[go: up one dir, main page]

JP2014120717A - Electronic device and manufacturing method of the same - Google Patents

Electronic device and manufacturing method of the same Download PDF

Info

Publication number
JP2014120717A
JP2014120717A JP2012276898A JP2012276898A JP2014120717A JP 2014120717 A JP2014120717 A JP 2014120717A JP 2012276898 A JP2012276898 A JP 2012276898A JP 2012276898 A JP2012276898 A JP 2012276898A JP 2014120717 A JP2014120717 A JP 2014120717A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solder
metal plate
ceramic plate
plate
ceramic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2012276898A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takumi Nomura
匠 野村
Shuichi Ito
修一 伊藤
Toru Nomura
徹 野村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2012276898A priority Critical patent/JP2014120717A/en
Publication of JP2014120717A publication Critical patent/JP2014120717A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805Shape
    • H01L2224/4809Loop shape
    • H01L2224/48091Arched
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481Disposition
    • H01L2224/48151Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732Location after the connecting process
    • H01L2224/73251Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265Layer and wire connectors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/91Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
    • H01L2224/92Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92247Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a wire connector
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/13Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304Transistor
    • H01L2924/1305Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181Encapsulation

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To implement a structure in which heat conduction is secured, damages of a ceramic plate is prevented, and a metal plate and the ceramic plate are properly joined in an electronic device having a half mold structure.SOLUTION: The electronic device includes: a heater element 20 joined to one surface 11 side of a metal plate 10; an insulation ceramic plate 30 which is provided at the other surface 12 side of the metal plate 10 and is joined with one surface 31 facing the other surface 12 of the metal plate 10; and a mold resin 40 which seals the heater element 20 and the one surface 11 side of the metal plate 10. The other surface 32 of the ceramic plate 30 is exposed from the mold resin 40. The metal plate 10 and the ceramic plate 30 are joined to each other through solder 80 for ceramic plates. The solder 80 directly contacts with both of the other surface 12 of the metal plate 10 and the one surface 31 of the ceramic plate 30 and is ultrasonically joined to them.

Description

本発明は、金属板の一面側に発熱素子を搭載し、当該一面側をモールド樹脂で封止するとともに、金属板の他面側にセラミック板を設け、このセラミック板を介してモールド樹脂の外部に放熱するようにした電子装置、および、そのような電子装置の製造方法に関する。   In the present invention, a heating element is mounted on one surface side of a metal plate, the one surface side is sealed with a mold resin, and a ceramic plate is provided on the other surface side of the metal plate. The present invention relates to an electronic device that dissipates heat and a method for manufacturing such an electronic device.

従来より、この種の電子装置としては、ヒートシンク等の金属板と、金属板の一面側に接合された発熱素子と、金属板の他面側に設けられ、一面がヒートシンクの他面に対向させた状態で接合された電気絶縁性のセラミック板と、発熱素子および金属板の一面側を封止するモールド樹脂と、を備え、セラミック板の他面からモールド樹脂の外部に放熱を行うようにしたものが提案されている(特許文献1参照)。なお、特許文献1では、さらに、セラミック板の他面にも他の金属板がロウ材で接合されており、この他の金属板がモールド樹脂より露出し、セラミック板の他面から当該他の金属板を介して外部放熱が行われるようになっている。   Conventionally, as this type of electronic device, a metal plate such as a heat sink, a heating element joined to one side of the metal plate, and the other side of the metal plate are provided, with one side facing the other side of the heat sink. An electrically insulating ceramic plate joined in a heated state, and a mold resin that seals one side of the heating element and the metal plate, and radiates heat from the other side of the ceramic plate to the outside of the mold resin. The thing is proposed (refer patent document 1). In Patent Document 1, another metal plate is bonded to the other surface of the ceramic plate with a brazing material, and the other metal plate is exposed from the mold resin, and the other surface is exposed from the other surface of the ceramic plate. External heat dissipation is performed through a metal plate.

このような電子装置では、発熱素子の熱は、金属板からセラミック板を介して外部に放熱されるが、セラミック板は、外部との電気絶縁性を確保する機能を有する。ここで、従来では、金属板の他面とセラミック板の一面とは、ロウ材、あるいは、熱伝導フィラーを含有する樹脂材を介して接合されている。   In such an electronic device, the heat of the heating element is radiated from the metal plate to the outside through the ceramic plate, and the ceramic plate has a function of ensuring electrical insulation from the outside. Here, conventionally, the other surface of the metal plate and one surface of the ceramic plate are joined via a brazing material or a resin material containing a heat conductive filler.

特開2008−41752号公報JP 2008-41752 A

しかしながら、金属板とセラミック板との接合において、上記ロウ材を用いた場合は、接合温度がたとえば600℃以上と高温であり、セラミック板における残留応力発生や割れ、反り等のダメージが懸念される。   However, when the brazing material is used in joining the metal plate and the ceramic plate, the joining temperature is as high as, for example, 600 ° C. or higher, and there is a concern about the occurrence of residual stress in the ceramic plate, damage such as cracking or warping. .

また、ロウ材による接合では、セラミック板の一面にメタライズ層を設ける場合があり、この余分なメタライズ層によって熱抵抗が増加したり、セラミック板に反り等のダメージが発生したりすることが懸念される。   In addition, in joining with a brazing material, a metallized layer may be provided on one surface of the ceramic plate, and there is a concern that the extra metallized layer may increase the thermal resistance or cause damage such as warpage of the ceramic plate. The

特に、金属板の他面とセラミック板の一面とを接合し、セラミック板の他面を直接、モールド樹脂より露出させて放熱する構成の場合には、上記特許文献1のようなセラミック板の両面に金属板を接合した場合よりも、セラミック板の反りが生じやすい。   In particular, in the case of a structure in which the other surface of the metal plate and one surface of the ceramic plate are joined and the other surface of the ceramic plate is directly exposed from the mold resin to dissipate heat, both surfaces of the ceramic plate as described in Patent Document 1 above. The ceramic plate is more likely to warp than when a metal plate is bonded to the plate.

また、上記樹脂材を用いる場合には、上記樹脂材は熱伝導フィラーを含有してはいるものの、元来熱伝導性の低い樹脂よりなるものであるため、当該樹脂材による熱伝導性の低下は避けられない。   Moreover, when using the said resin material, since the said resin material contains a heat conductive filler, since it consists of resin with low heat conductivity from the first, the heat conductivity fall by the said resin material Is inevitable.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、金属板の他面側に設けたセラミック板を介して放熱を行うようにした電子装置において、熱伝導性の確保と、セラミック板のダメージ防止とを両立しつつ、金属板とセラミック板とが適切に接合された構成を実現することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and in an electronic device in which heat is radiated through a ceramic plate provided on the other side of a metal plate, ensuring thermal conductivity and damaging the ceramic plate. It aims at realizing the structure by which the metal plate and the ceramic plate were joined appropriately, achieving both prevention.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、一面(11)と他面(12)とが表裏の関係にある金属製の金属板(10)と、金属板の一面側に接合された発熱素子(20)と、金属板の他面側に設けられ、一面(31)が金属板の他面に対向させた状態で接合された電気絶縁性のセラミックよりなるセラミック板(30)と、発熱素子および金属板の一面側を封止するモールド樹脂(40)と、を備え、セラミック板の他面(32)からモールド樹脂の外部へ放熱するようになっており、金属板とセラミック板とは、はんだ(80)を介してはんだ接合されており、はんだは、金属板の他面とセラミック板の一面との両方に直接接触して接合されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the metal plate (10) in which the one surface (11) and the other surface (12) are in a front-back relationship and the one surface side of the metal plate are joined. The heat generating element (20) and the ceramic plate (30) made of an electrically insulating ceramic which is provided on the other surface side of the metal plate and joined with the one surface (31) facing the other surface of the metal plate. And a mold resin (40) for sealing one side of the heat generating element and the metal plate, and radiates heat from the other surface (32) of the ceramic plate to the outside of the mold resin. The plate is soldered via a solder (80), and the solder is characterized by being in direct contact with and bonded to both the other surface of the metal plate and one surface of the ceramic plate.

それによれば、はんだは、熱伝導性の樹脂材に比べて熱伝導性に優れ、且つ、ロウ材に比べて低温で接合できる。また、はんだが金属板およびセラミック板の両方に直接接触して接合されているから、セラミック板の一面にメタライズ層等の余分な層を介在させることなく、金属板とセラミック板とのはんだ接合を形成できる。   According to this, the solder is excellent in thermal conductivity as compared with the thermally conductive resin material, and can be joined at a low temperature as compared with the brazing material. In addition, since the solder is directly contacted and bonded to both the metal plate and the ceramic plate, solder bonding between the metal plate and the ceramic plate can be performed without interposing an extra layer such as a metallized layer on one surface of the ceramic plate. Can be formed.

よって、本発明によれば、熱伝導性の確保と、セラミック板のダメージ防止とを両立しつつ、金属板とセラミック板とが適切に接合された構成を実現することができる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to realize a configuration in which the metal plate and the ceramic plate are appropriately joined while ensuring both thermal conductivity and preventing damage to the ceramic plate.

ここで、請求項2に記載の発明では、請求項1に記載の電子装置において、セラミック板の一面とはんだとの界面では、セラミック板とはんだとが超音波接合されていることを特徴とする。それによれば、セラミック板の一面とはんだとを、直接接触しつつ強固に接合したものにできる。   The invention according to claim 2 is characterized in that, in the electronic device according to claim 1, the ceramic plate and the solder are ultrasonically bonded at the interface between one surface of the ceramic plate and the solder. . According to this, one surface of the ceramic plate and the solder can be firmly bonded while being in direct contact.

さらに、請求項3に記載の発明のように、請求項2に記載の電子装置において、金属板の他面とはんだとの界面においても、金属板とはんだとが超音波接合されているものとしてもよい。そうすれば、金属板表面のはんだ濡れ性が低い場合でも、金属板の他面とはんだとを、直接接触しつつ強固に接合したものにできる。   Further, as in the invention according to claim 3, in the electronic device according to claim 2, it is assumed that the metal plate and the solder are ultrasonically bonded also at the interface between the other surface of the metal plate and the solder. Also good. Then, even when the solder wettability on the surface of the metal plate is low, the other surface of the metal plate and the solder can be firmly bonded while in direct contact.

ここで、請求項4に記載の発明のように、はんだは、亜鉛を含有するものであるものにすれば、上記請求項1ないし3の各手段において強固なはんだ接合を実現しやすい。   Here, as in the invention described in claim 4, if the solder contains zinc, it is easy to achieve strong solder bonding in each of the means of claims 1 to 3.

また、請求項5に記載の発明では、請求項1ないし4のいずれか1つに記載の電子装置において、セラミック板の平面サイズは金属板の平面サイズよりも一回り小さく、セラミック板の端部全体が金属板の端部の内側に位置しており、セラミック板の端部に位置する側面(33)まで、モールド樹脂により封止されていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the electronic device according to any one of the first to fourth aspects, the plane size of the ceramic plate is slightly smaller than the plane size of the metal plate, and the end portion of the ceramic plate is The entirety is located inside the end portion of the metal plate, and the side surface (33) located at the end portion of the ceramic plate is sealed with mold resin.

それによれば、セラミック板の側面に対してモールド樹脂の圧縮応力が加わるようになるため、セラミック板の側面におけるモールド樹脂の剥離を抑制しやすいものにできる。   According to this, since the compressive stress of the mold resin is applied to the side surface of the ceramic plate, peeling of the mold resin on the side surface of the ceramic plate can be easily suppressed.

また、請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の電子装置を製造する電子装置の製造方法であって、金属板の一面側に発熱素子を接合する素子接合工程と、金属板の他面およびセラミック板の一面のうち少なくともセラミック板の一面に対して、超音波印加してはんだをプレはんだ処理するプレはんだ工程と、プレはんだ処理されたはんだを介して、金属板の他面とセラミック板の一面とを積層し、加熱により当該はんだをリフローさせてはんだ接合を行うはんだリフロー工程と、しかる後、モールド樹脂によって、発熱素子および金属板の一面側を封止する樹脂封止工程と、を備えることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is an electronic device manufacturing method for manufacturing the electronic device according to claim 1, wherein an element bonding step of bonding a heat generating element to one surface side of the metal plate, A pre-soldering process in which solder is pre-soldered by applying ultrasonic waves to at least one surface of the ceramic plate among the other surface and one surface of the ceramic plate; and the other surface of the metal plate via the pre-soldered solder A solder reflow step of laminating one surface of the ceramic plate and reflowing the solder by heating to perform solder joining; and then a resin sealing step of sealing one side of the heating element and the metal plate with a mold resin; It is characterized by providing.

それによれば、請求項1の電子装置において、請求項2と同様に、セラミック板の一面とはんだとの界面では、セラミック板とはんだとが超音波接合されているものを製造できる。   According to this, in the electronic device of claim 1, as in the case of claim 2, it is possible to manufacture a device in which the ceramic plate and the solder are ultrasonically bonded at the interface between the one surface of the ceramic plate and the solder.

なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の第1実施形態にかかる電子装置の概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of an electronic device according to a first embodiment of the present invention. 上記第1実施形態にかかる電子装置の製造方法の素子接合工程を示す工程図である。FIG. 5 is a process diagram showing an element bonding process of the method for manufacturing an electronic device according to the first embodiment. 上記製造方法におけるセラミック板に対するプレはんだ工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the pre solder process with respect to the ceramic board in the said manufacturing method. 上記製造方法における金属板に対するプレはんだ工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the pre solder process with respect to the metal plate in the said manufacturing method. 上記製造方法におけるはんだリフロー後のワークを示す工程図である。It is process drawing which shows the workpiece | work after the solder reflow in the said manufacturing method. 上記製造方法におけるワイヤボンディング工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the wire bonding process in the said manufacturing method. 上記製造方法における樹脂封止工程を示す工程図である。It is process drawing which shows the resin sealing process in the said manufacturing method. 図1に示される電子装置の放熱フィンへの組み付け構造を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the assembly | attachment structure to the radiation fin of the electronic device shown by FIG. 本発明の第2実施形態にかかる電子装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the electronic device concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態にかかる電子装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the electronic device concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態にかかる電子装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the electronic device concerning 4th Embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態にかかる電子装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the electronic device concerning other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態にかかる電子装置について、図1を参照して述べる。この電子装置は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。
(First embodiment)
An electronic apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This electronic device is mounted on a vehicle such as an automobile, and is applied as a device for driving various electronic devices for the vehicle.

本実施形態の電子装置は、大きくは、金属製板状の金属板10と、金属板10の一面11側に接合された発熱素子20と、金属板10の他面12側に設けられたセラミック板30と、発熱素子20および金属板10の一面11側を封止するモールド樹脂40と、を備え、セラミック板30の他面32はモールド樹脂40より露出してなるものである。   The electronic device of the present embodiment is roughly composed of a metal plate-like metal plate 10, a heating element 20 joined to the one surface 11 side of the metal plate 10, and a ceramic provided on the other surface 12 side of the metal plate 10. The plate 30 and a mold resin 40 that seals the heat generating element 20 and the one surface 11 side of the metal plate 10 are provided, and the other surface 32 of the ceramic plate 30 is exposed from the mold resin 40.

金属板10は、一面11と他面12とが表裏の関係にある板状をなし、典型的には矩形板状をなすものである。この金属板10は、導電性、放熱性を有し、発熱素子20の電極および放熱部材として機能するものである。具体的には、金属板10は、純Cu(銅)、Cu合金などよりなる。   The metal plate 10 has a plate shape in which one surface 11 and the other surface 12 are in a front-back relationship, and typically has a rectangular plate shape. The metal plate 10 has conductivity and heat dissipation, and functions as an electrode and a heat dissipation member of the heating element 20. Specifically, the metal plate 10 is made of pure Cu (copper), a Cu alloy, or the like.

なお、金属板10としては、純Cu、Cu合金を母材として、その表面にNiめっきやAuめっきなどが設けられているものであってもよい。また、ここでは、金属板10は放熱性に優れたヒートシンクとして構成されたものとするが、当該ヒートシンクよりも板厚が薄いリードフレームのアイランドとして構成されたものであってもよい。   The metal plate 10 may be one having pure Cu or Cu alloy as a base material and Ni plating, Au plating or the like provided on the surface thereof. Here, the metal plate 10 is configured as a heat sink having excellent heat dissipation, but may be configured as an island of a lead frame that is thinner than the heat sink.

発熱素子20は、シリコン半導体等よりなる一面21と他面22とが表裏の関係にあるもので、ここでは板状をなす半導体チップとして構成されている。具体的に、発熱素子20は、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)やパワーMOS等のパワー素子等よりなり、矩形板状をなす。   The heating element 20 has a surface 21 and a surface 22 made of silicon semiconductor or the like, and is configured as a plate-like semiconductor chip here. Specifically, the heating element 20 is made of a power element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or a power MOS, and has a rectangular plate shape.

そして、この発熱素子20の他面22と金属板10の一面11とが、素子用はんだ50を介して接合されている。素子用はんだ50は、Sn−Cu−Ni−Pなどの一般的なPbフリーはんだ材料よりなるものであり、リフローにより接合されるものである。そして、この素子用はんだ50を介して、発熱素子20と金属板10とは、電気的、機械的、さらには熱伝導可能に接合されている。   The other surface 22 of the heat generating element 20 and the one surface 11 of the metal plate 10 are joined together via a device solder 50. The element solder 50 is made of a general Pb-free solder material such as Sn—Cu—Ni—P, and is joined by reflow. The heating element 20 and the metal plate 10 are joined via the element solder 50 so as to be electrically, mechanically, and thermally conductive.

また、図1に示されるように、モールド樹脂40の内部にて、銅等の導電性材料よりなるリード端子60が設けられている。そして、このリード端子60のインナーリード部と発熱素子20の一面21とが、ボンディングワイヤ70により結線され、電気的に接続されている。   As shown in FIG. 1, lead terminals 60 made of a conductive material such as copper are provided inside the mold resin 40. The inner lead portion of the lead terminal 60 and the one surface 21 of the heating element 20 are connected by a bonding wire 70 and are electrically connected.

このワイヤ70は、たとえば金、アルミ、銅等のワイヤボンディングにより形成されるものである。そして、リード端子60のアウターリード部を介して、発熱素子20と外部とが電気的に接続されるようになっている。   The wire 70 is formed by wire bonding such as gold, aluminum, or copper. The heat generating element 20 and the outside are electrically connected via the outer lead portion of the lead terminal 60.

セラミック板30は、Al(アルミナ)、Si(窒化珪素)、AlN(窒化アルミニウム)など電気絶縁性のセラミックよりなる板であり、表面にめっきなどの無い無垢のセラミック板材である。ここでは、セラミック板30は、金属板10よりも一回り小さい矩形板状をなしている。 The ceramic plate 30 is a plate made of an electrically insulating ceramic such as Al 2 O 3 (alumina), Si 3 N 4 (silicon nitride), AlN (aluminum nitride), and is a solid ceramic plate material with no plating on the surface. is there. Here, the ceramic plate 30 has a rectangular plate shape that is slightly smaller than the metal plate 10.

そして、セラミック板30の一面31と金属板10の他面12とが対向した状態で、金属板10とセラミック板30とは、セラミック板用はんだ80を介してはんだ接合されている。ここで、セラミック板用はんだ80は、金属板10の他面12とセラミック板30の一面31との両方に直接接触して接合されている。   The metal plate 10 and the ceramic plate 30 are soldered via a ceramic plate solder 80 with the one surface 31 of the ceramic plate 30 and the other surface 12 of the metal plate 10 facing each other. Here, the ceramic plate solder 80 is joined in direct contact with both the other surface 12 of the metal plate 10 and the one surface 31 of the ceramic plate 30.

このセラミック板用はんだ80は、Zn(亜鉛)を含有するはんだ材料よりなる。このセラミック板用はんだ80の融点は、モールド樹脂40の成形温度(たとえば175℃)以上であって素子用はんだ50の融点(たとえば230℃以下)が望ましい。具体的に、本実施形態では、融点が217℃であるSn−Zn―Sb−Alはんだを、セラミック板用はんだ80としている。   The ceramic plate solder 80 is made of a solder material containing Zn (zinc). The melting point of the ceramic plate solder 80 is preferably equal to or higher than the molding temperature of the mold resin 40 (for example, 175 ° C.) and the melting point of the element solder 50 (for example, 230 ° C. or lower). Specifically, in this embodiment, Sn—Zn—Sb—Al solder having a melting point of 217 ° C. is used as the ceramic plate solder 80.

そして、本実施形態では、セラミック板30の一面31とセラミック板用はんだ80との界面では、セラミック板30と当該はんだ80とが超音波接合されている。さらに、本実施形態では、金属板10の他面12とセラミック板用はんだ80との界面においても、金属板10と当該はんだ80とが超音波接合されている。   In this embodiment, the ceramic plate 30 and the solder 80 are ultrasonically bonded at the interface between the one surface 31 of the ceramic plate 30 and the ceramic plate solder 80. Furthermore, in the present embodiment, the metal plate 10 and the solder 80 are ultrasonically bonded also at the interface between the other surface 12 of the metal plate 10 and the ceramic plate solder 80.

モールド樹脂40は、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂よりなるもので、トランスファーモールド法により成形されるものである。このモールド樹脂40は、発熱素子20、金属板10およびセラミック板30を包み込むように封止するが、セラミック板30の外面すなわち他面32は、モールド樹脂40より露出している。これにより、本実施形態においては、セラミック板30の他面32からモールド樹脂40の外部へ放熱がなされるようになっている。   The mold resin 40 is made of a thermosetting resin such as an epoxy resin, and is molded by a transfer molding method. The mold resin 40 is sealed so as to wrap the heating element 20, the metal plate 10, and the ceramic plate 30, but the outer surface, ie, the other surface 32 of the ceramic plate 30 is exposed from the mold resin 40. Thereby, in this embodiment, heat is radiated from the other surface 32 of the ceramic plate 30 to the outside of the mold resin 40.

ここでは、図1に示されるように、セラミック板30の端部に位置する側面33の全体がモールド樹脂40で封止されており、なおかつ、モールド樹脂40の表面とセラミック板30の他面32とが同一平面にある。   Here, as shown in FIG. 1, the entire side surface 33 located at the end of the ceramic plate 30 is sealed with the mold resin 40, and the surface of the mold resin 40 and the other surface 32 of the ceramic plate 30. Are in the same plane.

このセラミック板30の他面32は、外部に露出して放熱を行う放熱面として構成されており、このセラミック板30の他面32には、外部の筺体や冷却器等が接続されるようになっている。ここで、セラミック板30は電気絶縁性であるから、外部に対する電気的絶縁が保証される。   The other surface 32 of the ceramic plate 30 is configured as a heat radiating surface that is exposed to the outside and radiates heat, and the other surface 32 of the ceramic plate 30 is connected to an external housing, a cooler, or the like. It has become. Here, since the ceramic plate 30 is electrically insulating, electrical insulation from the outside is guaranteed.

次に、本電子装置を製造する製造方法について、図2A−2C、図3A−3Cを参照して述べる。なお、図2A、図3A−3Cでは、各工程におけるワークを断面的に示し、図2B、図2Cはワークを斜視的に示してある。   Next, a manufacturing method for manufacturing the electronic device will be described with reference to FIGS. 2A to 2C and FIGS. 3A to 3C. In FIGS. 2A and 3A-3C, the work in each process is shown in cross section, and FIGS. 2B and 2C show the work in perspective.

まず、図2Aに示されるように、金属板10の一面11側に発熱素子20を接合する(素子接合工程)。具体的に、この工程では金属板10の一面11上に素子用はんだ50を介して発熱素子20を搭載し、その状態で素子用はんだ50をリフローさせることで、発熱素子20をはんだ接合する。   First, as shown in FIG. 2A, the heating element 20 is bonded to the one surface 11 side of the metal plate 10 (element bonding step). Specifically, in this step, the heating element 20 is mounted on the one surface 11 of the metal plate 10 via the element solder 50, and the element solder 50 is reflowed in this state, whereby the heating element 20 is soldered.

次に、図2B、図2Cに示されるプレはんだ工程を行う。このプレはんだ工程では、セラミック板用はんだ80として、上記亜鉛入りのはんだ材料を用いる。そして、金属板10の他面12およびセラミック板30の一面31の両方の面12、31に対して、超音波印加してセラミック板用はんだ80をプレはんだ処理する。   Next, the pre-solder process shown in FIGS. 2B and 2C is performed. In this pre-soldering process, the solder material containing zinc is used as the ceramic plate solder 80. Then, ultrasonic waves are applied to both the surfaces 12 and 31 of the other surface 12 of the metal plate 10 and the one surface 31 of the ceramic plate 30 to pre-solder the solder 80 for ceramic plate.

この超音波はんだ工法は、図2Bに示されるように、はんだ80の融点以上に加熱されたコテK1を用い、セラミック板30の一面31に、糸はんだ状あるいは箔状のセラミック板用はんだ80を供給し、これを超音波振動するコテK1で塗り拡げるものである。   In this ultrasonic soldering method, as shown in FIG. 2B, a solder K1 heated to a melting point of the solder 80 or higher is used, and a solder 80 for a solder plate or a foil is applied to one surface 31 of the ceramic plate 30. This is supplied and spread with a soldering iron K1 that vibrates ultrasonically.

これにより、当該はんだ80は、セラミック板30の一面31のはんだ接合領域全体に濡れ性良く拡がり、且つ、セラミック板30と当該はんだ80との界面では、当該はんだ80は超音波接合されたものとなる。   As a result, the solder 80 spreads over the entire solder joint region of the one surface 31 of the ceramic plate 30 with good wettability, and the solder 80 is ultrasonically bonded at the interface between the ceramic plate 30 and the solder 80. Become.

一方で、図2Cに示されるように、金属板10の他面12に対しても、同様の超音波はんだ工法を適用し、セラミック板用はんだ80を超音波振動するコテK1で塗り拡げる。これにより、当該はんだ80は、金属板10の他面12のはんだ接合領域全体に濡れ性良く拡がり、且つ、金属板10と当該はんだ80との界面では、当該はんだ80は超音波接合されたものとなる。   On the other hand, as shown in FIG. 2C, the same ultrasonic soldering method is applied to the other surface 12 of the metal plate 10, and the ceramic plate solder 80 is spread with a soldering iron K <b> 1 that ultrasonically vibrates. Accordingly, the solder 80 spreads over the entire solder joint region of the other surface 12 of the metal plate 10 with good wettability, and the solder 80 is ultrasonically bonded at the interface between the metal plate 10 and the solder 80. It becomes.

次に、はんだリフロー工程を行う。この工程では、プレはんだ処理された金属板10の他面12とセラミック板30の一面31とを対向させ、プレはんだ処理されたセラミック板用はんだ80を介して、金属板10の他面12とセラミック板30の一面31とを積層する。そして、減圧水素リフロー等の方法で、加熱により当該はんだ80をリフローさせてはんだ接合を行う。   Next, a solder reflow process is performed. In this process, the other surface 12 of the pre-soldered metal plate 10 and the one surface 31 of the ceramic plate 30 are opposed to each other, and the other surface 12 of the metal plate 10 is interposed via the pre-soldered ceramic plate solder 80. A surface 31 of the ceramic plate 30 is laminated. Then, the solder 80 is reflowed by heating by a method such as reduced pressure hydrogen reflow to perform solder joining.

これにより、図3Aに示されるように、金属板10の他面12とセラミック板30の一面31とのはんだ接合が完了する。ここで、この接合完了後では、セラミック板30の一面31とはんだ80との界面、および、金属板10の他面12とはんだ80との界面では、超音波接合による接合形態とされ、はんだ80における厚さ方向の中央寄りの部分は、通常のリフローおよび固化による接合形態とされる。   Thereby, as shown in FIG. 3A, the solder joint between the other surface 12 of the metal plate 10 and the one surface 31 of the ceramic plate 30 is completed. Here, after the completion of the joining, the interface between the one surface 31 of the ceramic plate 30 and the solder 80 and the interface between the other surface 12 of the metal plate 10 and the solder 80 are joined by ultrasonic joining. The portion near the center in the thickness direction is a joining form by normal reflow and solidification.

なお、このはんだリフロー工程では、セラミック板用はんだ80の量をより十分に確保するべく、上記プレはんだ処理されたセラミック板用はんだ80に加えて、さらに、箔状のセラミック板用はんだ80を、金属板10とセラミック板30との間に挟みこんでリフローを行ってもよい。もちろん、はんだ量が十分に確保されるなら、この箔状のセラミック板用はんだ80は不要である。   In this solder reflow step, in addition to the pre-soldered ceramic plate solder 80, in addition to the pre-soldered ceramic plate solder 80, a foil-shaped ceramic plate solder 80 is further added. Reflow may be performed by sandwiching between the metal plate 10 and the ceramic plate 30. Of course, if the amount of solder is sufficiently secured, this foil-shaped solder for ceramic plate 80 is unnecessary.

このはんだ接合の後、図3Bに示されるように、発熱素子20とリード端子60との間でワイヤボンディングを行い、ボンディングワイヤ70を形成する(ワイヤボンディング工程)。なお、このワイヤボンディング工程は、素子接合工程の後であれば、はんだリフロー工程の前に行ってもよい。   After this solder bonding, as shown in FIG. 3B, wire bonding is performed between the heating element 20 and the lead terminal 60 to form a bonding wire 70 (wire bonding step). Note that this wire bonding step may be performed before the solder reflow step as long as it is after the element bonding step.

その後、図3Cに示されるように、セラミック板30の他面31が露出するように、モールド樹脂40によって、発熱素子20および金属板10の一面12側を封止する(樹脂封止工程)。   Thereafter, as shown in FIG. 3C, the one surface 12 side of the heating element 20 and the metal plate 10 is sealed with the mold resin 40 so that the other surface 31 of the ceramic plate 30 is exposed (resin sealing step).

具体的に、この樹脂封止工程では、図示しない樹脂成形用の金型の内面にセラミック板30の他面31を密着させて樹脂が付着しないようにし、この状態でモールド樹脂40を成形し、発熱素子20、金属板10、セラミック板30、ワイヤ70、リード端子60等を封止する。こうして、上記図1に示される本電子装置ができあがる。   Specifically, in this resin sealing step, the other surface 31 of the ceramic plate 30 is brought into close contact with the inner surface of a resin molding die (not shown) so that the resin does not adhere, and the mold resin 40 is molded in this state, The heating element 20, the metal plate 10, the ceramic plate 30, the wire 70, the lead terminal 60, and the like are sealed. Thus, the electronic device shown in FIG. 1 is completed.

本電子装置は、たとえば、図4に示されるように、外部の放熱フィンK2に組み付けることで使用される。この場合、電子装置の放熱面であるセラミック板30の他面32は、放熱ゲルK3を介して放熱フィンK2に接触するが、当該放熱面は電気絶縁性のセラミック板30であるから、放熱ゲルK3は導電性のものでもよい。なお、放熱ゲルK3は放熱グリス等であってもよい。   For example, as shown in FIG. 4, the electronic device is used by being assembled to an external heat radiation fin K <b> 2. In this case, the other surface 32 of the ceramic plate 30 which is the heat radiating surface of the electronic device is in contact with the heat radiating fin K2 via the heat radiating gel K3, but the heat radiating surface is the electrically insulating ceramic plate 30. K3 may be conductive. The heat dissipating gel K3 may be heat dissipating grease or the like.

ところで、本実施形態によれば、セラミック板用はんだ80は、従来の熱伝導性の樹脂材に比べて熱伝導性に優れ、且つ、ロウ材に比べて低温で接合できるものである。また、このはんだ80が金属板10およびセラミック板30の両方に直接接触して接合されているから、セラミック板30の一面31にメタライズ層等の余分な層を介在させることなく、金属板10とセラミック板30とのはんだ接合を形成できる。   By the way, according to the present embodiment, the ceramic plate solder 80 is superior in thermal conductivity to a conventional heat conductive resin material and can be joined at a lower temperature than the brazing material. Further, since the solder 80 is in direct contact with and joined to both the metal plate 10 and the ceramic plate 30, the metal plate 10 and the metal plate 10 can be connected to one surface 31 of the ceramic plate 30 without interposing an extra layer such as a metallized layer. A solder joint with the ceramic plate 30 can be formed.

このように、本実施形態によれば、金属板10とセラミック板30との間における熱伝導性の確保と、セラミック板30のダメージ防止とを両立しつつ、金属板10とセラミック板30とが適切に接合された構成を実現している。   As described above, according to the present embodiment, the metal plate 10 and the ceramic plate 30 are made compatible with ensuring thermal conductivity between the metal plate 10 and the ceramic plate 30 and preventing damage to the ceramic plate 30. A properly joined configuration is achieved.

また、本実施形態では、セラミック板30の一面31とセラミック板用はんだ80との界面では、セラミック板30と当該はんだ80とが超音波接合されている。通常、セラミック板30は、はんだ濡れ性が低いものが多いが、この超音波接合により、濡れ性が悪くても、セラミック板30の一面31と当該はんだ80とを、直接接触しつつ強固に接合したものにできる。   In this embodiment, the ceramic plate 30 and the solder 80 are ultrasonically bonded at the interface between the one surface 31 of the ceramic plate 30 and the ceramic plate solder 80. Usually, the ceramic plate 30 is often low in solder wettability, but by ultrasonic bonding, even if the wettability is poor, the one surface 31 of the ceramic plate 30 and the solder 80 are firmly bonded while in direct contact. Can be made.

さらに、本実施形態では、金属板10の他面12とセラミック板用はんだ80との界面においても、金属板10と当該はんだ80とが超音波接合されているから、金属板10表面のはんだ濡れ性が低い場合でも、金属板10の他面12と当該はんだ80とを、直接接触しつつ強固に接合する点で有利である。   Furthermore, in this embodiment, since the metal plate 10 and the solder 80 are ultrasonically bonded also at the interface between the other surface 12 of the metal plate 10 and the ceramic plate solder 80, the solder wetting on the surface of the metal plate 10 is performed. Even if the property is low, it is advantageous in that the other surface 12 of the metal plate 10 and the solder 80 are firmly bonded while being in direct contact.

また、上記したが、本実施形態では、セラミック板用はんだ80を、亜鉛入りのはんだ材料とすることで、上記したような低温で強固な超音波接合を実現している。この亜鉛入りのはんだ80は、融点が素子用はんだ50の融点(たとえば約230℃)より低く、モールド樹脂40の成形温度(たとえば約175℃)より高い。   As described above, in this embodiment, the ceramic plate solder 80 is made of a solder material containing zinc, thereby realizing strong ultrasonic bonding as described above at a low temperature. The zinc-containing solder 80 has a melting point lower than that of the element solder 50 (for example, about 230 ° C.) and higher than a molding temperature of the mold resin 40 (for example, about 175 ° C.).

そのため、はんだリフロー工程の際に、素子用はんだ50が溶融することがなく、また、樹脂封止工程の際に、セラミック板用はんだ80が溶融することがないため、ばらつきが少なく安定した物作りが可能になっている。   Therefore, the element solder 50 is not melted during the solder reflow process, and the ceramic plate solder 80 is not melted during the resin sealing process. Is possible.

また、本電子装置においては、上記図1に示されるように、セラミック板30の平面サイズは金属板10の平面サイズよりも一回り小さく、セラミック板30の端部全体が金属板10の端部の内側に位置して引っ込んでいる。そして、セラミック板30の端部に位置する側面33まで、モールド樹脂40により封止されている。   In the present electronic device, as shown in FIG. 1, the plane size of the ceramic plate 30 is slightly smaller than the plane size of the metal plate 10, and the entire end portion of the ceramic plate 30 is the end portion of the metal plate 10. Recessed located inside. The mold resin 40 seals up to the side surface 33 located at the end of the ceramic plate 30.

ここで、本実施形態では、セラミック板30の端部が金属板10の端部よりもはみ出していてもよいが、上記の引っ込んでいる構成の方が望ましい。このような構成とすることにより、次のような利点が生じる。   Here, in the present embodiment, the end of the ceramic plate 30 may protrude beyond the end of the metal plate 10, but the above retracted configuration is more desirable. By adopting such a configuration, the following advantages arise.

仮に、セラミック板30の端部が金属板10の端部よりはみ出した場合、モールド樹脂40によってセラミック板30の端部に引っ張り応力が加わり、セラミック板30の側面33にてモールド樹脂40の剥離が生じやすくなる。   If the end portion of the ceramic plate 30 protrudes from the end portion of the metal plate 10, a tensile stress is applied to the end portion of the ceramic plate 30 by the mold resin 40, and the mold resin 40 is peeled off at the side surface 33 of the ceramic plate 30. It tends to occur.

それに比べて、本実施形態のように、セラミック板30の端部全体が金属板10の端部の内側に位置して引っ込んでいれば、セラミック板30の端部にはモールド樹脂40によって圧縮応力が加わるため、セラミック板30の側面33にてモールド樹脂40の剥離が抑制されやすくなる。そのため、本実施形態によれば、セラミック板30の側面33におけるモールド樹脂40の剥離を抑制しやすいものにできる。   In contrast, as in the present embodiment, if the entire end portion of the ceramic plate 30 is located inside the end portion of the metal plate 10 and is retracted, the end portion of the ceramic plate 30 is compressed by the molding resin 40. Therefore, peeling of the mold resin 40 is easily suppressed on the side surface 33 of the ceramic plate 30. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to easily suppress peeling of the mold resin 40 on the side surface 33 of the ceramic plate 30.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態にかかる電子装置について、図5を参照して述べる。本実施形態は、上記第1実施形態に比べて、発熱素子20の一面21側にも、他面22側と同様に、金属板10およびセラミック板30を組み付けたところが相違するものであり、ここでは、その相違点を中心に述べることとする。
(Second Embodiment)
An electronic apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is different from the first embodiment in that the metal plate 10 and the ceramic plate 30 are assembled on the one surface 21 side of the heating element 20 as well as the other surface 22 side. Let's focus on the differences.

図5に示されるように、本実施形態では、発熱素子20の一面21上に、Cu等よりなる金属製のスペーサ90搭載され、その上に金属板10が搭載され、その上にセラミック板30が搭載されている。   As shown in FIG. 5, in the present embodiment, a metal spacer 90 made of Cu or the like is mounted on the one surface 21 of the heating element 20, the metal plate 10 is mounted thereon, and the ceramic plate 30 is mounted thereon. Is installed.

ここで、発熱素子20の一面21とスペーサ90との間、および、スペーサ90と金属板10の一面11との間は、素子用はんだ50を介して接合され、金属板10の他面12とセラミック板30の一面31との間は、セラミック板用はんだ80を介して接合されている。そして、発熱素子20の一面21側においても、他面22側と同様、セラミック板30の他面32がモールド樹脂40より露出している。   Here, between the one surface 21 of the heating element 20 and the spacer 90 and between the spacer 90 and the one surface 11 of the metal plate 10 are joined via the element solder 50, and with the other surface 12 of the metal plate 10. The ceramic plate 30 is joined to one surface 31 via a ceramic plate solder 80. The other surface 32 of the ceramic plate 30 is exposed from the mold resin 40 on the one surface 21 side of the heating element 20 as well as the other surface 22 side.

このスペーサ90は、発熱素子20よりも一回り小さい板状(たとえば矩形板状)をなし、金属板10と同様の金属材料から選択された材料よりなる。このスペーサ90は、発熱素子20のワイヤボンディング面である一面21と金属板10との間の高さを確保する役割を果たすものである。これにより、発熱素子20とリード端子60とのワイヤボンディングを行うにあたって、ボンディングワイヤ70の高さを維持することができる。   The spacer 90 has a plate shape (for example, a rectangular plate shape) slightly smaller than the heating element 20 and is made of a material selected from the same metal material as that of the metal plate 10. The spacer 90 plays a role of ensuring a height between the one surface 21 which is a wire bonding surface of the heat generating element 20 and the metal plate 10. Thus, the height of the bonding wire 70 can be maintained when performing wire bonding between the heating element 20 and the lead terminal 60.

このような本実施形態の電子装置は、たとえば次のようにして製造される。上記第1実施形態の製造方法における素子接合工程にて、上記図2Aに示されるワークを作製し、さらに、ワイヤボンディング工程を行う。その後、発熱素子20の一面21側にスペーサ90、金属板10を、素子用はんだ50を介して接合する。   Such an electronic device of this embodiment is manufactured as follows, for example. In the element bonding step in the manufacturing method of the first embodiment, the workpiece shown in FIG. 2A is manufactured, and further a wire bonding step is performed. Thereafter, the spacer 90 and the metal plate 10 are joined to the one surface 21 side of the heating element 20 via the element solder 50.

続いて、発熱素子20の両面21、22側の金属板10の他面12に上記同様の超音波はんだ工法によるプレはんだ処理を行う。一方でセラミック板30の一面31についても同様にプレはんだ処理を行う。そして、各金属板10、10に対して、上記同様のはんだリフロー工程によりセラミック板30をはんだ接合する。   Subsequently, a pre-solder process is performed on the other surface 12 of the metal plate 10 on both sides 21 and 22 of the heating element 20 by the same ultrasonic soldering method as described above. On the other hand, pre-soldering is similarly performed on one surface 31 of the ceramic plate 30. Then, the ceramic plate 30 is soldered to the metal plates 10 and 10 by the same solder reflow process as described above.

その後は、発熱素子20の両面21、22側にてセラミック板30の他面32が露出するように、モールド樹脂40による封止を行うことにより、図5に示される本実施形態の電子装置ができあがる。そして、本実施形態によれば、発熱素子20の両面21、22の側において、上記第1実施形態と同様のセラミック板用はんだ80による各効果が発揮される。   Thereafter, sealing is performed with the mold resin 40 so that the other surface 32 of the ceramic plate 30 is exposed on the both surfaces 21 and 22 side of the heating element 20, whereby the electronic device of this embodiment shown in FIG. It ’s done. And according to this embodiment, each effect by the solder 80 for ceramic plates similar to the said 1st Embodiment is exhibited in the both surfaces 21 and 22 side of the heat generating element 20. FIG.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態にかかる電子装置について、図6を参照して述べる。本実施形態は、上記第1実施形態に比べて、1個の金属板10の一面11上に、複数個の同電位の発熱素子20を搭載し接合したところが相違するものである。
(Third embodiment)
An electronic apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of heating elements 20 having the same potential are mounted and joined on one surface 11 of one metal plate 10.

図6に示される例では、1個の金属板10に対して発熱素子20は2個であるが、3個以上であってもよいことはもちろんである。そして、本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の各効果が発揮される。   In the example shown in FIG. 6, two heating elements 20 are provided for one metal plate 10, but it is needless to say that three or more heating elements 20 may be provided. Also in this embodiment, the same effects as those in the first embodiment are exhibited.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態にかかる電子装置について、図7を参照して述べる。本実施形態は、上記第1実施形態に比べて、1個のセラミック板30の一面11上に、複数個の金属板10を搭載し接合したところが相違するものである。
(Fourth embodiment)
An electronic apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of metal plates 10 are mounted and joined on one surface 11 of one ceramic plate 30.

このような構成は、各金属板10に搭載された発熱素子20が互いに異電位である場合に有効である。図7に示される例では、1個のセラミック板30に対して金属板10は2個であるが、3個以上であってもよいことはもちろんである。そして、本実施形態によっても、上記第1実施形態と同様の各効果が発揮される。   Such a configuration is effective when the heating elements 20 mounted on the metal plates 10 have different potentials. In the example shown in FIG. 7, two metal plates 10 are provided for one ceramic plate 30, but it is needless to say that three or more metal plates 10 may be used. Also in this embodiment, the same effects as those in the first embodiment are exhibited.

さらには、本第4実施形態と上記第3実施形態とを組み合わせた構成としてもよい。具体的には、図7に示される構成において、さらに、各金属板10の一面11上に複数個の発熱素子20を搭載し接合した構成としてもよい。   Furthermore, it is good also as a structure which combined this 4th Embodiment and the said 3rd Embodiment. Specifically, in the configuration shown in FIG. 7, a plurality of heating elements 20 may be further mounted on and joined to one surface 11 of each metal plate 10.

また、上記第3実施形態、第4実施形態はそれぞれ、上記第2実施形態と組み合わせることも可能である。具体的には、上記図5において、発熱素子20の両面21、22の側に対して、上記図6、図7の構成を採用すればよい。   In addition, each of the third embodiment and the fourth embodiment can be combined with the second embodiment. Specifically, in FIGS. 5A and 5B, the configurations of FIGS. 6 and 7 may be employed on the both surfaces 21 and 22 side of the heating element 20.

(他の実施形態)
なお、図8に示されるように、セラミック板30の他面32に更に、他の金属板10aが接合され、この他の金属板10aがモールド樹脂40より露出している構成であってもよい。この場合、セラミック板30の他面32と他の金属板10aとは、上記したセラミック板用はんだ80による超音波接合によって接合されている。
(Other embodiments)
As shown in FIG. 8, another metal plate 10 a may be further bonded to the other surface 32 of the ceramic plate 30, and the other metal plate 10 a may be exposed from the mold resin 40. . In this case, the other surface 32 of the ceramic plate 30 and the other metal plate 10a are joined by ultrasonic joining using the ceramic plate solder 80 described above.

そして、この図8の場合、セラミック板30の他面32から他の金属板10aを介してモールド樹脂40の外部へ放熱がなされ、セラミック板30によって、外部に対する電気的絶縁が保証される。また、この図8の構成は、上記各実施形態と組み合わせ可能であることはもちろんである。   In the case of FIG. 8, heat is radiated from the other surface 32 of the ceramic plate 30 to the outside of the mold resin 40 via the other metal plate 10a, and the ceramic plate 30 ensures electrical insulation from the outside. Further, it is needless to say that the configuration of FIG. 8 can be combined with each of the above embodiments.

また、上記各実施形態では、金属板10は、CuもしくはCu合金よりなるものとしたが、金属板10としては、その他の金属、たとえばAL(アルミニウム)、Fe(鉄)、Mo(モリブデン)、あるいはこれらの合金、または、これらの積層材など、その他の金属材料を用いてもよい。   In each of the above embodiments, the metal plate 10 is made of Cu or a Cu alloy. However, as the metal plate 10, other metals such as AL (aluminum), Fe (iron), Mo (molybdenum), Or you may use other metal materials, such as these alloys, or these laminated materials.

また、上記各実施形態におけるプレはんだ工程では、金属板10の他面12およびセラミック板30の一面31の両方に対して、超音波印加してセラミック板用はんだ80をプレはんだ処理するものとした。しかし、このプレはんだ工程は、少なくともセラミック板30の一面31に対して行えばよい。   In the pre-soldering process in each of the above embodiments, the ceramic plate solder 80 is pre-soldered by applying ultrasonic waves to both the other surface 12 of the metal plate 10 and the one surface 31 of the ceramic plate 30. . However, this pre-solder process may be performed on at least one surface 31 of the ceramic plate 30.

つまり、金属板10は、セラミック板30に比べてはんだ濡れ性がよいものであることが通常であるから、上記超音波はんだ工法によるプレはんだ処理を、セラミック板30の一面31のみに行い、金属板10の他面12には行わないものであってもよい。さらには、金属板10の他面12については、金属板表面のはんだ濡れ性に応じて、超音波印加せず通常の加熱のみによるプレはんだ処理を行ってもよい。   In other words, since the metal plate 10 is usually better in solder wettability than the ceramic plate 30, the pre-soldering process by the ultrasonic soldering method is performed only on one surface 31 of the ceramic plate 30, It may not be performed on the other surface 12 of the plate 10. Furthermore, the other surface 12 of the metal plate 10 may be pre-soldered only by normal heating without applying ultrasonic waves, depending on the solder wettability of the metal plate surface.

これら上記超音波はんだ工法によるプレはんだ処理を、セラミック板30の一面31のみに行った場合、最終的に、電子装置におけるセラミック板用はんだ80については、セラミック板30との界面のみが超音波接合されたものとなり、金属板10との界面では通常のリフローによる接合形態となる。   When the pre-soldering process by the ultrasonic soldering method is performed only on one surface 31 of the ceramic plate 30, finally, with respect to the ceramic plate solder 80 in the electronic device, only the interface with the ceramic plate 30 is ultrasonic bonded. Thus, the interface with the metal plate 10 is in a joining form by normal reflow.

つまり、電子装置としては、セラミック板30の一面31および金属板10の他面12とセラミック板用はんだ80との両界面にて、当該はんだ80超音波接合されたものに限定するものではなく、少なくともセラミック板30の一面31と当該はんだ80とが超音波接合された構成であればよい。   In other words, the electronic device is not limited to one that is ultrasonically bonded to the solder 80 at both interfaces of the one surface 31 of the ceramic plate 30 and the other surface 12 of the metal plate 10 and the solder 80 for the ceramic plate, It is sufficient that at least one surface 31 of the ceramic plate 30 and the solder 80 are ultrasonically bonded.

また、セラミック板用はんだ80は、上記接合形態を適切に実現できるものならば、亜鉛入りはんだ材料に限定されるものではなくてもよく、それ以外にも、たとえば、Sn−Ag−Cu等の他のはんだ材料でもよい。   Further, the ceramic plate solder 80 may not be limited to the zinc-containing solder material as long as the above-described bonding form can be appropriately realized. For example, Sn—Ag—Cu or the like may be used. Other solder materials may be used.

また、発熱素子20と金属板10との接合は、素子用はんだ50に限定するものではなく、それ以外にも、たとえば導電性接着剤等であってもよいし、嵌合、係合、締結などの機械的固定であってもよい。   Further, the joining of the heat generating element 20 and the metal plate 10 is not limited to the element solder 50, but may be, for example, a conductive adhesive or the like, and may be fitted, engaged, and fastened. It may be mechanically fixed.

また、発熱素子20と金属板10とは、少なくとも機械的に接合されていればよく、上記各実施形態のように、電気的、機械的、熱的の全ての接合が満足されたものでなくてもよい。   Further, the heating element 20 and the metal plate 10 may be at least mechanically joined, and not all electrical, mechanical, and thermal joining is satisfied as in the above embodiments. May be.

また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。   Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope described in the claims. The above embodiments are not irrelevant to each other, and can be combined as appropriate unless the combination is clearly impossible, and the above embodiments are not limited to the illustrated examples. Absent.

10 金属板
11 金属板の一面
12 金属板の他面
20 発熱素子
30 セラミック板
31 セラミック板の一面
32 セラミック板の他面
40 モールド樹脂
80 セラミック板用はんだ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Metal plate 11 One side of metal plate 12 Other side of metal plate 20 Heating element 30 Ceramic plate 31 One side of ceramic plate 32 Other side of ceramic plate 40 Mold resin 80 Solder for ceramic plate

Claims (8)

一面(11)と他面(12)とが表裏の関係にある金属製の金属板(10)と、
前記金属板の一面側に接合された発熱素子(20)と、
前記金属板の他面側に設けられ、一面(31)が前記金属板の他面に対向させた状態で接合された電気絶縁性のセラミックよりなるセラミック板(30)と、
前記発熱素子および前記金属板の一面側を封止するモールド樹脂(40)と、を備え、
前記セラミック板の他面(32)から前記モールド樹脂の外部へ放熱するようになっており、
前記金属板と前記セラミック板とは、はんだ(80)を介してはんだ接合されており、
前記はんだは、前記金属板の他面と前記セラミック板の一面との両方に直接接触して接合されていることを特徴とする電子装置。
A metal metal plate (10) in which the one surface (11) and the other surface (12) are in a front-back relationship;
A heating element (20) joined to one side of the metal plate;
A ceramic plate (30) made of an electrically insulating ceramic provided on the other surface side of the metal plate and bonded in a state where one surface (31) is opposed to the other surface of the metal plate;
A mold resin (40) for sealing one side of the heat generating element and the metal plate,
Heat is dissipated from the other surface (32) of the ceramic plate to the outside of the mold resin,
The metal plate and the ceramic plate are soldered via solder (80),
The electronic device is characterized in that the solder is in direct contact with and joined to both the other surface of the metal plate and one surface of the ceramic plate.
前記セラミック板の一面と前記はんだとの界面では、前記セラミック板と前記はんだとが超音波接合されていることを特徴とする請求項1に記載の電子装置。   The electronic device according to claim 1, wherein the ceramic plate and the solder are ultrasonically bonded at an interface between one surface of the ceramic plate and the solder. 前記金属板の他面と前記はんだとの界面においても、前記金属板と前記はんだとが超音波接合されていることを特徴とする請求項2に記載の電子装置。   The electronic device according to claim 2, wherein the metal plate and the solder are ultrasonically bonded also at an interface between the other surface of the metal plate and the solder. 前記はんだは、亜鉛を含有するものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の電子装置。   The electronic device according to claim 1, wherein the solder contains zinc. 前記セラミック板の平面サイズは前記金属板の平面サイズよりも一回り小さく、前記セラミック板の端部全体が前記金属板の端部の内側に位置しており、
前記セラミック板の端部に位置する側面(33)まで、前記モールド樹脂により封止されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の電子装置。
The plane size of the ceramic plate is slightly smaller than the plane size of the metal plate, and the entire end portion of the ceramic plate is located inside the end portion of the metal plate,
The electronic device according to any one of claims 1 to 4, wherein the side surface (33) located at an end of the ceramic plate is sealed with the molding resin.
請求項1に記載の電子装置を製造する電子装置の製造方法であって、
前記金属板の一面側に前記発熱素子を接合する素子接合工程と、
前記金属板の他面および前記セラミック板の一面のうち少なくとも前記セラミック板の一面に対して、超音波印加して前記はんだをプレはんだ処理するプレはんだ工程と、
前記プレはんだ処理された前記はんだを介して、前記金属板の他面と前記セラミック板の一面とを積層し、加熱により当該はんだをリフローさせてはんだ接合を行うはんだリフロー工程と、
しかる後、前記モールド樹脂によって、前記発熱素子および前記金属板の一面側を封止する樹脂封止工程と、を備えることを特徴とする電子装置の製造方法。
An electronic device manufacturing method for manufacturing the electronic device according to claim 1,
An element bonding step of bonding the heat generating element to one surface side of the metal plate;
A pre-soldering process for pre-soldering the solder by applying ultrasonic waves to at least one surface of the ceramic plate among the other surface of the metal plate and the one surface of the ceramic plate;
A solder reflow step of laminating the other surface of the metal plate and one surface of the ceramic plate through the pre-soldered solder, and reflowing the solder by heating to perform solder joining;
Thereafter, a resin sealing step of sealing one side of the heat generating element and the metal plate with the mold resin is provided.
前記プレはんだ工程では、前記金属板の他面および前記セラミック板の一面の両方に対して、超音波印加して前記はんだをプレはんだ処理することを特徴とする請求項6に記載の電子装置の製造方法。   The electronic device according to claim 6, wherein in the pre-soldering step, ultrasonic waves are applied to both the other surface of the metal plate and one surface of the ceramic plate to pre-solder the solder. Production method. 前記はんだとして、亜鉛を含有するものを用いることを特徴とする請求項6または7に記載の電子装置の製造方法。   The method for manufacturing an electronic device according to claim 6, wherein a solder containing zinc is used as the solder.
JP2012276898A 2012-12-19 2012-12-19 Electronic device and manufacturing method of the same Pending JP2014120717A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012276898A JP2014120717A (en) 2012-12-19 2012-12-19 Electronic device and manufacturing method of the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012276898A JP2014120717A (en) 2012-12-19 2012-12-19 Electronic device and manufacturing method of the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014120717A true JP2014120717A (en) 2014-06-30

Family

ID=51175288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012276898A Pending JP2014120717A (en) 2012-12-19 2012-12-19 Electronic device and manufacturing method of the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014120717A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112019008007T5 (en) 2019-12-26 2022-10-27 Mitsubishi Electric Corporation POWER MODULE AND POWER CONVERTER UNIT
WO2025004433A1 (en) * 2023-06-29 2025-01-02 ミネベアパワーデバイス株式会社 Semiconductor device

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57190766A (en) * 1981-05-19 1982-11-24 Asahi Glass Co Ltd Adhering method for metal or ceramic body
JPH0195751U (en) * 1987-12-17 1989-06-26
JPH10130069A (en) * 1996-10-24 1998-05-19 Nippon Cement Co Ltd Method for joining alumina ceramic to aluminum
JP2000141078A (en) * 1998-09-08 2000-05-23 Nippon Sheet Glass Co Ltd Leadless solder
JP2012006054A (en) * 2010-06-25 2012-01-12 Hitachi Metals Ltd Solder alloy, and solder joined body using the same
JP2012248658A (en) * 2011-05-27 2012-12-13 Aisin Seiki Co Ltd Semiconductor device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57190766A (en) * 1981-05-19 1982-11-24 Asahi Glass Co Ltd Adhering method for metal or ceramic body
JPH0195751U (en) * 1987-12-17 1989-06-26
JPH10130069A (en) * 1996-10-24 1998-05-19 Nippon Cement Co Ltd Method for joining alumina ceramic to aluminum
JP2000141078A (en) * 1998-09-08 2000-05-23 Nippon Sheet Glass Co Ltd Leadless solder
JP2012006054A (en) * 2010-06-25 2012-01-12 Hitachi Metals Ltd Solder alloy, and solder joined body using the same
JP2012248658A (en) * 2011-05-27 2012-12-13 Aisin Seiki Co Ltd Semiconductor device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112019008007T5 (en) 2019-12-26 2022-10-27 Mitsubishi Electric Corporation POWER MODULE AND POWER CONVERTER UNIT
US12136582B2 (en) 2019-12-26 2024-11-05 Mitsubishi Electric Corporation Power module and power conversion device
WO2025004433A1 (en) * 2023-06-29 2025-01-02 ミネベアパワーデバイス株式会社 Semiconductor device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4438489B2 (en) Semiconductor device
JP5572678B2 (en) Semiconductor device including a clad base plate
JP6300633B2 (en) Power module
CN107112316B (en) Semiconductor module
WO2015111691A1 (en) Electrode terminal, semiconductor device for electrical power, and method for manufacturing semiconductor device for electrical power
CN109698179B (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
WO2011040313A1 (en) Semiconductor module, process for production thereof
JP5975909B2 (en) Semiconductor device
JP2011009410A (en) Semiconductor module
KR102186331B1 (en) Resistor and production method for resistor
US20150262917A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP6308780B2 (en) Power module
JP5218009B2 (en) Semiconductor device
JP2015144216A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP6777148B2 (en) Semiconductor device
JP6048238B2 (en) Electronic equipment
JP5613100B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
JP2006190728A (en) Electric power semiconductor device
JP2014120717A (en) Electronic device and manufacturing method of the same
JP2009147123A (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4883684B2 (en) Method for manufacturing insulated high power semiconductor device
JP6011410B2 (en) Semiconductor device assembly, power module substrate and power module
JP4797492B2 (en) Semiconductor device
JP4861200B2 (en) Power module
JP2005347684A (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150205

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160212

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160315

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20160927