JP7082506B2 - Thermally conductive inorganic substrates and semiconductor devices - Google Patents
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Description
本発明は、熱伝導性無機基板及び半導体装置に関する。 The present invention relates to a thermally conductive inorganic substrate and a semiconductor device.
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の半導体素子は、電流により駆動される際に熱を発生する。近年、モータ駆動等の用途に供する半導体素子では、高い電流密度の電流が用いられる傾向があり、半導体素子における発熱は増大する傾向にある。 Semiconductor elements such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and power MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Transform Transistors) generate heat when driven by an electric current. In recent years, semiconductor devices used for motor drive and the like tend to use a current having a high current density, and heat generation in the semiconductor device tends to increase.
半導体素子の放熱を促すため、通常、半導体素子は、金属基板等の熱伝導率の大きい熱伝導性無機基板上にはんだ等の接合材を介して実装される。半導体素子から熱を取り除く機構としては、半導体素子とヒートシンク等の放熱器とが熱伝導性無機基板を介して熱的に接続される機構や、半導体素子を実装する熱伝導性無機基板自体が大気等に直接放熱する機構が知られている。 In order to promote heat dissipation of the semiconductor element, the semiconductor element is usually mounted on a thermally conductive inorganic substrate having a large thermal conductivity such as a metal substrate via a bonding material such as solder. As a mechanism for removing heat from a semiconductor element, a mechanism in which a semiconductor element and a radiator such as a heat sink are thermally connected via a heat conductive inorganic substrate, or a heat conductive inorganic substrate itself on which a semiconductor element is mounted is the atmosphere. A mechanism that directly dissipates heat is known.
ところで、半導体素子の放熱を促す熱伝導性無機基板は、金属等の熱伝導率の大きい材料により形成されるので、一般的に半導体素子よりも熱膨張率が大きい。また、半導体素子が熱伝導性無機基板上に実装される際には、はんだ等の接合材を融解するために半導体素子の実装領域周辺が高温に加熱される。このため、半導体素子が熱伝導性無機基板に実装された後、半導体素子の熱膨張率と熱伝導性無機基板の熱膨張率とが相違することに起因して、半導体素子と熱伝導性無機基板との間に残留応力が発生しやすい。 By the way, since the thermally conductive inorganic substrate that promotes heat dissipation of the semiconductor element is formed of a material having a large thermal conductivity such as metal, the thermal expansion rate is generally larger than that of the semiconductor element. Further, when the semiconductor element is mounted on the thermally conductive inorganic substrate, the periphery of the mounting region of the semiconductor element is heated to a high temperature in order to melt the bonding material such as solder. Therefore, after the semiconductor element is mounted on the heat conductive inorganic substrate, the heat expansion rate of the semiconductor element and the heat expansion rate of the heat conductive inorganic substrate are different from each other, so that the semiconductor element and the heat conductive inorganic substrate are different from each other. Residual stress is likely to occur between the substrate and the substrate.
半導体素子と熱伝導性無機基板との間で発生した残留応力は、半導体素子に反りを生じさせる。半導体素子に反りが生じている場合には、半導体素子が電流で駆動する際の発熱によって半導体素子の反り量が変化する。特に、半導体素子の材料として化合物半導体、具体的にはSiC(シリコンカーバイド)やGaN(窒化ガリウム)などが用いられる場合には、半導体素子を高温で動作させることが可能となるので、発熱による半導体素子の変形はより顕著になる。そして半導体素子の変形が繰り返されると、半導体素子が破損する懸念がある。 The residual stress generated between the semiconductor device and the thermally conductive inorganic substrate causes the semiconductor device to warp. When the semiconductor element is warped, the amount of warpage of the semiconductor element changes due to heat generated when the semiconductor element is driven by an electric current. In particular, when a compound semiconductor, specifically SiC (silicon carbide) or GaN (gallium nitride) is used as the material of the semiconductor element, the semiconductor element can be operated at a high temperature, so that the semiconductor due to heat generation can be operated. The deformation of the element becomes more remarkable. If the semiconductor element is repeatedly deformed, there is a concern that the semiconductor element may be damaged.
そこで、半導体素子の発熱によって生じる応力を緩和することを目的とした熱伝導性無機基板が提案されている(特許文献1)。特許文献1の熱伝導性無機基板(ベース板)は、半導体素子の実装領域の外周縁に沿って窪み(凹所外周部)が形成されるものであり、この窪みに充填される接合材が半導体素子に生じる応力を緩和するとされている。
Therefore, a thermally conductive inorganic substrate has been proposed for the purpose of relaxing the stress generated by the heat generation of the semiconductor element (Patent Document 1). In the heat conductive inorganic substrate (base plate) of
特許文献1の熱伝導性無機基板は、半導体素子の実装領域の外周縁に沿って窪みが予め形成される構成であるため、実装領域の形状を事前に定めておく必要がある。つまり、実装する半導体素子の形状が、予め形成される窪みによって規定されることになる。
Since the thermally conductive inorganic substrate of
本発明は、上述のような事情に基づいてなされたものであり、半導体素子に生じる応力を抑制できるとともに、半導体素子の実装領域を比較的自由に規定できる熱伝導性無機基板及び半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made based on the above circumstances, and provides a thermally conductive inorganic substrate and a semiconductor device capable of suppressing stress generated in a semiconductor element and relatively freely defining a mounting region of the semiconductor element. The purpose is to do.
上記課題を解決するためになされた発明は、少なくとも一方の表面に半導体素子を実装するための領域を有し、この実装領域に接合材を介して半導体素子を実装する熱伝導性無機基板であって、上記実装領域内に、表面側から深さ方向に向かって開口面積が漸減する凹部を有する。 The invention made to solve the above problems is a thermally conductive inorganic substrate having a region for mounting a semiconductor element on at least one surface and mounting the semiconductor element in this mounting region via a bonding material. Therefore, the mounting area has a recess in which the opening area gradually decreases from the surface side toward the depth direction.
当該熱伝導性無機基板は、半導体素子の実装領域内に、表面側から深さ方向に向かって開口面積が漸減する凹部を有しているので、半導体素子の実装時において接合材が凹部内に充填される。接合材が充填される凹部は開口側が底部側より広く形成されているので、凹部内の接合材は比較的容易に変形できる。このため、半導体素子が実装領域に実装された際に、半導体素子の熱膨張率と熱伝導性無機基板の熱膨張率とが相違することに起因して発生する応力は、凹部に充填される接合材の変形によって緩和される。つまり、当該熱伝導性無機基板は、凹部に充填される接合材によって半導体素子に生じる応力を抑制できる。また、当該熱伝導性無機基板は、半導体素子の実装領域の外周縁より内側に凹部を有しているので、凹部の開口形状より大きいという条件のもとで半導体素子の実装領域を比較的自由に規定できる。 Since the thermally conductive inorganic substrate has a recess in the mounting region of the semiconductor element in which the opening area gradually decreases from the surface side toward the depth direction, the bonding material is placed in the recess when the semiconductor element is mounted. Filled. Since the concave portion filled with the joint material is formed wider on the opening side than on the bottom side, the joint material in the concave portion can be deformed relatively easily. Therefore, when the semiconductor element is mounted in the mounting region, the stress generated due to the difference between the thermal expansion rate of the semiconductor element and the thermal expansion rate of the thermally conductive inorganic substrate is filled in the concave portion. It is alleviated by the deformation of the joint material. That is, the heat conductive inorganic substrate can suppress the stress generated in the semiconductor element by the joining material filled in the recess. Further, since the thermally conductive inorganic substrate has a recess inside the outer peripheral edge of the mounting region of the semiconductor element, the mounting region of the semiconductor element is relatively free under the condition that it is larger than the opening shape of the recess. Can be specified in.
上記凹部が、内周面に表面側から深さ方向に向かって上記凹部の開口幅を漸減させる1以上のテーパ部を有するとよい。これにより、凹部に充填される接合材の変形が適切に促されるので、半導体素子に生じる応力が効率よく抑制される。 It is preferable that the concave portion has one or more tapered portions on the inner peripheral surface that gradually reduce the opening width of the concave portion from the surface side toward the depth direction. As a result, the deformation of the joining material filled in the recess is appropriately promoted, so that the stress generated in the semiconductor element is efficiently suppressed.
上記実装領域の表面における上記凹部の開口幅が、1mm以上10mm以下であるとよい。凹部の開口幅が上記範囲内であると、凹部に充填される接合材による応力の緩和作用と半導体素子から熱伝導性無機基板への熱伝導性とが適切なバランスで調整される。 The opening width of the concave portion on the surface of the mounting region is preferably 1 mm or more and 10 mm or less. When the opening width of the recess is within the above range, the stress relaxing action of the joining material filled in the recess and the thermal conductivity from the semiconductor element to the thermally conductive inorganic substrate are adjusted in an appropriate balance.
上記凹部の深さが0.05mm以上0.5mm以下であるとよい。凹部の深さが上記範囲内であると、凹部に充填される接合材による応力の緩和作用と半導体素子から熱伝導性無機基板への熱伝導性とが適切なバランスで調整される。 The depth of the recess is preferably 0.05 mm or more and 0.5 mm or less. When the depth of the recess is within the above range, the stress relaxing action of the joining material filled in the recess and the thermal conductivity from the semiconductor element to the thermally conductive inorganic substrate are adjusted in an appropriate balance.
上記課題を解決するためになされた別の発明は、上記熱伝導性無機基板と、半導体素子とを備え、上記半導体素子を上記実装領域に実装する半導体装置である。 Another invention made to solve the above-mentioned problems is a semiconductor device provided with the above-mentioned heat conductive inorganic substrate and the above-mentioned semiconductor element, and the above-mentioned semiconductor element is mounted in the above-mentioned mounting region.
当該半導体装置は、上述の熱伝導性無機基板を備えているので、熱伝導性無機基板の凹部に充填される接合材によって半導体素子に生じる応力を抑制できる。また、当該半導体装置は、熱伝導性無機基板の凹部の開口形状より大きいという条件のもとで半導体素子の実装領域を比較的自由に規定できる。 Since the semiconductor device includes the above-mentioned thermally conductive inorganic substrate, the stress generated in the semiconductor element by the bonding material filled in the recesses of the thermally conductive inorganic substrate can be suppressed. Further, in the semiconductor device, the mounting region of the semiconductor element can be relatively freely defined under the condition that the shape is larger than the opening shape of the recess of the heat conductive inorganic substrate.
本発明の熱伝導性無機基板及び半導体装置は、半導体素子に生じる応力を抑制できるとともに、半導体素子の実装領域を比較的自由に規定できる。 The thermally conductive inorganic substrate and the semiconductor device of the present invention can suppress the stress generated in the semiconductor element and can relatively freely define the mounting region of the semiconductor element.
以下、本発明に係る熱伝導性無機基板及び半導体装置の実施形態について図を参照しつつ詳説する。 Hereinafter, embodiments of the thermally conductive inorganic substrate and the semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[熱伝導性無機基板]
図1の熱伝導性無機基板1は、表面に半導体素子を実装するための実装領域2を有しており、この実装領域2に接合材を介して半導体素子を実装する。また、熱伝導性無機基板1は、この実装領域2内に、表面側から深さ方向に向かって開口面積が漸減する凹部3を有している。なお、実装領域2は、熱伝導性無機基板1の少なくとも一方の表面に存在すればよく、例えば熱伝導性無機基板1の両面に存在してもよい。
[Thermal conductive inorganic substrate]
The thermally conductive
熱伝導性無機基板1は、表面の実装領域2に実装された半導体素子から受け取った熱を外部に排出する部材であり、特に限定されないが、例えば平面視で略矩形の板状に形成されている。熱伝導性無機基板1は、例えば、半導体素子をはんだペースト等の接合材を介して実装し、外部配線と電気的接続を行うリードフレーム、半導体素子から受け取った熱を外部に排出するヒートシンク、又は半導体素子とヒートシンクとの間に配設され、半導体素子からヒートシンクへ熱を伝達する放熱板等とすることができる。熱伝導性無機基板1の材料としては、特に限定されないが、例えば銅、アルミニウム、銅及びアルミニウムの合金、又はセラミックに銅をDirect Copper Bond(DCB)法により直接接合したもの等、熱伝導性の高い材料を用いることができる。また、熱伝導性無機基板1は、例えばプレス加工によって成形されるが、熱伝導性無機基板1の大きさ、形状及び厚みは、実装する半導体素子の種類や使用目的等により適宜選択される。
The heat conductive
実装領域2に実装される半導体素子としては、例えばIGBT、パワーMOSFET等のトランジスタ、ダイオード、IC等の公知の半導体素子を採用することができる。半導体素子は、特に限定されないが、例えば線熱膨張係数が3ppm/K以上5ppm/K以下、ヤング率が100GPa以上500GPa以下、実装領域2の表面に沿った幅が2mm以上20mm以下、厚さが0.05mm以上0.3mm以下であると半導体素子に生じる応力の抑制の観点から好ましい。
As the semiconductor element mounted in the
熱伝導性無機基板1と半導体素子とを接合する接合材は、半導体素子の熱伝導性無機基板1への実装時に熱伝導性無機基板1と半導体素子との間に導入されることで接合層を形成する。接合材の材料としては、例えば、錫、銀及び銅の合金系の鉛フリーはんだ、銀ろう、銀ペースト等の軟化温度が比較的低くかつ軟らかい材料が用いられる。これらの材料が接合材の材料として用いられることで、接合材は、熱伝導性無機基板1と半導体素子との間で生じる応力に対して緩衝材的な役割を果たす。
The bonding material for bonding the heat conductive
<実装領域>
実装領域2は、熱伝導性無機基板1の表面の一部を区画する略平坦な領域であり、この領域に接合材を介して半導体素子が実装される。実装領域2は、平面視で半導体素子の底部領域の形状と等しい形状であり、図1においてはこの外周縁が略矩形の仮想線で示されている。熱伝導性無機基板1に半導体素子が実装される際には、実装領域2にはんだ等の接合材が導入され、この接合材を介して実装領域2上に半導体素子が実装される。
<Mounting area>
The mounting
(凹部)
熱伝導性無機基板1は、実装領域2の外周縁より内側に、開口面積が実装領域2の面積より小さい凹部3を有している。凹部3は、実装領域2の略中央に形成されており、平面視で略方形の開口を有するとともに、表面側から深さ方向に向かって開口面積が漸減し、底部において略方形の平面を有する形状となっている。凹部3は、特に限定されないが、例えば金型を用いたプレス加工、切削加工、又はエッチング等により形成することができる。
(Recess)
The thermally conductive
図1及び図2に示すように、凹部3は、内周面に表面側から深さ方向に向かって凹部3の開口幅を漸減させる3つ(3段)のテーパ部を有している。ここで、凹部3の開口幅とは、凹部3の開口における実装領域2の表面に平行な方向の幅を示す。テーパ部は、凹部3の底部に向かって下降する傾斜面を有しており、同一深さにおいて連なり、かつ凹部3の内周面に沿って平面視で略方形環状に形成されている。また、2つのテーパ部間には実装領域2の表面と平行な略方形環状の平面が形成されている。なお、凹部3は、内周面に3つのテーパ部を有するものに特に限定されず、内周面に1以上のテーパ部を有していればよい。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
テーパ部の表面と実装領域2の表面との交角の下限としては、15度が好ましく、20度がより好ましく、25度がさらに好ましい。一方、上記交角の上限としては、85度が好ましく、80度がより好ましく、60度がさらに好ましい。上記交角が上記下限に満たないと、凹部3に充填される接合材の量が少なくなり、凹部3に充填される接合材が緩衝材的な役割を十分に果たさないおそれがある。逆に、上記交角が上記上限を超えると、凹部3に充填される接合材の厚みが急激に変化することによって接合材の円滑な変形が阻害され、接合材が緩衝材的な役割を十分に果たさないおそれがある。
The lower limit of the intersection angle between the surface of the tapered portion and the surface of the mounting
実装領域2の表面における凹部3の開口幅の下限としては、1mmが好ましく、1.5mmがより好ましく、2mmがさらに好ましい。一方、上記開口幅の上限としては、10mmが好ましく、8mmがより好ましく、7mmがさらに好ましい。上記開口幅が上記下限に満たないと、凹部3に充填される接合材の量が少なくなり、凹部3に充填される接合材が緩衝材的な役割を十分に果たさないおそれがある。逆に、上記開口幅が上記上限を超えると、凹部3に充填される接合材の量が多くなり、半導体素子から熱伝導性無機基板1への熱伝導性が低下するおそれがある。また、凹部3中央における熱伝導性無機基板1と半導体素子との密着性が低下するため、凹部3上の半導体素子の変形が防止されないおそれもある。
As the lower limit of the opening width of the
凹部3の深さの下限としては、0.05mmが好ましく、0.1mmがより好ましく、0.15mmがさらに好ましい。一方、凹部3の深さの上限としては、0.5mmが好ましく、0.4mmがより好ましく、0.3mmがさらに好ましい。ここで、凹部3の深さとは、実装領域2の表面から凹部3の底部までの深さを示す。凹部3の深さが上記下限に満たないと、凹部3に充填される接合材の量が少なくなり、凹部3に充填される接合材が緩衝材的な役割を十分に果たさないおそれがある。逆に、凹部3の深さが上記上限を超えると、凹部3に充填される接合材の量が多くなり、半導体素子から熱伝導性無機基板1への熱伝導性が低下するおそれがある。また、凹部3中央における熱伝導性無機基板1と半導体素子との密着性が低下するため、凹部3上の半導体素子の変形が防止されないおそれもある。
The lower limit of the depth of the
[半導体装置]
図3の半導体装置は、上述の熱伝導性無機基板1と、半導体素子4とを備え、半導体素子4を熱伝導性無機基板1の実装領域2に実装する構成である。図3では実装領域2が図示されていないが、上述の通り、実装領域2は、平面視で半導体素子の底部領域と等しい形状である。
[Semiconductor device]
The semiconductor device of FIG. 3 includes the above-mentioned thermally conductive
半導体素子4は、接合材で形成された接合層5を介して実装領域2に実装される。接合材は、凹部3の内部を含む実装領域2及び半導体素子4間に隙間なく充填され、接合層5は、平面視で少なくとも実装領域2と重畳している。
The semiconductor element 4 is mounted in the mounting
実装領域2の表面から半導体素子4の底部までの間に形成される接合層5の厚さは、半導体素子4の大きさや発熱量等によって最適な厚さが異なるため、特に限定されない。しかしながら、熱伝導性の観点から、接合層5の上記厚さの下限としては、10μmが好ましく、20μmがより好ましい一方、接合層5の上記厚さの上限としては、200μmが好ましく、150μmがより好ましい。
The thickness of the
(利点)
当該熱伝導性無機基板1は、半導体素子の実装領域2内に、表面側から深さ方向に向かって開口面積が漸減する凹部3を有しているので、半導体素子が実装領域2に実装された際に、半導体素子の熱膨張率と熱伝導性無機基板1の熱膨張率とが相違することに起因して発生する応力が凹部3に充填される接合材の変形によって緩和される。つまり、当該熱伝導性無機基板1は、凹部3に充填される接合材によって半導体素子に生じる応力を抑制できる。また、当該熱伝導性無機基板1は、半導体素子の実装領域2の内側に凹部3を有しているので、凹部3の開口形状より大きいという条件のもとで半導体素子の実装領域2を比較的自由に規定できる。
(advantage)
Since the heat conductive
また、当該熱伝導性無機基板1は、凹部3の内周面に表面側から深さ方向に向かって凹部3の開口幅を漸減させる1以上のテーパ部を有しているので、凹部3に充填される接合材の変形が適切に促され、半導体素子に生じる応力が効率よく抑制される。
Further, since the heat conductive
また、当該熱伝導性無機基板1は、実装領域2の表面における凹部3の開口幅が、1mm以上10mm以下であり、凹部3の深さが0.05mm以上0.5mm以下であるので、凹部3に充填される接合材による応力の緩和作用と半導体素子から熱伝導性無機基板1への熱伝導性とが適切なバランスで調整される。
Further, in the heat conductive
また、当該半導体装置は、熱伝導性無機基板1を備えているので、熱伝導性無機基板1の凹部3に充填される接合材(接合層5)によって半導体素子4に生じる応力を抑制できる。また、当該半導体装置は、熱伝導性無機基板1の凹部3の開口形状より大きいという条件のもとで半導体素子4の実装領域2を比較的自由に規定できる。
Further, since the semiconductor device includes the thermally conductive
[その他の実施形態]
本発明の熱伝導性無機基板及び半導体装置は、上記実施形態に限定されない。
[Other embodiments]
The thermally conductive inorganic substrate and semiconductor device of the present invention are not limited to the above embodiments.
上記実施形態では、凹部3が平面視で略方形の開口を有するものについて説明したが、開口の形状は略方形に限定されず、例えば開口の形状が略矩形、略円形又は略楕円形であってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、凹部3が内周面に1以上の略方形環状のテーパ部を有するものについて説明したが、テーパ部の形状は、凹部3の開口の形状と相似する形状に限定されない。テーパ部の形状は、凹部3の開口の形状と相似しない形状であってもよく、例えば矩形環状であってもよいし、完全な環状でなくてもよい。
Further, in the above embodiment, the
以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples, but the present invention is not limited to these examples.
上述の半導体装置のモデルについてシミュレーション計算を実行し、半導体素子に生じる応力を解析した。シミュレーション計算は、機構解析シミュレータソフトウェア「MemsONE」(みずほ情報総研株式会社製)を用い、以下の条件下で実行した。なお、下記の値はいずれも25℃での値である。 Simulation calculations were performed on the above-mentioned semiconductor device model to analyze the stress generated in the semiconductor device. The simulation calculation was performed under the following conditions using the mechanism analysis simulator software "MemsONE" (manufactured by Mizuho Information & Research Institute, Ltd.). The following values are all values at 25 ° C.
[No.1の半導体装置]
熱伝導性無機基板1 材質:銅、厚さ:2mm、密度:8930kg/m3、ヤング率129.84GPa、ポアソン比:0.343、熱伝導率:398W/(m・K)、比熱:386J/(kg・K)、線膨張係数:17ppm/K
実装領域2 領域:4.5mm×6.5mm
凹部3 表面側の開口:4mm×4mm、底部の平面:2mm×2mm、方形環状のテーパ部:4mm×4mm(外周縁)、3mm×3mm(外周縁)、2mm×2mm(内周縁)、表面から各平面への深さ:0.05mm、0.1mm、0.2mm(底部)
半導体素子4 底部領域:4.5mm×6.5mm、厚み:0.2mm、密度:2340kg/m3、ヤング率112.78GPa、ポアソン比:0.22、熱伝導率:148W/(m・K)、比熱:713J/(kg・K)、線膨張係数:4ppm/K
接合層5 材質:錫、銀及び銅の合金系、実装領域2の表面から半導体素子4の底部までの厚さ:0.05mm、密度:7400kg/m3、ヤング率31GPa、ポアソン比:0.4、熱伝導率:55W/(m・K)、比熱:234J/(kg・K)、線膨張係数:21ppm/K、0.2%耐力:27MPa
[No. 1 semiconductor device]
Thermally conductive
Mounting
Recessed
Semiconductor element 4 Bottom region: 4.5 mm x 6.5 mm, thickness: 0.2 mm, density: 2340 kg / m 3 , Young's modulus 112.78 GPa, Poisson's ratio: 0.22, thermal conductivity: 148 W / (m · K) ), Specific heat: 713J / (kg · K), Linear expansion coefficient: 4ppm / K
また、比較例として、凹部3を有していないNo.2の半導体装置についてもシミュレーション計算を実行した。No.2の半導体装置は、熱伝導性無機基板1が凹部3を有していないこと以外はNo.1の半導体装置と同じ条件である。
Further, as a comparative example, No. 1 having no
シミュレーション計算では、接合温度である200℃で半導体素子4を実装領域2に実装した後、25℃まで冷却した場合の半導体素子4の反り量を算出した。半導体素子4の中央位置(中心)を基準とした場合における中心からの距離(mm)と反り量(μm)との関係について、計算結果を表1に示す。
In the simulation calculation, the amount of warpage of the semiconductor element 4 when the semiconductor element 4 was mounted in the mounting
表1に示すように、No.1の半導体装置は、中心からの距離が0.5mmから1.5mmの範囲及び2.5mmにおいて、No.2の半導体装置よりも半導体素子4の反り量が小さいことが確認された。これにより、No.1の半導体装置のように熱伝導性無機基板1が凹部3を有していれば、半導体素子4の反り量が低減されるといえる。
As shown in Table 1, No. The semiconductor device of No. 1 has a distance from the center in the range of 0.5 mm to 1.5 mm and 2.5 mm. It was confirmed that the amount of warpage of the semiconductor element 4 was smaller than that of the semiconductor device of 2. As a result, No. If the thermally conductive
また、半導体素子4に加わる最大応力についても計算を実行すると、No.2の半導体装置では最大応力が261.7MPaであったのに対し、No.1の半導体装置では最大応力が242.5MPaとなり、No.1の半導体装置の方が最大応力を約7%低減できることが確認された。したがって、熱伝導性無機基板1が凹部3を有していれば、半導体素子4に加わる最大応力についても低減されるといえる。
Further, when the calculation is executed for the maximum stress applied to the semiconductor element 4, No. In the semiconductor device of No. 2, the maximum stress was 261.7 MPa, whereas No. 2 was used. In the semiconductor device of No. 1, the maximum stress was 242.5 MPa, and No. It was confirmed that the semiconductor device of No. 1 can reduce the maximum stress by about 7%. Therefore, if the thermally conductive
本発明の熱伝導性無機基板及び半導体装置は、半導体素子に生じる応力を抑制できるとともに、半導体素子の実装領域を比較的自由に規定できる。 The thermally conductive inorganic substrate and the semiconductor device of the present invention can suppress the stress generated in the semiconductor element and can relatively freely define the mounting region of the semiconductor element.
1 熱伝導性無機基板
2 実装領域
3 凹部
4 半導体素子
5 接合層
1 Thermally conductive
Claims (4)
上記実装領域内に、表面側から深さ方向に向かって開口面積が漸減する凹部を有し、
上記凹部が、内周面に表面側から深さ方向に向かって上記凹部の開口幅を漸減させる複数段のテーパ部を有する熱伝導性無機基板。 A thermally conductive inorganic substrate having a region for mounting a semiconductor element on at least one surface and mounting the semiconductor element in this mounting region via a bonding material.
The mounting area has a recess in which the opening area gradually decreases from the surface side toward the depth direction.
A heat-conducting inorganic substrate having a plurality of tapered portions on the inner peripheral surface of the concave portion, which gradually reduces the opening width of the concave portion from the surface side toward the depth direction .
半導体素子と
を備え、
上記半導体素子を上記実装領域に実装する半導体装置。 The thermally conductive inorganic substrate according to any one of claims 1 to 3 ,
Equipped with semiconductor elements,
A semiconductor device that mounts the semiconductor element in the mounting area.
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