JPH0851169A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPH0851169A JPH0851169A JP18570794A JP18570794A JPH0851169A JP H0851169 A JPH0851169 A JP H0851169A JP 18570794 A JP18570794 A JP 18570794A JP 18570794 A JP18570794 A JP 18570794A JP H0851169 A JPH0851169 A JP H0851169A
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- JP
- Japan
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- substrate
- steel
- semiconductor
- thermal expansion
- metal substrate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】半導体装置を冷却フィンに取り付けるときに冷
却フィンと接触する金属製基板の熱膨張係数が半導体チ
ップあるいはそれとの間に挿入される絶縁基板の熱膨張
係数と異なることによって起こる故障を防ぐ。 【構成】従来の金属製基板に用いられていた銅より弾性
係数の大きい鋼を基板材料とすることにより、熱応力に
よる基板の変形を小さくする。あるいは熱膨張係数の極
小のアンバーと銅との貼り合わせ板を金属製基板に用い
ることにより、半導体チップあるいは絶縁基板との熱膨
張係数の差を小さくする。
却フィンと接触する金属製基板の熱膨張係数が半導体チ
ップあるいはそれとの間に挿入される絶縁基板の熱膨張
係数と異なることによって起こる故障を防ぐ。 【構成】従来の金属製基板に用いられていた銅より弾性
係数の大きい鋼を基板材料とすることにより、熱応力に
よる基板の変形を小さくする。あるいは熱膨張係数の極
小のアンバーと銅との貼り合わせ板を金属製基板に用い
ることにより、半導体チップあるいは絶縁基板との熱膨
張係数の差を小さくする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体素体に発生する
熱を金属製基板を金属製冷却フィンに接触させて放熱す
る半導体装置に関する。
熱を金属製基板を金属製冷却フィンに接触させて放熱す
る半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電力用の半導体装置のように、半導体素
体に発生する熱の放散が重要となる半導体装置とは、半
導体装置を固定すると共に放熱のために容器外面に露出
する金属製装置を金属製冷却フィンに接触させて実装す
る。金属製基板の材料には、入手が容易なこと、加工性
が良いことならびに耐環境性が良いことなどの理由か
ら、一般に銅材が使用される。半導体装置が複数の半導
体素子からなるときには、各素子の半導体素体間の絶縁
のために、金属製基板上に絶縁基板を積重ね、その上に
各半導体素体を固着する。
体に発生する熱の放散が重要となる半導体装置とは、半
導体装置を固定すると共に放熱のために容器外面に露出
する金属製装置を金属製冷却フィンに接触させて実装す
る。金属製基板の材料には、入手が容易なこと、加工性
が良いことならびに耐環境性が良いことなどの理由か
ら、一般に銅材が使用される。半導体装置が複数の半導
体素子からなるときには、各素子の半導体素体間の絶縁
のために、金属製基板上に絶縁基板を積重ね、その上に
各半導体素体を固着する。
【０００３】図１はそのような半導体装置を冷却フィン
上に実装した状態を示す。容器の底部にある金属製基板
１の上には、絶縁基板２を介してトランジスタチップ３
１およびダイオードチップ３２が固着されている。チッ
プ上の電極およびチップ上の電極に接続された配線と容
器上部を貫通する外部引出し端子４とは端子導体５によ
って接続されている。容器の中には封止用ゲル７を注入
して半導体素体３１、３２を保護し、容器上部は樹脂製
の蓋８で閉塞する。この半導体装置の基板１を金属製冷
却フィン９の上にねじ止めし、基板１からの熱をフィン
９に放熱させる。
上に実装した状態を示す。容器の底部にある金属製基板
１の上には、絶縁基板２を介してトランジスタチップ３
１およびダイオードチップ３２が固着されている。チッ
プ上の電極およびチップ上の電極に接続された配線と容
器上部を貫通する外部引出し端子４とは端子導体５によ
って接続されている。容器の中には封止用ゲル７を注入
して半導体素体３１、３２を保護し、容器上部は樹脂製
の蓋８で閉塞する。この半導体装置の基板１を金属製冷
却フィン９の上にねじ止めし、基板１からの熱をフィン
９に放熱させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような半導体装
置の銅のような金属製基板１の材料とシリコンのような
半導体素体３１、３２の材料との熱膨張係数の差が大き
く、半導体素体の温度上昇あるいは環境からの熱による
冷却フィンの温度上昇により、金属製基板１が変形して
しまうおそれがある。あるいは半導体素体３１、３２が
破壊してしまうおそれがある。これらの問題は、熱膨張
係数が半導体材料に近い絶縁材料を基材とした絶縁基板
２を介挿しても避けられない。さらに熱伝導性を向上さ
せる目的で絶縁基板を薄くした場合は、金属製基板１の
変形により絶縁基板２が破壊するという問題がある。
置の銅のような金属製基板１の材料とシリコンのような
半導体素体３１、３２の材料との熱膨張係数の差が大き
く、半導体素体の温度上昇あるいは環境からの熱による
冷却フィンの温度上昇により、金属製基板１が変形して
しまうおそれがある。あるいは半導体素体３１、３２が
破壊してしまうおそれがある。これらの問題は、熱膨張
係数が半導体材料に近い絶縁材料を基材とした絶縁基板
２を介挿しても避けられない。さらに熱伝導性を向上さ
せる目的で絶縁基板を薄くした場合は、金属製基板１の
変形により絶縁基板２が破壊するという問題がある。
【０００５】本発明の目的は、上述の問題を解決し、半
導体素体あるいは冷却フィンの温度上昇時にも変形が少
ない金属製基板を有する半導体装置を提供することにあ
る。
導体素体あるいは冷却フィンの温度上昇時にも変形が少
ない金属製基板を有する半導体装置を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、請求項１記載の本発明は、半導体素体を支持する
金属製基板が半導体素体を収容する容器の下面に露出す
る半導体装置において、金属製基板が鋼よりなるものと
する。あるいは、請求項２記載の本発明は、その金属製
基板がＦｅ−Ｎｉ合金よりなる熱膨張係数の小さい板の
両面に銅板を貼り合わせてなるものとする。Ｆｅ−Ｎｉ
合金がアンバーであることが有効である。いずれの場合
も金属製基板に半導体素体が直接固着されても、絶縁基
板を介して固着されても良い。
めに、請求項１記載の本発明は、半導体素体を支持する
金属製基板が半導体素体を収容する容器の下面に露出す
る半導体装置において、金属製基板が鋼よりなるものと
する。あるいは、請求項２記載の本発明は、その金属製
基板がＦｅ−Ｎｉ合金よりなる熱膨張係数の小さい板の
両面に銅板を貼り合わせてなるものとする。Ｆｅ−Ｎｉ
合金がアンバーであることが有効である。いずれの場合
も金属製基板に半導体素体が直接固着されても、絶縁基
板を介して固着されても良い。
【０００７】
【作用】金属製基板の材料に鋼を用いると、鋼の弾性係
数は銅の弾性係数の1.８倍であるため、半導体素体ある
いは絶縁基板との熱膨張係数の差により応力が生じて
も、基板の変形は小さくなる。また、通常冷却フィンの
材料として用いられるＡｌとＦｅとの間の接触電位差が
ＡｌとＣｕとの間の接触電位差よりも小さいため、冷却
フィンが侵食されにくい。
数は銅の弾性係数の1.８倍であるため、半導体素体ある
いは絶縁基板との熱膨張係数の差により応力が生じて
も、基板の変形は小さくなる。また、通常冷却フィンの
材料として用いられるＡｌとＦｅとの間の接触電位差が
ＡｌとＣｕとの間の接触電位差よりも小さいため、冷却
フィンが侵食されにくい。
【０００８】金属製基板の材料にＦｅ−Ｎｉ合金よりな
る低熱膨張係数の板と銅板との貼り合わせ材を用いる
と、貼り合わせ材の全体の熱膨張係数を半導体材料ある
いは絶縁基板の絶縁材料の熱膨張係数に近付けることが
でき、熱応力による半導体素体あるいは絶縁基板の破壊
を少なくする。また、Ｆｅ−Ｎｉ合金の弾性係数は鋼の
弾性係数に近いため、熱応力による金属製基板の変形を
少なくする。
る低熱膨張係数の板と銅板との貼り合わせ材を用いる
と、貼り合わせ材の全体の熱膨張係数を半導体材料ある
いは絶縁基板の絶縁材料の熱膨張係数に近付けることが
でき、熱応力による半導体素体あるいは絶縁基板の破壊
を少なくする。また、Ｆｅ−Ｎｉ合金の弾性係数は鋼の
弾性係数に近いため、熱応力による金属製基板の変形を
少なくする。
【０００９】
【実施例】以下、図１に示した構造をもつ半導体装置に
おける本発明の二つの実施例について述べる。 実施例１：この実施例では、金属製基板１の材料として
低価格の鋼を用いた。銅に比して弾性係数の大きい鋼を
用いることにより、半導体との熱膨張係数の差により基
板応力が生じても、その変形が低減し、絶縁基板２の破
壊あるいはトランジスタチップ３１、ダイオードチップ
３２の破壊ないし特性変化を防止することができた。ま
た、冷却フィン９がアルミニウムである場合、Ａｌとの
接触電位差の大きい銅の代わりにＡｌとの接触電位差の
小さい鋼を用いることにより、冷却フィンのＡｌの侵食
が低減した。 実施例２：この実施例では、金属製基板１として、熱膨
張係数が極めて小さいことが知られているＮｉ３６％を
含むＮｉ−Ｆｅ合金よりなるアンバー (Invar)板の両面
にそれぞれその１／３の厚さの銅板を貼り合わせたＣＩ
Ｃクラッド板を用いる。このＣＩＣクラッド板の熱膨張
係数が絶縁基板２のセラミック材の熱膨張係数とほぼ同
じであり、Ｓｉの熱膨張係数に近いこのようなＣＩＣ基
板の採用は、絶縁基板２として0.２５ｍｍ厚さの薄いセ
ラミック板の一面に0.２５ｍｍ厚さの銅配線パターンを
設け、他面に金属製基板１とのはんだ付けのために銅板
を貼り合わせた絶縁基板を用いる場合に効果的である。
なお、ＣＩＣクラッド板の厚さの比を変更したり、ある
いはアンバー板の代わりにＮｉ％を変えたＦｅ−Ｎｉ合
金を用いたりすれば金属製基板全体としての熱膨張係数
を調整し、その半導体装置に最適なものにすることもで
きる。この実施例は、金属製基板１に直接半導体チップ
の電極をはんだ付けする場合にも、あるいは絶縁基板２
の銅からなる裏面をはんだ付けする場合にも有利であ
る。
おける本発明の二つの実施例について述べる。 実施例１：この実施例では、金属製基板１の材料として
低価格の鋼を用いた。銅に比して弾性係数の大きい鋼を
用いることにより、半導体との熱膨張係数の差により基
板応力が生じても、その変形が低減し、絶縁基板２の破
壊あるいはトランジスタチップ３１、ダイオードチップ
３２の破壊ないし特性変化を防止することができた。ま
た、冷却フィン９がアルミニウムである場合、Ａｌとの
接触電位差の大きい銅の代わりにＡｌとの接触電位差の
小さい鋼を用いることにより、冷却フィンのＡｌの侵食
が低減した。 実施例２：この実施例では、金属製基板１として、熱膨
張係数が極めて小さいことが知られているＮｉ３６％を
含むＮｉ−Ｆｅ合金よりなるアンバー (Invar)板の両面
にそれぞれその１／３の厚さの銅板を貼り合わせたＣＩ
Ｃクラッド板を用いる。このＣＩＣクラッド板の熱膨張
係数が絶縁基板２のセラミック材の熱膨張係数とほぼ同
じであり、Ｓｉの熱膨張係数に近いこのようなＣＩＣ基
板の採用は、絶縁基板２として0.２５ｍｍ厚さの薄いセ
ラミック板の一面に0.２５ｍｍ厚さの銅配線パターンを
設け、他面に金属製基板１とのはんだ付けのために銅板
を貼り合わせた絶縁基板を用いる場合に効果的である。
なお、ＣＩＣクラッド板の厚さの比を変更したり、ある
いはアンバー板の代わりにＮｉ％を変えたＦｅ−Ｎｉ合
金を用いたりすれば金属製基板全体としての熱膨張係数
を調整し、その半導体装置に最適なものにすることもで
きる。この実施例は、金属製基板１に直接半導体チップ
の電極をはんだ付けする場合にも、あるいは絶縁基板２
の銅からなる裏面をはんだ付けする場合にも有利であ
る。
【００１０】
【発明の効果】本発明によれば、冷却フィンと接触する
金属製基板の材料に、鋼材あるいはＦｅ−Ｎｉ合金と銅
との貼り合わせ材を用いることにより、高弾性係数のた
めに熱膨脹係数の差によって生ずる熱応力による基板の
変形が少なくなった。その上、上記の貼り合わせ材は熱
膨脹係数を半導体材料あるいは絶縁基板の絶縁材料に近
付けることができるため、熱応力自体を低減することが
可能になった。一方、低価格の鋼材を用いることによ
り、半導体装置の低価格化に有利になった。
金属製基板の材料に、鋼材あるいはＦｅ−Ｎｉ合金と銅
との貼り合わせ材を用いることにより、高弾性係数のた
めに熱膨脹係数の差によって生ずる熱応力による基板の
変形が少なくなった。その上、上記の貼り合わせ材は熱
膨脹係数を半導体材料あるいは絶縁基板の絶縁材料に近
付けることができるため、熱応力自体を低減することが
可能になった。一方、低価格の鋼材を用いることによ
り、半導体装置の低価格化に有利になった。
【図１】本発明の実施される半導体装置の一例の断面図
１ 金属製基板 ２ 絶縁基板 ３１ トランジスタチップ ３２ ダイオードチップ ６ 容器側壁 ９ 冷却フィン
Claims (5)
- 【請求項１】半導体素体を支持する金属製基板が半導体
素体を収容する容器の下面に露出するものにおいて、金
属製基板が鋼よりなることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】半導体素体を支持する金属製基板が半導体
素体を収容する容器の下面に露出するものにおいて、金
属製基板が鉄・ニッケル合金よりなる熱膨張係数の小さ
い板の両面に銅板を貼り合わせてなることを特徴とする
半導体装置。 - 【請求項３】鉄・ニッケル合金がアンバーである請求項
２記載の半導体装置。 - 【請求項４】金属製基板に半導体素体が直接固着された
請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置。 - 【請求項５】金属製基板に半導体素体が絶縁基板を介し
て固着された請求項１ないし３のいずれかに記載の半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18570794A JPH0851169A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18570794A JPH0851169A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0851169A true JPH0851169A (ja) | 1996-02-20 |
Family
ID=16175462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18570794A Pending JPH0851169A (ja) | 1994-08-08 | 1994-08-08 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0851169A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0812014A2 (en) * | 1996-06-06 | 1997-12-10 | General Motors Corporation | Power rectifier assembly |
| JPH1035164A (ja) * | 1996-04-25 | 1998-02-10 | Samsung Aerospace Ind Ltd | Ｉｃカード及びその製造方法 |
| JP2006066465A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-03-09 | Toyota Industries Corp | 半導体装置 |
| JPWO2013103066A1 (ja) * | 2012-01-07 | 2015-05-11 | 京セラ株式会社 | 回路基板およびそれを用いた電子装置 |
-
1994
- 1994-08-08 JP JP18570794A patent/JPH0851169A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1035164A (ja) * | 1996-04-25 | 1998-02-10 | Samsung Aerospace Ind Ltd | Ｉｃカード及びその製造方法 |
| EP0812014A2 (en) * | 1996-06-06 | 1997-12-10 | General Motors Corporation | Power rectifier assembly |
| EP0812014A3 (en) * | 1996-06-06 | 1999-09-22 | General Motors Corporation | Power rectifier assembly |
| JP2006066465A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-03-09 | Toyota Industries Corp | 半導体装置 |
| JPWO2013103066A1 (ja) * | 2012-01-07 | 2015-05-11 | 京セラ株式会社 | 回路基板およびそれを用いた電子装置 |
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