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JP2864992B2 - 混成集積回路装置及びその製造方法 - Google Patents
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JP2864992B2 - 混成集積回路装置及びその製造方法 - Google Patents

混成集積回路装置及びその製造方法

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JP2864992B2
JP2864992B2 JP6176648A JP17664894A JP2864992B2 JP 2864992 B2 JP2864992 B2 JP 2864992B2 JP 6176648 A JP6176648 A JP 6176648A JP 17664894 A JP17664894 A JP 17664894A JP 2864992 B2 JP2864992 B2 JP 2864992B2
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circuit device
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insulating plate
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昇 長瀬
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、大電力半導体素子を回
路上の一構成素子とする混成集積回路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の大電力半導体素子を回路上の一構
成素子とする集積回路装置としては、例えば日本電装公
開技報:整理番号24−095に示されるようなものが
ある。この回路装置は、金属製ケースに放熱特性を良好
にするようにして大電力半導体素子を固着する構造をも
っている。
【0003】この混成集積回路装置を図に示すと、図5
に示すように、大電力半導体素子1と台座2、台座2と
アルミナ基板3、アルミナ基板3と金属性外囲器4をそ
れぞれ半田付けでき、熱伝導性、放熱特性の良好なもの
になっている。また、アルミナ基板3と金属性外囲器4
は接着剤により接着する構造のものもある。ここで、台
座2は良好な熱伝導性を有する金属(例えば銅)からな
り、アルミナ基板3はその両面または片面に厚膜導体印
刷法またはメタライズ法等によって半田付け可能な金属
被膜が施してある。金属性外囲器4は、混成集積回路装
置の取付性および熱伝導性を考慮してアルミダイキャス
ト等からなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、大電力半導
体素子を含む半導体装置のアルミナ基板等の絶縁板に
は、従来より、一般に、Ag導体を膜形成した厚膜の
絶縁基板が用いられてきた。また、この種の公知の他の
絶縁基板としては、タングステンメタライズした絶縁
基板がある。
【0005】しかし、前記のAg導体を印刷焼成した
厚膜基板では、組付けのさいの半田付け時にAgは半田
中に含まれるSn等との合金層の成長が速いため、大電
力半導体素子の接合側面の高温半田をリフロー組付する
260℃以上の温度では、前述のAgとSnとの合金層
の成長が著しく速くなるために安定した半田付け状態が
確保できない。このため製造工程を大電力半導体素子の
接合面側の半田付けとAg厚膜絶縁基板の半田付けとの
2回に半田付け工程を分けなければならない。しかも、
半導体装置の使用環境により前述の合金層の成長がさら
に進むことが懸念される。
【0006】この例を図6に基づいて説明すると、アル
ミナ基板3の一方の面3aにAgペーストを印刷し焼成
し、アルミナ基板3の面3aにAg導体10を形成す
る。このAg導体10の表面に半田Pb−Sn系合金を
置いて温度260℃以上で高温リフローするとき、半田
Pb−Sn中のSn合金層が成長してしまい、この合金
層が半田付けを阻害するという問題がある。
【0007】一方、前記のタングステンメタライズさ
れた絶縁基板は、前記の高温半田リフローする場合の
半田付け状態の不安定さを解消するための一手段として
考えられる。この場合、例えば図7に示すように、アル
ミナ基板3の両面3a、3bにタングステン層11、1
2が同時焼成されて形成される。一方のタングステン層
11の表面にはNiめっき層13が形成され、他方のタ
ングステン層12の表面には絶縁膜14が形成される。
Niめっき層13が形成されるのは半田付けを可能にす
るためであり、絶縁膜14が形成されるのは金属製ケー
スとの接着性を高めるためである。しかし、こののタ
ングステンメタライズ基板によると、アルミナ基板3の
両面にタングステン層11、12、Niめっき層13な
らびに絶縁膜14を形成する等の複雑な表面処理した構
造になるためコストアップになるという問題がある。
【0008】本発明は、安定した半田付けが得られ低コ
ストで製作可能な混成集積回路装置を提供することを目
的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明による内燃機関用混成集積回路装置は、請求項
1では、導電性ケースと大電力半導体素子との間に、C
u厚膜を有する絶縁板を設け、該Cu厚膜に前記大電力
半導体素子を、260℃以上の温度で高温半田をリフロ
ー組み付けすることにより得られることを特徴とする。
請求項2の混成集積回路は、前記大電力半導体素子と前
記絶縁板との間にヒートシンクが介在しており、前記大
電力半導体素子と前記ヒートシンクとの間および前記ヒ
ートシンクと前記絶縁板との間が半田付けされてなるこ
とを特徴とする請求項3の混成集積回路装置は、前記
Cu厚膜が、前記絶縁板の片面に形成されることを特徴
とする。
【0010】請求項4の混成集積回路装置の製造方法
は、前記大電力半導体素子と前記ヒートシンクの間およ
び前記ヒートシンクと前記絶縁板との間が同時に半田付
けされることを特徴とする。
【0011】
【作用および発明の効果】本発明の請求項1記載の混成
集積回路装置によると、導電性ケースと大電力半導体素
子との間に、Cu厚膜を有する絶縁板を設けた構成であ
るから、半田中に半田付けを不安定にする合金層を作り
出さないため、半田付けが安定した混成集積回路装置を
得ることができるという効果がある。大電力半導体素子
と絶縁板間の安定した半田リフローを可能にし、製造時
にも使用時にも安定した接合状態が確保できる。
【0012】請求項2の混成集積回路装置によると、前
記大電力半導体素子と前記絶縁板との間にヒートシンク
が介在している構成であるから、このヒートシンクによ
る放熱性が良好であるので、この種の大熱量を発生する
大電力半導体素子の回路装置として適している。請求項
3の混成集積回路装置によると、Cu厚膜が絶縁板の片
面に形成することで前記片面と反対面の導電性ケースと
の接合を行いやすくする。
【0013】請求項4の混成集積回路装置の製造方法に
よると、大電力半導体素子とヒートシンクの間およびヒ
ートシンクと絶縁板との間が同時に半田付けされるた
め、一工程にして回路装置を製作することができるので
工程コストダウンが図れるという効果がある。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明による大電力半導体素子を含む半導体装置
の絶縁板にはCu導体を印刷焼成した厚膜基板(以下
「Cu厚膜基板」と称する)を使用している。これは、
Cu導体を絶縁板に膜形成しておくと、その後工程で半
田付けする際に半田中に含まれるSn等の合金層の成長
が遅いために半田付けを不安定にする生成物が生成され
難く、半田付けを安定にするという特性を利用したもの
である。
【0015】図1において、1は大電力半導体素子で、
例えば内燃機関用点火装置のイグナイタに用いられる大
電流を駆動する素子である。20は良好な熱伝導性を有
する金属例えばMoからなるヒートシンク、21はアル
ミナ基板で、その片面21aにCuが印刷焼成されて形
成されている。4は熱伝導姓の良好な金属、例えばA
l、Cu等からなる導電性ケースとしての金属性ケース
である。図1において、23、24は半田であり、25
はSi系接着剤でなる。
【0016】このCu厚膜基板の構造については、図2
に示すようなものである。アルミナ基板21の片面21
aにCu導体26が形成されている。このCu導体26
は、アルミナ基板21の片面21aにCuペーストを印
刷し焼成して形成される。半導体装置の製造時、Cu導
体26の表面上に半田を置いてヒートシンク20と半田
付けされる。
【0017】次に、大電力半導体素子を含む半導体装置
の製造工程の一例(1) と他の例(2)を図3及び図4に基
づいて説明する。この図3に示す製造工程(1) は、組付
リフロー1回の場合のものである。大電力半導体素子
1、半田23、放熱板としてのヒートシンク20、半田
24、絶縁板21を組合わせて高温状態に保って半田が
溶融する温度に保持することで半田付けして半導体装置
30が得られる。半導体装置30は、その後に、図1に
示すように、Si系接着剤25等により前記金属性ケー
ス4等に接着される。
【0018】この図4に示す製造工程(2) は組付リフロ
ー2回の場合の例である。まず、第1の温度T1 で大電
力半導体素子1、半田23、ヒートシンク20を第1回
リフローして半導体装置32を形成し、次いでヒートシ
ンク20の片面20bに半導体24、絶縁板21を順に
組合わせて第2の温度T2 (T2 <T1 )で第2回リフ
ローし半田付けし半導体装置33を得る。半導体装置3
3は、図3に示す符号30で示される半導体装置と同様
のものである。この半導体装置33は絶縁板21の片側
の面に接着剤によって金属性ケース等に固定される。
【0019】前記(1) の製造工程では、大電力半導体素
子1、ヒートシンク20、絶縁板21を一工程で同時焼
成固定できるため、工程コストの低減が図れる。この
(1) の製造工程例では、製造工程例(2) の工程例に比
べ、半田付け工程を2回に分ける必要もなく焼成できる
し、また各半田を同時リフローできるため、コストダウ
ンに有効である。
【0020】前記(2) の製造工程では、第1回目のリフ
ローを高温T1 で焼成し、第2回目のリフローを低温T
2 で行なうため2回操作による2回焼成による温度別の
適切な半田付け工程が行なえるという利点がある。本実
施例によると、Cu厚膜基板は半田付け特性を悪化させ
るSn系合金層の成長が遅いため、使用環境に左右され
ずに安定した半田付け状態が保持できる。
【0021】また、本実施例による大電力半導体素子
は、例えばイグナイタ等の大電流を駆動する素子等に適
用した場合、ヒートシンク20、金属性ケース4が効果
的に放熱性を良好に保つという効果がある。またヒート
シンク20による熱伝導性はモリブデンを使用している
ことから良好であり、また金属ケース4はアルミを使っ
ていることから、熱伝導性、放熱性も良好であるという
効果がある。
【0022】更に本実施例では、ヒートシンク20は例
えばイグナイタがオン状態を継続するような異常な過渡
状態の場合に効果的な放熱作用を果たす。また前記金属
性ケース4は、定常状態で効果的な放熱作用を果たす。
本発明では、絶縁板と金属性ケースの接合は、Si系接
着剤以外の接着剤でも良く、接着剤による接着以外に半
田付けによる接合であってもよい。また本発明では、図
1における符号20で示すヒートシンクを省略した構造
であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による混成集積回路装置の模式
的断面図である。
【図2】本発明の実施例による接着前の絶縁板の構造を
示す模式的断面図である。
【図3】図1に示す混成集積回路装置を製造する製造工
程の一例を示す説明図である。
【図4】図1に示す混成集積回路装置を製造する製造工
程の他の一例を示す説明図である。
【図5】従来技術の混成集積回路装置を示す模式的断面
図である。
【図6】従来技術のアルミナ基板の一例を示す模式的断
面図である。
【図7】従来技術のアルミナ基板の他の一例を示す模式
的断面図である。
【符号の説明】
1 大電力半導体素子 4 金属性ケース(導電性ケース) 20 ヒートシンク 21 アルミナ基板(絶縁板) 23、24 半田 25 Si系接着剤 26 Cu導体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−273155(JP,A) 特開 平2−7454(JP,A) 特開 平4−150091(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 23/12 H01L 25/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性ケースと大電力半導体素子との間
    に、Cu厚膜を有する絶縁板を設け、該Cu厚膜に前記
    大電力半導体素子を、260℃以上の温度で高温半田を
    リフロー組み付けすることにより得られる内燃機関用
    成集積回路装置。
  2. 【請求項2】 前記大電流半導体素子と前記絶縁板との
    間にヒートシンクが介在しており、前記大電力半導体素
    子と前記ヒートシンクとの間および前記ヒートシンクと
    前記絶縁板との間が半田付けされてなることを特徴とす
    る請求項1記載の内燃機関用混成集積回路装置。
  3. 【請求項3】 前記Cu厚膜は、前記絶縁板の片面に形
    成されることを特徴とする請求項2記載の内燃機関用
    成集積回路装置。
  4. 【請求項4】前記大電流半導体素子と前記ヒートシンク
    との間が同時に半田付けされることを特徴とする請求項
    2記載の内燃機関用混成集積回路装置の製造方法。
JP6176648A 1994-07-28 1994-07-28 混成集積回路装置及びその製造方法 Expired - Lifetime JP2864992B2 (ja)

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JP2674336B2 (ja) * 1991-02-27 1997-11-12 日本電気株式会社 パワー用混成集積回路の製造方法

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