JPH1187577A

JPH1187577A - 半導体装置用ステム

Info

Publication number: JPH1187577A
Application number: JP25596497A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kojima; 哲也小島; Yutaka Nakamura; 豊中村; Toshihiko Fujimaru; 俊彦藤丸
Original assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Industries Co Ltd
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-03-30

Abstract

(57)【要約】【課題】アイレットに対するヒートシンクの取り付け
位置の精度を高めることができ、かつ、アイレットにヒ
ートシンクを接合するためのろう材を不要とすることの
できる半導体装置用ステムを得る。【解決手段】ヒートシンク２０を、高熱伝導性の第１
金属層２２の主面に、アイレット１０に抵抗溶接可能な
第２金属層２４が形成されたクラッド材を用いて形成す
る。そして、そのクラッド材からなるヒートシンク２０
の第２金属層２４をアイレット１０に、ろう材を用いず
に、抵抗溶接により接合する。そして、ヒートシンク２
０をアイレット１０に接合した際の、ヒートシンク２０
及びアイレット１０の熱膨張を、零に近い状態に抑え
る。そして、アイレット１０に対してヒートシンク２０
を位置決めするための治具と、それに組み込むアイレッ
ト１０及びヒートシンク２０との間のクリアランスを、
零に近い状態まで狭める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
（ＬＤ）等の高出力用の半導体チップを実装するための
半導体装置用ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記高出力用の半導体チップは、その動
作時に、高熱を発するため、熱伝導性の良い銅からなる
ヒートシンクを介して、ステムに実装される。その理由
は、上記高出力用の半導体チップが高温に加熱される
と、動作不良を起こしたり、その機能が損なわれたりす
るからである。

【０００３】従来の、上記ヒートシンクが備えられたス
テムは、図３に示したように、軟鋼で形成された円板状
等をしたアイレット１０に、銅からなるヒートシンク２
０が、Ａｇろう等を用いて、ろう付け接合されて、形成
されている。

【０００４】ところで、上記のようにして、銅からなる
ヒートシンク２０をアイレット１０にろう付け接合し
て、ステムを形成した場合には、アイレット１０に対し
てのヒートシンク２０の取り付け位置を、所望の精度の
範囲内に的確に位置決めできなかった。

【０００５】これは、次の理由による。ヒートシンク２
０をアイレット１０にろう付け接合する際には、カーボ
ン治具等の治具（図示せず）を用いて、ヒートシンク２
０をアイレット１０に対して位置決めしている。ところ
で、ヒートシンク２０をアイレット１０にろう付け接合
する際には、ヒートシンク２０が約８００℃に加熱され
る。銅からなるヒートシンク２０は、その熱膨張係数が
大きくて、約８００℃に加熱されると、常温時に比べ
て、その体積が相当に膨張する。従って、ヒートシンク
２０と該ヒートシンク位置決め用の上記治具との間に
は、相当のクリアランス（隙間）を設けなければならな
い。そのため、上記治具を用いては、銅からなるヒート
シンク２０をアイレット１０にろう付け接合する際に、
ヒートシンク２０をアイレット１０に対して正確に位置
決めできないからである。

【０００６】ちなみに、アイレット１０に対するヒート
シンク２０の取り付け位置の、例えば、図３に示したよ
うな、アイレット１０周縁に形成されたコの字状の切欠
き１４底部と、ヒートシンク２０内側面の半導体チップ
５０の搭載面との間の距離Ｌの精度は、±３０μｍが要
求される。それに対して、上記のようにして、ヒートシ
ンク２０をアイレット１０にろう付け接合した場合に
は、そのアイレット１０周縁に形成されたコの字状の切
欠き１４底部と、ヒートシンク２０内側面の半導体チッ
プ５０の搭載面との間の距離Ｌの精度は、せいぜい±
０．１５ｍｍとなってしまう。

【０００７】そのため、上記のようにして、ステムを形
成した場合には、アイレット１０にろう付け接合したヒ
ートシンク２０内側面の半導体チップ５０の搭載面を、
ポンチ等を用いて、プレス機等で平押ししている。そし
て、そのヒートシンク２０の半導体チップ５０の搭載面
とアイレット１０周縁の切欠き１４底部との距離Ｌの精
度を、±３０μｍ以内に補正している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようにして、アイレット１０にヒートシンク２０が接合
されてなるステムを形成した場合には、アイレット１０
にヒートシンク２０をろう付け接合する作業に加えて、
ヒートシンク２０の半導体チップ５０の搭載面をプレス
機等で平押しする面倒な作業が必要となり、その製造に
多大な手数と時間を要した。

【０００９】また、アイレット１０及びヒートシンク２
０に加えて、ヒートシンク２０をアイレット１０にろう
付け接合するための、Ａｇろう等のろう材（図示せず）
を必要とし、そのろう材の部品管理に多大な手数を要し
た。

【００１０】本発明は、このような課題に鑑みてなされ
たもので、アイレットに半導体チップ搭載用のヒートシ
ンクを正確に位置決した状態に取り付けることができ、
かつ、アイレットにヒートシンクを接合するためのろう
材を必要としない、半導体装置用ステム（以下、ステム
という）を提供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のステムは、半導体チップ搭載用のヒートシ
ンクがアイレットに接合されてなる半導体装置用ステム
であって、前記ヒートシンクが、高熱伝導性の第１金属
層の主面に、前記アイレットに抵抗溶接可能な第２金属
層が形成されたクラッド材を用いて形成され、該クラッ
ド材の第２金属層が、前記アイレットに抵抗溶接により
接合されていることを特徴としている。

【００１２】このステムにおいては、ヒートシンクを、
アイレットに、抵抗溶接により接合する構造をしてい
る。そのため、ヒートシンクをアイレットに抵抗溶接に
より接合した際には、アイレットとヒートシンクとの抵
抗溶接される接合面とその周辺部以外のアイレットとヒ
ートシンクの大部分が、ほぼ常温状態に保持される。そ
して、ヒートシンクをアイレットに抵抗溶接により接合
した際の、アイレットとヒートシンクとの熱膨張が、零
に近い状態に抑えられる。その結果、アイレットにヒー
トシンクを接合する際に用いるカーボン治具等の治具で
あって、アイレットに対してヒートシンクを位置決めす
るための治具と、それに組み込むアイレット及びヒート
シンクとの間のクリアランスを、零に近い状態まで狭め
ることができる。そして、アイレットに対するヒートシ
ンクの取り付け位置を、所望の精度の範囲内に的確に位
置決めできる。

【００１３】また、ヒートシンクをアイレットに抵抗溶
接により接合するため、アイレットにヒートシンクを接
合するためのろう材を、なくすことができる。そして、
そのろう材の部品管理を不要とすることができる。

【００１４】本発明のステムにおいては、クラッド材
が、第１金属層の上下の主面に第２金属層が形成された
３層構造のものであることを好適としている。

【００１５】このステムにあっては、クラッド材を用い
て形成されたヒートシンクの上下の主面に、アイレット
に抵抗溶接可能な第２金属層を配置できる。そして、そ
のヒートシンクの上下のいずれの主面をも、アイレット
に抵抗溶接できる。そのため、ヒートシンクが上下対称
である場合に、アイレットに抵抗溶接すべきヒートシン
クの第２金属層を配置した主面を見極める作業を、不要
とすることができる。そして、アイレットにヒートシン
クを抵抗溶接する作業の容易化が図れる。

【００１６】また、本発明のステムにおいては、第１金
属層が銅又は銅合金からなり、第２金属層が軟鋼などの
鉄からなる構造とすることを好適としている。

【００１７】このステムにあっては、ヒートシンクに搭
載した半導体チップが発する熱を、ヒートシンクの第１
金属層を形成している高熱伝導性の銅又は銅合金に効率
良く放散させることができる。また、ヒートシンクの主
面に配置した軟鋼などの鉄からなる第２金属層と、該層
を接合する軟鋼などの鉄からなるアイレットとは、いず
れもその抵抗率が銅又は銅合金等に比べて数段高く、そ
れらの第２金属層とアイレットとの間の抵抗値を充分に
高めることができる。そして、そのヒートシンクの第２
金属層を配置した主面をアイレットに的確に抵抗溶接で
きる。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
に従い説明する。図１と図２は本発明のステムの好適な
実施の形態を示し、図１はその斜視図、図２はそのヒー
トシンクの拡大斜視図である。以下に、このステムを説
明する。

【００１９】図のステムは、円板状をしたアイレット１
０が、軟鋼で形成されている。アイレット１０の左右の
周縁には、Ｖ字状の切欠き１２が設けられている。アイ
レット１０の前部の周縁には、コの字状の切欠き１４が
設けられている。これらの切欠き１２、１４は、アイレ
ット１０にヒートシンク２０を取り付ける際に、アイレ
ット１０に対してヒートシンク２０を位置決めするため
の基準マークに用いられる。また、アイレット１０を電
子装置（図示せず）に取り付ける際にも、アイレット１
０を電子装置に対して位置決めするための基準マークに
用いられる。

【００２０】アイレット１０の左右には、貫通孔１６が
設けられている。貫通孔１６には、金属製のリード３０
が、ガラス４０を介して、封着されている。リード３０
の上端は、アイレット１０上面の上方に突出し、リード
３０の下端は、アイレット１０下面の下方に突出してい
る。アイレット１０下面には、グランド用のリード３２
が、アイレット１０下面の下方に向けて突設されてい
る。

【００２１】以上の構成は、従来のステムと同様である
が、図のステムでは、アイレット１０上面に、図２に示
したような、扇型ブロック状のヒートシンク２０が、抵
抗溶接により接合されている。そして、アイレット１０
上面に半導体チップ５０搭載用のヒートシンク２０が突
出している。

【００２２】ヒートシンク２０は、高熱伝導性の第１金
属層２２の上下の主面に第２金属層２４が形成されたク
ラッド材を用いて形成されている。第１金属層２２は、
銅又は銅合金で形成されている。第２金属層２４は、軟
鋼からなるアイレット１０に抵抗溶接可能な軟鋼などの
鉄で形成されている。そして、ヒートシンク２０の第２
金属層２４が配置された主面が、軟鋼からなるアイレッ
ト１０に抵抗溶接されている。

【００２３】図１と図２に示したステムは、以上のよう
に構成されている。このステムにおいては、ヒートシン
ク２０がアイレット１０に抵抗溶接により接合される構
造のため、アイレット１０にヒートシンク２０を接合し
た際には、アイレット１０とヒートシンク２０との抵抗
溶接される接合面とその周辺部以外は、ほぼ常温状態に
保持し続けられる。そして、アイレット１０にヒートシ
ンク２０を接合した際の、アイレット１０及びヒートシ
ンク２０の熱膨張が、零に近い状態に抑えられる。その
結果、アイレット１０にヒートシンク２０を接合する際
に用いるカーボン治具等の治具（図示せず）であって、
アイレット１０に対してヒートシンク２０を位置決めす
るための治具と、それに組み込むアイレット１０及びヒ
ートシンク２０との間のクリアランスを、零に近い状態
まで狭めることができる。そして、アイレット１０に対
するヒートシンク２０の取り付け位置を、所望の精度の
範囲内に的確に位置決めできる。

【００２４】また、ヒートシンク２０の上下の主面に、
アイレット１０に抵抗溶接可能な第２金属層２４を配置
できる。そして、そのヒートシンク２０の上下のいずれ
の主面をも、アイレット１０に抵抗溶接できる。そのた
め、ヒートシンク２０が、図２に示したように、上下対
称である場合に、アイレット１０に抵抗溶接すべきヒー
トシンク２０の主面を見極める作業を、不要とすること
ができる。

【００２５】また、ヒートシンク２０に搭載した半導体
チップ５０が発する熱を、ヒートシンク２０の高熱伝導
性の銅又は銅合金からなる第１金属層２２に効率良く放
散させることができる。それと共に、ヒートシンク２０
の主面に配置した軟鋼などの鉄からなる第２金属層２４
と、該層を接合する軟鋼からなるアイレット１０とは、
いずれもその抵抗率が銅又は銅合金等に比べて数段高
く、それらの軟鋼などの鉄からなる第２金属層２４と軟
鋼からなるアイレット１０との間の抵抗値を充分に高め
ることができる。そして、そのヒートシンク２０の第２
金属層２４を配置した主面をアイレット１０に的確に抵
抗溶接できる。

【００２６】なお、上述のステムにおいては、ヒートシ
ンク２０を、高熱伝導性の第１金属層２２の上下のいず
れか一方の主面に第２金属層２４が形成された２層構造
のクラッド材を用いて形成しても良い。そして、その２
層構造のクラッド材を用いて形成したヒートシンク２０
の第２金属層２４を配置した主面を、アイレット１０に
抵抗溶接により接合しても良い。そして、そのようにし
ても、上述のステムと同様な作用、効果を持つステムを
提供できる。

【００２７】また、第１金属層２２は、銅又は銅合金以
外の高熱伝導性の金属で形成しても良い。同様に、第２
金属層２４も、アイレット１０に抵抗溶接可能な軟鋼な
どの鉄以外の金属で形成しても良い。

【００２８】また、ヒートシンク２０をアイレット１０
に抵抗溶接により確実かつ容易に接合するためには、ヒ
ートシンク２０の表面に、ニッケルめっき等のめっきを
予め施すのが望ましい。また、それに加えて、アイレッ
ト１０の表面にも、ニッケルめっき等のめっきを予め施
すのが望ましい。

【００２９】また、ヒートシンク２０の第２金属層２４
は、該層からなるヒートシンク２０の主面をアイレット
１０に抵抗溶接により接合するのに支障のない範囲内
で、極力薄く形成するのが良い。そして、その代わり
に、ヒートシンク２０の第１金属層２２を、極力厚く形
成するのが良い。そして、ヒートシンク２０に搭載した
半導体チップ５０が発する熱を、体積量の大きい高熱伝
導性の第１金属層２２に効率良く迅速に放散させること
ができるようにすると良い。

【００３０】また、上述のステムにおいては、銅又は銅
合金等からなる第１金属層２２を配置したヒートシンク
２０の内側面を、半導体チップ５０の搭載面としている
が、場合によっては、軟鋼などの鉄等からなる第２金属
層２４を配置したヒートシンク２０の上面を、半導体チ
ップ５０の搭載面としても良い。そして、そのようにし
た場合にも、半導体チップ５０が発する熱を、第２金属
層２４を通して、高熱伝導性の第１金属層２２に効率良
く放散させることができる。

【００３１】また、本発明は、アイレット１０が軟鋼以
外の４２アロイ（鉄―ニッケル合金）等で形成されたス
テムにも利用可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のステムに
よれば、ヒートシンクをアイレットに、ろう材を用いず
に、抵抗溶接により接合できる。そして、ステムの組み
立て作業工程の大幅な簡易化、迅速化が図れる。

【００３３】また、アイレットにヒートシンクを接合す
る際に、アイレットに対するヒートシンクの取り付け位
置の精度を大幅に高めることができる。

【００３４】また、ヒートシンクをアイレットに接合す
るためのろう材が不要となる。そして、該ろう材の部品
管理を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステムの斜視図である。

【図２】本発明のステムのヒートシンクの拡大斜視図で
ある。

【図３】従来のステムの斜視図である。

【符号の説明】

１０アイレット１２、１４切欠き１６貫通孔２０ヒートシンク２２第１金属層２４第２金属層３０、３２リード４０ガラス５０半導体チップ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体チップ搭載用のヒートシンクがア
イレットに接合されてなる半導体装置用ステムであっ
て、前記ヒートシンクが、高熱伝導性の第１金属層の主面
に、前記アイレットに抵抗溶接可能な第２金属層が形成
されたクラッド材を用いて形成され、該クラッド材の第
２金属層が、前記アイレットに抵抗溶接により接合され
ていることを特徴とする半導体装置用ステム。
【請求項２】クラッド材が、第１金属層の上下の主面
に第２金属層が形成された３層構造のものである請求項
１記載の半導体装置用ステム。
【請求項３】第１金属層が銅又は銅合金からなり、第
２金属層が軟鋼などの鉄からなる請求項１又は２記載の
半導体装置用ステム。