JPS5835956A - 混成集積回路装置 - Google Patents

混成集積回路装置

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JPS5835956A
JPS5835956A JP13412281A JP13412281A JPS5835956A JP S5835956 A JPS5835956 A JP S5835956A JP 13412281 A JP13412281 A JP 13412281A JP 13412281 A JP13412281 A JP 13412281A JP S5835956 A JPS5835956 A JP S5835956A
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JP
Japan
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plate
insulator
metal
thermal
molybdenum
Prior art date
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Pending
Application number
JP13412281A
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English (en)
Inventor
Yasutoshi Kurihara
保敏 栗原
Komei Yatsuno
八野 耕明
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/373Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
    • H01L23/3733Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon having a heterogeneous or anisotropic structure, e.g. powder or fibres in a matrix, wire mesh, porous structures
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は混成集積回路装置に係り、特に大電力容量の混
成集積回路装置用絶縁基板に関する。
高出力トランジスタ等の半導体素子を複数個塔載した混
成集積回路装置(以下混成IC)では、数アンペア以上
の主電流が流れるが、この際半導体素子としてのトラン
ジスタペレットは通常発熱する。この発熱に起因する特
性の不安定化や寿命の加速的劣化を避けるため、トラン
ジスタペレットが許容制限温度を越えて昇温するのを防
止する方法がとられなければならない。又、混成ICに
塔載される回路素子、・中でも半導体素子は他の回路素
子と電気的に絶縁されなけnばならない場合が多い。さ
らに、高度な機能が要求される混成ICでは、塔載され
た回路素子が外部からの影響、とくに電磁波妨害を受け
ないようにするだめの方策や安全上の見地から、回路素
子はその収納容器から電気的にしゃ断されていなければ
ならない。
このような要請を満たすためには放熱性や電気絶縁性に
優扛た絶縁基板が必要になる。このような絶縁基板を有
する混成ICの一例として、第1図に示す断面図の工う
に、ヒートシンクとしての役割を併せて担う銅のごとき
支持板1上に鉛−錫系はんだ等からなる第1の金属層2
を介してアルミナ板3を固着し、このアルミナ板3上の
所要面に選択的に設けられた金属化層及び鉛−錫系はん
だ等からなる第2の金属層4上にモリブデンやタングス
テンのようなスペーサ5を鉛−錫系はんだ等を介して一
体化された構造物が知られている。
この際、半導体素子6はスペーサ5上に鉛−錫系はんだ
により接着される。
しかしながら、以上のごとき従来の絶縁基板を用いた混
成ICでは、次のような未解決の課題が残されていた。
即ち、鉛−錫系はんだの電気伝導率は一般に導体として
用いられる銅、アルミニウム、銀等に比べて小さいこと
や、鉛−錫系はんだを熱融着する際はんだ層内にボイド
が発生するがこのボイドの存在により、混成−ICの主
要な電流、路となる第2の金属層4の電気抵抗が大きく
なる。
この抵抗成分が大きいほど混成ICの電力損失が増大す
るとともに電気的なスイッチングスピードの低下が著し
くなる。この問題は大容量の混成ICはど深刻でへる。
この欠点を改良した混成ICとして、第2図に示すよう
に、スペーサ5と第2の金属層4間に銅のごとき導体板
8を追加した構造が知られている。
この際導体板8とスペーサ5は第3の金属層9で一体化
されている。この場合は導体板8の存在によって電気抵
抗の増大、即ち電力損失の増大及びスイッチングスピー
ドの低下を防止する点では有効であるが、部品点数が増
えるとともに混成集積回路装置の組立工数が増すなど経
済性の点では不利である。又、導体板8とアルミナ板3
との一体化部は発熱体となる半導体素子6に近接してい
るため熱ストレスを受けやすい。この除銅の熱膨張係数
(18X 10−’/”C)とアルミナのそれ(6,3
x10−7℃)とは差が大きく、一体化部の熱疲労が進
行しやすい。この問題は一体化部の面積が大きいほど深
刻である。
本発明は前述の欠点を改め、放熱性を損なわずに、電流
路の電気抵抗の増大を防止し、併せて部品点数の少ない
簡素な構成の混成ICを提供することを目的とする。
以上の目的を達成してなる本発明の混成集積回路装置は
、少くとも板状又はフィルム状絶縁物、該絶縁物の第1
の主表面側に一体化された金属支持板、そして該絶縁物
の第1の主表面に対向する第2の主表面側に一体化され
た金属板とから構成され、該金属支持板と金属板とが相
互に熱的忙結合されるとともに電気的に分離された構造
物において、該金属板がモリブデン又はタングステンあ
るいはこnらを主成分とする合金材・クラツド材からな
り、該金属板上に複数の半導体素子ペレットが導電性金
属ソルダを介して固着されることを特徴とする。
第3図は前述の本発明の特徴をさらに詳細に説明するだ
めの具体例である。同図において、11は金属支持板1
2との間に絶縁物13を介して接着材14.15により
一体化されたモリブデン又はタングステンからなる金属
板であり、複数の半導体素子6は金属板11上に鉛−錫
系はんだ等の金属ソルダ(図示せず)により固着される
。金属支持板12としては放熱性が良い点やコストが低
い点で銅又はアルミニウムの如き金属が好しいが必要な
ら鉄−ニッケル系合金材あるいは銅−炭素繊維複合材で
あってもよい。絶縁物13としてはアルミナ、窒化シリ
コン、窒化アルミニウム、窒化ボロン、炭化シリコン、
酸化ベリリウム等絶縁性や熱伝導性に優れるセラミクス
板又はポリイミド系樹脂やシリコーン系樹脂等のような
樹脂フィルムが使用できる。接着材14.15としては
、絶縁物13がセラミクス板の場合はこれらセラミクス
板表面に設けられた金属化層と鉛−錫系はん脂、シリコ
ーン系樹脂等の樹脂がその役割を担う。
絶縁物13上に設けられる金属板11としてのモリブデ
ンやタングステンは、セラミクス板や半導体素子6との
金属ソルダにより一体化をはかる必要から、表面に金属
ソルダとのぬれ性に優れる金属、例えばニッケル等をめ
っきしたものが好ましく、その寸法は搭載される素子の
数や寸法、そして素子の発熱量に応じて決定されるべき
ものである。
以上の構成によれば、モリブデンやタングステンノ熱膨
張係数(モリプデ7 : 4.9 X 10−’/”C
タングステン: 4.5 X 10=/”C)がセラミ
クス板のそれ(アルミナ: 6.3 X 10−’/’
C、窒化シリコン: 3.5 x 10’−’/”C、
窒化アルミニウム:4.8X10”’/”C、窒化ボロ
ン: 1.4 X 10−’/’C、炭化シリコン: 
4 X 10−’/”CI酸化ベリリウムニア、6X1
0−’/”C)に近接しているため、これらの一体化部
における熱疲労を防止できる。又、絶縁物13が樹脂の
場合はモリブデンやタングステンとの熱膨張係数差が大
きいが、こnら樹脂は軟らかくそれ自体で熱歪を成豚す
るため一体化部の熱疲労は起りにくい。加えて金属板1
1としてのモリブデンやタングステンか混成ICの主要
な電流路としての役割を担い、半導体素子が金属板11
上に直接搭載されるため抵抗成分の増大を避けることが
できる。さらに金属板11上に複数個の半導体素子6が
搭載され、かつ金属板11も絶縁物13に直接一体化さ
れるため部品点数の低減や工数の低減に多大の寄与をす
る。なお、これら金属板の熱膨張係数は半導体素子6の
材料であるシリコンのそれ(〜3X10−6/”C)に
近接しているため、熱疲労を防止し得ることは当然であ
り、したがって従来構造において必要としたスペーサ5
は不要となる。
以下、不発明ft実施例にエリ更に詳細に説明する。
実施例1 本実施例では5A級整流回路モジュールに適用した場合
を説明する。
このモジュールは、第4図に示すように、表面にニッケ
ルめっきを施した幅32mm、長さ5 Qmm。
厚さ1.6mmの銅支持叛21と、両面に湿式法によっ
て形成したタングステン層とその上にめっきに工って形
成したニッケル層からなる金属化領域を有する幅25m
m 、長さ3 Qmm、厚さQ、6mmのアルミナ叛2
2と、弐面にニッケルめっきを施した幅22mm、長さ
12mm、厚さQ、5mmのモリブデン板23を鉛−錫
系はんだ24.25’!r介して一体化した構造を有す
る。モリブデン板23上にはシリコンダイオードペレッ
ト26をそれぞれ2個づつ鉛−錫一銀系はん′だ(図示
せず)を介して固着し、所定の電気配線、樹脂モールド
(図示せず)を施して整流ブリッジ回路を有するモジュ
ールとじたものである。
本モジュールのダイオードペレット26 、!:銅支持
fi21間の熱抵抗は0.35℃/W と第2図に示す
と同様のモジュールに比べて孫色のない値が得ら;nた
。これは、モリブデン板そのものの放熱性(熱伝導率;
 0,35 cal 7cm−’C−s )は銅のそれ
(Q、g4cal 7cm、”C−s )に比ヘテ必ず
しも良くはないが、実質的にモリブデン板23が導体の
役割を担うため、第2図における導体板8が不要なこと
、2個のダイオードペレット26は広面積のモリブデン
板23に搭載されているためペレットからの発熱を広げ
るのに有効な構造になっていること、そして熱伝導性の
左程よくないはんだ(熱伝導率: Q、Q(58Cal
/Cm、℃、5)の使用を軽減できること、に工り総合
的にモジュールとしての放熱性を向上し得たものと考え
られる。
又、本実施例のモジュールの電力損失は実質的に第2図
の構造の場合と同等であることが確認された。これは主
要な電流路が厚いモリブデン板23で構成されているた
め、電気抵抗の増大を避は得た結果と考えられる。さら
に、モIJフ′テン依23上にダイオードペレット26
を複数個搭載できしかも部品数を低減できるため、工数
の4氏減ひいては経済性の向上をはかり得ること75E
確認された。ナオ、本モジュールに、室温(S分)−十
150℃(25分)−室温(5分) −−55°C(5
分)・・・・・・・・・ の熱サイクルを500回、そ
して夕°イオードペレットに断続通電して50℃の温度
変イヒを20.000サイクル与えたが、アルミナ板2
2とモリブデン$23間の接着部には何等の異常も見出
さ詐なかった。これは両者の熱膨張係数カミ近接してい
るため熱疲労を生じにくい構成になっていることに起因
している。
実施例2 本実施例では前記実施例1と同様であるカニ、モリブデ
ン板230代りに表面にニッケルめっきを施した同寸法
のタングステン板を用いたものである。
本そジュールの放熱性、電力損失、経済性そして耐熱疲
労性は前記実施例1とはIす同等でおった。
この理由は前記実施例1と同様である。
実施例3 本実施例では50A級インバータの電流制御パワーモジ
ュールについて説明する。
本モジュールは第5図に示すように、表面にニッケルめ
っきを施した幅28mm 、長さ99mm、厚さ3mm
の銅支持板31と、湿式法によって形成したタングステ
ン層およびその上にめっき法で形成したニッケル層から
なる金属化領域を両面に(ただし上面においては選択的
に)有する幅20mm、長さ3Qmm、厚さ015mm
のアルミナ板32と、これら金属化領域の半導体素子搭
載部に配置された厚さQ、5mmのモリブデン板33と
、金属化領域の他の部分に配置されたアルミニウムをク
ララ8ドした鉄−ニッケル合金板34,35.36とを
それぞれの間に鉛−錫系はんだ37,38゜39を介し
て一体化した構造を有する。なお、(a)は平面図であ
り、Φ)は(a)におけるA−A′での断面図゛である
。モリブデン板33上にはシリコントランジスタペレッ
トを4個、そしてシリコンダイオードベレット1個(い
ずれもモリブデン板1枚当りの数)を鉛−錫一銀系はん
だを介して固着し、所定の電気配線、樹脂モールド(図
示せず)を施して第6図に示す電気回路を有するモジュ
ールを得た。
なお、第6図において、101,102,103゜10
4はダイオード、201,202,203゜204.2
05,206,207,208はトランジスタ、301
,302は抵抗である。
以上の構成で得たモジュールを5kVA級インバータに
組込み、定格電力に対して150%の過負荷運転を試み
たが、1,000時間の連続運転をしても正常に作動す
ることが確認された。又、150チ過負荷の断続運転’
il OO0回試みた結果、正常な作動がなされた。以
上のように安定した作動がなされたのはインバータの電
力回路を担うモジュールの作動が安定になされたためで
あり、この理由は前記実施例1の場合と同様である。さ
らに、このインバータで、500H2−5000H2(
7)周波数帯域での電流制御を試みたが正常に作動する
ことが確認された。これは、前記実施例1と同様の理由
によりモジュール内でのスイッチング動作が正常になさ
れたためでるる。なお、本実施例モジュールにおいても
前記実施例1と同様の経済的効果が認められた。
以上、本発明を実施例により説明したが、本発明はこれ
らのみに限定されるものではなく、例えば次のような構
成の場合でも本発明の効果ないし利点を享受できる。
(1)  金属支持板とモリブテン又はタングステン板
からな−る金属板とが樹脂物からなる絶縁物を介して一
体化さ扛ているような場合。この場合でも、金属板には
複数個の半導体素子が搭載されることには変りない。
(2)金属板上に複数個の半導体素子とともに他の回路
素子、例えば抵抗、コンデンサの如き素子が併せて搭載
された場合。
(3)金属板がモリブデンあるいはタングステンを主成
分として含む合金材あるいは他の金属薄層を一体化した
クラツド材である場合。
以上の工うに、本発明によれば次の効果ないし利点を享
受できる。
(1)熱流経路に存在する部品点数を減らし、熱を広げ
て伝達し、熱伝導性の左程よくないはんだの使用量を減
らすことが可能なため、総合的に絶縁基板の放熱性を高
めることができる。
(2)主要な電流路が厚い金属板で構成されているため
電気抵抗の増大を避けることができる。このことにより
電力損失の低減やスイッチングスピードの低下防止をは
かり得る。
(3)部品点数が少なく、したがって製作工数を減らす
ことができるため、経済的効果が大きい。
(4)金属板としてモリブテン又はタングステンを用い
るため、絶縁物としてのセラミクス板との一体化部の熱
疲労を低減できる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は従来例を示す図、第3図ないし6
図は本発明の実施例を示す図である。 12・・・支持板、13・・・絶縁物、11・・・金属
板、6゜26・・・半導体素子。 第1図 12 第4図 第5図 第6図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、板状又はフィールム状絶縁物と該絶縁物の第1の主
    表面側に一体化された金属支持板と該絶縁物の第1の主
    表面に対向する第2の主表面側に一体化された実質的に
    モリブデンあるいはタング7テンから成る金属板とを有
    し、該金属支持板と金属板とが相互に熱的に結合される
    とともに電気的に分離され、該金属板上に複数の半導体
    素子ペレットが導電性金属ソルダを介して固着されてな
    ることを特徴とする混成集積回路装置。
JP13412281A 1981-08-28 1981-08-28 混成集積回路装置 Pending JPS5835956A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6096828U (ja) * 1983-12-07 1985-07-02 日産自動車株式会社 放熱性半導体装置
US5138439A (en) * 1989-04-04 1992-08-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device
AT414061B (de) * 2002-06-03 2006-08-15 Datacon Semiconductor Equip Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer, insbesondere vertikalen, anordnung aus mindestens zwei elektronischen komponenten
US8413333B2 (en) 2001-04-09 2013-04-09 Jeff Dinkel Method for making an asymmetrical concrete backerboard

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6096828U (ja) * 1983-12-07 1985-07-02 日産自動車株式会社 放熱性半導体装置
US5138439A (en) * 1989-04-04 1992-08-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device
US8413333B2 (en) 2001-04-09 2013-04-09 Jeff Dinkel Method for making an asymmetrical concrete backerboard
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