JPS59161855A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS59161855A JPS59161855A JP3760083A JP3760083A JPS59161855A JP S59161855 A JPS59161855 A JP S59161855A JP 3760083 A JP3760083 A JP 3760083A JP 3760083 A JP3760083 A JP 3760083A JP S59161855 A JPS59161855 A JP S59161855A
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- Japan
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- thermal expansion
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
- H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
- H01L23/373—Cooling facilitated by selection of materials for the device or materials for thermal expansion adaptation, e.g. carbon
- H01L23/3737—Organic materials with or without a thermoconductive filler
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
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- Die Bonding (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は半導体装置に係り，特に，ろう材の熱疲労特性
を高めた車両用半導体装置に関するものである。
を高めた車両用半導体装置に関するものである。
従来より一般に用いられている車両用半導体装置の例を
取り、ろう材の熱疲労特性を図を用いて説明する。
取り、ろう材の熱疲労特性を図を用いて説明する。
第１図は当該半導体装置の平面図である。
第１図において，正極となる放熱電極板１の各凹部１ａ
に整流方向を揃えて半導体チツプが配置され，他方負極
となる放熱電極板２の各凹部２ａにも放熱電極板１の場
合とは逆の整流方向に方向を揃えて半導体チツプが配置
され，それぞれの半導体チツプを各放熱電極板１，２に
固着された端子台３，４の入力端子５，６に電気的に接
続した構成となつている。
に整流方向を揃えて半導体チツプが配置され，他方負極
となる放熱電極板２の各凹部２ａにも放熱電極板１の場
合とは逆の整流方向に方向を揃えて半導体チツプが配置
され，それぞれの半導体チツプを各放熱電極板１，２に
固着された端子台３，４の入力端子５，６に電気的に接
続した構成となつている。
以下，第１図のＡ−Ａ切断線に沿う断面図を用いて従来
装置の具体的構成例を説明する。
装置の具体的構成例を説明する。
第２図において，放熱電極板２に予じめプレス加工等に
より凹部２ａを形成しておき，ここに半導体チツプ７，
リード電極８をろう材９ａ，９ｂを介して順次固着する
。リード電極８の半導体チツプ７との固着部はヘツダー
形状となつており，中間にはクツシヨン部８ａが設けら
れている。半導体チツプ７の表面保護材としてシリコー
ンゴム１０が凹部２ａに充填される。リード電極８の上
端部はエポキシ樹脂等からなる端子台４に保持された入
力端子６とろう材１１で接続されている。尚，放熱電極
板２と端子台４は固着用リベツト等で機械的に固着され
ている。
より凹部２ａを形成しておき，ここに半導体チツプ７，
リード電極８をろう材９ａ，９ｂを介して順次固着する
。リード電極８の半導体チツプ７との固着部はヘツダー
形状となつており，中間にはクツシヨン部８ａが設けら
れている。半導体チツプ７の表面保護材としてシリコー
ンゴム１０が凹部２ａに充填される。リード電極８の上
端部はエポキシ樹脂等からなる端子台４に保持された入
力端子６とろう材１１で接続されている。尚，放熱電極
板２と端子台４は固着用リベツト等で機械的に固着され
ている。
又、第３図に示す従来例では，凹部２ａと半導体チツプ
７の間に銅よりなる凹状補助支持板１２が介在され、相
互間はろう材９ａ，９ｃで固着されると共にリード電極
８の所謂Ｓベント部８ｂが半導体チツプ７にろう材９ｂ
により固着されている。
７の間に銅よりなる凹状補助支持板１２が介在され、相
互間はろう材９ａ，９ｃで固着されると共にリード電極
８の所謂Ｓベント部８ｂが半導体チツプ７にろう材９ｂ
により固着されている。
上記従来装置において，運転動作時には装置温度が上昇
し。停止時には装置温度が低下するので車両の運転につ
れて、装置には温度サイクルが繰り返し加わることにな
る。
し。停止時には装置温度が低下するので車両の運転につ
れて、装置には温度サイクルが繰り返し加わることにな
る。
温度サイクルが加わつた時，構成部品間の熱膨張係数差
によつて，各部品を結合しているろう材９ａ〜９ｃには
，半導体チツプ７の主表面と平行な方向のせん断応力と
半導体チツプ７の主表面と垂直な方向の引張又は圧縮の
荷重が連続して加わることになり，ろう材９ａ〜９ｃの
熱疲労を招くことになる。ろう材９ａ〜９ｃの熱疲労寿
命は装置自身の寿命に直接影響する重要な項目であり，
熱疲労特性を向上させるには，上記したせん断応力，引
張又は圧縮の荷重を小さくしなければならない。
によつて，各部品を結合しているろう材９ａ〜９ｃには
，半導体チツプ７の主表面と平行な方向のせん断応力と
半導体チツプ７の主表面と垂直な方向の引張又は圧縮の
荷重が連続して加わることになり，ろう材９ａ〜９ｃの
熱疲労を招くことになる。ろう材９ａ〜９ｃの熱疲労寿
命は装置自身の寿命に直接影響する重要な項目であり，
熱疲労特性を向上させるには，上記したせん断応力，引
張又は圧縮の荷重を小さくしなければならない。
ろう材個々の熱疲労寿命Ｎｆは下式で表わされる。
Ｎｆ＝Ｂ／（Δγ＋Ａ・Δσ）２…（１）Δγ：せん断
応力の振幅 Δａ：荷重（引張又は圧縮）の振幅 Ａ，Ｂ：定数 せん断応力の振幅Δγの主な要因は，部材の熱膨張係数
，温度上昇，ろう材の厚さ， 部材のろう材との固着面の寸法等があり，荷重の振幅Δ
σの主な要因として，部材の熱膨張係数，温度上昇，部
材の固着面積等がある。即ち，せん断応力，荷重を小さ
くするには、部材間の熱膨張係数差，温度上昇をそれぞ
れ小さくする必要があり、両従来装置についてみると、
ろう材９ａ，９ｂについて、このような対策を施す必要
があることになる。
応力の振幅 Δａ：荷重（引張又は圧縮）の振幅 Ａ，Ｂ：定数 せん断応力の振幅Δγの主な要因は，部材の熱膨張係数
，温度上昇，ろう材の厚さ， 部材のろう材との固着面の寸法等があり，荷重の振幅Δ
σの主な要因として，部材の熱膨張係数，温度上昇，部
材の固着面積等がある。即ち，せん断応力，荷重を小さ
くするには、部材間の熱膨張係数差，温度上昇をそれぞ
れ小さくする必要があり、両従来装置についてみると、
ろう材９ａ，９ｂについて、このような対策を施す必要
があることになる。
第２図に示す従来装置は、端子台４が大きな熱膨張係数
を持つているため、リード電極８の中間にクツシヨン部
８ａを設けることにより，荷重を吸収せしめ、もつて熱
疲労寿命の向上を狙つたものである。一方、せん断応力
についてみると、放熱電極板２が銅ペアルミニウム等の
熱伝導性の良いものが用いられている場合、温度上昇は
小さく、寿命向上は期待できるが、熱膨張係 数の差は無視できず、大した寿命向上成果は得られない
。放熱電極板２として鉄を用いる場合、熱膨張係数の点
では、銅、アルミニウムより優位であり、熱伝導性でも
、装置自身の電流容量が小さい領域では、ろう材９ａ，
９ｂのせん断応力がバランスするので実用上は問題はな
り。しかしながら，電流容量が大きくなり、半導体チツ
プ７での発熱量が大きくなると、熱膨張差，装置自体の
温度上昇、が大きくなつて、ろう材９ａが受けるせん断
応力はろう材９ｂの受けるせん断応力に比して大きくな
り、寿命が低下する問題がある。
を持つているため、リード電極８の中間にクツシヨン部
８ａを設けることにより，荷重を吸収せしめ、もつて熱
疲労寿命の向上を狙つたものである。一方、せん断応力
についてみると、放熱電極板２が銅ペアルミニウム等の
熱伝導性の良いものが用いられている場合、温度上昇は
小さく、寿命向上は期待できるが、熱膨張係 数の差は無視できず、大した寿命向上成果は得られない
。放熱電極板２として鉄を用いる場合、熱膨張係数の点
では、銅、アルミニウムより優位であり、熱伝導性でも
、装置自身の電流容量が小さい領域では、ろう材９ａ，
９ｂのせん断応力がバランスするので実用上は問題はな
り。しかしながら，電流容量が大きくなり、半導体チツ
プ７での発熱量が大きくなると、熱膨張差，装置自体の
温度上昇、が大きくなつて、ろう材９ａが受けるせん断
応力はろう材９ｂの受けるせん断応力に比して大きくな
り、寿命が低下する問題がある。
又、第３図に示す従来装置は、補助支持板１２を良熱伝
導性ある材質のものを用い，熱拡散板的な役目を持たせ
ることにより温度上昇の低下を狙つたものであるが、半
導体チツプ７と補助支持板１２の熱膨張係数の差は、大
容量化するに従つて無視できなくなる。又、Ｓベンド部
８ｂの応力緩和効果は第２図に示したクツシヨン部８ａ
のそれに較べて小さく、しかも、シリコーンゴム１０内
に位置しているため、シリコーンゴム１０を荷重による
伸び縮み時に破損し易く、表面保護機能を失わせ易い問
題があつた。
導性ある材質のものを用い，熱拡散板的な役目を持たせ
ることにより温度上昇の低下を狙つたものであるが、半
導体チツプ７と補助支持板１２の熱膨張係数の差は、大
容量化するに従つて無視できなくなる。又、Ｓベンド部
８ｂの応力緩和効果は第２図に示したクツシヨン部８ａ
のそれに較べて小さく、しかも、シリコーンゴム１０内
に位置しているため、シリコーンゴム１０を荷重による
伸び縮み時に破損し易く、表面保護機能を失わせ易い問
題があつた。
それゆえ、本発明の目的は、装置の耐熱疲労特性に優れ
、寿命の長い半導体装置を提供することにある。
、寿命の長い半導体装置を提供することにある。
本発明は、前記した従来装置の欠点の解決策として、熱
膨張係数は半導体チツプのそれに近く、熱伝導率は銅の
それに近い材料を補助支持板として用い，リード電極と
しては中間にクツシヨン部を有するヘツダー状のものを
用いることを特徴としている。
膨張係数は半導体チツプのそれに近く、熱伝導率は銅の
それに近い材料を補助支持板として用い，リード電極と
しては中間にクツシヨン部を有するヘツダー状のものを
用いることを特徴としている。
補助支持板は、鉄とニツケルの合金板の両面に銅板が例
えば熱間圧延等により一体化されたクラツド材や銅マト
リクス中に炭素繊維を埋設した複合材が有効である。
えば熱間圧延等により一体化されたクラツド材や銅マト
リクス中に炭素繊維を埋設した複合材が有効である。
以下，本発明を一実施例を示す図面に従つて説明する。
第４図は本発明になる車両用半導体装置を示しており，
第１図〜第３図に示したものと同一物・相当物には同一
符号を付けている。
第１図〜第３図に示したものと同一物・相当物には同一
符号を付けている。
第４図において，銅−鉄・ニツケル合金板−銅のクラツ
ド板あるいは銅マトリクスに炭素繊維を埋設した複合板
に予じめプレス加工等により凹状とし，ニツケルメツキ
を行つて得た補助支持板１２を用意し、半導体チツプ７
、リード電極８、ろう材９ａ，９ｂを図示の如く順次セ
ツトした後、ろう材９ａ，９ｂの融点以上に加熱して相
互間を固着し、半導体チツプ７の表面保護材としてシリ
コーンゴム１０を充填する。次に、放熱電極板２の凹部
２ａにろう材９ｃ上記の過程を経た補助支持板１２を図
示の如く順次セツトし，再び，ろう材９ｃの融点以上に
加熱する。
ド板あるいは銅マトリクスに炭素繊維を埋設した複合板
に予じめプレス加工等により凹状とし，ニツケルメツキ
を行つて得た補助支持板１２を用意し、半導体チツプ７
、リード電極８、ろう材９ａ，９ｂを図示の如く順次セ
ツトした後、ろう材９ａ，９ｂの融点以上に加熱して相
互間を固着し、半導体チツプ７の表面保護材としてシリ
コーンゴム１０を充填する。次に、放熱電極板２の凹部
２ａにろう材９ｃ上記の過程を経た補助支持板１２を図
示の如く順次セツトし，再び，ろう材９ｃの融点以上に
加熱する。
次に，リード電極８の上端部を端子台４に保持された入
力端子６とろう材１１で接続し、最後に，放熱電極板２
と端子台４をリベツト等で固着することで製作は完了す
る。
力端子６とろう材１１で接続し、最後に，放熱電極板２
と端子台４をリベツト等で固着することで製作は完了す
る。
自動車等の全波整流回路部品として用いる場合，交流発
電機に取付け、三相結線を行つてから、入力端子６の他
方端に交流発電機の出力端子を接続する。放熱電極板１
，２は直流出力端子となる。
電機に取付け、三相結線を行つてから、入力端子６の他
方端に交流発電機の出力端子を接続する。放熱電極板１
，２は直流出力端子となる。
荷重はクツシヨン部８ａで吸収されるため、荷重による
ろう材９ａ，９ｂの寿命低下はない。せん断応力につい
ては、補助支持板１２が低熱膨張係数、良熱伝導性を有
しているため、大容量化してもろう材９ａに加わるせん
断応力は低い。ろう材９ｂに加わるせん断応力はリード
電極８のヘツダー状固着部の寸法が小さいので、あまり
大きくない。従つて、ろう材９ａ，９ｂに加わるせん断
応力のバランスは良い。更にろう材９ｃについては、温
度上昇が放熱電極板２自体によつて低くなつているから
、問題はない。従つて、全ろう材９ａ〜９ｃの熱疲労特
性は向上しており、長寿命の半導体装置が得られる。
ろう材９ａ，９ｂの寿命低下はない。せん断応力につい
ては、補助支持板１２が低熱膨張係数、良熱伝導性を有
しているため、大容量化してもろう材９ａに加わるせん
断応力は低い。ろう材９ｂに加わるせん断応力はリード
電極８のヘツダー状固着部の寸法が小さいので、あまり
大きくない。従つて、ろう材９ａ，９ｂに加わるせん断
応力のバランスは良い。更にろう材９ｃについては、温
度上昇が放熱電極板２自体によつて低くなつているから
、問題はない。従つて、全ろう材９ａ〜９ｃの熱疲労特
性は向上しており、長寿命の半導体装置が得られる。
補助支持板１２について、第５図、第６図を引用して説
明する。
明する。
第５図では銅−鉄・ニツケル−銅のクラツド材になるも
のが示されている。予じめ、鉄とニツケルの合金板１２
ａを形成し、その両側に銅板１２ｂを８００〜１０００
℃で熱間圧延して得ることができる。鉄・ニツケル合金
１２ａは熱膨張係数低下，銅１２ｂは熱伝導率向上のた
めに組合わされるものであり。補助支持板１２としての
熱膨張係数，熱伝導率は、鉄・ニツケル合金１２ａ，銅
１２ｂの比率を変えることで調整できる。
のが示されている。予じめ、鉄とニツケルの合金板１２
ａを形成し、その両側に銅板１２ｂを８００〜１０００
℃で熱間圧延して得ることができる。鉄・ニツケル合金
１２ａは熱膨張係数低下，銅１２ｂは熱伝導率向上のた
めに組合わされるものであり。補助支持板１２としての
熱膨張係数，熱伝導率は、鉄・ニツケル合金１２ａ，銅
１２ｂの比率を変えることで調整できる。
第６図では銅マトリクス１２ｄに炭素繊維１２ｃを埋設
したものが示されている。炭素繊維１２ｃに銅をメツキ
したものの束を用意し、この束に銅スラリーを含浸せし
めてから、ホツトプレスして得られる。炭素繊維１２ｃ
は熱膨張係数低下，銅マトリクス１２ｄは熱伝導率向上
のために組合わされたのであり、炭素繊維１２ｃ，銅マ
トリクス１２ｄの組成比を変えることにより補助支持板
１２の熱膨張係数，熱伝導率を調整することができる。
したものが示されている。炭素繊維１２ｃに銅をメツキ
したものの束を用意し、この束に銅スラリーを含浸せし
めてから、ホツトプレスして得られる。炭素繊維１２ｃ
は熱膨張係数低下，銅マトリクス１２ｄは熱伝導率向上
のために組合わされたのであり、炭素繊維１２ｃ，銅マ
トリクス１２ｄの組成比を変えることにより補助支持板
１２の熱膨張係数，熱伝導率を調整することができる。
第７図は本発明の他の実施例を示している。
第７図で第４図に示したものと同一物，相当物には同一
符号を付けている。
符号を付けている。
この実施例では、補助支持板１２は凹状でなく平板状と
なつており、シリコーン・ゴム１０は放熱電極板２の凹
部２ａ内に充填されている。
なつており、シリコーン・ゴム１０は放熱電極板２の凹
部２ａ内に充填されている。
このような構成でも、補助支持板１２は熱拡散板的役目
を充分に果すので、長寿命が得られる。
を充分に果すので、長寿命が得られる。
以上説明した実施例１２係らず、各種の形状、材料から
なる補助支持板が利用できる。
なる補助支持板が利用できる。
以上述べた様に、本発明によれば、耐熱疲労特性に優れ
、長寿命の半導体装置が得られる。
、長寿命の半導体装置が得られる。
第１図は従来の車両用半導体装置の平面図，第２図，第
３図は第１図のＡ−Ａ切断線に沿つた断面図，第４図は
本発明の一実施例を示す断面図，第５図，第６図は第４
図に示された補助支持板の拡大図，第７図は本発明の他
の実施例を示す断面図である。 ２…放熱電極板 ２ａ…凹部 ４…端子台６…入力端子
７…半導体チツプ ８…リード電極 ８ａ…クツシヨン部 ９ａ〜９ｃ…ろう材 １０…シリコーン・ゴム１１…ろ
う材 １２…補助支持板 代理人 弁理士 高橋明夫
３図は第１図のＡ−Ａ切断線に沿つた断面図，第４図は
本発明の一実施例を示す断面図，第５図，第６図は第４
図に示された補助支持板の拡大図，第７図は本発明の他
の実施例を示す断面図である。 ２…放熱電極板 ２ａ…凹部 ４…端子台６…入力端子
７…半導体チツプ ８…リード電極 ８ａ…クツシヨン部 ９ａ〜９ｃ…ろう材 １０…シリコーン・ゴム１１…ろ
う材 １２…補助支持板 代理人 弁理士 高橋明夫
Claims (2)
- １．放熱電極板の凹部にろう材を介して補助支持板，半
導体チツプ，リード電極が順次固着され，リード電極の
半導体チツプとは反対側の先端部が放熱電極板に固着さ
れた絶縁物からなる端子台の入力端子と接続され，半導
体チツプは表面保護材で被れている半導体装置において
，補助支持板は熱膨張係数が半導体チツプのそれに近く
熱伝導率が銅のそれに近い材料からなり。 リード電極は表面保護材と先端部の間にクツシヨン部を
有し半導体チツプへの固着部がヘツダー状となつている
ことを特徴とする半導体装置。 - ２．上記第１項において，補助支持板は鉄・ニツケル合
金板の両面に銅板が一体化されているクラツド材あるい
は銅マトリクス中に炭素繊維を埋設した複合材からなる
ことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3760083A JPS59161855A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3760083A JPS59161855A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59161855A true JPS59161855A (ja) | 1984-09-12 |
Family
ID=12502060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3760083A Pending JPS59161855A (ja) | 1983-03-07 | 1983-03-07 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59161855A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63252457A (ja) * | 1987-04-09 | 1988-10-19 | Toshiba Corp | 半導体整流素子 |
| US8083611B2 (en) | 2008-11-05 | 2011-12-27 | Sri Sports Limited | Putter-type golf club head |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4832608U (ja) * | 1971-08-23 | 1973-04-20 | ||
| JPS503085U (ja) * | 1973-05-09 | 1975-01-13 | ||
| JPS5177173A (en) * | 1974-12-27 | 1976-07-03 | Tokyo Shibaura Electric Co | Handotaisochino tanshikozo |
| JPS5211768A (en) * | 1975-07-18 | 1977-01-28 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
| JPS5465475A (en) * | 1977-11-04 | 1979-05-26 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
-
1983
- 1983-03-07 JP JP3760083A patent/JPS59161855A/ja active Pending
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| US8083611B2 (en) | 2008-11-05 | 2011-12-27 | Sri Sports Limited | Putter-type golf club head |
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