JP2758542B2 - 低熱抵抗高出力半導体装置 - Google Patents
低熱抵抗高出力半導体装置Info
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Description
装置に関し、特に低熱抵抗を得るためにヒートシンク構
造を設けた高出力半導体装置において、高歩留り,高信
頼性を実現させるための構造に関するものである。
の一例を示したもので、1はヒートシンク、2は該ヒー
トシンク1をその裏面に接着してなるGaAs半導体基
板、3は上記半導体基板2上に形成されたトランジスタ
等の能動素子である。また、図4は上記低熱抵抗高出力
半導体装置の製造方法を示したもので、1,2,3は上
記と同じものを示し、7はヒートシンク1と半導体基板
2との間の剥がれである。
造方法について説明する。図4(a) において、GaAs
半導体基板2の主面にトランジスタ等の能動素子3を作
り込む。次に、図4(b) において、半導体基板2をその
裏面から50μm以下の厚みになるよう研磨等すること
により薄化する。次に、図4(c) において、半導体基板
2の裏面にヒートシンク1、例えばAu等を電解メッキ
等の手法により形成する。
は、ウエハプロセス中、もしくはチップ分離,組立工程
中において熱処理が加えられると、GaAs半導体基板
部2とヒートシンク部1との熱膨張係数の違いから、図
4(d) のようにそのバイメタル効果によってチップは大
きくそることとなる。そして、このようにチップが大き
くそると、該そりの応力によって、半導体部2とヒート
シンク1とが接する部分で剥がれ7が生じることとな
る。
半導体装置は以上のように構成されているので、ウエハ
プロセス中や、チップ分離,組立工程中において、Ga
As半導体基板部2とヒートシンク部1との熱膨張係数
の違いによってその両者の接合部で剥がれが生じるとい
う問題があった。
ためになされたもので、ウエハプロセス中や組立工程中
において熱処理が加わっても、ヒートシンクが半導体基
板から剥がれることのない低熱抵抗高出力半導体装置を
提供することを目的としている。
高出力半導体装置は、ヒートシンクの付着力向上のため
に、ヒートシンク材の半導体基板と接する側の金属に、
半導体に対して拡散係数が0.1cm 2 /s 以上と大きい材
料を採用したものである。
応力を緩和するために、ヒートシンク材料を2層以上の
金属層からなるものとし、そのうちの一層の熱膨張係数
が、GaAs半導体基板のそれに近く、5×10-6/°
C以上、7×10-6/°C以下の範囲内にあるものを採
用したものである。
接着強度改善のために、少なくとも半導体基板と接する
側に、拡散係数の大きい金属を用いてヒートシンクを構
成したから、半導体内に金属が浸入し、この部分の接合
強度を大幅に向上させることができる。
に、熱膨張係数が半導体基板のそれに近い金属材料を用
いてヒートシンクを構成したから、半導体基板とヒート
シンク間の熱応力そのものを緩和することができる。
(a) はこの発明の一実施例による低熱抵抗高出力半導体
装置を示し、図において、2はGaAs半導体基板であ
り、その厚みは20〜150μmである。3は半導体基
板2上に形成されたトランジスタ等の能動素子、1はA
uよりなるヒートシンクであり、その厚みは約3〜40
μmであり、その熱膨張係数は14×10-6/°Cであ
る。4は上記ヒートシンク1と半導体基板2との間に形
成された、GaAs半導体中への拡散係数が大なる、例
えばNi,Zn等の金属層である。ここで、NiのGa
As中での拡散係数は0.8cm 2 /s であり、ZnのGa
As中での拡散係数は0.25cm 2 /s であり、請求項1
記載の発明は、ヒートシンク材の半導体基板と接する側
の金属に、半導体に対して拡散係数が0.1cm 2 /s 以上
である材料を採用したものである。また、NiのAu中
での拡散係数は0.02cm 2 /s であり、ZnのAu中で
の拡散係数は0.29cm 2 /s である。
体装置を製造した後の状態を示し、図1(b) において、
5は上記拡散用金属4がGaAs半導体基板2中に浸入
した部分、6は上記拡散用金属4がAuよりなるヒート
シンク1中に浸入した部分である。
置の製造方法について説明する。図1(a) に示す本実施
例1の低熱抵抗高出力半導体装置は、半導体基板2の裏
面にヒートシンク1を形成する前に、例えばNi,Zn
等の拡散用金属4をスパッタ法またはメッキ法により形
成し、その後Auよりなるヒートシンク1をスパッタ法
またはメッキ法により形成する。
りが生じない程度の低温の熱処理(50°C〜200°
C,30分〜48時間程度)を実施すると、図1(b) に
示されるように、拡散用金属4が半導体基板2に浸入し
(浸入部5)、またヒートシンク1側にも浸入する(浸
入部6)。このように拡散用金属4がとなりあわせた層
2,1に浸入し、各層との間にその拡散による層5,6
を形成することで、従来の図3に示すように、ヒートシ
ンク1を半導体基板2に直接形成したものと比較して、
半導体基板2とヒートシンク1との付着力が大幅に向上
し、この場合、10kg/mm2 から40kg/mm2
以上の付着力に改善される。
板の付着力が大幅に向上するので、ウエハプロセス中、
もしくはチップ分離,組立工程中において高温熱処理を
行っても、従来のようにヒートシンク/半導体基板間の
剥離が生じることはなく、製造歩留りを大きく向上する
ことができる。
よる低熱抵抗高出力半導体装置を示す。図5において、
1,2,3は図1と同一のものを示し、9はヒートシン
クを構成する半導体基板2に接する側の金属層であり、
これはロジウム(Rh)からなり、その熱膨張係数は
6.0×10-6/°Cである。なお、GaAsの熱膨張
係数は6.5×10-6/°Cであり、Auの熱膨張係数
は14×10-6/°Cである。請求項2の発明は、この
金属層に熱膨張係数が5.0×10-6/°Cより大であ
り、7.0×10-6/°Cより小であるものを用いたも
のである。
それとほとんど同様であり、半導体基板2の裏面にRh
よりなる金属層9をスパッタ法により形成し、その後A
uよりなるヒートシンク1をスパッタ法またはメッキ法
により形成する。本実施例においては、金属を半導体基
板中に拡散させるものではないので、実施例1における
ような低温熱処理は必要としない。
半導体基板と接する側に、熱膨張係数が半導体基板のそ
れに近い金属材料を用いてヒートシンクを構成したか
ら、両者間の熱応力そのものを緩和することができる。
このため、ウエハプロセス中、もしくはチップ分離,組
立工程中において高温熱処理を加えた場合において、図
5(b) に示すように、半導体装置にそりが生じることが
あっても、ヒートシンク/半導体基板間の剥離が生じる
ことはなく、製造歩留りを大きく向上することができ
る。
よる低熱抵抗高出力半導体装置を示す。図2において、
8は半導体基板2の裏面にエッチング法により周期的に
形成した溝、即ち繰り返しの凹凸である。
に示すように、従来の製造方法による図4(b) の工程の
後、選択エッチング法により半導体基板2の裏面に周期
的に幅0.5μm以上、深さ0.5μm以上の溝8を形
成する。
ンク1であるAuを上記溝8を埋めるように半導体基板
2裏面にスパッタ法またはメッキ法により形成すること
により、高出力半導体装置を完成する。
半導体基板2とヒートシンク1との接触面に繰り返しの
凹凸を形成した構造を採用することで、いわゆる錨を降
ろしたのと同じような投錨効果が生じ、半導体基板2に
対するヒートシンク1の付着力を大幅に向上することが
できる。
プ分離,組立工程中において高温熱処理を加えた場合に
おいて、図2(c) に示すように、半導体装置にそりが生
じることがあっても、上記従来例における図4(d) に示
すように、ヒートシンク1と半導体基板2との間に剥が
れが発生するようなことはなく、製造歩留りを大きく向
上することができる。
抗高出力半導体装置によれば、トランジスタ等の能動素
子を形成した半導体基板とヒートシンクとの間に拡散用
金属を挿入し、これに低温の熱処理を加えることによ
り、上記拡散用金属が上記半導体基板およびヒートシン
ク中に拡散し浸入するようにしたので、上記半導体基板
とヒートシンク間の付着力は大幅に増大することとな
り、両者間の剥がれが生じなくなり、製造歩留りを大き
く向上することができる。
導体基板と接する側に、熱膨張係数が半導体基板のそれ
に近い金属材料を用いてヒートシンクを構成したから、
半導体基板とヒートシンク間の熱応力そのものを緩和す
ることができ、ウエハプロセス中の高温熱処理によって
も剥がれが生じなくなり、歩留りを大きく向上できると
いう効果がある。
半導体装置を示す断面図である。
半導体装置を示す断面図である。
である。
半導体装置を示す断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 半導体基板の裏面に放熱作用を有するヒ
ートシンクを有する構造のGaAsチップを有する、出
力電力が300mW以上である低熱抵抗高出力半導体装
置において、 上記半導体基板の裏面に2層以上の金属層からなるヒー
トシンクを形成してなり、かつ半導体基板に接する側の
金属層は該半導体中において0.1cm 2 /s 以上の拡散係
数を持つ金属からなることを特徴とする低熱抵抗高出力
半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の低熱抵抗高出力半導体装
置において、 上記ヒートシンクを構成する上記半導体基板に接する側
の金属層は、NiまたはZnからなり、該ヒートシンク
を構成するもう1つの金属層はAuからなることを特徴
とする低熱抵抗高出力半導体装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の低熱抵抗高出力半導体装
置において、 上記半導体基板の裏面に上記2層の金属層からなるヒー
トシンクを形成した後、50°C〜200°C,30分
〜48時間程度の低温の熱処理を行ってなるものである
ことを特徴とする低熱抵抗高出力半導体装置。 - 【請求項4】 基板裏面に放熱作用を有するヒートシン
クを有する構造のGaAsチップを有する、出力電力が
300mW以上である低熱抵抗高出力半導体装置におい
て、 上記ヒートシンクが2層以上の金属層からなり、半導体
基板に接する側の金属層は、その熱膨張係数が、5×1
0-6/°C以上、7×10-6/°C以下の範囲内にある
ことを特徴とする低熱抵抗高出力半導体装置。 - 【請求項5】 請求項4記載の低熱抵抗高出力半導体装
置において、 上記ヒートシンクを構成する上記半導体基板に接する側
の金属層は、Rhからなり、該ヒートシンクを構成する
もう1つの金属層はAuからなることを特徴とする低熱
抵抗高出力半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4352723A JP2758542B2 (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | 低熱抵抗高出力半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4352723A JP2758542B2 (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | 低熱抵抗高出力半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06177291A JPH06177291A (ja) | 1994-06-24 |
JP2758542B2 true JP2758542B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=18425999
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4352723A Expired - Lifetime JP2758542B2 (ja) | 1992-12-09 | 1992-12-09 | 低熱抵抗高出力半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2758542B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100328251B1 (ko) * | 1999-07-02 | 2002-03-16 | 이형도 | 패키지 기판 |
AU2002315755B2 (en) * | 2001-07-09 | 2004-10-21 | Daikin Industries, Ltd. | Power module and air conditioner |
-
1992
- 1992-12-09 JP JP4352723A patent/JP2758542B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06177291A (ja) | 1994-06-24 |
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