JP2810285B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- JP2810285B2 JP2810285B2 JP5007326A JP732693A JP2810285B2 JP 2810285 B2 JP2810285 B2 JP 2810285B2 JP 5007326 A JP5007326 A JP 5007326A JP 732693 A JP732693 A JP 732693A JP 2810285 B2 JP2810285 B2 JP 2810285B2
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- semiconductor device
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- brazing material
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- 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
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/28—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
- H01L24/29—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Die Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は高信頼性を有する半導体
装置及びその製造方法に関する。
装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】パワーモジュールを例に採ると、従来絶
縁板にはＡｌ2Ｏ3，ＢｅＯ等が、また最近ではＡｌＮ等
が採用され、ニッケルメッキを施したベースに半田にて
接続されている。しかし、モジュールが大容量の方向に
拡大しており、このため絶縁基板及び金属ベースも大形
化し、臘材による均一な接続が臘材のかたよりや気泡等
が生じることにより難しくなってきている。
縁板にはＡｌ2Ｏ3，ＢｅＯ等が、また最近ではＡｌＮ等
が採用され、ニッケルメッキを施したベースに半田にて
接続されている。しかし、モジュールが大容量の方向に
拡大しており、このため絶縁基板及び金属ベースも大形
化し、臘材による均一な接続が臘材のかたよりや気泡等
が生じることにより難しくなってきている。
【０００３】また、より信頼性を要求される用途に採用
されつつあり、均一な臘材による接続技術が重要であ
る。
されつつあり、均一な臘材による接続技術が重要であ
る。
【０００４】これに対し、図２に示すような所定臘付け
部の周囲に樹脂等による臘材の流れ止め６を設け、接続
部の臘材料を確保する構造、及び図３に示すような絶縁
板４と金属ベース２の間に、凹凸を設けた薄い中間金属
板７を挿入し、臘材５ａ，５ｂ厚さの均一性を図った構
造が採用されている。
部の周囲に樹脂等による臘材の流れ止め６を設け、接続
部の臘材料を確保する構造、及び図３に示すような絶縁
板４と金属ベース２の間に、凹凸を設けた薄い中間金属
板７を挿入し、臘材５ａ，５ｂ厚さの均一性を図った構
造が採用されている。
【０００５】しかし、図２のような構造では、臘材面内
での傾きについてはコントロールできず、たとえば半導
体装置の動作，休止に伴う温度変化により熱膨張率の異
なる絶縁板４と金属ベース２の間の臘材５は疲労を受
け、臘材の薄い部分から亀裂を生じ極端な場合、剥離に
至る。臘材の厚さと亀裂発生までの温度変化のサイクル
数には、図４のような関係があり、臘材の均一性は信頼
性のバラツキを少なくする上で重要である。
での傾きについてはコントロールできず、たとえば半導
体装置の動作，休止に伴う温度変化により熱膨張率の異
なる絶縁板４と金属ベース２の間の臘材５は疲労を受
け、臘材の薄い部分から亀裂を生じ極端な場合、剥離に
至る。臘材の厚さと亀裂発生までの温度変化のサイクル
数には、図４のような関係があり、臘材の均一性は信頼
性のバラツキを少なくする上で重要である。
【０００６】また、図３のような構造では、半導体素子
が動作した時に発生する熱は、絶縁板４を通り金属ベー
ス２から放熱するが、その熱抵抗は部材が一層追加とな
ることにより増加し、素子に対する冷却性能が低下す
る。
が動作した時に発生する熱は、絶縁板４を通り金属ベー
ス２から放熱するが、その熱抵抗は部材が一層追加とな
ることにより増加し、素子に対する冷却性能が低下す
る。
【０００７】素子の動作時の発熱密度は、素子の性能改
善と共に増加する傾向にあり、冷却性能の低下は、素子
の性能を引出す上で弊害となる。
善と共に増加する傾向にあり、冷却性能の低下は、素子
の性能を引出す上で弊害となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、装置の
大形化に対した信頼性を確保する構造、他の性能の一部
を犠牲にして達成されている。
大形化に対した信頼性を確保する構造、他の性能の一部
を犠牲にして達成されている。
【０００９】本発明では、他の性能を犠牲にすること無
く、装置の大形化に対応した信頼性を確保する構造の提
供である。
く、装置の大形化に対応した信頼性を確保する構造の提
供である。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による半導体装置
は、金属ベースと、電極処理が施され金属ベースの上に
第１のろう材により接着される絶縁基板と、絶縁基板の
上に第２のろう材により接着される半導体素子とを備え
る。そして、第１のろう材中には、第１のろう材の厚さ
と略同じ大きさの粒径を有する金属粒子が含有される。
は、金属ベースと、電極処理が施され金属ベースの上に
第１のろう材により接着される絶縁基板と、絶縁基板の
上に第２のろう材により接着される半導体素子とを備え
る。そして、第１のろう材中には、第１のろう材の厚さ
と略同じ大きさの粒径を有する金属粒子が含有される。
【００１１】
【作用】臘材厚さを均一にすることにより、他の性能を
犠牲にすること無く信頼性のバラツキを低減でき、且つ
信頼性の高い半導体装置を提供できる。
犠牲にすること無く信頼性のバラツキを低減でき、且つ
信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【００１２】
【実施例】図１に、本発明の一実施例を示す。
【００１３】絶縁基板４ｂは、熱伝導性の良好なＡｌＮ
を使用し、電極処理４ａ，４ｃはＣｕの薄板を臘付けに
より接続した構造を有し、半導体素子は融点が３００℃
程度のＰｂ−Ｓｎ系半田を用いてＡｌＮのＣｕ電極４ａ
上に半田付けされる。半導体素子１の基体であるＳｉお
よびＡｌＮ４ｂの熱膨張率は、それぞれ３×１０-6／
℃，４×１０-6／℃と非常に近いため臘材の疲労は起き
にくい。
を使用し、電極処理４ａ，４ｃはＣｕの薄板を臘付けに
より接続した構造を有し、半導体素子は融点が３００℃
程度のＰｂ−Ｓｎ系半田を用いてＡｌＮのＣｕ電極４ａ
上に半田付けされる。半導体素子１の基体であるＳｉお
よびＡｌＮ４ｂの熱膨張率は、それぞれ３×１０-6／
℃，４×１０-6／℃と非常に近いため臘材の疲労は起き
にくい。
【００１４】そのごＡｌワイヤ３により配線を施し、Ｃ
ｕベース２の融点が１８０℃程度の半田５で接着する。
Ｃｕベースの熱膨張率は約１７×１０-6／℃とＳｉ及び
ＡｌＮに対して大きくこの部分の熱疲労耐量が半導体装
置の信頼性確保の上で重要である。
ｕベース２の融点が１８０℃程度の半田５で接着する。
Ｃｕベースの熱膨張率は約１７×１０-6／℃とＳｉ及び
ＡｌＮに対して大きくこの部分の熱疲労耐量が半導体装
置の信頼性確保の上で重要である。
【００１５】ここでは、目的とする熱疲労寿命を確保す
るため、臘付け後半田厚みは均一に１００μｍ以上を満
足する必要が有る。
るため、臘付け後半田厚みは均一に１００μｍ以上を満
足する必要が有る。
【００１６】よって、Ｃｕベース２とＡｌＮ基板４間の
臘付け用半田としては、高温でも粒径を維持できるＮｉ
微細粒子８の７０〜１００μｍを５％含有したＰｂＳｎ
共晶半田で、厚み３００μｍ、寸法は接着面積の１／３
の半田シートを配置しておき、臘付け時にはＡｌＮ基板
又はＣｕベース側より十分な荷重を与え製造する。
臘付け用半田としては、高温でも粒径を維持できるＮｉ
微細粒子８の７０〜１００μｍを５％含有したＰｂＳｎ
共晶半田で、厚み３００μｍ、寸法は接着面積の１／３
の半田シートを配置しておき、臘付け時にはＡｌＮ基板
又はＣｕベース側より十分な荷重を与え製造する。
【００１７】製造上の問題としては、Ｎｉ微細粒子が１
００μｍ以上となる場合、Ｎｉ微細粒子の含有量が３０
％以上となる場合、臘付け時荷重を与えない場合に粒子
が重なり合うことが発生しＣｕベースとＡｌＮ基板間の
隙間が広くなり半田量が不足し半田ボイドの発生原因と
なる。
００μｍ以上となる場合、Ｎｉ微細粒子の含有量が３０
％以上となる場合、臘付け時荷重を与えない場合に粒子
が重なり合うことが発生しＣｕベースとＡｌＮ基板間の
隙間が広くなり半田量が不足し半田ボイドの発生原因と
なる。
【００１８】図１でのＮｉ微細粒子８は、半田シート中
に全面均一にＮｉ微細粒子を圧延にて埋め込んだもので
ある。
に全面均一にＮｉ微細粒子を圧延にて埋め込んだもので
ある。
【００１９】図５には他の実施例を示す、本図はＣｕベ
ース２とＡｌＮ基板４間の半田５の厚みを均一にするた
めに必要最小限のＮｉ微細粒子埋め込み量にて製造する
方法として、Ｃｕベース２にＰｂＳｎ共晶クリーム半田
９を印刷し、その上の両端部へＮｉ微細粒子８を散布す
ることにより、局部的なスペーサ効果にて半田厚みを確
保できる構造となっている。この場合、臘付け中に半田
が溶融し半田が流れ出した時、共にＮｉ微細粒子がＣｕ
ベースとＡｌＮ基板間から流れだす恐れが有るため、半
田流れ防止，半田サイズ縮小化，Ｎｉ微細粒子散布面積
拡大等の対応が必要である。
ース２とＡｌＮ基板４間の半田５の厚みを均一にするた
めに必要最小限のＮｉ微細粒子埋め込み量にて製造する
方法として、Ｃｕベース２にＰｂＳｎ共晶クリーム半田
９を印刷し、その上の両端部へＮｉ微細粒子８を散布す
ることにより、局部的なスペーサ効果にて半田厚みを確
保できる構造となっている。この場合、臘付け中に半田
が溶融し半田が流れ出した時、共にＮｉ微細粒子がＣｕ
ベースとＡｌＮ基板間から流れだす恐れが有るため、半
田流れ防止，半田サイズ縮小化，Ｎｉ微細粒子散布面積
拡大等の対応が必要である。
【００２０】図６には、他の実施例としてＣｕベース２
とＡｌＮ基板４間の半田５にガラス繊維を埋め込んだ場
合を示す。半田５は、ガラス繊維１０を最少２本圧延し
て埋め込むことにより半田厚みの均一な確保が出来る。
とＡｌＮ基板４間の半田５にガラス繊維を埋め込んだ場
合を示す。半田５は、ガラス繊維１０を最少２本圧延し
て埋め込むことにより半田厚みの均一な確保が出来る。
【００２１】
【発明の効果】大形の、絶縁板を有する半導体装置の温
度変化に伴う熱疲労信頼性の向上を図った製造方法が提
供できる。
度変化に伴う熱疲労信頼性の向上を図った製造方法が提
供できる。
【図１】本発明の一実施例（樹脂層及び配線，端子は省
略）の平面図及び断面図である。
略）の平面図及び断面図である。
【図２】従来構造（絶縁板の電極処理，半導体素子，樹
脂層及び配線，端子は省略）の平面図および断面図であ
る。
脂層及び配線，端子は省略）の平面図および断面図であ
る。
【図３】他の従来例（絶縁板の電極処理，半導体素子，
樹脂層及び配線，端子は省略）の側面図である。
樹脂層及び配線，端子は省略）の側面図である。
【図４】半田亀裂長さと温度変化サイクル数（対数表
示）の関係図である。
示）の関係図である。
【図５】本発明の他の実施例（絶縁板の電極処理，半導
体素子，樹脂層及び配線，端子は省略）の平面図及び断
面図である。
体素子，樹脂層及び配線，端子は省略）の平面図及び断
面図である。
【図６】本発明の他の実施例（絶縁板の電極処理，半導
体素子，樹脂層及び配線，端子は省略）の平面図及び断
面図である。
体素子，樹脂層及び配線，端子は省略）の平面図及び断
面図である。
１…半導体素子、２…金属ベース、３…アルミワイヤ、
４ａ…上側電極、４ｂ…絶縁基板、４ｃ…下側電極、５
…臘材（半田）、６…流れ止め樹脂、７…中間金属板、
８…Ｎｉ微細粒子、９…クリーム半田、１０…ガラス繊
維。
４ａ…上側電極、４ｂ…絶縁基板、４ｃ…下側電極、５
…臘材（半田）、６…流れ止め樹脂、７…中間金属板、
８…Ｎｉ微細粒子、９…クリーム半田、１０…ガラス繊
維。
フロントページの続き (72)発明者 黒須 俊樹 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 平２−207539（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−197292（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−72046（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−92832（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/52 H01L 23/12
Claims (2)
- 【請求項１】金属ベースと、 電極処理が施され、前記金属ベースの上に第１のろう材
により接着される絶縁基板と、 前記絶縁基板の上に第２のろう材により接着される半導
体素子と、 を備え、 前記第１のろう材中に、前記第１のろう材の厚さと略同
じ大きさの粒径を有する金属粒子を含有していることを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】請求項１において、前記金属粒子が、前記
第１のろう材の両端部に集中して存在することを特徴と
する半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5007326A JP2810285B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5007326A JP2810285B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06216167A JPH06216167A (ja) | 1994-08-05 |
| JP2810285B2 true JP2810285B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=11662846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5007326A Expired - Lifetime JP2810285B2 (ja) | 1993-01-20 | 1993-01-20 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2810285B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006278598A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7722962B2 (en) | 2000-12-21 | 2010-05-25 | Renesas Technology Corp. | Solder foil, semiconductor device and electronic device |
| JP4228926B2 (ja) * | 2003-10-03 | 2009-02-25 | 富士電機デバイステクノロジー株式会社 | 半導体装置 |
| JP2008270846A (ja) * | 2003-10-03 | 2008-11-06 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP4339723B2 (ja) * | 2004-03-04 | 2009-10-07 | 株式会社ルネサステクノロジ | 半導体装置およびその製造方法、電子装置ならびに実装構造体 |
| JP6097567B2 (ja) * | 2013-01-11 | 2017-03-15 | 株式会社豊田中央研究所 | ろう付け構造、ろう付け構造体の製造方法 |
| JP6014014B2 (ja) * | 2013-12-06 | 2016-10-25 | 株式会社豊田中央研究所 | ろう付け構造体の製造方法 |
| JP6551432B2 (ja) | 2017-02-08 | 2019-07-31 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体装置とその製造方法 |
| CN110351943A (zh) * | 2018-04-08 | 2019-10-18 | 莱尔德电子材料(深圳)有限公司 | 表面安装接触件 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5572046A (en) * | 1978-11-25 | 1980-05-30 | Toshiba Corp | Solder for semiconductor |
| JPS6092832U (ja) * | 1983-11-30 | 1985-06-25 | 関西日本電気株式会社 | 混成集積回路装置 |
| JPH07121467B2 (ja) * | 1986-02-24 | 1995-12-25 | 三菱マテリアル株式会社 | Ｓｉ半導体素子をＣｕ基合金製リードフレームに少ない残留熱歪ではんだ付けする方法 |
| JPH02207539A (ja) * | 1989-02-07 | 1990-08-17 | Sanken Electric Co Ltd | 半導体装置 |
-
1993
- 1993-01-20 JP JP5007326A patent/JP2810285B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006278598A (ja) * | 2005-03-29 | 2006-10-12 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06216167A (ja) | 1994-08-05 |
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