JPS60236236A - 半導体素子用電極板 - Google Patents
半導体素子用電極板Info
- Publication number
- JPS60236236A JPS60236236A JP59094044A JP9404484A JPS60236236A JP S60236236 A JPS60236236 A JP S60236236A JP 59094044 A JP59094044 A JP 59094044A JP 9404484 A JP9404484 A JP 9404484A JP S60236236 A JPS60236236 A JP S60236236A
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- JP
- Japan
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- electrode plate
- semiconductor element
- thermal conductivity
- layer
- high thermal
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- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/492—Bases or plates or solder therefor
- H01L23/4924—Bases or plates or solder therefor characterised by the materials
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- 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
- H01L23/3735—Laminates or multilayers, e.g. direct bond copper ceramic substrates
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- 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
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/30—Technical effects
- H01L2924/35—Mechanical effects
- H01L2924/351—Thermal stress
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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】
発明の背景と目的
本発明は、半導体素子重積用支持電極材に関するもので
、特に多層複合形体を有する支持電極板に係るものであ
る。
、特に多層複合形体を有する支持電極板に係るものであ
る。
半導体素子は一般に支持電極板及び絶縁層を介して金属
ペース上に配設されている。
ペース上に配設されている。
この半導体素子と絶縁層との間に介在支持される電極板
に要求される特性の一つは高熱放散性を有していること
であり、使用中における該素子の温度上昇を、素子の電
気的機能を損うことがない限り低くとどめる必要性があ
る。
に要求される特性の一つは高熱放散性を有していること
であり、使用中における該素子の温度上昇を、素子の電
気的機能を損うことがない限り低くとどめる必要性があ
る。
他の特性は、温度上昇により素子に負荷される熱応力を
緩和し、熱応力による素子の破損を最少限に抑えるよう
な、該素子の熱膨張率の値に近い低熱膨張性の電極板で
ある必要がある。
緩和し、熱応力による素子の破損を最少限に抑えるよう
な、該素子の熱膨張率の値に近い低熱膨張性の電極板で
ある必要がある。
従来、この条件を満たず支持電極相としてはタングステ
ンやモリブデン等がよく用いられて来ているが、この全
域材料は非常に高価である上、祠１々加工を施す場合、
加工性に難がある点で全体の費用面で自然高価になる欠
点があった。
ンやモリブデン等がよく用いられて来ているが、この全
域材料は非常に高価である上、祠１々加工を施す場合、
加工性に難がある点で全体の費用面で自然高価になる欠
点があった。
そのｔｌか、それら単一材料に代って銅とイ／パ等によ
り構成された複合材料が提唱されてはいるが、単にその
高熱伝導材と低熱膨張材とを初台化しただけでは半導体
重積電極材に要求される特性を満たすことはできなかっ
た。
り構成された複合材料が提唱されてはいるが、単にその
高熱伝導材と低熱膨張材とを初台化しただけでは半導体
重積電極材に要求される特性を満たすことはできなかっ
た。
本発明は、半導体素子の熱膨張率の値に近い低熱膨張率
を有し、かつ熱放散性に優れ、安価で加工性に富んだ支
持電極板を提供することを目的として開発さねたもので
ある。
を有し、かつ熱放散性に優れ、安価で加工性に富んだ支
持電極板を提供することを目的として開発さねたもので
ある。
冗明のａ要
本発明の要旨は、鉄・ニッケル合金、又は鉄・ニッケル
・コ・ぐルト合金等の低熱膨張金属層の両面に、銅又は
アルミニウム等の高熱伝導金属層を１ト檀接合してなる
多層複合金属電極板であって、この電極の半導体素子を
重積する側の高熱伝導層が、低熱膨張金属板を挾んで半
導体素と離隔した位置にある高熱伝導層よりも厚くした
ことにある。
・コ・ぐルト合金等の低熱膨張金属層の両面に、銅又は
アルミニウム等の高熱伝導金属層を１ト檀接合してなる
多層複合金属電極板であって、この電極の半導体素子を
重積する側の高熱伝導層が、低熱膨張金属板を挾んで半
導体素と離隔した位置にある高熱伝導層よりも厚くした
ことにある。
鉄・ニッケル合金等、低熱膨張金属は一般に熱伝導率は
小さいため、それから成る複合金属電極板は熱伝導率に
異方性を生じがちで、板厚方向の熱伝導率は板片縁方向
のそれよりも小さくなる傾向をもっている。
小さいため、それから成る複合金属電極板は熱伝導率に
異方性を生じがちで、板厚方向の熱伝導率は板片縁方向
のそれよりも小さくなる傾向をもっている。
したがって、半導体素子の温度上昇に伴う熱放散性を高
めるためには、板片縁方向への良好な熱伝導率を効果的
に利用することが有利で、そのためには電極板の面積を
半導体素子の面積より大きくすることが大切となる。
めるためには、板片縁方向への良好な熱伝導率を効果的
に利用することが有利で、そのためには電極板の面積を
半導体素子の面積より大きくすることが大切となる。
また、さらに半導体を重積する側の高熱伝導層を厚くす
れば実質上仮埋方向の熱伝導率を大きくすることができ
るため良好な熱放散性を得ることができる。
れば実質上仮埋方向の熱伝導率を大きくすることができ
るため良好な熱放散性を得ることができる。
本発明の構成を、図面との対比において具体的に説明を
すれば、第１図の半導体ｌで発生した熱は、半田層２を
通して複合金属電極板３に移り、電気的絶縁板７を介し
て放熱基板８に吸収され−（ゆく。
すれば、第１図の半導体ｌで発生した熱は、半田層２を
通して複合金属電極板３に移り、電気的絶縁板７を介し
て放熱基板８に吸収され−（ゆく。
電極板３は半導体素子の一方の電極であると共に、熱膨
張率を大きく異にする半導体素子１と放熱板８との間に
発生する熱応力を緩和しなければならない機能が要求さ
れる。
張率を大きく異にする半導体素子１と放熱板８との間に
発生する熱応力を緩和しなければならない機能が要求さ
れる。
それ放熱伝導率は可及的高いことが望ましいのである。
複合金属電極板３に移った熱は、該電極板３の高熱伝導
層４内で、板厚方向の熱伝導と共に板片縁方向に拡がり
低熱膨張層５との接触全界面を通して該膨張層５に移行
する。
層４内で、板厚方向の熱伝導と共に板片縁方向に拡がり
低熱膨張層５との接触全界面を通して該膨張層５に移行
する。
半導体素子から離隔せる高熱伝導層６は熱伝導性の見地
からみれば無い方がよいが、温度上昇に伴うバイメタル
効果にもとづく電極板３全体の反りを防止するために１
効に機能している。
からみれば無い方がよいが、温度上昇に伴うバイメタル
効果にもとづく電極板３全体の反りを防止するために１
効に機能している。
結局、板厚方向の熱伝導率を実質的に低下させるために
は、上方（図中）の高熱伝導層４を厚くとり、板片縁方
向への熱の拡散を促進させることが１効な手段である。
は、上方（図中）の高熱伝導層４を厚くとり、板片縁方
向への熱の拡散を促進させることが１効な手段である。
電極板３の板片縁方向への熱膨張率は、内高熱伝導層４
．６を合わせた厚さと低熱膨張層５の厚さにもとづいて
決定され、半導体素子に近い側の高熱伝導層４を厚くし
た分だけ該素子に遠い高熱伝導層６を薄くすることとな
る。
．６を合わせた厚さと低熱膨張層５の厚さにもとづいて
決定され、半導体素子に近い側の高熱伝導層４を厚くし
た分だけ該素子に遠い高熱伝導層６を薄くすることとな
る。
実施例
本発明の一実施例を示すと、第２図の如く低熱膨張層５
には、鉄・ニッケル３６％合金を、また高熱伝導層４．
６には無酸素銅を用いた。これら各層の厚さは半導体素
子を重積した近い側から、各々０．＋３ 、０．３ 、
０．０７＋ｌａｎであり、電極板３全体の厚さは０．５
柵となる。
には、鉄・ニッケル３６％合金を、また高熱伝導層４．
６には無酸素銅を用いた。これら各層の厚さは半導体素
子を重積した近い側から、各々０．＋３ 、０．３ 、
０．０７＋ｌａｎであり、電極板３全体の厚さは０．５
柵となる。
これと従来の電極板３を比較例として第３図に示すが、
各層の埋、さけ０．１ 、０．３ 、０．１咽のもので
、この電極板３を用いて、第１図に示したものと同様に
半導体素子１１絶縁叛７、放熱板８を低融点半田によっ
て接合して半導体ディバイスを構成した。熱抵抗は半導
体素子１の発熱量を４０Ｗとして半導体素子１上面程度
と放熱基板８下面温度とを計測してめてみた。
各層の埋、さけ０．１ 、０．３ 、０．１咽のもので
、この電極板３を用いて、第１図に示したものと同様に
半導体素子１１絶縁叛７、放熱板８を低融点半田によっ
て接合して半導体ディバイスを構成した。熱抵抗は半導
体素子１の発熱量を４０Ｗとして半導体素子１上面程度
と放熱基板８下面温度とを計測してめてみた。
その結果は、本発明に係る第２図で示す実施例の熱抵抗
０．５０℃／Ｗであるのに対し、比戦例第３図のものは
０．６５℃／Ｗで、本発明の電極板が熱抵抗イ「１約２
０％の改善できたことは大きい。電極機の板片縁方向熱
膨張率を決める高熱伝導層の厚さの合計と低熱膨張層の
厚さの比率ね、必要に応じて任意にとることができるが
、二層の高熱伝導層の）早さ比率は前述のバイメタル効
果にもとづく′電極板の反り発生との関係で、自づと限
界があり多くの実験によれば厚さ比率の限界は２：１で
、これより比率が犬となると、繰返しの温度サイクルに
より半導体素子と電極板、才だ電極機と絶縁板との間で
剥離を生じた。
０．５０℃／Ｗであるのに対し、比戦例第３図のものは
０．６５℃／Ｗで、本発明の電極板が熱抵抗イ「１約２
０％の改善できたことは大きい。電極機の板片縁方向熱
膨張率を決める高熱伝導層の厚さの合計と低熱膨張層の
厚さの比率ね、必要に応じて任意にとることができるが
、二層の高熱伝導層の）早さ比率は前述のバイメタル効
果にもとづく′電極板の反り発生との関係で、自づと限
界があり多くの実験によれば厚さ比率の限界は２：１で
、これより比率が犬となると、繰返しの温度サイクルに
より半導体素子と電極板、才だ電極機と絶縁板との間で
剥離を生じた。
それらの比率はディ・ζイスの使用条件を加味した上で
適値を選択決定することとなる。
適値を選択決定することとなる。
発明の効果
以上記述したことから理解できるように、本発明の構成
により大容量パワートランジスタ等の半導体素子の使用
時における温度上昇を抑えることができるため該素子の
寿命を延すことができる。
により大容量パワートランジスタ等の半導体素子の使用
時における温度上昇を抑えることができるため該素子の
寿命を延すことができる。
１だ、従来の複合金属電極板においては熱膨張率を小さ
くしたい要求からどうしても熱抵抗が大きくなりがちで
、この電極板の使用できる範囲が原定され−Ｃいだが、
本発明にもとづく複合金属電極板を用いることにより、
広汎な利用分野に有効に利用でき、この種の電極板の実
用範囲を極めて高めた効果を有するものである。
くしたい要求からどうしても熱抵抗が大きくなりがちで
、この電極板の使用できる範囲が原定され−Ｃいだが、
本発明にもとづく複合金属電極板を用いることにより、
広汎な利用分野に有効に利用でき、この種の電極板の実
用範囲を極めて高めた効果を有するものである。
第１図は本発明に係る複合金属電極板を用いた半導体デ
バイスの断面図で、第２図は本発明の複合金属電極板の
断面図、第３図は従来の複合金属電極板の断面図を示す
。 １・・半導体素子、２・・半田層、３・・・複合金属電
極板、４・・半導体素子重積側の高熱伝導層、５・・・
低熱膨張層、６・・・半導体素子から離隔した高熱伝導
層、７・・・絶縁板、８・・放熱基板。 見 １ 目 二＝：ヒ 邦 ２１２＋ 茅 ３ ロ ー＼−８
バイスの断面図で、第２図は本発明の複合金属電極板の
断面図、第３図は従来の複合金属電極板の断面図を示す
。 １・・半導体素子、２・・半田層、３・・・複合金属電
極板、４・・半導体素子重積側の高熱伝導層、５・・・
低熱膨張層、６・・・半導体素子から離隔した高熱伝導
層、７・・・絶縁板、８・・放熱基板。 見 １ 目 二＝：ヒ 邦 ２１２＋ 茅 ３ ロ ー＼−８
Claims (1)
- 鉄中ニッケル合金又ハ鉄・ニッケル・コバルト合金等の
低熱膨張金属層の両面に、銅又はアルミニウム等の高熱
伝導金属層を重積接合し−Ｃなる多４複合金属電極板で
あって、半導体素子を重積する側の高熱伝導金属層が、
半導体素子から離隔した側の高熱伝導金属層よりも厚く
構成させたことを特徴とする半導体素子用電極板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094044A JPS60236236A (ja) | 1984-05-10 | 1984-05-10 | 半導体素子用電極板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094044A JPS60236236A (ja) | 1984-05-10 | 1984-05-10 | 半導体素子用電極板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60236236A true JPS60236236A (ja) | 1985-11-25 |
Family
ID=14099563
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59094044A Pending JPS60236236A (ja) | 1984-05-10 | 1984-05-10 | 半導体素子用電極板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60236236A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5559369A (en) * | 1989-10-02 | 1996-09-24 | Advanced Micro Devices, Inc. | Ground plane for plastic encapsulated integrated circuit die packages |
| US6111308A (en) * | 1991-06-05 | 2000-08-29 | Advanced Micro Devices, Inc. | Ground plane for plastic encapsulated integrated circuit die packages |
-
1984
- 1984-05-10 JP JP59094044A patent/JPS60236236A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5559369A (en) * | 1989-10-02 | 1996-09-24 | Advanced Micro Devices, Inc. | Ground plane for plastic encapsulated integrated circuit die packages |
| US6111308A (en) * | 1991-06-05 | 2000-08-29 | Advanced Micro Devices, Inc. | Ground plane for plastic encapsulated integrated circuit die packages |
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