JP2609724B2 - 半導体装置 - Google Patents
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関するものである。
一般に半導体装置の接合部はハンダによつて接合され
ている。このような技術は例えば特開昭61−139047号公
報等に開示されている。
ている。このような技術は例えば特開昭61−139047号公
報等に開示されている。
ところが、上述したような半導体装置においては内燃
機関のエンジンルーム内に配置される場合もあり、熱サ
イクルに対する問題を解決する必要がある。
機関のエンジンルーム内に配置される場合もあり、熱サ
イクルに対する問題を解決する必要がある。
例えば、従来使用されていた半導体装置においてはい
わゆる高温ハンダと呼ばれるPb/Sn/Ag合金ハンダ(重量
比93.5/5/1.5)を用いていたが、実際に絶縁板と放熱板
の間のハンダにクラツクが生じてしまうといつた問題が
あつた。
わゆる高温ハンダと呼ばれるPb/Sn/Ag合金ハンダ(重量
比93.5/5/1.5)を用いていたが、実際に絶縁板と放熱板
の間のハンダにクラツクが生じてしまうといつた問題が
あつた。
本発明の目的は、ハンダにクラックが生ずることを防
ぐことができる半導体装置を提供することにある。
ぐことができる半導体装置を提供することにある。
上記目的は、アクチュエータを駆動するシリコンの半
導体駆動素子と、前記半導体駆動素子と第1のハンダを
介して結合されたアルミナの絶縁板と、前記絶縁板と第
2のハンダを介して結合された銅またはアルミニウムの
金属放熱板とを備えた半導体装置において、前記第1の
ハンダを、高温とし、前記第2のハンダは前記第1のハ
ンダよりも低い融点のハンダであって重量比 の鉛−スズ合金ハンダとすることによって達成される。
導体駆動素子と、前記半導体駆動素子と第1のハンダを
介して結合されたアルミナの絶縁板と、前記絶縁板と第
2のハンダを介して結合された銅またはアルミニウムの
金属放熱板とを備えた半導体装置において、前記第1の
ハンダを、高温とし、前記第2のハンダは前記第1のハ
ンダよりも低い融点のハンダであって重量比 の鉛−スズ合金ハンダとすることによって達成される。
シリコンの半導体駆動素子とアルミナの絶縁板とを接
合する第1のハンダを高い融点のハンダを用いているた
め、半導体駆動素子の発熱によってもハンダが溶けるこ
とはなく、アルミナの絶縁板と銅またはアルミニウムの
合金放熱板とを接続する第2のハンダを第1のハンダよ
りも低い融点の重量比 を有する鉛−スズ合金ハンダとしているため、熱応力に
よる疲労に耐えられ、クラックが生じなくなる。半導体
駆動素子,絶縁板,金属放熱板を熱膨張率が高い順の材
料で構成し、半導体駆動素子と絶縁板を高温ハンダで結
合し、絶縁板と金属放熱板とを低温ハンダで結合してい
るため、接合部での応力の緩和も図れる。
合する第1のハンダを高い融点のハンダを用いているた
め、半導体駆動素子の発熱によってもハンダが溶けるこ
とはなく、アルミナの絶縁板と銅またはアルミニウムの
合金放熱板とを接続する第2のハンダを第1のハンダよ
りも低い融点の重量比 を有する鉛−スズ合金ハンダとしているため、熱応力に
よる疲労に耐えられ、クラックが生じなくなる。半導体
駆動素子,絶縁板,金属放熱板を熱膨張率が高い順の材
料で構成し、半導体駆動素子と絶縁板を高温ハンダで結
合し、絶縁板と金属放熱板とを低温ハンダで結合してい
るため、接合部での応力の緩和も図れる。
以下本発明の実施例を図面に従い説明する。
第1図は半導体を用いた内燃機関用点火装置の構成図
で、モールドケース1と銅よりなる放熱板80によつて収
納体100が形成されている。ここでモールドケース1と
放熱板80とは接着剤11で接着されている。
で、モールドケース1と銅よりなる放熱板80によつて収
納体100が形成されている。ここでモールドケース1と
放熱板80とは接着剤11で接着されている。
収納体100の内部にはパワースイツチ半導体部110と増
幅半導体部120が収納され、それぞれはリード13によつ
て接続されており、更に増幅半導体部120は外部端子12
と接続されている。
幅半導体部120が収納され、それぞれはリード13によつ
て接続されており、更に増幅半導体部120は外部端子12
と接続されている。
増幅半導体部120は増幅回路基板9よりなり、これは
接着剤10により放熱板80に接着固定されている。
接着剤10により放熱板80に接着固定されている。
一方、パワースイツチ半導体部110は半導体素子2、
放熱機能を有するモリブデン板40、絶縁体であるアルミ
ナ板60よりなり、これらはそれぞれハンダによつて接合
されている。ここで、半導体素子2とモリブデン板40と
は高温ハンダと呼ばれるPb/Sn/Ag合金ハンダ3(重量比
93.5/5/1.5)で接合され、モリブデン板40とアルミナ板
60及び放熱板80の間は重量比 を有する鉛−スズ合金ハンダ7によつて接合されてい
る。
放熱機能を有するモリブデン板40、絶縁体であるアルミ
ナ板60よりなり、これらはそれぞれハンダによつて接合
されている。ここで、半導体素子2とモリブデン板40と
は高温ハンダと呼ばれるPb/Sn/Ag合金ハンダ3(重量比
93.5/5/1.5)で接合され、モリブデン板40とアルミナ板
60及び放熱板80の間は重量比 を有する鉛−スズ合金ハンダ7によつて接合されてい
る。
次に、この重量比 を有する鉛−スズ合金ハンダを使用した半導体装置の耐
久試験について実施したので説明する。
久試験について実施したので説明する。
耐久試験では厚さ3.2mmのニツケルめつき銅板(放熱
板)上に8.5mm角、厚さ0.5mmのタングステン−ニツケル
めつきアルミナ板及び8.2mm角、厚さ0.25mmの半導体素
子(シリコンチツプ)を配置し、それぞれの間を厚さ10
0μmの鉛−スズの配分比をかえたハンダによつて接合
した試験を用いて、−55℃状態に11時間放置、+150℃
状態に1時間放置を1サイクルとしてアルミナ板と銅板
の間にクラツクが生じるサイクル数をプロツトした。
板)上に8.5mm角、厚さ0.5mmのタングステン−ニツケル
めつきアルミナ板及び8.2mm角、厚さ0.25mmの半導体素
子(シリコンチツプ)を配置し、それぞれの間を厚さ10
0μmの鉛−スズの配分比をかえたハンダによつて接合
した試験を用いて、−55℃状態に11時間放置、+150℃
状態に1時間放置を1サイクルとしてアルミナ板と銅板
の間にクラツクが生じるサイクル数をプロツトした。
第2図は上述の耐久試験の結果を示しており、横軸は
鉛−スズの重量比、縦軸は平均寿命(クラツクが生じる
までのサイクル数)を示している。
鉛−スズの重量比、縦軸は平均寿命(クラツクが生じる
までのサイクル数)を示している。
この第2図から理解できるように鉛−スズ合金のハン
ダの重量比が のものを使用するとほぼ2000サイクルに渡つてクラツク
の発生が認められなかつた。
ダの重量比が のものを使用するとほぼ2000サイクルに渡つてクラツク
の発生が認められなかつた。
尚、第1図の実施例では放熱板80とアルミナ板60及び
モリブデン板40の間を重量比 の鉛−スズ合金ハンダ7を用いて接合したが、半導体素
子2とモリブデン板40の間も重量比 の鉛−スズ合金ハンダを用いて接合しても良い。
モリブデン板40の間を重量比 の鉛−スズ合金ハンダ7を用いて接合したが、半導体素
子2とモリブデン板40の間も重量比 の鉛−スズ合金ハンダを用いて接合しても良い。
ただ、この重量比 の鉛−スズ合金ハンダは200℃以上では接合力が低下す
る傾向にあるので、できるならば200℃以下の条件が達
成される部分に適用するのが好ましい。
る傾向にあるので、できるならば200℃以下の条件が達
成される部分に適用するのが好ましい。
特に、この種の半導体装置においては半導体素子の熱
を逃がすのに絶縁板60、放熱板80に向つて放熱特性を良
くするべく接触面積を大きくしている。したがつて、こ
の大きい接触面積によつてよりクラツクが発生しやすく
なるので、少なくとも放熱板80と絶縁板60の間には重量
比 の鉛−スズ合金ハンダを用いる。
を逃がすのに絶縁板60、放熱板80に向つて放熱特性を良
くするべく接触面積を大きくしている。したがつて、こ
の大きい接触面積によつてよりクラツクが発生しやすく
なるので、少なくとも放熱板80と絶縁板60の間には重量
比 の鉛−スズ合金ハンダを用いる。
次に第3図ないし第5図に基づいて本発明の実施例の
変形を説明する。
変形を説明する。
第3図は半導体素子2と酸化ベリリウムよりなる絶縁
板61を高温ハンダ3で接合し、銅板81とアルミニウム板
82を接合した放熱板と先の酸化ベリリウムよりなる絶縁
板61とは重量比 よりなる鉛−スズ合金ハンダ7で接合している。
板61を高温ハンダ3で接合し、銅板81とアルミニウム板
82を接合した放熱板と先の酸化ベリリウムよりなる絶縁
板61とは重量比 よりなる鉛−スズ合金ハンダ7で接合している。
第4図は半導体素子2と銅よりなる放熱板41及びアル
ミナよりなる絶縁板60とを高温ハンダ3で接合し、アル
ミナよりなる絶縁板60とアルミニウムよりなる放熱板82
とは重量比 の鉛−スズ合金ハンダ7によつて接合している。
ミナよりなる絶縁板60とを高温ハンダ3で接合し、アル
ミナよりなる絶縁板60とアルミニウムよりなる放熱板82
とは重量比 の鉛−スズ合金ハンダ7によつて接合している。
第5図は半導体素子2と窒化アルミニウムよりなる絶
縁板62を高温ハンダ3で接合し、窒化アルミニウムより
なる絶縁板62とアルミニウムよりなる放熱板82とは重量
比 の鉛−スズ合金ハンダ7によつて接合されている。
縁板62を高温ハンダ3で接合し、窒化アルミニウムより
なる絶縁板62とアルミニウムよりなる放熱板82とは重量
比 の鉛−スズ合金ハンダ7によつて接合されている。
尚、これらの変形例においては絶縁板と放熱板の間を
重量比 の鉛−スズ合金ハンダ7で接合しているが、使用温度が
200℃以下であれば絶縁板と半導体素子の間も重量比 の鉛−スズ合金ハンダで接合しても良いことは先に述べ
た通りである。
重量比 の鉛−スズ合金ハンダ7で接合しているが、使用温度が
200℃以下であれば絶縁板と半導体素子の間も重量比 の鉛−スズ合金ハンダで接合しても良いことは先に述べ
た通りである。
また、実施例ではパワースイツチ半導体素子の例につ
いて説明したが、これに限らず他の半導体素子について
も適用が可能である。
いて説明したが、これに限らず他の半導体素子について
も適用が可能である。
以上述べたように本発明によれば、熱サイクルが加わ
る状態で絶縁板と放熱板の間のハングにクラツクが生じ
ることを少なくでき、実用上きわめて有効な半導体装置
を得ることができる。
る状態で絶縁板と放熱板の間のハングにクラツクが生じ
ることを少なくでき、実用上きわめて有効な半導体装置
を得ることができる。
第1図は本発明になる半導体装置の構造図、第2図は耐
久試験の結果を示す図、第3図ないし第5図は本発明の
他の変形例を示す図である。 2……半導体素子、3……高温ハンダ、7……重量比 の鉛−スズ合金ハンダ、60……絶縁板、80……放熱板。
久試験の結果を示す図、第3図ないし第5図は本発明の
他の変形例を示す図である。 2……半導体素子、3……高温ハンダ、7……重量比 の鉛−スズ合金ハンダ、60……絶縁板、80……放熱板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小沢 正之 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社日立製作所佐和工場内 (56)参考文献 特開 昭57−114242(JP,A) 特開 昭60−10633(JP,A) 特開 昭61−17355(JP,A) 特開 昭59−82734(JP,A) 特開 昭53−44176(JP,A)
Claims (1)
- 【請求項1】アクチュエータを駆動するシリコンの半導
体駆動素子と、前記半導体駆動素子と第1のハンダを介
して結合されたアルミナの絶縁板と、前記絶縁板と第2
のハンダを介して結合された銅またはアルミニウムの金
属放熱板とを備えた半導体装置において、前記第1のハ
ンダは高温ハンダであり、前記第2のハンダは前記第1
のハンダよりも低い融点のハンダであって重量比 の鉛−スズ合金ハンダであることを特徴とする半導体装
置。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1163990A JP2609724B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 半導体装置 |
KR1019900008973A KR0183010B1 (ko) | 1989-06-28 | 1990-06-19 | 반도체장치 |
GB9014392A GB2233593B (en) | 1989-06-28 | 1990-06-28 | Semiconductor device |
DE4020577A DE4020577C3 (de) | 1989-06-28 | 1990-06-28 | Halbleiteranordnung mit Lötverbindung zwischen Halbleiterbauelement, Isolierplatte und Wärmeableitplatte |
US07/774,373 US5182628A (en) | 1989-06-28 | 1991-10-10 | Semiconductor device having particular solder interconnection arrangement |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1163990A JP2609724B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0330440A JPH0330440A (ja) | 1991-02-08 |
JP2609724B2 true JP2609724B2 (ja) | 1997-05-14 |
Family
ID=15784666
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1163990A Expired - Fee Related JP2609724B2 (ja) | 1989-06-28 | 1989-06-28 | 半導体装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
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KR (1) | KR0183010B1 (ja) |
DE (1) | DE4020577C3 (ja) |
GB (1) | GB2233593B (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05136304A (ja) * | 1991-11-14 | 1993-06-01 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体モジユール及びそれを用いたパワー制御装置 |
JP2838625B2 (ja) * | 1992-09-08 | 1998-12-16 | 株式会社日立製作所 | 半導体モジュール |
DE4300516C2 (de) * | 1993-01-12 | 2001-05-17 | Ixys Semiconductor Gmbh | Leistungshalbleitermodul |
KR100322177B1 (ko) | 1993-12-27 | 2002-05-13 | 이누이 도모지 | 내연기관용점화장치 |
DE19609929B4 (de) * | 1996-03-14 | 2006-10-26 | Ixys Semiconductor Gmbh | Leistungshalbleitermodul |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1122238A (en) * | 1964-11-18 | 1968-07-31 | English Electric Co Ltd | Semi-conductor device |
JPS5344176A (en) * | 1976-10-04 | 1978-04-20 | Hitachi Cable Ltd | Clad solder for semiconductor device |
DE3009925C2 (de) * | 1980-03-14 | 1984-03-08 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Kontaktstück für einen elektrischen Vakuumschalter |
JPS57114242A (en) * | 1981-01-07 | 1982-07-16 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
JPS5982734A (ja) * | 1982-11-04 | 1984-05-12 | Hitachi Ltd | 絶縁型半導体装置 |
JPS6010633A (ja) * | 1983-06-30 | 1985-01-19 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
DE3513530A1 (de) * | 1984-06-01 | 1985-12-05 | Bbc Brown Boveri & Cie | Verfahren zur herstellung von leistungshalbleitermodulen mit isoliertem aufbau |
DE3523808C3 (de) * | 1984-07-03 | 1995-05-04 | Hitachi Ltd | Verfahren zum Löten von Teilen einer elektronischen Anordnung aus unterschiedlichen Werkstoffen und dessen Verwendung |
JPS6117355A (ja) * | 1984-07-03 | 1986-01-25 | Hitachi Ltd | 異種部材のはんだ接合方法 |
JPS61139047A (ja) * | 1984-12-11 | 1986-06-26 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
-
1989
- 1989-06-28 JP JP1163990A patent/JP2609724B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-06-19 KR KR1019900008973A patent/KR0183010B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1990-06-28 DE DE4020577A patent/DE4020577C3/de not_active Expired - Fee Related
- 1990-06-28 GB GB9014392A patent/GB2233593B/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
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---|---|
JPH0330440A (ja) | 1991-02-08 |
KR0183010B1 (ko) | 1999-03-20 |
DE4020577A1 (de) | 1991-01-10 |
GB9014392D0 (en) | 1990-08-22 |
DE4020577C3 (de) | 1998-11-12 |
DE4020577C2 (de) | 1994-07-07 |
KR910001953A (ko) | 1991-01-31 |
GB2233593A (en) | 1991-01-16 |
GB2233593B (en) | 1993-11-10 |
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---|---|---|---|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |