JPH02226749A - Heat sink for high-output circuit component - Google Patents
Heat sink for high-output circuit componentInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、高出力回路部品用ヒートシンクに関する。[Detailed description of the invention] [Purpose of the invention] (Industrial application field) The present invention relates to a heat sink for high-power circuit components.
（従来の技術）
半導体装置の高出力化、実装の高密度化が進む中で、増
大する部品からの発熱をいかに効率良く放散させるかと
いうことが問題となってきた。(Prior Art) As the output of semiconductor devices continues to increase and the density of packaging increases, the problem has become how to efficiently dissipate the increasing amount of heat generated from components.
大電力を扱うパワー回路には、一般にパワートランジス
タが使用されており、近年においては、製品の小型化が
より望まれているため、同一基板上にトランジスタなど
の多数のチップ部品を塔載する集積化が図られている。Power transistors are generally used in power circuits that handle large amounts of power, and in recent years, there has been a growing desire for smaller products, so integrated circuits, in which many chip components such as transistors are mounted on the same substrate, are being used. The goal is to
そして、集積化された基板はパッケージングされ、ひと
つの集積回路部品として使用される。The integrated substrate is then packaged and used as a single integrated circuit component.
ところで、高周波高出力トランジスタでは大電流密度と
なり、ベース抵抗の存在によって周辺効果を生じ、電流
の大部分はエミッタ周辺部に集中する。したがって、与
えられたコレクタ面積に対してエミッタ接合の周辺の長
さの比率が大きい程、大電流を処理することができる。By the way, high-frequency, high-output transistors have a large current density, and the existence of a base resistor causes a peripheral effect, and most of the current is concentrated around the emitter. Therefore, the larger the ratio of the length of the periphery of the emitter junction to a given collector area, the larger the current can be handled.
このため、コレクタ面積に対してエミッタ接合の周辺長
さの比率を大きくする新しい電極配置構造として、オー
バレイ構造、メツシュエミッタ構造などが取入れられて
いる。For this reason, overlay structures, mesh emitter structures, and the like have been introduced as new electrode arrangement structures that increase the ratio of the peripheral length of the emitter junction to the collector area.
これらは、はぼトランジスタチップ全面にエミッタおよ
びベース電極が互いに交差してゆきわなった構造を取っ
ており、エミッタとして動作しない部分を少なくするよ
うにしている。These transistors have a structure in which the emitter and base electrodes cross each other over the entire surface of the transistor chip, thereby minimizing the portion that does not function as an emitter.
しかし、トランジスタが集結化されるとコレクタはパッ
ケージとは同電位にできないため、熱抵抗をできるだけ
小さくして、電気的には絶縁する必要がある。However, when transistors are integrated, the collector cannot be at the same potential as the package, so it is necessary to minimize thermal resistance and electrically insulate the collector.
このため、トランジスタチップの急激な発熱を吸収する
ための熱容量としてヒートシンクを設け、トランジスタ
チップの底面にヒートシンクを接合し、ヒートシンクを
介して基板に塔載している。For this reason, a heat sink is provided as a heat capacity for absorbing the rapid heat generation of the transistor chip, the heat sink is bonded to the bottom surface of the transistor chip, and the transistor chip is mounted on the substrate via the heat sink.
このようなヒートシンクは、絶縁板の表面に導電層を形
成し、Ｎｌ、 Ａｕなどを用いためっきを施して作製さ
れる。Such a heat sink is manufactured by forming a conductive layer on the surface of an insulating plate and plating it with Nl, Au, or the like.
ヒートシンクの絶縁板の材料として、最近では熱伝導率
が高く、かつトランジスタチップ材料として多く使用さ
れているシリコンと熱膨張係数が近似している窒化アル
ミニウムセラミックスが注目され多用されつつある。Recently, aluminum nitride ceramics, which have high thermal conductivity and have a coefficient of thermal expansion close to that of silicon, which is often used as a material for transistor chips, have been attracting attention and being used frequently as a material for the insulating plates of heat sinks.
また、導電層としては、モリブデンやタングステン、窒
化チタンなどが用いられている。Furthermore, molybdenum, tungsten, titanium nitride, and the like are used as the conductive layer.
そして、窒化アルミニウム成形体を焼成してセラミック
ス焼結体からなる絶縁板をあらかじめ作製した後、この
セラミックス絶縁板の表面に導電層となる導体ペースト
を塗布して、再び焼成することにより導電層を上記セラ
ミックス焼結体上に形成している。After an insulating plate made of a ceramic sintered body is prepared in advance by firing the aluminum nitride molded body, a conductive paste that will become a conductive layer is applied to the surface of this ceramic insulating plate, and the conductive layer is formed by firing again. It is formed on the ceramic sintered body.
（発明が解決しようとする課題）
ところで、基板に塔載されているトランジスタチップの
発熱量が大きい場合、チップならびにヒートシンクは、
低温から高温へ、また高温から低温への苛酷な温度変化
にさらされるため、ヒートシンクには放熱性に優れてい
ることのほかに、耐サーマルサイクル特性に優れている
こと、具体的には、ヒートシンクの絶縁板と導電層との
接合強度が強く、集結化されたトランジスタチップを作
動させる過程で絶縁板と導電層との接合面でクラックや
反りなどの欠陥が発生しないことが要求される。(Problem to be Solved by the Invention) By the way, when the amount of heat generated by the transistor chip mounted on the substrate is large, the chip and heat sink
Heat sinks are exposed to severe temperature changes from low to high temperatures and vice versa, so in addition to having excellent heat dissipation properties, heat sinks also have excellent thermal cycle resistance. It is required that the bonding strength between the insulating plate and the conductive layer is strong, and that defects such as cracks and warping do not occur at the bonding surface between the insulating plate and the conductive layer during the operation of the integrated transistor chip.
しかしながら、上述したようにセラミックス絶縁板と導
電層との焼成を別々に行って作製したヒートシンクは、
導電層を形成する二度目の焼成時に、導電性物質とセラ
ミックス焼結体との収縮率の差からセラミックス焼結体
と導電層の接合面に応力が働いて歪みが生じ、導電層の
接合強度が低下し、充分な信頼性が得られなかった。However, as mentioned above, the heat sink produced by separately firing the ceramic insulating plate and the conductive layer,
During the second firing to form the conductive layer, stress acts on the bonding surface between the ceramic sintered body and the conductive layer due to the difference in shrinkage rate between the conductive material and the ceramic sintered body, causing distortion, which reduces the bonding strength of the conductive layer. decreased, and sufficient reliability could not be obtained.
特に、窒化アルミニウムを使用する場合、窒化アルミニ
ウムは放熱性に優れている反面、金属との濡れ性が悪い
ため導電層の形成がより困難であった。In particular, when using aluminum nitride, although aluminum nitride has excellent heat dissipation properties, it has poor wettability with metals, making it more difficult to form a conductive layer.
また、焼成を二度行うことは作業工程数の増大につなが
りコストがかかるため、コストダウンを図る方法が望ま
れていた。Further, since performing firing twice increases the number of work steps and increases costs, a method for reducing costs has been desired.
本発明はこのような問題に対処してなされたもので、絶
縁板と導電層の接合強度が高く、コストダウンの可能な
高出力回路部品用ヒートシンクを提供することを目的と
する。The present invention has been made in response to such problems, and an object of the present invention is to provide a heat sink for high-output circuit components that has high bonding strength between an insulating plate and a conductive layer and can reduce costs.
［発明の構成コ
（ａｌｆｆｉを解決するための手段）
本発明の高出力回路部品用ヒートシンクは、窒化アルミ
ニウム成形体を焼成したセラミックス絶縁板と、このセ
ラミックス絶縁板上に形成された導体ペーストを焼成し
た導電層とを有する高出力回路部品用ヒートシンクにお
いて、前記導電層が、前記窒化アルミニウム成形体と前
記導体ペーストとを同時に焼成することにより、前記絶
縁板の表面に形成されていることを特徴としている。[Structure of the Invention (Means for Solving Alffi) The heat sink for high-output circuit components of the present invention includes a ceramic insulating plate made by firing an aluminum nitride molded body, and a conductive paste formed on the ceramic insulating plate by firing. A heat sink for high-power circuit components having a conductive layer, characterized in that the conductive layer is formed on the surface of the insulating plate by simultaneously firing the aluminum nitride molded body and the conductive paste. There is.
本発明におけるセラミックス絶縁板は、窒化アルミニウ
ムを原料として使用している。窒化アルミニウムは、熱
伝導率が高く、発熱量の大きい高周波トランジスタに適
しているためである。The ceramic insulating plate in the present invention uses aluminum nitride as a raw material. This is because aluminum nitride has high thermal conductivity and is suitable for high-frequency transistors that generate a large amount of heat.
このような窒化アルミニウム粉末に、一般に使用されて
いる焼結助剤、バインダなどを適量添加し、ドクターブ
レード法や射出成形法などの各種成形法によって所要形
状の成形体を作製する。Appropriate amounts of commonly used sintering aids, binders, etc. are added to such aluminum nitride powder, and a molded body of a desired shape is produced by various molding methods such as a doctor blade method and an injection molding method.
本発明における導電層は、導体ペーストを焼成して形成
される。この導体ペーストとしては、セラミックス絶縁
板として窒化アルミニウムを使用する場合、窒化物系セ
ラミックス表面に導電層を形成する際に用いられる、Ｍ
ＯやＶなどの高融点金属にＴＩなどの活性金属の窒化物
を添加混合したべ−ストなどが挙げられる。The conductive layer in the present invention is formed by firing a conductive paste. This conductive paste is M, which is used when forming a conductive layer on the surface of nitride-based ceramics when aluminum nitride is used as a ceramic insulating plate.
Examples include a base made by adding and mixing a nitride of an active metal such as TI to a high melting point metal such as O or V.
本発明の高出力回路部品用ヒートシンクは上述したよう
なセラミックス成形体上に導体ペーストを塗布し、これ
を同時に焼成することにより作製される。なお、導体ペ
ーストは、たとえば絶縁板の表裏全面に塗布する。The heat sink for high-output circuit components of the present invention is manufactured by applying a conductive paste onto the ceramic molded body as described above and firing the same at the same time. Note that the conductive paste is applied, for example, to the entire front and back surfaces of the insulating plate.
焼成は、必要に応じて添加したバインダ成分の熱分解温
度近傍の温度で数時間程度熱処理して脱脂した後、窒素
ガスやアルゴンガスのような不活性雰囲気中において、
常圧下あるいは１ｋｇ／ｃｄ〜９ｋｇ／ｃｊ程度の雰囲
気加圧下で、１７５０℃〜１９００℃程度の温度条件で
行うことが好ましい。Firing is performed, if necessary, by heat treatment for several hours at a temperature close to the thermal decomposition temperature of the added binder component to degrease it, and then in an inert atmosphere such as nitrogen gas or argon gas.
It is preferable to carry out under normal pressure or under atmospheric pressure of about 1 kg/cd to 9 kg/cj and at a temperature of about 1750° C. to 1900° C.
また、必要に応じて、導電層上にはめっき層が形成され
る。Furthermore, a plating layer is formed on the conductive layer, if necessary.
（作 用）
本発明の高出力回路部品用ヒートシンクにおいては、絶
縁板となるセラミックスと、導電層となる導電性物質と
の焼成を同時に行っているため、焼成時の収縮量の差が
緩和され、セラミックス絶縁板と導電層との接合面にお
ける応力を緩和し、接合強度を向上させることができる
。(Function) In the heat sink for high-output circuit components of the present invention, since the ceramics serving as the insulating plate and the conductive material serving as the conductive layer are fired at the same time, the difference in the amount of shrinkage during firing is alleviated. , the stress at the bonding surface between the ceramic insulating plate and the conductive layer can be relaxed and the bonding strength can be improved.
また、焼成を一度で済ませることによって、作業工程数
が削減され、コストダウンに寄与する。Furthermore, by completing firing only once, the number of work steps is reduced, contributing to cost reduction.
（実施例） 次に、本発明の一実施例について説明する。(Example) Next, one embodiment of the present invention will be described.
実施例
第１図は本発明の一実施例による高出力回路部品用ヒー
トシンクを示す断面図である。Embodiment FIG. 1 is a sectional view showing a heat sink for high-power circuit components according to an embodiment of the present invention.
同図において、窒化アルミニウムを主成分とするセラミ
ックス絶縁板１の表面には、ＭＯとＴＩＮとを３：
１（Ｉｆｆｉ比）の割合で含有する導体ペーストの塗布
、焼成によって導電層２が形成されている。In the figure, the surface of a ceramic insulating plate 1 whose main component is aluminum nitride is coated with 3:3 of MO and TIN.
The conductive layer 2 is formed by applying and baking a conductive paste containing a ratio of 1 (Iffi ratio).
この導電層２の形成は、次に述べる方法で行った。まず
、セラミックス絶縁板１となる窒化アルミニウムを主成
分とするセラミックスグリーンシートを２．ＯＸ ２
．０−１２の大きさに作製する。This conductive layer 2 was formed by the method described below. First, a ceramic green sheet containing aluminum nitride as a main component, which will become the ceramic insulating board 1, is prepared as follows. OX2
．． Make it to a size of 0-12.
次に、このグリーンシートの表と裏の両面に導電層２と
なる肋とＴＩＮを主成分とする導体ペーストを全面塗布
する。Next, a conductive paste containing ribs and TIN as the main components, which will become the conductive layer 2, is applied to the entire surface of the front and back surfaces of this green sheet.
次いで、窒素雰囲気中、１７５０〜１８５０℃、１〜３
時間の条件で、窒化アルミニウム成形体と導体ペースト
との焼成を同時に行う。Then, in a nitrogen atmosphere, 1750-1850°C, 1-3
The aluminum nitride molded body and the conductive paste are fired simultaneously under certain time conditions.
このようにして導電層２を形成した後、さらに、この導
電層２の表面にＮｌめっき層３、次いで八〇めっき層４
を形成した。After forming the conductive layer 2 in this way, a Nl plating layer 3 is further applied to the surface of the conductive layer 2, and then an 80 plating layer 4 is applied to the surface of the conductive layer 2.
was formed.
さらに、得られた高出力回路部品用ヒートシンクにＣｕ
ワイヤをはんだ付けし、垂直方向の引張り強度値をｉｌ
ｐ＋定した。Furthermore, Cu was added to the resulting heat sink for high-power circuit components.
Solder the wire and take the vertical tensile strength value as il
p+ was determined.
この実施例で得たヒートシンク５０個における測定で、
セラミックス絶縁板１と導電層２との接合強度は、導電
１ｍ ２．Ｏｘ ２．０ｍ５２アｔ： ”）平均２０
ｋｇｒであった。In measurements on 50 heat sinks obtained in this example,
The bonding strength between the ceramic insulating plate 1 and the conductive layer 2 is 1 m2. Ox 2.0m52at: ”) Average 20
It was kgr.
さらに、このヒートシンクに出力１５Ｗのトランジスタ
を接合し、銅基板に塔載して動作時の熱抵抗を測定した
。測定方法としてΔＶＢ−を用いたところ、熱抵抗は４
℃／ｗであった。Furthermore, a transistor with an output of 15 W was connected to this heat sink, and the heat resistance during operation was measured by mounting the transistor on a copper substrate. When ΔVB- was used as the measurement method, the thermal resistance was 4
It was ℃/w.
比較例
セラミックス絶縁板として実施例と同一の原料を使用し
、導電層として肋とＴＩＮとを １： ２（重量比）の
割合で含有する導体ペーストを使用し、絶縁板上に導電
層を形成した。Comparative Example The same raw materials as in the example were used as the ceramic insulating plate, and a conductive paste containing ribs and TIN in a ratio of 1:2 (weight ratio) was used as the conductive layer to form a conductive layer on the insulating plate. did.
ただし、導電層の形成は以下に述べる方法による。はじ
めに、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスグ
リーンシートを窒素雰囲気中で、１８００℃、２時間の
条件で焼成し、窒化アルミニウム焼結体を作製する。However, the conductive layer is formed by the method described below. First, a ceramic green sheet containing aluminum nitride as a main component is fired in a nitrogen atmosphere at 1800° C. for 2 hours to produce an aluminum nitride sintered body.
次に、この窒化アルミニウム焼結体上に上述した導体ペ
ーストを塗布し、窒素雰囲気中、１（１００〜１７５０
℃、１〜３時間の条件で焼成することにより導電層を形
成する。Next, the above-mentioned conductor paste was applied onto this aluminum nitride sintered body, and the conductor paste was heated to 1 (100 to 1750
A conductive layer is formed by firing at a temperature of 1 to 3 hours.
その後、実施例と同一条件でＮｌめっき層、次いでＡｕ
めっき層を形成した。Thereafter, a Nl plating layer was applied under the same conditions as in the example, and then an Au layer was applied.
A plating layer was formed.
さらに、得られた高出力回路部品用ヒートシンクにＣｕ
ワイヤをはんだ付けし、実施例と同一条件で垂直方向の
引張り強度値をｎ１定した。Furthermore, Cu was added to the resulting heat sink for high-power circuit components.
The wires were soldered and the vertical tensile strength value n1 was determined under the same conditions as in the example.
この比較例で得たヒートシンク５０個における測定で、
セラミックス絶縁板と導電層との接合強度は、導電層２
．ＯＸ ２．０ｍｍ２あたり平均１３ｋｇｒであった
。In measurements on 50 heat sinks obtained in this comparative example,
The bonding strength between the ceramic insulating plate and the conductive layer is
．． The average was 13 kgr per 2.0 mm2 of OX.
さらに、実施例と同一条件で熱抵抗を測定したところ、
この比較例によるヒートシンクを使用した場合の熱抵抗
は４℃ハであった。Furthermore, when thermal resistance was measured under the same conditions as in the example,
The thermal resistance when using the heat sink according to this comparative example was 4°C.
以上の結果から明らかなように、本発明の実施例による
高出力回路部品用ヒートシンクは導電層の接合強度が向
上していた。As is clear from the above results, the heat sink for high-output circuit components according to the example of the present invention had improved bonding strength between the conductive layers.
また、作業工程数が少ないためコスト面において有利な
ものであった。Furthermore, since the number of work steps is small, it is advantageous in terms of cost.
［発明の効果］
以上説明したように、本発明の高出力回路部品用ヒート
シンクは、セラミックス絶縁板上に形成される導電層が
、絶縁板となるセラミックスグリーンシートと導電層と
なる導体ペーストとの同時焼成によって形成されている
ため、セラミックスと導電層の間に生じる応力が緩和さ
れ、導電層の接合強度を向上させることができる。[Effects of the Invention] As explained above, in the heat sink for high-output circuit components of the present invention, the conductive layer formed on the ceramic insulating plate is composed of a ceramic green sheet serving as the insulating plate and a conductive paste serving as the conductive layer. Since it is formed by co-firing, the stress generated between the ceramic and the conductive layer is alleviated, and the bonding strength of the conductive layer can be improved.
したがって、耐サーマルサイクル特性が改善され、信頼
性の高い高出力回路部品用ヒートシンクを得ることがで
きる。Therefore, thermal cycle resistance is improved, and a highly reliable heat sink for high-power circuit components can be obtained.
また、作業工程数の削減によって、コストダウンを図る
ことが可能である。Furthermore, by reducing the number of work steps, it is possible to reduce costs.
第１図は本発明の一実施例による高出力回路部品用ヒー
トシンクを示す断面図である。
１・・・・・・・・・セラミックス絶縁板２・・・・・
・・・・導電層
３・・・・・・・・・旧めっき層
４・・・・・・・・・＾Ｕめつき届
出願人 株式会社 東芝
代理人 弁理士 須 山 佐 −FIG. 1 is a sectional view showing a heat sink for high-power circuit components according to an embodiment of the present invention. 1... Ceramic insulation board 2...
・・・Conductive layer 3・・・・・・Old plating layer 4・・・・・・・・・＾UMetting notification applicant Toshiba Corporation Agent Patent attorney Sasu Suyama −
Claims (1)
絶縁板と、このセラミックス絶縁板上に形成された導体
ペーストを焼成した導電層とを有する高出力回路部品用
ヒートシンクにおいて、前記導電層が、前記窒化アルミ
ニウム成形体と前記導体ペーストとを同時に焼成するこ
とにより前記絶縁板の表面に形成されていることを特徴
とする高出力回路部品用ヒートシンク。(1) A heat sink for high-power circuit components comprising a ceramic insulating plate made of a fired aluminum nitride molded body and a conductive layer made of fired conductive paste formed on the ceramic insulating plate, wherein the conductive layer is made of the aluminum nitride A heat sink for a high-output circuit component, characterized in that the heat sink is formed on the surface of the insulating plate by simultaneously firing the molded body and the conductive paste.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4712789A JPH02226749A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Heat sink for high-output circuit component |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4712789A JPH02226749A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Heat sink for high-output circuit component |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02226749A true JPH02226749A (en) | 1990-09-10 |
Family
ID=12766479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4712789A Pending JPH02226749A (en) | 1989-02-28 | 1989-02-28 | Heat sink for high-output circuit component |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02226749A (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6531226B1 (en) | 1999-06-02 | 2003-03-11 | Morgan Chemical Products, Inc. | Brazeable metallizations for diamond components |
| US6830780B2 (en) | 1999-06-02 | 2004-12-14 | Morgan Chemical Products, Inc. | Methods for preparing brazeable metallizations for diamond components |
| US7339791B2 (en) | 2001-01-22 | 2008-03-04 | Morgan Advanced Ceramics, Inc. | CVD diamond enhanced microprocessor cooling system |
-
1989
- 1989-02-28 JP JP4712789A patent/JPH02226749A/en active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6531226B1 (en) | 1999-06-02 | 2003-03-11 | Morgan Chemical Products, Inc. | Brazeable metallizations for diamond components |
| US6830780B2 (en) | 1999-06-02 | 2004-12-14 | Morgan Chemical Products, Inc. | Methods for preparing brazeable metallizations for diamond components |
| US7339791B2 (en) | 2001-01-22 | 2008-03-04 | Morgan Advanced Ceramics, Inc. | CVD diamond enhanced microprocessor cooling system |
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