JPS60242652A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS60242652A JPS60242652A JP9983784A JP9983784A JPS60242652A JP S60242652 A JPS60242652 A JP S60242652A JP 9983784 A JP9983784 A JP 9983784A JP 9983784 A JP9983784 A JP 9983784A JP S60242652 A JPS60242652 A JP S60242652A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bonding
- thickness
- semiconductor device
- periphery
- bonding member
- Prior art date
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- H—ELECTRICITY
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—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
- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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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〕
この発明は、絶縁基板、半導体素子、放熱板など相互を
接合部材で接合した、半導体装置に関する。
接合部材で接合した、半導体装置に関する。
従来のこの種の半導体装置の接合部は、第１図に概要断
面図で示すようになっていた。〔１）は半導体素子で、
絶縁基板（２）上にはんだ材などからなる接合部材（４
）により接合されている。この絶縁基板（２）は１例え
ば良熱伝導性のべＩＪ １７ア材からなる。
面図で示すようになっていた。〔１）は半導体素子で、
絶縁基板（２）上にはんだ材などからなる接合部材（４
）により接合されている。この絶縁基板（２）は１例え
ば良熱伝導性のべＩＪ １７ア材からなる。
（３）は鋼材など良熱伝導性の金属材からなる放熱板で
、上面に絶縁基板（２）をはんだ材などからなる接合部
材（５）により接合している。Ｌ／２は織縁基板（２）
の接合面の中心線ａ 、−ａからの端部までの距離であ
る。
、上面に絶縁基板（２）をはんだ材などからなる接合部
材（５）により接合している。Ｌ／２は織縁基板（２）
の接合面の中心線ａ 、−ａからの端部までの距離であ
る。
第１図の接合部材（５）に生じるせん断ひずみを、第４
図に曲線図で示すっ図はせん断ひずみγを、接合面中心
部からの距離Ｘの関数として表わしている。ｘｏは弾塑
性境界を表わしており、γ。は降服最大ひずみである。
図に曲線図で示すっ図はせん断ひずみγを、接合面中心
部からの距離Ｘの関数として表わしている。ｘｏは弾塑
性境界を表わしており、γ。は降服最大ひずみである。
この接合部材（５）は中心部から距離Ｉ、／２の端部が
、せん断ひずみｒｌＩｌａＸとなり最大値となる。なお
、この曲線図は接合部材（５）の接合厚さが均一の場合
を示すわ １記従来の半導体装置において、半導体素子（１）の発
熱を効果的に放散し、この半導体素子（１）に対する熱
的及び機械的負荷をできる限り緩和する必要がある。そ
のため、接合部材（４）、絶縁基板（２）。
、せん断ひずみｒｌＩｌａＸとなり最大値となる。なお
、この曲線図は接合部材（５）の接合厚さが均一の場合
を示すわ １記従来の半導体装置において、半導体素子（１）の発
熱を効果的に放散し、この半導体素子（１）に対する熱
的及び機械的負荷をできる限り緩和する必要がある。そ
のため、接合部材（４）、絶縁基板（２）。
接合部材（５）及び放熱板（３）の熱抵抗値を小さくす
る必要があり、また、半導体素子（１）と絶縁基板（２
）。
る必要があり、また、半導体素子（１）と絶縁基板（２
）。
絶縁基板（２）と放熱板（３）の熱膨張係数の差を小さ
くしなければならない。このため、一般には絶縁基板（
２）には半導体素子（１）と熱膨張係数の値が近いセラ
ミック基板や、そのうえ、熱伝導率の高いベリリア基板
が用いられている。また、放熱板（３）には熱伝導率の
高い金属材料が用いられている。これによって、パッケ
ージの熱設計を適切に行うことにより、半導体素子（１
）の動作による温度上昇を一１規定値以下に抑えるよう
にしており、また、半導体素子（１）にかかる応力が緩
和されるようにしている。
くしなければならない。このため、一般には絶縁基板（
２）には半導体素子（１）と熱膨張係数の値が近いセラ
ミック基板や、そのうえ、熱伝導率の高いベリリア基板
が用いられている。また、放熱板（３）には熱伝導率の
高い金属材料が用いられている。これによって、パッケ
ージの熱設計を適切に行うことにより、半導体素子（１
）の動作による温度上昇を一１規定値以下に抑えるよう
にしており、また、半導体素子（１）にかかる応力が緩
和されるようにしている。
しかし、従来の装置では、各部材間の熱膨張係数には相
当な差異があり、半導体素子（１）の動作により温度サ
イクルが生じると、半導体装置内部に繰返し熱応力ひず
みが引起こされる。このため。
当な差異があり、半導体素子（１）の動作により温度サ
イクルが生じると、半導体装置内部に繰返し熱応力ひず
みが引起こされる。このため。
接合部材（４） 、 （５）、特に接合部材（５） Ｋ
おける疲労現象が著しく、これによる疲労損傷が場合に
よっては、半導体装置の品質を低下し、信頼性を下げて
いた。
おける疲労現象が著しく、これによる疲労損傷が場合に
よっては、半導体装置の品質を低下し、信頼性を下げて
いた。
この発明は１、上記従来装置の欠点を除去するためにな
されたもので、接合する双方の部材の接合面の形状を、
接合部材の厚みが接合面の中央部に対し１周辺部が厚く
なるようにし、接合部材に生じる゛繰返し熱ひずみを緩
和し１品質を向上し、信頼性が高い半導体装置を提供す
ることを目的としている。
されたもので、接合する双方の部材の接合面の形状を、
接合部材の厚みが接合面の中央部に対し１周辺部が厚く
なるようにし、接合部材に生じる゛繰返し熱ひずみを緩
和し１品質を向上し、信頼性が高い半導体装置を提供す
ることを目的としている。
１１！２図はこの発明の一実施例による半導体装置の要
部断面図であり、 （１） 、 （３）、 （４）は上
記従来装置と同一のものである。α］）ハべりリア材や
セラミック材などからなる絶縁基板で、接合面は中央部
に対し周辺部をくり込み部（ｌｌａ ）でくり込んだ状
形にしている。これにより、放熱板（３）との接合面間
のはんだ材などからなる接合部材（２）の厚さが、中央
部に対し周辺部が厚くなるようにしている。
部断面図であり、 （１） 、 （３）、 （４）は上
記従来装置と同一のものである。α］）ハべりリア材や
セラミック材などからなる絶縁基板で、接合面は中央部
に対し周辺部をくり込み部（ｌｌａ ）でくり込んだ状
形にしている。これにより、放熱板（３）との接合面間
のはんだ材などからなる接合部材（２）の厚さが、中央
部に対し周辺部が厚くなるようにしている。
第３図は第２図の絶縁基板αＤと放熱板（３）の接合部
の中心線から左学部の拡大図である。接合部材（２）の
周辺部の厚みの変化は、応力集中を緩和するため、距離
ｘ０の位置に変化部の中心位置Ａとして緩やかに変化さ
せている。このｘｏの位置は、第４図のＸ。に対応する
位置付近である。
の中心線から左学部の拡大図である。接合部材（２）の
周辺部の厚みの変化は、応力集中を緩和するため、距離
ｘ０の位置に変化部の中心位置Ａとして緩やかに変化さ
せている。このｘｏの位置は、第４図のＸ。に対応する
位置付近である。
このような接合構成とすることにより、接合部材（２）
に生じるせん断ひずみの大きさが、第４図に示すような
接合部周辺において急激に大きくなることをなくシ、緩
和をしている。この緩和の度合いは１部材の加工方法忙
よるものであるが、ひずみｒが接合部の厚さｈに逆比例
の関係にあるので。
に生じるせん断ひずみの大きさが、第４図に示すような
接合部周辺において急激に大きくなることをなくシ、緩
和をしている。この緩和の度合いは１部材の加工方法忙
よるものであるが、ひずみｒが接合部の厚さｈに逆比例
の関係にあるので。
厚さを大きくすることでひずみγが大幅忙緩和される。
ここで注意しなければならないことは、厚さがあまり厚
くなると、接合部材（２）における熱抵抗値が大きくな
り、放熱効果が低下することである。これに対処し、接
合部材（２）の中心部側の厚さは、従来のものと同様に
薄くしである。
くなると、接合部材（２）における熱抵抗値が大きくな
り、放熱効果が低下することである。これに対処し、接
合部材（２）の中心部側の厚さは、従来のものと同様に
薄くしである。
接合部材に生じるせん断ひずみの理論式を、完全弾塑性
挙動を仮定した場合について１次式に示す。第３図中の
ＡＩＣ相当する位置の決定において。
挙動を仮定した場合について１次式に示す。第３図中の
ＡＩＣ相当する位置の決定において。
この式を参考にすると非常釦有効である。
接合部材の中心からの距離Ｘ。は、次式の解で与えられ
る。
る。
包−（α２ａ２−α、１ａ、 ’）／（ｈｒ７＜γ。）
）＋ Ｔａｎｈ （ｒｉｘｏ）ＣＡ（Ｌ／２−ｘ、 ）
−ｘＡｒ、 （α２（θ２ Ｆ３−２Ｘ 、 ）−α
１（θ１−ａ、ｘ０）） ）＝Ｏ−ｍ−−（１） 塑性域におけるせん断ひずみγｐ１（、）はγ （Ｘ）
＝ １／２−ＣＡγ。−（α２ａ２−α、ａ１）／ｈ
：）（ｘ２−ｘ”、）＋ｌ 〔（α２θ２−α１θ、）／ｈ−（Ａγ。／２）Ｌ ’
）（ｘ−ｘｏ）＋γ。 −−−−＋２１ ［１） 、 （２）式中人は Ａ＝４Ｇ０／ｈ・〔１／（Ｂ２ｔ２）−１／（Ｆｉ、ｔ
、）） −−−−（３）各式中、添字１，２は接合部材
の上、下の部材を区別表示するものである。
）＋ Ｔａｎｈ （ｒｉｘｏ）ＣＡ（Ｌ／２−ｘ、 ）
−ｘＡｒ、 （α２（θ２ Ｆ３−２Ｘ 、 ）−α
１（θ１−ａ、ｘ０）） ）＝Ｏ−ｍ−−（１） 塑性域におけるせん断ひずみγｐ１（、）はγ （Ｘ）
＝ １／２−ＣＡγ。−（α２ａ２−α、ａ１）／ｈ
：）（ｘ２−ｘ”、）＋ｌ 〔（α２θ２−α１θ、）／ｈ−（Ａγ。／２）Ｌ ’
）（ｘ−ｘｏ）＋γ。 −−−−＋２１ ［１） 、 （２）式中人は Ａ＝４Ｇ０／ｈ・〔１／（Ｂ２ｔ２）−１／（Ｆｉ、ｔ
、）） −−−−（３）各式中、添字１，２は接合部材
の上、下の部材を区別表示するものである。
部材１，２について、Ｅ：縦弾性係数、ｔ：部材の厚さ
、α：熱膨張係数、θ：接合部中心部における部材の温
Ｗ 、 ａ ：部材内部の温度変化のＸに関する１次係
数 接合部材について、Ｇｏ：横弾性係数、ｈ：厚さなお、
上記実施例では、半導体素子（１）を絶縁基板α℃を介
し放熱板（２）に接合した構造の半導体装置の場合を示
したが、接合部材により上、下の部材を接合する構造を
もつものであれば、他の種の半導体装置の場合に適用で
きるものである。
、α：熱膨張係数、θ：接合部中心部における部材の温
Ｗ 、 ａ ：部材内部の温度変化のＸに関する１次係
数 接合部材について、Ｇｏ：横弾性係数、ｈ：厚さなお、
上記実施例では、半導体素子（１）を絶縁基板α℃を介
し放熱板（２）に接合した構造の半導体装置の場合を示
したが、接合部材により上、下の部材を接合する構造を
もつものであれば、他の種の半導体装置の場合に適用で
きるものである。
また、双方の部材の温度差により接合部材に熱ひずみが
生じるものであれば、絶縁基板αＤと放熱板（２）の接
合に限らず１例えば半導体素子と絶縁基板の接合など、
他の部材間の接合の場合にも適用できるものである。
生じるものであれば、絶縁基板αＤと放熱板（２）の接
合に限らず１例えば半導体素子と絶縁基板の接合など、
他の部材間の接合の場合にも適用できるものである。
以上のように、この発明によれば、接合する双方の部材
の接合面の形状を、接合部材の厚さが接合面の中央部に
対し１周辺部が厚くなるように形成したので、接合部材
の接合面周辺に生じる熱ひずみを緩和し、熱サイクルに
よる疲労破損が防止され、熱伝導性を損うことなく１品
質が向上され。
の接合面の形状を、接合部材の厚さが接合面の中央部に
対し１周辺部が厚くなるように形成したので、接合部材
の接合面周辺に生じる熱ひずみを緩和し、熱サイクルに
よる疲労破損が防止され、熱伝導性を損うことなく１品
質が向上され。
信頼性を高めることができる。
第１図は従来の半導体装置の接合部を示す要部断面図、
第２図はこの発明の一実施例による半導体装置の接合部
を示す要部断面図、第３図は第２図の接合部の中心位置
から左半部の拡大断面図。 第４図は第１図の接合部材に生じるせん断ひずみを示す
中心位置からの距離に対する曲線図であるっ１・・・半
導体素子、３・・・放熱板、４・・・接合部材。 １１・・・Ｐ３縁基板、１２・・・接合部材なお１図中
間−符８は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 第４図 針材中・＼ｌｅｔ力・らＯ距離 手続補正書（自発） 昭和５９年９ 月１３ 日 １、事件の表示 特願昭５９−９９８３’７号２、発明
の名称 半導体装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ４、代理人 ５、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６、補正の内容 明細書第６ページ第１６行の ｒ Ａ ＝ ４Ｇｃ／ｈ・（１／（Ｅ２ｔ２）−１／（
ｍ１ｔ１） ） Ｊを「Ａ＝ ４Ｇ、 ／ｈ・〔１／（
Ｅ２ｔ２）＋１／（Ｅｌｔｌ）〕」Ｋ補正する。 。 以上
第２図はこの発明の一実施例による半導体装置の接合部
を示す要部断面図、第３図は第２図の接合部の中心位置
から左半部の拡大断面図。 第４図は第１図の接合部材に生じるせん断ひずみを示す
中心位置からの距離に対する曲線図であるっ１・・・半
導体素子、３・・・放熱板、４・・・接合部材。 １１・・・Ｐ３縁基板、１２・・・接合部材なお１図中
間−符８は同−又は相当部分を示す。 代理人 大岩増雄 第１図 第２図 第４図 針材中・＼ｌｅｔ力・らＯ距離 手続補正書（自発） 昭和５９年９ 月１３ 日 １、事件の表示 特願昭５９−９９８３’７号２、発明
の名称 半導体装置 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 ４、代理人 ５、補正の対象 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 ６、補正の内容 明細書第６ページ第１６行の ｒ Ａ ＝ ４Ｇｃ／ｈ・（１／（Ｅ２ｔ２）−１／（
ｍ１ｔ１） ） Ｊを「Ａ＝ ４Ｇ、 ／ｈ・〔１／（
Ｅ２ｔ２）＋１／（Ｅｌｔｌ）〕」Ｋ補正する。 。 以上
Claims (2)
- （１）半導体素子を直接に又は絶縁基板を介し放熱板に
接合部材により接合したものにおいて、上記双方の部材
の接合面を、上記接合部材の接合厚さが周辺部が中央部
より厚くなるように形成したことを特徴とする半導体装
置。 - （２） 接合部材の接合厚さを１周辺部の厚い部分から
中央部の薄い部分に緩やかに変化させたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。 〔３］ 接合部材の接合厚さの変化の中心位置を。 接合部材の弾塑性境界位置にしたことｅＷ徴とする特許
請求の範囲第１項又は第２項記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9983784A JPS60242652A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9983784A JPS60242652A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60242652A true JPS60242652A (ja) | 1985-12-02 |
Family
ID=14257918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9983784A Pending JPS60242652A (ja) | 1984-05-16 | 1984-05-16 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60242652A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011054732A (ja) * | 2009-09-01 | 2011-03-17 | Toyota Motor Corp | 半導体モジュール |
-
1984
- 1984-05-16 JP JP9983784A patent/JPS60242652A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011054732A (ja) * | 2009-09-01 | 2011-03-17 | Toyota Motor Corp | 半導体モジュール |
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