JPH02207539A - 半導体装置 - Google Patents
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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】
〔産業上の利用分野〕
不発8Aは、半導体素子か支持板等の被固着部に半田層
を介して固着された構造を有する半導体装置に関する。
を介して固着された構造を有する半導体装置に関する。
電力用半導体装置の多くは、半導体素子が放熱板金兼ね
る支持板に半田で固着された構造を有する。この半田は
、後の製造工程における加熱や動作時の発熱によって接
着強度等が変化しないことが望ましく、一般にpb (
鉛)を多く含有する半田が使用されている。この半田は
湾融温度が300℃以上と比較的高い牛田即ち高融点半
田であり、パワーサイクル耐量等が良好に得ら才りると
いう利点を有する。
る支持板に半田で固着された構造を有する。この半田は
、後の製造工程における加熱や動作時の発熱によって接
着強度等が変化しないことが望ましく、一般にpb (
鉛)を多く含有する半田が使用されている。この半田は
湾融温度が300℃以上と比較的高い牛田即ち高融点半
田であり、パワーサイクル耐量等が良好に得ら才りると
いう利点を有する。
〔発明が屏決しよ5とする課題〕
しかしながら、上記の高融点半田の主成分であるl−b
は熱伝導率が[J、35 w/cmdegと小さい。こ
のため、これらPb2多く含有する高融点半田を半導体
素子の固着に使用すると、半導体素子からの発熱か半田
層を介して支持板へと良好に熱伝導されず、放熱性が良
好に得られない。
は熱伝導率が[J、35 w/cmdegと小さい。こ
のため、これらPb2多く含有する高融点半田を半導体
素子の固着に使用すると、半導体素子からの発熱か半田
層を介して支持板へと良好に熱伝導されず、放熱性が良
好に得られない。
そこで、本発明の目的は、熱伝導性に優れた半田層を有
する半導体装置を提供することにある。
する半導体装置を提供することにある。
〔課題を解決するための手段]
上記目的を達成するための発明は、半導体素子が導電性
接着層により″c被固着部に固着されている半導体装置
vcおいて、前記導電性接着層が、鉛(Pb)を主成分
とする半田に、前記導電性接着層の厚みよジも小さい粒
径を有する銅CCu)、銀(Ag)及びアルミニウム(
AI Jの内の少なくとも1種の金属粒子が混在したも
のであることを特徴とする半導体装置に係わるものであ
る。
接着層により″c被固着部に固着されている半導体装置
vcおいて、前記導電性接着層が、鉛(Pb)を主成分
とする半田に、前記導電性接着層の厚みよジも小さい粒
径を有する銅CCu)、銀(Ag)及びアルミニウム(
AI Jの内の少なくとも1種の金属粒子が混在したも
のであることを特徴とする半導体装置に係わるものであ
る。
上記発明にあ・いて、半田は鉛を90重i%以上含有す
るものであることが望ましく、また、金属粒子を半田に
対して[J、5〜2o重蓋%添加することが望ましい。
るものであることが望ましく、また、金属粒子を半田に
対して[J、5〜2o重蓋%添加することが望ましい。
上記目的全達成するための別の発明は、半田にこの半田
よりも熱伝導率の大きい熱良導体粒子が混在している接
着層によって半導体素子が被固着部に固着されており、
且つ前記熱良導体粒子は前記半田よシも熱伝導率が大き
い金属粒子を前記半田に溶融しにくい金属又は前記金属
粒子よりも酸化しにくい金属の屡で被覆したものである
ことを特徴とする半導体装置に係わるものである。
よりも熱伝導率の大きい熱良導体粒子が混在している接
着層によって半導体素子が被固着部に固着されており、
且つ前記熱良導体粒子は前記半田よシも熱伝導率が大き
い金属粒子を前記半田に溶融しにくい金属又は前記金属
粒子よりも酸化しにくい金属の屡で被覆したものである
ことを特徴とする半導体装置に係わるものである。
請求項1に記載の発明において、Cu % Ag s
AIは半田よりも熱伝導率が十分に大きい。従って、半
導体素子と被固着部との間の層の熱抵抗が小さくなり、
放熱性の良い半導体装置を提供することができる。特に
、Cuは牛田VC溶は込み難いので、半田の組成変化が
少なく、半田の接着作用の低下が少ない。
AIは半田よりも熱伝導率が十分に大きい。従って、半
導体素子と被固着部との間の層の熱抵抗が小さくなり、
放熱性の良い半導体装置を提供することができる。特に
、Cuは牛田VC溶は込み難いので、半田の組成変化が
少なく、半田の接着作用の低下が少ない。
請求項2に記載のよ5に鉛を90重f%以上含有する半
田を使用し、金属粒子を0.5〜20重量るの範囲で含
めるようにすれば、接着性と熱伝導性との両方を良好に
満足さセることが可能になる。
田を使用し、金属粒子を0.5〜20重量るの範囲で含
めるようにすれば、接着性と熱伝導性との両方を良好に
満足さセることが可能になる。
請求項3に従って、金属粒子を半田に溶融しにぐい金属
の膜で被覆すれば、金属粒子が半田に溶融して半田の組
成が変化することを確実に防止できる。金属の膜が金属
粒子より酸化しにぐい金属から成る場合は、金属粒子の
表面が酸化して半田との接着性、熱伝導性及び電気伝導
性が低下することが起こり難くなるので、半田固着の作
業や半田の品質管理が容易になるとともに、半田層の熱
伝導性及び電気伝導性が良好になり且つこれ等の特性が
安定に保たnる。
の膜で被覆すれば、金属粒子が半田に溶融して半田の組
成が変化することを確実に防止できる。金属の膜が金属
粒子より酸化しにぐい金属から成る場合は、金属粒子の
表面が酸化して半田との接着性、熱伝導性及び電気伝導
性が低下することが起こり難くなるので、半田固着の作
業や半田の品質管理が容易になるとともに、半田層の熱
伝導性及び電気伝導性が良好になり且つこれ等の特性が
安定に保たnる。
〔第1の実施例〕
以下、本発明の第1の実施例に係わる半導体装置を第1
図全参照して説明する。
図全参照して説明する。
本実施例の半導体装置は、第1図に示すように放熱板を
兼ねる金属製支持板1の一方の主面に、半導体素子2が
接着層6を介して固着された構造を有する。接着層6は
、半田4の中に銅粉木部ち銅(Cu)粒子5を混在させ
たものから成る。
兼ねる金属製支持板1の一方の主面に、半導体素子2が
接着層6を介して固着された構造を有する。接着層6は
、半田4の中に銅粉木部ち銅(Cu)粒子5を混在させ
たものから成る。
この半導体装置を製造する際には、Pb(鉛):Sn
(錫)=95 : 5の高融点半田を含むペースト状半
田(クリーム手出)lC接着層3の厚さよりも小さい粒
径(直径)約IQAmのCu粒子を約2重量%混入した
ペーストを支持板1上に印刷し、このペースト層の上に
半導体素子2を載置して熱処理(す7o−)し、半導体
素子2を支持板1上に固着する。
(錫)=95 : 5の高融点半田を含むペースト状半
田(クリーム手出)lC接着層3の厚さよりも小さい粒
径(直径)約IQAmのCu粒子を約2重量%混入した
ペーストを支持板1上に印刷し、このペースト層の上に
半導体素子2を載置して熱処理(す7o−)し、半導体
素子2を支持板1上に固着する。
接着層3の厚さは約60μmであフ、半田4に対するC
u粒子50割合は約2重量%である。Cu粒子5は半田
4の中にほぼ均一に分散している。
u粒子50割合は約2重量%である。Cu粒子5は半田
4の中にほぼ均一に分散している。
なお、このCu粒子5の表面lCハ牛田との合金化層が
形成されている。
形成されている。
本実施例は次の効果を有する。
(11CuはPb −Sn系の半田に溶融しにぐい今風
であり、溶融温度が半田に比べて十分に高いから半田を
加熱して溶融したとき、Cu粒子5が溶は工手出の組成
が変わることはほとんどない。従って、Cu粒子5を含
有させたことにより半田の溶融温度や粘性が変わること
はほとんどなく、従来のPb=Sn=95:5の半田の
溶融温度(314℃〕のままであり、従来と同様に容易
且つ確実に半導体素子2の半田付けを達成することかで
きる。
であり、溶融温度が半田に比べて十分に高いから半田を
加熱して溶融したとき、Cu粒子5が溶は工手出の組成
が変わることはほとんどない。従って、Cu粒子5を含
有させたことにより半田の溶融温度や粘性が変わること
はほとんどなく、従来のPb=Sn=95:5の半田の
溶融温度(314℃〕のままであり、従来と同様に容易
且つ確実に半導体素子2の半田付けを達成することかで
きる。
121 Cuは半田が良好に付着する金属であるから
、Cu粒子5は溶融した半田に良好に混在し、C0粒子
5を混合したことによる接着強度の実質的な低下は生じ
ない。
、Cu粒子5は溶融した半田に良好に混在し、C0粒子
5を混合したことによる接着強度の実質的な低下は生じ
ない。
+31 Cu粒子5は半田4よりも熱伝導率が大きい
ので、Cu粒子5が熱伝導路として機能し、接着層3の
熱抵抗が半田のみの場合よりも小さくなり、放熱性の良
好な半導体装置を提供することができる。
ので、Cu粒子5が熱伝導路として機能し、接着層3の
熱抵抗が半田のみの場合よりも小さくなり、放熱性の良
好な半導体装置を提供することができる。
〔第2の実施例〕
次に、本発明の第2の実施例に係わる半導体装置を第2
因を参照して以下に説明する。
因を参照して以下に説明する。
第2図の半導体装置は、第1図の半導体装置と同様に放
熱板金兼ねる支持板1の一方の主面に接着層ろを介して
半導体素子2が固着されている。
熱板金兼ねる支持板1の一方の主面に接着層ろを介して
半導体素子2が固着されている。
接着層6は半田4と熱良導体粒子6とρ・ら成る。
熱良導体粒子6はCu粒子6aの表面にNiにッケル〕
被膜6bを設けたものである。Cu粒子6aは第1図の
C0粒子5と同一のものであり、約1゜μmの粒径を有
する。Ni被膜6bは極めて薄い層であるので、これを
設けた後の熱良導体粒子6の粒径はCu粒子6aの粒径
と大差ない。なお、半田4の組成比はPb : 5n=
95 : 5であり、また、熱良導体粒子6の半田4に
対する割合は、約2重蓋カである。
被膜6bを設けたものである。Cu粒子6aは第1図の
C0粒子5と同一のものであり、約1゜μmの粒径を有
する。Ni被膜6bは極めて薄い層であるので、これを
設けた後の熱良導体粒子6の粒径はCu粒子6aの粒径
と大差ない。なお、半田4の組成比はPb : 5n=
95 : 5であり、また、熱良導体粒子6の半田4に
対する割合は、約2重蓋カである。
半導体素子20手半田付は、第1の実施例と同様に半田
ペーストに熱良導体粒子6を混入したペーストを支持板
1上に印刷し、リフO−jることによって行う。
ペーストに熱良導体粒子6を混入したペーストを支持板
1上に印刷し、リフO−jることによって行う。
NiはCuよジもPb −Sn系半田に溶は込みにぐい
金属であるから、第2の実施例の熱良導体粒子6は、第
1の実施例のCu粒子5よりも半田に対する溶は込みが
少ない。従って、熱良導体粒子6を混入しても半田の組
成が実質的に変化セず、半田の溶融温度も殆んど変化し
ないし、パワーサイクル耐量等が低下しない。
金属であるから、第2の実施例の熱良導体粒子6は、第
1の実施例のCu粒子5よりも半田に対する溶は込みが
少ない。従って、熱良導体粒子6を混入しても半田の組
成が実質的に変化セず、半田の溶融温度も殆んど変化し
ないし、パワーサイクル耐量等が低下しない。
また、NiはCuと同様に半田に良好に付着する金属で
あるから、熱良導体粒子6は半田4vc良好に混在する
。
あるから、熱良導体粒子6は半田4vc良好に混在する
。
また、Niはeuよジも酸化し難い金属であるから、取
扱いが容易である。即ち、酸化に関してさほど注意を払
わなくてもよい。Cu粒子6aのみの場合Vcrri、
表面酸化によって熱伝導性及び電気伝導性の低下を招く
恐れがあるが、Ni″a膜6b全6bることによってこ
のような恐れがなくなる。
扱いが容易である。即ち、酸化に関してさほど注意を払
わなくてもよい。Cu粒子6aのみの場合Vcrri、
表面酸化によって熱伝導性及び電気伝導性の低下を招く
恐れがあるが、Ni″a膜6b全6bることによってこ
のような恐れがなくなる。
〔変形例〕
本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば
次の変形が可能なものである。
次の変形が可能なものである。
(II Cu粒子5及び熱良導体粒子6を多く含有さ
セればそれだけ接着層6の熱抵抗は減少するが、Cu粒
子5又は熱良導体粒子乙の含有量が多過ぎると、半田の
粘性、接着強度等が低下し、逆に含有量が少な過ぎると
熱電導性が十分に得られない。
セればそれだけ接着層6の熱抵抗は減少するが、Cu粒
子5又は熱良導体粒子乙の含有量が多過ぎると、半田の
粘性、接着強度等が低下し、逆に含有量が少な過ぎると
熱電導性が十分に得られない。
従って、 Cu粒子5又は熱良導体粒子6の半田4に対
する割合は、0.5〜2ON量るであることが望ましく
、1〜10重童鴨であることが更に望まし1、)。
する割合は、0.5〜2ON量るであることが望ましく
、1〜10重童鴨であることが更に望まし1、)。
(2) 本発明はPbの含有率が90%以上の半田に
有効であるが、Pbの含有率がもつと小さく溶融温度が
さほど高くない半田にも有効である。
有効であるが、Pbの含有率がもつと小さく溶融温度が
さほど高くない半田にも有効である。
+31 Cu粒子5又は熱良導体粒子6は粒径が比較
的大きい方が取り扱い易いので、粒径(直径)を接着層
乙の厚みの1/10以上にするのが良い。
的大きい方が取り扱い易いので、粒径(直径)を接着層
乙の厚みの1/10以上にするのが良い。
(4) 第1図のCu粒子5及び第2図のCu粒子6
aの代すに、銀(Ag)粒子又はアルミニウム(A1)
粒子を使用することができる。しかし、Ni等の被膜6
bを設けない場合には、Pb −Sn系半田に対してA
gはCuよジも溶融し易いので、Cuの方が望ましい。
aの代すに、銀(Ag)粒子又はアルミニウム(A1)
粒子を使用することができる。しかし、Ni等の被膜6
bを設けない場合には、Pb −Sn系半田に対してA
gはCuよジも溶融し易いので、Cuの方が望ましい。
但し、Sb (アンチモン)を含む半田はCuとsbが
金属間化合物を形成するので、この場合は金属粉末とし
てAgを使用するのが良い。
金属間化合物を形成するので、この場合は金属粉末とし
てAgを使用するのが良い。
(5)回路基板上の導体上に半導体素子を半田付けする
場合にも本発明を適用することができる。
場合にも本発明を適用することができる。
(6) 支持板土の溶融した半田に半導体素子をこ丁
ジ付けて固着してもよい。
ジ付けて固着してもよい。
以上のように、本発明によれば、放熱性が良好であり且
つ信頼性の高い半導体装置を容易に提供することができ
る。
つ信頼性の高い半導体装置を容易に提供することができ
る。
第1図は本発明の第1の実施例の半導体装置の一部を概
略的に示す断面図、 第2図は本発明の第2の実施例の半導体装置の一部を概
略的に示す断面図である。 1・・・支持板、2・・・半導体素子、3・・・接着層
、4・・・半田、5・・・Cu粒子、6・・・熱良導体
粒子、6a・・・C1粒子、6b・・・Ni被膜。
略的に示す断面図、 第2図は本発明の第2の実施例の半導体装置の一部を概
略的に示す断面図である。 1・・・支持板、2・・・半導体素子、3・・・接着層
、4・・・半田、5・・・Cu粒子、6・・・熱良導体
粒子、6a・・・C1粒子、6b・・・Ni被膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 〔1〕半導体素子が導電性接着層によつて被固着部に固
着されている半導体装置において、前記導電性接着層が
、鉛(Pb)を主成分とする半田に、前記導電性接着層
の厚みよりも小さい粒径を有する銅(Cu)、銀(Ag
)及びアルミニウム(Al)の内の少なくとも1種の金
属粒子が混在したものであることを特徴とする半導体装
置。 〔2〕前記半田は鉛を90重量%以上含有する半田であ
り、前記金属粒子は前記半田に0.5〜20重量%含有
していることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 〔3〕半田にこの半田よりも熱伝導率の大きい熱良導体
粒子が混在している接着層によつて半導体素子が被固着
部に固着されており、且つ前記熱良導体粒子は前記半田
よりも熱伝導率が大きい金属粒子を前記半田に溶融しに
くい金属又は前記金属粒子よりも酸化しにくい金属の膜
で被覆したものであることを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1028394A JPH02207539A (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1028394A JPH02207539A (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 半導体装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02207539A true JPH02207539A (ja) | 1990-08-17 |
Family
ID=12247444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1028394A Pending JPH02207539A (ja) | 1989-02-07 | 1989-02-07 | 半導体装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02207539A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1989
- 1989-02-07 JP JP1028394A patent/JPH02207539A/ja active Pending
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