JP3807639B2 - Heat sink and composite semiconductor device using the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、経時的変化による反りを可能な限り小さくした放熱板及びそれを使用して組み立てた複合半導体装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
この種の複合半導体装置の概略構造を図3に示す。図において、1は複合半導体装置全体を示し、この複合半導体装置1はその底面に放熱板2を備えている。この放熱板2上に絶縁基板3がソルダ付けされ、この絶縁基板3上に半導体ペレット4、外部導出端子5等の電子部品が載置・固着されている。外部導出端子5の他端は蓋体6の透孔7を介して外部に引き出されている。両端開口の絶縁ケース8の一方の開口部には放熱板2の外周部が当接し、他方の開口部は蓋体6が被せられている。なお、絶縁ケース8の内部には封止用樹脂が充填され半導体ペレット4等が封止される。
【0003】
ところで、上記放熱板2の上面には図4(b)に示すように、絶縁基板3の導体パターン3a上に半導体ペレット4がソルダ付けされるが、絶縁基板3の下面のメタライズ層(図示省略)と放熱板2とも、ソルダにより固着される。
【0004】
かかる場合に、絶縁基板3と銅材からなる放熱板2とをソルダ付けすると、両者の熱膨張の差により反りが発生する。この反りの発生方向は図4(b)に示すように、下面中央部2aが凹状(上方に向かって凸状)になる。この状態のままで図3に示す複合半導体装置1を組み立てると、図示を省略した放熱板2の取付穴によって、該複合半導体装置1を他の部材に取り付けた際に、放熱板の下面と他の部材間に隙間が形成されてしまい、放熱効果を悪くする。これを防ぐため、従来では放熱板2を製作する時に図4(a)に示すように、あらかじめ下面の中央部2aを凸状にして反り量S1を制御している。
【0005】
さらに、絶縁基板3を放熱板2にソルダ付けした直後の反り量S2は、数日間放置しておくと、小さくなり、遂には図4(c)の反り量S3に示すように、放熱板2の中央部2aが凸状に変化して安定する。このようなことを考慮して従来では完成品での放熱板2の反り量S3が最小になるように放熱板2の製作時に逆方向の反り量S1を最初に決めておくようにしている。
【0006】
図4(a),(b),(c)の反り量を12個のサンプルについて計測し、放熱板2の製作時には中央部2aを凸状にして反り量S1の平均値が44.5μm程度になるように放熱板2を加工しておく。この放熱板2に絶縁基板3をソルダ付けすると、ソルダ付け直後で中央部2aの凹部の反り量S2が平均で114.6μmに逆に反る。この時の変化量は、ΔSa=|S1|+|S2|で表わされ、ΔSa=44.5+114.6=159.1μmとなる。これを数日間放置すると、放熱板2の中央部2aが凸状に変化し、反り量S3が平均21.3μmとなる。この放置後の変化量ΔSは、ΔS=|S2|+|S3|で表わされので、ΔS=114.6+21.3=135.9μmとなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような処置では次のような解決すべき課題がある。
絶縁基板3を放熱板2にソルダ付け後、ΔSa,ΔSもの反り量、すなわち100μm以上の反りが2回も反転するので、絶縁基板3に機械的ストレスが加わり、延いては絶縁基板3上の半導体ペレット4にも悪影響を与え、複合半導体装置の特性が劣化するおれがある。
【0008】
【発明の目的】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、放熱板2の最終的な反り量S3を小さくするとともに、反りの変化量ΔSa及びΔSを小さくして絶縁基板3の割れや半導体ペレット4の特性変化を少なくすることができる放熱板及びそれを使用した複合半導体装置を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明によれば、放熱板の上面に絶縁基板がソルダ付けされ、該絶縁基板の上面に半導体ペレットがソルダ付けされる構造の放熱板において、上記放熱板の上面にプレス加工による加工硬化部を設け、前記放熱板の中央部から外縁部に向かって、第1の加工硬化せしめられていない部分、前記加工硬化部、第2の加工硬化せしめられていない部分の順に、それらを前記放熱板の上面に配列し、前記第1の加工硬化せしめられていない部分上に前記絶縁基板を配置したことを特徴とする放熱板が提供される。
請求項3に記載の発明によれば、放熱板上に、ソルダ付けにより電子部品が載置される絶縁基板を有する複合半導体装置において、上記放熱板の絶縁基板がソルダ付けされる側の面に、ソルダ付けによる反りの発生を小さくするための加工硬化部を設け、前記放熱板の中央部から外縁部に向かって、第1の加工硬化せしめられていない部分、前記加工硬化部、第2の加工硬化せしめられていない部分の順に、それらを前記放熱板の上面に配列し、前記第1の加工硬化せしめられていない部分上に前記絶縁基板を配置し、前記放熱板を用いて組み立てたことを特徴とする複合半導体装置が提供される。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図1を参照して説明する。図1において、放熱板12の絶縁基板がソルダ付けされる面にプレス機械等により凹状に加工し、加工硬化部13を形成する。この実施例では板厚3mmの放熱板12に対して0.5mmの深さの凹部なるまで押圧し、加工硬化部13を形成した。本発明の実施の形態では、図1のように一定の幅を持つ帯状の加工硬化部13が形成されるが、本発明に関連する発明の実施形態では、そのように帯状にせずに全体的に押圧して該加工硬化部13(図示せず)を形成しても良い。
【0011】
上記のように加工硬化部13を形成した放熱板12を、図2(a)に示すように、放熱板12の製作時にあらかじめ、中央部12aが反り量S10となるように凸状に形成しておく。なお、種々の実験の結果、S10=0〜30μmの範囲で反り量を決めると、最終的に良好な結果が得られることが判明した。次いで、絶縁基板3をソルダ付けすると、図2(b)に示すように中央部12aが反り量S20の凹状となる。その後、数日間放置すると、図2(c)に示すように中央部12aが反り量S30の僅かな反りとなり安定した形状となる。上記図2(a),(b)及び(c)の反り量から、放熱板製作後の反り(S10)の平均は22.6μm、絶縁基板ソルダ付け後の反り(S20)の平均は、−69.2μmであるから反り変化量ΔSa=|S10|+|S20|=|22.6|+|69.2|=91.8μmとなる。また、放熱板放置後の反り(S30)の平均は、7.3μmであり、放置後変化量ΔS=|S20|+|S30|=|69.2|+|7.3|=76.5μmとなる。このように、本発明によれば、放熱板放置後の反りS30は、従来のS3に比較し、約1/3程度となる。また、製作途中における反りの変化量ΔSaは、従来のΔSaに比較して約1/2程度になる。これらの結果から絶縁基板の割れの発生率が減少し、この絶縁基板にソルダ付けされる半導体ペレットの特性変化を少なくすることができる。
【0012】
次に、上記の放熱板を使用し、従来と同様に図3に示したように、放熱板12の外周に両端開口の絶縁ケース8の一方が当接し、他方の開口端には外部端子5を導出した蓋体6を被せ、絶縁ケース8の内部には樹脂を充填して複合半導体装置1を完成させる。
こうして完成した複合半導体装置1は、放熱板12の反り及び放置後の変化量が少ないために、放熱板12とソルダ付けされる絶縁基板3の割れが少なくなり、最終的に複合半導体装置1の特性への悪影響を効果的に防ぐことができる。
【0013】
【発明の効果】
以上のように、本発明の放熱板及びそれを用いた複合半導体装置は、放熱板の反りが小さくかつ製作途中での反りの変化量を相対的に低く抑えることができるので、半導体ペレットに与える機械的ストレスも少なく、結果的に複合半導体装置の特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の放熱板の平面図である。
【図2】同図(a)は本発明による放熱板の製作直後の反りの状態を示す正面図、同図(b)は本発明による放熱板に絶縁基板及び半導体ペレットをソルダ付けした後の反り状態を示す正面図、同図(c)は本発明による放熱板を所定期間放置後の反りの状態を示す正面図である。
【図3】本発明及び従来の放熱板を使用して組み立てた複合半導体装置の概略構造を示す断面図である。
【図4】同図(a)は従来の放熱板の製作直後の反りの状態を示す正面図、同図(b)は従来の放熱板に絶縁基板及び半導体ペレットをソルダ付けした後の反り状態を示す正面図、同図(c)は従来の放熱板を所定期間放置後の反りの状態を示す正面図である。
【符号の説明】
1 複合半導体装置
3 絶縁基板
4 半導体ペレット
5 外部導出端子
6 蓋体
12 放熱板
13 加工硬化部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heat sink that minimizes warping due to changes over time and a composite semiconductor device assembled using the heat sink.
[0002]
[Prior art]
A schematic structure of this type of composite semiconductor device is shown in FIG. In the figure,
[0003]
Incidentally, as shown in FIG. 4B, the
[0004]
In such a case, when the
[0005]
Furthermore, warpage S2 of immediately after with solder the
[0006]
4 (a), (b), and (c) are measured for twelve samples . When the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the above treatment has the following problems to be solved.
After the
[0008]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been made to solve the above-described problems. The final warpage amount S3 of the
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, in the heat sink having a structure in which the insulating substrate is soldered on the upper surface of the heat sink, and the semiconductor pellet is soldered on the upper surface of the insulating substrate, the upper surface of the heat sink is pressed. In the order of the first work-hardened part, the second work-hardened part, the second work-hardened part, in order from the center part of the heat sink toward the outer edge part. Are arranged on the upper surface of the heat radiating plate, and the insulating substrate is arranged on a portion not cured by the first work.
According to a third aspect of the present invention, in the composite semiconductor device having the insulating substrate on which the electronic component is mounted by soldering on the heat sink, the surface of the heat sink on the side to which the insulating substrate is soldered. A work hardening portion for reducing the occurrence of warpage due to soldering, and a first work hardening portion, a second work hardening portion, and a second work hardening portion from the center portion of the heat sink toward the outer edge portion. In order of the parts that are not work hardened, they are arranged on the upper surface of the heat sink, the insulating substrate is disposed on the first work hardened part, and assembled using the heat sink. A composite semiconductor device is provided.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the
[0011]
As shown in FIG. 2A, the
[0012]
Next, using the above heat sink, as shown in FIG. 3 as in the prior art, one end of the insulating case 8 having both ends opened to the outer periphery of the
Since the
[0013]
【The invention's effect】
As described above, since the heat sink of the present invention and the composite semiconductor device using the heat sink have a small warp of the heat sink and the amount of change of the warp during the manufacturing can be relatively low, it is given to the semiconductor pellet. There is little mechanical stress, and as a result, the characteristics of the composite semiconductor device can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a heat sink according to the present invention.
FIG. 2 (a) is a front view showing a state of warping immediately after manufacturing a heat sink according to the present invention, and FIG. 2 (b) is a view after soldering an insulating substrate and a semiconductor pellet to the heat sink according to the present invention. The front view which shows a curvature state, the figure (c) is a front view which shows the state of the curvature after leaving the heat sink by this invention for a predetermined period.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a schematic structure of a composite semiconductor device assembled using the present invention and a conventional heat sink.
4A is a front view showing a state of warping immediately after manufacturing a conventional heat sink, and FIG. 4B is a warp state after an insulating substrate and a semiconductor pellet are soldered to the conventional heat sink. FIG. 2C is a front view showing a warped state after leaving a conventional heat sink for a predetermined period.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
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Publications (2)
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JPH10256442A JPH10256442A (en) | 1998-09-25 |
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Family
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Family Applications (1)
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JP7459697A Expired - Lifetime JP3807639B2 (en) | 1997-03-11 | 1997-03-11 | Heat sink and composite semiconductor device using the same |
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1997
- 1997-03-11 JP JP7459697A patent/JP3807639B2/en not_active Expired - Lifetime
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