KR101922783B1 - 베이스판, 및 베이스판을 구비한 반도체 장치 - Google Patents

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Abstract

베이스판은, 한쪽 실장면에 피접합 부재가 접합재를 개재하여 접합되는 베이스판이며, 피접합 부재가 접합되는 실장면의 접합 위치에, 접합재를 개재하여 피접합 부재를 접합하기 위한 오목부를 구비한다. 오목부는, 오목부 개구 면적이 상기피접합 부재보다도 크고, 피접합 부재의 외주연이 대면하는 오목부 외주부에 있어서 오목부 중앙부보다도 오목부의 깊이가 깊게 되도록 구성하였다.

Description

베이스판, 및 베이스판을 구비한 반도체 장치 {BASE PLATE, AND SEMICONDUCTOR DEVICE PROVIDED WITH BASE PLATE}
본 발명은, 반도체 소자 등인 피접합 부재를 실장 기판에 접합할 때 사용되는 베이스판, 및 그 베이스판을 구비한 반도체 장치에 관한 것이다.
일반적으로 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)나 파워 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 등의 피접합 부재인 반도체 소자는, 도통하여 동작할 때 열을 발생시키는 점에서, 발생하는 열을 방열시키기 위하여 히트 싱크 등의 방열기가 설치되어 있다. 반도체 소자와 히트 싱크 사이에는 통상, 베이스판이 설치되어 있으며, 이 베이스판을 통하여 열을 전도함으로써 방열기에 방열되는 구성으로 되어 있다. 반도체 소자의 접속 구조로서는, 방열기가 생략되어 베이스판으로부터 대기 등에 직접 방열되는 구조의 것도 알려져 있다.
여기서, 베이스판은, 반도체 소자가 발생시키는 열의 전도로로 되는 부재인 점에서, 열전도율이 높은 재료에 의하여 구성되어 있다. 게다가, 일반적으로 베이스판은, 반도체 소자와 비교하면 열팽창률이 높은 소재에 의하여 구성되어 있다. 따라서 반도체 소자가 발열한 경우에는, 반도체 소자와 베이스판의 열팽창률의 차에 의하여 부재 간에 있어서 응력이 발생한다. 그 결과, 발생한 응력에 의하여, 반도체 소자와 베이스판 사이에 사용하는 접합층(땜납 등)에 균열이 발생하거나, 박리되거나, 경우에 따라서는 반도체 소자가 파손되어 버리는 사태를 초래할 가능성이 있다.
상술한 응력의 발생에 의한 손상을 방지하기 위하여, 베이스판의 구성에 대하여 이하와 같은 기술이 창출되어 있다.
예를 들어 특허문헌 1에는, 반도체 소자를 탑재하는 베이스판의 중앙부를 둘러싸도록 선회 방사상으로 슬릿을 구비하는 구성의 베이스판이 개시되어 있다.
또한 특허문헌 2에는, 알루미늄판의 전체면에 관통 구멍 또는 오목부가 형성된 응력 완화 부재를 사용한 방열 장치의 구성이 개시되어 있다.
한편, 반도체 장치의 제조에 있어서, 각 부재의 접합에는 땜납 등의 접합층이 일반적으로 사용된다. 반도체 소자와 베이스판의 접합 등, 접합층의 양면에 접합하는 부재가 접하는 경우에는, 미리 그들 사이에 접합층으로 되는 땜납 페이스트를 도포하고 열을 가함으로써, 땜납을 용융시켜 접합하는 리플로우 공정이 일반적으로 이용된다. 이 경우, 가열 시에 땜납이 일시적으로 액체로 되는 점에서, 액체 땜납 상에서 반도체 소자가 이동하는 사태가 발생한다. 반도체 소자가 이동하여 위치가 어긋나 버리면, 와이어 본딩 등 후공정에서의 수율이 악화될 뿐만 아니라, 접합 불량에 의한 이상 방열이 발생하여 반도체 소자의 손상을 초래할 가능성이 있다. 따라서 상기와 같은 위치 어긋남을 방지하기 위하여, 이하와 같은 기술이 창출되어 있다.
예를 들어 특허문헌 3에는, 땜납에 의하여 접합되는 파워 모듈용 기판과 히트 싱크에 위치 결정용으로 파워 모듈용 기판 오목부를, 히트 싱크에는 볼록부를 갖는, 히트 싱크가 구비된 파워 모듈용 기판 유닛의 구성이 개시되어 있다.
또한 특허문헌 4에는, 다이오드의 위치 어긋남 방지를 위하여, 다이오드 접속면이 다이오드의 저부를 따라 오목한 형태인 설치 구조가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2013-051386호 공보 일본 특허 공개 제2010-268008호 공보 일본 특허 공개 제2012-227362호 공보 일본 특허 공개 제2013-115338호 공보
그러나 종래의 베이스판 및 반도체 장치에서는, 이하에 나타낸 바와 같은 문제점이 존재하였다.
종래의 응력 완화를 목적으로 한 특허문헌 1, 2에서는, 반도체 소자가 위치 어긋남을 발생시키는 것을 회피할 수 없다. 또한 특허문헌 3에서는, 오목부 및 볼록부를 서로 감합하는 부분에 있어서의 응력 증가를 회피할 수 없다. 또한 특허문헌 4에서는, 다이오드를 설치하는 오목부 단부에서의 응력 증가가 발생하는 것에 대응할 수 없다. 따라서 상기와 같은 종래의 베이스판 및 반도체 장치에서는, 응력 완화 효과와 위치 어긋남의 방지를 양립시킬 수는 없는 것이 현상이다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 창안된 것이며, 피접합 부재의 위치 어긋남을 방지할 수 있음과 함께, 반도체 소자 등의 피접합 부재가 발열함으로써 발생하는 응력을 완화할 수 있는 베이스판, 및 그 베이스판을 사용한 반도체 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 관한 베이스판 및 반도체 장치에서는 이하와 같은 구성으로 하였다.
즉, 베이스판은, 한쪽 실장면에 피접합 부재가 접합재를 개재하여 접합되는 베이스판이며, 상기 피접합 부재가 접합되는 상기 실장면의 접합 위치에, 상기 접합재를 개재하여 상기 피접합 부재를 접합하기 위한 오목부를 구비하고, 상기 오목부는, 오목부 개구 면적이 상기 피접합 부재보다도 크고, 상기 피접합 부재의 외주연이 대면하는 오목부 외주부에 있어서 오목부 중앙부보다도 오목부의 깊이가 깊게 되도록 구성하였다.
이러한 구성에 의하여, 베이스판은, 반도체 소자 또는 절연 기판을 설치한 반도체 소자인 피접합 부재의 외주를 상기 오목부의 오목부 외주부에 대면하도록 하여, 접합재를 개재하여 설치할 수 있다. 그로 인하여, 베이스판에서는, 피접합 부재의 접합 시에 접합재가 용융되어 액상으로 되더라도 오목부 내에 접합재가 머물러, 피접합 부재의 위치 어긋남이 발생하기 어려운 상태로 된다. 또한 베이스판에서는, 피접합 부재가 접합재로 접합된 후에 실제로 사용되었을 때 피접합 부재인, 예를 들어 반도체 소자가 도통하여 동작함으로써 열을 발생시킨 경우, 그 열에 의한 응력이 부재 간에 발생하더라도, 오목부 외주부가 오목부 중앙부보다도 깊게 형성되어 있는 만큼 응력을 흡수할 수 있다.
또한 상기 베이스판에 있어서, 상기 오목부는, 오목부 개구 외주부를 주위 방향으로 요철로 하는 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 형성되어 있는 구성으로 해도 된다.
이러한 구성에 의하여, 베이스판의 피접합 부재가, 예를 들어 반도체 소자이며 도통하여 동작하여 열이 발생한 때, 오목부 외주부의 깊이 방향의 접합재와, 개구 외주 오목부, 개구 외주 볼록부로 되는 요철까지 충전된 접합재가, 그 열에 의하여 부재 간에 발생하는 응력을 흡수한다. 따라서 베이스판에서는, 피접합 부재가 접합 시에 이동하는(어긋나는) 일이 있더라도, 그 이동한 위치에 있어서 개구 외주 볼록부가 피접합 부재의 외주연보다 외측에 위치함으로써, 응력에도 대응하는 것이 가능해진다.
또한 상기 베이스판에 있어서, 상기 오목부는 복수 형성되고, 상기 오목부의 오목부 개구 외주부를 주위 방향으로 요철로 하는 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부가 형성되며, 한쪽 상기 개구 외주 오목부와 다른 상기 개구 외주 볼록부가 서로 엇갈리게 되도록 상기 오목부 개구 외주부가 인접하도록 형성된 구성으로 해도 된다.
이러한 구성에 의하여, 베이스판은, 피접합 부재보다도 큰 면적으로 되는 오목부를 형성하는 구성으로 하더라도, 한쪽 오목부 개구 외주부의 개구 외주 요철부의 오목부와 다른 쪽 오목부 개구 외주부의 개구 외주 요철부의 볼록부를 교호로 근접시킨 상태로 대향시킬 수 있으므로, 오목부의 공간을 효율적으로 형성할 수 있다.
그리고 상기 베이스판에 있어서, 상기 오목부 외주부와 상기 오목부 중앙부와의 저면이 경사면으로 접속되어 있는 것이나, 또는 상기 오목부 외주부의 종단면 형상이 상기 오목부 중앙부까지 곡선으로 되도록 형성되어 있는 것이나, 게다가, 상기 오목부 외주부의 저면으로부터 상승하는 오목 벽면으로부터 상기 오목부 개구 외주부까지 개구 면적이 확장되는 방향으로 경사면이 형성된 구성 중 어느 것이어도 된다.
이러한 구성에 의하여, 베이스판은, 피접합 부재의 외주측에 크게 걸리는 응력을 오목부 외주부를 중심으로 하여 흡수하고, 오목부의 경사면의 부분 또는 곡선의 부분이 있음으로써, 접합재에 걸리는 응력의 전달을 원활하게 하여, 접합재에서의 응력 완화를 보다 행하기 쉽게 할 수 있다.
또한 상기 베이스판에 있어서, 상기 오목부 외주부와의 경계로 되는 오목부 중앙부의 외주측면에, 주위 방향으로 요철로 하는 오목부 중앙 외주 오목부 및 오목부 중앙 외주 볼록부 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 형성된 구성으로 해도 된다.
이러한 구성에 의하여, 오목부 개구 외주부에 요철이 형성됨으로써, 피접합 부재 W의 위치 어긋남을 방지할 수 있음과 함께, 피접합 부재가 실제로 동작하여 발열함으로써 발생하는 응력을 완화할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 반도체 장치는, 상기 베이스판과, 상기 베이스판이 설치된 절연성 부재와, 상기 절연성 부재가 설치된 방열성 부재를 갖는 것으로 하였다. 또는 상기 피접합 부재를 구비하는 절연성 부재와, 상기 베이스판과, 상기 베이스판이 설치된 방열성 부재를 갖는 것으로 하였다.
이러한 구성에 의하여, 반도체 장치는, 피접합 부재의 접합 시의 위치 어긋남을, 접합재가 오목부에 설치되어 있음으로써 방지하고, 또한 피접합 부재가 도통하여 동작할 때 열을 발생시켜 응력이 부재 간에 걸리더라도, 그 응력을 오목부 중앙부보다도 깊이 형성한 오목부 외주부의 접합재에 의하여 흡수할 수 있다.
또한 본 발명에 관한 베이스판은, 한쪽 실장면에 피접합 부재가 접합재를 개재하여 접합되는 베이스판이며, 상기 피접합 부재가 접합되는 상기 실장면의 접합 위치에, 상기 접합재를 개재하여 상기 피접합 부재를 접합하기 위한 오목부를 구비하고, 상기 오목부는, 오목부 개구 면적이 상기 피접합 부재보다도 크고, 상기 오목부는, 오목부 개구 외주부를 주위 방향으로 요철로 하는 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 형성되어 있는 구성으로 해도 된다.
이러한 구성에 의하여, 베이스판은, 오목부에 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 형성되어 있기 때문에, 반도체 소자 등의 피접합 부재의 접합 시에 피접합 부재의 위치 어긋남을 방지할 수 있음과 함께, 피접합 부재가 실제로 동작하여 발열함으로써 발생하는 응력을 완화할 수 있다.
또한 상기 베이스판은, 상기 오목부가 복수 형성되고, 상기 오목부의 오목부 개구 외주부를 주위 방향으로 요철로 하는 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부가 형성되며, 한쪽 상기 개구 외주 오목부와 다른 상기 개구 외주 볼록부가 서로 엇갈리게 되도록 상기 오목부 개구 외주부가 인접하도록 형성된 구성으로 해도 된다.
또한 상기 베이스판은, 상기 오목부의 저면으로부터 상승하는 오목 벽면으로부터 상기 오목부 개구 외주부까지 개구 면적이 확장되는 방향으로 경사면이 형성된 구성으로 해도 된다.
또한 상기 베이스판은, 상기 오목부의 저면으로부터 상승하는 오목 벽면으로부터 상기 오목부 개구 외주부까지 곡면으로 형성된 구성으로 해도 된다.
또한 본 발명에 관한 반도체 장치는, 상기 베이스판과, 상기 베이스판이 설치된 절연성 부재와, 상기 절연성 부재가 설치된 방열성 부재를 갖는 것으로 하였다. 또는 반도체 장치는, 상기 피접합 부재를 구비하는 절연성 부재와, 상기 베이스판과, 상기 베이스판이 설치된 방열성 부재를 갖는 것으로 하였다.
이러한 구성에 의하여, 반도체 장치는, 반도체 소자 등의 피접합 부재의 접합 시에 피접합 부재의 위치 어긋남을 방지할 수 있음과 함께, 피접합 부재가 실제로 동작하여 발열함으로써 발생하는 응력을 완화할 수 있다.
또한 상술한 베이스판은, 오목부 외주부의 오목부의 깊이와 오목부 중앙부의 오목부의 깊이의 차가 0.0㎜보다도 크고 0.4㎜보다도 작은 구성으로 하는 것이 바람직하다.
이러한 구성에 의하여 땜납 중의 미제스 응력 최댓값이 저감된다.
그리고 본 발명에 관한 베이스판은, 한쪽 실장면에 피접합 부재가 접합재를 개재하여 접합되는 베이스판이며, 상기 한쪽 실장면에, 상기 피접합 부재의 투영 면적보다도 작은 면적을 갖는 볼록면부를 갖고, 상기 볼록면부에 상기 접합재를 개재하여 상기 피접합 부재가 실장되도록 구성해도 된다.
이러한 구성에 의하여, 베이스판은, 피접합 부재인, 예를 들어 칩에 대하여 미리 설정된 위치 어긋남양보다도 볼록면부의 면적과 피접합 부재의 면적의 차가 커지도록 함으로써, 피접합 부재가 동작 시에 발열에 의하여 발생하는 응력을 완화한다.
또한 본 발명에 관한 베이스판은, 한쪽 실장면에 피접합 부재가 접합재를 개재하여 접합되는 베이스판이며, 상기 피접합 부재의 외주부에 대면하는, 상기 한쪽 실장면의 위치에 홈부를 구비하도록 구성해도 된다.
이러한 구성에 의하여, 베이스판은, 피접합 부재인, 예를 들어 칩에 대하여 미리 설정된 위치 어긋남양보다도 넓은 홈 폭으로 하는 홈부로 함으로써, 피접합 부재가 동작 시에 발열에 의하여 발생하는 응력을 완화한다.
본 발명에 관한 베이스판 및 반도체 장치는, 이하에 나타낸 바와 같은 우수한 효과를 발휘하는 것이다.
베이스판은, 반도체 소자 등의 피접합 부재의 접합 시에 피접합 부재의 위치 어긋남을 방지할 수 있음과 함께, 피접합 부재가 실제로 동작하여 발열함으로써 발생하는 응력을, 오목부 중앙부보다 오목부 외주부의 오목부의 깊이를 크게 함으로써 완화할 수 있다.
반도체 장치는, 오목부를 구비하는 베이스판을 사용함으로써, 피접합 부재의 접합 시의 위치 어긋남을 방지하고, 접합 후에 피접합 부재가 동작에 수반하여 열을 발생시켜 응력이 부재 간에 걸리더라도, 그 응력을 오목부 외주부의 접합재에 의하여 흡수할 수 있다. 따라서 반도체 장치의 제조 시의 수율을 향상시키고, 또한 사용 수명을 연장시킬 수 있다.
또한 베이스판은, 오목부의 깊이는 일정하게 하고 개구 외주 오목부 또는 개구 외주 볼록부 중 한쪽 또는 양쪽을 형성함으로써, 개구 외주에 오목부 또는 볼록부가 없는 구성과 비교하여, 예를 들어 땜납의 미제스 응력에 우위의 차가 있다. 따라서 베이스판은 피접합 부재의 위치 어긋남을 방지하고, 또한 피접합 부재가 실제로 동작하여 발열함으로써 발생하는 응력을 완화할 수 있다.
또한 베이스판은, 실장면에 피접합 부재보다도 면적이 작은 볼록면부를 형성하고, 그 볼록면부에 접합재를 개재하여 피접합 부재를 실장함으로써, 피접합 부재가 실제로 동작하여 발열함으로써 발생하는 응력을 완화할 수 있다.
또한 베이스판은, 실장면에 피접합 부재의 외주부에 대향하는 위치에 환형의 홈부를 형성하고, 그 홈부의 범위 내에 피접합 부재의 외주부를 위치하도록 함으로써, 피접합 부재가 실제로 동작하여 발열함으로써 발생하는 응력을 완화할 수 있다.
도 1a는 본 발명에 관한 베이스판의 일부를 절결하여 단면 형상을 도시하는 사시도이다.
도 1b는 본 발명에 관한 베이스판의 단면도이다.
도 2a는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부에 있어서의 피접합 부재와의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 2b는 본 발명에 관한 베이스판과 피접합 부재의 위치 관계를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 3a는 본 발명에 관한 베이스판의 다른 구성을 도시하며, 일부를 절결하여 단면 형상을 도시하는 사시도이다.
도 3b는 본 발명에 관한 베이스판의 다른 구성에 관한 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 관한 베이스판의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 ⅣB-ⅣB선에 있어서의 단면도이다.
도 4c는 도 4a의 ⅣC-ⅣC선에 있어서의 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 관한 베이스판의 또 다른 구성에 대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5b는 본 발명에 관한 베이스판의 또 다른 구성에 대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5c는 본 발명에 관한 베이스판의 또 다른 구성에 대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5d는 본 발명에 관한 베이스판의 또 다른 구성에 대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 5e는 본 발명에 관한 베이스판의 또 다른 구성에 대하여 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 6a는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 6b는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 6c는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 6d는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 6e는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 6f는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 7a는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 7b는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 7c는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 7d는 본 발명에 관한 베이스판의 오목부 개구 외주부에 있어서의 다른 구성을 도시하는 평면도이다.
도 8a는 본 발명에 관한 베이스판에 오목부를 2개소 형성한 경우의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 8b는 본 발명에 관한 베이스판에 오목부를 2개소 형성한 경우의 구성을 도시하는 평면도이다.
도 9a는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 9b는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 9c는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 9d는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 9e는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 9f는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 9g는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 9h는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 10a는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 다른 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 10b는 도 10a의 ⅩB-ⅩB선에 있어서의 단면도이다.
도 10c는 도 10a의 ⅩC-ⅩC선에 있어서의 단면도이다.
도 11a는 제1 실시예에 있어서의 비교예를 모식적으로 도시하는 반도체 장치의 평면도이다.
도 11b는 도 11a의 ⅩⅠB-ⅩⅠB선에 있어서의 단면도이다.
도 12a는 제2 실시예에 있어서, 제1 실시예의 실시예 1-1을 비교예로 하는 반도체 장치를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 12b는 도 12a에 있어서의 ⅩⅡB-ⅩⅡB선에 있어서의 단면도이다.
도 13은 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 14는 본 발명에 관한 베이스판을 사용한 반도체 장치의 구성을 모식적으로 도시하는 단면도이다.
도 15a는 제2 실시예에 있어서, 제1 실시예의 실시예 1-1을 비교예로 하는 반도체 장치를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 15b는 도 15a에 있어서의 ⅩⅤB-ⅩⅤB선에 있어서의 단면도이다.
도 15c는 제2 실시예에 있어서, 실시예 2로서의 반도체 장치를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 15d는 도 15c에 있어서의 ⅩⅤD-ⅩⅤD선에 있어서의 단면도이다.
도 15e는 제2 실시예에 있어서, 실시예 2로서의 반도체 장치를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 15f는 도 15e에 있어서의 ⅩⅤF-ⅩⅤF선에 있어서의 단면도이다.
도 16a는 제2 실시예에 있어서, 제1 실시예의 실시예 1-1을 비교예로 하는 반도체 장치를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 16b는 도 16a의 ⅩⅥB-ⅩⅥB선에 있어서의 단면도이다.
도 16c는 제2 실시예에 있어서, 실시예 2로서의 반도체 장치를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 16d는 도 16c의 ⅩⅥD-ⅩⅥD선에 있어서의 단면도이다.
도 17은 제3 실시예에 있어서의 오목부 중앙부의 오목부의 깊이의 차와, 땜납 중의 미제스 응력 최댓값의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 18a는 제4 실시예에 있어서, 반도체 장치를 모식적으로 도시하는 평면도이다.
도 18b는 도 18a에 있어서의 ⅩⅧB-ⅩⅧB선에 있어서의 단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 베이스판 및 반도체 장치에 대하여, 도면을 참조하여 설명한다. 또한 베이스판의 판 두께나 오목부의 구성 등, 부재 간의 치수 등에 대하여, 알기 쉽게 하기 위하여 부분적으로 과장하여 기재되어 있는 경우가 있다.
(베이스판)
도 1a, 도 1b에 도시한 바와 같이, 베이스판(1)은, 한쪽 실장면에 피접합 부재 W를 접합하도록 설치됨과 함께, 피접합 부재로부터 전도된 열을 방열시키는 부재이다. 이 베이스판(1)은, 평면에서 보아 직사각형으로 형성된 판 본체(2)와, 이 판 본체(2)의 피접합 부재 W의 접합 위치에 형성한 오목부(3)를 구비하고 있다. 예를 들어 베이스판(1)은, 피접합 부재 W를 땜납 페이스트 등의 접합재 S(도 13 및 도 14 참조)를 개재하여 지지 고정하고, 외부 배선과의 접속을 행하는 리드 프레임이나, 발열체가 발생시키는 열을 방열시키는 히트 싱크로서 사용되는 것이다. 또한 베이스판(1)은, 발열체와 히트 싱크 사이에서 열의 전도로로 되는 개재판이어도 된다. 그리고 베이스판(1)은, 그 재질에 대하여, 예를 들어 구리나 알루미늄 또는 이들의 합금, 세라믹 등, 열전도성이 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하지만, 특별히 한정되는 것은 아니다.
(베이스판의 오목부)
오목부(3)는, 접합재 S를 개재하여 피접합 부재 W가 접합되는 부분이다. 이 오목부(3)는, 접합되는 피접합 부재 W보다도 큰 오목부 개구 면적으로 되도록 형성되어 있다. 그리고 오목부(3)는, 중앙측에 형성된 오목부 중앙부(4)와, 이 오목부 중앙부(4)에 연속되어 그 외측에 형성된 오목부 외주부(5)를 구비하고 있다. 오목부 중앙부(4)와 오목부 외주부(5)는, 저면측이 단형으로 연속되도록 형성되어 있다. 그리고 오목부 외주부(5)는, 개구 상단부로부터 저면까지의 오목부 깊이 D2가, 오목부 중앙부(4)의 오목부의 깊이 D1보다 깊게 되도록 형성되어 있다. 또한 오목부 외주부(5)는, 접합되는 피접합 부재 W의 외주연 Wp가 대면하는 위치로 되도록 형성되어 있다. 오목부 외주부(5)의 오목부 개구 외주부(6)는, 여기서는 평면에서 보아 직사각형(직사각형 또는 정사각형)으로 되도록 형성되어 있다. 그리고 오목부 중앙부(4)는, 그 면적 크기가, 방열성 및 피접합 부재 W가 접합할 때의 경사를 방지하는 관점에서, 피접합 부재 W의 접합면의 면적의 50% 이상 내지 100% 미만으로 되도록 구성되어 있다.
즉, 도 2a, 도 2b에서 도시한 바와 같이, 오목부(3)에서는, 피접합 부재 W의 외주연 Wp의 위치가 오목부 외주부(5)의 내측 벽면과 대략 동일한 위치{피접합 부재 W의 접촉면의 면적과 오목부 중앙부(4)의 면적이 대략 동등함}로부터 오목부 외주부(5)의 외측 벽면의 내측 위치까지의 사이{피접합 부재 W의 접합면의 면적의 50%와 오목부 중앙부(4)의 면적이 동등함}로 되도록 구성되어 있다. 오목부(3)의 구성을 상기와 같이 함으로써, 오목부 내에 피접합 부재를 수용할 수 있어, 접합재 S의 용융에 의한 위치 어긋남이 억제된다. 이때, 도 2b에 도시한 바와 같이, 베이스판(1)에서는, 오목부(3)의 1변의 길이 L1, L2가 피접합 부재 W의 1변의 길이 W1, W2보다도 길면 특별히 제한되지 않는다. 단, 베이스판(1)에서는, 방열성이나 고밀도 실장, 후공정으로 되는 와이어 본딩 등에 있어서의 (위치 어긋남에 의한) 수율의 관점에서, 오목부(3)의 1변의 길이 L1, L2와 오목부(3)에 설치하는 피접합 부재 W의 1변의 길이 W1, W2의 차는 작은 쪽이 바람직하며, 1㎜ 이하인 것이 바람직하다.
또한 종래 구조에 있어서, 발열체인 피접합 부재 W와 베이스판(방열체)(1) 사이의 땜납(접합재 S)의 응력은, 피접합 부재 W의 단부에 있어서 크게 되는 것이 알려져 있다. 그 때문에, 베이스판(1)에서는, 도 1b에 도시한 바와 같이, 오목부 외주부(5)의 오목부 깊이 D2가 오목부 중앙부(4)의 오목부 깊이 D1보다도 깊게 되도록 형성되고, 오목부 중앙부(4)의 오목부 깊이 D1으로 되는 위치의 면적 크기가 발열체의 크기보다도 작게 되도록 형성되어 있다. 따라서 베이스판(1)에서는, 오목부 외주부(5)의 오목부에 의하여, 완충재로 되는 접합재 S(예를 들어 땜납)의 양이 외주 부분에서 많아지는 점에서 응력 완화 효과가 중앙보다도 발현되기 쉬워진다.
또한 오목부(3)는, 예를 들어 금형을 사용한 프레스 가공 또는 절삭 가공, 에칭 등에 의하여 오목부 중앙부(4) 및 오목부 외주부(5)의 형상으로 되도록 가공할 수 있지만, 가공에 있어서 그 가공법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 또한 베이스판(1)의 크기, 형상 및 두께는, 사용되는 용도나 피접합 부재 W의 종류에 대응하도록 미리 설정되게 된다.
베이스판(1)에서는, 오목부(3) 내에 땜납 등의 접합재 S를 충전하여 피접합 부재 W를 접합하면, 가열되어 용융된 접합재 S는 오목부(3) 내에 있다. 따라서 접합재 S가 접합 시에 가열되어 액상화되었을 때, 그 액상화에 수반하는 피접합 부재 W의 위치 어긋남을 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다. 또한 베이스판(1)에 접합재 S를 개재하여 피접합 부재 W가 접합되고, 도시되지 않은 기판 등에 실장되어 동작할 때, 피접합 부재 W는 발열하여 응력이 부재 간에 발생한다. 이때, 피접합 부재 W의 외주연 Wp는, 오목부 외주부(5)에 대면한 상태에서 접합되어 있으므로, 오목부 외주부(5)에 충전되어 있는 접합재 S에 의하여 그 응력이 완화되게 된다.
다음으로, 도 3a, 도 3b를 참조하여, 베이스판(11)의 다른 구성에 대하여 설명한다. 또한 이미 설명한 구성은 동일한 부호를 붙여 설명을 적절히 생략한다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 베이스판(11)은, 판 본체(2)와, 이 판 본체(2)의 피접합 부재 W의 접합 위치에 형성한 오목부(13)를 구비하고 있다.
오목부(13)는, 오목부 중앙부(4)와, 이 오목부 중앙부(4)의 외주에 형성한 오목부 외주부(15)를 구비하고 있다. 그리고 오목부 중앙부(4)와 오목부 외주부(15)는, 단차를 개재하여 저면이 연속되도록 형성되어 있다. 또한 오목부 외주부(15)는, 오목부 개구 외주부(16)가 주위 방향으로 요철로 되도록 개구 외주 오목부(16a) 및 개구 외주 볼록부(16b)가 형성되어 있다. 또한 개구 외주 오목부(16a) 및 개구 외주 볼록부(16b)는, 그 오목부 깊이가, 오목부 외주부(15)와 동일한 오목부 깊이로 형성되어 있다.
개구 외주 오목부(16a)는, 오목부 개구 외주부(16)로부터 내측으로 오목형으로 형성되는 부분이다. 개구 외주 오목부(16a)는, 도 4a에 도시한 바와 같이, 피접합 부재 W의 외주연 Wp보다도 외측으로 되도록 형성되어 있다. 오목부 개구 외주부(16)는, 여기서는, 개구 외주 오목부(16a)가 그 오목부의 1변에 2개 형성되는 일례로서 설명한다. 또한 오목부 개구 외주부(16)는, 개구 외주 오목부(16a)가 그 오목부의 1변에 2개 형성됨으로써, 개구 외주 오목부(16a) 이외의 부분을 개구 외주 볼록부(16b)로 해도 된다. 또한 오목부 개구 외주부(16)는, 도 3a에 도시한 바와 같이, 개구 외주 볼록부(16b)를 오목부의 4코너와, 오목부 각 변의 중앙에 각각 형성함으로써, 개구 외주 볼록부(16b) 이외의 부분에 개구 외주 오목부(16a)를 형성하는 구성으로 해도 된다. 또한 개구 외주 오목부(16a)는, 오목부의 1변에 적어도 2개소 이상 형성함으로써, 그 개구 외주 오목부(16a) 이외의 부분을 개구 외주 볼록부(16b)로서 형성한 구성이어도 된다.
개구 외주 오목부(16a)와 개구 외주 볼록부(16b)는, 오목부(13) 내에서의 피접합 부재 W의 미소한 위치 어긋남이 발생한 때, 어긋난 방향으로는 피접합 부재 W와 오목부 개구 외주부(16)의 거리가 가까워져, 본래 응력에 대응하기 위한 땜납량이 감소하게 된다. 그러나 베이스판(11)에서는, 예를 들어 피접합 부재 W가 슬라이드하여 그 1변이 오목부(13)의 오목부 개구 외주부(16) 중 어느 1변측에 근접한 경우, 개구 외주 오목부(16a) 또는 개구 외주 볼록부(16b)가 있음으로써, 접합재 S에 관한 응력이 분산되어 완화되기 쉬워진다.
도 1a, b 내지 도 4a, b에서 도시하는 베이스판(1)의 오목부 중앙부(4) 및 오목부 외주부(5), 또는 베이스판(11)의 오목부 중앙부(4) 및 오목부 외주부(15)는, 종단면에 있어서의 오목부 형상이 직사각형으로서 형성되는 구성으로서 설명하였다. 상기 각 부는 이에 한정되지 않으며, 도 5a 내지 도 5e에 도시한 바와 같은 오목형으로 해도 된다. 도 5a 내지 도 5e에서는, 도 1a의 베이스판(1)의 다른 구성으로서, 지면(紙面) 좌측에 있어서 실선으로 베이스판(1A 내지 1E)까지를 나타냄과 함께, 베이스판(11)의 다른 구성으로서 가상선과 아울러 지면 우측에 있어서 오목부 개구 외주부(16A 내지 16E)의 부분을 도시하여 베이스판(11A 내지 11E)에 대해서도 설명한다. 또한 베이스판(11A 내지 11E)에 있어서 오목부 개구 외주부(16A 내지 16E)의 평면에서 본 형상은, 도 4a와 동일한 형상인 것으로 하여 설명한다.
도 5a의 지면 좌측에 도시한 바와 같이, 베이스판(1A)으로서, 오목부 외주부(5A)의 저면으로부터 오목부 개구 외주부(6A) 및 오목부 중앙부(4A)의 저면까지 상승하는 벽면(오목 벽면)을 경사면(7A, 8A)으로서 형성하도록 구성해도 된다. 또한 도 5a의 지면 우측에 도시한 바와 같이, 베이스판(11A)으로서, 오목부 개구 외주부(16A)에 요철{도 4a의 개구 외주 오목부(16a), 개구 외주 볼록부(16b) 참조}이 형성되어 있는 경우에도 경사면(17A, 18A)이 형성되어 있는 구성으로 해도 된다.
또한 도 5b의 지면 좌측에 도시한 바와 같이, 베이스판(1B)으로서, 오목부 외주부(5B)의 저면으로부터 오목부 중앙부(4B)의 저면까지 상승하는 벽면을 완만한(45° 이하) 경사면(8B)으로서 형성하도록 구성해도 된다. 또한 도 5b의 지면 우측에 도시한 바와 같이, 베이스판(11B)으로서, 오목부 개구 외주부(16B)에 요철{도 4a의 개구 외주 오목부(16a), 개구 외주 볼록부(16b) 참조}이 형성되어 있는 경우에도 완만한 경사면(18B)이 형성되어 있는 구성으로 해도 된다.
또한 도 5c의 지면 좌측에 도시한 바와 같이, 베이스판(1C)으로서, 오목부 외주부(5C)의 저면으로부터 오목부 중앙부(4C)의 저면까지 상승하는 벽면을 완만한(45° 이하) 경사면(8C)으로서 형성함과 함께, 오목부 외주부(5C)의 저면으로부터 수직으로 상승한 벽면(7C)을, 오목부 개구 외주부(6C)가 확장되는 방향으로 경사진 경사면(9C)을 형성하도록 구성해도 된다. 또한 도 5c의 지면 우측에 도시한 바와 같이, 베이스판(11C)으로서, 경사면(18C)과, 오목부 개구 외주부(16C)에 요철{도 4a의 개구 외주 오목부(16a), 개구 외주 볼록부(16b) 참조}이 형성되어 있는 경우에도, 저면으로부터 수직으로 상승한 벽면(17C)을, 오목부 개구 외주부(16C)가 확장되는 방향으로 경사진 경사면(19C)를 형성하도록 구성해도 된다.
그리고 도 5d의 지면 좌측에 도시한 바와 같이, 베이스판(1D)으로서, 오목부 외주부(5D)의 저면으로부터 오목부 개구 외주부(6D) 및 오목부 중앙부(4D)의 저면까지 곡선적으로 상승한 곡면을 갖는 수직인 벽면(7D, 8D)을 형성하도록 구성해도 된다. 또한 도 5d의 지면 우측에 도시한 바와 같이, 베이스판(11D)으로서, 오목부 개구 외주부(16D)에 요철{도 4a의 개구 외주 오목부(16a), 개구 외주 볼록부(16b) 참조}이 형성되어 있는 경우에도, 오목부 외주부(15D)의 저면으로부터 오목부 개구 외주부(16D) 및 오목부 중앙부(14D)의 저면까지 곡선적으로 상승한 곡면을 갖는 수직인 벽면(17D, 18D)을 형성하도록 구성해도 된다.
또한 도 5e의 지면 좌측에 도시한 바와 같이, 베이스판(1E)으로서, 오목부 외주부(5E)의 저면으로부터의 상승 부분과, 오목부 개구 외주부(6E)와의 접속 부분을 곡선으로서 접속하는 곡면을 갖는 벽면(7E) 및 오목부 외주부(5E)의 저면으로부터의 상승 부분과, 오목부 중앙부(4E)와의 접속 부분을 곡선으로서 접속하는 곡면을 갖는 벽면(8E)을 각각 형성하도록 구성해도 된다. 또한 도 5e의 지면 우측에 도시한 바와 같이, 베이스판(11E)으로서, 오목부 개구 외주부(16E)에 요철{도 4a의 개구 외주 오목부(16a), 개구 외주 볼록부(16b) 참조}이 형성되어 있는 경우에도, 오목부 외주부(15E)의 저면으로부터의 상승 부분과, 오목부 개구 외주부(16E) 및 오목부 중앙부(14E)와의 접속 부분을 곡선으로서 접속하는 곡면을 갖는 벽면(17E, 18E)을 형성하도록 구성해도 된다.
도 5a 내지 도 5e에 도시한 바와 같이, 베이스판(1A 내지 1E, 11A 내지 11E)에서는, 오목부(3A 내지 3E) 또는 오목부(13A 내지 13E)에 곡선 부분 또는 경사면이 존재함으로써, 피접합 부재 W를 접합하는 땜납 등의 접합재 S의 응력 완화에 대한 작용이 향상된다.
또한 도 6a 내지 도 6f 및 도 7a 내지 도 7d에 도시한 바와 같이, 베이스판(11, 11A 내지 11E)에서는, 오목부 개구 외주부(21 내지 30)로 도시하는 형상으로 해도 된다. 즉, 도 6a에 도시하는 오목부 개구 외주부(21)는, 직사각형(장방형)으로 형성한 개구 외주 오목부(21A) 및 개구 외주 볼록부(21B)에 의하여 구성되어 있다. 이 오목부 개구 외주부(21)는, 동일한 간격으로 개구 외주 오목부(21A)와 개구 외주 볼록부(21B)가 연속되도록 형성되어 있다.
도 6b에 도시하는 오목부 개구 외주부(22)는, 사다리꼴로 각 변에서 연속되도록 형성된 개구 외주 오목부(22A) 및 개구 외주 볼록부(22B)에 의하여 구성되어 있다.
도 6c에 도시하는 오목부 개구 외주부(23)는, 반원형으로 되는 개구 외주 볼록부(23B)와, 양 단부가 반원호로 되는 사다리꼴의 개구 외주 오목부(23A)에 의하여 구성되어 있다. 또한 오목부 개구 외주부(23)는, 각 변에 있어서의 개구 외주 오목부(23A) 및 개구 외주 볼록부(23B)를 일정한 크기로 하고 있으므로, 개구 4코너로 되는 위치에서는, 3/4 원호형으로 되는 개구 외주 볼록부가 형성되어 있다.
도 6d에 도시하는 오목부 개구 외주부(24)는, 코너를 둥글게 한 직사각형의 개구 외주 오목부(24A)와, 개구 외주 오목부(24A)보다도 가로로 긴, 코너를 둥글게 한 직사각형의 개구 외주 볼록부(24B)에 의하여 구성되어 있다.
도 6e에 도시하는 오목부 개구 외주부(25)는, 1변의 2개소에 이등변삼각형으로 형성된 개구 외주 오목부(25A)와, 2개의 개구 외주 오목부(25A, 25A) 사이에 형성된 개구 외주 볼록부(25B)로서 구성되어 있다.
도 6f에 도시하는 오목부 개구 외주부(26)는, 1변의 2개소에 직각삼각형으로 형성된 개구 외주 오목부(26A)와, 2개의 개구 외주 오목부(26A, 26A) 사이에 형성된 개구 외주 볼록부(26B)에 의하여 구성되어 있다. 또한 개구 외주 오목부(26A, 26A)는, 1변에 2개소 균등한 위치에서, 인접하는 방향으로 서로 직각 부분을 향하여 형성되어 있다.
도 7a에 도시하는 오목부 개구 외주부(27)는, 1변에 3개소 균등하게 형성된 반타원형의 개구 외주 오목부(27A)와, 이 개구 외주 오목부(27A, 27A) 사이에 형성된 개구 외주 볼록부(27B)로 구성되어 있다. 또한 개구 외주 볼록부(27B)는, 기단부측이 타원의 1/4 원호로 되는 사다리꼴로 형성되어 있다.
도 7b에 도시하는 오목부 개구 외주부(28)는, 사각형의 개구에 있어서의 개구 4코너를 반원형의 개구 외주 오목부(28A)로 하고, 그 외의 부분에서는 개구 외주 직선부(28a)로 함으로써 구성되어 있다. 따라서 오목부 개구 외주부(28)에서는, 개구 외주 볼록부가 없는 상태의 구성을 도시하고 있다.
도 7c에 도시하는 오목부 개구 외주부(29)는, 반타원형의 개구 외주 오목부(29A)를, 사각형에 있어서의 대향하는 코너부를 사이에 두는 위치에 형성하고, 그 외의 부분에서는 개구 외주 직선부(29a)로 함으로써 구성되어 있다. 이 오목부 개구 외주부(29)에서는, 개구 외주 볼록부가 없는 상태의 구성을 도시하고 있다.
도 7d에 도시하는 오목부 개구 외주부(30)는, 사각형의 각 변에 개구 면적이 상이한 직사각형으로 형성한 개구 외주 볼록부(30B)가 형성되고, 그 외의 부분에서는 개구 외주 직선부(30a)로 함으로써 구성되어 있다. 이 오목부 개구 외주부(30)에서는, 개구 외주 오목부가 없는 상태의 구성을 도시하고 있다{또한 도 7d에 도시하는 각 변의 중심 개구 외주 볼록부(30B)는 모두 동일한 직사각형으로 해도 됨}.
이상 설명한 바와 같이, 오목부 개구 외주부(21 내지 30)에서는, 개구 외주 오목부만의 구성과, 개구 외주 볼록부만의 구성과, 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부 중 어떠한 조합으로 해도 된다. 또한 오목부 개구 외주부(21 내지 30)에서는, 피접합 부재 W가 중앙에 접합되었다고 가정한 때, 그 피접합 부재 W의 외측으로 되도록 오목부 외주 오목부가 형성되어 있다.
베이스판에서는, 오목부 개구 외주부(21 내지 30)를 형성함으로써 미소 위치 어긋남 발생 시에도 완충재로 되는 땜납 등의 접합재 S가 충분히 존재하게 된다. 이것에 의하여, 피접합 부재 W가 열에 의하여 응력이 증대되더라도 그 응력을 억제할 수 있다.
도 6a 내지 도 6e 및 도 7a 내지 도 7d에서는, 각각 구체적인 형상으로서 오목부 개구 외주부(21 내지 30)를 도시하였다. 개구 외주 오목부 또는 개구 외주 볼록부를 형성하는 위치로서는, 상기 예의 사각형 오목부의 각 위치나, 외주변에 형성하는 것이 바람직하며, 그 수나 형상은 특별히 제한되지 않는다. 그로 인하여, 도 6a 내지 도 6e 및 도 7a 내지 도 7d에 도시한 바와 같은 사각형, 사다리꼴, 원형 등의 형상 및 형성 위치에 따라, 이들을 조합하여 사용한 형상 등을 채용할 수 있다. 또한 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부의 형상, 수는 각 외주변에서 동일할 필요는 없다. 한편, 복수의 피접합 부재 W를, 실장되는 기판에 고밀도로 실장하는 관점에서는, 피접합 부재 W의 외주연 Wp로부터 개구 외주 볼록부(개구 최외주)까지의 거리는 베이스판의 두께 정도인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 8a, 도 8b를 참조하여, 오목부를 베이스판에 복수 형성하는 구성에 대하여 설명한다. 또한 도 8a, 도 8b에서는, 설명을 간단히 하기 위하여 오목부를 2개소로 한 예로서 설명하지만, 오목부를 형성하는 수는 3 내지 9 또는 10 이상이어도 된다. 또한 도 8a, 도 8b에서 도시하는 각 구성은, 이미 설명한 것과 형상은 상이하지만 동일한 기능을 구비하는 것으로 하여, 적절히 설명을 생략한다.
베이스판(41)은, 직사각형으로 형성된 판 본체(42)와, 이 판 본체(42)의 2개의 피접합 부재 W를 접합하는 접합 위치에 형성한 2개소의 오목부(43A, 43B)를 구비하고 있다. 그리고 베이스판(41)에 형성된 오목부(43A, 43B)는, 각각 동일한 형상으로 되는 오목부 개구 외주부(46)를 구비하고 있다. 오목부 개구 외주부(46)는, 각 변의 2개소의 개구 외주 볼록부(46b)와, 개구 외주 볼록부(46b, 46b) 사이에 형성된 개구 외주 오목부(46a)로 구성되어 있다.
개구 외주 볼록부(46b)는 직사각형으로 형성되어 있다. 그리고 개구 외주 볼록부(46b)는, 1변에 2개 있는 중 한쪽이, 인접하는 변의 직선을 연장하여 직사각형의 일부로 되도록 형성되어 있다. 또한 오목부(43A)와 오목부(43B)는, 오목부(43A)의 개구 외주 볼록부(46b)와 오목부(43B)의 개구 외주 오목부(46a)가 근접하여 대향하도록 배치되어 있다. 이와 같이, 베이스판(41)에서는, 개구 외주 오목부(46a)와 대향하도록 개구 외주 볼록부(46b)가 형성되어 있다. 즉, 한쪽 개구 외주 오목부(46a)와, 다른 개구 외주 볼록부(46b)가 서로 엇갈리게 되도록 오목부 개구 외주부(46)가 인접하도록 형성되어 있다. 이것에 의하여 실장 밀도를 높일 수 있다.
도 8b에 도시한 바와 같이, 대향하는 개구 외주 오목부(56c)와 개구 외주 볼록부(56f)를 미리 감합하도록 형성하도록 해도 된다. 즉, 베이스판(51)은, 판 본체(52)에 형성된 오목부(53A)와 오목부(53B)가 인접하는 위치에 형성되어 있다. 그리고 오목부(53A) 및 오목부(53B)의 각각의 오목부 개구 외주부(56, 56)에서는, 대향하지 않는 3변에 일정한 간격으로 형성된 직사각형의 개구 외주 오목부(56a)와 개구 외주 볼록부(56b)가 형성되어 있다. 그리고 오목부(53A) 및 오목부(53B)의 각각의 오목부 개구 외주부(56, 56)에서는, 대향하는 변의 위치에 있어서, 인접하여 서로 요철이 감합하도록 개구 외주 오목부(56c)와 개구 외주 볼록부(56d)가 형성됨과 함께, 개구 외주 볼록부(56f)와 개구 외주 오목부(56e)가 형성되어 있다. 이 오목부(53A) 및 오목부(53B)에서는, 인접하여 감합하도록 개구 외주 오목부(56c)와 개구 외주 볼록부(56f)가 형성됨과 함께, 인접하여 감합하도록 개구 외주 볼록부(56d)와 개구 외주 오목부(56e)가 형성되어 있으므로, 실장 밀도를 높일 수 있다.
이상 설명한 도 1a, 1b 내지 도 8a, 8b에 도시하는 베이스판{1(11 등)}에서는, 피접합 부재 W를 땜납 등의 접합재 S를 개재하여 접합할 때, 접합재 S가 용융되어 액상으로 되더라도, 오목부{3(3A 등)}이 형성되어 있음으로써 접합재 S의 액상화에 의한 피접합 부재 W의 위치의 어긋남을 억제할 수 있다. 또한 베이스판{1(11 등)}에서는, 피접합 부재 W가 실장된 후에 작동함으로써 열을 발생시키더라도, 그 열에 의하여 발생하는 부재 간의 응력을, 피접합 부재 W의 외주연 Wp에 위치하는 오목부 외주부{5(15 등)}의 접합재 S가 흡수할 수 있다.
여기서, 베이스판{1(11 등)}에 접합되는 피접합 부재 W는, 동작할 때 열을 발생시키는 부재 단체, 또는 그 부재와 절연 기판 등이 접합된 것을 접합 부재라 한다. 예를 들어 열을 발생시키는 부재란, IGBT, 파워 MOSFET, 정류 다이오드, 트랜지스터 등의 반도체 소자(소자)이며, 통상, 동작할 때 열을 발생시키는 전자 부품이다. 또한 열을 발생시키는 부재의 크기나 형상에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 또한 열을 발생시키는 부재를 탑재한 절연 기판에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 DBC(Direct Bonded Copper) 기판이나 AMC(Active Metal Brazed Copper) 기판 등이 사용된다.
사용되는 접합재 S는, 열을 발생시키는 부재(피접합 부재), 베이스판(1) 등을 서로 접합하는 부재이다. 접합재 S는, 부재 간(열을 발생시키는 부재와 베이스판 사이, 베이스판과 히트 싱크 등의 다른 부재와의 사이)에 봉입되어, 접합층을 형성한다. 또한 접합재 S는, 예를 들어 땜납, 납 등이며, 비교적 연화 온도가 낮고 부드러운 점에서, 응력에 대하여 완충재적인 역할을 한다. 부재 간에 형성되는 접합층의 두께에 대해서는, 열을 발생시키는 부재의 크기, 발열량 등에 따라 상이하며 특별히 한정되지 않지만, 열전도성의 관점에서 10㎛ 내지 200㎛가 바람직하다.
또한 이미 설명한 베이스판(1, 1A 내지 1E, 11, 11A 내지 11E, 41, 51){이하, 베이스판(1Z)이라 함}에 있어서, 오목부 외주부(5) 등의 오목부의 깊이와 오목부 중앙부(4) 등의 오목부의 깊이의 차가 0.0㎜보다도 크고 0.4㎜보다도 작은 구성으로 함으로써, 응력이 1보다도 작아져 보다 바람직하다. 또한 베이스판(1Z)의 오목부 깊이의 구체적인 구성은 후술한다.
베이스판(1Z)에 있어서, 도 9a 내지 도 9h에 도시한 바와 같이, 오목부(3, 3A 내지 3E, 13, 13A, 43A, 43B){이하, 오목부(3Z)라 함}에 있어서, 오목부 중앙부(4, 4A 내지 4D, 44, 54){이하, 오목부 중앙부(4Z)라 함}의 외주측면이, 사각형의 각 직선의 변에 대면하여, 주위 방향으로 오목형 또는 볼록형 또는 요철형으로 되도록, 오목부 중앙 외주면(410 내지 417)을 구비하는 구성으로 해도 된다.
여기서 도시하는 오목부 중앙 외주면(410 내지 417)은, 베이스판(1Z)의 변과 동일한 방향의 변을 갖는 사각형에 대하여, 그 사각형의 각 변과 평행인 직선으로 되지 않도록, 오목형 또는 볼록형 또는 요철형으로 되어 있으면 된다. 또한 도 9a 내지 도 9h에서는, 오목부 개구 외주부(6)를 일례로서, 도 1a와 마찬가지로 평면에서 보아 직사각형(여기서는 정사각형)으로서 설명한다. 또한 도 9a 내지 도 9h에 있어서, 오목부 중앙부(4Z)는, 피접합 부재 W의 면적보다도 작은 면적으로 되도록 형성되어 있다.
도 9a에 도시한 바와 같이, 베이스판(1Z)의 오목부(3Z)에서는, 오목부 개구 외주부(6)를 정사각형으로 하고, 오목부 중앙부(4Z)가, 오목부 중앙 외주면(410)을 원형으로 형성하고 있다. 그리고 오목부 중앙 외주면(410)과 오목부 개구 외주부(6)까지의 위치를, 오목부가 깊은 오목부 외주부(510)로 하고 있다. 따라서 오목부 개구 외주부(6)와의 각 변에 대향하는 오목부 중앙 외주면(410)이란, 서로 평행으로 되는 균등한 상태는 아니게 된다. 또한 각 변의 중앙에서는 오목부 외주부(510)의 폭이 좁고, 각 변의 단부측에서는 오목부 외주부(510)의 폭이 넓게 되어 있다. 그 때문에, 오목부 중앙 외주면(410)은, 각 변의 중앙에서는 오목부 개구 외주부(6)를 향하여 볼록(오목부 중앙 외주 볼록부)하게 되고, 각 변의 단부측에서는 오목(오목부 중앙 외주 오목부)하게 되어, 주위 방향으로 요철을 형성하고 있다.
또한 도 9b에 도시한 바와 같이, 베이스판(1Z)의 오목부(3Z)에서는, 오목부 개구 외주부(6)를 정사각형으로 하고, 오목부 중앙부(4Z)가, 오목부 중앙 외주면(411)을, 꼭지각을 둥글게 한 마름모형으로 형성하고 있다. 그리고 오목부 중앙부(4Z)는, 오목부 중앙 외주면(411)의 꼭지각 부분을, 오목부 개구 외주부(6)의 각 변을 향하도록 형성하고 있다. 따라서 오목부 개구 외주부(6)와의 각 변과, 이 각 변에 대향하는 오목부 중앙 외주면(411)은, 서로 평행으로 되는 균등한 상태는 아니게 된다. 또한 각 변의 중앙에서는 오목부 외주부(511)의 폭이 좁고, 각 변의 단부측에서는 오목부 외주부(511)의 폭이 넓게 되어 있다. 그 때문에, 오목부 중앙 외주면(411)은, 각 변의 중앙에서는 오목부 개구 외주부(6)를 향하여 볼록(오목부 중앙 외주 볼록부)하게 되고, 각 변의 단부에서는 오목(오목부 중앙 외주 오목부)하게 되어, 주위 방향으로 요철을 형성하고 있다.
또한 도 9c에 도시한 바와 같이, 베이스판(1Z)의 오목부(3Z)에서는, 오목부 개구 외주부(6)를 정사각형으로 하고, 오목부 중앙부(4Z)가, 오목부 외주부와의 경계로 되는 오목부 중앙 외주면(412)에, 오목부 중앙 외주 볼록부(412A)와 오목부 중앙 외주 오목부(412B)가 주위 방향으로 연속되어 형성되어 있다. 즉, 오목부 중앙 외주면(412)은 주위 방향으로 요철로 되도록 형성되어 있다. 따라서 오목부 중앙 외주 볼록부(412A)와 오목부 개구 외주부(6) 사이에서는 오목부 외주부(512)의 폭이 좁고, 오목부 중앙 외주 오목부(412B)와 오목부 개구 외주부(6) 사이에서는 오목부 외주부(512)의 폭이 넓게 되어 있다. 또한 오목부 중앙 외주 볼록부(412A) 및 오목부 중앙 외주 오목부(412B)는, 그 크기가 정렬되어 있지 않은 상태의 직사각형으로 형성되어 있다. 또한 오목부 중앙 외주면(412)에서는, 오목부 개구 외주부(6)의 꼭지각에 대향하는 위치에서는 오목하게 형성되어 있다.
그리고 도 9d에 도시한 바와 같이, 베이스판(1Z)의 오목부(3Z)에서는, 오목부 개구 외주부(6)를 정사각형으로 하고, 오목부 중앙부(4Z)가, 오목부 중앙 외주면(413)에, 오목부 중앙 외주 볼록부(413A)와 오목부 중앙 외주 오목부(413B)가 주위 방향으로 연속되어 요철로 되도록 형성되어 있다. 이 오목부 중앙 외주면(413)은, 오목부 개구 외주부(6)의 꼭지각에 대향하는 위치에서는 볼록하게 형성되어 있다. 오목부 중앙 외주 볼록부(413A)와 오목부 중앙 외주 오목부(413B)는, 코너 부분 이외에는 통일된 사각형으로 형성되어 있다. 또한 오목부 외주부(513)는, 오목부 중앙 외주 볼록부(413A) 및 오목부 중앙 외주 오목부(413B)에 의하여 오목부 개구 외주부(6)까지의 간격이 상이하도록 구성되어 있다.
또한 도 9e에 도시한 바와 같이, 베이스판(1Z)의 오목부(3Z)에서는, 오목부 개구 외주부(6)를 정사각형으로 하고, 오목부 중앙부(4Z)가, 오목부 중앙 외주면(414)에, 오목부 중앙 외주 볼록부(414A)를 각 변의 중앙으로 하고, 그 양측에 오목부 중앙 외주 오목부(414B)가 형성되어 있다. 즉, 오목부 중앙 외주면(414)은, 주위 방향을 따라 형성되는 오목부 중앙 외주 볼록부(414A)와 오목부 중앙 외주 오목부(414B)에 의하여 주위 방향으로 요철이 형성되어 있다. 이 오목부 중앙 외주면(414)은, 오목부 개구 외주부(6)의 꼭지각에 대향하는 위치에서는 볼록형으로 형성되어 있다. 또한 오목부 중앙 외주 볼록부(414A)와 오목부 중앙 외주 오목부(414B)가, 코너 부분 이외에는 통일된, 가로로 긴 사각형으로 형성되어 있다. 또한 오목부 외주부(514)는, 오목부 중앙 외주 볼록부(414A) 및 오목부 중앙 외주 오목부(414B)에 의하여 오목부 개구 외주부(6)까지의 간격이 상이하도록 구성되어 있다.
또한 도 9f에 도시한 바와 같이, 베이스판(1Z)의 오목부(3Z)에서는, 오목부 개구 외주부(6)를 정사각형으로 하고, 오목부 중앙부(4Z)가, 오목부 중앙 외주면(415)에 있어서, 각 변의 중앙에 오목부 중앙 외주 오목부(415B)를 형성하고, 그 오목부 중앙 외주 오목부(415B)의 양측에 오목부 중앙 외주 볼록부(415A)를 형성하고 있다. 즉, 오목부 중앙 외주면(415)은, 주위 방향을 따라 오목부 중앙 외주 볼록부(415A) 및 오목부 중앙 외주 오목부(415B)가 형성됨으로써, 주위 방향으로 요철을 형성하고 있다. 이 오목부 중앙 외주면(415)은, 오목부 개구 외주부(6)의 꼭지각에 대향하는 위치에서는 오목형으로 형성되어 있다. 또한 오목부 중앙 외주 볼록부(415A)가 오목부 중앙 외주 오목부(415B)보다도 길이가 작은 직사각형으로 형성되어 있다. 또한 오목부 외주부(515)는, 오목부 중앙 외주 볼록부(415A) 및 오목부 중앙 외주 오목부(415B)에 의하여 오목부 개구 외주부(6)까지의 간격이 상이하도록 구성되어 있다.
그리고 도 9g에 도시한 바와 같이, 베이스판(1Z)의 오목부(3Z)에서는, 오목부 개구 외주부(6)를 정사각형으로 하고, 오목부 중앙부(4Z)가, 오목부 중앙 외주면(416)에 있어서, 오목부 중앙 외주 오목부(416B)를 소정의 간격을 띄우고 형성되어 있다. 즉, 오목부 중앙 외주면(416)은, 주위 방향을 따라 오목부 중앙 외주 오목부(416B)가 형성됨으로써, 오목부 개구 외주부(6)와의 사이에 있어서 주위 방향으로 요철을 형성하고 있다. 오목부 중앙 외주 오목부(416B)는, 여기서는 반원형 또는 반타원형으로 형성되어 있다. 또한 오목부 외주부(516)는, 오목부 중앙 외주 오목부(416B)에 의하여 오목부 개구 외주부(6)까지의 간격이 상이하도록 구성되어 있다.
그리고 도 9h에 도시한 바와 같이, 베이스판(1Z)의 오목부(3Z)에서는, 오목부 개구 외주부(6)를 정사각형으로 하고, 오목부 중앙부(4Z)가, 오목부 중앙 외주면(417)에 있어서, 오목부 중앙 외주 볼록부(417A)를 소정의 간격을 띄우고 형성되어 있다. 즉, 오목부 중앙 외주면(416)은, 주위 방향을 따라 오목부 중앙 외주 볼록부(417A)가 형성됨으로써, 오목부 개구 외주부(6)와의 사이에 있어서 주위 방향으로 요철을 형성하고 있다. 오목부 중앙 외주 볼록부(417A)는, 여기서는 반원형 또는 반타원형으로 형성되어 있다. 또한 이 오목부 중앙 외주면(417)은, 오목부 개구 외주부(6)의 꼭지각에 대향하는 위치에서는, 원호의 볼록형으로 형성되어 있다. 또한 오목부 외주부(517)는, 오목부 중앙 외주 볼록부(417A)에 의하여 오목부 개구 외주부(6)까지의 간격이 상이하도록 구성되어 있다.
이상, 도 9a 내지 도 9h에서 도시한 바와 같이, 오목부 중앙부(4Z)는, 그 오목부 중앙 외주면(410 내지 417)을 요철로 할 수 있는 것이면, 상술한 형상 이외여도 된다. 또한 도 9a 내지 도 9h에 있어서, 오목부 개구 외주부(6)를 정사각형으로서 설명했지만, 도 4a, 도 4b, 도 6a 내지 도 6f 및 도 7a 내지 도 7d에서 도시하는 형상으로 하여 조합하여 사용해도 된다. 즉, 오목부는, 오목부 개구 외주부 및 오목부 중앙 외주면의 각각이 요철로 되도록 형성되어도 된다. 또한 오목부 중앙 외주면은, 도 5a 내지 도 5e에 도시한 바와 같은 구성에 요철로 되도록 형성되는 것이어도 된다.
도 1a, 도 1b로부터 도 9a 내지 도 9h에서는, 오목부(3Z)는, 깊이가 상이한 구성으로서 설명했지만, 도 10a 내지 도 10c에 도시한 바와 같이, 오목부(113)에 있어서, 깊이가 일정하더라도 오목부 개구 외주부의 위치에 요철을 형성하는 베이스판(100)으로 해도 된다. 도 10a 내지 도 10c에서는, 오목부 개구 외주부(16)를 이미 설명한 오목부 개구부 외주의 일례로서 도시하고 있지만, 다른 형상인 오목부 개구 외주부(6A 내지 6D, 16, 16A 내지 16D, 21 내지 30, 46, 56)의 구성이어도 된다.
이 베이스판(100)에서는, 오목부 개구 외주부{16(6A 내지 6D, 16, 16A 내지 16D, 21 내지 30, 46, 56)}가 있음으로써, 접합재 S로서, 예를 들어 땜납을 사용하는 경우에 요철이 없는 것과 비교하여 땜납의 미제스 응력이 작게 된다. 따라서 베이스판(100)과 같이, 오목부 깊이가 일정하더라도 오목부 개구 외주부에 요철이 형성됨으로써, 피접합 부재 W의 위치 어긋남을 방지할 수 있음과 함께, 피접합 부재가 실제로 동작하여 발열함으로써 발생하는 응력을 완화할 수 있다.
또한 도 11a, 도 11b에 도시한 바와 같은 베이스판(110)의 구성이어도 된다. 이 베이스판(110)은, 한쪽 실장면(110A)에 피접합 부재 W가 접합재 S를 개재하여 접합되는 것이며, 한쪽 실장면(110A)에, 피접합 부재 W의 투영 면적보다도 작은 면적을 갖는 볼록면부(111)를 갖고 있다.
볼록면부(111)는, 여기서는 평면에서 보아 정사각형이며, 실장면(110A)의 중앙에 있어서 돌출되어 형성되어 있다. 이 볼록면부(111)는, 실장되는 피접합 부재 W가 접합재 S에 접합되는 경우에 이동하는 이동량을 미리 측정해 두고, 그 이동량보다도 피접합 부재 W와 볼록면부(111)의 크기의 차가 커지도록 그 크기가 설정되어 있다. 또한 볼록면부(111)는, 돌출 높이가 피접합 부재 W의 종류에 따라 설정되는데, 예를 들어 평면 부분보다도 0.5 내지 3㎜의 범위이면 되고, 0.7 내지 2㎜의 범위이면 보다 바람직하다. 또한 볼록면부(111)에 접합재 S인, 예를 들어 땜납을 개재하여 피접합 부재 W를 접합하는 경우에는, 볼록면부(111)로부터 밀려 나오는 피접합 부재 W의 하면과 실장면(110A) 사이에 땜납이 인입됨으로써, 피접합 부재 W가 안정된다. 또한 이와 같은 구성의 베이스판(110)은, 접합재 S의 주위에 접합재 S를 둘러싸는 부재가 없기 때문에, 피접합 부재 W가 실장된 후에 동작함으로써 열을 발생시키더라도 위치 어긋남에 의한 응력을 완화할 수 있다.
도 11a, 도 11b에서는, 볼록면부(111)는, 그 외주 형상을 직선으로 하는 정사각형 형상으로서 설명했지만, 예를 들어 이미 설명한 도 9a 내지 도 9h에 도시한 바와 같은 외주 형상을 구비하고 있어도 된다. 또한 볼록면부(111)는, 평면으로부터 상승하는 측벽이 경사지도록 구성되어 있어도 된다.
또한 도 12a, 도 12b에 도시한 바와 같은 베이스판(120)의 구성이어도 된다. 베이스판(120)은, 한쪽 실장면(120A)에 피접합 부재 W가 접합재 S를 개재하여 접합되는 것이며, 피접합 부재 W의 외주부에 대면하는, 한쪽 실장면(120A)의 위치에 환형의 홈부(121)를 구비하고 있다. 여기서는, 실장되는 피접합 부재 W가 접합재 S에 접합되는 경우에 이동하는 이동량을 미리 측정해 두고, 그 이동량보다도 피접합 부재 W로부터 홈부(121)의 홈 외주연(123)까지의 거리의 차가 커지도록 그 홈부(121)의 폭이 설정되어 있다. 즉, 베이스판(120)은, 피접합 부재 W의 외주부가 홈부(121)의 범위 내에 위치하여 이동하더라도 홈부(121)의 홈 외주연(123)에 도달하지 않는 홈 폭으로 되도록 홈부(121)를 형성하고 있다. 또한 홈부(121)의 깊이는 균일한 깊이로 되도록, 그 단면 형상이 직사각형으로 되도록 여기서는 형성되어 있다. 또한 도 12a, 도 12b에서 도시하는 베이스판(120)은, 도 1a, 도 1b에서 설명한 베이스판(1)의 오목부 중앙부(4)의 높이를 판 본체(2)의 주연 높이와 동일하게 한 구성과 동등한 구성이다.
이와 같이 구성한 베이스판(120)에서는, 피접합 부재 W의 하면에 대면하는 중앙측의 실장면(120A)과, 홈부(121) 내에 접합재 S가 설치되고, 그 접합재 S를 개재하여 피접합 부재 W가 실장되게 된다. 이 베이스판(120)에서는, 도 1a, 도 1b와 마찬가지로, 피접합 부재 W의 외주부에 대면하는 부분의 접합재 S가 중앙 위치보다도 오목부로서 깊게 되어 있으므로, 도 1a, 도 1b와 마찬가지로, 반도체 소자 등의 피접합 부재 W의 접합 시에 피접합 부재 W의 위치 어긋남을 방지할 수 있음과 함께, 피접합 부재 W가 실제로 동작하여 발열함으로써 발생하는 응력을, 오목부 중앙 부분보다 오목부 외주 부분{홈부(121)}의 오목부의 깊이를 크게 함으로써 완화할 수 있다.
또한 홈부(121)는, 그 홈 외주연(123) 및 홈 내주연(124)을, 도 12a에 도시한 바와 같이, 직선으로 하는 사각형으로 하고 있지만, 직선에 한정되는 것은 아니며 곡선이어도 된다. 또는, 예를 들어 도 9a 내지 도 9h에 도시한 바와 같은 형상으로 되는 홈 내주연으로 해도 되고, 또한 도 4a, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7d에서 도시한 바와 같은 형상으로 되는 홈 외주연으로 해도 된다.
다음으로, 베이스판{1(11 등)}을 사용한 반도체 장치(60, 70)에 대하여 도 13 및 도 14을 참조하여 설명한다. 또한 이미 설명한 베이스판{1(11 등)}의 각 구성은 적절히 생략하여, 베이스판(1)을 사용한 경우를 대표하여 설명한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 반도체 장치(60)는, 베이스판(1)과, 이 베이스판(1)에 접합재 S를 개재하여 접합되는 피접합 부재 W와, 베이스판(1)을 접합재 S에 의하여 접합하는 절연성 부재 N과, 이 절연성 부재 N을 접합재 S에 의하여 접합하는 방열성 부재인 히트 싱크 HS를 구비하고 있다.
절연성 부재 N은, 절연 기판 IN과, 이 절연 기판 IN의 표리에 형성한 금속박 Me, Me에 의하여 구성되어 있다. 또한 히트 싱크 HS는 알루미늄 등의, 방열성이 우수한 금속에 의하여 형성되어 있다.
이 반도체 장치(60)는, 피접합 부재 W가 외부로부터의 전력을, 도시되지 않은 접속 전극으로부터 공급받음으로써 동작하며, 피접합 부재 W가 열을 발생시킨다. 그러나 베이스판(1)은, 오목부(3)의 오목부 외주부(5)의 오목부 중앙부(4)보다도 오목부 깊이가 크게 형성되어 있음으로써, 특히 피접합 부재 W의 외주연 Wp(도 1b 참조)에서 발생하는 응력을 흡수할 수 있다.
또한 도 14에 도시한 바와 같이, 반도체 장치(70)는, 피접합 부재 W를 접합재 S에 의하여 접합한 베이스판(1)과, 이 베이스판(1)을 접합재 S에 의하여 접합한 히트 싱크 HS를 구비하고 있다. 또한 피접합 부재 W는, 여기서는, 반도체 소자 Se와, 이 반도체 소자 Se를 접합한 절연성 부재 N를 구비하고 있다. 그리고 절연성 부재 N은, 절연 기판 IN과, 이 절연 기판 IN의 표리면에 형성한 금속박 Me, Me를 구비하고 있다.
이 반도체 장치(70)는, 반도체 소자 Se가, 외부로부터의 전력을, 도시되지 않은 접속 전극으로부터 공급받음으로써 동작하여 발열한다. 그리고 반도체 소자 Se가 발열함으로써 열이 전도되어 절연성 부재 N도 발열한다. 따라서 피접합 부재 W의 외주연으로 되는 절연성 부재 N의 외주연 Wp(도 1b 참조)에 응력이 발생하지만, 베이스판(1)의 오목부(3)의 오목부 외주부(5)의 오목부 중앙부(4)보다도 오목부 깊이가 크게 형성되어 있음으로써, 발생하는 응력을 흡수할 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이 베이스판{1(11 등)} 및 반도체 장치(60, 70)에서는, 도 5a 내지 도 5e에 도시하는 오목부의 단면 형상으로 하는 것이나, 베이스판(11)과 같은 오목부 개구 외주부에 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부 중 어느 하나 또는 양쪽이 존재하는 구성에서는, 도 6a 내지 도 6f, 도 7a 내지 도 7d에 도시한 바와 같은 구성으로 하는 것 등이어도 된다. 또한 도 1a, 도 1b 내지 도 9a 내지 도 9h에 있어서, 오목부 중앙부의 저면에, 방열성을 손상시키지 않을 정도이면 홈을 형성해도 된다. 또한 오목부{3(13)}에 접합재 S를 개재하여 접합되는 피접합 부재 W는, 그 하면측이 오목부{3(13)}의 오목부 내에 인입되거나, 또는 오목부{3(13)}의 둘레면과 동일한 평면으로 되도록 접합되는 것이 바람직하다.
실시예
이하에 본 발명에 관한 베이스판에 대하여, 본 발명의 구성의 베이스판(실시예 1-1, 1-2)을 모델로서 열응력 해석을 행한 결과와, 본 발명의 구성이 아닌 베이스판 Bb(비교예 1)를 사용하여 열응력 해석을 행한 결과를 대비하여 설명한다.
<제1 실시예>
실시예 1-1 및 실시예 1-2는, 도 1a, 도 1b 및 도 3a, 도 3b에서 도시하는 구성인 Cu로 형성한 베이스판(1, 11)을 사용하여, Si 소자(피접합 부재 W: 반도체 소자) Se를 땜납(접합재 S)에 의하여 접합하고, 도 15c, 도 15d 및 도 15e, 도 15f에서 도시하는 바와 같은 수지 R로 밀봉한 구성으로 하였다. 또한 비교예는, 도 11a, 도 11b에 도시한 바와 같이, Cu로 형성한 베이스판 Bb로서 오목부가 형성되어 있지 않은 동판에, 땜납(접합재) S를 개재하여 Si 소자(피접합 부재 W) Se를 접합하고 수지 R로 밀봉한 반도체 장치의 구성으로 하였다.
도 15a, 도 15b에 도시하는 비교예의 베이스판 Bb는 동판(세로 8.0㎜×가로 8.0㎜×두께 1.0㎜)인 구성으로 하였다.
도 15c, 도 15d에 도시하는 베이스판(1)은 동판(세로 8.0㎜×가로 8.0㎜×두께 1.0㎜)임과 함께, 오목부는 세로 4.2㎜×가로 4.2㎜, 오목부 외주부의 깊이를 0.4㎜, 오목부 중앙부의 깊이를 0.1㎜로 하였다. 또한 오목부 중앙부는 세로 3.0㎜×가로 3.0㎜로 하였다.
도 15e, 도 15f에 도시하는 베이스판(11)은 동판(세로 8.0㎜×가로 8.0㎜×두께 1.0㎜)임과 함께, 오목부는 세로 4.2㎜×가로 4.2㎜, 오목부 외주부의 깊이를 0.4㎜, 오목부 중앙부의 깊이를 0.1㎜로 하였다. 또한 오목부 중앙부는 세로 3.0㎜×가로 3.0㎜로 하였다. 또한 4코너의 개구 외주 볼록부는 세로 0.1㎜×가로 0.1㎜, 각 변의 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부는 짧은 변 0.1㎜×긴 변 2.0㎜로 하고, 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부의 깊이는 오목부 외주부와 동일하게 하였다.
피접합 부재 W로서, 평면에서 본 형상이 정사각형인 Si 소자(세로 4.0㎜×가로 4.0㎜×두께 0.5㎜) Se를 베이스판(1, 11)의 오목부 중앙 및 베이스판 Bb의 중앙에 탑재하였다고 가정하였다.
그리고 Si 소자의 발열은 소자 전체에서 균일하게 발생한다고 가정하였다. Si 소자 Se와 동판인 베이스판(1, 11, Bb)의 접합에는 땜납을 사용하였으며, 오목부 중앙부 또는 판 중앙과 Si 소자의 간격(최박부의 두께)을 0.05㎜로 하였다. 패키징(수지 R)에는 에폭시 수지를 사용하였으며, 베이스판(1, 11, Bb)의 Si 소자 Se를 적재한 면 및 베이스판 측부를 덮도록 패키징하는 하프 몰드형으로 하였다. 베이스판 측부를 덮는 에폭시 수지 두께 1.0㎜로 하고, 패키지 전체 두께를 4.5㎜로 하였다. 표 1에 해석에 사용한 파라미터를 나타낸다. 또한 표 1에서 항복 응력의 난에 「없음」이라 기재한 부재는 탄성 변형만으로 가정하였다.
Figure 112016050062419-pct00001
실시예 1-1, 1-2에 관한 베이스판(1, 11)을 사용한 반도체 장치와, 비교예에 관한 방열체인 베이스판 Bb를 사용한 반도체 장치에 대하여, 발열체로 되는 Si 소자 Se가 발열한 때의 정상 응력 분포의 시뮬레이션을 「Abaqus」(Dassault Systemes사 제조)를 사용하여 행하였다. 시뮬레이션은, 175℃로 인접하는 부재의 접점을 결합한 상태에서 25℃ 냉각, 그 후, Si 소자 Se 전체가 균일하게 100W 발열한다고 가정하였다. 또한 베이스판(1, 11, Bb) 하면은 히트 싱크에 접하고 있다고 가정하여 25℃ 일정, 수지에 덮인 그 외의 단부면은 단열 조건으로 가정하였다.
시뮬레이션에 의한 해석 결과를 표 2에 나타낸다. 여기서, 응력값의 비교에는 땜납 중의 미제스 응력 최댓값을 이용하였다. 반도체 장치 손상은, 땜납 중의 응력 증대에 의한 크랙의 발생이 일어나기 쉬워, 본 발명의 효과를 비교하는 지표로서 적합하다고 생각되기 때문이다.
Figure 112016050062419-pct00002
본 발명의 요건을 만족시키는 실시예 1-1, 실시예 1-2에서는, 비교예의 땜납 중의 미제스 응력 최댓값이 저감되어 있음을 알 수 있었다. 즉, 본 발명에 관한 방열체는, 땜납 중의 응력을 완화하는 효과가 있음을 알 수 있었다.
<제2 실시예>
다음으로, 제1 실시예에서 사용한 실시예 1-1의 구성을 비교예로 하고, 실시예 1-2의 구성을 실시예 2의 구성으로 하여 시뮬레이션을 행하였다.
실시예 2에 관한 베이스판(11)은, 도 15e, 도 15f에서 도시하는 구성의 것이 사용되었으며, 도 16c, 도 16d에 도시한 바와 같이, Si 소자 Se를 베이스판(11)의 오목부(13)의 중앙으로부터 0.05㎜ 옆으로 어긋나게 하여 설치하였다. 한편, 비교예로서 사용되는 베이스판(1)에 대해서는, 개구 외주 오목부 또는 개구 외주 볼록부가 형성되어 있지 않은 직사각형 개구로 되는 도 15c, 도 15d에 도시하는 것을 사용하였으며, 도 16a, 도 16b에 도시한 바와 같이, Si 소자 Se를 베이스판(1)의 오목부(3)의 중앙으로부터 0.05㎜ 옆으로 어긋나게 하여 설치하였다.
이 제2 실시예에 있어서도, 수지 R에 의하여 밀봉하여 제1 실시예와 동일한 구성의 반도체 장치로 하였다. 단, 미소한 위치 어긋남의 영향을 평가하기 위하여, Si 소자를 방열체 오목부의 중앙으로부터 0.05㎜ 옆으로 어긋나게 하여 설치한 상태에 있어서, 제1 실시예와 마찬가지의 시뮬레이션 조건에서 행하였다.
시뮬레이션에 의한 해석 결과를 표 3에 나타낸다. 여기서도 제1 실시예와 마찬가지로 응력값의 비교에는, 접합재 S인 땜납 중의 미제스 응력 최댓값을 이용하였다.
Figure 112016050062419-pct00003
표 3으로부터, 제2 실시예에서는, 비교예 2와 실시예 2를 비교하여 땜납 중의 미제스 응력 최댓값이 저감되는 것을 알 수 있었다. 즉, 베이스판(11)과 같이 개구 외주 오목부, 개구 외주 볼록부 또는 그 양쪽이 형성되어 있는 구성에서는, 위치 어긋남을 방지함과 함께, 땜납 중의 응력을 완화하는 효과가 보다 우수한 것이 밝혀졌다.
이상, 설명한 바와 같이, 베이스판 Bb와 같이 오목부가 형성되어 있지 않은 구성에 대하여, 베이스판(1, 11)에서 나타내는 구성에서는, 접합 시에 피접합 부재(Si 소자 Se) W의 위치 어긋남을 방지함과 함께, 피접합 부재 W가 작동할 때 발열하더라도 접합재 S의 응력을 완화하는 것이 밝혀졌다.
<제3 실시예>
제3 실시예로서, 도 17에 나타낸 바와 같이, 땜납 중의 응력을 완화하는 효과를 조사하였다.
실시예 3으로서, 실시예 1-1의 구성(도 15c, 도 15d)에 있어서, 개구 상단부로부터 저면까지의 오목부 깊이 D2와 오목부 중앙부(4)의 오목부의 깊이 D1(D1, D2의 정의는 도 1b와 같음)의 차를 D3(=D2-D1)으로 하고, D3의 값을 0.0㎜ 내지 0.5㎜의 범위에서 변화시켜 측정하였다.
각 D3에서의 땜납 중의 미제스 응력 최댓값을 D=0.0㎜로 규격화한 결과를 도 17에 나타낸다. 도 17로부터, 실시예 3 중의 D3이 0.0㎜ 내지 0.4㎜의 범위에서 땜납 중의 미제스 응력 최댓값이 저감되는 것을 알 수 있었다. 즉, 본 발명에 관한 피접합 부재 W의 외주연이 대면하는 오목부 외주부에 있어서, 오목부 중앙부보다도 오목부의 깊이가 깊게 되는 것을 특징으로 하는 베이스판에 있어서, 개구 상단부로부터 저면까지의 오목부 깊이 D2와 오목부 중앙부(4)의 오목부의 깊이 D1의 차 D3을 0.0보다도 크고 0.4㎜보다도 작은 범위로 제어함으로써, 땜납 중의 응력을 완화하는 효과가 있음을 알 수 있었다.
<제4 실시예>
제4 실시예로서, 도 18a, 도 18b에 도시하는 베이스판 B100과, 도 10a 내지 도 10c에 도시하는 베이스판(100)을 비교한 때의 값을 표 3에 맞춘 상태에서, 표 4에 나타낸다. 표 4로부터, 제4 실시예에서는, 비교예 4와 실시예 4를 비교하여 땜납 중의 미제스 응력 최댓값이 저감되는 것을 알 수 있었다. 즉 베이스판(100)과 같이, 오목부(113)의 깊이가 일정하더라도 개구 외주 오목부(16a), 개구 외주 볼록부(16b) 또는 그 양쪽이 형성되어 있는 구성에서는, 위치 어긋남을 방지함과 함께, 땜납 중의 응력을 완화하는 효과가 보다 우수한 것이 밝혀졌다.
Figure 112016050062419-pct00004
본 출원은 2013년 11월 29일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2013-248233호)에 기초하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
1, 1A 내지 1E, 11, 11A 내지 11E, 41, 51: 베이스판
2, 42, 52: 판 본체
3, 3A 내지 3E, 13, 13A, 43A, 43B: 오목부
4, 4A 내지 4D: 오목부 중앙부
5, 5A 내지 5E, 15, 15D, 15E: 오목부 외주부
6, 6A 내지 6D: 오목부 개구 외주부
16, 16A 내지 16D, 21 내지 30, 46, 56: 오목부 개구 외주부
16a, 21A 내지 28A, 46a, 56a, 56c, 56e: 개구 외주 오목부
16b, 21B 내지 27B, 30B, 46b, 56b, 56d, 56f: 개구 외주 볼록부
60, 70: 반도체 장치
Bb: 베이스판
HS: 히트 싱크(방열성 부재)
IN: 절연 기판
Me: 금속박
N: 절연성 부재
R: 수지
S: 접합재
Se: Si 소자(피접합 부재: 반도체 소자)
W: 피접합 부재
Wp: 외주연

Claims (18)

  1. 한쪽 실장면에 피접합 부재가 접합재를 개재하여 접합되는 베이스판이며,
    상기 피접합 부재가 접합되는 상기 실장면의 접합 위치에, 상기 접합재를 개재하여 상기 피접합 부재를 접합하기 위한 오목부를 구비하고,
    상기 오목부는, 오목부 개구 면적이 상기 피접합 부재보다도 크고, 상기 피접합 부재의 외주연이 대면하는 오목부 외주부에 있어서 오목부 중앙부보다도 오목부의 깊이가 깊게 되고,
    상기 오목부는, 평면에서 보아 직사각형으로 형성되고, 그 직사각형의 코너 및 변에, 오목부 개구 외주부를 주위 방향으로 요철로 하는 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 형성되고,
    상기 오목부 외주부와의 경계로 되는 오목부 중앙부의 외주측면에, 주위 방향으로 요철로 하는 오목부 중앙 외주 오목부 및 오목부 중앙 외주 볼록부 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 형성된 것을 특징으로 하는 베이스판.
  2. 한쪽 실장면에 피접합 부재가 접합재를 개재하여 접합되는 베이스판이며,
    상기 피접합 부재가 접합되는 상기 실장면의 접합 위치에, 상기 접합재를 개재하여 상기 피접합 부재를 접합하기 위한 오목부를 구비하고,
    상기 오목부는, 오목부 개구 면적이 상기 피접합 부재보다도 크고, 상기 피접합 부재의 외주연이 대면하는 오목부 외주부에 있어서 오목부 중앙부보다도 오목부의 깊이가 깊게 되고,
    상기 오목부는 복수 형성되고, 상기 오목부의 오목부 개구 외주부를 주위 방향으로 요철로 하는 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부가 형성되며, 한쪽 상기 개구 외주 오목부와 다른 상기 개구 외주 볼록부가 서로 엇갈리게 되도록 상기 오목부 개구 외주부가 인접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 베이스판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 오목부는 복수 형성되고, 한쪽 상기 개구 외주 오목부와 다른 상기 개구 외주 볼록부가 서로 엇갈리게 되도록 상기 오목부 개구 외주부가 인접하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 베이스판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부 외주부와 상기 오목부 중앙부와의 저면이 경사면으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는, 베이스판.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부 외주부의 종단면 형상이 상기 오목부 중앙부까지 곡선으로 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 베이스판.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 오목부 외주부의 저면으로부터 상승하는 오목 벽면으로부터 상기 오목부 개구 외주부까지 개구 면적이 확장되는 방향으로 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는, 베이스판.
  7. 제2항에 있어서, 상기 오목부 외주부와의 경계로 되는 오목부 중앙부의 외주측면에, 주위 방향으로 요철로 하는 오목부 중앙 외주 오목부 및 오목부 중앙 외주 볼록부 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 베이스판.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 상기 베이스판과,
    상기 베이스판이 설치된 절연성 부재와,
    상기 절연성 부재가 설치된 방열성 부재
    를 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 베이스판과,
    상기 피접합 부재를 구비하는 절연성 부재와,
    상기 베이스판이 설치된 방열성 부재
    를 갖는 것을 특징으로 하는, 반도체 장치.
  10. 한쪽 실장면에 피접합 부재가 접합재를 개재하여 접합되는 베이스판이며,
    상기 피접합 부재가 접합되는 상기 실장면의 접합 위치에, 상기 접합재를 개재하여 상기 피접합 부재를 접합하기 위한 오목부를 구비하고,
    상기 오목부는, 오목부 개구 면적이 상기 피접합 부재보다도 크고,
    상기 오목부는, 평면에서 보아 직사각형으로 형성되고, 그 직사각형의 코너 및 변에, 오목부 개구 외주부를 주위 방향으로 요철로 하는 개구 외주 오목부 및 개구 외주 볼록부 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 형성되고,
    상기 오목부는, 복수 형성되고, 한쪽 상기 개구 외주 오목부와 다른 상기 개구 외주 볼록부가 서로 엇갈리게 되도록 상기 오목부 개구 외주부가 인접하도록 형성된 것을 특징으로 하는, 베이스판.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서, 상기 오목부의 저면으로부터 상승하는 오목 벽면으로부터 상기 오목부 개구 외주부까지 개구 면적이 확장되는 방향으로 경사면이 형성된 것을 특징으로 하는, 베이스판.
  14. 제10항에 있어서, 상기 오목부의 저면으로부터 상승하는 오목 벽면으로부터 상기 오목부 개구 외주부까지 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는, 베이스판.
  15. 제10항에 기재된 베이스판과,
    상기 베이스판이 설치된 절연성 부재와,
    상기 절연성 부재가 설치된 방열성 부재
    를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  16. 제10항에 기재된 베이스판과,
    상기 피접합 부재를 구비하는 절연성 부재와,
    상기 베이스판이 설치된 방열성 부재
    를 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  17. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부 외주부의 오목부의 깊이와 오목부 중앙부의 오목부의 깊이의 차가 0.0㎜보다도 크고 0.4㎜보다도 작은 것을 특징으로 하는, 베이스판.
  18. 한쪽 실장면에 피접합 부재가 접합재를 개재하여 접합되는 베이스판이며, 상기 피접합 부재의 외주부에 대면하는, 상기 한쪽 실장면의 위치에 환형의 홈부를 구비하고, 상기 환형의 홈부의 홈 내주연 및 홈 외주연에 있어서, 주위 방향으로 요철로 하는 복수의 개구 외주 오목부 및 복수의 개구 외주 볼록부 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 베이스판.
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