JPS60187032A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS60187032A
JPS60187032A JP59042125A JP4212584A JPS60187032A JP S60187032 A JPS60187032 A JP S60187032A JP 59042125 A JP59042125 A JP 59042125A JP 4212584 A JP4212584 A JP 4212584A JP S60187032 A JPS60187032 A JP S60187032A
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JP
Japan
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alloy
electrodes
semiconductor element
glass
electrode
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JP59042125A
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Tadashi Minagawa
皆川　忠
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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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】 （利用分野） 本発明は、一対の電極間に半導体素子を接着した半導体
装置に係り、特に信頼性が高く、かつ熱伝導、電気伝導
性に優れた半導体装置に関する。
（背　！） 半導体装置の電極は、その熱膨張係数が半導体素子や、
当該半導体装置を保護するためのモールド材に近似して
おり、また、半導体素子と電極とを接着するためのろう
材や上記モールド材との濡れ性が良好で、しかも熱伝導
率及び電気伝導度が大きいことが好ましい。
従来、上記した半導体装置の電極には、モリブデン（Ｍ
ｏ）やタングステン（Ｗ）がよく用いられている。その
理由は、これらの金属が、他の金属に比較して、前記諸
条件をある程度良く満たしているからである。
しかし、Ｍｏ　やＷは希少金属であり、また産地も限ら
れていることから高価であシ、半導体装置全体に占める
電極のコストの割合が、極めて大きくなるという問題が
ある。
このような問題を解決するために、第７図に一例を示す
ように、鉄・ニッケル（Ｆｅ−Ｎｉ）、又は鉄・ニッケ
ル・コバルト（Ｆｅ−Ｎｉ　−Ｃｏ　）合金製の有底円
筒状部材９に、銅（Ｃｕ）又は調合金製のり一ド４を嵌
合または埋入した電極１が考案された。
この電極は、安価であって゛コストの点では問題がなく
、また、熱膨張係数の点でも、はゾ満足できるものでは
あるが、熱伝導及び電気伝導度が悪いという欠点がある
。
そこで、この欠点を改善するための電極ｌとして、第２
図に示すように、Ｆｅ−Ｎｉ合金製の筒状部材１０に、
銅または調合金製の芯拐を、リード４として挿入しクラ
ツド化したものが考案された。
この電極１は、その中心部に銅又は銅合金を使用してお
り、しかも、これが半導体素子との接着面に露出してい
ることから、熱伝導性及び電気伝導性の面で優れおシ、
かつＷやＭＯに比べて非常に安価であるという利点があ
る。
しかし、この電極を使用した場合には、従来から用いら
れているアルミニウム（ＡＡ’）ろう材では濡れ性が悪
いために、折角良好な熱伝導性や電気伝導性を十分に活
かせず、また寿命や信頼性の点でも不十分であるという
欠点があった。
換言すれば、電極材であるＦｅ−１’Ｊｉ合金及びＣｕ
　（またはＣｕ合金）と、半導体素子としてのシリコン
（Ｓｔ）の３者によ＜　６１れるろう材がみつからなか
ったために、前記電極材の特徴（良好な熱伝導性や電気
伝導性）を十分に活かすことができず、寿命や信頼性に
優れた半導体装置を得ることができないという欠点があ
った。
（目　的〕 本発明の目的は、上述の問題点や欠点を解決し、高信頼
性で、かつ良好な熱伝導性及び電気伝導性を具備した、
安価な半導体装置およびその製造法を提供することＫあ
る。
（概　要） 本発明の特徴は、一端にリードを具備した一対の電極と
、上記電極間に接着または、ろう着された少くとも一つ
の半導体素子と、上記電極および半導体素子を封止する
如（に設けられた保禮被膜とからなる半導体装置におい
て、上記電極はＦｅ−Ｎｉ　合金と銅または銅合金とが
、その接着面に露出した複合金属であり、上記半導体素
子と上記電極間を少くともアルミニウム（ＡＡ’）と銀
（八９）を主成分とする合金層で接着（または、ろう着
）した点にある。
（実施例） 以下、本発明を実施例によって更に詳細に述べる。
第１図に本発明の一実施例に係るガラスボンドダイオー
ドの模式図を示す。第１図において、リード４を接合一
体化した一対の電極１０間に、半導体素子２がＡノとＡ
ｇの合金（ろう）層３で接着され、これら全体が保賎ガ
ラス５で覆われている。
なお、第１図における電極１としては、第２図に示した
構造のものが好適である。
第１図に示したガラスボンドダイオードを製造するため
の具体的方法を、以下に、第３〜５図の模式図を参照し
て説明する。
まず、第１の実施例としては、第３図に示すように、リ
ード４を接合した第１電極ｌａ上にＡＪ−Ａ１９合金箔
３ａ　、　Ｓｉ半導体素子２．Ａ／−ＡＪ合金箔３ｂ、
およびリード４を接合した第２電極１ｂを順次積層する
。
その後、これらの積層体を　６５０°Ｃで加熱し、ＡＩ
−Ａ、９合金箔　３ａ、　３ｂを溶融してＳｉ半導体素
子２と第１．第２電極１ａ、ｌｂとを接着する。
その後さらに、本図には図面の簡略化のために示さなか
ったが、スラリー状ガラスを、第１図に示すように焼結
して全体をモールドする。
なお、ろう材であるＡＡＩとＡ、９の組成比率は・熱処
理後に共晶組成（ＡＡＩ２９．５重量％）　に近いＡＩ
−Ａ、９　合金となる様に選ぶのが、十分な濡れ性を発
揮する上で好ましいことを、本発明者らは実験的に確認
している。
本実施例で使用したＡＡ’−Ａ４合金箔の、Ａ［とＡｌ
ｌの比率は２８ニア２−すなわち・上記共晶組成とはゾ
同等のもので、厚さは　１０μｍとした。
前述の実験結果および観点から、本発明において用いら
れるろう材としてのＡＪ−Ａ４合金の組成範囲は、ＡＡ
’が１５〜４５重量％、Ａｇが８５〜５５　重量％であ
るのが望ましい。上記した組成範囲のｋｌ−Ａｌ１合金
の融点は約　５６０〜７００℃であり、これはガラスモ
ールド時の焼成温度（５９０°Ｃ）　にも、良くマツチ
する温度範囲である。
第２の製造法の実施例を第４図に示す。
まず、８１半導体素子２０両方の主面にＡ１層５とＡｇ
層６の二層蒸着膜をそれぞれ形成しておく。次に、ＡＡ
ｔ層５とＡｇ層６を形成したＳｉ半導体素子２を、リー
ド４を接合した一対の電極ｌａ、ｌｂではさみ、６５０
℃で加熱し、第３図の場合と同様に、これら王者を一対
に接着する。その後・スラリー状ガラスを焼結すること
も、第１の製造法の例と同様である。
なお、この実施例でも、ＡＪ層５とＡＪ層６との比は、
最初の例の場合と同様に、共晶組成に近いＡＡＩ−Ａ＃
金合金なるように選んだ。また、二層蒸着膜の合計厚さ
は１０μｍとした。
第３の製造法の実施例を第５図に示す。
まず、８１半導体累子２の両主面にＡ４蒸着膜５を形成
し、また、それぞれの接着面にＡ、９膜６を形成した電
極１　ａ　ｒ　１　ｂにリード４を接合一体化しておく
。
次に・上述のようにＡ９膜６を形成した一対の電極１ａ
、ｌｂの間に、両面にｋｌ膜３を形成したＳｉ半導体素
子２をはさみ、６５０℃で加熱する。そして、Ｓｉ半導
体素子２の主面のＡｌと電極１ａ、ｌｂの接着面のＡ、
９を溶融させ、Ａ１１−ｋｌ／合金化することによって
三者を一体に接着する。
その際、Ｓｉ半導体素子２の主面のｋｌ、および電極１
　ａ　ｒ　１　ｂの接着面のＡＪの腋は、合金化された
ときに、共晶組成に近いＡ７１−Ａｇ合金となるように
、あらかじめ考慮しておくことは当然である。
前述のような種々の方法で製作したガラスボンドダイオ
ードのうち、第４図に示した第２の方法で製作したもの
を例にとり、その特性を、従来構。
造の半導体装置と比較して調べたところ、つぎのような
結果が得られた。
表１は、Ｗ電極を、ＡＪろう材の使用　によって８１半
導体阜子に接着した従来例（以下、従来例と略記）のガ
ラスダイオードと、Ｆｅ−Ｎｉ合金−Ｃｕ複合材電極を
−ＡＡ’　−ＡＪ二層ろう材の使用・によって８１半導
体素子に接着した本発明の一実施例（以下、本実施例と
略記）になるガラスダイオードの、Ｓｔ半導体累子と電
極間ろう接部の接着強度の実測結果である。
なお、ろう接部の接着強度を正確に測定するため、本実
験では、いずれもガラスをモールドする以的のダイオー
ドを使用した。また測定した試別総数は、それぞれ２０
個である。
表ＩＳｉペレットと電極間ろう接部の接着強度衣１から
分るように、従来例の接着強度が４〜Ｂ　Ｋｐ　Ｏ）　
範囲に分布し、その平均値が６Ｋｇであるのに対し、一
方、本実施例の場合は４〜９　Ｋｐの範囲及び平均値が
７ＬＰである。
測定値のこの程度の差は、測定１差範囲内であるとみる
ことができるから、本実施例になる半導体装置の、Ｓｉ
半導体素子および電極間のろう接（接着９部の接着強度
は、従来のものとほぼ同等のものが得られたということ
ができる。
このように大きな接着強度が得られるのは、ＡＪ　−Ａ
、９　合金層とＳｉ半導体素子との間では、ＡＪが十分
な接着強度を有し、またＡＪ−Ａ＃合金層と電極のＦｅ
　−Ｎｉ合金表面および銅表面との間では、特にＡ、９
が十分な接着強度を呈するからであると考えられる。
表２　温度サイクル試験の結果 表２は、本発明及び従来例のガラスダイオードについて
実施した温度サイクル試験の結果である。
温度サイクル条件は一６５℃から＋１２５℃　の範囲で
、２０サイクルまで行った。
なお、この試験における艮・不良の判定は、各試料の熱
抵抗を逐時追跡し％熱抵抗が初期値の１．Ｓ倍に達した
ものを不良とした。また、この試験に用いた試料数は、
それぞれ２０個である。
従来例及び本発明例とも２表２から明らかなように、２
０サイクル終了時点で、不良の発生は全くなかった。こ
のこと力）ら、本発明例が、仕様を十分に満足している
ことがわかる。
第６図は、本発明例及び従来例のガラスダイオードの順
方向電圧降下ＣＦＶＤ）を測定した結果である。この図
に示したＦＶＤの値は、それぞれ試料２０個の平均値で
ある。なお、それぞれの試料２０個の間でのＦＶＤのば
らつきは非常に小さいことが確認されている。
第６図から分るように、５０ｍＡ通電時のＦＶＤは、従
来例Ｂが０．８０ｖで、本発明例ＡＩ０．８５Ｖである
。このように、両者ともほぼ同等のＦＶＤ特性であるこ
とから、本発明例は、ＦＶＤ特性の面でも、従来例のも
のと比べて何ら遜色のな℃・性能を備えていることが分
かる。
なお、本発明による半導体装置を製造する方法としてけ
、以上に述べたものの外にも、下記のような種々の方法
が可能である。
（１）半導体素子２と電極１ａ＋１ｂとの間に、それぞ
れ独立のｋｌ箔およびＡ、９箔を重ねて配置する。
１２）　［極１ａ、ｌｂの接着面に、ｋｌ　層および１
９層を積層形成する。
（３）前述のすべての場合において、Ａ１層とＡｇ層の
配置を逆にする。もつとも、一般に、ＡＮはＣｕに対し
て滴れ性が良く、またＡＪはＳｉに対して濡れ性が良い
ので、Ａ９　層を電極側に、またＡ１層をＳｔ側に配置
した場合の方が、より強力な接着強度が期待できる。
（４１半導体累子２と電極１ａ＋１ｂとの少なくとも一
方に、ＡＪおよびＡＩＩの２成分蒸着層を形成する。
なお、以上では、ガラスダイオードについてのみ説明し
であるが、ガラス以外のモールド材を使用しても何ら差
しつかえない。またＳｌとＦｅ　−Ｎｉ系合金とＣｕ又
はＣｕ合金との接着原理は当然他の半導体装置およびそ
の製造法にも広く適用できるものである。
（効　果ン 以上説明したように、本発明によれば、（ＩＮ頼性、電
気的−性の低下をもたらすことなしに、安価な半導体装
置を゛提供するのに効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例を示すガラスボンドダイオー
ドの一部断面模式図、第２図は第１図に示すガラスボン
ドダイオードに用いられている電極とリードの断面図、
第３図から第５図は１それぞれ、本発明によるガラスボ
ンドダイオードの製造法を示す模式図、第６図は本発明
例及び従来例の順方向電圧降下の実測結果を示ｒグ２〕
、第７図は従来の電極とリードの断面図である。 １、ｌａ、ｌｂ・・・電極、　２・・・半導体素子、３
・・・合金（ろう）層、　３　ａ　、　３　ｂ−Ａｌ−
ＡＮ合金箔、４・・・リード、５・・・ｆｉｔ層、　６
・・・１７層 代理人弁理士　平　木　道　人 ２１図 才３図　２４図 ２５図 ２６図 ０　０．５　１．０　＋、５ 電　圧　（Ｖ）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）一端にＩＪ　−Ｆを具備した一対の電極と、上記
    一対の電極間に合金層を介して接着された少くとも一つ
    の半導体素子と、上記電極および半導体素子を封止する
    ように設けられた保護被膜とよりなル、上記電極は、鉄
    −ニッケル合金と銅または銅合金が、半導体素子との接
    着面に露出するものであり、また前記合金層は少（とも
    アルミニウムと銀を主成分とするものであることを特徴
    とする半導体装置。
  2. （２）前記合金層の組成は・アルミニウムが１５〜４５
    重量％、銀が８５〜５５重量％であることを特徴とする
    特許 体装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5606844A (en) * 1993-12-27 1997-03-04 Sumitomo Bakelite Company, Limited Process for producing a self-supporting package having an outlet stopper and an apparatus for producing said package
US5760482A (en) * 1995-03-20 1998-06-02 U.S. Philips Corporation Semiconductor device of the type sealed in glass comprising a semiconductor body connected to slugs by means of a silver-aluminum bonding layer
CN105405772A (zh) * 2015-10-26 2016-03-16 北京时代民芯科技有限公司 一种二极管芯片熔焊方法

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