JPH0555417A - ヒートシンク付半導体装置 - Google Patents

ヒートシンク付半導体装置

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JPH0555417A
JPH0555417A JP3209704A JP20970491A JPH0555417A JP H0555417 A JPH0555417 A JP H0555417A JP 3209704 A JP3209704 A JP 3209704A JP 20970491 A JP20970491 A JP 20970491A JP H0555417 A JPH0555417 A JP H0555417A
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JP
Japan
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heat sink
metal plate
semiconductor device
thermal expansion
copper
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Pending
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JP3209704A
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English (en)
Inventor
Harumi Mizunashi
晴美 水梨
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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Publication of JPH0555417A publication Critical patent/JPH0555417A/ja
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • 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
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
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    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/161Cap
    • H01L2924/1615Shape
    • H01L2924/16195Flat cap [not enclosing an internal cavity]

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  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】材質の異なるヒートシンク1と金属板3の接合
部において、熱膨張率の整合をとり接着部の信頼性を向
上させる。 【構成】電気絶縁基板10にタングステン又はコバール
等を用いた金属板3がろう付してあり、その片面に半導
体素子6がその反対面にヒートシンク1が接着されてい
る。ヒートシンク1は銅又はアルミニウム製で、その金
属板3との接着面には、格子状にヒートシンク1の基材
と熱膨張率の異なる材料1aが取付けてある。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はヒートシンク付半導体装
置に関し、特に放熱特性の優れたヒートシンク付半導体
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体素子搭載面を有する金属板
が電気絶縁基板(以下、基板と記す)に接着され、金属
板の半導体素子搭載面の反対側にヒートシンクを取付け
る構造の半導体装置おいて、基板にはアルミナ系セラミ
ックスが多く用いられ、金属板にはコバールという鉄・
ニッケル・コバルト合金や、タングステンの焼結体に銅
を含浸させた材料(以下、Cu/Wと記す)が多く用い
られ、ヒートシンクには銅または銅合金やアルミニウム
またはアルミニウム合金が多く用いられていた。基板と
金属板の接着は、銀と銅の合金の金属ろう材を用いて行
なわれることが多かった。金属板とヒートシンクの接着
は、金と錫の合金や半田等の金属ろう材や熱硬化性エポ
キシ樹脂等の樹脂材料を用いて行なわれることが多かっ
た。
【0003】以下、気密封止型のヒートシンク付半導体
装置の場合について図面を参照して説明する。
【0004】図3は従来のヒートシンク付半導体装置の
一例の要部断面図である。
【0005】図3に示すように、基板10は、アルミナ
セラミックス製多層配線板が用いられている。これは、
アルミナの粉末をバインダと混ぜシート状にしたものに
必要な開孔部を設け、タングステン等の金属メタライズ
で配線パターンや金属板や外部端子等のろう付パターン
を形成した後、積層,焼成,めっき等を施こして作られ
る。
【0006】次に、この基板10に、Cu/W製の金属
板3を銀と銅の合金製の金属板接着用金属ろう4でろう
付される。
【0007】次に、半導体素子6を金属板3に半導体素
子接着剤5として金とシリコンの共晶合金のろう材を用
いて接着し、ボンディングワイヤ7としてアルミニウム
とシリコンの合金製の細線を用いて半導体素子6の基板
10の配線パターンとを電気的に接続したのち、アルミ
ナセラミックス製の蓋8を低融点ガラス製の気密封止用
接着剤9で接着される。
【0008】最後に、ヒートシンク1を金属板3に接着
する。一般的には、ヒートシンク1に純度99%以上の
純アルミニウムを用い表面にはアルマイト加工が施こさ
れている。ヒートシンク接着用樹脂接着材11として市
販の熱硬化性エポキシ樹脂が用いられ接着される。金属
板3は、通常、ろう付後、Niめっきが施こされ、その
上に金めっきが施こされるが、金は樹脂との密着性が悪
いため、ヒートシンク接着面の金めっきは除去される。
【0009】なお、ヒートシンク1の接着方法は、上記
の方法以外に、ヒートシンク1の基材に銅,アルミニウ
ムを用いてNiめっき等の表面処理を施こし、半田等の
金属ろう材で接着する方法がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従来のヒートシンク付
半導体装置では、金属板とヒートシンクの接合部におい
て、それぞれの基材の熱膨張率の差が大きいと温度変化
による熱ストレスにより機械的な破壊を生じることがあ
った。
【0011】一般に、金属板基材の熱膨張率は、これに
搭載する半導体素子の基材であるシリコンに合せている
ので金属板の材料は選択の幅が狭く、一般に、Cu/W
又はコバールが用いられていた。
【0012】これに対し、ヒートシンクの基材は熱伝導
率が高く、加工性の良いことが必要で有り、一般に、ア
ルミニウムや銅が用いられていた。
【0013】そのため、金属板とヒートシンクの接着
は、これらの熱膨張率の差を考慮する必要があった。た
とえば、樹脂で接着する場合は、接着樹脂で応力を緩和
するためある厚み以上にする必要があり、そのため、接
着部の熱抵抗が大きくなり半導体装置としての放熱性を
低下させるという問題点があった。
【0014】また、金属ろう材で接着する場合も、応力
を押えるため接着面積をある大きさ以下にする必要があ
り、ヒートシンク又は半導体装置が大きくなると接着部
の強度が不足するという問題点があった。
【0015】本発明の目的は、放熱性に優れ、金属板と
ヒートシンクの接着強度の高いヒートシンク付半導体装
置を提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気絶縁基板
に接着された金属板の一方の面に半導体素子を搭載し前
記金属板の他方の面にヒートシンクを搭載する構造のヒ
ートシンク付半導体装置において、前記ヒートシンクの
前記金属板との接着面と前記金属板の前記ヒートシンク
との接着面とのうちの少くともいずれか一方の面に複数
の開孔を設け、該開孔にそれぞれの基板と熱膨張率の異
る金属材料を埋設したことを特徴とする。
【0017】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【0018】図1(a),(b)は本発明の第1の実施
例の要部断面図及びヒートシンクの部分拡大底面図であ
る。
【0019】第1の実施例は、図1(a),(b)に示
すように、基板10にはアルミナセラミックスを、金属
板3としては銅が10重量%,タングステンが90重量
%のCu/Wを用い、金属板接着用金属ろう材4として
銀が72重量%,銅が28重量%のAg/Cuろうを用
いて基板10と金属板3を接着している。
【0020】ヒートシンク1には、純度99.9%以上
の無酸素銅を用い、金属板3との接着面のヒートシンク
の基材と熱膨張率の異なる材料1aとしてNiが35〜
37重量%のFe/Ni合金を用いた。ヒートシンクの
基材と熱膨張率の異なる材料1aは、厚みが0.5mm
の板で全体に1辺1mmの正方形の開孔部を2mm間隔
で格子状に設け埋設されている。これをヒートシンク1
の接着部にプレスを用いて圧着している。ヒートシンク
1の接着面における基材銅の露出率を20〜30%にす
ることで、基材銅の熱膨張率165×10-7/℃に対
し、ヒートシンク1の接着面の実質的な熱膨張率を75
×10-7/℃にしている。
【0021】ヒートシンク1の接着面にヒートシンクの
基材と熱膨張率の異なる材料1aを圧着後、全体に無電
解Niめっきを施こし、このヒートシンク1を金属板3
に熱硬化性エポキシ樹脂で接着している。熱膨張率の調
整は、ヒートシンク1の接着面におけるヒートシンク1
の基材とヒートシンクの基材と熱膨張率の異なる材料1
aの割合で行う。
【0022】図2は本発明の第2の実施例の要部断面図
である。
【0023】本実施例では、図2に示すように、ヒート
シンク1と金属板3の接着部において熱膨張率をより整
合させるため、金属板3の接着面にも金属板の基材と熱
膨張率の異なる材料3aを部分的に取付けている。
【0024】金属板3にはCu/Wを用い、そのヒート
シンク1接着面に格子状に溝を設け、そこに金属板の基
材と熱膨張率の異なる材料3aとして純度99.9%以
上の無酸素銅の薄板に格子状の開孔部を設けたものをは
め込み、それを還元雰囲気炉中で約1100℃で加熱す
ることで接着し、その後、表面を軽く研磨している。
【0025】これにより、金属板3のヒートシンク1接
着面の実質的な熱膨張率を70×10-7/℃にしている
こと以外第1の実施例と同じである。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、基板に接
着された金属板の片面に半導体素子、反対面にヒートシ
ンクを搭載する構造のヒートシンク付半導体装置におい
て、金属板とヒートシンクの基材に熱膨張率の大きく異
なる材料を用いても、ヒートシンクの金属板との接着面
と金属板のヒートシンクとの接着面の少くともいずれか
一方の面に、それぞれの基材と熱膨張率の異る金属材料
を取付けることにより、接着面の実質的な熱膨張率を整
合できるので接合の信頼性を損なうことなく接着剤を薄
くでき、接着面積も大きくすることができ、その結果、
接着部の熱抵抗を低下できるとともに接着強度を向上で
きる効果がある。
【0027】特に、金属板にCu/W,ヒートシンクに
アルミニウムを用い、接着に熱硬化性エポキシ樹脂を用
い接着部の大きさが直径27mmの場合、従来の接着剤
の厚みを300μm以上にする必要があったが、本実施
例では、接着剤の厚みを50μm程度にすることがで
き、これにより、接合部の熱抵抗が従来0.5℃/Wだ
ったのを0.1℃/W程度まで低下できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の要部断面図及びヒート
シンクの部分拡大底面図である。
【図2】本発明の第2の実施例の要部断面図である。
【図3】従来のヒートシンク付半導体装置の一例の要部
断面図である。
【符号の説明】
1 ヒートシンク 1a ヒートシンクの基材と熱膨張率の異る材料 2 ヒートシンク接着用金属ろう材 3 金属板 3a 金属板の基材と熱膨張の異る材料 4 金属板接着用金ろう材 5 半導体素子接着剤 6 半導体素子 7 ボンディングワイヤ 8 蓋 9 気密封止用接着剤 10 基板 11 ヒートシンク接着用樹脂接着剤

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電気絶縁基板に接着された金属板の一方
    の面に半導体素子を搭載し前記金属板の他方の面にヒー
    トシンクを搭載する構造のヒートシンク付半導体装置に
    おいて、前記ヒートシンクの前記金属板との接着面と前
    記金属板の前記ヒートシンクとの接着面とのうちの少く
    ともいずれか一方の面に複数の開孔を設け、該開孔にそ
    れぞれの基板と熱膨張率の異る金属材料を埋設したこと
    を特徴とするヒートシンク付半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記金属板の基材としてタングステンと
    モリブデンとのうちのいずれか一方の焼結体に銅を含浸
    させた材料、前記ヒートシンクの基材として銅と、アル
    ミニウムと、銅とアルミニウムのうちの少くともいずれ
    か一方を含む合金とのうちのいずれかの金属、前記基材
    と熱膨張率の異る材料として鉄・ニッケル合金を用いた
    ことを特徴とする請求項1記載のヒートシンク付半導体
    装置。
  3. 【請求項3】 前記複数の開孔が格子状に配列して設け
    られたことを特徴とする請求項1記載のヒートシンク付
    半導体装置。
JP3209704A 1991-08-22 1991-08-22 ヒートシンク付半導体装置 Pending JPH0555417A (ja)

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JP3209704A JPH0555417A (ja) 1991-08-22 1991-08-22 ヒートシンク付半導体装置

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JPH0555417A true JPH0555417A (ja) 1993-03-05

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JP3209704A Pending JPH0555417A (ja) 1991-08-22 1991-08-22 ヒートシンク付半導体装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010525588A (ja) * 2007-04-27 2010-07-22 ヴィーラント ウェルケ アクチーエン ゲゼルシャフト 冷却体

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010525588A (ja) * 2007-04-27 2010-07-22 ヴィーラント ウェルケ アクチーエン ゲゼルシャフト 冷却体

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