JP6983119B2 - Heat dissipation plate, semiconductor package and semiconductor device - Google Patents

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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).

特開2002−93931号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-93931

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.

(a)は本発明の実施形態の放熱板を示す上面図であり、(b)は(a)のA−A線における断面図である。(A) is a top view showing the heat radiation plate of the embodiment of the present invention, and (b) is a sectional view taken along the line AA of (a). (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、(b)は(a)のB−B線における断面図である。(A) is a top view showing another example of the heat radiation plate of the embodiment of the present invention, and (b) is a sectional view taken along the line BB of (a). 図2に示す放熱板の斜視図である。It is a perspective view of the heat dissipation plate shown in FIG. 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る。It is a perspective view which looked at the semiconductor package of embodiment of this invention from the upper side. (a)は、図4に示す半導体パッケージの上面図であり、(b)は(a)のC−C線における断面図であり、(c)は下面図である。(A) is a top view of the semiconductor package shown in FIG. 4, (b) is a cross-sectional view taken along the line CC of (a), and (c) is a bottom view. (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、(b)は(a)の変形例を示す斜視図である。(A) is a perspective view of the semiconductor package shown in FIG. 5 as viewed from above, and (b) is a perspective view showing a modified example of (a). 本発明の実施形態の半導体装置を示す上面図である。It is a top view which shows the semiconductor device of embodiment of this invention. 本発明の実施形態の半導体装置の他の例を示す上面図である。It is a top view which shows the other example of the semiconductor device of embodiment of this invention.

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 heat radiating plate 10 to form a semiconductor package, and a semiconductor element is mounted on the semiconductor package to form a semiconductor device. In each of the above drawings, even those that are not cross-sectional views are partially hatched for easy viewing.

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 heat radiating plate 10 has a flat plate 1 having a square shape or the like (square shape in the example of FIG. 1), and a frame-shaped plate 2 located surrounding the flat plate 1 in a plan view. In the examples shown in FIGS. 1 and 2, the frame-shaped plate 2 has a square frame shape (square frame shape in the example of FIG. 1), and the flat plate 1 is exactly contained in the frame of the frame-shaped plate 2. As shown in FIG. 3, the insulating frame 11 is joined to the heat radiating plate 10 to form the semiconductor package 20.

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 flat plate 1 is made of a metal material containing copper as a main component. Further, the flat plate 1 has an upper surface including the mounting portion 1a of the semiconductor element. The flat plate 1 functions as a base for positioning and fixing the semiconductor element (details will be described later) to the mounting portion 1a. Further, the flat plate 1 functions as a heat radiating body that dissipates heat generated when the semiconductor element mounted on the mounting portion 1a operates to the outside. The heat generated by the semiconductor element is conducted while diffusing diagonally downward (direction spreading in a plan view) from the upper surface to the lower surface of the flat plate 1. The heat conducted on the lower surface of the flat plate 1 is dissipated to the outside directly or via a heat dissipation medium (metal plate, metal fin, cooling tube, etc.) attached to the lower surface.

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 flat plate 1 is formed of a metal material containing copper as a main component in consideration of the thermal conductivity as described above. Examples of the metal material containing copper as a main component include oxygen-free copper containing 99.9% by mass or more of copper, an alloy material containing copper as a main component, or a composite in which copper layers and copper-molybdenum composite layers are alternately laminated. Materials and the like can be mentioned. Examples of the alloy material containing copper as a main component include alloy materials and composite materials containing 99% by mass or more of copper. The flat plate 1 can be manufactured by using, for example, a composite material in which granular materials such as diamond and carbon are dispersed in addition to copper. In this case, as the metal material forming the flat plate 1, for example, a material having a thermal conductivity of 300 W / mK or more is selected.

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-shaped plate 2 has an inner side surface 2a joined to the outer surface 1b of the flat plate 1. That is, the outer surface 1a of the flat plate 1 housed in the frame of the frame-shaped plate 2 and the inner side surface 2a of the frame-shaped plate 2 in contact with the outer surface 1a are joined to each other. The joining of the flat plate 1 and the frame-shaped plate 2 is performed, for example, via a joining material (not shown) such as silver wax (silver-copper alloy).

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 frame plate 2 is made of a metal material containing an iron-nickel-cobalt alloy as a main component. The composition ratio of the iron-nickel-cobalt alloy is, for example, 54% by mass of iron, 29% by mass of nickel, and 17% by mass of cobalt. As the metal material forming the frame-shaped plate 2, for example, a material having a composition such that the coefficient of thermal expansion is 8 × 10 −6 / K or less is selected. As such a metal material, for example, an iron-nickel alloy (65% by mass of iron, 35% by mass of nickel), tungsten, molybdenum, and titanium can be used. Further, the frame-shaped plate 2 may be made of an alloy containing these metals.

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 plate 2 is made of a material having a smaller coefficient of thermal expansion than that of the flat plate 1, and has a function of suppressing the coefficient of thermal expansion of the entire heat dissipation plate 10 including the flat plate 1 to a low level. Further, the frame-shaped plate 2 has a function of suppressing expansion in the lateral direction (outward in a plan view) due to heat when the insulating frame is joined to the heat radiating plate 10. Due to the above-mentioned functions of the frame-shaped plate 2 and the dimensional conditions described later, it is possible to suppress deformation such as warpage when the frame-shaped plate 2 is joined to the insulating frame.

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 inner side surface 2a of the frame-shaped plate 2 and the outer surface 2b facing the inner side surface 2a thereof faces the inner side surface 2a of the frame-shaped plate 2 and the inner side surface 2a thereof. It is 7.5% or more of the dimension L of the flat plate 1 located between the inner side surface 2a and the flat plate 1. That is, the width W of the frame portion of the frame-shaped plate 2 (hereinafter, also referred to as the width of the frame-shaped plate 2) is the length L of the flat plate 1 exposed in the frame (hereinafter, also referred to as the exposed length of the flat plate 1). On the other hand, it is widely set to the extent that the condition of W ≧ 0.075 × L is satisfied. As a result, the coefficient of thermal expansion (apparent thermal expansion coefficient) of the entire heat radiation plate 10 including the frame-shaped plate 2 can be brought close to the coefficient of thermal expansion of the insulating frame 11, and the thermal stress can be effectively reduced. Further, it is possible to suppress the expansion of the flat plate 1 during heating as described above. Therefore, for example, the heat radiating plate 10 can be easily reduced in deformation after joining the insulating frame 11.

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 plate 2 is the distance LA between the outer surface 2b facing the inner side surface 2a of the frame-shaped plate 2 and the outer peripheral position of the mounting portion 1a adjacent to the inner side surface 2a in a plan view. It is less than the dimension obtained by subtracting 0.3 mm from. That is, the width W of the frame-shaped plate 2 is narrow enough to satisfy the condition of W ≦ LA −0.3 (mm) with respect to the distance LA from the outer surface 2b of the frame-shaped plate 2 to the outer periphery of the mounting portion 1a in a plan view. It is set. The distance LA between the outer surface 2b of the frame-shaped plate 2 and the outer periphery of the mounting portion 1a is the sum of the width W of the frame-shaped plate 2 and the partial length of the flat plate 1 existing between them.

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 plate 2 are separated from each other by 0.3 mm or more. This distance is a distance for sufficiently diffusing heat laterally from the mounting portion 1a (semiconductor element) toward the lower surface of the flat plate 1 in the flat plate. As a result, the thermal conductivity of the heat radiating plate 10 including the frame-shaped plate 2 as a whole can be increased to, for example, 300 W / mK or more.

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 plate 2 satisfying the above-mentioned dimensions constitutes the heat radiating plate 10 together with the flat plate 1, a heat radiating plate effective for both improvement of heat dissipation to the outside and reduction of deformation is provided. can do. When the heat radiating plate 10 is used for the semiconductor package 20, the heat radiating plate 10 is less likely to be deformed such as warped, and the heat radiating plate 10 can be made into a semiconductor package 20 having excellent heat dissipation to the outside.

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 flat plate 1 in a plan view are, for example, a rectangular shape having a side length of 5 to 50 mm. The thickness of the flat plate 1 is set to, for example, about 0.5 to 5 mm. The frame-shaped plate 2 has, for example, a rectangular frame shape, and the dimensions of the frame portion W are set as described above. The thickness of the frame portion 2 is set to be about the same as the thickness of the flat plate 1.

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 flat plate 1 and the frame-shaped plate 2 can be manufactured, for example, by subjecting the above-mentioned lump of metal material or the like to a process appropriately selected from metal processing such as rolling, punching, pressing, cutting, polishing and etching. ..

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 heat radiating plate 2 having the above configuration may be, for example, the following. That is, for example, as shown in FIG. 2, in a plan view, the flat plate 1 may have a rectangular shape and the frame-shaped plate 2 may have a rectangular frame shape. At this time, the dimension between the first inner side surface 2aa located on the long side side of the frame-shaped plate 2 and the first outer surface 2ba facing the first inner side surface 2aa is set to the short side side of the frame-shaped plate 2. It may be set to be 7.5% or more of the dimension L of the flat plate 1 located between the second inner side surface 2ab located and the other second inner side surface 2ab facing the second inner side surface 2ab. .. In other words, the width of the frame portion on the long side side of the rectangular frame-shaped plate 2 (hereinafter, also referred to as the width on the long side) Wa is the length of the exposed upper surface of the rectangular plate-shaped flat plate 1 in the long side direction. It is set so as to satisfy the relationship of Wa ≧ 0.075 × La with respect to La (hereinafter, also referred to as the long side length).

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 plate 2 has a dimension Wa between the first outer side surface 2ba facing the first inner side surface 2aa and the outer peripheral position of the 1a mounting portion adjacent to the first inner side surface 2aa. The distance between them may be less than or equal to the dimension obtained by subtracting 0.3 mm from LAa. That is, the width Wa of the frame portion on the long side of the frame-shaped plate 2 is Wa ≦ LAa −0.3 (mm) with respect to the distance LAa from the first outer surface 2ba of the frame-shaped plate 2 to the outer periphery of the mounting portion 1a. It is set narrow enough to satisfy the conditions. The distance LAa between the first outer surface 2ba of the frame-shaped plate 2 and the outer periphery of the mounting portion 1a is the sum of the width Wa of the frame-shaped plate 2 and the partial length of the flat plate 1 existing between them. be.

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 plate 2, the mounting portion 1a and the first inner side surface 2aa of the frame-shaped plate 2 are separated from each other by 0.3 mm or more in a plan view. This distance is a distance for sufficiently diffusing heat in the lateral direction in the flat plate 1 as in the above example. With this configuration, the thermal conductivity of the heat radiating plate 10 as a whole including the frame-shaped plate 2 can be effectively increased to, for example, 300 W / mK or more, further, for example, 350 W / mK or more.

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 plate 2 should be more reliably secured on the long side side of the rectangular frame-shaped frame-shaped body 2 on which a larger thermal stress tends to act. Can be done. Therefore, it is possible to effectively reduce deformation such as warpage of the entire heat radiating plate 10 due to thermal stress. Further, on the long side of the rectangular plate-shaped flat plate 2 in which larger heat conduction to the outside is preferable, the distance from the mounting portion 1a to the outer periphery of the flat plate 1 (that is, the heat diffusion space in the lateral direction) is more reliably secured. can do. Therefore, the heat radiating plate 10 can be effectively used for suppressing deformation such as warpage and improving heat dissipation to the outside.

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 heat radiating plate 10 having the above configuration, the flat plate 1 may be made of copper and the frame-shaped plate 2 may be made of an iron-nickel-cobalt alloy. In this case, the thermal conductivity of the flat plate 1 can be brought close to the thermal conductivity (about 380 W / mK) as the physical characteristics of copper. Further, it becomes easier to improve the thermal conductivity of the heat radiating plate 10 to 300 W / mK or more, further 350 W / mK or more. Further, the coefficient of thermal expansion of the frame-shaped plate 2 can be effectively approximated to the coefficient of thermal expansion of the insulating frame 11 made of, for example, a ceramic material. Therefore, in this case, the heat radiating plate 10 can be made effective by improving the heat radiating property and reducing the deformation of the heat radiating plate 10.

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 flat plate 1 and the frame-shaped plate 2 via a brazing material such as silver wax. That is, the brazing material as described above has good wettability with respect to copper and iron-nickel-cobalt alloys. Therefore, it is easy to improve the bonding strength of the flat plate 1 and the frame-shaped plate 2 with the brazing material, and thereby the bonding strength can also be effectively improved.

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 flat plate 1 is, for example, oxygen-free copper, which is a material having a copper content of 99.9% by mass or more. In the heat radiating plate 10, a plating layer such as nickel or gold may be adhered to the exposed surfaces of the flat plate 1 and the frame-shaped plate 2. The gold-plated layer or the like can reduce the possibility of oxidation and corrosion of the heat dissipation plate 10.

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 semiconductor package 20 of the embodiment is located on the heat radiating plate 10 having any of the above configurations and the heat radiating plate 10, and has an insulating frame having a lower surface joined to the upper surface of the frame-shaped plate 2. It has 11 and. The heat radiating plate 10 including the rectangular flat plate 1 and the frame-shaped plate 2 has advantages in heat dissipation and deformation suppression as described above. In the following, basically, the heat dissipation plate 10 in the form shown in FIGS. 2 and 3 and the semiconductor package 20 and the semiconductor device 30 including the heat dissipation plate 10 will be described as an example.

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 frame 11 functions as an electrically insulating substrate in which, for example, a conductor 12 such as a wiring conductor or a connection pad electrically connected to a semiconductor element mounted on the mounting portion 1a is located. A plurality of conductors 12 may be located on the insulating frame 11. Since the plurality of conductors 12 are electrically insulated from each other by the insulating frame 11, those may be electrically connected to external electric circuits having different potentials from each other.

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 frame 11 is a ceramic such as an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a silicon nitride sintered body, a silicon carbide sintered body, a glass ceramic sintered body, and a mulite sintered body. It is formed by an insulating material selected from the materials.

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 frame 11 is not limited to the one made of a ceramic material, and may be made of a material including a resin material such as an epoxy resin, a polyimide resin, and a polyamide resin. In this case, the material forming the insulating frame 11 may be a material obtained by impregnating a glass cloth with a resin material (so-called FR4). Further, an inorganic filler such as a glass or ceramic material may be added to the resin material.

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 frame 11 has a rectangular shape having an external dimension in a plan view of, for example, a side length of about 5 to 50 mm. The insulating frame 11 may have a square shape or the like in which the length of one side is the above value. Further, the insulating frame 11 has a rectangular or square shape having a side length of about 5 to 49 mm in terms of the opening size of the frame portion (dimensions such as a square shape formed by the inner side surface in a plan view). Further, the width W (Wa) of the frame-shaped plate 1 frame portion is as described with respect to the heat dissipation plate 10 described above. The external dimensions and the opening dimensions of the insulating frame 11 may be determined so as to satisfy the range of the width W (Wa) of the frame portion.

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 frame 11 can be arbitrarily set as long as it satisfies the characteristics such as electrical insulation and mechanical strength required for having the function as the electrically insulating substrate. In this case, the productivity of the insulating frame 11, the workability of joining to the heat radiating plate 10 (that is, the productivity of the semiconductor package 20), the economic efficiency (so-called cost), and the like may be considered. The thickness of the insulating frame 11 is set to, for example, about 0.3 to 1.5 mm.

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 frame 11 can be manufactured as follows, for example, when it is made of an aluminum oxide sintered body. First, raw material powders such as aluminum oxide, silicon oxide, calcium oxide and magnesium oxide are kneaded with an organic solvent and a binder to prepare a slurry. Next, the slurry is molded into a strip by a molding method such as a doctor blade method or a lip coater method to prepare a ceramic green sheet. Then, the ceramic green sheet is cut into a plurality of sheets having an appropriate shape and size, and these sheets are laminated as needed. The insulating frame 11 can be manufactured by the above steps. The above sheets may be cut into a predetermined frame shape and then laminated, or may be laminated in a flat plate shape, and then the central portion of the laminated body in a plan view is punched out to form a predetermined frame shape. You may.

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 frame 11 is made of a material containing a resin material, it can be manufactured as follows. First, the glass cloth is impregnated with an uncured epoxy resin. Next, the epoxy resin is cured by means such as heating to form a plate-shaped composite material. Then, the plate-shaped composite material is processed into a predetermined shape and size by a method such as cutting. The insulating frame 11 can be manufactured by the above method.

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 heat radiating plate 10 and the insulating frame 11 is performed via a brazing material containing silver wax such as silver-copper eutectic wax. In this case, a metal layer for brazing (not shown) may be provided in advance on the portion (part of the surface) to which the heat radiating plate 10 is joined in the insulating frame 11.

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 conductor 12 such as the wiring conductor described above and the metal layer for brazing are formed of, for example, a metal material such as tungsten, molybdenum, manganese, copper, silver, gold, nickel, and cobalt. The metal layer such as the conductor 12 may be made of an alloy material containing at least one of the above metal materials. Further, a plurality of metal layers made of different metal materials may be included.

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 conductor 12 is arranged on the insulating frame 11 in the form of, for example, a metallized layer or a plated layer. In this case, one metal layer may include a plurality of forms. For example, the metal layer may be formed by coating the surface of a tungsten metallized layer with a plating layer such as nickel and gold.

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 metal layer 12 can be formed as follows, for example, in the case of a tungsten metallized layer. That is, first, the tungsten powder is kneaded with an organic solvent and a binder to prepare a metal paste. Next, this metal paste is printed in a predetermined pattern on the surface of the ceramic green sheet (sheet after cutting) to be the insulating frame 11. Then, the metal paste is fired at the same time as the sheet. By the above steps, a metal layer such as a conductor 12 can be formed on the insulating frame 11. In this case, as described above, a plating layer such as nickel or gold may be further adhered to the surface of the metallized layer of tungsten.

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 frame 11 in a plan view are set to, for example, the same as or less than the external dimensions of the heat radiating plate 10. In the example shown in FIG. 5, the external dimensions of the insulating frame 11 are set to be slightly smaller than the external dimensions of the heat radiating plate 10. Therefore, the outer peripheral portion of the heat radiating plate 10 (frame-shaped plate 2) is exposed along the outer periphery of the insulating frame 11. Further, the opening size of the insulating frame 11 in a plan view is set to, for example, the same level as or less than the opening size of the frame-shaped plate 2 of the heat radiating plate 10. Therefore, the frame-shaped plate 2 is not exposed inside the insulating frame 11.

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 flat plate 1 on the heat radiating plate 10 is slightly smaller than that on the heat radiating plate 10 in the semiconductor package 20. Even in such a case, since the width Wa of the frame portion of the frame-shaped plate 2 is widely secured, the deformation of the heat radiating plate 10 is effectively reduced. Further, since heat is dissipated from the heat dissipation plate 10 to the outside mainly from the lower surface side of the flat plate 1, heat dissipation can be ensured. That is, if the shapes and dimensions of the flat plate 1 and the frame-shaped plate 2 as the heat radiating plate 10 are set as described above, the deformation reduction (reliability, mountability, etc.) and the heat radiating property of the semiconductor package 20 are effective. Can be enhanced to.

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 semiconductor package 20 may have the following conditions when the flat plate 1 has a rectangular shape and the frame-shaped plate 2 has a rectangular frame shape in a plan view. That is, for example, as shown in FIG. 5, the frame is larger than the dimension Wa between the first inner side surface 2aa located on the long side side of the frame-shaped plate 2 and the first outer surface 2ba facing the first inner side surface 2aa. The dimension between the second inner side surface 2ab located on the short side side of the shaped plate 2 and the second outer side surface 2bb facing the second inner side surface 2ab may be larger. In other words, in the rectangular frame-shaped frame plate 2, the width Wb of the frame portion on the short side side may be larger than the width Wa of the frame portion on the long side side. That is, Wa <Wb may be satisfied. However, as in each of the above examples, Wa = Wb may be used.

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 flat plate 1 can be shortened, and by shortening the flat plate 1, the deformation stress of the flat plate 1 in the long side direction at a high temperature becomes small, and deformation such as warpage is suppressed. The effect of can be enhanced. Further, as the flat plate 1 is shortened, the deformation stress in the long side direction of the flat plate 1 at a high temperature is reduced, so that the width Wa can be further reduced, and the effect of improving heat dissipation can be enhanced.

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 conductor 12 on the upper surface of the insulating frame 11 functions as a pad to which the terminal 13 is connected. Further, the terminal 13 in this example is a metal lead terminal. Leads (terminals 13) are joined to the pad (conductor 12) via a joining material such as silver wax. The terminal 13 is an external terminal for external connection in the semiconductor package. The terminal 13 is electrically connected to an external electric circuit on the opposite side (outer end side) to the conductor 12 via a conductive connecting material such as solder or a conductive adhesive.

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 semiconductor element 21 is electrically connected to the side (inner end side) of the terminal 13 bonded to the conductor 12 or the conductor 12 in the semiconductor device 30 described later. As a result, the semiconductor element 21 and the external electric circuit can be electrically connected.

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 semiconductor device 30 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7, the semiconductor device 30 of the embodiment is basically configured by the semiconductor package 20 having the above configuration and the semiconductor element 21 mounted on the mounting portion 1a. The semiconductor element 21 is, for example, a semiconductor integrated circuit element, an optical semiconductor element, a sensor element, or the like. Even if the semiconductor element 21 is a semiconductor integrated circuit element that generates a relatively large amount of heat during operation, the heat dissipation from the mounting portion 1a to the outside is enhanced as described above, so that the temperature rise of the semiconductor element 1a is reduced. Therefore, it can be operated stably. Further, since the deformation as a semiconductor package is suppressed, the semiconductor element 1a can be easily mounted and the long-term reliability can be easily improved.

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 semiconductor element 21 is electrically connected to the terminal 13 as described above, and is electrically connected to an external electric circuit. In this case, the semiconductor element 21 may be connected to the conductor 12. The connection between the semiconductor element 21 and the terminal 13 or the conductor 12 is performed via a conductive connecting material (not shown) such as a bonding wire or a ribbon conductor. The conductor 12 when the bonding wire is connected functions as a bonding pad.

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 semiconductor element 21, other components 22 are also mounted on the upper surface of the flat plate 1. The other component 22 may be, for example, an electronic component (so-called passive component or the like) such as a capacitive element, an inductor element, and a resistor. Further, the other component 22 may be an auxiliary board on which a plurality of electronic components are mounted (no sign as an auxiliary board). The other component 22 has, for example, functions such as charge supply, impedance matching, and phase adjustment that stabilize the differential of the semiconductor element 21. In the semiconductor device 30, the semiconductor element 21 and other parts 22 may be sealed with a sealing material such as a lid or a resin material.

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 conductor 12 via a conductive connecting material such as a bonding wire. The conductor 12 and the terminal 13 electrically connected to the other component 22 may be formed by the same method using the same material as the conductor 12 and the terminal 13 to which the semiconductor element 21 is connected.

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 semiconductor device 30 according to the embodiment of the present invention. In the example shown in FIG. 8, the insulating frame 11 has a rectangular frame shape in a plan view, and the frame width thereof is wider than that in the example shown in FIG. Further, the frame width on the short side is larger than the frame width on the long side. In this case, the mechanical strength and rigidity of the insulating frame 11 can be ensured high on the short side. Therefore, the possibility of deformation in the semiconductor package 20 can be effectively reduced. Therefore, it is also advantageous to improve the long-term reliability of the semiconductor device 30 and the like.

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 frame 11 has an arc shape in a plan view. As a result, it is possible to reduce the linear concentration of stress such as thermal stress in the inner peripheral portion of the insulating frame 11. Therefore, it is possible to reduce the possibility of cracks or the like occurring in the insulating frame 11 and improve the reliability of the semiconductor device 30. In this case, for example, even if the insulating frame 11 and the flat plate 1 are joined to each other, the concentration of thermal stress in the inner peripheral portion of the insulating frame 11 can be reduced, so that the reliability can be improved as described above. ..

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.

Figure 0006983119
Figure 0006983119

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 heat radiating plate 10 is measured three-dimensionally after an insulating frame made of an aluminum oxide sintered body is bonded to the heat radiating plates of Samples 1 to 8 shown in Table 1 using silver-copper eutectic brazing filler metal. It was measured using a shape measuring machine. The simulation of the heat dissipation amount was performed by calculating the temperature of the semiconductor element and the thermal resistance of the heat dissipation plate when a heat amount of 400 W was applied to the mounting portion of the simulation models of Samples 1 to 8 shown in Table 1.

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 (sample numbers 2 to 5, 7, 8) of the embodiment of the present invention, it is compared with that of the comparative example (sample numbers 1, 6). It was confirmed that the effect of suppressing deformation and improving heat dissipation is high.

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 part 1b ・ ・ Inner side surface (of flat plate) 2 ・ ・ Frame-shaped plate 2a ・ ・ Inner side surface (of frame-shaped plate) 2aa ・ ・ First inner side surface 2ab ・ ・ Second inner side surface 2b・ ・ Outer surface (of frame-shaped plate) 2ba ・ ・ First outer surface
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)

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おり、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放熱板。 It is made of a metal material containing copper as the 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, and is located surrounding the flat plate in a plan view. A frame-shaped plate having an inner surface joined to the outer surface of the flat plate is provided, and the dimension between the inner surface of the frame-shaped plate and the outer surface facing the inner surface in a plan view is provided. Is 7.5% or more of the dimension of the flat plate located between the inner side surface of the frame-shaped plate and the other inner side surface facing the inner side surface, and the outer surface facing the inner side surface. A heat radiating plate having a dimension equal to or less than a dimension obtained by subtracting 0.3 mm from the distance between the outer peripheral position of the mounting portion adjacent to the inner side surface. 平面視において、前記平板が長方形状であるとともに、前記枠状板が長方形枠状であり、
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.
前記平板が銅からなり、前記枠状板が鉄−ニッケル−コバルト合金からなる請求項1または請求項2記載の放熱板。 The heat radiating plate according to claim 1 or 2, wherein the flat plate is made of copper and the frame-shaped plate is made of an iron-nickel-cobalt alloy. 請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の放熱板と、
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.
平面視において、前記平板が長方形状であるとともに、前記枠状板が長方形枠状であり、
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.
請求項4または請求項5記載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.
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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

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