JPH0794645A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0794645A JPH0794645A JP23862994A JP23862994A JPH0794645A JP H0794645 A JPH0794645 A JP H0794645A JP 23862994 A JP23862994 A JP 23862994A JP 23862994 A JP23862994 A JP 23862994A JP H0794645 A JPH0794645 A JP H0794645A
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- Japan
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- semiconductor element
- semiconductor device
- sintered body
- cooling fin
- cooling fins
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】熱伝導性、絶縁耐圧、機械的強度の優れた絶縁
物を半導体素子と冷却フィンとの間に設けた放熱特性の
良好な半導体装置を提供する。 【構成】本発明は半導体素子１に冷却フィン５を設けて
なる半導体装置において、窒化アルミニウムに希土類酸
化物及びアルカリ土類酸化物のうちの少なくとも一方を
０．０５〜２ｗｔ％添加（またはさらに炭素或いは炭素
化物を炭素換算で０．０５〜２ｗｔ％添加）した相対密
度９８％以上の焼結体４からなる絶縁物を、前記半導体
素子１と前記冷却フィン５の間に設け、伝導性の良好な
コンパウンドを塗布して圧着したことを特徴とする半導
体装置である。
物を半導体素子と冷却フィンとの間に設けた放熱特性の
良好な半導体装置を提供する。 【構成】本発明は半導体素子１に冷却フィン５を設けて
なる半導体装置において、窒化アルミニウムに希土類酸
化物及びアルカリ土類酸化物のうちの少なくとも一方を
０．０５〜２ｗｔ％添加（またはさらに炭素或いは炭素
化物を炭素換算で０．０５〜２ｗｔ％添加）した相対密
度９８％以上の焼結体４からなる絶縁物を、前記半導体
素子１と前記冷却フィン５の間に設け、伝導性の良好な
コンパウンドを塗布して圧着したことを特徴とする半導
体装置である。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冷却フィンを備えた半導
体装置の改良に関する。
体装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、パワートランジスタ等の冷却を必
要とする半導体装置は端子を兼ねる冷却フィンを備えて
いる。こうした冷却フィンを半導体素子に絶縁して取付
けることにより、冷却フィンを冷却装置の外に出し外気
で冷却したり、或いは半導体スタックに取付けたりする
際にも扱い易く便利である。このような冷却フィンと半
導体素子との間に設けられる絶縁物としては、フッ素樹
脂シート，アルミナ磁器，ＢｅＯ（ベリリア）磁器等が
考えられている。
要とする半導体装置は端子を兼ねる冷却フィンを備えて
いる。こうした冷却フィンを半導体素子に絶縁して取付
けることにより、冷却フィンを冷却装置の外に出し外気
で冷却したり、或いは半導体スタックに取付けたりする
際にも扱い易く便利である。このような冷却フィンと半
導体素子との間に設けられる絶縁物としては、フッ素樹
脂シート，アルミナ磁器，ＢｅＯ（ベリリア）磁器等が
考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
絶縁物を用いた半導体装置にあっては以下に示す種々の
欠点があった。
絶縁物を用いた半導体装置にあっては以下に示す種々の
欠点があった。
【０００４】(1) 弗素樹脂シートやアルミナ磁器は熱
伝導率が低く冷却効率が劣る。また、冷却効率を上げる
ために薄板化することが考えられるが、絶縁耐圧、機械
的強度が低下し、高耐圧用、高損失用として適用するこ
とが困難となる。
伝導率が低く冷却効率が劣る。また、冷却効率を上げる
ために薄板化することが考えられるが、絶縁耐圧、機械
的強度が低下し、高耐圧用、高損失用として適用するこ
とが困難となる。
【０００５】(2) ＢｅＯは熱伝導率が優れているもの
の、公害問題、国内で生産していないための入手難、コ
スト高、機械的強度が低い等の問題がある。
の、公害問題、国内で生産していないための入手難、コ
スト高、機械的強度が低い等の問題がある。
【０００６】また、上述した絶縁物とは別の種々の絶縁
物が使用されているが、良熱伝導性、機械的強度、絶縁
耐圧が要求される大型半導体素子に適用することは困難
である。
物が使用されているが、良熱伝導性、機械的強度、絶縁
耐圧が要求される大型半導体素子に適用することは困難
である。
【０００７】本発明は熱伝導性、絶縁耐圧、機械的強度
の優れた絶縁物を半導体素子と冷却フィンとの間に設け
た放熱特性の良好な半導体装置を提供しようとするもの
である。
の優れた絶縁物を半導体素子と冷却フィンとの間に設け
た放熱特性の良好な半導体装置を提供しようとするもの
である。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用】本願第１の発明
は半導体素子に冷却フィンを設けてなる半導体装置にお
いて、窒化アルミニウムに希土類酸化物及びアルカリ土
類酸化物のうちの少なくとも一方を０．０５〜２重量％
添加した相対密度９８％以上の焼結体からなる絶縁物
を、前記半導体素子と前記冷却フィンとの間に設け、伝
導性の良好なコンパウンドを塗布したことを特徴とする
ものである。こうした半導体装置によれば窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）をベースとする熱伝導性の優れた緻密な
焼結体からなる絶縁物を半導体素子と冷却フィンの間に
設けているため、半導体素子で発生した熱を該絶縁物を
介して冷却フィンに効率良く伝達して冷却できる。しか
も、絶縁物を構成する焼結体はＡｌＮに希土類酸化物や
アルカリ土類酸化物を添加したもので、その酸化物によ
りＯ2 等の不純物を吸収する粒界相が形成されているた
め、単にＡｌＮをベースとする焼結体に比べて熱伝導性
を向上でき、前述した冷却効率を一層向上できる。ま
た、同焼結体はＡｌＮをベースとするため、絶縁耐圧や
機械的強度が高く、パワートランジスタ等の大型半導体
素子を組込んだ半導体装置も十分に実現できる。さら
に、同焼結体はＡｌＮに希土類酸化物等を添加したもの
であるため、これからなる絶縁物は半導体素子及び冷却
フィンに対する密着性が改善され、高信頼性の半導体装
置を得ることができる。
は半導体素子に冷却フィンを設けてなる半導体装置にお
いて、窒化アルミニウムに希土類酸化物及びアルカリ土
類酸化物のうちの少なくとも一方を０．０５〜２重量％
添加した相対密度９８％以上の焼結体からなる絶縁物
を、前記半導体素子と前記冷却フィンとの間に設け、伝
導性の良好なコンパウンドを塗布したことを特徴とする
ものである。こうした半導体装置によれば窒化アルミニ
ウム（ＡｌＮ）をベースとする熱伝導性の優れた緻密な
焼結体からなる絶縁物を半導体素子と冷却フィンの間に
設けているため、半導体素子で発生した熱を該絶縁物を
介して冷却フィンに効率良く伝達して冷却できる。しか
も、絶縁物を構成する焼結体はＡｌＮに希土類酸化物や
アルカリ土類酸化物を添加したもので、その酸化物によ
りＯ2 等の不純物を吸収する粒界相が形成されているた
め、単にＡｌＮをベースとする焼結体に比べて熱伝導性
を向上でき、前述した冷却効率を一層向上できる。ま
た、同焼結体はＡｌＮをベースとするため、絶縁耐圧や
機械的強度が高く、パワートランジスタ等の大型半導体
素子を組込んだ半導体装置も十分に実現できる。さら
に、同焼結体はＡｌＮに希土類酸化物等を添加したもの
であるため、これからなる絶縁物は半導体素子及び冷却
フィンに対する密着性が改善され、高信頼性の半導体装
置を得ることができる。
【０００９】上記希土類酸化物としては、例えばＹ2 Ｏ
3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｃｅ2 Ｏ3 ，Ｄｙ2 Ｏ3
等を、アルカリ土類酸化物としては、例えばＣａＯ，Ｍ
ｇＯ，ＢａＯ等を、挙げることができる。かかる希土類
酸化物、アルカリ土類酸化物の添加割合を上記の如く限
定した理由は、その量を０．０５重量％未満にすると、
常圧焼結での緻密化が困難になるばかりか絶縁物の熱伝
導性の向上化や絶縁物の半導体素子及び冷却フィンに対
する密着性の改善化を達成できず、かといってその添加
量が２重量％を越えると、絶縁物（焼結体）の熱伝導性
がかえって低下するばかりか、耐圧低下を招くからであ
る。
3 ，Ｌａ2 Ｏ3 ，Ｎｄ2 Ｏ3 ，Ｃｅ2 Ｏ3 ，Ｄｙ2 Ｏ3
等を、アルカリ土類酸化物としては、例えばＣａＯ，Ｍ
ｇＯ，ＢａＯ等を、挙げることができる。かかる希土類
酸化物、アルカリ土類酸化物の添加割合を上記の如く限
定した理由は、その量を０．０５重量％未満にすると、
常圧焼結での緻密化が困難になるばかりか絶縁物の熱伝
導性の向上化や絶縁物の半導体素子及び冷却フィンに対
する密着性の改善化を達成できず、かといってその添加
量が２重量％を越えると、絶縁物（焼結体）の熱伝導性
がかえって低下するばかりか、耐圧低下を招くからであ
る。
【００１０】上記焼結体の密度を限定した理由は、その
相対密度を９８％未満にすると、緻密で、熱伝導性、絶
縁耐圧の優れた焼結体とならないからである。
相対密度を９８％未満にすると、緻密で、熱伝導性、絶
縁耐圧の優れた焼結体とならないからである。
【００１１】また、本願第２の発明は半導体素子に冷却
フィンを設けてなる半導体装置において、窒化アルミニ
ウムに希土類酸化物及びアルカリ土類酸化物のうちの少
なくとも一方を０．０５〜２重量％、炭素または炭素化
物をＣ換算で０．０５〜２重量％添加した相対密度９８
％以上の焼結体からなる絶縁物を、前記半導体素子と前
記冷却フィンとの間に設け、伝導性の良好なコンパウン
ドを塗布したことを特徴とするものである。こうした半
導体装置によれば、ＡｌＮをベースとし、Ｏ2等の不純
物を吸収する粒界相を形成するための希土類酸化物等
と、Ｏ2 等の不純物を還元するための炭素等とを添加し
た熱伝導性が良好で緻密な焼結体からなる絶縁物を、半
導体素子と冷却フィンの間に設けているので、半導体素
子で発生した熱を該絶縁物を介して冷却フィンに極めて
良好に伝達でき、ひいては本願第１の発明に比べてより
一層冷却効率を向上できる。
フィンを設けてなる半導体装置において、窒化アルミニ
ウムに希土類酸化物及びアルカリ土類酸化物のうちの少
なくとも一方を０．０５〜２重量％、炭素または炭素化
物をＣ換算で０．０５〜２重量％添加した相対密度９８
％以上の焼結体からなる絶縁物を、前記半導体素子と前
記冷却フィンとの間に設け、伝導性の良好なコンパウン
ドを塗布したことを特徴とするものである。こうした半
導体装置によれば、ＡｌＮをベースとし、Ｏ2等の不純
物を吸収する粒界相を形成するための希土類酸化物等
と、Ｏ2 等の不純物を還元するための炭素等とを添加し
た熱伝導性が良好で緻密な焼結体からなる絶縁物を、半
導体素子と冷却フィンの間に設けているので、半導体素
子で発生した熱を該絶縁物を介して冷却フィンに極めて
良好に伝達でき、ひいては本願第１の発明に比べてより
一層冷却効率を向上できる。
【００１２】上記炭素化物としては、例えばタール，ピ
ッチ，或いはフェノール樹脂，エポキシ樹脂等の熱硬化
性樹脂等の有機物質を挙げることができる。かかる炭素
または炭素化物のＡｌＮへの添加量を上記範囲に限定し
た理由はその添加量を０．０５重量％未満にすると、焼
結体中のＯ2 等の不純物の還元を十分に達成できず、か
といってその添加量が２重量％を越えると、焼結性を劣
化させるからである。
ッチ，或いはフェノール樹脂，エポキシ樹脂等の熱硬化
性樹脂等の有機物質を挙げることができる。かかる炭素
または炭素化物のＡｌＮへの添加量を上記範囲に限定し
た理由はその添加量を０．０５重量％未満にすると、焼
結体中のＯ2 等の不純物の還元を十分に達成できず、か
といってその添加量が２重量％を越えると、焼結性を劣
化させるからである。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図１を参照して説明
する。
する。
【００１４】図中の１は平型の半導体素子であり、この
半導体素子１は端子２が取付けられた座３上に固定され
ている。この座３下面にはＡｌＮ焼結体４を介して冷却
フィン５が絶縁固定されている。このＡｌＮ焼結体４は
前記座３と冷却フィン５の間に挾んで矢印６方向から圧
接、乃至コンパウンドを塗布して固定されている。ま
た、前記ＡｌＮ焼結体４としてはＡｌＮにＹ2 Ｏ3 ０．
５重量％及びＭｇＯ０．５重量％添加した相対密度９９
％のもの、或いはＡｌＮにＹ2 Ｏ3 １．５重量％，Ｍｇ
Ｏ０．５重量％，及び炭素２重量％添加した相対密度９
９％のものを用いた。
半導体素子１は端子２が取付けられた座３上に固定され
ている。この座３下面にはＡｌＮ焼結体４を介して冷却
フィン５が絶縁固定されている。このＡｌＮ焼結体４は
前記座３と冷却フィン５の間に挾んで矢印６方向から圧
接、乃至コンパウンドを塗布して固定されている。ま
た、前記ＡｌＮ焼結体４としてはＡｌＮにＹ2 Ｏ3 ０．
５重量％及びＭｇＯ０．５重量％添加した相対密度９９
％のもの、或いはＡｌＮにＹ2 Ｏ3 １．５重量％，Ｍｇ
Ｏ０．５重量％，及び炭素２重量％添加した相対密度９
９％のものを用いた。
【００１５】このような構成によれば、、半導体素子１
が発熱すると、その熱は座３，ＡｌＮ焼結体４を通して
冷却フィン５に伝えられ大気に放散される。この際、Ａ
ｌＮにＹ2 Ｏ3 ，ＭｇＯを添加し、相対密度が９９％の
ＡｌＮ焼結体４は下記表１に示す如く熱伝導度が良好で
あり、座３と冷却フィン５間の温度降下は最小限で済む
ため、半導体素子１からの熱を冷却フィン５より効率よ
く放散できる。また、ＡｌＮにＹ2 Ｏ3 ，ＭｇＯ及びＣ
を添加し、相対密度が９９％のＡｌＮ焼結体４を用いた
場合は表１に示す如く更に熱伝導性が向上されるため、
半導体素子１からの熱を冷却フィン５より一層効率よく
放散できる。このように接触面に伝熱性の良好なコンパ
ウンド等を塗布して圧着すれば熱伝導は非常に良好とな
る。
が発熱すると、その熱は座３，ＡｌＮ焼結体４を通して
冷却フィン５に伝えられ大気に放散される。この際、Ａ
ｌＮにＹ2 Ｏ3 ，ＭｇＯを添加し、相対密度が９９％の
ＡｌＮ焼結体４は下記表１に示す如く熱伝導度が良好で
あり、座３と冷却フィン５間の温度降下は最小限で済む
ため、半導体素子１からの熱を冷却フィン５より効率よ
く放散できる。また、ＡｌＮにＹ2 Ｏ3 ，ＭｇＯ及びＣ
を添加し、相対密度が９９％のＡｌＮ焼結体４を用いた
場合は表１に示す如く更に熱伝導性が向上されるため、
半導体素子１からの熱を冷却フィン５より一層効率よく
放散できる。このように接触面に伝熱性の良好なコンパ
ウンド等を塗布して圧着すれば熱伝導は非常に良好とな
る。
【００１６】
【表１】 また、座３と冷却フィン５の間に介在したＡｌＮ焼結体
４は上表の如く機械的強度が高く、かつ強度のばらつき
を示すワイブル係数が増大し、しかも絶縁耐圧が優れて
いるため、冷却フィン５を外気に曝しても、ほこり、雪
等による絶縁劣化の問題がなく、冷却フィン５は素子１
に対して十分に絶縁されているので安全であり、更に素
子部が気密構造にできるので洗浄等の保守が容易とな
る。冷却フィン５を外気に曝せるので、自冷の場合は非
常に冷却上有利であり、絶縁劣化の問題がないのでフィ
ルター等の保護が不要となる。
４は上表の如く機械的強度が高く、かつ強度のばらつき
を示すワイブル係数が増大し、しかも絶縁耐圧が優れて
いるため、冷却フィン５を外気に曝しても、ほこり、雪
等による絶縁劣化の問題がなく、冷却フィン５は素子１
に対して十分に絶縁されているので安全であり、更に素
子部が気密構造にできるので洗浄等の保守が容易とな
る。冷却フィン５を外気に曝せるので、自冷の場合は非
常に冷却上有利であり、絶縁劣化の問題がないのでフィ
ルター等の保護が不要となる。
【００１７】なお、本発明に係る半導体装置は図１に示
す構造に限定されず、例えば図２〜図６に示す構造にし
てもよい。すなわち、図２の半導体装置はスタッド型の
半導体素子１をねじこみの座３に設け、ＡｌＮ焼結体４
を介して冷却フィン５に絶縁固定したものである。図３
の半導体装置は半導体素子１（座３）と冷却フィン５の
間の沿面距離を大きくとるためにヒダを付与した形状の
ＡｌＮ焼結体４を用いたものである。図４の半導体装置
は半導体素子１（座３）と冷却フィン５の間の沿面距離
を大きくとるために直径の大きなＡｌＮ焼結体４を用い
たものである。図５の半導体装置は片面ディスク状素子
に本発明を用いたものである。図６は冷却フィンを風胴
部１０に取付けて利用したものである。
す構造に限定されず、例えば図２〜図６に示す構造にし
てもよい。すなわち、図２の半導体装置はスタッド型の
半導体素子１をねじこみの座３に設け、ＡｌＮ焼結体４
を介して冷却フィン５に絶縁固定したものである。図３
の半導体装置は半導体素子１（座３）と冷却フィン５の
間の沿面距離を大きくとるためにヒダを付与した形状の
ＡｌＮ焼結体４を用いたものである。図４の半導体装置
は半導体素子１（座３）と冷却フィン５の間の沿面距離
を大きくとるために直径の大きなＡｌＮ焼結体４を用い
たものである。図５の半導体装置は片面ディスク状素子
に本発明を用いたものである。図６は冷却フィンを風胴
部１０に取付けて利用したものである。
【００１８】
【発明の効果】以上詳述した如く、本発明によれば熱伝
導性，絶縁耐圧，機械的強度の優れたＡｌＮ焼結体から
なる絶縁物を半導体素子と冷却フィンとの間に設けた放
熱特性が良好で信頼性の高い半導体装置を提供できる。
導性，絶縁耐圧，機械的強度の優れたＡｌＮ焼結体から
なる絶縁物を半導体素子と冷却フィンとの間に設けた放
熱特性が良好で信頼性の高い半導体装置を提供できる。
【図１】 本発明の一実施例を説明するための図。
【図２】 本発明の変形例を説明するための図。
【図３】 本発明の変形例を説明するための図。
【図４】 本発明の変形例を説明するための図。
【図５】 本発明の変形例を説明するための図。
【図６】 本発明の変形例を説明するための図。
【符号の説明】 １…半導体素子 ３…座 ４…ＡｌＮ焼結体 ５…冷却フィン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木島 研二 東京都府中市東芝町１ 株式会社東芝府中 工場内
Claims (2)
- 【請求項１】半導体素子に冷却フィンを設けてなる半導
体装置において、窒化アルミニウムに希土類酸化物及び
アルカリ土類酸化物のうちの少なくとも一方を０．０５
〜２重量％添加した相対密度９８％以上の焼結体からな
る絶縁物を、前記半導体素子と前記冷却フィンの間に設
け、伝導性の良好なコンパウンドを塗布して圧着したこ
とを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】半導体素子に冷却フィンを設けてなる半導
体装置において、窒化アルミニウムに希土類酸化物及び
アルカリ土類酸化物のうちの少なくとも一方を０．０５
〜２重量％、炭素又は炭素化物を炭素換算で０．０５〜
２重量％添加した相対密度９８％以上の焼結体からなる
絶縁物を、前記半導体素子と前記冷却フィンの間に設
け、伝導性の良好なコンパウンドを塗布して圧着したこ
とを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6238629A JP2598236B2 (ja) | 1994-09-07 | 1994-09-07 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6238629A JP2598236B2 (ja) | 1994-09-07 | 1994-09-07 | 半導体装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10530383A Division JPS59229843A (ja) | 1983-06-13 | 1983-06-13 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0794645A true JPH0794645A (ja) | 1995-04-07 |
| JP2598236B2 JP2598236B2 (ja) | 1997-04-09 |
Family
ID=17032991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6238629A Expired - Lifetime JP2598236B2 (ja) | 1994-09-07 | 1994-09-07 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2598236B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6428741B2 (en) | 1998-07-22 | 2002-08-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Aluminum nitride sintered body and method of preparing the same |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5023411A (ja) * | 1973-06-30 | 1975-03-13 | ||
| JPS5595351A (en) * | 1979-01-16 | 1980-07-19 | Toshiba Corp | Semiconductor cooling device |
| JPS5855377A (ja) * | 1981-09-28 | 1983-04-01 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
-
1994
- 1994-09-07 JP JP6238629A patent/JP2598236B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5023411A (ja) * | 1973-06-30 | 1975-03-13 | ||
| JPS5595351A (en) * | 1979-01-16 | 1980-07-19 | Toshiba Corp | Semiconductor cooling device |
| JPS5855377A (ja) * | 1981-09-28 | 1983-04-01 | 株式会社東芝 | 窒化アルミニウム焼結体の製造方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6428741B2 (en) | 1998-07-22 | 2002-08-06 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Aluminum nitride sintered body and method of preparing the same |
| CN1305807C (zh) * | 1998-07-22 | 2007-03-21 | 住友电气工业株式会社 | 包含通过烧结原料形成的烧结体的制品及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2598236B2 (ja) | 1997-04-09 |
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