JPH02246141A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH02246141A JPH02246141A JP1066771A JP6677189A JPH02246141A JP H02246141 A JPH02246141 A JP H02246141A JP 1066771 A JP1066771 A JP 1066771A JP 6677189 A JP6677189 A JP 6677189A JP H02246141 A JPH02246141 A JP H02246141A
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Landscapes
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔概 要〕
放熱部材を設けたパッケージ構造に関し、半導体素子に
軽量の放熱体を良好に接続させることによって熱抵抗を
低下させて、信顧性を向上することを目的とし、 半導体素子にＡｌＳｉ合金からなる板を介して＾１を主
材とする放熱体が接続されてなることを特徴とする。
軽量の放熱体を良好に接続させることによって熱抵抗を
低下させて、信顧性を向上することを目的とし、 半導体素子にＡｌＳｉ合金からなる板を介して＾１を主
材とする放熱体が接続されてなることを特徴とする。
本発明は半導体装置のうち、特に放熱部材を設けたパッ
ケージ構造に関する。
ケージ構造に関する。
半導体装置が高集積化され、ＬＳＩの消費電力が増大す
るに伴って、放熱部材を取付けたパッケージが増加して
おり、そのようなパッケージでは熱伝導性の改善が望ま
れている。
るに伴って、放熱部材を取付けたパッケージが増加して
おり、そのようなパッケージでは熱伝導性の改善が望ま
れている。
高集積化された半導体素子を放熱特性良く、且つ、小型
に気密封止できるパッケージ構造の半導体装置として、
特開昭６３−７３６５０号で提案しているものと同様な
半導体装置の断面図を第４図に示している０図中の記号
１１は半導体素子、１２は基板。
に気密封止できるパッケージ構造の半導体装置として、
特開昭６３−７３６５０号で提案しているものと同様な
半導体装置の断面図を第４図に示している０図中の記号
１１は半導体素子、１２は基板。
１３はキャップ、１４はヒートシンク、 １５は放熱フ
ィンで、ヒートシンク１４と放熱フィン１５とから放熱
部材２０が構成されている。この半導体装置の表面実装
型の場合には半導体素子１１表面（フェースダウン型）
の多数の微小リード１６を基板１２の上面に設けた配線
層５０に接続し、基板１２を貫通するビヤホール５１を
介してリード１７に接続した構造となつている。
ィンで、ヒートシンク１４と放熱フィン１５とから放熱
部材２０が構成されている。この半導体装置の表面実装
型の場合には半導体素子１１表面（フェースダウン型）
の多数の微小リード１６を基板１２の上面に設けた配線
層５０に接続し、基板１２を貫通するビヤホール５１を
介してリード１７に接続した構造となつている。
この半導体装置では放熱フィン１５を熱伝導性の優れた
Ｃｕにより構成し、この放熱フィン１５と半導体素子１
１の間に熱膨張係数がＳｉとＣｕの間の値をもつＣｕＷ
合金（例えば、Ｃｕ：Ｗ−８：２の組成の合金）のヒー
トシンク１４を介在させている。そうすると、ＣｕＷ合
金が良好な熱伝導性を有し、熱変化に対してＳｉとＣｕ
Ｗ合金の熱膨張係数が差が小さいので熱伸縮で半導体素
子ｉｔに加わる応力が小さくなって、半導体素子１１を
破壊することなく良好に放熱部材を接続できる。
Ｃｕにより構成し、この放熱フィン１５と半導体素子１
１の間に熱膨張係数がＳｉとＣｕの間の値をもつＣｕＷ
合金（例えば、Ｃｕ：Ｗ−８：２の組成の合金）のヒー
トシンク１４を介在させている。そうすると、ＣｕＷ合
金が良好な熱伝導性を有し、熱変化に対してＳｉとＣｕ
Ｗ合金の熱膨張係数が差が小さいので熱伸縮で半導体素
子ｉｔに加わる応力が小さくなって、半導体素子１１を
破壊することなく良好に放熱部材を接続できる。
Ｃｕの放熱フィン１５とＣｕＷ合金のヒートシンク１４
を、例えば、ＰｂＡｇの蝋付２２で蝋付けして放熱部材
２０を形成し、これを、例えば、組成Ｐｂ：５ｎ＝９：
ｌの半田層２１により半導体素子１１の裏面およびコバ
ールなどよりなるキャップ１３に半田付けしている。
を、例えば、ＰｂＡｇの蝋付２２で蝋付けして放熱部材
２０を形成し、これを、例えば、組成Ｐｂ：５ｎ＝９：
ｌの半田層２１により半導体素子１１の裏面およびコバ
ールなどよりなるキャップ１３に半田付けしている。
しかし、Ｃｕは比重が大きく放熱部材が重くなつり、半
導体素子１１に上から大きな力が加わり、半導体素子１
１表面のバンプ電極にＴＡＢ （Ｔａｐｅ Ａｕｔｏａ
＋ａｔｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式などで接続された微
小り−ド１６を破壊してしまう問題が起こる。
導体素子１１に上から大きな力が加わり、半導体素子１
１表面のバンプ電極にＴＡＢ （Ｔａｐｅ Ａｕｔｏａ
＋ａｔｉｃ Ｂｏｎｄｉｎｇ）方式などで接続された微
小り−ド１６を破壊してしまう問題が起こる。
そこで、放熱部材を軽くするために、Ｃｕに代えて比重
の小さいＡｔにより放熱フィン１５を構成する。
の小さいＡｔにより放熱フィン１５を構成する。
表面にＮｉメツキを施したＡｌの放熱フィン１５と表面
にＮｉメツキを施したＣｕＷ合金のヒートシンク１４を
ＰｂＡｇの蝋付、または、これにＳｎを加えた蝋付によ
り接合する。
にＮｉメツキを施したＣｕＷ合金のヒートシンク１４を
ＰｂＡｇの蝋付、または、これにＳｎを加えた蝋付によ
り接合する。
しかし、この接合後の接合面の縁部分では熱ストレスに
より蝋付にクラックが発生し、また、蝋付の濡れ性が悪
くて接合面全体に良好に接着されず、接合面に蝋付の付
いていない部分が生じ、この接合部で熱伝導性が劣り熱
抵抗が高くなる問題が起こる。
より蝋付にクラックが発生し、また、蝋付の濡れ性が悪
くて接合面全体に良好に接着されず、接合面に蝋付の付
いていない部分が生じ、この接合部で熱伝導性が劣り熱
抵抗が高くなる問題が起こる。
本発明はこれらの問題点を低減させ、半導体素子に軽量
の放熱体を良好に接続させることによって熱抵抗を低下
させて、信頼性を向上することを目的とした半導体装置
を提案するものである。
の放熱体を良好に接続させることによって熱抵抗を低下
させて、信頼性を向上することを目的とした半導体装置
を提案するものである。
その課題は、第１図に示すように、半導体素子３１にＡ
ｌＳｉ合金からなる板３４（ヒートシンク）を介してＡ
ｌを主材とする放熱体３５（放熱フィン）が接続されて
いる半導体装置によって解決される。
ｌＳｉ合金からなる板３４（ヒートシンク）を介してＡ
ｌを主材とする放熱体３５（放熱フィン）が接続されて
いる半導体装置によって解決される。
即ち、本発明は、Ａｌの放熱フィンと半導体素子との緩
衝層として、軽（て熱膨張係数がＡ１に近いＡｌＳｉ合
金を用いて、放熱フィンとの接合においてクラックの発
生を減少させ、且つ、外形の大きな緩衝層とすることが
できて、信頼性および放熱性の優れた半導体装置を得る
ものである。
衝層として、軽（て熱膨張係数がＡ１に近いＡｌＳｉ合
金を用いて、放熱フィンとの接合においてクラックの発
生を減少させ、且つ、外形の大きな緩衝層とすることが
できて、信頼性および放熱性の優れた半導体装置を得る
ものである。
以下に図面を参照して実施例によって詳細に説明する。
第２図は本発明にかかる半導体装置の正面図、第３図は
その断面図を示している。３４はＡｌＳｉ合金からなる
ヒートシンクで、Ａ１． Ｓｉのそれぞれを細かく砕い
て粒状としたものをＡｌ＋ Ｓｉの体積比６０：４０で
混合し、加熱溶融後に加圧成形する。３５は純粋なＡ１
からなる放熱フィン、４０がヒートシンク３４と放熱フ
ィン３５とで構成された放熱部材である。
その断面図を示している。３４はＡｌＳｉ合金からなる
ヒートシンクで、Ａ１． Ｓｉのそれぞれを細かく砕い
て粒状としたものをＡｌ＋ Ｓｉの体積比６０：４０で
混合し、加熱溶融後に加圧成形する。３５は純粋なＡ１
からなる放熱フィン、４０がヒートシンク３４と放熱フ
ィン３５とで構成された放熱部材である。
このヒートシンク３４と放熱フィン３５との間の合金層
３２は摩擦圧接して形成する。摩擦圧接では、例えば、
ヒートシンク３４のＡｌＳｉ合金面と放熱フィン３５の
Ａ１面とを接触させ、高速に相互に逆回転させて接合す
る。その接合部には内部は極めて均一な組成の合金層３
２が厚さ１ｍｍ程度で形成されて、このような圧接で接
合すると、濡れ性に無関係になって−様な熱伝導が得ら
れ、また、接合部の強度も２９Ｋｇ／ｍｍ’になり、Ｃ
ｕＷ合金の蝋付は強度２０にｇ／１１１１”と比べて強
固なる。しかる後、これを加工成型して放熱部材４０を
形成する。且つ、この放熱部材の表面にＮｉメツキによ
り厚さ５〜７ＩＩＩＩＩＩのＮｉｌを形成する。
３２は摩擦圧接して形成する。摩擦圧接では、例えば、
ヒートシンク３４のＡｌＳｉ合金面と放熱フィン３５の
Ａ１面とを接触させ、高速に相互に逆回転させて接合す
る。その接合部には内部は極めて均一な組成の合金層３
２が厚さ１ｍｍ程度で形成されて、このような圧接で接
合すると、濡れ性に無関係になって−様な熱伝導が得ら
れ、また、接合部の強度も２９Ｋｇ／ｍｍ’になり、Ｃ
ｕＷ合金の蝋付は強度２０にｇ／１１１１”と比べて強
固なる。しかる後、これを加工成型して放熱部材４０を
形成する。且つ、この放熱部材の表面にＮｉメツキによ
り厚さ５〜７ＩＩＩＩＩＩのＮｉｌを形成する。
このような放熱部材４０のＡｌＳｉ合金からなるヒート
シンク３４とＳｉの半導体素子３１およびキャップ１３
とを組成Ｐｂ：５ｎ＝９ ： ｌの半田によって半田付
けする。そうすると、半田層３３（厚み５０〜７０μｍ
）が介在することになる。
シンク３４とＳｉの半導体素子３１およびキャップ１３
とを組成Ｐｂ：５ｎ＝９ ： ｌの半田によって半田付
けする。そうすると、半田層３３（厚み５０〜７０μｍ
）が介在することになる。
このような摩擦圧接によれば、放熱部材４０の接合部は
均一に合金化された合金層になり、熱伝導性が良く、且
つ、熱ストレスが解消してクラックの発生が防止される
。また、このときのＡｌＳｉ合金からなるヒートシンク
３４の比重は２．５３（ｇ／ｃｍ’）で、比重１５〜１
Ｂ（ｇ／ｃｍ’）のＣｕＷ合金と比べて軽量になる。且
つ、熱膨張係数は＾ｌｓｉ合金が１０．３Ｘ１０−’
ｄｅ ｇ −１で、従来のヒートシンク材料であるＣｕ
Ｗ合金が６〜９ Ｘｌ０−’ ｄｅｇ−’であるから、
ＡｌＳｉ合金は＾！からなる放熱フィンに近くなって、
その点からも上記の接合部でのクラック発生が減少する
。しかし、一方、半導体素子との熱膨張の差が増えるが
、この程度の差であれば半田１３３の存在によって半導
体素子へのストレスは防止される。
均一に合金化された合金層になり、熱伝導性が良く、且
つ、熱ストレスが解消してクラックの発生が防止される
。また、このときのＡｌＳｉ合金からなるヒートシンク
３４の比重は２．５３（ｇ／ｃｍ’）で、比重１５〜１
Ｂ（ｇ／ｃｍ’）のＣｕＷ合金と比べて軽量になる。且
つ、熱膨張係数は＾ｌｓｉ合金が１０．３Ｘ１０−’
ｄｅ ｇ −１で、従来のヒートシンク材料であるＣｕ
Ｗ合金が６〜９ Ｘｌ０−’ ｄｅｇ−’であるから、
ＡｌＳｉ合金は＾！からなる放熱フィンに近くなって、
その点からも上記の接合部でのクラック発生が減少する
。しかし、一方、半導体素子との熱膨張の差が増えるが
、この程度の差であれば半田１３３の存在によって半導
体素子へのストレスは防止される。
なお、ＡｌＳｉ合金からなるヒートシンクのＳｉの体積
割合は３０〜６０％にするのが好ましく、３０％より少
なくなると半導体素子のＳｉとの熱膨張の差が大きくな
り、半導体素子との半田付は部に不良が生じたり、半導
体素子にクラックが生じたりする。
割合は３０〜６０％にするのが好ましく、３０％より少
なくなると半導体素子のＳｉとの熱膨張の差が大きくな
り、半導体素子との半田付は部に不良が生じたり、半導
体素子にクラックが生じたりする。
また、６０％より多くなると熱伝導性が低下して放熱性
が悪くなる。
が悪くなる。
次に、第４図のＣｕＷのヒートシンク１４を用いた半導
体装置と第３図のＡｌＳｉ合金（ＡｌとＳｉの体積比６
０ ： ４０）のヒートシンク３４を用いた半導体装置
において、放熱部材を含むケースの熱抵抗の測定結果を
第５図に示している。この測定では半導体素子１１とし
て実際に搭載する半導体素子に近い大きさ、例えば、−
辺が約１６ｍｍの正方形の裏面のものに、熱源として表
面に拡散抵抗、感温素子として表面にＰＮ接合ダイオー
ドが形成されたものをそれぞれの半導体装置に用いた。
体装置と第３図のＡｌＳｉ合金（ＡｌとＳｉの体積比６
０ ： ４０）のヒートシンク３４を用いた半導体装置
において、放熱部材を含むケースの熱抵抗の測定結果を
第５図に示している。この測定では半導体素子１１とし
て実際に搭載する半導体素子に近い大きさ、例えば、−
辺が約１６ｍｍの正方形の裏面のものに、熱源として表
面に拡散抵抗、感温素子として表面にＰＮ接合ダイオー
ドが形成されたものをそれぞれの半導体装置に用いた。
第４図のＣｕＷのヒートシンク１４は外形を直径的１８
ｍｍの円形状とし、Ａｌの放熱フィン１５がＰｂＡｇの
蝋付で蝋付けされ、半導体素子１１の裏面にキャップ１
３の直径的１３ｏｕｗの開口から半田付けされるように
した。また、第３図のＡｌＳｉ合金のヒートシンク３４
は外形を一辺約２（１ｍｍの正方形とし、Ａｌの放熱フ
ィン３５が摩擦圧接され、キャップ１３に設けられた半
導体素子１１の外形とほぼ同一寸法の開口から半導体素
子１１の裏面に半田付けされるようにした。
ｍｍの円形状とし、Ａｌの放熱フィン１５がＰｂＡｇの
蝋付で蝋付けされ、半導体素子１１の裏面にキャップ１
３の直径的１３ｏｕｗの開口から半田付けされるように
した。また、第３図のＡｌＳｉ合金のヒートシンク３４
は外形を一辺約２（１ｍｍの正方形とし、Ａｌの放熱フ
ィン３５が摩擦圧接され、キャップ１３に設けられた半
導体素子１１の外形とほぼ同一寸法の開口から半導体素
子１１の裏面に半田付けされるようにした。
第５図はこれらの半導体装置を実装したプリント基板の
面に平行に流れる風を半導体装置に吹きつけて、その時
の風速と外部熱抵抗の関係を示すものである。この外部
熱抵抗は半導体素子の印加電力ＩＷ毎の周囲とケースの
温度差であり、測定結果はＣｕＷのヒートシンクの場合
ＡよりＡｌＳｉ合金のヒートシンクの場合Ｂの方が小さ
（放熱性に優れた結果となった。これはＡｌＳｉはＣｕ
Ｗより熱伝導率は低いが、比重が小さく軽い分だけ大き
くでき、第５図のような優れた結果が得られたと考えら
れる。
面に平行に流れる風を半導体装置に吹きつけて、その時
の風速と外部熱抵抗の関係を示すものである。この外部
熱抵抗は半導体素子の印加電力ＩＷ毎の周囲とケースの
温度差であり、測定結果はＣｕＷのヒートシンクの場合
ＡよりＡｌＳｉ合金のヒートシンクの場合Ｂの方が小さ
（放熱性に優れた結果となった。これはＡｌＳｉはＣｕ
Ｗより熱伝導率は低いが、比重が小さく軽い分だけ大き
くでき、第５図のような優れた結果が得られたと考えら
れる。
以上、第２図および第３図で放熱部材４０の接続を摩擦
圧接によっておこなう実施例について説明したが、Ａｌ
の放熱フィン３５とＡｌＳｉのヒートシンク３４のそれ
ぞれの表面をＮｉメツキした後にＰｂＡｇなとの蝋付で
蝋付けした場合でもＡｌとＡｌＳｉの熱膨張係数の差が
小さく、蝋付にクラックの発生が少なく良好な接続が得
られる。
圧接によっておこなう実施例について説明したが、Ａｌ
の放熱フィン３５とＡｌＳｉのヒートシンク３４のそれ
ぞれの表面をＮｉメツキした後にＰｂＡｇなとの蝋付で
蝋付けした場合でもＡｌとＡｌＳｉの熱膨張係数の差が
小さく、蝋付にクラックの発生が少なく良好な接続が得
られる。
なお、本発明では第４図のように半導体素子１１の裏面
にキャップ１３が接着される半導体装置において、ヒー
トシンク１４と放熱フィン１５をそれぞれＡｌＳｉとＡ
ｌに代えた放熱部材としてもよい。
にキャップ１３が接着される半導体装置において、ヒー
トシンク１４と放熱フィン１５をそれぞれＡｌＳｉとＡ
ｌに代えた放熱部材としてもよい。
更に、第３図および第４図の本発明の放熱部材と半導体
素子の間にＣｕＷ合合打合材在させて、半導体素子のス
トレスを一層軽減させる構成を採っても良い、また、Ａ
ｔの放熱フィンにはＭｇなどを少し混ぜたものでもよい
。
素子の間にＣｕＷ合合打合材在させて、半導体素子のス
トレスを一層軽減させる構成を採っても良い、また、Ａ
ｔの放熱フィンにはＭｇなどを少し混ぜたものでもよい
。
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる放熱部
材を設けた半導体装置はクラックが減少して熱伝導性が
良く、且つ、重量が軽くなり、その結果、半導体装置の
信頼性向上に大きく寄与するものである。
材を設けた半導体装置はクラックが減少して熱伝導性が
良く、且つ、重量が軽くなり、その結果、半導体装置の
信頼性向上に大きく寄与するものである。
第１図は本発明にかかる放熱部材と半導体装置との接着
断面図、 第２図は本発明の半導体装置の正面図、第３図は第２図
の断面図、 第４図は従来および本発明の半導体装置の断面図、 第５図は風速と外部熱抵抗の関係を示す図である。 図において、 １１、３１は半導体素子、 １２は基板、 １３はキャップ、１４はＣ
ｕＷ合金からなるヒートシンク、２０は放熱部材、
２１．３３は半田層、２２は螺材、 ３
２は合金層、３４は＾ＩＳｉ合金からなるヒートシンク
、３５は＾ｌからなる放熱フィン、 ４０は本発明にかかる放熱部材 を示している。 代理人 弁理士 井 桁 貞 − 第 図 才２■／１計面■ 第３図 庫Ｉ：ｐｌＰＳ蚊熱部材２苧銅罐ｉｔめ滲ｌ横図第１図 ４ＬＬよ・よｉ杯１０−４堤！・折ｊ負Ｖ、 ＋ 固
断面図、 第２図は本発明の半導体装置の正面図、第３図は第２図
の断面図、 第４図は従来および本発明の半導体装置の断面図、 第５図は風速と外部熱抵抗の関係を示す図である。 図において、 １１、３１は半導体素子、 １２は基板、 １３はキャップ、１４はＣ
ｕＷ合金からなるヒートシンク、２０は放熱部材、
２１．３３は半田層、２２は螺材、 ３
２は合金層、３４は＾ＩＳｉ合金からなるヒートシンク
、３５は＾ｌからなる放熱フィン、 ４０は本発明にかかる放熱部材 を示している。 代理人 弁理士 井 桁 貞 − 第 図 才２■／１計面■ 第３図 庫Ｉ：ｐｌＰＳ蚊熱部材２苧銅罐ｉｔめ滲ｌ横図第１図 ４ＬＬよ・よｉ杯１０−４堤！・折ｊ負Ｖ、 ＋ 固
Claims (1)
- 半導体素子にＡｌＳｉ合金からなる板を介してＡｌを
主材とする放熱体が接続されてなることを特徴とする半
導体装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066771A JPH02246141A (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 半導体装置 |
| DE69018846T DE69018846T2 (de) | 1989-02-10 | 1990-02-08 | Keramische Packung vom Halbleiteranordnungstyp und Verfahren zum Zusammensetzen derselben. |
| EP90102464A EP0382203B1 (en) | 1989-02-10 | 1990-02-08 | Ceramic package type semiconductor device and method of assembling the same |
| US07/477,404 US5055914A (en) | 1989-02-10 | 1990-02-09 | Ceramic package type semiconductor device and method of assembling the same |
| KR1019900001629A KR940001283B1 (ko) | 1989-02-10 | 1990-02-10 | 세라믹팩형 반도체 장치 및 그의 조립방법 |
| US07/698,030 US5081067A (en) | 1989-02-10 | 1991-05-10 | Ceramic package type semiconductor device and method of assembling the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1066771A JPH02246141A (ja) | 1989-03-17 | 1989-03-17 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02246141A true JPH02246141A (ja) | 1990-10-01 |
Family
ID=13325469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1066771A Pending JPH02246141A (ja) | 1989-02-10 | 1989-03-17 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02246141A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014034306A1 (ja) * | 2012-08-29 | 2014-03-06 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電子制御装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02119249A (ja) * | 1988-10-28 | 1990-05-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用放熱部材の製造方法 |
-
1989
- 1989-03-17 JP JP1066771A patent/JPH02246141A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02119249A (ja) * | 1988-10-28 | 1990-05-07 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体装置用放熱部材の製造方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014034306A1 (ja) * | 2012-08-29 | 2014-03-06 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 電子制御装置 |
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