JPS6197843A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPS6197843A JPS6197843A JP21994084A JP21994084A JPS6197843A JP S6197843 A JPS6197843 A JP S6197843A JP 21994084 A JP21994084 A JP 21994084A JP 21994084 A JP21994084 A JP 21994084A JP S6197843 A JPS6197843 A JP S6197843A
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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】
（イ）産業上の利用分野
本発明は半導体装置の改良、特に半導体素子をロウ材で
固着する半導体装置の改良に関する。
固着する半導体装置の改良に関する。
（ロ）従来の技術
従来の半導体装置、特にパワートランジスタでは、載置
部材として銅のリードフレームの載置部にニッケルメッ
キを施したものを用い、これと半導体素子とをロウ付け
するロウ材として重量比９０％の錫（Ｓｎ）と重量比１
０％のアンチモン（ｓｂ）、又は重量比６０％の錫（Ｓ
ｎ）と重量比４０％の鉛（Ｐｂ）等を用いていた。
部材として銅のリードフレームの載置部にニッケルメッ
キを施したものを用い、これと半導体素子とをロウ付け
するロウ材として重量比９０％の錫（Ｓｎ）と重量比１
０％のアンチモン（ｓｂ）、又は重量比６０％の錫（Ｓ
ｎ）と重量比４０％の鉛（Ｐｂ）等を用いていた。
ところで、斯上した構造ではコスト高となるために、リ
ードフレームのニッケルメッキを省略しようとする動き
があった。
ードフレームのニッケルメッキを省略しようとする動き
があった。
（ハ）発明が解決しようとする問題点
従来のロウ材で銅のリードフレームと半導体素子とをロ
ウ付げすると、トランジスタが断続動作するヒートサイ
クルで生ずる熱疲労に弱く、信頼性に欠けるため、リー
ドフレームのニッケルメッキを省げないという欠点があ
った。これは、ロウ付けする際にロウ材の錫とリードフ
レームの銅とが合金を形成することに起因するもので、
この合金は非常に硬くてもろいために、リードフレーム
の膨張率と半導体素子の膨張率との差を吸収しきれずＫ
ひび割れ等の欠陥を生じるｒ：、めである。
ウ付げすると、トランジスタが断続動作するヒートサイ
クルで生ずる熱疲労に弱く、信頼性に欠けるため、リー
ドフレームのニッケルメッキを省げないという欠点があ
った。これは、ロウ付けする際にロウ材の錫とリードフ
レームの銅とが合金を形成することに起因するもので、
この合金は非常に硬くてもろいために、リードフレーム
の膨張率と半導体素子の膨張率との差を吸収しきれずＫ
ひび割れ等の欠陥を生じるｒ：、めである。
に）問題点を解決するための手段
本発明は斯上した欠点に鑑みてなされ、載置部材にニッ
ケルメッキを省略したリードフレームを使用し、ロウ付
けに重量比８２〜９２．４％の錫（Ｓｎ）と重量比７．
０〜１０．０％のアンチモン（Ｓｂ）と重量比０．６〜
３．０％のニッケル（Ｎｉ）より組成されるロウ材を用
いることにより従来の欠点を除去した。
ケルメッキを省略したリードフレームを使用し、ロウ付
けに重量比８２〜９２．４％の錫（Ｓｎ）と重量比７．
０〜１０．０％のアンチモン（Ｓｂ）と重量比０．６〜
３．０％のニッケル（Ｎｉ）より組成されるロウ材を用
いることにより従来の欠点を除去した。
（ホ）作用
本発明ではロウ付けに重量比８２〜９２．４％の錫（Ｓ
ｎ）と重量比７．０〜１０．０％のアンチモン（Ｓｂ）
と重量比０．６〜３．０％のニッケル（Ｎｉ）より成る
ロウ材を用いているので、信頼性に欠けることなく載置
部材としてニッケルメッキを省略したリードフレームを
用いることができる。
ｎ）と重量比７．０〜１０．０％のアンチモン（Ｓｂ）
と重量比０．６〜３．０％のニッケル（Ｎｉ）より成る
ロウ材を用いているので、信頼性に欠けることなく載置
部材としてニッケルメッキを省略したリードフレームを
用いることができる。
（へ）実施例
第１図に本発明によるパワートランジスタの断面図を示
す。（１）は半導体素子、（２）は半導体素子の載置部
材であるリードフレーム、（３）は半導体素子（１）と
リードフレーム（２）とをロウ付けするロウ材、（４）
はこれらを封止したエポキシ樹脂である。なお、リード
フレーム（２）のニッケルメッキは省略されている。
す。（１）は半導体素子、（２）は半導体素子の載置部
材であるリードフレーム、（３）は半導体素子（１）と
リードフレーム（２）とをロウ付けするロウ材、（４）
はこれらを封止したエポキシ樹脂である。なお、リード
フレーム（２）のニッケルメッキは省略されている。
本発明の最も特徴とする点は、半導体素子（１）とリー
ドフレーム（２）とのロウ付げに、その組成を重量比８
２〜９２．４％の錫（Ｓｎ）と重量比７．０〜１０．０
％のアンチモン（Ｓｂ）と重量比０．６〜３．０％のニ
ッケル（Ｎｉ）より構成されるロウ材を用いた点にある
。この構造により、信頼性に欠けることなくニッケルメ
ッキを省略したリードフレーム（２）を用いることがで
きろ。これは、ニッケルを混入したことによりニッケル
がリードフレーム（２）とロウ材（３）との境界面に入
りこみ、銅と錫との合金が形成されないように働き、ト
ランジスタのヒートサイクルによる熱疲労を吸収できる
ためと考えられる。
ドフレーム（２）とのロウ付げに、その組成を重量比８
２〜９２．４％の錫（Ｓｎ）と重量比７．０〜１０．０
％のアンチモン（Ｓｂ）と重量比０．６〜３．０％のニ
ッケル（Ｎｉ）より構成されるロウ材を用いた点にある
。この構造により、信頼性に欠けることなくニッケルメ
ッキを省略したリードフレーム（２）を用いることがで
きろ。これは、ニッケルを混入したことによりニッケル
がリードフレーム（２）とロウ材（３）との境界面に入
りこみ、銅と錫との合金が形成されないように働き、ト
ランジスタのヒートサイクルによる熱疲労を吸収できる
ためと考えられる。
本発明に用いられるロウ材の他の作用としては、接着強
度が大幅に向上したことが上げられる。これはニッケル
を混入したことにより粘性が増した 。。
度が大幅に向上したことが上げられる。これはニッケル
を混入したことにより粘性が増した 。。
ことによるものと考えられる。
以下に本発明によるロウ材と半導体装置の試験結果を述
べる。
べる。
（１）濡れ性試験
ここでは生産性を考慮し、窒素ガスの雰囲気中でニッケ
ルメッキ試験片と銅板試験片とで濡れ性の試験を行った
。試験としてはロウ材と試験片との接触角、メニスコグ
ラフ試験での浮力値を測定し、濡れ性の評価を行った。
ルメッキ試験片と銅板試験片とで濡れ性の試験を行った
。試験としてはロウ材と試験片との接触角、メニスコグ
ラフ試験での浮力値を測定し、濡れ性の評価を行った。
試験結果を第１表に示す。
上記第１表で示すように、ニッケルメッキ試験片、銅板
試験片共に従来使用されているロウ材と何ら変りない濡
れ性と液相温度を示した。このことは従来と全く変りな
い取り扱い性をもつことを意味する。ただし、第１表に
示したように、ニッケルの重量比が３．０％を超えると
濡れ性が悪（なる傾向にあるので実用上ここが限度であ
る。
試験片共に従来使用されているロウ材と何ら変りない濡
れ性と液相温度を示した。このことは従来と全く変りな
い取り扱い性をもつことを意味する。ただし、第１表に
示したように、ニッケルの重量比が３．０％を超えると
濡れ性が悪（なる傾向にあるので実用上ここが限度であ
る。
（２）強度試験
ここでは接着強度と熱疲労寿命に犬ぎく影響する耐熱引
張強度試験を行い、その結果を第２図に示す。同図は一
例として１１４°Ｃの温度条件での従来の９０Ｓｎ−１
０Ｓｂのロウ材と９２．４Ｓｎ−７Ｓｂ−０，６Ｎｉの
ロウ材の試験結果であり、横軸にロウ材の機械的な伸び
率、縦軸に引張強度を示している。
張強度試験を行い、その結果を第２図に示す。同図は一
例として１１４°Ｃの温度条件での従来の９０Ｓｎ−１
０Ｓｂのロウ材と９２．４Ｓｎ−７Ｓｂ−０，６Ｎｉの
ロウ材の試験結果であり、横軸にロウ材の機械的な伸び
率、縦軸に引張強度を示している。
第２図から明らかなように、伸び率１．５％での従来の
ロウ材の引張強度が約０．５ ｋｙ／−なのに対し、上
記のロウ材では約１． Ｏｌｖ／−と２倍の強度が得ら
れた。これは従来のものと比較して非常に粘り強い性格
のロウ材であることを意味し、接着強度と熱疲労寿命が
従来のものと比較して飛躍的に向上することを意味して
いる。
ロウ材の引張強度が約０．５ ｋｙ／−なのに対し、上
記のロウ材では約１． Ｏｌｖ／−と２倍の強度が得ら
れた。これは従来のものと比較して非常に粘り強い性格
のロウ材であることを意味し、接着強度と熱疲労寿命が
従来のものと比較して飛躍的に向上することを意味して
いる。
ただし、重量比０．６％を下まわるものではニッケル明
朝＃が単なる不純物としての性格しか示さず、引張強度
が低下する傾向にあるので実用上ここが限度である。
朝＃が単なる不純物としての性格しか示さず、引張強度
が低下する傾向にあるので実用上ここが限度である。
（３）信頼性評価
ここでは第１図に示した構造のパワートランジスタを用
い、断続動作試験で評価した。これはＰＮ接合部と室温
との温度差が１００℃になる条件でトランジスタを断続
動作し、熱抵抗測定法の一種であるΔＶ□法を用いて寿
命の判定を行った。
い、断続動作試験で評価した。これはＰＮ接合部と室温
との温度差が１００℃になる条件でトランジスタを断続
動作し、熱抵抗測定法の一種であるΔＶ□法を用いて寿
命の判定を行った。
その結果を第３図に示す。同図において横軸は断続動作
回数、縦軸はトランジスタの動作停止後一定時間におけ
るΔＶ ｍｍの変化率であり、初期値から１．３倍以上
変化した場合故障と判定する。
回数、縦軸はトランジスタの動作停止後一定時間におけ
るΔＶ ｍｍの変化率であり、初期値から１．３倍以上
変化した場合故障と判定する。
第２図から明らかなように、従来のロウ材とニッケルメ
ッキを施したリードフレームを用いた装置が約５千回の
断続動作で故障するのに対し、上記のロウ材とニッケル
メッキを省略したリードフレームを用いた装置は約３万
回と６倍以上の伸びを示した。これは主に試験結果（２
）で示した引張強度が向上したことによるもので、信頼
性が飛躍的に向上したことを意味している。
ッキを施したリードフレームを用いた装置が約５千回の
断続動作で故障するのに対し、上記のロウ材とニッケル
メッキを省略したリードフレームを用いた装置は約３万
回と６倍以上の伸びを示した。これは主に試験結果（２
）で示した引張強度が向上したことによるもので、信頼
性が飛躍的に向上したことを意味している。
なお、ニッケルの重量比が０．６％を下まわるもの、又
は３．０％を超えるものは本発明に用いられるものと比
較して劣ることが確認されている。
は３．０％を超えるものは本発明に用いられるものと比
較して劣ることが確認されている。
以上の結果から明らかなように、本発明に用いられるロ
ウ材は従来のロウ材と同様の取り扱い性を確保する一力
で接着強度が増し、信頼性が飛躍的に向上している。
ウ材は従来のロウ材と同様の取り扱い性を確保する一力
で接着強度が増し、信頼性が飛躍的に向上している。
（ト）発明の効果
本発明によれば、信頼性に欠けることな（ニッケルメッ
キを省略したリードフレームを用いることができる。こ
のことは、安価な装置を提供することができる。さらに
、試験ｆｉ＋、（２）、（３）の結果から、従来のロウ
材と同様の取り扱い性を確保する 。
キを省略したリードフレームを用いることができる。こ
のことは、安価な装置を提供することができる。さらに
、試験ｆｉ＋、（２）、（３）の結果から、従来のロウ
材と同様の取り扱い性を確保する 。
一方で、接着強度が強く、信頼性が飛躍的に向上した装
置を提供することが可能である。このことは、特にヒー
トサイクルによる熱疲労が問題になるパワートランジス
タにおいて有用であり、信頼性の高い装置を提供するこ
とができる。しかも、接着強度が強いことからチップサ
イズを縮小して接着面積を減少させたとしても十分な信
頼性を保つことが可能となる。
置を提供することが可能である。このことは、特にヒー
トサイクルによる熱疲労が問題になるパワートランジス
タにおいて有用であり、信頼性の高い装置を提供するこ
とができる。しかも、接着強度が強いことからチップサ
イズを縮小して接着面積を減少させたとしても十分な信
頼性を保つことが可能となる。
本発明は以上のことから明らかなように、安価で信頼性
の高い装置を提供することが可能となる。
の高い装置を提供することが可能となる。
なお、試験（１）でニッケルメッキ試験片でも濡れ性は
変りないことから、ニッケルメッキを施したリードフレ
ームを用いてもよく、この場合でも信頼性は大幅に向上
することが確認されている。
変りないことから、ニッケルメッキを施したリードフレ
ームを用いてもよく、この場合でも信頼性は大幅に向上
することが確認されている。
第１図は本発明による半導体装置を説明する断面図、第
２図は本発明に用いられるロウ材の耐熱引張強度試験の
結果を示す特性図、第３図は本発明による半導体装置の
断続動作試験の結果を示す％性図である。 主な図番の説明 ｆｉｌは半導体素子、（３）はロウ材である。 第１図 第２図 ↑
２図は本発明に用いられるロウ材の耐熱引張強度試験の
結果を示す特性図、第３図は本発明による半導体装置の
断続動作試験の結果を示す％性図である。 主な図番の説明 ｆｉｌは半導体素子、（３）はロウ材である。 第１図 第２図 ↑
Claims (2)
- （１）半導体素子とこれを支持する載置部材とをロウ材
でロウ付けした半導体装置において、前記ロウ材の組成
を重量比８２〜９２．４％の錫と重量比７．０〜１０．
０％のアンチモンと重量比０．６〜３．０％のニッケル
より構成することを特徴とする半導体装置。 - （２）上記載置部材が銅素材のみで形成されることを特
徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21994084A JPS6197843A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21994084A JPS6197843A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6197843A true JPS6197843A (ja) | 1986-05-16 |
| JPH033937B2 JPH033937B2 (ja) | 1991-01-21 |
Family
ID=16743405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21994084A Granted JPS6197843A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6197843A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10013255B4 (de) * | 1999-03-18 | 2009-12-17 | Hitachi, Ltd. | Harzgekapselte elektronische Vorrichtung zur Verwendung in Brennkraftmaschinen |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009283741A (ja) * | 2008-05-23 | 2009-12-03 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 半導体装置 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55127027A (en) * | 1979-03-26 | 1980-10-01 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
-
1984
- 1984-10-18 JP JP21994084A patent/JPS6197843A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55127027A (en) * | 1979-03-26 | 1980-10-01 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10013255B4 (de) * | 1999-03-18 | 2009-12-17 | Hitachi, Ltd. | Harzgekapselte elektronische Vorrichtung zur Verwendung in Brennkraftmaschinen |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH033937B2 (ja) | 1991-01-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |