JP6983119B2 - Heat dissipation plate, semiconductor package and semiconductor device - Google Patents
Heat dissipation plate, semiconductor package and semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP6983119B2 JP6983119B2 JP2018121150A JP2018121150A JP6983119B2 JP 6983119 B2 JP6983119 B2 JP 6983119B2 JP 2018121150 A JP2018121150 A JP 2018121150A JP 2018121150 A JP2018121150 A JP 2018121150A JP 6983119 B2 JP6983119 B2 JP 6983119B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frame
- plate
- shaped plate
- flat plate
- heat radiating
- 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.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Description
本発明は、銅板等を含む放熱板、半導体パッケージおよび半導体装置に関する。 The present invention relates to a heat dissipation plate including a copper plate or the like, a semiconductor package, and a semiconductor device.
半導体集積回路素子等の半導体素子は、半導体素子の搭載部を含む半導体パッケージに搭載されて、通信機器およびコンピュータ等の種々の電子機器に実装される。半導体パッケージには、半導体素子の作動時に発生する熱を外部に放散するための放熱板が部品として用いられる場合がある。放熱板としては、銅等の金属版を有するものが知られている(例えば特許文献1参照)。 A semiconductor element such as a semiconductor integrated circuit element is mounted on a semiconductor package including a mounting portion of the semiconductor element, and is mounted on various electronic devices such as a communication device and a computer. In the semiconductor package, a heat radiating plate for dissipating heat generated when the semiconductor element is operated may be used as a component. As the heat radiating plate, a plate having a metal plate such as copper is known (see, for example, Patent Document 1).
近年、半導体素子の高機能化等にともない、半導体素子の作動時の発熱量が増加する傾向にある。そのため、放熱板の放熱性、つまり熱伝導性の向上が求められている。放熱性の向上に際しては、放熱板と放熱板が接合される絶縁体との熱膨張率の差による熱応力等の応力に起因した種々の不具合の可能性を低減することも求められている。 In recent years, with the increasing functionality of semiconductor devices, the amount of heat generated during operation of semiconductor devices tends to increase. Therefore, it is required to improve the heat dissipation property, that is, the thermal conductivity of the heat dissipation plate. In order to improve heat dissipation, it is also required to reduce the possibility of various defects caused by stress such as thermal stress due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the heat dissipation plate and the insulator to which the heat dissipation plate is joined.
本発明の1つの態様の放熱板は、銅を主成分とする金属材料からなり、半導体素子の搭載部を含む上面を有する平板と、鉄−ニッケル−コバルト合金を主成分とする金属材料からなり、平面視で前記平板を囲んで位置しており、前記平板の外側面に接合された内側面を有する枠状板とを備えている。また、平面視において、前記枠状板の内側面と該内側面に対向する外側面との間の寸法が、前記枠状板の前記内側面と該内側面に対向する他の内側面との間に位置する前記平板の寸法の7.5%以上であるとともに、前記内側面に対向す
る外側面と前記内側面に隣接する前記搭載部の外周位置との間の距離から0.3mm差し引いた寸法以下である。
The heat dissipation plate of one aspect of the present invention is made of a metal material containing copper as a main component, and is composed of a flat plate having an upper surface including a mounting portion of a semiconductor element and a metal material containing an iron-nickel-cobalt alloy as a main component. It is located around the flat plate in a plan view, and includes a frame-shaped plate having an inner side surface joined to the outer surface of the flat plate. Further, in a plan view, the dimension between the inner surface of the frame-shaped plate and the outer surface facing the inner surface is the same as that of the inner surface of the frame-shaped plate and the other inner surface facing the inner surface. 7.5% or more of the size of the flat plate located between them, and 0.3 mm or less subtracted from the distance between the outer surface facing the inner side surface and the outer peripheral position of the mounting portion adjacent to the inner side surface. Is.
本発明の1つの態様の半導体パッケージは、上記構成の放熱板と、該放熱板上に位置しており、前記枠状板の上面に接合された下面を有する絶縁枠体とを備える。 The semiconductor package of one aspect of the present invention includes a heat radiating plate having the above configuration and an insulating frame body located on the heat radiating plate and having a lower surface joined to the upper surface of the frame-shaped plate.
本発明の1つの態様の半導体装置は、上記構成の半導体パッケージと、前記搭載部に搭載された半導体素子とを備える。 The semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a semiconductor package having the above configuration and a semiconductor element mounted on the mounting portion.
本発明の1つの態様の半導体パッケージは、上記構成の平板および枠状板を備えることから、半導体パッケージにおける放熱性の向上および反り等の低減に有効な放熱板を提供することができる。 Since the semiconductor package of one aspect of the present invention includes the flat plate and the frame-shaped plate having the above-mentioned configuration, it is possible to provide a heat radiating plate effective for improving heat dissipation and reducing warpage in the semiconductor package.
本発明の1つの態様の半導体パッケージは、上記構成の放熱板を備えることから、放熱性の向上および反り等の低減に有効な半導体パッケージを提供することができる。 Since the semiconductor package of one aspect of the present invention includes the heat radiating plate having the above configuration, it is possible to provide a semiconductor package effective for improving heat radiating property and reducing warpage and the like.
本発明の1つの態様の半導体装置は、上記構成の半導体パッケージを備えることから、放熱性の向上および反り等の低減に有効な、長期信頼性の高い半導体装置を提供すること
ができる。
Since the semiconductor device according to one aspect of the present invention includes the semiconductor package having the above configuration, it is possible to provide a semiconductor device having high long-term reliability, which is effective for improving heat dissipation and reducing warpage.
本発明の実施形態の放熱板、半導体パッケージおよび半導体装置を、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は説明上の便宜的なものであり、実際に放熱板、半導体パッケージまたは半導体装置が使用されるときの上下を限定するものではない。また、以下の説明における各種の熱伝導率は、室温〜200程度における値であ
る。この熱伝導率は、例えば、定常法または非定常法による各種の測定装置で測定することができる。
The radiator plate, semiconductor package and semiconductor device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the distinction between the upper and lower parts in the following description is for convenience of explanation, and does not limit the upper and lower parts when the heat dissipation plate, the semiconductor package or the semiconductor device is actually used. Further, various thermal conductivitys in the following description are values at room temperature to about 200. This thermal conductivity can be measured by, for example, various measuring devices by a stationary method or a non-stationary method.
図1(a)は本発明の実施形態の放熱板を示す上面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線における断面図である。図2(a)は本発明の実施形態の放熱板の他の例を示す上面図であり、図2(b)は図2(a)のB−B線における断面図である。図3は図2に示す放熱板の斜視図である。図4は本発明の実施形態の半導体パッケージを上側から見た斜視図であり、図2に示すような放熱板を含んでいる。図5(a)は、図4に示す半導体パッケージの上面図であり、図5(b)は図5(a)のC−C線における断面図であり、図5(c)は下面図である。図6(a)は図5に示す半導体パッケージを上側から見た斜視図であり、図6(b)は図6(a)の変形例を示す斜視図である。図7は、本発明の実施形態の半導体装置を示す上面図であり、図5または図6に示すような半導体パッケージを含んでいる。放熱板10にセラミック材料等からなる絶縁枠体が接合されて半導体パッケージが形成され、半導体パッケージに半導体素子が搭載されて半導体装置が形成されている。なお、以上の各図において、断面図ではないものについても、見やすくするため一部にハッチングを施している。
1 (a) is a top view showing a heat radiation plate according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a). FIG. 2A is a top view showing another example of the heat dissipation plate according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 2A. FIG. 3 is a perspective view of the heat dissipation plate shown in FIG. FIG. 4 is a perspective view of the semiconductor package according to the embodiment of the present invention as viewed from above, and includes a heat dissipation plate as shown in FIG. 5 (a) is a top view of the semiconductor package shown in FIG. 4, FIG. 5 (b) is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 5 (a), and FIG. 5 (c) is a bottom view. be. 6 (a) is a perspective view of the semiconductor package shown in FIG. 5 as viewed from above, and FIG. 6 (b) is a perspective view showing a modified example of FIG. 6 (a). FIG. 7 is a top view showing the semiconductor device according to the embodiment of the present invention, and includes a semiconductor package as shown in FIG. 5 or FIG. An insulating frame made of a ceramic material or the like is joined to the
放熱板10は、四角形状等(図1の例では正方形状)の平板1と、平面視で平板1を囲んで位置している枠状板2とを有している。図1および図2に示す例では、枠状板2は四角枠状(図1の例では正方形枠状)であり、枠状板2の枠内に平板1がちょうど収まっている。図3に示すように、放熱板10に絶縁枠体11が接合されて半導体パッケージ20が構成されている。
The
平板1は、銅を主成分とする金属材料からなる。また、平板1は、半導体素子の搭載部1aを含む上面を有している。平板1は、搭載部1aに半導体素子(詳細は後述)を位置決めして固定する基部として機能する。また、平板1は、搭載部1aに搭載される半導体素子が作動時に発生する熱を外部に放散させる放熱体として機能する。半導体素子で発生した熱は、平板1の上面から下面にかけて、斜め下方向(平面視で広がる方向)に拡散しながら伝導される。平板1の下面に伝導された熱は、直接に、または下面にさらに取付け
られる放熱用の媒体(金属板、金属フィンまたは冷却管等)を介して、外部に放散される。
The
平板1は、上記のような熱伝導性を考慮して、銅を主成分とする金属材料により形成されている。銅を主成分とする金属材料としては、例えば、銅が99.9質量%以上の無酸素銅、銅を主成分とする合金材料、または銅層と銅−モリブデン複合体層が交互に積層された複合材料などが挙げられる。銅を主成分とする合金材料としては、銅を99質量%以上含有する合金材料または複合材料が挙げられる。平板1は、例えば、銅に加えてダイヤモンド、カーボン等の粒状のものを分散させた複合材料を用いて作製したものとすることができる。この場合、平板1を形成する金属材料としては、例えば、熱伝導率が300W/mK以上になるような組成の材料が選択される。
The
なお、半導体素子の搭載部1aは、実際に半導体素子が搭載され、接合固定される部分である。半導体素子としては、シリコン基板、窒化ガリウム(GaN)半導体基板または炭化ケイ素(SiC)半導体基板等の半導体基板に集積回路が配置された半導体集積回路素子が挙げられる。半導体集積回路素子は、各種の車両等の制御に用いられるパワー半導体素子であってもよい。搭載部1aは、例えば、平面視において半導体素子と同じ程度の外形寸法である。 The mounting portion 1a of the semiconductor element is a portion where the semiconductor element is actually mounted and joined and fixed. Examples of the semiconductor element include a semiconductor integrated circuit element in which an integrated circuit is arranged on a semiconductor substrate such as a silicon substrate, a gallium nitride (GaN) semiconductor substrate, or a silicon carbide (SiC) semiconductor substrate. The semiconductor integrated circuit element may be a power semiconductor element used for controlling various vehicles and the like. The mounting portion 1a has, for example, an external dimension similar to that of a semiconductor element in a plan view.
枠状板2は、平板1の外側面1bに接合された内側面2aを有している。つまり、枠状板2の枠内に収まった平板1の外側面1aと、これに接している枠状板2の内側面2aとが互いに接合されている。平板1と枠状板2との接合は、例えば、銀ろう(銀−銅合金)等の接合材(図示せず)を介して行なわれている。
The frame-
枠状板2は、鉄−ニッケル−コバルト合金を主成分とする金属材料からなる。鉄−ニッケル−コバルト合金の成分比は、例えば、鉄が54質量%、ニッケルが29質量%、コバルトが17質量%程度である。枠状板2を形成する金属材料としては、例えば、熱膨張率が8×10−6/K以下になるような組成の材料が選択される。このような金属材料としては、例えば、鉄−ニッケル合金(鉄65質量%、ニッケル35質量%)、タングステン、モリブデン、チタンを用いることができる。また、枠状板2は、これらの金属を含む合金からなるものでもよい。
The
枠状板2は、上記のように平板1よりも熱膨張率が小さい材料からなり、平板1を含む放熱板10全体としての熱膨張率を低く抑える機能を有している。また、枠状板2は、放熱板10に絶縁枠体が接合されるときの熱で横方向に(平面視で外側に)膨張することを抑制する機能を有している。枠状板2の上記機能および後述する寸法の条件により、枠状板2が絶縁枠体に接合されたときの反り等の変形を抑制することができる。
As described above, the frame-shaped
すなわち、平面視において、枠状板2の内側面2aとその内側面2aに対向する外側面2bとの間の寸法Wが、枠状板2の内側面2aとその内側面2aに対向する他の内側面2aとの間に位置する平板1の寸法Lの7.5%以上である。つまり、枠状板2の枠部分の幅(以下、枠状板2の幅ともいう)Wは、枠内で露出する平板1の長さ(以下、平板1の露出長さともいう)Lに対してW≧0.075×Lの条件を満たす程度に広く設定されている
。これにより、枠状板2を含む放熱板10全体としての熱膨張率(みかけの熱膨張率)を絶縁枠体11の熱膨張率に近づけて、熱応力を効果的に低減することができる。また、前述したような平板1の加熱時の膨張を抑制することができる。したがって、例えば絶縁枠体11接合後の変形を低減することが容易な放熱板10とすることができる。
That is, in a plan view, the dimension W between the
また、枠状板2の幅Wは、平面視において、枠状板2の内側面2aに対向する外側面2bと、この内側面2aに隣接する搭載部1aの外周位置との間の距離LAから0.3mm差
し引いた寸法以下である。つまり、枠状板2の幅Wは、平面視で枠状板2の外側面2bから搭載部1aの外周までの距離LAに対してW≦LA−0.3(mm)の条件を満たす程度
に狭く設定されている。枠状板2の外側面2bと搭載部1aの外周との間の距離LAは、この間に存在している、枠状板2の幅Wと平板1の部分的な長さとの合計である。
Further, the width W of the frame-shaped
言い換えれば、平面視において搭載部1aと枠状板2の内側面との間は0.3mm以上互
いに離れている。この距離は、平板内において搭載部1a(半導体素子)から平板1の下面に向かって熱を十分に横方向に拡散させるための距離である。これにより、枠状板2を含む放熱板10全体としての熱伝導率を例えば300W/mK以上に高くすることができる。
In other words, in a plan view, the mounting portion 1a and the inner surface of the frame-shaped
すなわち、上記寸法の条件を満たす枠状板2が平板1とともに放熱板10を構成していることから、外部への放熱性の向上および変形の低減のいずれに対しても有効な放熱板を提供することができる。この放熱板10が半導体パッケージ20に用いられたときには、放熱板10に反り等の変形の可能性が小さく、外部への放熱性に優れた半導体パッケージ20とすることができる。
That is, since the frame-shaped
なお、平板1の平面視における形状および寸法は、例えば1辺の長さが5〜50mmの長方形状である。また、平板1の厚さは、例えば、0.5〜5mm程度に設定されている。枠
状板2は、例えば長方形の枠状であり、上記のように枠部分Wの寸法が設定されている。枠部分2の厚さは、平板1の厚さと同じ程度に設定されている。
The shape and dimensions of the
平板1および枠状板2は、例えば、前述した金属材料の塊等に、圧延、打ち抜き、プレス、切削、研磨およびエッチング等の金属加工から適宜選択した加工を施すことによって、製作することができる。
The
上記構成の放熱板2は、例えば次のようなものでもよい。すなわち、例えば図2等に示すように、平面視において、平板1が長方形状であるとともに、枠状板2が長方形枠状であって構わない。このときに、枠状板2の長辺側に位置する第1内側面2aaと第1内側面2aaに対向する第1外側面2baとの間の寸法が、枠状板2の短辺側に位置する第2内側面2abと第2内側面2abに対向する他の第2内側面2abとの間に位置する平板1の寸法Lの7.5%以上になるように設定されていてもよい。言い換えれば、長方形枠状の枠状板2の長辺側における枠部分の幅(以下、長辺側の幅ともいう)Waが、長方形板状の平板1の長辺方向における露出上面の長さ(以下、長辺長さともいう)Laに対してWa≧0.075×Laの関係を満たすように設定されている。
The
また、これとあわせて、枠状板2は、第1内側面2aaに対向する第1外側面2baとの間の寸法Waが、第1内側面2aaに隣接する1a搭載部の外周位置との間の距離LAaから0.3mm差し引いた寸法以下であってもよい。つまり、枠状板2の長辺側における
枠部分の幅Waは、枠状板2の第1外側面2baから搭載部1aの外周までの距離LAaに対してWa≦ LAa−0.3(mm)の条件を満たす程度に狭く設定されている。枠状板2の第1外側面2baと搭載部1aの外周との間の距離LAaは、この間に存在している、枠状板2の幅Waと平板1の部分的な長さとの合計である。
In addition to this, the frame-shaped
すなわち、枠状板2の長辺側において、搭載部1aと枠状板2の第1内側面2aaとの間は平面視で0.3mm以上互いに離れている。この距離は、上記の例と同様に、平板1内
において熱を十分に横方向に拡散させるための距離である。この構成により、枠状板2を含む放熱板10全体としての熱伝導率を、例えば300W/mK以上に、さらには例えば350W/mK以上に、効果的に高くすることができる。
That is, on the long side of the frame-shaped
また、この場合には、より大きな熱応力が作用する傾向がある長方形枠状の枠状体2の
長辺側において、より確実に枠状板2の枠部分の幅を有効に広く確保することができる。そのため、熱応力による放熱板10全体の反り等の変形を有効に低減することができる。また、より大きな外部への熱伝導が好ましい長方形板状の平板2の長辺側において、搭載部1aから平板1の外周までの距離(つまり横方向への熱の拡散スペース)をより確実に確保することができる。したがって、反り等の変形の抑制および外部への放熱性の向上に有効な放熱板10とすることができる。
Further, in this case, the width of the frame portion of the frame-shaped
上記構成の放熱板10において、平板1が銅からなり、枠状板2が鉄−ニッケル−コバルト合金からなるものでもよい。この場合には、平板1における熱伝導率を、銅の物性としての熱伝導率(約380W/mK)に近づけることができる。また、放熱板10としての熱伝
導率も、同様に300W/mK以上、さらに350W/mK以上等に向上させることも、より容易になる。また、枠状板2の熱膨張率を、例えばセラミック材料からなる絶縁枠体11の熱膨張率に効果的に近似させることができる。したがって、この場合には、放熱板10としての放熱性の向上および変形の低減により有効な放熱板10とすることができる。
In the
また、この場合には、銀ろう等のろう材を介した平板1と枠状板2との接合の強度を向上させることに関しても有利である。すなわち、上記のようなろう材は、銅および鉄−ニッケル−コバルト合金に対する濡れ性が良好である。そのため、平板1および枠状板2のろう材との接合強度の向上が容易であり、これにより上記接合強度も効果的に向上させることができる。
Further, in this case, it is also advantageous to improve the strength of the bond between the
なお、平板1を形成する銅は、例えば無酸素銅であり、銅の含有率が99.9質量%以上の材料である。放熱板10において、平板1および枠状板2の露出表面にニッケルおよび金等のめっき層が被着されてもよい。金めっき層等により、放熱板10の酸化および腐食等の可能性を低減することができる。
The copper forming the
実施形態の半導体パッケージ20は、前述したように、上記いずれかの構成の放熱板10と、放熱板10上に位置しており、枠状板2の上面に接合された下面を有する絶縁枠体11とを備えている。なお、長方形状の平板1および枠状板2を備える放熱板10は、上記のように放熱性および変形抑制について有利な点を含んでいる。以下においては、基本的に、図2および図3に示す形態の放熱板10およびこれを含む半導体パッケージ20および半導体装置30を例に挙げて説明する。
As described above, the
絶縁枠体11は、例えば、搭載部1aに搭載される半導体素子と電気的に接続される配線導体または接続パッド等の導体12が位置する、電気絶縁性の基体として機能する。絶縁枠体11上には複数の導体12が位置していてもよい。複数の導体12は、絶縁枠体11によって互いに電気的に絶縁されているため、互いに電位が異なる外部電気回路と電気的に接続されるものが含まれていてもよい。
The insulating
絶縁枠体11は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化ケイ素質焼結体、炭化ケイ素質焼結体、ガラスセラミック焼結体およびムライト質焼結体等のセラミック材料から選択された絶縁材料によって形成されている。
The insulating
絶縁枠体11は、セラミック材料からなるものには限定されず、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂およびポリアミド樹脂等の樹脂材料を含む材料からなるものでもよい。この場合に、絶縁枠体11を形成する材料は、樹脂材料がガラスクロスに含浸されてなるもの(いわゆるFR4)でもよい。また、ガラスまたはセラミック材料等の無機物フィラーが樹脂材料に添加されたものでもよい。
The insulating
絶縁枠体11は、平面視における外形寸法が、例えば、1辺の長さが5〜50mm程度の長
方形状である。絶縁枠体11は、1辺の長さが上記値である正方形状等でも構わない。また、絶縁枠体11は、枠部分の開口寸法(平面視において内側面が形成する四角形状等の寸法)は、1辺の長さが5〜49mm程度の長方形状または正方形状である。また、枠状板1枠部分の幅W(Wa)は、前述した放熱板10に関する説明のとおりである。この枠部分の幅W(Wa)の範囲を満たすように、絶縁枠体11の外形寸法および開口寸法を決めるようにしてもよい。
The insulating
絶縁枠体11の厚さは、上記電気絶縁性の基体としての機能を有するものとして必要な電気絶縁性および機械的強度等の特性を満足する範囲で、任意に設定することができる。この場合、絶縁枠体11の生産性および放熱板10に対する接合の作業性(つまり半導体パッケージ20としての生産性)および経済性(いわゆるコスト)等を考慮してもよい。絶縁枠体11の厚さは、例えば約0.3〜1.5mm程度に設定される。
The thickness of the insulating
絶縁枠体11は、例えば酸化アルミニウム質焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウムおよび酸化マグネシウム等の原料粉末を、有機溶剤およびバインダと混練してスラリーを作製する。次に、スラリーをドクターブレード法またはリップコータ法等の成形法で帯状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。その後、このセラミックグリーンシートを適当な形状および寸法の複数のシートに切断これらのシートを必要に応じて積層する。以上の工程によって、絶縁枠体11を製作することができる。なお、上記のシートは、所定の枠状に切断してから積層してもよく、平板状の状態で積層してから、その積層体の平面視における中央部を打ち抜いて所定の枠状に成形してもよい。
The insulating
また、絶縁枠体11が樹脂材料を含む材料からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、ガラスクロスに未硬化のエポキシ樹脂を含浸させる。次にそのエポキシ樹脂を加熱等の手段で硬化させて板状の複合材を成形する。その後、その板状の複合材を所定の形状および寸法に切断等の方法で加工する。以上の方法で絶縁枠体11を製作することができる。
Further, if the insulating
放熱板10と絶縁枠体11との接合は、例えば銀−銅共晶ろう等の銀ろうを含むろう材を介して行なわれる。この場合、絶縁枠体11のうち放熱板10が接合される部分(表面の一部)には、あらかじめろう付け用の金属層(図示せず)が設けられていてもよい。
The bonding between the
前述した配線導体等の導体12およびろう付け用の金属層は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、金、ニッケル、コバルト等の金属材料により形成されている。導体12等の金属層は、上記の金属材料を少なくとも1種含む合金材料からなるものでもよい。また、互いに異なる金属材料からなる複数の金属層が含まれていてもよい。
The
導体12等の金属層は、例えば、メタライズ層またはめっき層等の形態で絶縁枠体11上に配置されている。この場合、1つの金属層が複数の形態を含んでいてもよい。例えば、金属層は、タングステンのメタライズ層の表面にニッケルおよび金等のめっき層が被着されてなるものでもよい。
The metal layer such as the
金属層12は、例えばタングステンのメタライズ層からなる場合であれば、次のようにして形成することができる。すなわち、まず、タングステンの粉末を有機溶剤およびバインダと混練して金属ペーストを作製する。次に、この金属ペーストを絶縁枠体11となるセラミックグリーンシート(切断後のシート)の表面に所定パターンに印刷する。その後、金属ペーストをシートと同時焼成する。以上の工程により、絶縁枠体11に導体12等の金属層を形成することができる。この場合、上記のように、タングステンのメタライズ層表面に、さらにニッケルおよび金等のめっき層を被着させてもよい。
The
平面視における絶縁枠体11の外形寸法は、例えば、放熱板10の外形寸法と同じ程度以下に設定されている。図5に示す例では、絶縁枠体11の外形寸法が放熱板10の外形寸法よりも少し小さく設定されている。そのため、絶縁枠体11の外周に沿って放熱板10(枠状板2)の外周部分が露出している。また、平面視における絶縁枠体11の開口寸法は、例えば、放熱板10の枠状板2の開口寸法と同じ程度以下に設定されている。そのため、絶縁枠体11の内側には枠状板2は露出しない。
The external dimensions of the insulating
すなわち、この例では、平面視において、放熱板10における平板1の露出範囲が、半導体パッケージ20において放熱板10よりも少し小さい。このような場合でも、枠状板2の枠部分の幅Waが広く確保されているので、放熱板10の変形は効果的に低減される。また、放熱板10から外部への放熱は主として平板1の下面側から行われるため、放熱性を確保することができる。つまり、放熱板10としての平板1および枠状板2の形状および寸法が上記のように設定されていれば、半導体パッケージ20としての変形低減(信頼性および実装性等)および放熱性を効果的に高めることができる。
That is, in this example, in a plan view, the exposure range of the
半導体パッケージ20は、上記のように、平面視において平板1が長方形状であるとともに、枠状板2が長方形枠状であるときに、下記条件のものであってもよい。すなわち、例えば図5に示すように、枠状板2の長辺側に位置する第1内側面2aaと第1内側面2aaに対向する第1外側面2baとの間の寸法Waよりも、枠状板2の短辺側に位置する第2内側面2abと第2内側面2abに対向する第2外側面2bbとの間の寸法の方が大きくてもよい。言い換えれば、長方形枠状の枠状板2は、長辺側における枠部分の幅Waに対して短辺側の枠部分の幅Wbの方が大きくてもよい。つまり、Wa<Wbであってもよい。ただし、上記各例のように、Wa=Wbであっても構わない。
As described above, the
Wa<Wbである場合には、平板1の長さを短くすることができ、平板1が短くなることにより平板1の高温での長辺方向への変形応力が小さくなり、反り等の変形抑制の効果を高めることができる。また、平板1が短くなることにより平板1の高温での長辺方向への変形応力が小さくなることで、幅Waを更に小さくすることが可能となり、放熱性向上の効果を高めることができる。
When Wa <Wb, the length of the
図6(a)は図5に示す半導体パッケージを上側から見た斜視図である。図6(b)は(a)の変形例を示す斜視図である。この例において、絶縁枠体11上面の導体12は端子13が接続されるパッドして機能している。また、この例における端子13は、金属製のリード端子である。パッド(導体12)にリード(端子13)が銀ろう等の接合材を介して接合されている。端子13は、半導体パッケージにおける外部接続用の外部端子である。端子13は、導体12に接合されているのと反対側(外端側)が、外部電気回路に、はんだまたは導電性接着剤等の導電性接続材を介して電気的に接続される。
FIG. 6A is a perspective view of the semiconductor package shown in FIG. 5 as viewed from above. FIG. 6B is a perspective view showing a modified example of FIG. 6A. In this example, the
端子13のうち導体12に接合されている側(内端側)または導体12には、後述する半導体装置30において、半導体素子21の電極が電気的に接続される。これにより、半導体素子21と外部電気回路との電気的な接続を行なせることができる。
The electrode of the
端子13は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金、鉄−ニッケル合金、銅および銅合金等の金属材料から適宜選択された材料により形成されている。端子13は、例えば、鉄−ニッケル−コバルト合金の板状等の原材料に対して、切断、圧延、プレス、切削、研磨およびエッチング等から適宜選択された金属加工が施されて、製作されている。 The terminal 13 is formed of a material appropriately selected from metal materials such as iron-nickel-cobalt alloy, iron-nickel alloy, copper and copper alloy. The terminal 13 is manufactured by subjecting a raw material such as an iron-nickel-cobalt alloy plate to metal processing appropriately selected from cutting, rolling, pressing, cutting, polishing, etching and the like. ..
図7は、本発明の実施形態の半導体装置30を示す上面図である。図7に示すように、上記構成の半導体パッケージ20と、搭載部1aに搭載された半導体素子21とによって、実施
形態の半導体装置30が基本的に構成されている。半導体素子21は、例えば、半導体集積回路素子、光半導体素子およびセンサ素子等である。半導体素子21が、作動時に発熱量が比較的大きい半導体集積回路素子であっても、上記のように搭載部1aから外部への放熱性が高められているため、半導体素子1aの温度上昇を低減して、安定して作動させることができる。また、半導体パッケージとしての変形が抑制されているため、半導体素子1aの搭載が容易であり、長期信頼性の向上も容易である。
FIG. 7 is a top view showing the
半導体素子21は、例えば上記のように端子13と電気的に接続されて、外部電気回路との電気的な接続が行なわれる。この場合、半導体素子21は導体12に接続されても構わない。半導体素子21と端子13または導体12との接続は、例えばボンディングワイヤまたはリボン導体等の導電性接続材(図示せず)を介して行なわれる。ボンディングワイヤが接続されるときの導体12は、ボンディングパッドとして機能する。
For example, the
図7に示す例では、半導体素子21以外に他の部品22も平板1の上面に搭載されている。他の部品22は、例えば、容量素子、インダクタ素子および抵抗器等の電子部品(いわゆる受動部品等)でもよい。また、他の部品22は、複数の電子部品が搭載された補助基板(補助基板としては符号なし)でも構わない。他の部品22は、例えば、半導体素子21の差動を安定させる電荷の供給、インピーダンス整合および位相調整等の機能を有している。なお、半導体装置30において、半導体素子21および他の部品22等が、蓋体または樹脂材料等の封止材で封止されていても構わない。
In the example shown in FIG. 7, in addition to the
他の部品22についても、端子13の内端側または導体12とボンディングワイヤ等の導電性接続材を介して電気的に接続される。他の部品22と電気的に接続される導体12および端子13は、半導体素子21が接続される導体12および端子13と同様の材料を用い、同様の方法で形成されたものでよい。
The other components 22 are also electrically connected to the inner end side of the terminal 13 or the
図8は、本発明の実施形態の半導体装置30の他の例を示す上面図である。図8に示す例において、絶縁枠体11は平面視で長方形の枠状であり、その枠幅が、図7に示す例よりも広い。また、短辺側における枠幅が長辺側における枠幅よりも大きい。この場合には、短辺側において絶縁枠体11の機械的強度および剛性を高く確保することができる。そのため、半導体パッケージ20における変形の可能性を効果的に低減することができる。したがって、半導体装置30の長期信頼性を向上させること等についても有利である。
FIG. 8 is a top view showing another example of the
また、図8に示す例では、平面視において絶縁枠体11の内周が円弧状になっている。これにより、絶縁枠体11の内周部分における熱応力等の応力が直線状に集中することを低減できる。そのため、絶縁枠体11におけるクラック等の発生の可能性を低減して、半導体装置30としての信頼性を向上させることもできる。この場合、例えば絶縁枠体11と平板1とが互いに接合されたとしても、絶縁枠体11の内周部分における熱応力の集中を低減できるので、上記のように信頼性を向上させることができる。
Further, in the example shown in FIG. 8, the inner circumference of the insulating
本発明の実施形態の放熱板について、その効果を確認した。効果の確認は、放熱板の変形を3次元形状測定機で測定し、放熱量をシミュレーションにより計算することで行なった。 The effect of the heat radiating plate according to the embodiment of the present invention was confirmed. The effect was confirmed by measuring the deformation of the heat dissipation plate with a three-dimensional shape measuring machine and calculating the amount of heat dissipation by simulation.
具体的には、無酸素銅からなる平板と、鉄−ニッケル−コバルト合金からなるおよび枠状板を用いて、上記実施形態において図2に示した形態の放熱板を作製した。放熱板は、平面視における寸法が18mm×10mmのものとした。放熱板について、枠状板の枠部分の幅Wa、露出した平板の寸法(長さ)Laおよび枠状板の外側面から半導体素子の搭載部の外周までの距離LAaを表1に示す種々の数値に設定した。表1において、LAa−W
aの値、つまり平面視において枠状板の内側面とそれに隣り合う搭載部の外周位置との間の距離をbaとして示している。
Specifically, a flat plate made of oxygen-free copper, an iron-nickel-cobalt alloy, and a frame-shaped plate were used to prepare a heat dissipation plate having the form shown in FIG. 2 in the above embodiment. The heat radiating plate has dimensions of 18 mm × 10 mm in a plan view. Regarding the heat radiating plate, the width Wa of the frame portion of the frame-shaped plate, the dimension (length) La of the exposed flat plate, and the distance LAa from the outer surface of the frame-shaped plate to the outer periphery of the mounting portion of the semiconductor element are shown in Table 1. I set it to a numerical value. In Table 1, LAa-W
The value of a, that is, the distance between the inner side surface of the frame-shaped plate and the outer peripheral position of the mounting portion adjacent to the inner side surface in a plan view is shown as ba.
放熱板10の変形量の測定は、表1に示す試料1から8の放熱板に、酸化アルミニウム質焼結体からなる絶縁枠体を銀−銅共晶ろうを用いて接合した後に、3次元形状測定機を用いて測定した。放熱量のシミュレーションは、表1に示す試料1から8のシミュレーションモデルの搭載部に、400Wの熱量を加えた場合の半導体素子の温度の計算、および放熱
板の熱抵抗の計算により行った。
The amount of deformation of the
変形抑制については、変形量が35μm以下であるものを可(○)とし、それを超えるものを不可(×)とした。また、変形量が15μm以下であるものを特に良好(◎)とした。伝熱性(放熱性)については、熱伝導率が300W/mK以上であるものを可(○)とし、
それ未満のものを不可(×)とした。また、熱伝導率が330W/mK以上であるものを特
に良好(◎)とした。変形抑制および放熱性の両方について不可ではないものを、総合判定で可(○)とした。
Regarding deformation suppression, those with a deformation amount of 35 μm or less were regarded as acceptable (◯), and those with a deformation amount exceeding that were regarded as unacceptable (×). Further, those having a deformation amount of 15 μm or less were regarded as particularly good (⊚). Regarding heat transfer (heat dissipation), those with a thermal conductivity of 300 W / mK or more are acceptable (○).
Those less than that are not allowed (x). Further, those having a thermal conductivity of 330 W / mK or more were regarded as particularly good (⊚). Those that are not impossible in terms of both deformation suppression and heat dissipation were marked as acceptable (○) in the comprehensive judgment.
表1に示す結果からわかるように、本発明の実施形態の放熱板(試料番号2〜5、7、8)の構成を選択することにより、比較例のもの(試料番号1、6)に比べて、変形の抑制および放熱性向上の効果が高いことを確認できた。
As can be seen from the results shown in Table 1, by selecting the configuration of the heat radiating plate (
また、本発明の実施形態の放熱板において、Wa/Laが大きいほど、つまり枠状板の幅が平板の露出長さに対して相対的に広いほど、変形抑制の点で有利な傾向が確認できた。また、baが大きいほど、つまり搭載部と枠状板との間に位置する平板の長さが長いほど、放熱性の点で有利な傾向であることが確認できた。 Further, in the heat radiating plate of the embodiment of the present invention, the larger Wa / La, that is, the wider the width of the frame-shaped plate is relative to the exposed length of the flat plate, the more advantageous the tendency in suppressing deformation is confirmed. did it. Further, it was confirmed that the larger the ba, that is, the longer the length of the flat plate located between the mounting portion and the frame-shaped plate, the more advantageous the heat dissipation.
1・・平板
1a・・搭載部
1b・・(平板の)内側面
2・・枠状板
2a・・(枠状板の)内側面
2aa・・第1内側面
2ab・・第2内側面
2b・・(枠状板の)外側面
2ba・・第1外側面
10・・放熱板
11・・絶縁枠体
12・・導体
13・・端子
20・・半導体パッケージ
21・・半導体素子
22・・他の部品
30・・半導体装置
L・・平板の露出長さ
La・・(長辺方向の)平板の露出長さ
LA・・枠状板の外側面と搭載部の外周との間の距離
LAa・・ 枠状板の第1外側面と搭載部の外周との間の距離
W・・枠状板の枠部分の幅
Wa・・(長辺側における)枠状板の枠部分の幅
Wb・・(短辺側における)枠状板の枠部分の幅
1 ・ ・ Flat plate 1a ・ ・ Mounting
10 ... Heat dissipation plate
11 ... Insulation frame
12 ... Conductor
13 ... Terminal
20 ... Semiconductor package
21 ... Semiconductor device
22 ... Other parts
30 ... Semiconductor device L ... Exposed length of flat plate La ... Exposed length of flat plate (in the long side direction) LA ... Distance between the outer surface of the frame-shaped plate and the outer circumference of the mounting part LAa ... Frame Distance between the first outer surface of the shaped plate and the outer circumference of the mounting portion W ... Width of the frame portion of the frame-shaped plate Wa ... Width of the frame portion of the frame-shaped plate (on the long side) Wb ... (Short) Width of the frame part of the frame-shaped plate (on the side)
Claims (6)
前記枠状板の長辺側に位置する第1内側面と該第1内側面に対向する第1外側面との間の寸法が、前記枠状板の短辺側に位置する第2内側面と該第2内側面に対向する他の第2内側面との間に位置する前記平板の寸法の7.5%以上であるとともに、前記第1内側面に対向する第1外側面と前記第1内側面に隣接する前記搭載部の外周位置との間の距離から0.3mm差し引いた寸法以下である請求項1記載の放熱板。 In a plan view, the flat plate has a rectangular shape and the frame-shaped plate has a rectangular frame shape.
The dimension between the first inner side surface located on the long side side of the frame-shaped plate and the first outer surface facing the first inner side surface is the second inner side surface located on the short side side of the frame-shaped plate. 7.5% or more of the size of the flat plate located between the surface and the other second inner surface facing the second inner surface, and the first outer surface facing the first inner surface and the first surface. 1 The heat radiating plate according to claim 1, wherein the dimension is equal to or less than the dimension obtained by subtracting 0.3 mm from the distance from the outer peripheral position of the mounting portion adjacent to the inner side surface.
該放熱板上に位置しており、前記枠状板の上面に接合された下面を有する絶縁枠体とを備える半導体パッケージ。 The heat radiating plate according to any one of claims 1 to 3,
A semiconductor package that is located on the heat dissipation plate and includes an insulating frame body having a lower surface joined to the upper surface of the frame-shaped plate.
前記枠状板の長辺側に位置する第1内側面と該第1内側面に対向する第1外側面との間の寸法よりも、前記枠状板の短辺側に位置する第2内側面と該第2内側面に対向する第2外側面との間の寸法の方が大きい請求項4記載の半導体パッケージ。 In a plan view, the flat plate has a rectangular shape and the frame-shaped plate has a rectangular frame shape.
The second inner surface located on the short side side of the frame-shaped plate is larger than the dimension between the first inner side surface located on the long side side of the frame-shaped plate and the first outer surface facing the first inner side surface. The semiconductor package according to claim 4, wherein the dimension between the side surface and the second outer surface facing the second inner side surface is larger.
前記搭載部に搭載された半導体素子とを備える半導体装置。 The semiconductor package according to claim 4 or 5.
A semiconductor device including a semiconductor element mounted on the mounting portion.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018121150A JP6983119B2 (en) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | Heat dissipation plate, semiconductor package and semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018121150A JP6983119B2 (en) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | Heat dissipation plate, semiconductor package and semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020004801A JP2020004801A (en) | 2020-01-09 |
JP6983119B2 true JP6983119B2 (en) | 2021-12-17 |
Family
ID=69100485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018121150A Active JP6983119B2 (en) | 2018-06-26 | 2018-06-26 | Heat dissipation plate, semiconductor package and semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6983119B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112750582B (en) * | 2020-12-31 | 2022-08-16 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | Self-positioning rack-mounting brazing method for ceramic insulator microwave packaging shell |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002093931A (en) * | 2000-09-20 | 2002-03-29 | Sumitomo Metal Electronics Devices Inc | Ceramic package for high frequency |
JP2004119655A (en) * | 2002-09-26 | 2004-04-15 | Kyocera Corp | Package for receiving semiconductor element and semiconductor device |
JP2004228414A (en) * | 2003-01-24 | 2004-08-12 | Kyocera Corp | Package for housing semiconductor device and semiconductor apparatus |
US6921971B2 (en) * | 2003-01-15 | 2005-07-26 | Kyocera Corporation | Heat releasing member, package for accommodating semiconductor element and semiconductor device |
JP2007311770A (en) * | 2006-04-17 | 2007-11-29 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device |
US10910326B2 (en) * | 2016-11-17 | 2021-02-02 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor package |
-
2018
- 2018-06-26 JP JP2018121150A patent/JP6983119B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020004801A (en) | 2020-01-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102186331B1 (en) | Resistor and production method for resistor | |
JP6328475B2 (en) | Electronic component storage package | |
US8450842B2 (en) | Structure and electronics device using the structure | |
CN110809910B (en) | Substrate for power module and power module | |
JP6983119B2 (en) | Heat dissipation plate, semiconductor package and semiconductor device | |
JP6702800B2 (en) | Circuit board assembly, electronic device assembly, circuit board assembly manufacturing method, and electronic device manufacturing method | |
JP2012074591A (en) | Circuit board and electronic divice | |
JP4227610B2 (en) | Manufacturing method of heat dissipation base | |
JP6046421B2 (en) | Wiring board and electronic device | |
JP4667154B2 (en) | Wiring board, electrical element device and composite board | |
JP6317178B2 (en) | Circuit board and electronic device | |
JP5665479B2 (en) | Circuit board and electronic device | |
JP2004087927A (en) | Ceramic substrate | |
JP4459031B2 (en) | Electronic component storage package and electronic device | |
JP2018006377A (en) | Composite substrate, electronic device, and electronic module | |
WO2019163941A1 (en) | Substrate for power modules, and power module | |
JP4514598B2 (en) | Electronic component storage package and electronic device | |
JP4876612B2 (en) | Insulated heat transfer structure and power module substrate | |
CN112005366A (en) | Heat dissipation substrate and electronic device | |
JP6166094B2 (en) | Wiring board and electronic device | |
JP2003068954A (en) | Package for housing semiconductor element | |
JP3447043B2 (en) | Package for electronic components | |
JP2013229377A (en) | Circuit board and electronic apparatus using the same | |
JP6777440B2 (en) | Circuit boards and electronic devices | |
JP2000077583A (en) | Package for electronic component and manufacture thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210112 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20210827 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20210827 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20211029 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20211102 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20211122 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6983119 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |