JPH0277143A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

半導体装置およびその製造方法

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JPH0277143A
JPH0277143A JP63229211A JP22921188A JPH0277143A JP H0277143 A JPH0277143 A JP H0277143A JP 63229211 A JP63229211 A JP 63229211A JP 22921188 A JP22921188 A JP 22921188A JP H0277143 A JPH0277143 A JP H0277143A
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JP
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warp
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heat dissipating
solder
warpage
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Takanobu Yoshida
貴信 吉田
Tetsuji Yamaguchi
哲司 山口
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/31Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
    • H01L2224/32Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/321Disposition
    • H01L2224/32151Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
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    • H05K1/00Printed circuits
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    • H05K1/03Use of materials for the substrate
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業、1ユの利用分野) この発明は、放熱板の一面に半導体素子の搭載された絶
縁基板がろう材により接合固定された半導体装置に関す
る。
〔従来の技術〕
第4図(a)は従来の半導体装置を示づ側面図である。
同図に示すように、銅等の熱敢敗性が良好な金属により
構成される平板形放熱#i1には、セラミック等の絶縁
基&2が、半田3等のろう材により接合される。さらに
、絶縁基板2上にあらかじめ形成されたパターン4の所
定位置に半導体素子5が半田6により接合される。
この半導体装置の製造方法は、まず、放熱#fi1上に
半田3を介して絶縁基板2を配置する。つづいて、絶縁
基板2にあらかじめ形成されたパターン41に半田6を
介して半導体索子5を配置する。。
そして、各要素を上記のように配置した状態で放熱板1
を図示しない熱板上に(h載し、加熱して半田3.6を
−l溶融さゼ、その後冷却して半田3゜6を固化させる
ことにより、放熱板1と絶縁基板2および絶縁基板2と
半導体素子5をそれぞれ!、!J定する。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、従来の半導体装置では、放熱板1の熱膨
張係数が、絶縁基板2の熱膨張係数よりも大きいため、
上記の加熱、冷却工程により半013による融着を行な
うと、第4図(b)に示すように放熱板1に反りが発生
する。このように反りが生じると半導体装置を冷却フィ
ン7に実装した際に、放熱板1と冷却フィン7との間に
隙間8が生じ、半導体素子5等の熱放散が効率良く行な
われず、つまり接触熱抵抗が増大するという問題があっ
た。
なお、放熱板1の反りを低減するために放熱板1の板厚
を大きくすることが考えられるが、放熱板1の板厚を大
きくすると、その分、型開・コストがとbに増大すると
いう問題が生じる。
この発明は、上記従来技術の問題を解消し、低flLM
l・低コストで、しかも冷rJIフィン等に取付けた際
に隙間が生じず放熱効率の高い半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
(課題を解決するための手段〕 この発明は、放熱板の一面に半導体素子の搭載された絶
縁基板がろう材により接合固定された半導体装置であっ
て、上記目的を達成するため、前記ろう材による接合時
に、前記放熱板と前記絶縁基板との熱膨張係数の差によ
り生じる前記放熱板の反りを補正するIζめ、その反り
に対し反対方向の反りをあらかじめ前記放熱板に付与づ
るとともに、その反り階を、シミル−ジョンによりn]
測された前記ろ・う材による接合直後の前記放熱板の反
り量の30・〜40%の範囲内としている1゜(作用〕 この発明における半導体装置は、シミXLレージ三1ン
に基づいて求められた1111だけあらかじめ放熱板に
反りを付与しておくことにより、ろう材の融着工程にお
いて生じる放熱板の反りが正確に補正される。
(実施例) 第1図はこの発明の一実施例である半導体S!!j置の
製造段階における側面図、つまり放熱板11と絶縁基板
12とが半田13により融着される直前の段階における
側面図である。この状態で、放熱板11には、その絶縁
基板12を接合する而が凹面に、その他方の面が凸面と
なるように、あらかじめ所定量の反りが付与されており
、上記凹面にろう材を構成する半田13を介してヒラミ
ック板等の絶縁基板12が配置される。さらに、絶縁基
板12十に形成されたパターン14の所定位置に半田1
6を介して半導体素子15が配置される。
そして、各要素を上記のように配置した状態で放熱板1
1を図示しない熱板上に搭載し、加熱して半IJ113
.16を溶融さヒ、その模冷却し−C固化させ°ること
により、放熱板11と絶縁基&12、および絶縁基板1
2と半導体素子15の固定がそれぞれ図られでいる。
この半導体装置においても、半田13による融着のため
の加熱冷11工程において、放熱板11と絶縁基板12
とのそれぞれの熱膨張係数の相違により、放熱板11が
第1図紙面に向かって左右両端側がそれぞれ下方へ撓む
ように反りを生じるが、゛この実施例では、第1図に示
すように、その反りの方向と反対方向にあらかじめ放熱
板11に反りを41与し、かつその反り伍を、半8j融
着工程において生じた反りが相殺されるような範囲に定
め(いる。
そこで、放熱板11に予め付与しておく反り吊l(以下
[補正反り働11と称す)について以下に詳説する。
第2図は半田@着後における放熱板11の反り量の経時
変化を示すグラフであって、実測値に基づいて求められ
ている。
同図に示ずように、その反り間の変化を経時的に観測し
ていくと、半田融着直後が最大どなり、その後プロヒス
中の熱の影響および半田13のクリープ現象にJ、り徐
々に減少し、さらに飽和して一定量に保たれる。このよ
うな実測値を塁にして、本願発明者は、以1ζに示す2
点を実証することができた。その第1点は、上記半10
融着直侵の最大の反り聞く以下「実測最大反り漕」と称
す)は、放熱板11の初期形状、ずなわら反りが付与さ
れているか否かにかかわらず常に一定であるということ
であり、第2点は、飽和した際の反り吊(以下[飽和反
りit Jと称す)は、上記実測最大反り最の60〜7
0%の範囲内にあるということである。
一方、第3図は任意の良さ寸法の放熱板11にa3Gノ
る半田融着直後の反り量のシミュレーション結果と実測
値との関係を示ジグラフである。ただし、同グラフ中の
実線はシミュレーション、つまり有限要素法による線形
解析く3次元)により得られた値であり、○印は実測値
(実測最大反り漬)である。
同図に示すように、シミュレーションにより求められた
半田融着直後の最大の反り量(以1;「計測最大反り醋
」と称1)は、実測最大反り1とほぼ一致していること
が判明した。
これらを統括すると、放熱板11の初期形状にかかわら
ず実測最大反り潰は一定であり、また飽和反り母は実1
11m最大反り量の60〜70%の範囲内にあり、さら
に実測最大反りMは計測最大反り間とほぼ一致するとい
うことになる。したがつで、放熱板11に付与する補正
反り世lを、計測最大反り市の絶対値の30〜40%の
範囲内に設定しておけば、放熱板11が正確に補正でき
ることがわかる。
実際に、上記のようにして求めた補正反り徂lが付与さ
れた放熱板11を用いて、上記同様に半導体装置を製造
したところ、放熱板11は真直な平板形状となった。さ
らに放熱板11を冷7.IIフインに取イN1けたとこ
ろ、放熱板11の取付面が全域にわたり冷141フイン
に′Pf:着し、両省間に隙間等が生じなくなり、放熱
効率が高くなった。また、繰り返し製造を行っても、反
り量の誤差がO〜50μyn内におさめることが(・き
た。
また、板厚を大きく設定せずに放熱効率を高めることが
(”きるので、低11低コストも実現できた。
なお、上記反り量の誤差を考慮すると、崖[■1融着侵
における放熱板11の冷1」1フインへの取イ]面が少
し凸面となるように補正反り量!を設定するのが望まし
い。このようにすると、全ての半導体装置に対し、放熱
板11の両端を図示しない固着具により冷却フィンに密
着固定するようにして、放熱板11の取付面全体を冷却
フィンに確実に密接させることができ、半導体装置毎に
発生する上記反り間の誤差をも吸収することができる。
〔発明の効果〕
この発明の半導体装置によれば、シミル−ジョンに塁づ
いて求められた値だけあらかじめ放熱板に補正用の反り
を付与しているため、ろう材融肴により生じる放熱板の
反りが上記補正用の反りによって精度良く相殺され、放
熱板が正確な平板形に仕上げられる。その結果、放熱板
の一面が全域にわたり冷却フィンに密着して両者間に隙
間が生じず、放熱効率が向上し、また、反り防止用に板
厚を大きくする必要もないので、その分低重厖・低コス
]−化が図られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例である半導体装置の製造段
階における側面図、第2図は半[ロー着後における放熱
板の反りの経時変化を示すグラフ、第3図は任意の長さ
寸法の放熱板に−3ける半田融着直後の反り量のシミュ
レーション結果と実測値との関係を示ずグラフ、第4図
(a)は従来の半導体装置の製造段階における側面図、
第4図(b)は従来の半導体装置の側面図である 図にJ3いて、11は放熱板、12は絶縁基鈑、13は
半田、15は半導体素子である。 なお、各図中同一符号は同一・または相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)放熱板の一面に半導体素子の搭載された絶縁基板
    がろう材により接合固定された半導体装置において、 前記ろう材による接合時に、前記放熱板と前記絶縁基板
    との熱膨張係数の差により生じる前記放熱板の反りを補
    正するため、その反りに対し反対方向の反りをあらかじ
    め前記放熱板に付与するとともに、その反り量を、シミ
    ュレーションにより計測された前記ろう材による接合直
    後の前記放熱板の反り量の30〜40%の範囲内とした
    ことを特徴とする半導体装置。
JP63229211A 1988-09-13 1988-09-13 半導体装置およびその製造方法 Pending JPH0277143A (ja)

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