JPH05226527A - ヒートシンクおよびそれを用いた半導体モジュール - Google Patents
ヒートシンクおよびそれを用いた半導体モジュールInfo
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- JPH05226527A JPH05226527A JP2816692A JP2816692A JPH05226527A JP H05226527 A JPH05226527 A JP H05226527A JP 2816692 A JP2816692 A JP 2816692A JP 2816692 A JP2816692 A JP 2816692A JP H05226527 A JPH05226527 A JP H05226527A
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- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体チップ等の他部品と接合する際に、エ
アー溜り等の発生を防止することが可能なヒートシンク
を提供する。また、小型高集積化された半導体チップや
大型半導体チップにおいても、良好な動作特性を安定に
得ることを可能にした半導体モジュールを提供する。 【構成】 Cu２／Mo１／Cu３またはNi２／Mo１／Ni３の
クラッド材からなるヒートシンク４、あるいは Cu/Moま
たは Ni/Moのクラッド材からなるヒートシンクである。
クラッド材の他部品との接合面、すなわち少なくとも一
方のCu材またはNi材２の表面にエアー抜き溝５が設けら
れている。このヒートシンク４のエアー抜き溝５が設け
られたCu材またはNi材２上に、ろう材を介して半導体チ
ップを接合搭載することにより、半導体モジュールが構
成される。
アー溜り等の発生を防止することが可能なヒートシンク
を提供する。また、小型高集積化された半導体チップや
大型半導体チップにおいても、良好な動作特性を安定に
得ることを可能にした半導体モジュールを提供する。 【構成】 Cu２／Mo１／Cu３またはNi２／Mo１／Ni３の
クラッド材からなるヒートシンク４、あるいは Cu/Moま
たは Ni/Moのクラッド材からなるヒートシンクである。
クラッド材の他部品との接合面、すなわち少なくとも一
方のCu材またはNi材２の表面にエアー抜き溝５が設けら
れている。このヒートシンク４のエアー抜き溝５が設け
られたCu材またはNi材２上に、ろう材を介して半導体チ
ップを接合搭載することにより、半導体モジュールが構
成される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体チップ等の搭載
用のヒートシンクおよびそれを用いた半導体モジュール
に関する。
用のヒートシンクおよびそれを用いた半導体モジュール
に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体チップは、安定した動作特性等を
得るため、熱伝導性に優れた材質からなるヒートシンク
上に各種のろう材を用いて接合搭載し、この状態で各種
電子機器に実装することが一般的である。これは、半導
体チップから熱を速やかに外部に逃がすことによって、
誤動作等を防止しようとするものである。
得るため、熱伝導性に優れた材質からなるヒートシンク
上に各種のろう材を用いて接合搭載し、この状態で各種
電子機器に実装することが一般的である。これは、半導
体チップから熱を速やかに外部に逃がすことによって、
誤動作等を防止しようとするものである。
【０００３】上記したヒートシンク材には、高熱伝導性
を有する他に、搭載された半導体チップの熱歪み等によ
る破壊を防止する上で、低熱膨張性を有することが求め
られるため、Moや W等によるヒートシンクが多用されて
いる。ただし、Mo等の単独材では、半導体チップのろう
接性に劣るため、Mo等の表面にCuやNi等をクラッドした
複合材として用いることが行われている。また、ポーラ
スなMo材や W材にCuやNiを含浸させて複合化することも
行われているが、製造コストが高くなることから、クラ
ッド材が注目されている。
を有する他に、搭載された半導体チップの熱歪み等によ
る破壊を防止する上で、低熱膨張性を有することが求め
られるため、Moや W等によるヒートシンクが多用されて
いる。ただし、Mo等の単独材では、半導体チップのろう
接性に劣るため、Mo等の表面にCuやNi等をクラッドした
複合材として用いることが行われている。また、ポーラ
スなMo材や W材にCuやNiを含浸させて複合化することも
行われているが、製造コストが高くなることから、クラ
ッド材が注目されている。
【０００４】上記したようなCu/Mo/Cuクラッド材等から
なるヒートシンクに半導体チップを搭載する場合、通常
は表面のCu層上にAuメッキ等を施した後、このメッキ膜
上にAu-Snろう材、 Au-Siろう材等を介して半導体チッ
プを配置し、熱処理を施すことによりヒートシンクと半
導体チップとを接合している。ところで、上記した半導
体チップの接合搭載方法において、最近、半導体チップ
からヒートシンクへの放熱性が問題となっている。
なるヒートシンクに半導体チップを搭載する場合、通常
は表面のCu層上にAuメッキ等を施した後、このメッキ膜
上にAu-Snろう材、 Au-Siろう材等を介して半導体チッ
プを配置し、熱処理を施すことによりヒートシンクと半
導体チップとを接合している。ところで、上記した半導
体チップの接合搭載方法において、最近、半導体チップ
からヒートシンクへの放熱性が問題となっている。
【０００５】すなわち、各種電子機器に対する小形化、
薄形化、軽量化等の要請が強まるにつれて、半導体チッ
プには高集積化、高出力化、高速化等が求められてい
る。それらの一つとして、半導体製造技術の進歩によっ
て、半導体チップの小型高集積化が急速に進められてお
り、これにより半導体チップからの単面積当りの放熱量
は飛躍的に増大する傾向にある。一方、マイクロプロセ
ッサ技術や 1チップマイコン技術の進歩に伴って、制御
系等の半導体チップにおいては、チップの大型化が進め
られている。これら半導体チップの小型高集積化や制御
系半導体チップに見られるような大型化に伴って、半導
体チップからヒートシンクへの熱抵抗の増大が問題とな
っており、半導体チップの誤動作や破壊等を招いてい
る。
薄形化、軽量化等の要請が強まるにつれて、半導体チッ
プには高集積化、高出力化、高速化等が求められてい
る。それらの一つとして、半導体製造技術の進歩によっ
て、半導体チップの小型高集積化が急速に進められてお
り、これにより半導体チップからの単面積当りの放熱量
は飛躍的に増大する傾向にある。一方、マイクロプロセ
ッサ技術や 1チップマイコン技術の進歩に伴って、制御
系等の半導体チップにおいては、チップの大型化が進め
られている。これら半導体チップの小型高集積化や制御
系半導体チップに見られるような大型化に伴って、半導
体チップからヒートシンクへの熱抵抗の増大が問題とな
っており、半導体チップの誤動作や破壊等を招いてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、半導
体チップの小型高集積化や制御系半導体チップに見られ
るような大型化が急速に進む現状において、半導体チッ
プからヒートシンクへの放熱性が大きな問題となってい
る。このようなことから、半導体チップの誤動作や破壊
等を防止する上で、半導体チップとヒートシンクとの接
合品質を向上させ、半導体チップからヒートシンクへの
放熱性を高めることが求められている。
体チップの小型高集積化や制御系半導体チップに見られ
るような大型化が急速に進む現状において、半導体チッ
プからヒートシンクへの放熱性が大きな問題となってい
る。このようなことから、半導体チップの誤動作や破壊
等を防止する上で、半導体チップとヒートシンクとの接
合品質を向上させ、半導体チップからヒートシンクへの
放熱性を高めることが求められている。
【０００７】また、上記した問題は半導体チップとヒー
トシンクとの接合面に限られるものではなく、ヒートシ
ンク自体を他の部品に接合するような場合においても、
極力熱抵抗を低下させる必要がある。
トシンクとの接合面に限られるものではなく、ヒートシ
ンク自体を他の部品に接合するような場合においても、
極力熱抵抗を低下させる必要がある。
【０００８】本発明は、このような課題に対処するため
になされたもので、半導体チップ等の他部品と接合する
際に、半導体チップからヒートシンクへの放熱性を良好
に維持することを可能にしたヒートシンクを提供するこ
とを目的としており、また他の目的は、半導体チップの
誤動作や破壊等を防止し、良好な動作特性を安定に得る
ことを可能にした半導体モジュールを提供することにあ
る。
になされたもので、半導体チップ等の他部品と接合する
際に、半導体チップからヒートシンクへの放熱性を良好
に維持することを可能にしたヒートシンクを提供するこ
とを目的としており、また他の目的は、半導体チップの
誤動作や破壊等を防止し、良好な動作特性を安定に得る
ことを可能にした半導体モジュールを提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、半導体チ
ップとヒートシンクとの接合品質について検討を行った
結果、小型高集積化された高放熱量の半導体チップとヒ
ートシンクとの接合面間に僅かでもエアー溜り等が存在
していると、このエアー溜りが熱抵抗となって放熱性が
低下し、半導体チップの誤動作を招いたり、さらには破
壊等を招くこととなることを見出だした。従来の半導体
チップにおいては、問題とならなかったようなエアー溜
りであっても、小型高集積化された半導体チップにおい
ては重大な問題となる。また、パワ―ＩＣ、高周波トラ
ンジスタ等の大電流を必要とする半導体チップにおいて
も、同様な問題が生じていることを見出だした。
ップとヒートシンクとの接合品質について検討を行った
結果、小型高集積化された高放熱量の半導体チップとヒ
ートシンクとの接合面間に僅かでもエアー溜り等が存在
していると、このエアー溜りが熱抵抗となって放熱性が
低下し、半導体チップの誤動作を招いたり、さらには破
壊等を招くこととなることを見出だした。従来の半導体
チップにおいては、問題とならなかったようなエアー溜
りであっても、小型高集積化された半導体チップにおい
ては重大な問題となる。また、パワ―ＩＣ、高周波トラ
ンジスタ等の大電流を必要とする半導体チップにおいて
も、同様な問題が生じていることを見出だした。
【００１０】一方、制御系半導体チップのように、大型
化された半導体チップでは、接合面積が増大することか
ら、ヒートシンクとの均一接合が困難となり、接合界面
に多量のエアー溜りが残存しやすいことを本発明者らは
見出だした。このエアー溜りは、上記した半導体チップ
の場合と同様に、誤動作やチップ破壊の原因となる。本
発明は上記知見に基いて成されたもので、本発明におけ
る第１のヒートシンクは、Cu/Mo/Cuまたは Cu/Moのクラ
ッド材からなるヒートシンクであって、前記クラッド材
の他部品との接合面に、エアー抜き溝が設けられている
ことを特徴としている。また、第２のヒートシンクは、
Ni/Mo/Niまたは Ni/Moのクラッド材からなるヒートシン
クであって、前記クラッド材の他部品との接合面に、エ
アー抜き溝が設けられていることを特徴としている。
化された半導体チップでは、接合面積が増大することか
ら、ヒートシンクとの均一接合が困難となり、接合界面
に多量のエアー溜りが残存しやすいことを本発明者らは
見出だした。このエアー溜りは、上記した半導体チップ
の場合と同様に、誤動作やチップ破壊の原因となる。本
発明は上記知見に基いて成されたもので、本発明におけ
る第１のヒートシンクは、Cu/Mo/Cuまたは Cu/Moのクラ
ッド材からなるヒートシンクであって、前記クラッド材
の他部品との接合面に、エアー抜き溝が設けられている
ことを特徴としている。また、第２のヒートシンクは、
Ni/Mo/Niまたは Ni/Moのクラッド材からなるヒートシン
クであって、前記クラッド材の他部品との接合面に、エ
アー抜き溝が設けられていることを特徴としている。
【００１１】また、本発明における第１の半導体モジュ
ールは、Cu/Mo/Cuのクラッド材からなり、半導体チップ
搭載面にエアー抜き溝が設けられたヒートシンクと、前
記ヒートシンクの半導体チップ搭載面にろう材を介して
接合搭載された半導体チップとを具備することを特徴と
している。また、第２の半導体モジュールは、Ni/Mo/Ni
のクラッド材からなり、半導体チップ搭載面にエアー抜
き溝が設けられたヒートシンクと、前記ヒートシンクの
半導体チップ搭載面にろう材を介して接合搭載された半
導体チップとを具備することを特徴としている。
ールは、Cu/Mo/Cuのクラッド材からなり、半導体チップ
搭載面にエアー抜き溝が設けられたヒートシンクと、前
記ヒートシンクの半導体チップ搭載面にろう材を介して
接合搭載された半導体チップとを具備することを特徴と
している。また、第２の半導体モジュールは、Ni/Mo/Ni
のクラッド材からなり、半導体チップ搭載面にエアー抜
き溝が設けられたヒートシンクと、前記ヒートシンクの
半導体チップ搭載面にろう材を介して接合搭載された半
導体チップとを具備することを特徴としている。
【００１２】
【作用】本発明においては、ヒートシンクの半導体チッ
プ等の他部品との接合面に、Ｖ形状やＵ形状等のエアー
抜き溝を設けている。このエアー抜き溝を有する接合面
上に、半導体チップ等をろう材を介して押圧配置する
際、これらの間に挟まれる空気は、溝の形成方向に接合
面間から排除されるように移動する。また、余分なろう
材も排除される。よって、エアー溜り等を残留させるこ
となく、健全な接合状態が再現性よく得られる。
プ等の他部品との接合面に、Ｖ形状やＵ形状等のエアー
抜き溝を設けている。このエアー抜き溝を有する接合面
上に、半導体チップ等をろう材を介して押圧配置する
際、これらの間に挟まれる空気は、溝の形成方向に接合
面間から排除されるように移動する。また、余分なろう
材も排除される。よって、エアー溜り等を残留させるこ
となく、健全な接合状態が再現性よく得られる。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００１４】図１は、本発明の一実施例のヒートシンク
の構成を示す図である。同図において、１はMo材であ
り、このMo材１の両主面にはCu材２、３（またはNi材
２、３）がそれぞれグラッドされてヒートシンク４が構
成されている。このヒートシンク４の半導体チップ搭載
面となる、一方のCu材またはNi材２の表面には、半導体
チップのろう接時におけるエアー抜き溝５が多数平行に
設けられている。
の構成を示す図である。同図において、１はMo材であ
り、このMo材１の両主面にはCu材２、３（またはNi材
２、３）がそれぞれグラッドされてヒートシンク４が構
成されている。このヒートシンク４の半導体チップ搭載
面となる、一方のCu材またはNi材２の表面には、半導体
チップのろう接時におけるエアー抜き溝５が多数平行に
設けられている。
【００１５】上記エアー抜き溝５としては、Ｖ溝やＵ溝
等の種々の形状の溝を用いることができる。また、エア
ー抜き溝５の寸法は、幅50μm 〜 200μm の範囲、およ
び深さ50μm 〜 300μm の範囲とすることが好ましい。
エアー抜き溝５の幅および深さが50μm 未満であると、
ろう接時にヒートシンク４と半導体チップとの接合界面
のエアー溜りを十分に除去することができない。一方、
幅 200μm および深さ300μm を超えると、いずれの場
合においても、ろう材がエアー抜き溝５内に入りすぎ、
ヒートシンク４と半導体チップとの熱膨張率のマッチン
グを阻害するため、半導体チップに割れ等の欠陥が生じ
る恐れがある。また、エアー抜き溝５は、所定の間隔を
あけて形成することも可能である。
等の種々の形状の溝を用いることができる。また、エア
ー抜き溝５の寸法は、幅50μm 〜 200μm の範囲、およ
び深さ50μm 〜 300μm の範囲とすることが好ましい。
エアー抜き溝５の幅および深さが50μm 未満であると、
ろう接時にヒートシンク４と半導体チップとの接合界面
のエアー溜りを十分に除去することができない。一方、
幅 200μm および深さ300μm を超えると、いずれの場
合においても、ろう材がエアー抜き溝５内に入りすぎ、
ヒートシンク４と半導体チップとの熱膨張率のマッチン
グを阻害するため、半導体チップに割れ等の欠陥が生じ
る恐れがある。また、エアー抜き溝５は、所定の間隔を
あけて形成することも可能である。
【００１６】また、上記エアー抜き溝５の形成範囲とし
ては、ヒートシンク４の全面に形成してもよいが、少な
くとも図２に示すように、半導体チップの接合領域をＡ
とした場合に、溝５の形成方向の長さが領域Ａの幅を超
えていることが好ましく、接合領域Ａの一部のみにエア
ー抜き溝５が形成されていてもよい。これらにより、ヒ
ートシンク４上に半導体チップをろう材を介して押圧配
置する際に、ヒートシンク４と半導体チップ間に挟まれ
る空気を接合面間から除去することができ、よってエア
ー溜りの残留を大幅に抑制することが可能となる。
ては、ヒートシンク４の全面に形成してもよいが、少な
くとも図２に示すように、半導体チップの接合領域をＡ
とした場合に、溝５の形成方向の長さが領域Ａの幅を超
えていることが好ましく、接合領域Ａの一部のみにエア
ー抜き溝５が形成されていてもよい。これらにより、ヒ
ートシンク４上に半導体チップをろう材を介して押圧配
置する際に、ヒートシンク４と半導体チップ間に挟まれ
る空気を接合面間から除去することができ、よってエア
ー溜りの残留を大幅に抑制することが可能となる。
【００１７】上記したエアー抜き溝５は、クラッドによ
り作製したヒートシンクに対して下記に示すような方法
により形成する。
り作製したヒートシンクに対して下記に示すような方法
により形成する。
【００１８】(1) Ｖ形状やＵ形状の凸部を有する金型
を用いてプレス加工を施すことにより、Cu材の表面に所
定の深さの溝を形成する。
を用いてプレス加工を施すことにより、Cu材の表面に所
定の深さの溝を形成する。
【００１９】(2) Cu材の表面にマスキング膜を形成
し、このマスキング膜の所望の溝形成位置に相当する部
分を除去した後、エッチング処理を施すことにより、溝
を形成する。
し、このマスキング膜の所望の溝形成位置に相当する部
分を除去した後、エッチング処理を施すことにより、溝
を形成する。
【００２０】(3) 外周にＶ形状やＵ形状の凸部を有す
る圧延ロールと押えロールを用い、これらで銅部材を挟
んでロール加工を施すことにより、溝を形成する。
る圧延ロールと押えロールを用い、これらで銅部材を挟
んでロール加工を施すことにより、溝を形成する。
【００２１】なお、上記エアー抜き溝５は、Cu/Mo/Cuま
たはNi/Mo/Niのクラッド材からなるヒートシンクに限ら
ず、 Cu/Moまたは Ni/Moのクラッド材についても有効で
ある。また、エアー抜き溝５としてはＶ溝やＵ溝等に限
らず、例えば表面の凹凸（表面粗さ）等でも、その機能
を発揮する。
たはNi/Mo/Niのクラッド材からなるヒートシンクに限ら
ず、 Cu/Moまたは Ni/Moのクラッド材についても有効で
ある。また、エアー抜き溝５としてはＶ溝やＵ溝等に限
らず、例えば表面の凹凸（表面粗さ）等でも、その機能
を発揮する。
【００２２】また、この実施例のヒートシンク４自体
は、上述したように、Cu材２／Mo材１／Cu材３またはNi
材２／Mo材１／Ni材３によるクラッド材である。このCu
/Mo/CuまたはNi/Mo/Niによるクラッド材は、半導体チッ
プ等の良好なろう接性を確保した上で、Mo材１の高熱伝
導率と低熱膨張率を有効に利用することができ、かつ製
造コストが安価であること等から、ヒートシンクの構成
素材として好適なものである。また、クラッド材の板厚
比率を適宜設定することにより、種々の熱膨張率を得る
ことが可能であるため、半導体チップやモジュールの構
成部品等に応じたヒートシンクを容易に得ることができ
る。なお、表裏面のCu材またはNi材２、３の厚さは、ク
ラッド材の剥離等を防止する上で、同厚とすることが好
ましい。
は、上述したように、Cu材２／Mo材１／Cu材３またはNi
材２／Mo材１／Ni材３によるクラッド材である。このCu
/Mo/CuまたはNi/Mo/Niによるクラッド材は、半導体チッ
プ等の良好なろう接性を確保した上で、Mo材１の高熱伝
導率と低熱膨張率を有効に利用することができ、かつ製
造コストが安価であること等から、ヒートシンクの構成
素材として好適なものである。また、クラッド材の板厚
比率を適宜設定することにより、種々の熱膨張率を得る
ことが可能であるため、半導体チップやモジュールの構
成部品等に応じたヒートシンクを容易に得ることができ
る。なお、表裏面のCu材またはNi材２、３の厚さは、ク
ラッド材の剥離等を防止する上で、同厚とすることが好
ましい。
【００２３】上記したCu/Mo/CuやNi/Mo/Niのクラッド材
は、ホットプレス法、表面にCuまたはNiメッキあるいは
CuまたはNi粉末塗膜を有するMo材を用いたロール圧着法
等により、均一な板厚で作製することができる。
は、ホットプレス法、表面にCuまたはNiメッキあるいは
CuまたはNi粉末塗膜を有するMo材を用いたロール圧着法
等により、均一な板厚で作製することができる。
【００２４】上記したヒートシンクにより半導体モジュ
ールを構成する場合には、図３に示すように、エアー抜
き溝５が設けられたCu材またはNi材２に図示を省略した
Auメッキ膜等を形成した後、このメッキ膜上に Au-Snろ
うや Au-Siろう等のろう材６を介して半導体チップ７を
載置し、熱処理等を施すことにより半導体チップ７とヒ
ートシンク４を接合する。これらの接合面間において
は、図４に示すように、ヒートシンク４と半導体チップ
７との間に挟まれた空気や余分なろう材６が、エアー抜
き溝５に沿って接合面間から除去される。このようにし
て、半導体チップ７とヒートシンク４とを接合すること
により半導体モジュールが構成される。
ールを構成する場合には、図３に示すように、エアー抜
き溝５が設けられたCu材またはNi材２に図示を省略した
Auメッキ膜等を形成した後、このメッキ膜上に Au-Snろ
うや Au-Siろう等のろう材６を介して半導体チップ７を
載置し、熱処理等を施すことにより半導体チップ７とヒ
ートシンク４を接合する。これらの接合面間において
は、図４に示すように、ヒートシンク４と半導体チップ
７との間に挟まれた空気や余分なろう材６が、エアー抜
き溝５に沿って接合面間から除去される。このようにし
て、半導体チップ７とヒートシンク４とを接合すること
により半導体モジュールが構成される。
【００２５】上述したように、ヒートシンク４の半導体
チップ接合搭載面にエアー抜き溝５を設けることによ
り、接合面間の空気や余分なろう材を有効に除去するこ
とができるため、エアー溜り等を残留させることなく、
半導体チップ７とヒートシンク４とを均質な状態で接合
することができる。これは、小型高集積化された半導体
チップのように、単位面積当りの発熱量が大きい場合お
いても、半導体チップからヒートシンクへ良好に熱伝達
が行えることを意味し、よってそのような半導体チップ
を安定して動作させることが可能となる。また、大型化
された半導体チップを接合搭載する場合においても、エ
アー溜りの発生を極力防止することができるため、同様
に安定な動作特性を得ることが可能となる。
チップ接合搭載面にエアー抜き溝５を設けることによ
り、接合面間の空気や余分なろう材を有効に除去するこ
とができるため、エアー溜り等を残留させることなく、
半導体チップ７とヒートシンク４とを均質な状態で接合
することができる。これは、小型高集積化された半導体
チップのように、単位面積当りの発熱量が大きい場合お
いても、半導体チップからヒートシンクへ良好に熱伝達
が行えることを意味し、よってそのような半導体チップ
を安定して動作させることが可能となる。また、大型化
された半導体チップを接合搭載する場合においても、エ
アー溜りの発生を極力防止することができるため、同様
に安定な動作特性を得ることが可能となる。
【００２６】なお、具体的な半導体パッケージ等は、上
記した半導体モジュールに絶縁材を介してリードフレー
ムを接合すると共に、半導体チップと電気的に接続した
後、半導体チップを封止することにより構成される。ま
た、セラミックス多層基板等を用いたＰＧＡ型の半導体
パッケージにおいても、上記ヒートシンクおよび半導体
モジュールは有効である。
記した半導体モジュールに絶縁材を介してリードフレー
ムを接合すると共に、半導体チップと電気的に接続した
後、半導体チップを封止することにより構成される。ま
た、セラミックス多層基板等を用いたＰＧＡ型の半導体
パッケージにおいても、上記ヒートシンクおよび半導体
モジュールは有効である。
【００２７】また、上記半導体モジュールを用いた半導
体パッケージにおいて、例えばリードブレームとパッケ
ージ材（絶縁材）との接合、およびパッケージ材（絶縁
材）とヒートシンクとの接合には、低融点の封着ガラス
を用いることが好ましい。これは、封着のための熱処理
時に半導体チップの特性が劣化することを防止するため
である。このような封着用低融点ガラスとしては、日本
電気ガラス（株）製のLS-1101、 LS-1102、 LS-0803
（商品名）等が知られている。これらの熱膨脹率は、リ
ードブレームの熱膨脹係数とも近く、封着性に優れてい
る。
体パッケージにおいて、例えばリードブレームとパッケ
ージ材（絶縁材）との接合、およびパッケージ材（絶縁
材）とヒートシンクとの接合には、低融点の封着ガラス
を用いることが好ましい。これは、封着のための熱処理
時に半導体チップの特性が劣化することを防止するため
である。このような封着用低融点ガラスとしては、日本
電気ガラス（株）製のLS-1101、 LS-1102、 LS-0803
（商品名）等が知られている。これらの熱膨脹率は、リ
ードブレームの熱膨脹係数とも近く、封着性に優れてい
る。
【００２８】ただし、従来は封着用低融点ガラスとヒー
トシンクとの熱膨脹係数についてはあまり問題とされて
いなかったが、本発明においてはCu/Mo/CuまたはNi/Mo/
Niの板厚を適宜設定することにより、上記したような封
着用低融点ガラスとヒートシンクとの熱膨脹係数を近似
させることができる。これにより、半導体パッケージの
信頼性をより一層向上させることができる。例えば、Cu
/Mo/Cuのクラッド材においては、板圧比率を 1:4:1とす
ることにより、上記封着用低融点ガラスと熱膨脹係数を
近似させることができる。
トシンクとの熱膨脹係数についてはあまり問題とされて
いなかったが、本発明においてはCu/Mo/CuまたはNi/Mo/
Niの板厚を適宜設定することにより、上記したような封
着用低融点ガラスとヒートシンクとの熱膨脹係数を近似
させることができる。これにより、半導体パッケージの
信頼性をより一層向上させることができる。例えば、Cu
/Mo/Cuのクラッド材においては、板圧比率を 1:4:1とす
ることにより、上記封着用低融点ガラスと熱膨脹係数を
近似させることができる。
【００２９】次に、上記実施例で示した半導体モジュー
ルにおけるヒートシンクと半導体チップとの接合特性を
評価した結果について述べる。まず、厚さ 8mmのMo材と
厚さ 2mmのCu材を用意し、 2枚のCu材の間にMo材を挟
み、水素雰囲気中または真空中にて、 800℃の温度で25
0kg/cm2 の圧力を 1時間加えることによりホットプレス
して、上記 3枚の板を拡散接合した。この板に熱間圧延
および冷間圧延を施して、厚さ 0.6mmまで加工した後、
15mm×12mmに切り出した。この後、上記Cu/Mo/Cuクラッ
ド材の一方のCu材２の全面にプレス加工により、深さ 1
00μm 、幅35μm のＶ形状のエアー抜き溝５を多数平行
に形成してヒートシンク４とした。このような構成のヒ
ートシンク４を 100個作製し、以下に示す接合特性の評
価に供した。なお、上記Cu/Mo/Cuクラッド材の板厚比率
のばらつきは、1:3.83:1〜1:4.21:1の範囲であった。
ルにおけるヒートシンクと半導体チップとの接合特性を
評価した結果について述べる。まず、厚さ 8mmのMo材と
厚さ 2mmのCu材を用意し、 2枚のCu材の間にMo材を挟
み、水素雰囲気中または真空中にて、 800℃の温度で25
0kg/cm2 の圧力を 1時間加えることによりホットプレス
して、上記 3枚の板を拡散接合した。この板に熱間圧延
および冷間圧延を施して、厚さ 0.6mmまで加工した後、
15mm×12mmに切り出した。この後、上記Cu/Mo/Cuクラッ
ド材の一方のCu材２の全面にプレス加工により、深さ 1
00μm 、幅35μm のＶ形状のエアー抜き溝５を多数平行
に形成してヒートシンク４とした。このような構成のヒ
ートシンク４を 100個作製し、以下に示す接合特性の評
価に供した。なお、上記Cu/Mo/Cuクラッド材の板厚比率
のばらつきは、1:3.83:1〜1:4.21:1の範囲であった。
【００３０】また、本発明との比較として、Cu材の表面
にエアー抜き溝を形成しない以外は同様としたヒートシ
ンクを 100個作製し、接合特性の評価に供した。
にエアー抜き溝を形成しない以外は同様としたヒートシ
ンクを 100個作製し、接合特性の評価に供した。
【００３１】上記実施例および比較例によるヒートシン
クのCu材（実施例にあってはエアー抜き溝を形成したCu
材）表面に、それぞれAuメッキを施した後、半導体チッ
プをAu-Snろう材を介して接合した。この接合は、 Au-S
nろう材を配置したヒートシンク上に半導体チップを載
置し、半導体チップとヒートシンクとを若干擦りあわせ
た後に接合した。このようにして、それぞれヒートシン
クと半導体チップとを接合した後、これらの接合面間に
残留するエアー溜りを観察した。
クのCu材（実施例にあってはエアー抜き溝を形成したCu
材）表面に、それぞれAuメッキを施した後、半導体チッ
プをAu-Snろう材を介して接合した。この接合は、 Au-S
nろう材を配置したヒートシンク上に半導体チップを載
置し、半導体チップとヒートシンクとを若干擦りあわせ
た後に接合した。このようにして、それぞれヒートシン
クと半導体チップとを接合した後、これらの接合面間に
残留するエアー溜りを観察した。
【００３２】その結果、実施例による半導体チップでは
エアー溜りが非常に少なかったのに対し、比較例による
半導体チップでは多量のエアー溜りが残留していた。こ
のことから、ヒートシンク４の半導体チップ接合搭載面
に設けたエアー抜き溝５は、半導体チップ７とヒートシ
ンク４との均質接合に多大な効果を発揮することが分か
る。なお、Ni/Mo/Niクラッド材からなるヒートシンクに
おいても、同様な結果が得られた。
エアー溜りが非常に少なかったのに対し、比較例による
半導体チップでは多量のエアー溜りが残留していた。こ
のことから、ヒートシンク４の半導体チップ接合搭載面
に設けたエアー抜き溝５は、半導体チップ７とヒートシ
ンク４との均質接合に多大な効果を発揮することが分か
る。なお、Ni/Mo/Niクラッド材からなるヒートシンクに
おいても、同様な結果が得られた。
【００３３】上記した実施例においては、ヒートシンク
の半導体チップとの接合面にエアー抜き溝を形成した例
について説明したが、本発明におけるエアー抜き溝はこ
れに限られるものではなく、例えば図５に示すように、
ヒートシンクをさらに他の部品に接合するような場合に
おいても、その接合面間にエアー抜き溝を形成すること
は有効である。
の半導体チップとの接合面にエアー抜き溝を形成した例
について説明したが、本発明におけるエアー抜き溝はこ
れに限られるものではなく、例えば図５に示すように、
ヒートシンクをさらに他の部品に接合するような場合に
おいても、その接合面間にエアー抜き溝を形成すること
は有効である。
【００３４】図５は、 2段式のヒートシンク８を示して
おり、上段側のクラッド材９の下面にエアー抜き溝５が
設けられている。そして、このエアー抜き溝５と下段側
のクラッド材１０との間にろう材６を介在させて、上段
側クラッド材９と下段側クラッド材１０とが接合されて
いる。また、上段側クラッド材９の上面は、半導体チッ
プ７の接合搭載面となるため、下面と同様なエアー抜き
溝５が形成されており、このエアー抜き溝５を有する面
上に半導体チップ７がろう材６を介して接合搭載されて
いる。上段側クラッド材９および下段側クラッド材１０
は、前述した実施例と同様に、Cu/Mo/Cuクラッド材また
はNi/Mo/Niクラッド材である。
おり、上段側のクラッド材９の下面にエアー抜き溝５が
設けられている。そして、このエアー抜き溝５と下段側
のクラッド材１０との間にろう材６を介在させて、上段
側クラッド材９と下段側クラッド材１０とが接合されて
いる。また、上段側クラッド材９の上面は、半導体チッ
プ７の接合搭載面となるため、下面と同様なエアー抜き
溝５が形成されており、このエアー抜き溝５を有する面
上に半導体チップ７がろう材６を介して接合搭載されて
いる。上段側クラッド材９および下段側クラッド材１０
は、前述した実施例と同様に、Cu/Mo/Cuクラッド材また
はNi/Mo/Niクラッド材である。
【００３５】このような 2段式のヒートシンク８におい
ては、上段側クラッド材９と下段側クラッド材１０との
接合面も熱伝達面となるため、エアー抜き溝５を設けて
エアー溜りの発生を防止することにより、半導体チップ
７から下段側クラッド材１０まで良好な熱伝達状態を得
ることができる。
ては、上段側クラッド材９と下段側クラッド材１０との
接合面も熱伝達面となるため、エアー抜き溝５を設けて
エアー溜りの発生を防止することにより、半導体チップ
７から下段側クラッド材１０まで良好な熱伝達状態を得
ることができる。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ヒ
ートシンクの半導体チップ等の他部品との接合面にエア
ー抜き溝を設けているため、エアー溜り等を極力発生さ
せることなく、均質な状態でヒートシンク上に半導体チ
ップ等を接合することが可能となる。よって、小型高集
積化された半導体チップや大型の半導体チップにおいて
も、誤動作や破壊等を防止して良好な動作特性を安定に
得ることが可能となる。
ートシンクの半導体チップ等の他部品との接合面にエア
ー抜き溝を設けているため、エアー溜り等を極力発生さ
せることなく、均質な状態でヒートシンク上に半導体チ
ップ等を接合することが可能となる。よって、小型高集
積化された半導体チップや大型の半導体チップにおいて
も、誤動作や破壊等を防止して良好な動作特性を安定に
得ることが可能となる。
【図１】本発明の一実施例のヒートシンクを示す断面図
である。
である。
【図２】本発明のヒートシンクにおけるエアー抜き溝の
形成範囲を説明するための図である。
形成範囲を説明するための図である。
【図３】本発明の一実施例の半導体モジュールを示す断
面図である。
面図である。
【図４】図３に示す半導体モジュールの接合部を拡大し
て示す断面図である。
て示す断面図である。
【図５】本発明の他の実施例による半導体モジュールを
示す断面図である。
示す断面図である。
１……Mo材 ２、３……Cu材またはNi材 ４……ヒートシンク ５……エアー抜き溝 ６……ろう材 ７……半導体チップ
フロントページの続き (72)発明者 石原 秀夫 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内
Claims (4)
- 【請求項１】 Cu/Mo/Cuまたは Cu/Moのクラッド材から
なるヒートシンクであって、前記クラッド材の他部品と
の接合面に、エアー抜き溝が設けられていることを特徴
とするヒートシンク。 - 【請求項２】 Cu/Mo/Cuのクラッド材からなり、半導体
チップ搭載面にエアー抜き溝が設けられたヒートシンク
と、 前記ヒートシンクの半導体チップ搭載面にろう材を介し
て接合搭載された半導体チップとを具備することを特徴
とする半導体モジュール。 - 【請求項３】 Ni/Mo/Niまたは Ni/Moのクラッド材から
なるヒートシンクであって、前記クラッド材の他部品と
の接合面に、エアー抜き溝が設けられていることを特徴
とするヒートシンク。 - 【請求項４】 Ni/Mo/Niのクラッド材からなり、半導体
チップ搭載面にエアー抜き溝が設けられたヒートシンク
と、 前記ヒートシンクの半導体チップ搭載面にろう材を介し
て接合搭載された半導体チップとを具備することを特徴
とする半導体モジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2816692A JPH05226527A (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | ヒートシンクおよびそれを用いた半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2816692A JPH05226527A (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | ヒートシンクおよびそれを用いた半導体モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05226527A true JPH05226527A (ja) | 1993-09-03 |
Family
ID=12241163
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2816692A Withdrawn JPH05226527A (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | ヒートシンクおよびそれを用いた半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05226527A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003052337A1 (en) * | 2001-12-18 | 2003-06-26 | Daiwa Radiator Kogyo Co, Ltd | Tube and method for manufacturing tube, tube for heat exchanger and method for manufacturing tube for heat exchanger, and heat exchanger and mehod for manufacturing heat exchanger |
| JP2008078042A (ja) * | 2006-09-22 | 2008-04-03 | Toshiba Corp | イオン源電極及びその製造方法 |
| US7446412B2 (en) * | 2006-03-28 | 2008-11-04 | Intel Corporation | Heat sink design using clad metal |
| JP2009076600A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Denso Corp | 半導体冷却構造 |
| DE10251411B4 (de) * | 2002-10-16 | 2010-02-18 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung, umfassend eine elektronische Schaltung mit mindestens einem Halbleitermodul |
| US7776452B2 (en) | 2004-08-10 | 2010-08-17 | Neomax Materials Co. Ltd. | Heat sink member and method of manufacturing the same |
| JP2010272685A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法 |
| US7951467B2 (en) | 2005-10-18 | 2011-05-31 | Eiki Tsushima | Cladding material and its manufacturing method, press-forming method, and heat sink using cladding material |
| DE102011078460A1 (de) * | 2011-06-30 | 2013-01-03 | Robert Bosch Gmbh | Elektronische Schaltungsanordnung zur Entwärmung von Verlustwärme abgebenden Komponenten |
| WO2014122875A1 (ja) * | 2013-02-05 | 2014-08-14 | 株式会社デンソー | 放熱構造の製造方法 |
| JP2015056608A (ja) * | 2013-09-13 | 2015-03-23 | 株式会社東芝 | 半導体パッケージおよび半導体装置 |
| JP2021040119A (ja) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | 朋程科技股▲ふん▼有限公司 | パワー・デバイスのパッケージ構造 |
-
1992
- 1992-02-14 JP JP2816692A patent/JPH05226527A/ja not_active Withdrawn
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7882634B2 (en) | 2006-03-28 | 2011-02-08 | Intel Corporation | Method of manufacturing heat sink using clad metal |
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| JP2009076600A (ja) * | 2007-09-19 | 2009-04-09 | Denso Corp | 半導体冷却構造 |
| JP2010272685A (ja) * | 2009-05-21 | 2010-12-02 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法 |
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| WO2014122875A1 (ja) * | 2013-02-05 | 2014-08-14 | 株式会社デンソー | 放熱構造の製造方法 |
| JP2014170918A (ja) * | 2013-02-05 | 2014-09-18 | Denso Corp | 放熱構造の製造方法 |
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| JP2021040119A (ja) * | 2019-09-05 | 2021-03-11 | 朋程科技股▲ふん▼有限公司 | パワー・デバイスのパッケージ構造 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990518 |