JPH04186869A - 金属板ベース回路基板 - Google Patents
金属板ベース回路基板Info
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- JPH04186869A JPH04186869A JP2317091A JP31709190A JPH04186869A JP H04186869 A JPH04186869 A JP H04186869A JP 2317091 A JP2317091 A JP 2317091A JP 31709190 A JP31709190 A JP 31709190A JP H04186869 A JPH04186869 A JP H04186869A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
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- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
- H01L2224/73265—Layer and wire connectors
Landscapes
- Insulated Metal Substrates For Printed Circuits (AREA)
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- 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)
本発明は、電気機器、通信機器及び自動車等に用いられ
る放熱性に優れた半導体用ヒートスプレッダ−を設けた
金属板ベース回路基板に関するものである。
る放熱性に優れた半導体用ヒートスプレッダ−を設けた
金属板ベース回路基板に関するものである。
(従来の技術)
従来からベースを金属板とした回路基板は、導体回路上
に半田を介してパワートランジスタ等の半導体チップを
搭載しているものが数多く使用されている。一般に半導
体チップは、作動中自己発熱を起こし、この熱によって
半導体自体が誤作動するため、放熱を目的として半導体
チップと回路基板との間には、銅又はモリブデン金属等
の単一金属板が使用されている。
に半田を介してパワートランジスタ等の半導体チップを
搭載しているものが数多く使用されている。一般に半導
体チップは、作動中自己発熱を起こし、この熱によって
半導体自体が誤作動するため、放熱を目的として半導体
チップと回路基板との間には、銅又はモリブデン金属等
の単一金属板が使用されている。
(発明が解決しようとする課題)
しかしながら、この金属板ベース回路基板は気相冷熱サ
イクル試験(例えば−50°Cと150°Cとの500
サイクル)を行うと、半田部分に亀裂が発生して回路基
板の信軌性を著しく低下させる原因の一つとなっている
。そしてこの半田部分の亀裂発生の原因としては、搭載
されている半導体チップ(例えばシリコン半導体)の熱
膨張率と回路基板のベースとなる金属板の熱膨張率との
差による歪みを半田が吸収できないためと考えられてい
る。
イクル試験(例えば−50°Cと150°Cとの500
サイクル)を行うと、半田部分に亀裂が発生して回路基
板の信軌性を著しく低下させる原因の一つとなっている
。そしてこの半田部分の亀裂発生の原因としては、搭載
されている半導体チップ(例えばシリコン半導体)の熱
膨張率と回路基板のベースとなる金属板の熱膨張率との
差による歪みを半田が吸収できないためと考えられてい
る。
本発明はかかる問題を解決するものであり、放熱板(ヒ
ートスプレッダ−)として熱膨張率の異なる金xFiを
複数個組み合わせて半田を介して接着する基材とほぼ熱
膨張率の近い金属板を用いることにより、該金属板が熱
膨張からくる歪みを吸収して半田への歪みを解消するこ
とにより、亀裂の発生を防止できることを見い出し、本
発明を完成するに至った。
ートスプレッダ−)として熱膨張率の異なる金xFiを
複数個組み合わせて半田を介して接着する基材とほぼ熱
膨張率の近い金属板を用いることにより、該金属板が熱
膨張からくる歪みを吸収して半田への歪みを解消するこ
とにより、亀裂の発生を防止できることを見い出し、本
発明を完成するに至った。
(課題を解決するための手段)
すなわち本発明は、熱膨張率の異なる少なくとも2種類
の金属板からなる半導体用ヒートスプレッダ−を搭載し
てなることを特徴とする金属板ベース回路基板である。
の金属板からなる半導体用ヒートスプレッダ−を搭載し
てなることを特徴とする金属板ベース回路基板である。
以下本発明を図面により詳細に説明する。
第1図は、本発明の熱膨張率が異なる2種類の金属板を
搭載した金属板ベース回路基板の断面図である。
搭載した金属板ベース回路基板の断面図である。
第1図の基板となる金属板1には、絶縁層2を介して導
体回路となる銅回路3及びアルミニウム箔又はニッケル
メッキ層からなるポンディングパッド4が接着されてい
る。そして銅回路3の一部には、半導体チップ8が搭載
され、しかも半導体チップ8と銅回路3との間には、半
導体チップ8側には高温耐熱半田7を介して低熱膨張率
用ヒートスプレッダ−6が、また銅回路3側りこは共晶
半田11を介して高熱膨張率用ヒートスプレ・ノダー5
からなる熱膨張率の異なる2種類の金属板から構成され
たヒートスプレッダ−10が介在している。
体回路となる銅回路3及びアルミニウム箔又はニッケル
メッキ層からなるポンディングパッド4が接着されてい
る。そして銅回路3の一部には、半導体チップ8が搭載
され、しかも半導体チップ8と銅回路3との間には、半
導体チップ8側には高温耐熱半田7を介して低熱膨張率
用ヒートスプレッダ−6が、また銅回路3側りこは共晶
半田11を介して高熱膨張率用ヒートスプレ・ノダー5
からなる熱膨張率の異なる2種類の金属板から構成され
たヒートスプレッダ−10が介在している。
本発明のヒートスプレッダ−10は、熱膨張率の異なる
少なくとも2種類の金属板から構成されており、低熱膨
張率用に使用される金属板とじては、モリブデン、イン
バー及び4270イ等を、また高熱膨張率用に使用され
る金属板としては、銅、アルミニウム及びニッケル等を
使用することができ、さらに組み合わせ如何によっては
、ステンレス鋼、鉄等も使用することができる。
少なくとも2種類の金属板から構成されており、低熱膨
張率用に使用される金属板とじては、モリブデン、イン
バー及び4270イ等を、また高熱膨張率用に使用され
る金属板としては、銅、アルミニウム及びニッケル等を
使用することができ、さらに組み合わせ如何によっては
、ステンレス鋼、鉄等も使用することができる。
また熱膨張率の異なる金属板の張り合わせ方法は、圧延
クラッド、金属板へのメツキ、耐熱接着剤での接着のい
ずれの方法で行っても何ら差し支えない。
クラッド、金属板へのメツキ、耐熱接着剤での接着のい
ずれの方法で行っても何ら差し支えない。
本発明に用いられるヒートスプレッダ−10の肉厚は、
回路基板に搭載する半導体チップの容量により異なるが
、ヒートスプレッダ−10全体では、0.1〜3mm、
好ましくは0.5〜3mmである。また熱膨張率の異な
る金属板の肉厚の割合は、低膨張率用金属板がヒートス
プレッダ−10全体の肉厚の3〜97%、好ましくは2
0〜80%である。低膨張率用金属板が、3%未満であ
ると、高膨張率用金属板が伸び縮みする際に、それに応
して低膨張率用金属板も伸び縮みし、半導体チップ側の
半田に亀裂が入る。また低膨張率用金属板が97%を超
えると、低膨張率用金属板が伸び縮みしないため高膨張
率用金属板も伸び縮みしないので、ベース金属板との間
の半田に亀裂が発生する。
回路基板に搭載する半導体チップの容量により異なるが
、ヒートスプレッダ−10全体では、0.1〜3mm、
好ましくは0.5〜3mmである。また熱膨張率の異な
る金属板の肉厚の割合は、低膨張率用金属板がヒートス
プレッダ−10全体の肉厚の3〜97%、好ましくは2
0〜80%である。低膨張率用金属板が、3%未満であ
ると、高膨張率用金属板が伸び縮みする際に、それに応
して低膨張率用金属板も伸び縮みし、半導体チップ側の
半田に亀裂が入る。また低膨張率用金属板が97%を超
えると、低膨張率用金属板が伸び縮みしないため高膨張
率用金属板も伸び縮みしないので、ベース金属板との間
の半田に亀裂が発生する。
本発明に用いられるヒートスプレッダ−10の熱膨張率
の異なる金属板は、該金属板のそれぞれが持つ熱膨張率
に近い基材側に位置することにより、半導体チップ8の
発熱で起きる半田への歪みをヒートスプレッダ−10の
熱膨張率の異なるそれぞれの金属板が吸収して半田への
亀裂発生を防止するものである。
の異なる金属板は、該金属板のそれぞれが持つ熱膨張率
に近い基材側に位置することにより、半導体チップ8の
発熱で起きる半田への歪みをヒートスプレッダ−10の
熱膨張率の異なるそれぞれの金属板が吸収して半田への
亀裂発生を防止するものである。
本発明に用いるベース金属板1には、アルミニウム、銅
、鉄、珪素鋼、ステンレス鋼等が用いられる。また絶縁
層2には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール
樹脂、アクリル樹脂等の各種樹脂又は該樹脂と無機フィ
ラーとの混合物及び該樹脂を含浸したガラス布等を用い
られる。
、鉄、珪素鋼、ステンレス鋼等が用いられる。また絶縁
層2には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール
樹脂、アクリル樹脂等の各種樹脂又は該樹脂と無機フィ
ラーとの混合物及び該樹脂を含浸したガラス布等を用い
られる。
(実施例)
以下実施例により本発明の詳細な説明する。
実施例1
ベース基板となる金属板1は50X50X1.5 mm
のアルミニウム板、絶縁層2は100μmのエポキシ樹
脂含浸ガラス布、銅回路3は肉厚35μmの銅箔よりな
る金属基板を用いて所望の回路を形成した。つぎにfj
il(1mm厚)/モリブデン(1mm厚)の圧延クラ
ッドにより作製した20X2Omm板全面にニッケルメ
ッキを施してヒートスプレッダ−10とし、高温耐熱半
田7でシリコン半導体である半導体チップ8をヒートス
プレッダ−10の低熱膨張率用ヒートスプレッダ−6と
なるモリブデン金属板側に半田付けした。つぎにヒート
スプレッダ−10の高熱膨張率用ヒートスプレッダ−5
となる銅金属板側を共晶半田11で銅回路3に半田付け
して金属板ベース回路基板を作製した。
のアルミニウム板、絶縁層2は100μmのエポキシ樹
脂含浸ガラス布、銅回路3は肉厚35μmの銅箔よりな
る金属基板を用いて所望の回路を形成した。つぎにfj
il(1mm厚)/モリブデン(1mm厚)の圧延クラ
ッドにより作製した20X2Omm板全面にニッケルメ
ッキを施してヒートスプレッダ−10とし、高温耐熱半
田7でシリコン半導体である半導体チップ8をヒートス
プレッダ−10の低熱膨張率用ヒートスプレッダ−6と
なるモリブデン金属板側に半田付けした。つぎにヒート
スプレッダ−10の高熱膨張率用ヒートスプレッダ−5
となる銅金属板側を共晶半田11で銅回路3に半田付け
して金属板ベース回路基板を作製した。
この金属板ベース回路基板n−20を気相中において、
−40’Cと125°Cとの雰囲気で1000サイクル
の耐冷熱試験を行った。金属板ベース回路基板はいずれ
も半田部分に亀裂の発生が認められなかった。
−40’Cと125°Cとの雰囲気で1000サイクル
の耐冷熱試験を行った。金属板ベース回路基板はいずれ
も半田部分に亀裂の発生が認められなかった。
実施例2
ベース基板となる金属板1は50x50X1.5 mm
の銅板、絶縁層2は100 μmの$、機フィラー充填
エボキン樹脂、銅回路3及びボンディングパノド4は銅
10μm/アルミニウム40μm厚のクラット箔よりな
る金属基板を用いて所望の回路を形成した。つぎに42
70イ (0,9mm)の両面に無電解メツキによりニ
ッケルメッキを行い、さらに片面に電解メツキによりニ
ッケルメッキ(’0.1mm)を施して作製した20X
2Omm板をヒートスプレッダ−10とし、高温耐熱半
田7でシリコン半導体である半導体チップ8をヒートス
プレッダ−10の低熱膨張率用ヒートスプレッダ−6と
なるニッケルメッキ側C:半田付けした。つぎにヒート
スプレッダ−10の高熱膨張率用ヒートスプレッダ=5
となる電解ニッケルメッキを行っていない側(4270
イ側)を共晶半田1zで銅回路3に半田付けして金属板
ベース回路基板を作製した。
の銅板、絶縁層2は100 μmの$、機フィラー充填
エボキン樹脂、銅回路3及びボンディングパノド4は銅
10μm/アルミニウム40μm厚のクラット箔よりな
る金属基板を用いて所望の回路を形成した。つぎに42
70イ (0,9mm)の両面に無電解メツキによりニ
ッケルメッキを行い、さらに片面に電解メツキによりニ
ッケルメッキ(’0.1mm)を施して作製した20X
2Omm板をヒートスプレッダ−10とし、高温耐熱半
田7でシリコン半導体である半導体チップ8をヒートス
プレッダ−10の低熱膨張率用ヒートスプレッダ−6と
なるニッケルメッキ側C:半田付けした。つぎにヒート
スプレッダ−10の高熱膨張率用ヒートスプレッダ=5
となる電解ニッケルメッキを行っていない側(4270
イ側)を共晶半田1zで銅回路3に半田付けして金属板
ベース回路基板を作製した。
この金属板ベース回路基板n−20を気相中において、
−40°Cと125°Cとの雰囲気で1000サイクル
の耐冷熱試験を行った。金属板ベース回路基板はいずれ
も半田部分に亀裂の発生が認められなかった。
−40°Cと125°Cとの雰囲気で1000サイクル
の耐冷熱試験を行った。金属板ベース回路基板はいずれ
も半田部分に亀裂の発生が認められなかった。
実施例3
ベース基板となる金属板1は50X50X1.5 mm
のステンレス鋼板、絶縁層2は100 μmのエポキソ
樹脂含浸ガラス布、銅回路3は厚み35μmの銅箔より
なる金属基板を用いて所望の回路を形成した。つぎにス
テンレスilt4(1mm厚)/インバー(1mm厚)
の圧延クラッドにより作製した20×20mm板全面に
ニッケルメッキを施してヒートスプレッダ−10とし、
高温耐熱半田7でシリコン半導体である半導体チップ8
をヒートスプレ、ダ−10の低熱膨張率用ヒートスプレ
ッダ−6となるインバー金属板側に半田付けした。つぎ
にヒートスプレツダ−10の高熱膨張率用ヒートスプレ
ッダ−5となるステンレス日金属板側を共晶半田11で
銅回路3に半田付けして金属板ベース回路基板を作製し
た。
のステンレス鋼板、絶縁層2は100 μmのエポキソ
樹脂含浸ガラス布、銅回路3は厚み35μmの銅箔より
なる金属基板を用いて所望の回路を形成した。つぎにス
テンレスilt4(1mm厚)/インバー(1mm厚)
の圧延クラッドにより作製した20×20mm板全面に
ニッケルメッキを施してヒートスプレッダ−10とし、
高温耐熱半田7でシリコン半導体である半導体チップ8
をヒートスプレ、ダ−10の低熱膨張率用ヒートスプレ
ッダ−6となるインバー金属板側に半田付けした。つぎ
にヒートスプレツダ−10の高熱膨張率用ヒートスプレ
ッダ−5となるステンレス日金属板側を共晶半田11で
銅回路3に半田付けして金属板ベース回路基板を作製し
た。
この金属板ベース回路基板n−20を気相中において、
−40°Cと125°Cとの雰囲気で〕000サイクル
の耐冷熱試験を行った。金属板ベース回路基板はいずれ
も半田部分に亀裂の発生が認められなかった。
−40°Cと125°Cとの雰囲気で〕000サイクル
の耐冷熱試験を行った。金属板ベース回路基板はいずれ
も半田部分に亀裂の発生が認められなかった。
比較例1
実施例1と同様の金属基板を用いて所望の回路を形成し
た。つぎに銅金属板(1mm厚)により作製した20X
20mm板全面にニッケルメッキ1μmを施してヒート
スラブレノグー10とし、≧亥ヒートスプレッダー10
の片面に高温耐熱半田7でシリコン半導体である半導体
チップ8を半田付けした。つぎにヒートスプレッダ−1
0の他方の面に共晶半田11用いて回路基板に半田付け
して金属板ベース基板を作製した。
た。つぎに銅金属板(1mm厚)により作製した20X
20mm板全面にニッケルメッキ1μmを施してヒート
スラブレノグー10とし、≧亥ヒートスプレッダー10
の片面に高温耐熱半田7でシリコン半導体である半導体
チップ8を半田付けした。つぎにヒートスプレッダ−1
0の他方の面に共晶半田11用いて回路基板に半田付け
して金属板ベース基板を作製した。
この金属板ベース回路基板n−20を気相中において、
−40°Cと】25°Cとの雰囲気で耐冷熱試験を行っ
たところ、300〜1000サイクル間で10個の金属
板ベース回路基板の半田部分に亀裂の発生が認められた
。
−40°Cと】25°Cとの雰囲気で耐冷熱試験を行っ
たところ、300〜1000サイクル間で10個の金属
板ベース回路基板の半田部分に亀裂の発生が認められた
。
比較例2
ベースとなる金属板を50X50X1.5 mmの銅板
とした以外は、実施例1と同様の金属基板を用いて所望
の回路を形成した。つぎに銅金属板(1mm厚)により
作製した20X20mm板全面にニッケルメッキ1μm
を施してヒートスプレッダ−10とし、該ヒートスプレ
ッダ−10の片面に高温耐熱半田7でシリコン半導体で
ある半導体チ・ノブ8を半田付けした。つぎにヒートス
プレッダ−10の他方の面に共晶半田11を用いて回路
基板に半田付けして金属板ベース基板を作製した。
とした以外は、実施例1と同様の金属基板を用いて所望
の回路を形成した。つぎに銅金属板(1mm厚)により
作製した20X20mm板全面にニッケルメッキ1μm
を施してヒートスプレッダ−10とし、該ヒートスプレ
ッダ−10の片面に高温耐熱半田7でシリコン半導体で
ある半導体チ・ノブ8を半田付けした。つぎにヒートス
プレッダ−10の他方の面に共晶半田11を用いて回路
基板に半田付けして金属板ベース基板を作製した。
この金属板ベース回路基板n=20を気相中において、
−40°Cと125°Cとの雰囲気で耐冷熱試験を行っ
たところ、300〜1000サイクル間で12個の金属
板ベース回路基板の半田部分に亀裂の発生が認められた
。
−40°Cと125°Cとの雰囲気で耐冷熱試験を行っ
たところ、300〜1000サイクル間で12個の金属
板ベース回路基板の半田部分に亀裂の発生が認められた
。
(発明の効果)
以上のとおり本発明は、半導体チップとベースとなる金
属板の間に熱膨張率の異なる金属板を設けてヒートスプ
レッダ−とし、半導体の作動中に発生する発熱を吸収し
て半田にかかる歪みを解消して半田の亀裂を防止しする
ことにより、回路基板としての信転性を高める効果を有
するものである。
属板の間に熱膨張率の異なる金属板を設けてヒートスプ
レッダ−とし、半導体の作動中に発生する発熱を吸収し
て半田にかかる歪みを解消して半田の亀裂を防止しする
ことにより、回路基板としての信転性を高める効果を有
するものである。
第1図は、本発明の基本的構成の断面図を表すものであ
る。 1 金属板 2 絶縁層 3 銅回路 4 ポンディングパッド 5 高熱膨張用ヒートスプレッダ− 6低熱膨張用ヒートスプレッダ− 7高温耐熱半1)8 半導体チップ 9 ボンディングワイヤー 10 ヒートスプレッダ−11共晶半田特許出願人 電
気化学工業株式会社 第1図 1 金属板 ・ 7高温耐熱半
IJj2 絶縁層 8半導体
チ叡3 銅回路 9 ボ
ンディングワイヤー4 ボノディノグバノド
1oヒートスフレツタ−5高熱膨張力1ヒートス
フレノダ−n 共品半H16低熱膨張川ヒートスフレノ
ダ−
る。 1 金属板 2 絶縁層 3 銅回路 4 ポンディングパッド 5 高熱膨張用ヒートスプレッダ− 6低熱膨張用ヒートスプレッダ− 7高温耐熱半1)8 半導体チップ 9 ボンディングワイヤー 10 ヒートスプレッダ−11共晶半田特許出願人 電
気化学工業株式会社 第1図 1 金属板 ・ 7高温耐熱半
IJj2 絶縁層 8半導体
チ叡3 銅回路 9 ボ
ンディングワイヤー4 ボノディノグバノド
1oヒートスフレツタ−5高熱膨張力1ヒートス
フレノダ−n 共品半H16低熱膨張川ヒートスフレノ
ダ−
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1 熱膨張率の異なる少なくとも2種類の金属板からな
る半導体用ヒートスプレツダーを搭載してなることを特
徴とする金属板ベース回路基板。 2 ヒートスプレッダーが、導体回路上に搭載されてな
る請求項1記載の金属板ベース回路基板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2317091A JPH04186869A (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 金属板ベース回路基板 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2317091A JPH04186869A (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 金属板ベース回路基板 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04186869A true JPH04186869A (ja) | 1992-07-03 |
Family
ID=18084336
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2317091A Pending JPH04186869A (ja) | 1990-11-21 | 1990-11-21 | 金属板ベース回路基板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH04186869A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012039116A1 (ja) * | 2010-09-24 | 2012-03-29 | オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド | 回路装置 |
JP2012138629A (ja) * | 2012-04-05 | 2012-07-19 | Fuji Electric Co Ltd | 絶縁基板および半導体装置 |
US8674499B2 (en) | 2010-05-28 | 2014-03-18 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Heat radiation component and semiconductor package including same |
WO2017121111A1 (zh) * | 2016-01-14 | 2017-07-20 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种自调节高低温保护装置 |
-
1990
- 1990-11-21 JP JP2317091A patent/JPH04186869A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8674499B2 (en) | 2010-05-28 | 2014-03-18 | Shinko Electric Industries Co., Ltd. | Heat radiation component and semiconductor package including same |
WO2012039116A1 (ja) * | 2010-09-24 | 2012-03-29 | オンセミコンダクター・トレーディング・リミテッド | 回路装置 |
US9271397B2 (en) | 2010-09-24 | 2016-02-23 | Semiconductor Components Industries, Llc | Circuit device |
JP2012138629A (ja) * | 2012-04-05 | 2012-07-19 | Fuji Electric Co Ltd | 絶縁基板および半導体装置 |
WO2017121111A1 (zh) * | 2016-01-14 | 2017-07-20 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种自调节高低温保护装置 |
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