JPS60113931A - 半導体装置 - Google Patents
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- JPS60113931A JPS60113931A JP58221564A JP22156483A JPS60113931A JP S60113931 A JPS60113931 A JP S60113931A JP 58221564 A JP58221564 A JP 58221564A JP 22156483 A JP22156483 A JP 22156483A JP S60113931 A JPS60113931 A JP S60113931A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は半導体テンプとは電気的に絶縁された放熱板を
有する大電力モジュール製品に適した半導体装置に関す
る。
有する大電力モジュール製品に適した半導体装置に関す
る。
従来、絶縁放熱板を有する半導体装置は、第1図に示す
如く銅または銅合金等のシート1をセラミック等の非金
属耐火材料板20両面に直接ボンドしてなる基Vi、(
以下C,D、B基板という・・・・・・(::u pi
rect Bond )を使用し、その−面に半導体テ
ンプ3をグイボンドし、他面は放熱板を兼ねる銅ペース
4を半田等を用いて接着させて、上記C,D、B基板の
セラミックを介して半導体テン7°3と銅ペース4を電
気的に絶縁L”Uいる。次K %jlヘース周辺にシリ
コーン接着剤5をコートし、ケース6をかぶせて接着す
る。
如く銅または銅合金等のシート1をセラミック等の非金
属耐火材料板20両面に直接ボンドしてなる基Vi、(
以下C,D、B基板という・・・・・・(::u pi
rect Bond )を使用し、その−面に半導体テ
ンプ3をグイボンドし、他面は放熱板を兼ねる銅ペース
4を半田等を用いて接着させて、上記C,D、B基板の
セラミックを介して半導体テン7°3と銅ペース4を電
気的に絶縁L”Uいる。次K %jlヘース周辺にシリ
コーン接着剤5をコートし、ケース6をかぶせて接着す
る。
このケースを接着した後、半導体テンプ及びアルミニウ
ムワイヤ保護のためのシリコーングル7を注入、キュア
させ、エポキシ樹脂8を更に注入、キュアさせて製品を
キャスティングし、製品は完成する。図中9は半田、1
0はアルミニウムワイヤ、11は電極端子である。
ムワイヤ保護のためのシリコーングル7を注入、キュア
させ、エポキシ樹脂8を更に注入、キュアさせて製品を
キャスティングし、製品は完成する。図中9は半田、1
0はアルミニウムワイヤ、11は電極端子である。
ところで前記C,D、、B基板の両面に接合した銅シー
ト1は、その製造過・程においてセラミック板2と熱膨
張係数が略等しくなっており、しかもその接合は強固で
あるた、め、C,D、B基板はl物体と見てさしつかえ
ない。従って該C0D、B 基板と放熱板を兼ねる銅ベ
ース4とを半田9等を用いて接着させると、銅(α=1
7×10−’/’C,)とセラミック(α= 7.7
X I O−’/’C,)の熱膨張差によシ、半田融点
(糺185C,)では両部柑とも熱膨張した状態で平坦
に接着しているが、冷却後(糺25 ’C,)ではバイ
メタル効果により、製品は大きく凸状の反りhを発生す
る。例えは銅ペース4が85mmX30朋×3罷、C,
D、Ba仮が65imX26mm(セラミック厚0.6
++oa%銅シート厚0.3u両面)では、反Diが2
00〜250μにも達する。これでは製品となった場合
、銅ベース4の両端をねじ締めして固定しても、間隙が
200μ以上もあって放熱効果は著しく妨げられる。ま
た強制的に反りを解消しようとすれば、半導体テップ3
の破損或いはC,D、B基板のセラミックのクランクも
考えられ、使用に耐えない。また組立工程においては、
銅ペース4が凸状に反っているため、後工程のケース6
の接着においてケース6の下面と一致せず、多量にシリ
コン接着剤5を使用してケース6と銅ペース4との間隙
を埋めねばならず、組み立て工程上、非常な困難が伴な
う。
ト1は、その製造過・程においてセラミック板2と熱膨
張係数が略等しくなっており、しかもその接合は強固で
あるた、め、C,D、B基板はl物体と見てさしつかえ
ない。従って該C0D、B 基板と放熱板を兼ねる銅ベ
ース4とを半田9等を用いて接着させると、銅(α=1
7×10−’/’C,)とセラミック(α= 7.7
X I O−’/’C,)の熱膨張差によシ、半田融点
(糺185C,)では両部柑とも熱膨張した状態で平坦
に接着しているが、冷却後(糺25 ’C,)ではバイ
メタル効果により、製品は大きく凸状の反りhを発生す
る。例えは銅ペース4が85mmX30朋×3罷、C,
D、Ba仮が65imX26mm(セラミック厚0.6
++oa%銅シート厚0.3u両面)では、反Diが2
00〜250μにも達する。これでは製品となった場合
、銅ベース4の両端をねじ締めして固定しても、間隙が
200μ以上もあって放熱効果は著しく妨げられる。ま
た強制的に反りを解消しようとすれば、半導体テップ3
の破損或いはC,D、B基板のセラミックのクランクも
考えられ、使用に耐えない。また組立工程においては、
銅ペース4が凸状に反っているため、後工程のケース6
の接着においてケース6の下面と一致せず、多量にシリ
コン接着剤5を使用してケース6と銅ペース4との間隙
を埋めねばならず、組み立て工程上、非常な困難が伴な
う。
しかもこうして製造された製品はケース6と銅ベース4
0間隙りが太きいため接着力は弱く、耐湿性にも劣るも
のである。
0間隙りが太きいため接着力は弱く、耐湿性にも劣るも
のである。
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、放熱板を兼
ねる銅ペースの組み立て過程における反υを少くシ、放
熱効果の損失及び半導体テップの割れを防ぎ、信頼性の
高い半導体装置を提供しようとするものである。
ねる銅ペースの組み立て過程における反υを少くシ、放
熱効果の損失及び半導体テップの割れを防ぎ、信頼性の
高い半導体装置を提供しようとするものである。
前記銅ペースの組み立て過程における反り発生原因は、
C,D、B基板と銅ペースのバイメタル効果と考えられ
る。従ってこれを解消するためC,D、B基板の厚さ、
形状及び銅ペースの変更(熱膨張係数のC,D、B基板
に近い部材の選択)、曲げモーメント強度アップを考慮
した銅ベース形状変更、厚さ変更等の実験を行なった結
果、放熱効果の損失が一番少なく、反り量もない方法と
して、バイメタルに生じる内部応力を銅ペース内で吸収
できるだけの充分な銅ベース厚にすることで達成できる
ことが分った。このようにして製品自体の熱抵抗損失を
大きくすることなく、製品数シ付は時の放熱損失を最小
限にするものである。
C,D、B基板と銅ペースのバイメタル効果と考えられ
る。従ってこれを解消するためC,D、B基板の厚さ、
形状及び銅ペースの変更(熱膨張係数のC,D、B基板
に近い部材の選択)、曲げモーメント強度アップを考慮
した銅ベース形状変更、厚さ変更等の実験を行なった結
果、放熱効果の損失が一番少なく、反り量もない方法と
して、バイメタルに生じる内部応力を銅ペース内で吸収
できるだけの充分な銅ベース厚にすることで達成できる
ことが分った。このようにして製品自体の熱抵抗損失を
大きくすることなく、製品数シ付は時の放熱損失を最小
限にするものである。
以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。ここで本
発明に到った各種(イ)〜(ホ)の実験例を示す。
発明に到った各種(イ)〜(ホ)の実験例を示す。
(イ)セラミック2の4与を厚くした場合−ここでセラ
ミック寸法は65ixX26+ot、銅ペース4の寸法
は85izX 30m1X 3罰である。
ミック寸法は65ixX26+ot、銅ペース4の寸法
は85izX 30m1X 3罰である。
以上のように銅ペースの反ジはセラミック厚によって減
少化できるが、製品熱抵抗値の上昇を防ぎきれず、製品
取り付は時の放熱損失は総合的に良化できなかった。
少化できるが、製品熱抵抗値の上昇を防ぎきれず、製品
取り付は時の放熱損失は総合的に良化できなかった。
(ロ)銅ペース4の部材変更:
即ち熱膨張係数が銅より小さい部材を使用したが、反り
は発生し、製品熱抵抗値は熱伝導が銅よシ劣るため上昇
し、製品には不適格であった。−なお各部材寸法は(イ
)項の場合と同じである。
は発生し、製品熱抵抗値は熱伝導が銅よシ劣るため上昇
し、製品には不適格であった。−なお各部材寸法は(イ
)項の場合と同じである。
(ハ)銅ベース4の形状変更:
厚さ3間の銅ベースの片面及び両面をホーニングまたは
波状コイニングし、銅を伸びやすく或いは収縮しやすく
したが、効果なく1反り量は200〜300μであった
。また銅ペースの長手方向をU型に変形して長手方向に
曲υにく〈シ、バイメタル効果による曲りを少なくする
工夫も効果がなく、この時の反り量は170〜230μ
であった。
波状コイニングし、銅を伸びやすく或いは収縮しやすく
したが、効果なく1反り量は200〜300μであった
。また銅ペースの長手方向をU型に変形して長手方向に
曲υにく〈シ、バイメタル効果による曲りを少なくする
工夫も効果がなく、この時の反り量は170〜230μ
であった。
に)C,D、B基板と銅ペースの接層半田量アンプ:バ
イメタルの接合面の半田量を多くシ、半田部材にすベク
を発生させ、バイメタル内部応力の緩オロを行なったが
、半田厚2uまで効果なく、この時の反V量最iJ箇直
は200μであった。
イメタルの接合面の半田量を多くシ、半田部材にすベク
を発生させ、バイメタル内部応力の緩オロを行なったが
、半田厚2uまで効果なく、この時の反V量最iJ箇直
は200μであった。
(ホ)オーペースの厘さ変更:
この時の使用部材寸法は
鋼ペースが85騙x30i+1Xt(厚み)セラミック
が65iiX 26+imX O,6mrn銅シート1
が0.3 ms厚 このように銅ペース4の厚さtを変更することにより反
9敢大寸法は小さくなり、かつ製品熱抵抗値も太きくな
ることはなかった。これは、約185 ’C,の半田融
点で銅ペース4が177μ、セラミンク基vi2が80
μ熱膨張した状態で接合されたものが、常温(25c、
)まで冷却されたとき銅−セラミックの伸びの差97
μ力だけバイメタル内部応力がかかるのであるが、銅接
合面から他方の非接合面へと移るにつれ、鋼内の内部応
力は弱まυ、銅ベース4j阜さか熱膨張伸びの差(97
μ)より非常に大きい場合は、他面は反らないことを示
す。
が65iiX 26+imX O,6mrn銅シート1
が0.3 ms厚 このように銅ペース4の厚さtを変更することにより反
9敢大寸法は小さくなり、かつ製品熱抵抗値も太きくな
ることはなかった。これは、約185 ’C,の半田融
点で銅ペース4が177μ、セラミンク基vi2が80
μ熱膨張した状態で接合されたものが、常温(25c、
)まで冷却されたとき銅−セラミックの伸びの差97
μ力だけバイメタル内部応力がかかるのであるが、銅接
合面から他方の非接合面へと移るにつれ、鋼内の内部応
力は弱まυ、銅ベース4j阜さか熱膨張伸びの差(97
μ)より非常に大きい場合は、他面は反らないことを示
す。
またサンプルナンバーA−Eを組み立て完了まで反り量
を追跡した結果、後工程のキャスティング樹脂8の注入
及びキュア工程で、樹脂硬化収縮により完全製品の銅ベ
ース4の反りはある程度少なくなることが判った。結果
を次に示す。
を追跡した結果、後工程のキャスティング樹脂8の注入
及びキュア工程で、樹脂硬化収縮により完全製品の銅ベ
ース4の反りはある程度少なくなることが判った。結果
を次に示す。
即ち完成製品の銅ペース反り輩としては、製品をセット
に取υ付は時放熱グリースを塗布することから、反り量
が50μ以下であれば実用上問題なく、また凸状反りに
ついてり、製品ねじ締め取p付は時略Oμに強制修正さ
れることから、上記サンプルナンバーB−Eについては
、製品として適正反り量と云える。但し銅ペース4を余
t)厚くすると部品コストが商くなるため、安価な製品
とするにはラングルナンバーBが適当である。
に取υ付は時放熱グリースを塗布することから、反り量
が50μ以下であれば実用上問題なく、また凸状反りに
ついてり、製品ねじ締め取p付は時略Oμに強制修正さ
れることから、上記サンプルナンバーB−Eについては
、製品として適正反り量と云える。但し銅ペース4を余
t)厚くすると部品コストが商くなるため、安価な製品
とするにはラングルナンバーBが適当である。
本発明による他寸法部品を使用した場合の鋼ペース長e
とC、D、 B基板の半田付は時における銅ベース40
反り鼠りとの関係を第2図に示す。上記実施例及び第2
図から通常、製品においては熱抵抗を最小限に抑えるた
め、セラミック基板2は0.5〜0.6間厚を使用する
ことを加味すると、当製品群の銅ベース反9敞′51:
適正に保つには、熱膨張による(半田付は時の)銅伸び
鼠の35倍以上の銅ベース厚にすることが必要である(
35×Δl≦t)。本発明による実施例に基つく銅ペー
ス適正最小厚さと反り量を下表に示す。
とC、D、 B基板の半田付は時における銅ベース40
反り鼠りとの関係を第2図に示す。上記実施例及び第2
図から通常、製品においては熱抵抗を最小限に抑えるた
め、セラミック基板2は0.5〜0.6間厚を使用する
ことを加味すると、当製品群の銅ベース反9敞′51:
適正に保つには、熱膨張による(半田付は時の)銅伸び
鼠の35倍以上の銅ベース厚にすることが必要である(
35×Δl≦t)。本発明による実施例に基つく銅ペー
ス適正最小厚さと反り量を下表に示す。
この表でΔlはC,D、B基板と銅ペースを半田付けす
る際の銅ベース熱膨張伸び激(温度差J T = l
60 c、 ) テロ ル。即ちコノ表はC,D。
る際の銅ベース熱膨張伸び激(温度差J T = l
60 c、 ) テロ ル。即ちコノ表はC,D。
B基板と銅ペース4を半田付けするまでの半製品の表で
あり、反り量が80μ付近まであっても、後のキャステ
ィング及びキュア工程で反υ量は50μ以下となる。つ
まP)第2図の点線は完成品で銅ベース反り鼠が50μ
以下となる曳界腺で、この点測以内ならは間軸とならな
い製品が得られるわけである。
あり、反り量が80μ付近まであっても、後のキャステ
ィング及びキュア工程で反υ量は50μ以下となる。つ
まP)第2図の点線は完成品で銅ベース反り鼠が50μ
以下となる曳界腺で、この点測以内ならは間軸とならな
い製品が得られるわけである。
本発明によれば、C,D、B基板と銅ペースとのバイメ
タル効果による銅ペース及びC,D、 B基敗反ジ応力
を銅ベース厚さ方向に逃かし、C,D、B基板との接合
向のみを変形させ、銅ペース全体としては曲げ変形の発
生を生じさせなくしているため、銅ペースはほぼ平坦に
仕上がる。従って後工程のケース指宿時、ケース接着面
と各面にわたり平滑に接し、指宿が容易でかつ強靭な接
着力を保持できると共に、完成製品においてはねじ締め
付は固定を使用装置に行なっても、廟ペースの反りが最
小限に抑えられているため、放熱損失は極めて少ない。
タル効果による銅ペース及びC,D、 B基敗反ジ応力
を銅ベース厚さ方向に逃かし、C,D、B基板との接合
向のみを変形させ、銅ペース全体としては曲げ変形の発
生を生じさせなくしているため、銅ペースはほぼ平坦に
仕上がる。従って後工程のケース指宿時、ケース接着面
と各面にわたり平滑に接し、指宿が容易でかつ強靭な接
着力を保持できると共に、完成製品においてはねじ締め
付は固定を使用装置に行なっても、廟ペースの反りが最
小限に抑えられているため、放熱損失は極めて少ない。
また製品取り付は時のねじ締めに際しても、銅ペース自
体が平坦であるため、製品内部の半導体テップ及びC,
D、B基数の損傷は起こり得なく、製品の信頼性も高い
。こうして従来、組みSlて工程のケース接動不良の多
発、鋼ペース反りによる放熱損失大なるがゆえの・ぐワ
ー損失、耐湿性劣化、温度サイクルによるケースと11
「1ベースの剥離等の種々の間−発生があったものが、
本発明により全て解決できるものである。
体が平坦であるため、製品内部の半導体テップ及びC,
D、B基数の損傷は起こり得なく、製品の信頼性も高い
。こうして従来、組みSlて工程のケース接動不良の多
発、鋼ペース反りによる放熱損失大なるがゆえの・ぐワ
ー損失、耐湿性劣化、温度サイクルによるケースと11
「1ベースの剥離等の種々の間−発生があったものが、
本発明により全て解決できるものである。
第1図は従来の半導体装置及び本発明の一実施例の説明
に用いる装置の一部切欠側面図、第2図は同実施例の特
性説明(8)である。 1・・・銅または銅合金シート、2・・・非金属(セラ
・ミンク)耐火し斜板、3・・・半導体テップ、4・・
・銅ペース。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦器トダμs−喰
旦 」:
に用いる装置の一部切欠側面図、第2図は同実施例の特
性説明(8)である。 1・・・銅または銅合金シート、2・・・非金属(セラ
・ミンク)耐火し斜板、3・・・半導体テップ、4・・
・銅ペース。 出願人代理人 弁理士 鈴 江 武 彦器トダμs−喰
旦 」:
Claims (1)
- 銅または銅合金のシートを非金属耐火材料板の少くとも
一面に直接接合させた基板と、この基数上に設けられる
半導体チップと、前記基数に接合され放熱板を兼ねる銅
ペースとを具備し、該銅ペースは、前記基板と加熱接合
させる時に熱膨張する前記銅ペースの伸び量の少くとも
35倍以上の厚さを有することを特徴とする半導体装置
。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58221564A JPS60113931A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 半導体装置 |
DE8484114132T DE3473972D1 (en) | 1983-11-25 | 1984-11-22 | Semiconductor device comprising a substrate |
EP84114132A EP0144866B1 (en) | 1983-11-25 | 1984-11-22 | Semiconductor device comprising a substrate |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP58221564A JPS60113931A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60113931A true JPS60113931A (ja) | 1985-06-20 |
Family
ID=16768703
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP58221564A Pending JPS60113931A (ja) | 1983-11-25 | 1983-11-25 | 半導体装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0144866B1 (ja) |
JP (1) | JPS60113931A (ja) |
DE (1) | DE3473972D1 (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0770642B2 (ja) * | 1989-03-30 | 1995-07-31 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
JP2504610B2 (ja) * | 1990-07-26 | 1996-06-05 | 株式会社東芝 | 電力用半導体装置 |
DE4338706A1 (de) * | 1993-08-24 | 1995-05-04 | Schulz Harder Juergen | Mehrschicht-Substrat |
DE4328353C2 (de) * | 1993-08-17 | 1996-06-05 | Schulz Harder Juergen | Mehrschicht-Substrat |
EP0650193A3 (en) * | 1993-10-25 | 1996-07-31 | Toshiba Kk | Semiconductor device and method for its production. |
DE19615481C5 (de) * | 1996-04-03 | 2013-03-14 | Curamik Electronics Gmbh | Gewölbtes Metall-Keramik-Substrat |
DE10333329B4 (de) * | 2003-07-23 | 2011-07-21 | SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG, 90431 | Leistungshalbleitermodul mit biegesteifer Grundplatte |
CN105900231B (zh) * | 2014-07-18 | 2018-09-07 | 富士电机株式会社 | 半导体装置 |
DE102019209082B3 (de) * | 2019-06-24 | 2020-06-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Befestigung von Leistungshalbleiterbauelementen auf gekrümmten Oberflächen |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57132333A (en) * | 1981-02-09 | 1982-08-16 | Hitachi Ltd | Module device |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USRE29325E (en) * | 1971-01-26 | 1977-07-26 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Hermetic power package |
DE2806099A1 (de) * | 1977-02-17 | 1978-08-24 | Varian Associates | Halbleiter-baugruppe |
DE3127457C2 (de) * | 1981-07-11 | 1985-09-12 | Brown, Boveri & Cie Ag, 6800 Mannheim | Stromrichtermodul |
-
1983
- 1983-11-25 JP JP58221564A patent/JPS60113931A/ja active Pending
-
1984
- 1984-11-22 EP EP84114132A patent/EP0144866B1/en not_active Expired
- 1984-11-22 DE DE8484114132T patent/DE3473972D1/de not_active Expired
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS57132333A (en) * | 1981-02-09 | 1982-08-16 | Hitachi Ltd | Module device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0144866A2 (en) | 1985-06-19 |
EP0144866B1 (en) | 1988-09-07 |
DE3473972D1 (en) | 1988-10-13 |
EP0144866A3 (en) | 1985-09-04 |
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