JPH02246142A

JPH02246142A - 半導体装置

Info

Publication number: JPH02246142A
Application number: JP1067101A
Authority: JP
Inventors: Atsukazu Shimizu; 敦和清水; Takehisa Tsujimura; 辻村　剛久; Masahiro Sugimoto; 杉本　正浩
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1990-10-01

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】〔概要〕半導体ｉｔ、特に放熱体の取付は構造に関し、金属材料
による放熱体の介在板への接合を可能とすることを目的
とし、半導体素子上に介在板が固定され、更に該介在板上に放
熱体が固定された構成の半導体装置において、該放熱体
を、その底面のうち周囲の部分に分散して複数の脚部を
有する形状とし、上記介在板には上記ａ部に対応した凹
部を設け、上記放熱体が、各脚部を上記凹部に嵌合して
且つ上記底面と該介在板の上面及び各脚部と上記凹部と
が金属材料により接合されて、上記介在板に固定されて
構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は半導体ｙ！ａ置、特に放熱体の取付は構造に関
する。

近年、半導体装置の高密度化等に伴い、消費電力が増え
てきており、これにより発熱通も増える傾向にある。

このため、半導体装置の放熱構造も従来に比べて、放熱
効率の良いものが必要とされてぎている。

（従来の技１）第１０図は特開昭６３−７３６５０号公報に示されてい
る半導体装置に類似の従来例を丞す。１は半導体素子で
あり、フェイスダウンの向きで、基板２上に搭載しであ
る。３は多数本のビンである。４はキャップであり、半
導体索子１に嵌合して基板２上に固着してあり、半導体
索子１の周囲を封止している。

５は介在板であり、ＣｕＷ製であり、熱膨張係数は半導
体素子１と略同じである。

この介在板５は、螺材６により半導体索子１の上面に固
着しである。

７はＡＬ製の放熱体であり、上記介在板５上に接合しで
ある。

この接合は、介在板５と放熱体７との熱膨張の差を吸収
するため、柔軟性を有するレジン客の樹１１８により行
っている。

半導体−素子１の熱は、螺材６．介在板５．樹脂８を介
して放熱体７に伝導し、放熱体７より放熱される。

（発明が解決しようとする課題）ここで、特に樹脂８の熱伝導率が低く、樹脂８が放熱効
率の向上を妨げていた。

樹脂８に代えて半田等の金属材料を使用すると、放熱効
率は向上するが、金属材料は柔軟性が無いため、熱膨張
係数の差による応りによって接合部が破壊し、放熱体７
が外れてしまう。

そこで、第１１図に示すように、介在板を円形の凹部９
を形成した構成とし、放熱体７の底部１０を凹部９に嵌
合させて半田付けすることも考えられる。

しかし、この場合には、放熱体７の底部１０の径ｄが大
であるため、底部１０の凹ｔ’！１９に対する熱膨張の
差は大ぎ（、凹部９に作用する熱応力が大となり、介在
板１１が割れてしまうこともある。

本発明は金属材料による放熱体の介在板への接合を可能
とした半導体ｖｉ￥１を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段〕本発明は、半導体鬼子上に介在板が固定され、更に該介
在板上に放熱体が固定された構成の１！導体装置におい
て、該放熱体を、その底面のうち周囲の部分に分散して複数
の脚部を有する形状とし、上記介在板には上記１１１部に対応した凹部を設け、上
記放熱体が、各脚部を上記凹部に嵌合して且つ上記底面
と該介在板の上面及び各脚部と上記凹部とが金属材料に
より接合されて、上記介在板が固定された構成である。

（作用）放熱体と介在板とは複数の脚部と凹部とが凹凸嵌合した
構造であるため、両者の熱−ＩＩ張率の差による各凹部
への熱応力は−の脚部と・−の凹部との関係に比べて緩
和され、介在板の割れが防止される。

複数の脚部は放熱体の底面の周囲の部分に配設しである
ため、放熱板の底面の自由な熱膨張が拘束され、放熱体
と介在板との接合は金属材料を使用してもこれにクラッ
クが入ることがない。

（実施例）第１図及び第２図は夫々本発明の一実施例の半導体装置
２０を示す。各図中、第１０図に示す構成部分と対応す
る部分には同・−符号を付す。

２０はＡｃ製の放熱体であり、第３図及び第４図に併せ
て示すように円柱体２７と放熱フィン２２とよりなり、
且つ円柱体２７の底面２３のうち周囲の部位に４つの断
面扇状のｌ１部２４〜２７が等角度間隔で配された構成
である。

３０はＣｕＷ製の介在板であり、第５図及び第６図に併
せて示すように、上面に上記脚部２４〜２７に対応した
形状の凹部３１〜３４が形成しである。

この介在板３０は、従来と同様に、螺材６により半導体
素子１の上面に固着しである。

放熱体２０は、各脚部２４〜２７を対応する凹部３１〜
３４へ嵌合させて半田３５により接合しである。半田３
５は、各ｌｊ部２４〜２７の全周面及び底面及び円柱体
２７の底面２３に存在している。

ここで、上記の構成によれば如何にして熱応力が吸収さ
れるかについて説明する。

熱膨張係数の関係はＡ之＞ＣＵＷである。

第７図（Ａ）は、放熱体２０の脚部２４〜２７と介在板
３０の凹部３１〜３４との嵌合状態を示す。

温度が上昇すると、各脚部２４〜２７は矢印３６ａ〜３
６ｃで示すように四方へ方へ膨張して二点鎖線で示すよ
うに太る。介在板３０も矢印３７で示すように四方へ方
に膨張するが、各凹部３１〜３４については特に外側の
円弧部分が外方に変位する。

ここで、外方及び外側とは脚部及び凹部共に円弧側の方
向及び部分をいい、内方及び内側とは脚部及び凹部共に
貞交する二辺側の方向及び部分をいう。

以下、−の脚部２４と・−の凹部３１とに着目して説明
する。

脚部２４の膨張を矢印３６ａで示す外方へのものと、矢
印３６ｂ、３６Ｃで示す内方へのものとに分けて考える
。

外方への膨張の大きさは、凹部３１の同方向の膨張の大
きさより大であり、凹部３１の外側部分は、第７図（Ｂ
）に示すように、脚部２４の外方への膨張により押し広
げられて、介在板３０内体の熱膨張を超えて伸ばされる
。

しかし、凹部３１の内側部分は外方へ変位しないため、
脚部２４の内側と凹部３１の内側との間には符号３８で
示す余裕スペースが出来る。

脚部２４の矢印３６ｂ、３６ｃで示す内方への膨張は、
この余裕スペース３８内で行われる。

これにより、熱膨張によって脚部２４が介る板３０の凹
部３１の全周面部分に付与する熱応力は相対的に緩和さ
れ、凹部３１の周囲に割れは生じない。

他のＷ部２５．２６．２７と凹部３２，３３゜３４とに
ついても上記脚部２４及び凹部３１との関係と同様であ
り、各凹部３２．３３．３４の周囲部分の応力は小さく
、この部分に割れは起きない。

次に熱膨張の差の半田３５．特に円柱板２７の底面２３
と介在板３０の上面３９との間の半田３５ａに対する彩
管について説明する。

円柱板２７の底面２３側は、周囲のうち周方向上４１！
ｌ所を介在板３０と凹凸嵌合されており、実質上外方へ
の熱膨張を制限される。

円柱板２７は第８図に示すように逆円錐状となる。

このため、円柱体２７のうち底面２３の部分は、介在板
３０の上面３９と同様に熱膨張することにより、底面２
３と上面３９との間の半田３５ａには応力が発生せず１
半田３５ａの割れ、及び底面２３及び上面３９間の＃ｌ
離も起きない。

なお、上記のｌｊ！！！＄２４〜２７が底面２３のうち
周囲より中心側に偏倚した部位に設けである場合には、
底面のうち脚部が配されている部分から外側の部分につ
いては、拘束されずに自由に熱膨張することになり、介
在板３０との間で熱膨張に差を生じ、半田３５ａに割れ
が生ずる虞れがあり、好ましくない。

次に、上記構成の′１！導体装置２０の放熱について説
明する。

半導体素子１の熱は螺材６．介在板３０．半田３５を介
して放熱体２０に熱伝導し、放熱体２０より放熱される
。なお、各ｍ部２４〜２７と凹部３１〜３４とは全周に
亘って且つ底面全体に亘って半田３５により接合されて
いる。

半田３５は従来の樹脂８に比べて熱伝導率が良く、半導
体素子１から放熱体２０へ到る闇の熱抵抗が低下し、放
熱効率が向上する。

また、放熱板を介在板上に甲に載置した構造に比べて、
両者の接触面積は、各脚部２４〜２７の周側面の面積を
合羽した面積分多くなる。このことによっても、介在板
３０から放熱体２０への熱抵抗が低下し、放熱効率が向
上する。

第９図は本発明の別の実施例になる半導体装置を示す。

この半導体装置は、介在板３０Ａを底面の周囲に段部４
０を設けた形状とし、キャップ４Ａをその内ｍ１１１部
分が半導体素子１の上面の周囲にまで及ぶ構成とし、介
在板３０Ａが段１４０をキャップ４Ａの内周側と嵌合さ
せて固定された構成である。

なお、本発明は、放熱体がＡｔ製、介在板がＣｕＷ製で
ある場合に限定されるものではなく、放熱体及び介在板
が上記以外の材質であっても同様に適用され、同様の効
果を有する。即ら、本発明によれば、特に放熱体につい
て、熱膨張係数の程度にこだわらない材料の選択が出来
る。

また、各脚部の西面形状も扇形に限定されず、例えば円
形でもよい。

（発明の効果〕以上説明したａＩに本発明によれば、放熱体と介在板と
の熱膨張率の差違による熱応力を層相することが出来、
介在板の割れを防止することが出来る。　また放熱体の
底面の自由な熱膨張が拘束され、金属材料の割れ、剥離
が生じない。

金属材料を使用したこと及び放熱体と介在板との接触面
積が増したことにより、放熱効率の向上を図ることが出
来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の半導体装置の一部切截分解
斜視図、第２図は第１図の半導体装置の断面図、第３図は放熱体
の正面図、第４図は放熱体の底面図、第５ＷＪは介在板の正ｉｉｉ図、第６図は介在板の平面図、第７図は脚部と凹部との熱膨張時の状態を丞す図、第８図は放熱体の底面の熱膨張の拘束を説明する図、第９図は本発明の別の実施例の半導体装置の断面図、第１０ＦＡは従来例を示す図、第１１図は放熱体の底部全体を介在板の凹部に嵌合させ
る例を示す図である。３０は介在板、３１〜３４は凹部、３５．３５８は半田、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３７は熱膨張を示す矢印、３８は余裕スペース、３９は上面を示す。特許出願人　富　士　通　株式会社図において、１は半導体集子、２は基板、６は螺材、２０は放熱体、２７は円柱体、２２は放熱フィン、２３は底面、２４〜２７は脚部、第４図ぐ煩罠ｆ）平ω団第 θ 図箒１　ｍの牛４す←聴Ｊ【の酢盃鋒う第２図本島本り正如面鎮　３　Ｍ（Ａ）（Ｂ）第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】　半導体素子（１）上に介在板（３０）が固定され、更
に該介在板（３０）上に放熱体（２０）が固定された構
成の半導体装置において、該放熱体（２０）を、その底面（２３）のうち周囲の部
分に分散して複数の脚部（２４〜２７）を有する形状と
し、上記介在板（３０）には上記脚部（２４〜２７）に対応
した凹部（３１〜３３）を設け、上記放熱体（２０）が、各脚部（２４〜２７）を上記凹
部（３１〜３３）に嵌合して且つ上記底面（２３）と該
介在板（３０）の上面（３９）及び各脚部（２４〜２７
）と上記凹部（３１〜３３）とが金属材料（３３、３５
ａ）により接合されて、上記介在板（３０）に固定され
た構成の半導体装置。