KR820001796B1 - 반도체 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

반도체 장치

제1도 및 제2도는 종래의 반도체 장치이며,

제1도는 일부를 절결한 평면도,

제2도는 제1도의 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 종단면도,

제3도는 종래의 반도체 장치의 결점을 설명하고 아울러 본 발명의 작용효과를 설명하기 위한 트랜지스터의 요부 확대 종단면도이다.

제4도 및 제5도는 본 발명의 일실시예의 반도체 장치이며,

제4도는 그 일부 절결 평면도이고

제5도는 제4도의 Ⅴ-Ⅴ선에 따른 종단면도.

제6도 및 제7도는 본 발명의 다른 실시예의 반도체 장치이고,

제6도는 그 일부 절결 평면도,

제7도는 제6도의 Ⅶ-Ⅶ에 따른 종단면도이다.

본 발명은 스템상에 반도체 소자를 고착하고 캡을 피관봉지(被冠封止)시킨 케이스형의 반도체 장치에 관한 것이다.

전력 트랜지스터에 있어서는 예를들면 제1도 및 제2도에 도시된 것처럼 스템기판(1)의 투공(2, 2)내에 유리(2, 3)을 개재해서 리이드선(4, 4)를 기밀히 또한 절연적으로 봉착하고 또, 긴방향의 양단부에 사시등의 취부공(5, 5)를 가진 스템(6)의 중앙부에 트랜지스터 소자(7)을 납재(8)로 고착시키고 이 트랜지스터 소자 (7)의 에미터전극 및 베이스 전극과 리이드선(4, 4)를 연결기(9, 9)로 접속하고 캠(10)을 피관시켜서 스템(6)이 고착봉지 되어 있다.

그런데 상기한 트랜지스터 소자(7)에 전류를 ON, OFF하는 전력사이클 테스트를 하면 납재(8)의 단면부에 크래크(Crack)가 발생되어서 또 전력사이클을 반복하면 상기한 크래크가 대략 수평방향으로 성장하고 드디어는 트랜지스터 소자(7)이 스템(6)에서 박리될 경우가 있었다. 이 때문에 종래부터 납재(8)의 재질의 개량등이 시행되어 왔으나 충분하다고는 할 수 없다.

그 때문에 본 발명의 주요한 목적은, 전력 사이클에 강한 반도체 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 요약하면 반도체 소자의 주요한 발열부분에서 가까운 주면측의 전극에서 스템에 대해서 능률적으로 열방산을 하도록 된것을 특징으로 한다.

본 발명의 상술한 목적, 특징 및 효과는 도면을 참조하여서 시행되는 이하의 상세한 설명으로 한층 명확히 될 것이다.

본 발명자등은 반도체 장치의 구조와 전력 사이클 강도의 관계에 대해서 각종 각도에서 검토한 결과 일단 다음과 같은 결론을 얻었다. 즉 트랜지스터 소자(7)에 전류를 흘리면 트랜지스터 소자(7)내에서 쥬울(Joule)열을 발생시키며 트랜지스터 소자(7)이 고온으로되며 이 열이 납재(8)을 개재해서 스템(6)이 방산되는 것이지만 전력 사이클테스트와 같이 비교적 느린 사이클로 전류를 ON, OFF하면 반도체 소자(7)의 온도가 고온, 저온상태를 반복하고 반도체 소자(7)과 스템(6)사이의 온도차 및 열 팽창계수차 등에 기인해서 납재(8)에 응력이 약해지고 전력 사이클의 반복에 의해서 납재(8)이 피로 경화되어서 드디어 상기응력에 견디지 못하도록 되어서 크래크가 발생한다고 고려된다. 따라서 전력 사이클 강도를 크게 하기 위해서는 반도체 소자(7)에서 스템(6)에의 열방산이 잘되며 납재(8)에 가해지는 응력을 가급적으로 작게할 필요가 있다. 물론 납재(8)에 가해지는 응력이 일정하다고 가정한 경우 상술한 것처럼 납재(8)의 재질을 개량해서 응력에 따른 피로를 작도록 하는것도 유효는 하지만 납재(8)에 가해지는 응력을 작도록 하는 것은 전력 사이클에 의한 열화(劣化)의 근원적인 원인을 적발제거하게되며 보다 바람직한 대응책이라고 할 수 있을 것이다. 만일 그러한 뒤에도 또 납재(8)의 재질을 개량하려면 전력 사이클 강도는 더욱 증대될 것이다. 그렇지만 본 발명에 있어서는 납재(8)의 재질에 대해서는 논의하지 않고 납재(8)이 피로하게 되는 원인으로되는 응력을 적게하려고 반도체 소자(7)에서 스템(6)에의 열방산의 개선을 도모하는 것이다.

이 때문에 본 발명의 상세한 설명을 하기전에 종래의 장치의 결점을 트랜지스터 소자(7)의 구조면에서 기술하기로 한다. 제3도는 종래의 트랜지스터의 요부확대 종단면도를 보인다. 즉 트랜지스터 소자(7)은 예를들면 N형 콜렉터 영역(71)과 P형 베이스 영역(72)와 N형 에미터 영역(73)과 콜렉터, 베이스간 접합(74)와 베이스에미터간 접합(75)와 산화막등의 절연막(76)과 콜렉터 전극(77)과 베이스전극 (78)과 에미터전극(79)를 보유하고 상기한 콜렉터전극(77)이 삽재(8)을 개재제서 스템(6)에 고착되며 베이스전극(78), 및 에미터전극(79)가 각각 연결기(9)에 의해 리이드선(4, 4)에 접속되어 있다.

여기서 콜렉터 영역(71)에 유입된 전류는 베이스 영역(72)를 통과해서 에미터 N역(73)으로 흐르지만 콜렉터 베이스간 접합(74)에 비교해서, 베이스 에미터간 접합(75)는 면적이 작기 때문에 베이스 에미터간 접합(75)에서는 전류밀도가 크며 쥬울열은 주로 이 접합에서 발생된다. 그런데 상기한 베이스 에미터간 접합(75)의 길이 d는 일반적으로 트랜지스터 소자(7)의 두께 t에 대해서 1/25-1/100정도에 지나지 않는다. 이 때문에 이 베이스, 에미터간 접합(75)에서 발생된 쥬울열은, 베이스 영역(72), 콜렉터 영역(71), 콜렉터 전극(77) 및 납재(8)을 개재해서 스템(6)에 전달되는 셈이지만 트랜지스터 소자(7)의 재료인 실리콘의 열전도율은 약 0.2(Cal/cm. sec. dey(25℃)에 지나지 않고 상기한 경로를 개재해서의 열발산은 충분하다고는 하기 어렵다.

본 발명의 관점에 의하면 상기한 주요한 발열부분인 베이스 에미터 접합(75)에 가까운 주면측 전극, 특히 에미터 전극(79)를 양호한 열 전도체를 개재해서 스템에 열적으로 결합되어서 반도체소자(7)의 효과적인 방열을 하는 것이다.

제4도 및 제5도는 본 발명의 일실시예의 트랜지스터의 일부절결평면도 및 종단면도를 도시한다.도면에 있어서 제1도 및 제2도와 동일한 부분에는 동일한 참조 부호를 붙였기 때문에, 그 설명을 생략한다. 본 실시예의 특징부는 스템기판(1)의 중앙부분의 투공(11)에 유리(12)를 개재해서 디스크(13)을 기밀 절연적으로 봉착시킴과 동시에 리이드선(14)를 스템기판(1)에 직접 식립한 스템(15)를 사용하고 상기한 디스크(13)상에 납재(8)을 개재해서 트랜지스터 소자(7)을 고착하고 그 에미터전극을 동제의 판상연결기(16)을 개재해서 상기한 리이드선(14)에 접속시킨 것이다. 동의 열전도율은 약 0.9cal/cm, sec. deg이고 실리콘의 약 4.5배이다. 이와 같은 구성에 의하면 베이스. 에미터간 접합(제3도의 부호 75참조. 이하 동일)으로 발생된 열은 베이스 영역(72), 콜렉터 영역(71), 콜렉터전극(77), 및 납재 (8)을 개재해서 디스크(13)에 방열된다. 디스크(13)에 전달된 열은 그 반대면칙에서 방산되고 동시에 일부는 유리(12)를 개재해서 스템기판(1)에 방산된다. 상기한 베이스. 에미터간 접합(75)에서 발생된 열은 또 에미터전극 또 에미터전극 (79) 콜렉터(15) 및 리이드선(14)를 개재해서 스템기판(1)에 전달되어서 방열된다. 즉 종래의 장치에 비교하면 트랜지스터 소자(7)내에서 발생된 열은, 납재(8)을 개재해서 스템(15)에 방산될 뿐만 아니라 발열원에 가까운 에미터전극(79)에서 양열 전도체의 연결기(16)을 개재해서 스템(15)에 효과적으로 방열되기 때문에 트랜지스터 소자(7)과 스템(15)사이의 온도차 및 열 팽창계수차에 기준되어서 납재(8)에 가해지는 응력이 적어지고 전력 사이클 강도가 개선되는 것이다.

제6도 및 제7도는 본 발명의 다른 실시예의 트랜지스터의 일부 절결평면도 및 종단면도를 보인다. 이 실시예는 종래와 같은 스템(6)을 사용하고 그 중앙부에 배리어 등의 절연판(17)을 고착시키고 그 상면의 금속층(18)상에 납재(8)을 개재해서 트랜지스터 소자(7)을 고착시키고 트랜지스터 소자(7)의 콜렉터 전극(77)과 동전위인 금속층(18)을 연결기(9)로 리이드선(4)에 접속시키고 또 에미터 전극(79)를 동재의 판상연결기(19)를 개재해서 직접 스템(6)에 접속시킨것을 특징으로 한다. 이와 같은 구성에 있어서도 상기와 같은 이유로 납재(8)에 가해지는 응력이 감소되고 전력 사이클 강도가 증대된다.

또 상기한 각 실시예에 있어서는 에미터 전극(79)만을 판상연결기(16, 19)를 개재해서 스템(6, 15)에 접속할 경우에 대해서 설명했으나 또 베이스 전극(78)을 판상연결기를 개재해서 리이드선(4)에 접속시키면 전력사이클 강도는 보다 개선된다.

또 상기한 실시예는 트랜지스터에 대해서 설명하였으나 트랜지스터이외의 반도체장치에도 적용된다.

본 발명은 이상과 같이 반도체소자의 주요한 발열부분에서 간격으 떨어져 있는 주면측이 스템에 고착된 반도체 장치에 있어서 상기한 주요한 발열부분에 가까운 주면측의 전극을 전기적 및 열적으로 스템에 접속하기 때문에 반도체 소자내에서 발생된 열이 효과적으로 스템에 방열되며 반도체소자를 스템에 고착되는 납재에 가해지는 응력이 감소되고 전력사이클 강도가 증대된다고 하는 효과가 있다.

Claims (1)

1. 스템에 반도체소자의 일주면측을 고착시키고 다른 주면측의 전극을 연결기로 소요 개소에 접속한 반도체 장치에 있어서, 일주면측 주요한 발열부분에서 먼 면측이고 또한 주요한 발열부분에서 가까운 다른 주면측의 전극이 전기적 및 열적으로 스템에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.

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