JP2015213097A - Heat radiator, manufacturing method thereof and package for storing semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子で発熱した熱を放熱する放熱体およびその製造方法ならびにこの放熱体を備える半導体素子収納用パッケージに関するものである。 The present invention relates to a heat radiating body that radiates heat generated by a semiconductor element, a manufacturing method thereof, and a package for housing a semiconductor element including the heat radiating body.
従来、半導体素子を収納するための半導体収納パッケージは、上面に半導体素子が載置固定される載置部を有する金属放熱体と、酸化アルミニウム質焼結体から成り、内部に半導体素子を収容する空所を形成するための開孔と、開孔周辺から外周部にかけて導出される複数個のメタライズ配線層を有する枠状の絶縁体とから構成されており、金属放熱体上面に枠状の絶縁体を、枠状の絶縁体が金属放熱体の半導体素子載置部を囲むようにろう付けされて形成されている。前記金属放熱体は、酸化アルミニウム質焼結体から成る絶縁体が強固にろう付けされ、かつ半導体素子の作動時に発生する熱を大気中に良好に放散させるため、例えば、モリブデン板の上下両面に銅板を圧延加工により一体的に接合させた熱膨張係数が絶縁体の熱膨張係数に近似し、かつ熱伝導率が約150W/mKの複合材料が使用される(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor storage package for storing a semiconductor element includes a metal radiator having a mounting portion on which a semiconductor element is mounted and fixed, and an aluminum oxide sintered body, and stores the semiconductor element therein. It consists of an opening for forming a void and a frame-like insulator having a plurality of metallized wiring layers led out from the periphery of the opening to the outer periphery. The body is brazed so that a frame-like insulator surrounds the semiconductor element mounting portion of the metal heat sink. In order to dissipate the heat generated during the operation of the semiconductor element well into the atmosphere, for example, on the upper and lower surfaces of the molybdenum plate A composite material in which the thermal expansion coefficient obtained by integrally bonding copper plates by rolling is close to the thermal expansion coefficient of the insulator and the thermal conductivity is about 150 W / mK is used (see, for example, Patent Document 1).
またモリブデン板の上下両面に銅板をろう付けして金属放熱体を形成し、銅板の厚みをモリブデン板の厚みの1.25〜4倍にすることで、熱伝導率を250W/mK以上とし、その際のろう材厚を、ろう材内部にボイドを形成し熱伝導率低下することを防止するために0.02mm以上の厚さとする場合もあった。 Moreover, a copper plate is brazed to the upper and lower surfaces of the molybdenum plate to form a metal radiator, and the thickness of the copper plate is 1.25 to 4 times the thickness of the molybdenum plate, so that the thermal conductivity is 250 W / mK or more, In some cases, the thickness of the brazing material at that time was 0.02 mm or more in order to prevent voids from forming inside the brazing material and thereby reducing the thermal conductivity.
図8は従来の半導体素子収納用パッケージ金属放熱体の製造方法を説明する図であり、従来のモリブデン板を銅板で挟み込む半導体素子収納用パッケージ金属放熱体の製造方法を示す。 FIG. 8 is a diagram for explaining a conventional method for manufacturing a package metal heat sink for housing a semiconductor element, and shows a conventional method for manufacturing a package metal heat sink for storing a semiconductor element in which a molybdenum plate is sandwiched between copper plates.
図8において、金属放熱体501は、モリブデン板503を2枚の銅板502で挟み込む構成であり、モリブデン板503と銅板502とをろう材504で接合させている。モリブデン板503と銅板502とを接合する際には、モリブデン板503と銅板502との間にろう材504を配置し、還元雰囲気中で800℃以上に加熱する熱処理を行っていた。銅板およびモリブデンを張り合わせる際、お互いの反りにより接合面に空間(空気層)が生じるが、最終的にろう材が溶融し濡れ広がることにより空気層が押し出される。このとき、ろう材504の厚みが0.02mm未満であると、モリブデン板503の上下両面に銅板502をろう材504を介してろう付けする際、銅板およびモリブデン板の反りを吸収できないため、ろう材504の内部に多数のボイドが形成される。ボイドにより、金属放熱体501の熱伝導率が低下してしまう危険性があるため、ろう材504は0.02mm以上の厚さにしていた(例えば、特許文献2参照)。
In FIG. 8, the
しかしながら、前記従来の金属放熱体501の構成では、Ag−Cu系のろう材504(例えばBAg−8相当)を用いてろう付けを行う際、0.05mm厚のろう材504を用いても、異種材料である銅板502および電解Niめっき505を施したモリブデン板503に銀ろうが濡れ広がる特性差があるため、前述した空気層の追い出しが不十分になり、結果としてろう材504にボイドが発生した。従来の金属放熱体では、Φ2.0mm以上のボイドが生じており、基板全体のボイド占有率は20%になる場合があった。その結果、モリブデン板と銅板との密着性が低下し、金属放熱体501の放熱性が低下するという課題を有していた。特に、半導体素子直下部にボイドが発生した場合、著しく放熱性が低下する。なお、電解Niめっき505は、銀ロウの濡れを確保するために、モリブデン板503に施されている。
However, in the structure of the
半導体素子直下部へのボイド発生を低減させる方法として、板状の銀ろうを使用する場合がある。しかし、重ね合わせる銅板502に反りがあったり、平面度が不均一である場合には、銅板502とろう材504との間に隙間が生じ、ろう材504が濡れ広がっても気泡が抜けにくく、モリブデン板と銅板との密着性が低下し、放熱性が低下するという課題が残る。
As a method for reducing the generation of voids directly below the semiconductor element, a plate-like silver solder may be used. However, when the
ここで、上述する銀ろうの濡れ特性差によって生じるボイドについて説明する。Ag−Cu系のろう材504を用いて銅板502を接合する場合、ろう材504の銀成分が銅板502内部に拡散する。一方、Ag−Cu系のろう材504を用いてNiめっき505が施されたモリブデン板503を接合する場合、ろう材504の銀成分はNiめっき505の層へ拡散しない。したがって、銅板502とモリブデン板503とでAg−Cu系のろう材504を挟み込むと、ろう材504の銀成分が銅板502に拡散するため、ろう材504のモリブデン503側に銅成分が銅板502側より多くなり、ろう材504の成分比率に変化が生じて分離が進む。このため、銅板502とモリブデン板503との間に、ろう材504の濡れ広がりやすさ・速さに違いが生じるため、ろう材504内に生じた気泡が抜けにくくなる。
Here, the void produced by the difference in the wetting characteristics of the silver solder described above will be described. When the
モリブデン板503表面に施されているNiめっき505表面上に、素材の特性を銀ろうに近づけて、前述した銀ろう濡れ特性差を解消するために、銅めっきあるいは金めっきを二重に施し、銀ろうの濡れ広がり特性差を改善することが試みられている。しかし、銀ろうを800℃以上に加熱すると、下地Niめっき505の銅めっき膜あるいは金めっき膜への拡散が進むため、結果としてNiめっき505と銅板502の接合という構図が変わらず、課題解決に至らない。
On the surface of the
また、金属放熱体501全体のろう材504に生じるボイドを低減するため、所望の金属放熱体501形状と同寸の銀ろうシートを用いる場合もあった。しかし、張り合わせる銅板502の平面度、反り方向、同寸にすることによる金属放熱体501側面への銀ろうの回りこみ、広げた面積分の銀ろう使用量を抑制するため、銀ろうシートの厚みを薄くする必要があり、ろう材504を高精度に管理する必要が生じるという課題がある。
Further, in order to reduce voids generated in the
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、容易に放熱体を構成する基板の密着性を向上させ、放熱性を向上させることを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-described conventional problems, and an object thereof is to easily improve the adhesion of a substrate constituting a heat radiator and improve the heat radiation.
前記目的を達成するために、本発明の放熱体の製造方法は、第2の放熱基板の表裏表面に、ろう材を介して2つの第1の放熱基板が接合される放熱体の製造方法であって、前記第2の放熱基板の表裏表面に前記ろう材を供給するろう材供給工程と、前記ろう材を加熱する仮ろう付け工程と、仮ろう付けされた前記ろう材上に前記第1の放熱基板を重ね合わせる放熱基板積層工程と、前記ろう材を加熱して前記第1の放熱基板と前記第2の放熱基板とを接合させる本ろう付け工程とを有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing a radiator according to the present invention is a method of manufacturing a radiator in which two first heat dissipation substrates are joined to the front and back surfaces of a second heat dissipation substrate via a brazing material. The brazing material supplying step of supplying the brazing material to the front and back surfaces of the second heat dissipation substrate, the temporary brazing step of heating the brazing material, and the first brazing material on the temporarily brazed brazing material A heat dissipating substrate laminating step of superposing the heat dissipating substrates, and a main brazing step of heating the brazing material to join the first heat dissipating substrate and the second heat dissipating substrate.
また、本発明の放熱体は、2つの第1の放熱基板と、2つの前記第1の放熱基板の間に設けられる第2の放熱基板と、前記第1の放熱基板と前記第2の放熱基板とを接合するろう材とを有し、前記ろう材内のボイドが、平均直径が0mmより大きく1.9mm以下であり、前記ろう材内における占有率が0%より大きく1%以下であることを特徴とする。 Moreover, the heat radiator of the present invention includes two first heat radiating boards, a second heat radiating board provided between the two first heat radiating boards, the first heat radiating board, and the second heat radiating board. A brazing material that joins the substrate, the void in the brazing material has an average diameter of greater than 0 mm and 1.9 mm or less, and an occupancy in the brazing material of greater than 0% and 1% or less. It is characterized by that.
また、本発明の半導体素子収納用パッケージは、放熱体と、前記放熱体の表面に設けられて半導体素子の搭載領域となる搭載部と、前記放熱体の前記表面の前記搭載部の周囲に取着される絶縁体と、前記絶縁体上に形成されるリード端子と、絶縁体上面に前記リード端子を挟んで取着される蓋体とを有することを特徴とする。 The package for housing a semiconductor element of the present invention is mounted around the radiator, a mounting portion provided on the surface of the radiator and serving as a semiconductor element mounting region, and the mounting portion on the surface of the radiator. It has an insulator to be attached, a lead terminal formed on the insulator, and a lid attached to the upper surface of the insulator with the lead terminal interposed therebetween.
以上のように、容易に放熱体を構成する基板の密着性を向上させ、放熱性を向上させることができる。 As mentioned above, the adhesiveness of the board | substrate which comprises a heat radiator can be improved easily, and heat dissipation can be improved.
本発明の放熱体は、第2の放熱基板を2枚の第1の放熱基板で挟み込む構成であり、第1の放熱基板と第2の放熱基板とをろう材により接合している。
本発明の放熱体において、第1の放熱基板と第2の放熱基板とをろう材により接合する際には、ろう材を第2の放熱基板に貼り付けた状態で、加熱して仮ろう付けを行い、その後、第1の放熱基板を張り合わせた後、さらに加熱して本ろう付けを行う。
The heat radiator of the present invention has a configuration in which a second heat radiation board is sandwiched between two first heat radiation boards, and the first heat radiation board and the second heat radiation board are joined together by a brazing material.
In the heat dissipating body of the present invention, when joining the first heat dissipating substrate and the second heat dissipating substrate with a brazing material, the brazing material is heated and temporarily brazed while being bonded to the second heat dissipating substrate. After that, after the first heat dissipation substrate is pasted together, it is further heated to perform the main brazing.
これにより、仮ろう付けの際にはろう材と第1の放熱基板が接していないので、第1の放熱基板にろう材の材料が拡散せず、ろう材が均一に第1の放熱基板および第2の放熱基板上に濡れ拡がるため、ろう材内にボイドが発生することを抑制することができ、第1の放熱基板と第2の放熱基板との密着力を高くでき、放熱性を向上させることができる。 Thereby, since the brazing material and the first heat radiating substrate are not in contact with each other during the temporary brazing, the brazing material does not diffuse into the first heat radiating substrate, and the brazing material is uniformly distributed to the first heat radiating substrate and Since wetting and spreading on the second heat dissipation substrate, it is possible to suppress the generation of voids in the brazing material, and the adhesion between the first heat dissipation substrate and the second heat dissipation substrate can be increased, improving heat dissipation. Can be made.
なお、本発明の放熱体は、半導体素子を搭載しても良いし、半導体素子を搭載し、蓋体で半導体素子を収納する半導体素子収納用パッケージとして用いても良い。
以下、本発明の実施の形態として、金属放熱体および、金属放熱体を備える半導体素子収納用パッケージについて、図面を参照しながら説明する。
Note that the heat radiator of the present invention may be mounted with a semiconductor element, or may be used as a package for housing a semiconductor element in which the semiconductor element is mounted and the semiconductor element is stored with a lid.
Hereinafter, as an embodiment of the present invention, a metal radiator and a package for housing a semiconductor element including the metal radiator will be described with reference to the drawings.
(実施の形態1)
図1は実施の形態1における金属放熱体の断面図である。図1において、図8と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view of the metal radiator in the first embodiment. In FIG. 1, the same components as those in FIG.
図1において、金属放熱体101は、第2の放熱基板であるNi−Bめっきが施された第2の金属板103と、第2の金属板103を挟み込む第1の放熱基板である2枚の第2の金属板102とを、ろう材104でろう付けして構成される。
In FIG. 1, a metal
第1の金属板102は、例えば銅、銀、アルミニウム、金等の金属材料、またはこれらの中の少なくとも1つを含む合金材料から成る。
第2の金属板103は、例えばモリブデン、タングステン等の金属材料、またはこれらの中の少なくとも1つを含む合金材料から成る。これら第1の金属板102、第2の金属板103は、基板に圧延加工、打抜き加工といった金属加工を施すことによって形成され、さらに第2の金属板103は表面処理が施されている。
The
The
第2の金属板103への表面処理として、電解めっき、無電解めっき、スパッタによって、第2の金属板103の表面に金属層106を形成することにより行われる。金属層106としてはニッケルめっき、ニッケル−リン、ニッケル−ボロンめっき等の金属、またはこれらの中の少なくとも1つを含む合金から成る。このような第2の金属板103の表面処理を行うことにより、第2の金属板103に半田付けやろう付けを行うことができる。なお、金属層106として、ニッケルめっきによって第2の金属板103を被覆すると、1000℃以上の耐熱特性を有することができ、銀ろう付けが可能となるため好ましい。
The surface treatment on the
例えば、本発明の金属放熱体101は、金属層106として電解Niめっきが施された、第2の金属板103であるモリブデン板の表裏に、所望量のろう材104である銀ろう(例えばBAg−8相当)を介して第1の金属板102である銅板を重ね合わせて形成している。第2の金属板103と銅板との接合は、銀ろうを加熱処理することにより行われる。これにより、第1の金属板102である銅板と金属板103の反りにより生じる空気層を、銀ろうが溶融し、濡れ広がることで追い出すことができる。
For example, the metal
このとき、ろう材104内のボイドは、一つあたりのボイドの直径が0mmより大きく1.9mm以下、ろう材104内におけるボイド占有率が0%より大きく1%以下であることが好ましく、ボイドが存在しない状態がより好ましい。
At this time, the voids in the
次に、本発明の半導体素子収納用パッケージ金属放熱体の放熱特性について、図5〜図7を参照して、ボイドの発生状態と半導体素子のジャンクション温度の関係の熱解析シミュレーション結果を用いて説明する。 Next, with reference to FIGS. 5 to 7, the heat dissipation characteristics of the packaged metal radiator for housing a semiconductor element of the present invention will be described with reference to the results of thermal analysis simulation of the relationship between the void generation state and the junction temperature of the semiconductor element. To do.
図5は熱解析シミュレーションのモデル図であり、本発明の放熱体上に半導体素子が実装された状態を示す。図6はモデルの特性を示す図である。図7はボイドの発生状態と半導体素子のジャンクション温度のシミュレーション結果を示す図であり、図7(a)はボイドの平均直径とボイドのろう材内における占有率を変化させた時の熱抵抗とジャンクション温度の変化を示す表、図7(b)はボイドの占有率が10%の時のボイドの平均直径と熱抵抗およびジャンクション温度との関係を示す表である。 FIG. 5 is a model diagram of a thermal analysis simulation, and shows a state in which a semiconductor element is mounted on the radiator of the present invention. FIG. 6 is a diagram showing model characteristics. FIG. 7 is a diagram showing a simulation result of the void generation state and the junction temperature of the semiconductor element. FIG. 7A shows the thermal resistance when the average diameter of the void and the occupation ratio of the void in the brazing material are changed. FIG. 7B is a table showing the relationship between the average diameter of the void, the thermal resistance, and the junction temperature when the void occupancy is 10%.
図5に示すように、シミュレーションのモデルは、金属放熱体101上に、ダイボンド108により半導体素子107を接合している。金属放熱体101は、第2の金属板103の表裏に、ろう材104により第1の金属板102が貼り合わされた構成である。図6に示す特性において、半導体素子107が動作して発熱する場合のシミュレーション結果を説明する。なお、このシミュレーションでは、半導体素子107はSi系の半導体、ダイボンド108はAuSn半田、ろう材104はBAg−8の銀ろうを用いる。
As shown in FIG. 5, in the simulation model, a
ろう材104におけるボイドを、1つのボイドの平均直径が1.9mm以下であり、前記ろう材内におけるボイド占有率1%以下とした時、金属放熱体の熱抵抗が0.49K/Wとなる。そのため、例えば、半導体素子の印加電力を100W、動作温度を60℃とした場合、半導体素子のジャンクション温度Tjは108.7℃となる。一方、1つのボイドの平均直径が0.1mm以下かつボイド占有率が10.0%以上の場合、金属放熱体の熱抵抗が0.34K/Wとなる。そのため、例えば、半導体素子の印加電力を100W、動作温度を60℃とした場合、半導体素子のジャンクション温度Tjは93.9℃となる。半導体素子のジャンクション温度は、一般的に半導体の実使用上の保証温度としては、シリコン半導体では175℃以下、GaAs系半導体では125℃以下が望まれるので、上述したボイド状態の金属放熱体の放熱特性としては十分満足する。そのため、ろう材104に含まれるボイドの直径を1.9mm以下とし、ボイドのろう材104におけるボイド占有率を1%以下とすることにより、金属放熱体101の放熱特性が改善し、半導体素子107の故障率を低下させることが可能となる。同様に、1つのボイドの平均直径が0.1mm以下かつボイド占有率が10.0%以上とすることにより、金属放熱体101の放熱特性が改善し、半導体素子107の故障率を低下させることが可能となる。
When the void in the
また、ボイド直径4.6mm以上かつボイド占有率が6.0%以上の場合、ろう材104内に熱伝導率の低い空気層がボイドとして存在することになるため、金属放熱体101の熱抵抗が1.17K/W以上となる。そのため、例えば、半導体素子の印加電力を100W、動作温度を60℃とした場合、素子のジャンクション温度Tjは176.5℃となり、一般Si半導体の最高ジャンクション温度である175℃以上となり、金属放熱体101の放熱特性が不足し、半導体素子107が破壊されることが懸念される。
When the void diameter is 4.6 mm or more and the void occupancy is 6.0% or more, an air layer having a low thermal conductivity exists in the
このように、本発明の放熱体では、ろう材104に含まれるボイドの直径を1.9mm以下とし、ボイドのろう材104における占有率を1%以下とすることにより、放熱基板同士の密着性を向上させることができ、金属放熱体101の放熱特性を向上させることができる。
Thus, in the heat radiator of the present invention, the void diameter contained in the
次に、図1に示した金属放熱体101の製造方法について、図2、3を参照して説明する。図2は実施の形態1の放熱体の製造方法における仮ろう付け工程を説明する図、図3は実施の形態1の放熱体の製造方法における本ろう付け工程を説明する図である。
Next, a method for manufacturing the metal
まず、図2に示すように、金属層106である電解Niめっきが施された、第2の金属板103であるモリブデン板の表裏に、所望量のろう材104である銀ろう(例えばBAg−8相当)を重ね合わせる。その後、銀ろうが重ねあわされたモリブデン板を、800℃以上の還元雰囲気中で10分間加熱処理し、仮ろう付けを行う。その際、銀ろうの厚みムラを低減するために、例えばカーボン等の平面性のある治具で挟み込んで銀ろう付けを行うと良い。
First, as shown in FIG. 2, a desired amount of brazing filler metal 104 (for example, BAg−) is formed on the front and back surfaces of the molybdenum plate that is the
次に、図3に示すように、この両面にろう付けされたモリブデン板を、第1の金属板102である上下2枚の銅板で挟み、重ね合わせる。その後、還元雰囲気中で、800℃以上の加熱処理を10分間行うことにより本ろう付けを行う。これにより、モリブデン板の表裏に銅板を接合して金属放熱板101が形成される。
Next, as shown in FIG. 3, the molybdenum plates brazed on both sides are sandwiched between two upper and lower copper plates, which are the
銀ろうの濡れ特性の差のために、従来技術では、銀ろう構成成分である銀と銅が分離しながら、銀ろうが電解Niめっき上を水平方向に不均一に濡れ広がり、銅板においては、銅板内部(垂直方向)に銀ろう構成成分である銀が拡散するといった懸念があった。そのため、銅板を貼り付けた状態で銀ろうを加熱すると、銀ろう構成成分である銀と銅の比率が不均一に濡れ広がるため、銅板上で局所的に銀ろうの濡れが低下し、各板の反りによって生じる空間、所謂空気層が、銀ろうが濡れ広がることにより追い出されることが不足するため、銀ろう内に気泡が発生していた。 Due to the difference in wetting characteristics of silver brazing, in the prior art, silver brazing component silver and copper are separated while silver brazing spreads unevenly on the electrolytic Ni plating in the horizontal direction. There was a concern that silver, which is a silver brazing component, diffuses into the copper plate (vertical direction). Therefore, when the silver brazing is heated with the copper plate attached, the ratio of silver and copper, which are silver brazing constituents, spreads in a non-uniform manner, so that the wetting of the silver brazing locally on the copper plate is reduced. Since the space created by the warpage of the so-called air layer is insufficient to be expelled when the silver solder is wet and spread, bubbles are generated in the silver solder.
これに対して、実施の形態1の放熱体の製造方法によると、ろう付けの前処理として、銅板を貼り付けない状態で、モリブデン板のNi−Bめっき表面に銀ろうを仮ろう付けをすることで、仮ろう付けにおいて、銀ろうを溶融しながら、銅板に銀ろう中の銀が拡散することがなくなる。そして、その後に銅板を貼り付けて熱処理を行ったとしても、銀ろうを仮ろう付けした状態であるので、Niめっき一面に広がっている銀ろうが銅板内部方向へ一律に拡散していくため、銀ろうを銅板上に十分に濡れ広がらせることができる。そのため、銅板上およびモリブデン板上を、銀ろうが十分に濡れ拡がり、銀ろう内のボイドの発生を抑制することができる。その結果、ろう材の厚みの調整等を行うことなく、容易に銅板とモリブデン板との密着性を向上させ、放熱体の放熱性を向上することができる。 On the other hand, according to the manufacturing method of the radiator of the first embodiment, as a pretreatment for brazing, silver brazing is temporarily brazed on the Ni-B plating surface of the molybdenum plate without attaching the copper plate. Thus, in the temporary brazing, the silver in the silver brazing does not diffuse into the copper plate while the silver brazing is melted. And even if the copper plate is pasted and heat treated, the silver brazing is in a state where the silver brazing is temporarily brazed. The silver solder can be sufficiently wetted and spread on the copper plate. For this reason, the silver brazing sufficiently wets and spreads on the copper plate and the molybdenum plate, and generation of voids in the silver brazing can be suppressed. As a result, the adhesiveness between the copper plate and the molybdenum plate can be easily improved without adjusting the thickness of the brazing material, and the heat dissipation of the radiator can be improved.
(実施の形態2)
図4は実施の形態2の半導体素子収納用パッケージを示す分解断面図である。図4において、図1、図2および図3と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is an exploded cross-sectional view showing the semiconductor element storage package of the second embodiment. 4, the same components as those in FIGS. 1, 2, and 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
図4において、半導体素子収納用パッケージ201は、実施の形態1に示す金属放熱体101、絶縁体203、リード端子205および蓋体206から構成される。また、金属放熱体101の表面には半導体素子202を搭載する搭載部が設けられる。金属放熱体101の表面の搭載部周辺領域には、絶縁体203を介して、1または複数のリード端子205が形成される。このような半導体素子収納用パッケージ201において、金属放熱体101の搭載部に、ダイボンド材207を介して半導体素子202を搭載した後に、配線導体204で半導体素子202とリード端子205を電気的に接続し、絶縁体203上面にリード端子205の一部を挟んで蓋体206を取着し、半導体素子202および配線導体204を封止することにより半導体装置が形成される。
In FIG. 4, a semiconductor
実施の形態1と同様に、金属放熱体101の第1の金属板102は、例えば銅、銀、アルミニウム、金等の金属材料、またはこれらの中の少なくとも1つを含む合金材料から成る。
As in the first embodiment, the
第2の金属板103は、例えばモリブデン、タングステン等の金属材料、またはこれらの中の少なくとも1つを含む合金材料から成る。これら第1の金属板102、第2の金属板103は、基板に圧延加工、打抜き加工といった金属加工を施すことによって形成され、さらに第2の金属板103は表面処理が施されている。
The
第2の金属板103の表面処理として、電解めっき、無電解めっき、スパッタによって金属層106が施される。金属層106としてはニッケルめっき、ニッケル−リン、ニッケル−ボロンめっき等の金属、またはこれらの中の少なくとも1つを含む合金から成る。このような第2の金属板103への表面処理を行うことにより、半田付けやろう付けを行うことができる。また、電解Niめっきによって第2の金属板103を被覆すると、1000℃以上の耐熱特性を有し、銀ろう付けできるため好ましい。
As the surface treatment of the
絶縁体203は、アルミナ(Al2O3)焼結体、窒化アルミニウム(AlN)焼結体、ガラスセラミックス等のセラミックスから成り、第2の金属板103の熱膨張係数と熱膨張係数が近似する材料から選ばれる。絶縁体203は、半導体素子202の搭載部を取り囲むように環状形状に形成され、ロウ材等の接着材を介して金属放熱体101の搭載部を有する表面側に取着される。
The
絶縁体203には、その外側にかけて導出されるW,Mo等の高融点金属、Cu等の低抵抗金属等の配線導体からなるリード端子205が形成されており、リード端子205は、外部電気回路基板と接続可能な構成である。
The
この時、実施の形態1と同様に、ろう材104内のボイドは、直径1.9mm以下、占有率1%以下であることが好ましい。本発明の半導体素子収納用パッケージ201によれば、ろう材104内のボイドを、占有率1%以下としたとき、金属放熱体101の放熱特性が改善され、熱抵抗が最大0.49K/Wとなる。例えば、半導体素子202の印加電力を100W、動作温度を60℃とした場合、素子のジャンクション温度Tjは108.7℃となり、一般的に望まれるSi半導体の実使用上の保証温度175℃を下回るので、半導体素子202を長期間に渡り安定して作動可能となる。
At this time, it is preferable that the voids in the
このように、実施の形態1と同様に、ボイドの生成が抑制されたろう材により第1の金属板102と第2の金属板103とを接合することにより、容易に第1の金属板102と第2の金属板103との密着性が向上し、金属放熱体101の放熱性が向上する。そして、この金属放熱体101を備える、実施の形態2の半導体素子収納用パッケージ201に半導体素子202を搭載すると、半導体素子202の放熱性が向上できる。
Thus, as in the first embodiment, the
本発明は、容易に放熱体を構成する基板の密着性を向上させ、放熱性を向上させることができ、半導体素子で発熱した熱を放熱する放熱体およびその製造方法ならびにこの放熱体を備える半導体素子収納用パッケージ等に有用である。 The present invention can easily improve the adhesion of a substrate constituting a radiator, improve the heat dissipation, and dissipate heat generated by a semiconductor element, a manufacturing method thereof, and a semiconductor including the radiator It is useful for an element storage package.
101 金属放熱体
102 第1の金属板
103 第2の金属板
104 ろう材
105 ボイド
106 金属層
107 半導体素子
108 ダイボンド
201 半導体素子収納用パッケージ
202 半導体素子
203 絶縁体
204 配線導体
205 リード端子
206 蓋体
207 ダイボンド材
501 金属放熱体
502 銅板
503 モリブデン板
504 ろう材
505 Niめっき
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記第2の放熱基板の表裏表面に前記ろう材を供給するろう材供給工程と、
前記ろう材を加熱する仮ろう付け工程と、
仮ろう付けされた前記ろう材上に前記第1の放熱基板を重ね合わせる放熱基板積層工程と、
前記ろう材を加熱して前記第1の放熱基板と前記第2の放熱基板とを接合させる本ろう付け工程と
を有することを特徴とする放熱体の製造方法。 A method of manufacturing a heat radiating body in which two first heat radiating substrates are joined to the front and back surfaces of a second heat radiating substrate via a brazing material,
A brazing material supply step of supplying the brazing material to the front and back surfaces of the second heat dissipation substrate;
A temporary brazing step of heating the brazing material;
A heat dissipation substrate laminating step of superimposing the first heat dissipation substrate on the temporarily brazed brazing material;
A method for manufacturing a heat radiator, comprising: a main brazing step in which the brazing material is heated to join the first heat radiation substrate and the second heat radiation substrate.
前記第2の放熱基板が表面をNi−Bでめっきされたモリブデン板であり、
前記ろう材が銀ろうであり、
前記仮ろう付け工程を還元雰囲気中で800℃以上の加熱処理により行い、
前記本ろう付け工程を還元雰囲気中で800℃以上の加熱処理により行う
ことを特徴とする請求項1記載の放熱体の製造方法。 The first heat dissipation board is a copper plate;
The second heat dissipation substrate is a molybdenum plate whose surface is plated with Ni-B;
The brazing material is silver brazing,
The temporary brazing step is performed by heat treatment at 800 ° C. or higher in a reducing atmosphere,
The method for manufacturing a radiator according to claim 1, wherein the brazing step is performed by heat treatment at 800 ° C or higher in a reducing atmosphere.
2つの前記第1の放熱基板の間に設けられる第2の放熱基板と、
前記第1の放熱基板と前記第2の放熱基板とを接合するろう材と
を有し、前記ろう材内のボイドが、平均直径が0mmより大きく1.9mm以下であり、前記ろう材内における占有率が0%より大きく1%以下であることを特徴とする放熱体。 Two first heat dissipation substrates;
A second heat dissipation board provided between the two first heat dissipation boards;
A brazing material that joins the first heat radiating substrate and the second heat radiating substrate, and the voids in the brazing material have an average diameter greater than 0 mm and not greater than 1.9 mm; A heat radiator having an occupation ratio of greater than 0% and not greater than 1%.
前記第2の放熱基板が表面をNi−Bでめっきされたモリブデン板であり、
前記ろう材が銀ろうである
ことを特徴とする請求項4記載の放熱体。 The first heat dissipation board is a copper plate;
The second heat dissipation substrate is a molybdenum plate whose surface is plated with Ni-B;
The heat radiator according to claim 4, wherein the brazing material is silver brazing.
前記放熱体の表面に設けられて半導体素子の搭載領域となる搭載部と、
前記放熱体の前記表面の前記搭載部の周囲に取着される絶縁体と、
前記絶縁体上に形成されるリード端子と、
絶縁体上面に前記リード端子を挟んで取着される蓋体と
を有することを特徴とする半導体素子収納用パッケージ。 A heat radiator according to claim 4 or claim 5,
A mounting portion provided on the surface of the heat dissipating body and serving as a mounting region of the semiconductor element;
An insulator attached around the mounting portion of the surface of the radiator;
A lead terminal formed on the insulator;
A package for housing a semiconductor element, comprising: a lid attached to an upper surface of the insulator with the lead terminal interposed therebetween.
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