JPH03188654A - 樹脂モールド型半導体用放熱体 - Google Patents
樹脂モールド型半導体用放熱体Info
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- JPH03188654A JPH03188654A JP1327867A JP32786789A JPH03188654A JP H03188654 A JPH03188654 A JP H03188654A JP 1327867 A JP1327867 A JP 1327867A JP 32786789 A JP32786789 A JP 32786789A JP H03188654 A JPH03188654 A JP H03188654A
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Classifications
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- H01L2224/01—Means 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
- H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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- H01L2224/48247—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 the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
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】
[産業上の利用分野コ
本発明は、IC、ハイパワーIC,LSIのチップおよ
びパワートランジスタでの発熱を効率良く放熱して、熱
膨張率をSiとCu、AQおよびエポキシ樹脂の間にな
るように材料設計してチップ間へのダメージを緩和する
と同時に温度サイクル信頼性(放熱板と樹脂の界面に隙
間ができにくい)に優れ、更に耐湿信頼性にも優れる低
コスト化放熱パッケージを実現する放熱体に関する。
びパワートランジスタでの発熱を効率良く放熱して、熱
膨張率をSiとCu、AQおよびエポキシ樹脂の間にな
るように材料設計してチップ間へのダメージを緩和する
と同時に温度サイクル信頼性(放熱板と樹脂の界面に隙
間ができにくい)に優れ、更に耐湿信頼性にも優れる低
コスト化放熱パッケージを実現する放熱体に関する。
[従来の技術]
IC、ハイパワーIC,LSIおよびパワートランジス
タ用放熱パッケージはパッケージの表(トップシンク)
または裏(ボトムシンク)に放熱板、ブロックを掲載し
て固定するタイプと、パッケージの表に放熱フィンを付
けるタイプに大きく分かれ、それらの放熱材料としては
無酸素銅、タフピッチ銅、P脱酸銅、AQおよびAQN
基板などが用いられているが、いずれもそれら材料価格
がパッケージ材料全体に占めるコスト比率が高いこと、
またAQN基板以外は封止エポキシ樹脂との熱膨張特性
が類似しているため温度サイクル信頼性には優れるがS
iとの熱膨張差が大きいため大型チップでのダイ付けが
難しい問題があるため、Siとエポキシ樹脂との中間的
な材料としてCu/インバー/ Cuのクラッドなどが
開発されているが材料価格が高いため、安価で上記問題
点を改善した材料の要求ニーズが高まっている。
タ用放熱パッケージはパッケージの表(トップシンク)
または裏(ボトムシンク)に放熱板、ブロックを掲載し
て固定するタイプと、パッケージの表に放熱フィンを付
けるタイプに大きく分かれ、それらの放熱材料としては
無酸素銅、タフピッチ銅、P脱酸銅、AQおよびAQN
基板などが用いられているが、いずれもそれら材料価格
がパッケージ材料全体に占めるコスト比率が高いこと、
またAQN基板以外は封止エポキシ樹脂との熱膨張特性
が類似しているため温度サイクル信頼性には優れるがS
iとの熱膨張差が大きいため大型チップでのダイ付けが
難しい問題があるため、Siとエポキシ樹脂との中間的
な材料としてCu/インバー/ Cuのクラッドなどが
開発されているが材料価格が高いため、安価で上記問題
点を改善した材料の要求ニーズが高まっている。
[発明が解決しようとする課題]
本発明は、これらのIC,LSI、ハイパワーIC用放
熱パンケージおよびパワートランジスタのコしIフタに
接合する放熱板、ブロックとして、優れた特性と低コス
ト化を実現しようとするものである。鉄鋼クロム合金が
具備すべき条件を明らかにするために、発明者らは種々
の組合せの合金を用いて問題解決のため多くの研究を行
い、鉄中にクロムの含有する相と銅相を均一に分散した
形態であることにより、熱膨張特性を鉄と銅の中間レベ
ルにすると同時に優れた耐湿性を有する低コスト型合金
による放熱体を発明するに至った。
熱パンケージおよびパワートランジスタのコしIフタに
接合する放熱板、ブロックとして、優れた特性と低コス
ト化を実現しようとするものである。鉄鋼クロム合金が
具備すべき条件を明らかにするために、発明者らは種々
の組合せの合金を用いて問題解決のため多くの研究を行
い、鉄中にクロムの含有する相と銅相を均一に分散した
形態であることにより、熱膨張特性を鉄と銅の中間レベ
ルにすると同時に優れた耐湿性を有する低コスト型合金
による放熱体を発明するに至った。
[課題を解決するための手段]
すなわち、本発明が構成するところは、銅を20重量%
以上95重量%以下、残部が不可避的不純物以外は鉄お
よびクロムであり、かつクロムが鉄に対して6重量%以
上12重量%以下の比率からなる組成を持つ合金金属板
およびブロック、さらに本発明は上記の合金組成がさら
にMo、 Ni、A Q 、 S i。
以上95重量%以下、残部が不可避的不純物以外は鉄お
よびクロムであり、かつクロムが鉄に対して6重量%以
上12重量%以下の比率からなる組成を持つ合金金属板
およびブロック、さらに本発明は上記の合金組成がさら
にMo、 Ni、A Q 、 S i。
Mn、Ti、Zrの1種または2種以上でそれぞれ0.
1重量%以上Mo、Al、Si、Mn、Ti、Zrは1
0重量%以下、N1は15重量%以下の範囲で添加した
ものとする [作用コ 以下本閘成要件の限定理由を説明する。熱放散性を向上
させるためには、銅の含有量が高いほど良好な特性が得
られるが、パッケージの要求に対して必要とする熱膨張
特性と熱放散性の関係より適正な量を選択することが好
ましく銅含有量が20重量%未満では鉄そのものと熱膨
張特性、熱放散性が大きく変化せず良好な特性が得られ
ない。また95重量%越えると熱膨張特性が銅並みにな
ってしまう。
1重量%以上Mo、Al、Si、Mn、Ti、Zrは1
0重量%以下、N1は15重量%以下の範囲で添加した
ものとする [作用コ 以下本閘成要件の限定理由を説明する。熱放散性を向上
させるためには、銅の含有量が高いほど良好な特性が得
られるが、パッケージの要求に対して必要とする熱膨張
特性と熱放散性の関係より適正な量を選択することが好
ましく銅含有量が20重量%未満では鉄そのものと熱膨
張特性、熱放散性が大きく変化せず良好な特性が得られ
ない。また95重量%越えると熱膨張特性が銅並みにな
ってしまう。
つぎに、クロムを鉄に対して6重量%以上添加するのは
素材での保存中やアセンブル工程ならびに使用環境での
耐湿性を確保するものであり6重量%未満では、その効
果が不十分である。また上限を12重量%とするのは1
2重量%を越えると耐湿性への効果が飽和する上、直接
ダイボンディング性およびリードフレームと接合時の絶
縁シート接合性が劣化するからである。
素材での保存中やアセンブル工程ならびに使用環境での
耐湿性を確保するものであり6重量%未満では、その効
果が不十分である。また上限を12重量%とするのは1
2重量%を越えると耐湿性への効果が飽和する上、直接
ダイボンディング性およびリードフレームと接合時の絶
縁シート接合性が劣化するからである。
さらにMo、Ni、Afl、Si、Mn、Ti、Zrの
1種または2種以上をそれぞり0,1重量%以上Mo、
Afl。
1種または2種以上をそれぞり0,1重量%以上Mo、
Afl。
Si、Mn、Ti+Zrは10重量%以下、Niは15
重量%以下の範囲で添加することが熱間加工性確保、耐
湿信頼性維持や鋳造組織の均一化および各種樹脂接着性
の改善に役立つので必要に応じて添加したほうが好まし
い。
重量%以下の範囲で添加することが熱間加工性確保、耐
湿信頼性維持や鋳造組織の均一化および各種樹脂接着性
の改善に役立つので必要に応じて添加したほうが好まし
い。
特に連続鋳造、熱間圧延および鍛造などの熱間加工性確
保のためにはA Q + S i+ M n + T
iなどを0.1重量%以上上記上限の範囲内で添加する
ことは有効であり、その上限を越えて添加しても効果が
飽和して合金コストが上昇するので上記上限内に限定す
る。
保のためにはA Q + S i+ M n + T
iなどを0.1重量%以上上記上限の範囲内で添加する
ことは有効であり、その上限を越えて添加しても効果が
飽和して合金コストが上昇するので上記上限内に限定す
る。
更に鉄中のクロム含有量が8重量%を越える成分では鋳
造組織の均一性確保のためにAΩl T l lZrな
どを0.1重量%以上上記上限の範囲内で添加すること
は材料の均一性を良好にする上で有効であるが、上限を
越えると加工性劣化およびコスト上昇になるので上記上
限内に限定する。上記以外は原料および溶製時に不可避
的に混入される不純物元素とする。
造組織の均一性確保のためにAΩl T l lZrな
どを0.1重量%以上上記上限の範囲内で添加すること
は材料の均一性を良好にする上で有効であるが、上限を
越えると加工性劣化およびコスト上昇になるので上記上
限内に限定する。上記以外は原料および溶製時に不可避
的に混入される不純物元素とする。
本発明では、インゴット鋳造または連続鋳造後熱間圧延
・鍛造などにより1〜10mmに加工または双ロール鋳
造法などの急冷凝固的手法によってそれら厚みのものを
直接製造するものであり、最終材料の必要形状・特性に
応じて製造工程を選定して適性な材料の形状および特性
を得るものである。
・鍛造などにより1〜10mmに加工または双ロール鋳
造法などの急冷凝固的手法によってそれら厚みのものを
直接製造するものであり、最終材料の必要形状・特性に
応じて製造工程を選定して適性な材料の形状および特性
を得るものである。
さらに薄物の放熱板として用いる場合は、上記いずれの
鋳造法においても1〜10mmに仕上げた後に冷間圧延
、焼鈍を一回以上行なった後に時効処理を行なうことで
放熱薄板としての必要特性を与えるものである。
鋳造法においても1〜10mmに仕上げた後に冷間圧延
、焼鈍を一回以上行なった後に時効処理を行なうことで
放熱薄板としての必要特性を与えるものである。
[実施例1]
第1表に本発明の成分範囲の合金A−J、O〜Xと比較
成分範囲のに−N、Y−BBの化学組成を示す。
成分範囲のに−N、Y−BBの化学組成を示す。
傘比覗δ戊分
第2表−1の試料番号1〜14では双ロール鋳造で2.
0mmに紡込んで得られた薄鋳片、第2表−2の試料番
号15〜28では水平連続紡造で10 mmに鋳込み後
1000〜800℃で熱間圧延を行い2.0mmの厚み
に仕上げ、いずれの板も研削と鏡面パフで1 、5mm
に仕上げた材料の特性を示した。
0mmに紡込んで得られた薄鋳片、第2表−2の試料番
号15〜28では水平連続紡造で10 mmに鋳込み後
1000〜800℃で熱間圧延を行い2.0mmの厚み
に仕上げ、いずれの板も研削と鏡面パフで1 、5mm
に仕上げた材料の特性を示した。
さらに第3表−1、第3表−2には本発明のそれぞれの
材料について冷間圧延を実施して、0.8mmの板厚に
した後に600℃で3時間のBAF型(徐加熱−徐冷方
式の焼鈍)焼鈍を行なった場合について示した。
材料について冷間圧延を実施して、0.8mmの板厚に
した後に600℃で3時間のBAF型(徐加熱−徐冷方
式の焼鈍)焼鈍を行なった場合について示した。
特性の評価は熱伝導率は真空理工(製)ピット1500
を用いて比熱と熱拡散率から求めた。熱膨張率は真空理
工(製)TM−7000を用いて求めて、耐湿性はJI
SZ2371塩水噴霧試験(SST)と恒温恒湿試験(
35℃、85%)によった。また直接ダイボンディング
性は上記材料とエポキシ系Agペーストとの接合性、絶
縁接着シートは接着性ポリイミド樹脂シートの接合性よ
り判定した。
を用いて比熱と熱拡散率から求めた。熱膨張率は真空理
工(製)TM−7000を用いて求めて、耐湿性はJI
SZ2371塩水噴霧試験(SST)と恒温恒湿試験(
35℃、85%)によった。また直接ダイボンディング
性は上記材料とエポキシ系Agペーストとの接合性、絶
縁接着シートは接着性ポリイミド樹脂シートの接合性よ
り判定した。
第2表−1,−2、第3表−1,−2の結果より明らか
なように、本発明合金組成では熱膨張特性、熱放散性に
優れ耐湿性および直接ボンディング性、絶縁接着シート
接着性にも優れていることは明らかである。
なように、本発明合金組成では熱膨張特性、熱放散性に
優れ耐湿性および直接ボンディング性、絶縁接着シート
接着性にも優れていることは明らかである。
[実施例2コ
第4表−1には実際の製品に放熱板として組み込んだ時
の熱放散性測定結果について示した。第2表−1の試料
番号3,8、第2表−2試料番号17.22を用いて図
1の(a)トップシンクタイプ、(b)ボトムシンクタ
イプについて、パッケージタイプとして501)24ピ
ン(リードフレーム:CA194相当0.15mm、取
りつけ高さ:4.8m+n、放熱板は1 、5n+m厚
み絶縁シートを介してインナーリードに接合した)とQ
FP148ピン(リードフレーム: Fe−42Ni
O,15mm、取りつけ高さ: 5.Omm、放熱板は
1 、5mm厚みで絶縁シートを介してインナーリード
に接合した)について、抵抗とダイオードを配置したT
EGチップ(S OP : 3.5X3.5、Q F
P : 5.Ox5.O(mm)サイズ)を組み込んだ
デバイスを図2に示すようにガラスエポキシ基板とセラ
ミック基板の2種に印加装置で発熱させ、ダイオードの
温度特性からチップ表面の温度を換算して温度、電圧、
電流を測定する方法で熱許容損失(25℃でチップが1
50℃になる時のPower Disipation)
を求めた、比較に放熱板のないものとP脱酸銅を用いた
。結果より明らかなようにガラスエポキシ、セラミック
ス基板ともにP脱酸銅と同等レベルの放熱効果があるこ
とは明らかである。
の熱放散性測定結果について示した。第2表−1の試料
番号3,8、第2表−2試料番号17.22を用いて図
1の(a)トップシンクタイプ、(b)ボトムシンクタ
イプについて、パッケージタイプとして501)24ピ
ン(リードフレーム:CA194相当0.15mm、取
りつけ高さ:4.8m+n、放熱板は1 、5n+m厚
み絶縁シートを介してインナーリードに接合した)とQ
FP148ピン(リードフレーム: Fe−42Ni
O,15mm、取りつけ高さ: 5.Omm、放熱板は
1 、5mm厚みで絶縁シートを介してインナーリード
に接合した)について、抵抗とダイオードを配置したT
EGチップ(S OP : 3.5X3.5、Q F
P : 5.Ox5.O(mm)サイズ)を組み込んだ
デバイスを図2に示すようにガラスエポキシ基板とセラ
ミック基板の2種に印加装置で発熱させ、ダイオードの
温度特性からチップ表面の温度を換算して温度、電圧、
電流を測定する方法で熱許容損失(25℃でチップが1
50℃になる時のPower Disipation)
を求めた、比較に放熱板のないものとP脱酸銅を用いた
。結果より明らかなようにガラスエポキシ、セラミック
ス基板ともにP脱酸銅と同等レベルの放熱効果があるこ
とは明らかである。
[実施例3]
第4表−2には実施例2と同様に放熱板として組み込ん
だ時の熱放散性測定結果について示した。
だ時の熱放散性測定結果について示した。
第3表−1の試料番号31,36、第3表−2試料番号
45.50を用いて図1の(a)トップシンクタイプ、
(b)ボトムシンクタイプについて、パッケージタイプ
として5OP24ビン(リードフレーム: CA194
相当0.15 mm、取りつけ高さ:2.8+nm、放
熱板は0.8mm厚みで絶縁シートを介してインナーリ
ードに接合した)とQ F P 148ピン(リードフ
レーム:Fe−42Ni O,15脆鳳、取りつけ高さ
:3.6uu++、放熱板は0.8mm厚みで絶縁シー
トを介してインナーリードに接合した)第 4 表−I Power Disipation測定結
果(W)第 表−2 PO讐er [)isipation測定結果(W)について、抵抗
とダイオードを配置したTEGチップ(SOP: 3.
5 X 3.5、QFP:5.OX 5.0(mm)サ
イズ)を組み込んだデバイスを図2に示すようにガラス
エポキシ基板とセラミック基板の2種に印加装置で発熱
させ、ダイオードの温度特性からチップ表面の温度を換
算して温度、電圧、電流を測定する方法で熱許容損失(
25℃でチップが150℃になる時のPower Di
sipation)を求めた、比較に放熱板のないもの
とP脱酸銅を用いた。結果より明らかなようにガラスエ
ポキシ、セラミックス基板ともにP脱酸銅と同等レベル
の放熱効果があることは明らかである。
45.50を用いて図1の(a)トップシンクタイプ、
(b)ボトムシンクタイプについて、パッケージタイプ
として5OP24ビン(リードフレーム: CA194
相当0.15 mm、取りつけ高さ:2.8+nm、放
熱板は0.8mm厚みで絶縁シートを介してインナーリ
ードに接合した)とQ F P 148ピン(リードフ
レーム:Fe−42Ni O,15脆鳳、取りつけ高さ
:3.6uu++、放熱板は0.8mm厚みで絶縁シー
トを介してインナーリードに接合した)第 4 表−I Power Disipation測定結
果(W)第 表−2 PO讐er [)isipation測定結果(W)について、抵抗
とダイオードを配置したTEGチップ(SOP: 3.
5 X 3.5、QFP:5.OX 5.0(mm)サ
イズ)を組み込んだデバイスを図2に示すようにガラス
エポキシ基板とセラミック基板の2種に印加装置で発熱
させ、ダイオードの温度特性からチップ表面の温度を換
算して温度、電圧、電流を測定する方法で熱許容損失(
25℃でチップが150℃になる時のPower Di
sipation)を求めた、比較に放熱板のないもの
とP脱酸銅を用いた。結果より明らかなようにガラスエ
ポキシ、セラミックス基板ともにP脱酸銅と同等レベル
の放熱効果があることは明らかである。
[実施例4コ
第2表−1の試料番号3,8、第2表−2試料番号17
.22および第3表−1の試料番号31,36.第3表
−2の試料番号/15.50を用いて実際のICに組み
込んでチップストレスの調査を行なったが問題になるレ
ベルのストレスは生じていないことが明らかになった。
.22および第3表−1の試料番号31,36.第3表
−2の試料番号/15.50を用いて実際のICに組み
込んでチップストレスの調査を行なったが問題になるレ
ベルのストレスは生じていないことが明らかになった。
また同時に温度サイクルテストを行なったが放熱板と樹
脂との界面に隙間は10個中10個とも皆無であった。
脂との界面に隙間は10個中10個とも皆無であった。
[発明の効果]
本発明合金による放熱板によれば、IC,ハイパワーI
C,LSIおよびパワートランジスタのコネクタに接続
して用いられている現在の材料に比べてチップ間でのス
トレスの問題、温度サイクル信頼性を両立させ、さらに
耐湿信頼性にも優れる低コスト化放熱パッケージを実現
することができる。また本発明合金は本実施例以外のフ
ィンタイプなど種々の放熱パッケージ材料に適用可能で
ある。
C,LSIおよびパワートランジスタのコネクタに接続
して用いられている現在の材料に比べてチップ間でのス
トレスの問題、温度サイクル信頼性を両立させ、さらに
耐湿信頼性にも優れる低コスト化放熱パッケージを実現
することができる。また本発明合金は本実施例以外のフ
ィンタイプなど種々の放熱パッケージ材料に適用可能で
ある。
図1(a)はトップシンクタイプの断面図、(b)はボ
トムシンクタイプの断面図 図2は熱許容損失測定の構成図、 である。
トムシンクタイプの断面図 図2は熱許容損失測定の構成図、 である。
Claims (2)
- (1)銅を20重量%以上95重量%以下、残部が不可
避的不純物以外は鉄およびクロムであり、かつクロムが
鉄に対し6重量%以上12重量%以下の比率からなる組
成を持つことを特徴とする樹脂モールド型半導体用放熱
体 - (2)合金組成がさらにMo、Ni、Al、Si、Mn
、Ti、Zrの1種または2種以上をそれぞれ0.1重
量%以上、Mo、Al、Si、Mn、Ti、Zrは10
重量%以下、Niは15重量%以下の範囲で添加したも
のであることを特徴とする請求項(1)に記載の樹脂モ
ールド型半導体用放熱体
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1327867A JPH03188654A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 樹脂モールド型半導体用放熱体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1327867A JPH03188654A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 樹脂モールド型半導体用放熱体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03188654A true JPH03188654A (ja) | 1991-08-16 |
Family
ID=18203862
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1327867A Pending JPH03188654A (ja) | 1989-12-18 | 1989-12-18 | 樹脂モールド型半導体用放熱体 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03188654A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07153878A (ja) * | 1993-11-26 | 1995-06-16 | Tokyo Tungsten Co Ltd | プラスチックパッケージされた半導体装置ならびにヒートシンクの製造方法 |
EP0856199A1 (de) * | 1995-10-16 | 1998-08-05 | Siemens N.V. | Polymeres höcker-matrix-gehäuse |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62502813A (ja) * | 1985-05-10 | 1987-11-12 | トレフイメト− | 高い電気特性及び機械特性を有する新規な合金、その製造方法並びに特に電気、電子及び関連分野におけるその使用 |
-
1989
- 1989-12-18 JP JP1327867A patent/JPH03188654A/ja active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62502813A (ja) * | 1985-05-10 | 1987-11-12 | トレフイメト− | 高い電気特性及び機械特性を有する新規な合金、その製造方法並びに特に電気、電子及び関連分野におけるその使用 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07153878A (ja) * | 1993-11-26 | 1995-06-16 | Tokyo Tungsten Co Ltd | プラスチックパッケージされた半導体装置ならびにヒートシンクの製造方法 |
EP0856199A1 (de) * | 1995-10-16 | 1998-08-05 | Siemens N.V. | Polymeres höcker-matrix-gehäuse |
EP0856199B1 (de) * | 1995-10-16 | 2001-08-22 | Siemens N.V. | Polymeres höcker-matrix-gehäuse |
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