JPH03276649A

JPH03276649A - 電子装置

Info

Publication number: JPH03276649A
Application number: JP2077334A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fuse; 布施　浩; Masahito Numanami; 雅仁沼波
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Tohbu Semiconductor Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 1990-03-26
Filing date: 1990-03-26
Publication date: 1991-12-06

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。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は電子装置、特に、パワートランジスタパワーモ
ジュール、ハイブリ・ント用Ｃ等の半導体装置に適用し
て有効な技術に関する。

〔従来の技術〕

パワートランジスタやパワーモジエール等の高出力半導
体装置は、その動作時高い熱を発生するため、安定した
動作を維持するためには、発生した熱をパッケージ外部
に効率良く放散する必要がある。特開昭６１−６４１４
４号公報には、トランジスタモジュールが開示されてい
る。この文献で開示されたトランジスタモジュールは、
放熱板の上面に半田等によって絶縁基板を固定するとと
もに、この絶縁基板上にコレクタ電極、エミッタ電極、
ベース電極が接着されている。これらコレクタ電極、エ
ミッタ電極、ベース電極は、所定個所で上方に折り曲げ
られてそれぞれ上端は外部端子となっている。また、前
記絶縁基板に重なるコレクタ電極上にトランジスタチッ
プが接着されるとともに、このトランジスタチップの上
面の電極バンドと前記エミッタ電極お↓びベース電極は
アルミ線で接続されている。また、前記放熱板の上面側
には、上部が開口した合成樹脂成形品からなる外装容器
が取り付けられている。そして、この外装容器の上部は
ゲル状封止樹脂や硬化封止樹脂で封止されている。前記
コレクタ電極、エミッタ電極、ベース電極の外部端子は
、前記封止体から外部に突出している。

〔発明が解決しようとする課題〕

半導体装置は温度依存性があるため、パワートランジス
タ等のパワー系では、半導体チップで発熱した熱を効率
的にパッケージ外に放熱し、安定した動作をさせる必要
がある。パワー系では、半導体チップでの発熱量が多い
ため、一般に半導体チップは半導体チップよりも面積の
大きい熱伝導性の高い金属板（ヒートシンク）に固定さ
れ、かつこのヒートシンクをセラミック板等からなる配
線基板に固定している。また、このヒートシンクと配線
基板との接合は、熱歪みの抑止のために半田が使用され
ることが多い。

しかし、従来のこの種半導体装置では、放熱性に問題の
あるものが発生する。この点について検討したところ、
以下の事実が本発明者によってあきらかにされた。すな
わち、半導体チップを上面（主面）に固定するヒートシ
ンクは、放熱面積を広くすることから、半導体チップよ
りも充分大きな寸法となっている。このような面積の広
いヒートシンクを配線基板に半田を用いて接合した場合
、配線基板とヒートシンクとの間に存在していた空気が
接合面が広いことから抜は難くなり、半田層の内部に気
泡（ボイド）が発生してしまうことがある。このボイド
は熱抵抗領域として作用するため、半導体装置の安定動
作に支障を来してしまうことがある。

本発明の目的は、半導体チップ等の電子部品を搭載した
第１の支持体と、第２の支持体とを接合する接合材中に
ボイドが発生し難い構造の電子装置を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、信転性の高い電子装置を提供する
ことにある。

本発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴は、
本明細書の記述および添付図面からあきらかになるであ
ろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、本発明の半導体装置は、セラミック配線基板
（第２の支持体）の主面に半田を介して固定されたヒー
トシンク（第１の支持体）上に半導体チップが固定され
た構造となっているが、前記ヒートシンクの配線基板に
対する接合面には、接合面の中央部近傍から周縁に亘っ
て四方向にそれぞれ延在しかつ周縁に向かうに連れて徐
々に溝底が深くなる気体抜き用の溝が設けられている。

〔作用〕

上記した手段によれば、本発明の半導体装置にあっては
、配線基板の上面に半田を介して接合されるヒートシン
クの接合面に、気体抜き用の溝が設けられていることか
ら、半田でヒートシンクを配線基板に固定する際、配線
基板とヒートシンクとの間に存在する気体は天井が外側
に向かって徐々に高くなる気体抜き用の溝に沿って移動
し易くなることから、半田層中にボイドが発生し難くな
る。

〔実施例］以下図面を参照して本発明の一実施例について説明する
。

第１図は本発明の要部である半導体チップの搭載状態を
示す模式的断面図、第２図は同しくヒートシンクの底面
を示す斜視図、第３図は本発明の電子部品の外観を示す
斜視図、第４図は同じく電子部品の分解斜視図である。

この実施例では、パワーモジュールに本発明を摘要した
例について説明する。パワーモジュール１は、第３図に
示されるように、外観的には、熱伝導性の良好な金属板
からなるヘッダ２と、このヘッダ２の主面を被うパッケ
ージ３と、このパッケージ３の一側の切欠部６からそれ
ぞれ平行に延在する４本のり一部４とからなっている。

また、前記へラダ２の両端は前記パッケージ３から突出
し、その先端部分には切り込んだ取付溝５が設けられて
いる。この取付溝５は、パワーモジュール１を実装する
際利用される。

前記へラダ２は、第４図の分解斜視図で示されるように
、両端に取付溝５を有する細長い矩形体となっている。

このヘッダ２は放熱性を考慮して熱伝導率の高い金属、
たとえば銅板で形成されているとともに、図示はしない
が表面にニッケルメッキ等が施されている。このような
ヘッダ２の主面（上面）には、ヘッダ２よりもわずかに
幅が狭くかつ長さが短い配線基板（第２の支持体）７が
、第１図に示されるように、半田等の接合材９を介して
固定されている。この配線基板７は、たとえばセラミッ
ク板で形成され、所望部分に導体層および導体が設けら
れ、所望の回路構成を有するようになっている。そして
、この配線基板７の主面側には、図示しない抵抗やコン
デンサー等の受動部品（電子部品）やパワートランジス
タチップ等の能動部品である半導体チップが搭載される
。また、この配線基板７の一例の図示しないバンドには
り一部４の内端が機械的かつ電気的に接続される。

この実施例では、配線層や受動部品等は図中省略し、半
導体チップ１０のみを示すが、半導体チップ１０は直接
配線基板７の主面に固定されずに、第４図に示されるよ
うに、熱伝導率の高い銅等からなるヒートシンク（第１
の支持体）１１を介して固定される。すなわち、前記配
線基板７の主面の所定領域には、第１図に示されるよう
に、導体層からなるヒートシンク固定パッド１５が設け
られ、これらヒートシンク固定パッド１５上に、半田か
らなる接合材１６を介してヒートシンク１１が固定され
る。このヒートシンク１１上には、半田からなる接合材
１７を介してパワートランジスタチップ等からなる半導
体チップ１０が固定される。前記半導体チップ１０は、
シリコン基板１９からなり、主面の一部にベース領域２
０を有し、かつこのベース領域２０の一部表層部にエミ
・ツタ領域２１を有する構造となっている。前記シリコ
ン基板１９はコレクタとなり、前記接合材１７゜ヒート
シンク１１．接合材１６およびヒートシンク固定パッド
１５を介して、配線基板７上の所望の導体層に電気的に
繋がる。また、前記ベース領域２０およびエミッタ領域
２１は、図示しないワイヤを介して配線基板７の所望導
体層に電気的に接続される。

ところで、これが本発明の特徴の一つであるが、半導体
チップｌＯを支持する第１の支持体となるヒートシンク
１１の下面、すなわち第２の支持体となる配線基板７に
対面する接合面２５には、第２図に示されるように、気
体抜き用の溝２６が設けられている。この溝２６は、前
記接合面２５の中央を除き、その近傍から４方向に延在
し、その先端を四角形の各辺の略中夫に臨ませている。

これら溝２６は、たとえば、プレスによって形成され、
接合面２５の中央部近傍に位置する内端２７からヒート
シンク１１の端の外端２８に向かうにつれて溝底が徐々
に深くなるテーパ面となっている。また、溝２６の内端
２７では、接合面２５と溝２６との境は、折り曲がり状
態となり、空気が溜まり易くなる段差は生じないように
形成されている。なお、ヒートシンク１１を構成する銅
に比較して半田の熱伝導率は小さい、このため、前記ヒ
ートシンク１１の中央部分にも溝を設けると、この溝の
部分にも半田が入り込み、この部分の半田が熱抵抗とし
て作用する。したがって、前記半導体チップ１０がパワ
ー系である場合は、第２図に示されるように、前記接合
面２５の中央部分には、気体抜き用の溝２６は設けない
のが望ましい。

また、この第１の支持体１１の表面には半田の漏れ性を
高めるため、錫、銀、ニッケル等のメンキが施されてい
る。

このようなヒートシンク１１を用いることにより、第２
の支持体である配ｖＡ基板７の主面に第１の支持体であ
るヒートシンク１１を半田からなる接合材１６を介して
接合する際、配線基板７とヒートシンク１１との間に存
在する気体（空気）にとっては、前記溝２６によって構
成される空間が気体抜き用の路となる。また、前記路の
天井は前記溝２６の溝底で形成されるため、気体抜き用
の路の天井は外方に向かうにつれて徐々に高くなるため
、配線基板７のヒートシンク固定バッド１５とヒートシ
ンク１１間に存在する空気は、この路を通って外部に排
出される。この結果、配線基板７とヒートシンク１１を
接合する接合材１６内には気泡（ボイド）が発生し難く
なり、熱抵抗の低減が達成できる。

このような実施例による本発明によれば、つぎのような
効果が得られる。

（１）本発明の半導体装置は、半導体チップを支持する
ヒートシンクの配線基板に対面する接合面に、気体抜き
用の溝が設けられていることから、配線基板上に半田を
介してヒートシンクを固定する際、配線基板とヒートシ
ンク間に存在する空気はこの気体抜き用の溝が空気抜は
路となるため、より一層抜は易くなり、配線基板を接合
する接合材内にボイドが発生し難くなるという効果が得
られる。

（２）上記（１）により、本発明の半導体装置は、半導
体チップを支持するヒートシンクと、このヒートシンク
を支持する配線基板との間の接合材内にボイドが存在し
ないため、熱抵抗が低くなり、半導体装１は安定して動
作するという効果が得られる。

（３）本発明の半導体装置は、半導体チップを支持する
ヒートシンクの配線基板に対面する接合面にテーパ状の
気体抜き用の溝が設けられているが、これらの溝は部分
的であることから、前記ヒートシンクと配線基板を接合
材で接合する際、両者は相互に平坦面を介して対峙する
ため、ヒートシンクが傾斜して固定されるようなことが
抑止できるという効果が得られる。

（４）上記（１）〜（３）により、本発明によれば、半
田接合部分に気泡のない熱特性の安定した半導体装置を
提供することができるという相乗効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない、たとえば、前記実施例で
は、ヒートシンクの接合面に４方向にそれぞれ空気抜き
用の溝を設けたが、さらに多くあるいは少なく設けても
前記実施例同様な効果が得られる。また、空気抜き用の
溝の形状も前記実施例に限定されるものではなく他の形
状でも良い。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるパワーモジュールに
適用した場合について説明したが、それに限定されるも
のではなく、単体の半導体装置あるいは半導体チップ以
外の電子部品を固定した第１の支持体を半田を介して第
２の支持体に固定させる電子装置にも通用できる。

本発明は少なくとも比較的広い面積を有する物品（第１
の支持体）を、他の物品（第２の支持体）にボイドを発
生させることなく接合させる技術には適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりであ
る。

本発明の電子装置は、半導体デツプを搭載するヒートシ
ンクの接合面に気体抜き用の溝を設け、配線基板上に接
合材を介してヒートシンクを固定する際、前記気体抜き
用の溝を利用して配線基板とヒートシンク間にボイドが
発生し難くしであることから、放熱特性の良好な信転性
の高い半導体装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の要部である半導体チップの搭載状態を
示す模式的断面図、第２図は同じくヒートシンクの底面を示す斜視図、第３図は本発明の電子部品の外観を示す斜視図、第４図
は同じく電子部品の分解斜視図である。１・・・パワーモジュール、２・・・ヘッダ、３・・・
バ。ケージ、４・・・リード、５・・・取付溝、６・・・切
欠部、７・・・配線基板（第２の支持体）、９・・・接
合材、１０・・・半導体チップ、１１・・・ヒートシン
ク（第１の支持体）、１５・・・ヒートシンク固定パッ
ド、１６１７・・・接合材、１９・・・シリコン基板、
２０・・・ベース領域、２１・・・エミッタ領域、２５
・・・接合面、２６・・・気体抜き用の溝、２７・・・
内端、２８・・・外端。

Claims

【特許請求の範囲】１、主面に第１の支持体を接合材を介して固定した第２
の支持体と、前記第１の支持体の主面に固定された電子
部品とを有する電子装置であって、前記第２の支持体に
対面する第１の支持体の接合面には少なくとも一端が周
縁に到達する溝が設けられていることを特徴とする電子
装置。２、前記溝は前記接合面の中央部近傍から周縁に亘って
少なくとも１本設けられかつ溝底は周縁に向かうに連れ
て徐々に深くなっていることを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の電子装置。３、前記電子部品は半導体チップとなるとともに、この
半導体チップは熱伝導性の良いヒートシンクの上面に固
定され、かつ前記ヒートシンクの下面の溝を有する接合
面は配線基板に半田を介して固定されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の電子装置。