JPH07249714A - 複合半導体装置 - Google Patents

複合半導体装置

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JPH07249714A
JPH07249714A JP12164594A JP12164594A JPH07249714A JP H07249714 A JPH07249714 A JP H07249714A JP 12164594 A JP12164594 A JP 12164594A JP 12164594 A JP12164594 A JP 12164594A JP H07249714 A JPH07249714 A JP H07249714A
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JP
Japan
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resin
semiconductor device
aluminum substrate
thermal expansion
coefficient
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JP12164594A
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English (en)
Inventor
Hideharu Jinriki
愛晴 神力
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Nihon Inter Electronics Corp
Original Assignee
Nihon Inter Electronics Corp
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  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 温度補償板、ゲル状絶縁物及び絶縁ケースを
不要とし、組立工数、部品点数、及び製造原価等を低減
し得る複合半導体装置を提供すること。 【構成】 アルミニューム基板22の熱膨張率よりも小
さい熱膨張率の樹脂を用いて樹脂モールド部23を形成
する。これにより樹脂の硬化する時の収縮によるアルミ
ニューム基板22の反りが最小限となる。このため、従
来使用していた温度補償板、ゲル状絶縁物及び絶縁ケー
スが不要となり、組立工数、部品点数、製造原価等の低
減を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、複合半導体装置に関
し、特に、温度補償板、ゲル状絶縁物及び絶縁ケースを
不要とした樹脂封止型の複合半導体装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の複合半導体装置の構造を
図4に示す。図において、1は複合半導体装置全体を示
し、この複合半導体装置1は銅基板2を有する。この銅
基板2の上面に、両面メタライズ層を備えたアルミナ基
板3、入出力端子4、モリブデン等から成る温度補償板
5及び半導体チップ6が順次積層され図示を省略したソ
ルダにて固着されている。さらに、銅基板2上には制御
基板部7を有し、この制御基板部7には、上面に導体パ
ターンを形成したガラスエポキシ基板8を備えている。
このガラスエポキシ基板8の導体パターン上には電子部
品9がソルダ付けされている。また、所定の部分がワイ
ヤ10にてボンディングされ電気回路を形成している。
上記銅基板2の外周には、両端開口の絶縁ケース11が
被せられている。この絶縁ケース11内には、ゲル状絶
縁物12が半導体チップ6及び電子部品9を覆うように
所定の位置まで充填され、このゲル状絶縁物12の上に
は、エポキシ樹脂13が絶縁ケース11の上部開口端ま
で注入・硬化されている。なお、14はガラスエポキシ
基板8の導体パターン上から導出した信号端子である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の複
合半導体装置は、半導体チップ6が温度補償板5上に載
置されている。これは、複合半導体装置の運転時の温度
上昇、下降に伴う温度サイクルによる熱的ストレスの防
止や銅基板2と半導体チップとの熱膨張率の差から生じ
る熱的ストレスの防止等を図るためである。また、エポ
キシ樹脂13の硬化する時の収縮により銅基板2に大き
な反りが発生するが、この影響を小さくするためにゲル
状絶縁物12を絶縁ケース11内に注入するようにして
いる。以上のように従来の複合半導体装置は、温度補償
板5を使用したり、ゲル状絶縁物12を注入するため
に、絶縁ケース11を必要としており、組立工数、部品
・材料等を多く必要とし、このため製造原価を上昇させ
ているという解決しようとする課題があった。
【0004】
【発明の目的】本発明は、上記のような各課題を解決す
るためになされたもので、温度補償板、ゲル状絶縁物及
び絶縁ケースを不要とし、組立工数、部品点数、及び製
造原価等を低減し得る複合半導体装置を提供することを
目的とするものである。
【0005】
【問題点を解決するための手段】本発明の複合半導体装
置は、絶縁層を介して導体パターンが形成されたアルミ
ニューム基板と、前記導対パターン上に半導体チップが
直接ソルダ付けされると共に、前記導体パターン上から
導出される外部導出端子を備え、前記アルミニューム基
板の上面、前記半導体チップ、及び前記外部導出端子の
一部が、前記アルミニューム基板の熱膨張率よりも小さ
い熱膨張率の樹脂により封止されたことを特徴とするも
のである。
【0006】
【作用】まず、本発明の複合半導体装置は、アルミニュ
ーム基板の熱膨張率よりも小さい熱膨張率の樹脂により
封止するようにしたので、当該樹脂の硬化する時の収縮
によるアルミニューム基板の反りが最小限となる。この
ため、従来使用していた温度補償板、ゲル状絶縁物及び
絶縁ケースが不要となり、組立工数、部品点数、製造原
価等の低減を図ることができる。
【0007】
【実施例】本発明では、アルミニューム基板の熱膨張率
よりも小さい熱膨張率の樹脂により封止することより、
従来では複合半導体装置を他の部材に取り付ける時に半
導体チップに引張応力として作用していた応力を圧縮応
力として働くようにしたところにその重点がある。以
下、順次図を参照して説明する。まず、図5は従来の内
部応力関係を説明するための図である。この図は銅基板
2の上面に温度補償板5を介在させて半導体チップ6を
ソルダ付けした場合の構造をモデル化して、その応力状
態をコンピュータでシュミレートした結果を図示したも
のである。なお、図中、15,16はソルダであり、ま
た、矢印は各部材内部にかかる応力の方向を示してい
る。
【0O08】そこで、まず、半導体チップ6をソルダ1
5,16にて固着させた後を見ると、銅基板2の下面が
凹状となる反りが発生し、温度補償板5及び半導体チッ
プ6の上面が凸状となる反りが発生する。このため、図
示の矢印のように銅基板に圧縮応力、ソルダ15、温度
補償板5、ソルダ16及び半導体チップ6にそれぞれ矢
印のような引張応力が作用していることが分かる。
【0009】次に、温度補償板5を使用しないで半導体
チップ6をソルダ15にて直接銅基板2に固着した構造
について、コンピュータ・シュミレートした結果を図6
に示す。この図からも明らかなように、バッファ材とし
ての温度補償板を欠く場合には、上述の場合よりも大き
な引張応力が半導体チップ6に加わっている。一方、図
6ように、温度補償板がない構造であってもある条件を
満たす樹脂を使用して封止する場合には、半導体チップ
6に加わる応力が緩和されることが判明した。
【0010】そこで、次に従来使用していた銅基板2に
代え、アルミニューム基板を使用して種々の実験を行な
った。このアルミニューム基板は、厚さ40μmの導体
パターン層、厚さ80μmの絶縁層を有し、アルミニュ
ームの厚さは2mmである。上記のアルミニューム基板
を使用して図1に示すような構造の複合半導体装置21
を製作した。
【0011】すなわち、図1において、21は複合半導
体装置の全体を示している。この複合半導体装置21
は、アルミニューム基板22上に温度補償板を介在させ
ずに、直接、半導体チップ6が搭載されている。また、
制御部の電子部品9を同じく直接アルミニューム基板2
2上にソルダ付けし、ワイヤにて所定の箇所をボンディ
ングすると共に、外部導出端子として入出力端子4、信
号端子14を導体パターン上にソルダ付けする。そし
て、前記入出力端子4、信号端子14の一部を残して全
体を後述の一定の条件を満たす樹脂にてトランスファモ
ールドし、樹脂モールド部23を形成する。その際、種
々の樹脂を使用して実験した結果、アルミニューム基板
22自体の反りに着目すると、概略図7に示すような傾
向を見出すことができた。
【0012】すなわち、トランスファモールド後におい
ては、樹脂が硬化する時の収縮率(硬化収縮率)が大き
いと、図7(A)のように、反りの量a1が大きくな
る。しかしながら、上記の樹脂の硬化をより完全にする
ためにポストキュアすると、(B),(C)のように、
反りの量が小さくなる。この時、(B)と(C)と比較
して見ると分かるように樹脂の熱膨張率がアルミニュー
ム基板の熱膨張率よりも小さいと、さらに反りの量が小
さくなることが実験結果とコンピュータシュミレートの
結果判明した。
【0013】また、トランスファモールド後の硬化収縮
率が小さい樹脂においては、(D),(E),(F)の
ように、上述した傾向がさらに顕著になり、特に、図7
(F)が最良の結果となった。なお、図7(F)の諸条
件は次の通りである。 (1)アルミニューム基板の熱膨張率・・・・・・・・
23×10↑−6 (2)トランスファモールド用樹脂の熱膨張率・・・・
18×10↑−6 その結果、アルミニューム基板の反りb3=40μmで
あった。なお、a2,a3,b1,b2もそれぞれ相対
的な反りの量を示している。
【0014】次に、上記の実験結果を図2を参照して分
析して見ると、次のようになる。すなわち、まず、アル
ミニューム基板22上の導体パターン上に半導体チップ
6をソルダ15にて固着した直後においては、アルミニ
ューム基板22には圧縮応力が作用し、該アルミニュー
ム基板22の下面が凹状に反る。この結果、ソルダ15
と半導体チップ6には引張応力が作用する。一方、所定
の樹脂を使用してトランスファモールドし、ポストキュ
ア後は、その形成された樹脂モールド部23に、図2の
矢印のように圧縮応力、半導体チップ6に圧縮応力、ア
ルミニューム基板22に引張応力がそれぞれ作用する。
上記の結果から、それぞれの応力分布を考慮してアルミ
ニューム基板22の反り量が一番小さくなるような組み
合わせを選定することが必要であることが分かった。そ
れはアルミニューム基板22の熱膨張率よりも小さくな
るような熱膨張率を有する樹脂を選定してトランスファ
モールドすることである。
【0015】上記の関係を満たす樹脂を選定した結果、
本発明の実施例では、アルミニューム基板22の下面の
反りは、中央部が下に凸状に形成され、その高さは40
μmであった。この程度の反りであれば、図3に示すよ
うに、複合半導体装置21を放熱部材24に止めねじ2
5を用いて固定しても支障はない。すなわち、複合半導
体装置21の下面の凸部が止めねじ25の締付力により
平坦に矯正され、複合半導体装置21の内部には矢印の
ような引張応力が発生するが、その内部に封止された半
導体チップを破壊させるようなことはない。なお、上記
の実施例では、トランスファモールドにより樹脂モール
ド部を形成する例について説明したが、トランスファモ
ールドに限定されることなく、上記の関係を考慮して樹
脂モールド部が形成されるような方法であれば、広くこ
の種の複合半導体装置に適用することができる。
【0016】
【発明の効果】以上のように、本発明はアルミニューム
基板の熱膨張率よりも小さい熱膨張率の樹脂により封止
するようにしたので、当該樹脂の硬化する時の収縮によ
るアルミニューム基板の反りが最小限となる。このた
め、従来使用していた温度補償板、ゲル状絶縁物及び絶
縁ケースが不要となり、組立工数、部品点数、製造面価
等の低減を図ることができるなどこの種の複合半導体装
置として従来ない極めて優れた効果を発揮するものであ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の複合半導体装置の縦断面図である。
【図2】本発明の複合半導体装置における各部材に加わ
る応力関係をコンピュータシュミレートした結果を示す
図である。
【図3】本発明の複合半導体装置を放熱部材に固定する
際に加わる応力関係を示す図である。
【図4】従央の複合半導体装置の構造を示す縦断面図で
ある。
【図5】従来構造における温度補償板がある場合の各部
材に加わる応力関係をコンピュータシュミレートした結
果を示す図である。
【図6】従来構造における温度補償板がない場合の各部
材に加わる応力関係をコンピュータシュミレートした結
果を示す図である。
【図7】アルミニューム基板と樹脂との熱膨張率を考慮
してモールドした場合の反り量を比較した図である。
【符号の説明】
5 温度補償板 6 半導体チップ 15 ソルダ 21 複合半導体装置 22 アルミニューム基板 23 樹脂モールド部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁層を介して導体パターンが形成され
    たアルミニューム基板と、前記導体パターン上に半導体
    チップが直接ソルダ付けされると共に、前記導体パター
    ン上から導出される外部導出端子を備え、前記アルミニ
    ューム基板の上面、前記半導体チップ、及び前記外部導
    出端子の一部が、前記アルミニューム基板の熱膨張率よ
    りも小さい熱駆張率の樹脂により封止されたことを特徴
    とする複合半導体装置。
  2. 【請求項2】 アルミニューム基板の熱膨張率が20〜
    30×10↑−6の範囲、封止用の樹脂の熱膨張率が1
    5〜20×10↑−6の範囲にあり、前記樹脂の熱膨張
    率の方が前記アルミニューム基板の熱膨張率よりも小さ
    くなるようにして前記樹脂により封止されたことを特徴
    とする請求項1に記載の複合半導体装置。
JP12164594A 1994-03-09 1994-03-09 複合半導体装置 Pending JPH07249714A (ja)

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JP12164594A JPH07249714A (ja) 1994-03-09 1994-03-09 複合半導体装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6525418B2 (en) 2001-05-30 2003-02-25 Kabushiki Kaisha Moric Semiconductor device
JP2003347484A (ja) * 2002-05-29 2003-12-05 Sanyo Electric Co Ltd 混成集積回路装置
CN1327516C (zh) * 2001-05-30 2007-07-18 株式会社萌利克 半导体器件

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1327516C (zh) * 2001-05-30 2007-07-18 株式会社萌利克 半导体器件
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