拘束埋め込みバー720は凹部722を有する。凹部722は、図5に示すように、貫通する開口により実現されてもよいし、或いは、貫通しないへこみにより実現されてもよい。また、拘束埋め込みバー720は、複数の拘束埋め込みバー720の交差(図6のP部参照)を可能とするための切り欠き724を有してもよい。   The constraint embedding bar 720 is a rod-like or plate-like member as shown in FIG. The basic cross-sectional shape of the constraint embedding bar 720 may be arbitrary including a circular shape, a rectangular shape, an elliptical shape, or the like. The restraining embedding bar 720 has a recess 722. As shown in FIG. 5, the concave portion 722 may be realized by an opening that penetrates, or may be realized by a recess that does not penetrate. Further, the constraint embedding bar 720 may have a notch 724 for allowing the plurality of constraint embedding bars 720 to intersect (see P part in FIG. 6).

拘束埋め込みバー720は、アルミダイキャストによりヒートシンク40に埋設される。即ち、ヒートシンク40は、拘束埋め込みバー720をインサートしてアルミダイキャストにより製造される。これにより、拘束埋め込みバー720は、ヒートシンク40と一体をなし、後述の拘束作用を効果的に発揮することができる。   The constraint embedding bar 720 is embedded in the heat sink 40 by aluminum die casting. That is, the heat sink 40 is manufactured by aluminum die casting by inserting the restraining embedded bar 720. Thereby, the constraint embedding bar 720 is integrated with the heat sink 40 and can effectively exhibit the constraint action described later.

拘束埋め込みバー720は、ヒートシンク40の内部の一部を外側から囲繞する(四方から囲む)ように配列される。図示の例では、拘束埋め込みバー720は、図6に示すように、ヒートシンク40の内部の一部を四方から囲むように、ヒートシンク40内に4本埋設される。拘束埋め込みバー720は、側面726(図5参照)がヒートシンク40の側面44と対向する向きで埋設される。また、隣接する2つの拘束埋め込みバー720は、切り欠き724による交差を可能とするため、互いに上下逆向きに配列される。尚、切り欠き724を介した拘束埋め込みバー720間の結合は、強固であってもよいし、ガタを有する態様であってもよい。   The constraint embedding bar 720 is arranged so as to surround a part of the inside of the heat sink 40 from the outside (enclose from four sides). In the illustrated example, four constraint embedding bars 720 are embedded in the heat sink 40 so as to surround a part of the inside of the heat sink 40 from four sides as shown in FIG. The restraint embedding bar 720 is embedded such that the side surface 726 (see FIG. 5) faces the side surface 44 of the heat sink 40. Further, the two adjacent constraint embedding bars 720 are arranged upside down with respect to each other so as to be able to intersect with the notch 724. It should be noted that the connection between the constraint embedding bars 720 via the notches 724 may be strong or may have a backlash.

尚、拘束埋め込みバー720は、ヒートシンク40の厚み方向でヒートシンク40の全厚み(フィン42の部分を除く)に亘って設けられてもよいし、図6に示すように、ヒートシンク40の厚み方向の一部のみ(図示の例では、下側の部分)に設けられてもよい。また、各拘束埋め込みバー720における交差位置から外側の部分は省略されてもよい。   The restraining embedding bar 720 may be provided over the entire thickness of the heat sink 40 (excluding the fin 42) in the thickness direction of the heat sink 40, or as shown in FIG. It may be provided only in part (in the illustrated example, the lower part). Further, the portion outside the intersecting position in each constraint embedding bar 720 may be omitted.

図7は、拘束埋め込みバー720によるヒートシンク40の拘束原理を模式的に示す図であり、ヒートシンク40と拘束埋め込みバー720の一部(凹部722周辺部)を面直視で示す図である。   FIG. 7 is a diagram schematically showing the principle of restraint of the heat sink 40 by the restraint embedding bar 720, and is a diagram showing a part of the heat sink 40 and the restraint embedding bar 720 (periphery of the recess 722) in a plane view.

ここでは、図7に示すように、拘束埋め込みバー720の凹部722の内部の部位400と、凹部722より外側の部位402と、凹部722より内側の部位404を想定する。これらの部位400,402,404は、ヒートシンク40の部位であるとする。ヒートシンク40が熱膨張するとき、部位400,402,404は、主に図7に示す矢印の方向に移動しようとする。他方、拘束埋め込みバー720についても同様の方向に熱膨張するが、熱膨張係数がヒートシンク40よりも小さいのでその膨張量は比較的小さい。従って、凹部722の内部の部位404は、拘束埋め込みバー720の凹部722によりその移動が抑制される。即ち、凹部722の内部のヒートシンク40の部位は、図7に示す力Fを受け、熱膨張が抑制される。凹部722より外側の部位402と、凹部722より内側の部位404は、それぞれ、凹部722の内部の部位400と一体となっている。従って、凹部722より外側の部位402と、凹部722より内側の部位404についても、凹部722の内部の部位400と共に、拘束埋め込みバー720の凹部722によりその移動が抑制される。即ち、熱膨張しようとするヒートシンク40の内部の所定部位(部位400)が凹部722に引っ掛かることでヒートシンク40全体に収縮方向の反力が付与される。このようにして、本実施例によれば、拘束埋め込みバー720を設けることにより、等価的にヒートシンク40の熱膨張係数を低減することができる。これにより、実質的にヒートシンク40とヒートスプレッダ20との間の熱膨張係数の差を低減することができ、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20との間の接合部に生じる熱応力を低減することができる。この結果、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20との間の接合部の信頼性を高めることができる。尚、図7では、ヒートシンク40が熱膨張するときの拘束原理を説明したが、拘束埋め込みバー720は、ヒートシンク40が熱収縮するときも同様の原理に基づいて、ヒートシンク40の熱収縮を抑制することができる。   Here, as shown in FIG. 7, a part 400 inside the concave part 722 of the constrained embedding bar 720, a part 402 outside the concave part 722, and a part 404 inside the concave part 722 are assumed. These parts 400, 402, and 404 are parts of the heat sink 40. When the heat sink 40 is thermally expanded, the portions 400, 402, and 404 tend to move mainly in the direction of the arrow shown in FIG. On the other hand, the restraining embedded bar 720 also thermally expands in the same direction, but the expansion amount is relatively small because the thermal expansion coefficient is smaller than that of the heat sink 40. Accordingly, the movement of the portion 404 inside the recess 722 is suppressed by the recess 722 of the restraining embedding bar 720. That is, the portion of the heat sink 40 inside the recess 722 receives the force F shown in FIG. 7, and thermal expansion is suppressed. A portion 402 outside the recess 722 and a portion 404 inside the recess 722 are integrated with the portion 400 inside the recess 722, respectively. Accordingly, the movement of the portion 402 outside the concave portion 722 and the portion 404 inside the concave portion 722 are suppressed by the concave portion 722 of the restraining embedding bar 720 together with the portion 400 inside the concave portion 722. That is, a predetermined portion (portion 400) inside the heat sink 40 that is to be thermally expanded is caught by the recess 722, so that a reaction force in the contraction direction is applied to the entire heat sink 40. Thus, according to the present embodiment, the thermal expansion coefficient of the heat sink 40 can be equivalently reduced by providing the constraint embedding bar 720. Thereby, the difference of the thermal expansion coefficient between the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be substantially reduced, and the thermal stress generated at the joint between the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be reduced. As a result, the reliability of the joint between the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be increased. Although the restraint principle when the heat sink 40 is thermally expanded has been described with reference to FIG. 7, the restraint embedding bar 720 suppresses the thermal contraction of the heat sink 40 based on the same principle when the heat sink 40 is thermally contracted. be able to.

尚、本実施例によれば、上述の如く、ヒートシンク40の実質的な熱膨張係数は、拘束埋め込みバー720との組み合わせにより、ヒートシンク40の本来の熱膨張係数よりも小さくなる。このヒートシンク40の実質的な熱膨張係数は、拘束埋め込みバー720の構成(拘束埋め込みバー720の熱膨張係数や、拘束埋め込みバー720の個数、拘束埋め込みバー720の凹部722の数、範囲、深さ等)に依存して変化する。従って、このヒートシンク40の実質的な熱膨張係数がヒートスプレッダ20の熱膨張係数と同一になるように、拘束埋め込みバー720の構成が調整されてもよい。この場合、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20との間の熱膨張係数の差を実質的に無くすことも可能である。尚、かかる構成を実現するには、拘束埋め込みバー720の熱膨張係数をヒートスプレッダ20の熱膨張係数よりも小さくすることが有効である。   According to the present embodiment, as described above, the substantial thermal expansion coefficient of the heat sink 40 becomes smaller than the original thermal expansion coefficient of the heat sink 40 by the combination with the restraining embedded bar 720. The substantial thermal expansion coefficient of the heat sink 40 depends on the configuration of the constraint embedding bar 720 (the thermal expansion coefficient of the constraint embedding bar 720, the number of the constraint embedding bars 720, the number, the range, and the depth of the recesses 722 of the constraint embedding bar 720. Etc.). Therefore, the configuration of the constraint embedding bar 720 may be adjusted so that the substantial thermal expansion coefficient of the heat sink 40 is the same as the thermal expansion coefficient of the heat spreader 20. In this case, the difference in thermal expansion coefficient between the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be substantially eliminated. In order to realize such a configuration, it is effective to make the thermal expansion coefficient of the restraining embedded bar 720 smaller than the thermal expansion coefficient of the heat spreader 20.

また、本実施例によれば、拘束埋め込みバー720は、面直視でヒートスプレッダ20よりも外側に配置されているので、拘束埋め込みバー720がヒートスプレッダ20からヒートシンク40への熱の伝導を阻害することもない。   In addition, according to the present embodiment, the constraint embedding bar 720 is disposed outside the heat spreader 20 in a face-on view, so that the constraint embedding bar 720 may inhibit heat conduction from the heat spreader 20 to the heat sink 40. Absent.

また、本実施例において、拘束埋め込みバー720間を溶接等で強固に結合する場合には、上述の拘束リング710と同様の拘束原理に基づいてヒートシンク40の熱膨張を抑制することができる。   In this embodiment, when the constraining embedded bars 720 are firmly coupled by welding or the like, the thermal expansion of the heat sink 40 can be suppressed based on the same constraining principle as that of the constraining ring 710 described above.

図8は、図5に示す拘束埋め込みバー720の他の取り付け状態を示す上面図である。拘束埋め込みバー720は、面直視でヒートシンク40の略中心で交差するように2本設けられてもよい。この場合、拘束埋め込みバー720は、面直視でヒートスプレッダ20の下方に配置されているので、図6に示す取り付け状態に比べて、ヒートスプレッダ20からヒートシンク40への熱の伝導が悪くなるものの、ヒートシンク40の熱膨張を同様に効果的に抑制して、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20との間の接合部の信頼性を高めることができる。尚、図8に示す例では、拘束埋め込みバー720は、2本しか設けられていないが、これらに平行に更なる拘束埋め込みバー720が配列されてもよい。また、図8に示す拘束埋め込みバー720の埋設方法は、図6に示した拘束埋め込みバー720の拘束埋め込みバー720の埋設方法と組み合わせて実現することも可能である。   FIG. 8 is a top view showing another attachment state of the constraint embedding bar 720 shown in FIG. Two constraining embedding bars 720 may be provided so as to intersect at substantially the center of the heat sink 40 when viewed from the surface. In this case, the constraint embedding bar 720 is disposed below the heat spreader 20 in a face-on view, so that heat conduction from the heat spreader 20 to the heat sink 40 is worse than that in the attached state shown in FIG. The thermal expansion of the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be effectively suppressed similarly, and the reliability of the joint between the heat sink 40 and the heat spreader 20 can be improved. In the example shown in FIG. 8, only two constraint embedding bars 720 are provided. However, further constraint embedding bars 720 may be arranged in parallel to these. Further, the embedding method of the constraint embedding bar 720 shown in FIG. 8 can be realized in combination with the embedding method of the constraint embedding bar 720 of the constraint embedding bar 720 shown in FIG.

図9は、熱変形抑制部材70の他の一実施例である拘束埋め込みバー730の単品状態を示す平面図である。   FIG. 9 is a plan view showing a single article state of the restraining embedded bar 730 which is another embodiment of the thermal deformation suppressing member 70.

拘束埋め込みバー730は、図9に示すように、棒状又は板状の部材である。拘束埋め込みバー730は凹部732を有する。凹部732は、図9に示すように、貫通する開口(切り欠き)により実現されてもよいし、或いは、貫通しないへこみにより実現されてもよい。尚、拘束埋め込みバー730は、上述の実施例による拘束埋め込みバー720と同様の態様でヒートシンク40に埋設されてよい。このような拘束埋め込みバー730によっても、上述の実施例による拘束埋め込みバー720と同様の効果を得ることができる。   The constraint embedding bar 730 is a rod-like or plate-like member as shown in FIG. The restraint embedding bar 730 has a recess 732. As shown in FIG. 9, the recess 732 may be realized by a through-opening (notch) or may be realized by a recess that does not penetrate. The constraint embedding bar 730 may be embedded in the heat sink 40 in the same manner as the constraint embedding bar 720 according to the above-described embodiment. Such a constraint embedding bar 730 can provide the same effects as the constraint embedding bar 720 according to the above-described embodiment.

このように拘束埋め込みバーにおける凹部の設定態様は多様であり、凹部の形状や位置、個数等は任意である。また、凹部に代えて又は加えて、凸部を設けてもよい。凸部の場合も、図7で示した拘束原理と同様の拘束原理に基づいて、同様の効果を奏することができる。即ち、熱膨張しようとするヒートシンク40の内部の所定部位が凸部に引っ掛かることでヒートシンク40全体に収縮方向の反力が付与される。また、凹凸の方向についても任意である。例えば拘束埋め込みバー720,730の場合には、凹部722,732は、ヒートシンク40の側面44に垂直な方向に向いているが、ヒートシンク40の側面44に対して斜めの方向(且つヒートシンク40とヒートスプレッダ20の間の接合面に平行な方向)に向いていてもよいし、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20の間の接合面に垂直な方向に向いていてもよいし(図10及び図11参照)、これらの任意の組み合わせの方向を向いていてもよい。   As described above, there are various setting modes of the recesses in the constraint embedding bar, and the shape, position, number, and the like of the recesses are arbitrary. Further, a convex portion may be provided instead of or in addition to the concave portion. Also in the case of a convex part, the same effect can be produced based on the restriction principle similar to the restriction principle shown in FIG. That is, a predetermined portion inside the heat sink 40 that is to be thermally expanded is caught by the convex portion, whereby a reaction force in the contraction direction is applied to the entire heat sink 40. Further, the direction of the unevenness is also arbitrary. For example, in the case of the restraining embedded bars 720 and 730, the recesses 722 and 732 are oriented in a direction perpendicular to the side surface 44 of the heat sink 40, but are oblique to the side surface 44 of the heat sink 40 (and the heat sink 40 and the heat spreader). Or a direction perpendicular to the bonding surface between the heat sink 40 and the heat spreader 20 (see FIG. 10 and FIG. 11). You may face the direction of arbitrary combinations.

図10は、熱変形抑制部材70の他の一実施例である拘束埋め込み板740の単品状態を示す平面図である。図11は、ヒートシンク40内の拘束埋め込み板740の断面図である。   FIG. 10 is a plan view showing a single product state of a constraining embedded plate 740 that is another embodiment of the thermal deformation suppressing member 70. FIG. 11 is a cross-sectional view of the restraining embedding plate 740 in the heat sink 40.

拘束埋め込み板740は、板状の部材であり、面直方向に凹みを有する凹部742を有する。凹部742は、好ましくは、図10に示すように、貫通する開口により実現される。凹部742の周囲には、図11に示すように、凸部(周壁)744が形成されてもよい。この場合、凹部742及び凸部744の双方により図7で示した拘束原理を発揮することができる。   The restraint embedding plate 740 is a plate-like member and has a recess 742 having a recess in the direction perpendicular to the surface. The recess 742 is preferably realized by an opening therethrough as shown in FIG. A convex portion (peripheral wall) 744 may be formed around the concave portion 742 as shown in FIG. In this case, the restraint principle shown in FIG. 7 can be exhibited by both the concave portion 742 and the convex portion 744.

拘束埋め込み板740は、図11に示すように、ヒートシンク40に埋設される。拘束埋め込み板740は、上述の実施例による拘束埋め込みバー720と同様、アルミダイキャストによりヒートシンク40に埋設される。拘束埋め込み板740は、その面直方向(図10の紙面垂直方向)が、ヒートシンク40とヒートスプレッダ20の間の接合面に垂直な方向(面直方向)に対応するようにヒートシンク40に埋設される。   The restraint embedding plate 740 is embedded in the heat sink 40 as shown in FIG. The constraint embedding plate 740 is embedded in the heat sink 40 by aluminum die casting, like the constraint embedding bar 720 according to the above-described embodiment. The restraint embedding plate 740 is embedded in the heat sink 40 such that the direction perpendicular to the plane (the direction perpendicular to the plane of FIG. 10) corresponds to the direction perpendicular to the bonding surface between the heat sink 40 and the heat spreader 20 (the direction perpendicular to the plane). .

本実施例による拘束埋め込み板740は、6つのチップ10を組み込む半導体装置1に好適である。即ち、拘束埋め込み板740は、6つのチップ10のそれぞれに対応して、凹部742が6つ設けられる。各凹部742の大きさは、好ましくは、対応するチップ10のそれぞれ下方に設けられるヒートスプレッダ20の外形よりも大きく設定される。これにより、各ヒートスプレッダ20からヒートシンク40への熱の伝導を阻害することが防止される。尚、6つのチップ10は、モータ駆動用のインバータのU相、V相、W相の各上アーム及び各下アームの計6アームを構成してもよい。   The constraint embedding plate 740 according to the present embodiment is suitable for the semiconductor device 1 in which the six chips 10 are incorporated. That is, the constraining embedding plate 740 is provided with six recesses 742 corresponding to each of the six chips 10. The size of each recess 742 is preferably set larger than the outer shape of the heat spreader 20 provided below the corresponding chip 10. This prevents the heat conduction from each heat spreader 20 to the heat sink 40. The six chips 10 may constitute a total of six arms, that is, the U-phase, V-phase, and W-phase upper arms and lower arms of the inverter for driving the motor.

尚、拘束埋め込み板740は、単一のチップ10を組み込む半導体装置1に適用される場合は、単一の凹部742を有してよい。このように凹部742は、チップ10の数に応じて設定されてもよい。また、本例では、開口である凹部742は、内部にメッシュ状の小さい凹部を複数備えてもよい。   The restraint embedding plate 740 may have a single recess 742 when applied to the semiconductor device 1 in which the single chip 10 is incorporated. Thus, the recesses 742 may be set according to the number of chips 10. Moreover, in this example, the recessed part 742 which is opening may be equipped with several mesh-shaped small recessed parts inside.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

例えば、上述の実施例では、チップ10が配置される基板は、ヒートスプレッダ20であったが、ヒートシンク40の熱膨張係数が基板の熱膨張係数よりも大きい限り、本発明は、他の任意の基板にも適用可能である。例えば、図12に示すように、基板22は、高い熱伝導性を有するセラミック基板の両面にアルミ板を備えたDBA(Direct Brazed Aluminum)基板や、セラミック基板の両面に銅板を備えたDBC(Direct Brazed Copper)基板により構成されてもよい。この場合、基板22は、ヒートシンク40に半田50により接合されてもよい。この場合も、DBAやDBCの熱膨張係数とヒートシンク40の熱膨張係数の差に起因して熱応力が生じることで、半田50にクラック等が発生し、基板とヒートシンクの間の接合部の信頼性が損なわれる虞があるためである。   For example, in the above-described embodiment, the substrate on which the chip 10 is disposed is the heat spreader 20, but as long as the thermal expansion coefficient of the heat sink 40 is larger than the thermal expansion coefficient of the substrate, the present invention is not limited to any other substrate. It is also applicable to. For example, as shown in FIG. 12, the substrate 22 is a DBA (Direct Brazed Aluminum) substrate having aluminum plates on both surfaces of a ceramic substrate having high thermal conductivity, or a DBC (Direct Braided Aluminum) substrate having copper plates on both surfaces of the ceramic substrate. Brazed Copper) substrate. In this case, the substrate 22 may be bonded to the heat sink 40 with the solder 50. Also in this case, the thermal stress is generated due to the difference between the thermal expansion coefficient of DBA or DBC and the thermal expansion coefficient of the heat sink 40, thereby causing cracks in the solder 50 and the reliability of the joint between the substrate and the heat sink. It is because there is a possibility that the property may be impaired.

また、上述の実施例では、ヒートスプレッダ20の材料が銅であり、ヒートシンク40の材料がアルミであったが、本発明は、ヒートシンク40の熱膨張係数がヒートスプレッダ20(基板)の熱膨張係数よりも大きい限り、他の任意の材料で構成された組み合わせに対しても適用可能である。   In the above-described embodiment, the material of the heat spreader 20 is copper and the material of the heat sink 40 is aluminum. However, in the present invention, the thermal expansion coefficient of the heat sink 40 is higher than the thermal expansion coefficient of the heat spreader 20 (substrate). As long as it is large, the present invention can be applied to a combination composed of any other material.

また、上述の実施例において、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40の間の接合に使用する樹脂接着剤や樹脂シートの改良や、接着層の厚みの調整、接合表面の改質などによって、ヒートスプレッダ20とヒートシンク40の間の接合部の信頼性を向上させることも可能である。即ち、本発明は、これらのアプローチと相容れない関係ではなく、必要な効果を得るために組み合わせることは可能である。   In the above-described embodiment, the heat spreader 20 and the heat sink 40 are improved by improving the resin adhesive or the resin sheet used for bonding between the heat spreader 20 and the heat sink 40, adjusting the thickness of the adhesive layer, modifying the bonding surface, or the like. It is also possible to improve the reliability of the joint between the two. That is, the present invention is not incompatible with these approaches, and can be combined to obtain the required effects.

また、上述の実施例では、ヒートシンク40は、一部材で構成されていたが、2つ以上の部材で構成されてもよい。例えば、ヒートシンク40は、第1の金属板と、フィン42を備えた第2の金属板とを結合して構成されてもよい。この場合、上述の実施例による熱変形抑制部材70は、ヒートスプレッダ20に接合される金属板(第1の金属板)に設けられてもよい。   Moreover, in the above-mentioned Example, although the heat sink 40 was comprised by one member, you may be comprised by two or more members. For example, the heat sink 40 may be configured by combining a first metal plate and a second metal plate including the fins 42. In this case, the thermal deformation suppressing member 70 according to the above-described embodiment may be provided on a metal plate (first metal plate) joined to the heat spreader 20.

また、上述の実施例では、好ましい実施例として、熱変形抑制部材70が面直視でヒートスプレッダ20よりも外側に設けられ、ヒートスプレッダ20の下方に設けられない場合を説明した。しかしながら、例えばヒートスプレッダ20が複数のチップ10で共用される場合等のように、ヒートスプレッダ20が比較的大きい場合には、熱変形抑制部材70は面直視でチップ10実装範囲よりも外側に設けられ、チップ10実装範囲の下方に設けられないようにしてもよい。   In the above-described embodiment, as a preferred embodiment, the case where the thermal deformation suppressing member 70 is provided on the outer side than the heat spreader 20 in a face direct view and is not provided below the heat spreader 20 has been described. However, when the heat spreader 20 is relatively large, for example, when the heat spreader 20 is shared by a plurality of chips 10, the thermal deformation suppression member 70 is provided outside the chip 10 mounting range in a surface direct view, It may not be provided below the chip 10 mounting range.

また、上述の実施例では、半導体装置1は、車両用のインバータに適用されるものであったが、半導体装置1は、他の用途(鉄道、エアコン、エレベータ、冷蔵庫等)で使用されるインバータに使用されてもよい。更に、半導体装置1は、インバータ以外の装置、例えば、コンピューター用のMPU(Microprocessor Unit)や、無線通信機の送信部の電力増幅回路に使用される高周波パワーモジュールに使用されてもよい。   In the above-described embodiment, the semiconductor device 1 is applied to a vehicle inverter. However, the semiconductor device 1 is an inverter used for other purposes (railway, air conditioner, elevator, refrigerator, etc.). May be used. Further, the semiconductor device 1 may be used in a device other than an inverter, for example, an MPU (Microprocessor Unit) for a computer or a high-frequency power module used in a power amplification circuit of a transmission unit of a wireless communication device.

1 半導体装置
10 チップ
20 ヒートスプレッダ
22 基板
30 絶縁層
40 ヒートシンク
42 フィン
44 側面
44a 凹部
50 半田
70 熱変形抑制部材
710 拘束リング
720,730 拘束埋め込みバー
722,732 凹部
724 切り欠き
740 拘束埋め込み板
742 凹部
744 凸部
1 Semiconductor Device 10 Chip 20 Heat Spreader 22 Substrate 30 Insulating Layer 40 Heat Sink 42 Fin 44 Side 44a Recess 50 Solder 70 Thermal Deformation Suppressing Member 710 Restraint Ring 720, 730 Restrained Embedding Bar 722, 732 Recess 724 Notch 740 Restrained Embedding Plate 742 Convex

Claims (5)

半導体素子が配置される基板と、
前記基板における前記半導体素子の配置側とは逆側に接合され、前記基板よりも熱膨張係数が大きいヒートシンクと、
前記ヒートシンクに設けられ、前記ヒートシンクよりも熱膨張係数が小さく、前記ヒートシンクと前記基板の間の接合面に平行な方向の前記ヒートシンクの熱膨張を抑制する熱変形抑制部材と、を備えることを特徴とする半導体装置。
A substrate on which a semiconductor element is disposed;
A heat sink bonded to the side opposite to the side of the semiconductor element on the substrate and having a larger thermal expansion coefficient than the substrate;
A thermal deformation suppression member provided on the heat sink, having a smaller thermal expansion coefficient than the heat sink, and suppressing thermal expansion of the heat sink in a direction parallel to a bonding surface between the heat sink and the substrate. A semiconductor device.
前記熱変形抑制部材は、前記基板よりも熱膨張係数が小さい、請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the thermal deformation suppressing member has a thermal expansion coefficient smaller than that of the substrate. 前記熱変形抑制部材は、前記ヒートシンクと前記基板の間の接合面に対して垂直に視たとき、前記基板よりも外側に設けられる、請求項1又は2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thermal deformation suppressing member is provided outside the substrate when viewed perpendicularly to a bonding surface between the heat sink and the substrate. 前記熱変形抑制部材は、前記ヒートシンク内に埋設され、凹部及び凸部のうちの少なくともいずれか一方を備える、請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the thermal deformation suppressing member is embedded in the heat sink and includes at least one of a concave portion and a convex portion. 前記熱変形抑制部材は、前記ヒートシンクと前記基板の間の接合面に対して垂直に視たときに前記ヒートシンクの全体又は内部の一部を四方から囲む態様で、設けられる、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。   The thermal deformation suppressing member is provided in such a manner as to surround the whole or a part of the inside of the heat sink from four sides when viewed perpendicularly to the bonding surface between the heat sink and the substrate. The semiconductor device according to any one of the above.
JP2011083466A 2011-04-05 2011-04-05 Semiconductor device Withdrawn JP2012222022A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011083466A JP2012222022A (en) 2011-04-05 2011-04-05 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011083466A JP2012222022A (en) 2011-04-05 2011-04-05 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012222022A true JP2012222022A (en) 2012-11-12

Family

ID=47273245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011083466A Withdrawn JP2012222022A (en) 2011-04-05 2011-04-05 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012222022A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107112300B (en) Cooling assembly
WO2016067383A1 (en) Heat-dissipating structure
JP2007019203A (en) Heat radiator
JP5747737B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008294280A (en) Semiconductor device
JP2011159662A (en) Semiconductor device
JP2011054732A (en) Semiconductor module
JP6391527B2 (en) Power semiconductor module
JP2008294279A (en) Semiconductor device
JP5163199B2 (en) Power module substrate with heat sink and power module with heat sink
JP2014183078A (en) Semiconductor device
JPWO2016158020A1 (en) Semiconductor module
JP2012248700A (en) Semiconductor device
JP2014017318A (en) Semiconductor device
JP2010251427A (en) Semiconductor module
JP2009200258A (en) Semiconductor module
JP2015185835A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JPWO2016016985A1 (en) Semiconductor device
JP6218856B2 (en) Power converter
JP6555177B2 (en) Semiconductor module
JP2009117701A (en) Power module
JP2010062490A (en) Semiconductor device
JP6380076B2 (en) Semiconductor device
JP6316219B2 (en) Power semiconductor module
JP6091035B2 (en) Heat dissipation structure

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140701