(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筐体の開放面に、半導体チップを実装した基板が載置された放熱板を、前記基板を筐体側に向けて載置し、半導体実装基板を筐体に収納した半導体装置を製造する方法であって、
前記筐体は、前記放熱板に対して、より大きい熱膨張係数を有する材料により形成され、
常温より高温である高温環境下で、前記放熱板の端部を前記筐体の開放面の縁に固定する工程と、
放熱板固定後、前記筐体と前記放熱板を常温まで冷却し、前記筐体と前記放熱板の熱膨張の差によって、放熱板を筐体外側に向けて凸の状態に反らす工程と、
を含み、
前記放熱板は、前記の、放熱板を筐体外側に向けて凸の状態に反らす工程において、外側に向けて凸に反るためにアルミ−シリコンカーバイド複合材により形成される、
半導体装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、前記高温環境の温度は１８０℃以下である、半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項１から２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、前記放熱板を前記筐体に固定する工程においては、熱硬化性接着剤により固定を行う、半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、筐体に納められた半導体チップを有する半導体装置に関し、特にその放熱性を確保するための製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、半導体チップを筐体内に納め、筐体の一面を放熱板とした半導体装置の概要を示す断面図である。半導体チップ１０は、絶縁基板１２上にハンダ層１４によって固定されている。さらに、この絶縁基板１２は、放熱板１６上にハンダまたは接着剤の層１８によって固定されている。放熱板１６は、少なくとも一面が開放された略直方体の筐体２０の開放面に、これをふさぐように配置されている。これによって、半導体チップ１０が筐体２０内に納められる。放熱板１６は、接着剤２２により筐体２０に結合されている。さらに、放熱板１６は、グリス層２４を介して冷却器２６に押し付けられている。
【０００３】
半導体チップ１０で発生した熱は、絶縁基板１２およびハンダ層１４を介して絶縁基板１６に伝導し、さらにハンダまたは接着剤の層１８およびグリス層２４を介して伝導し、冷却器２６によって吸収される。これによって、半導体チップ１０で発生した熱が放熱される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、半導体チップ１０で発生した熱は、放熱板１６から冷却器２６によって吸収されるので、放熱板１６と冷却器２６の間の熱抵抗は小さいことが望ましい。したがって、グリス層２４内に気泡が混入しないようにする必要があり、さらにグリス層２４の厚さそのものも、できるだけ薄いことが好ましい。しかし、一般的に放熱板１６の熱膨張係数は、絶縁基板１２のそれより大きく、ハンダ接合した後冷えると、収縮量の差によって放熱板１６は、絶縁基板１２が配置された側に凸となるように反る。これによって、放熱板１６と冷却器２６の間隔が増加し、この部分の熱抵抗が高くなる。従来、この反りを考慮して、放熱板１６をあらかじめ逆に反らせて作製し、最終的に冷却器２６側に凸となるようにしていた。しかし、放熱板１６をあらかじめ反らせて作製するには、そのための工程が必要となるという問題があった。さらに、放熱板１６に加工性の良くない材料を用いる場合は、あらかじめ反らせておくこと自体、困難な場合があった。
【０００６】
本発明は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、あらかじめ放熱板を反らした形状に加工せずに、冷却器側、すなわち筐体の外側に向けて凸となる形状を得ることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、筐体の開放面に、半導体チップを実装した基板が載置された放熱板を、前記基板が筐体側に向くように載置して、半導体チップ実装基板を筐体に収納した半導体装置を製造する方法であって、前記筐体は、前記放熱板に対して、より大きい熱膨張係数を有し、常温より高温である高温環境下で、前記放熱板の端部を前記筐体の開放面の縁に固定する工程と、放熱板固定後、前記筐体と前記放熱板を常温まで冷却し、前記筐体と前記放熱板の熱膨張の差によって、放熱板を筐体外側に向けて凸の状態に反らす工程と、を含み、前記放熱板は、前記の、放熱板を筐体外側に向けて凸の状態に反らす工程において、凸に反るためにアルミ−シリコンカーバイド複合材料により形成されている。
【０００８】
この構成によれば、放熱板を筐体に固定した後、これらを高温状態から常温に冷却することで、放熱板を筐体外側に凸の状態に反らすことができ、事前に放熱板を反らす加工が不要となる。
【０００９】
また、高温環境は、ハンダの融解温度、たとえば１８０℃以下とすることが好ましい。ハンダ融解温度以下とすることで、すでに形成されているハンダまたは接着剤の層１８などを保護することができる。また、常温を超える温度とすることで、放熱板固定後は、単に放置するか、または風を送るなど簡易な冷却手段で冷却を行うことができる。
【００１２】
さらに、前記放熱板を前記筐体に固定する工程においては、熱硬化性接着剤により固定を行うことが好ましい。これによれば、高温環境下で加熱しつつ同時に接着剤を硬化させることで、放熱板を筐体に固定することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。図２は、本実施形態の半導体装置の製造方法の説明図である。なお、本実施形態の説明において、図１の装置と同等の構成については、同じ符号を付して説明する。図２（ａ）は、半導体チップ１０を実装した絶縁基板１２と放熱板１６をハンダにより接合する工程である。放熱板１６および絶縁基板１２は、ハンダが融解するほどの高温にさらされる。この熱によって放熱板１６および絶縁基板１２は膨張する。絶縁基板１２は、通常半導体チップ１０とほぼ同等の熱膨張係数を有する材質であり、これは熱膨張の違いから生じる応力が繰り返しかかることによるハンダ層１４の破壊を防止するためである。半導体チップ１０を構成する材料は、良く知られているように熱膨張係数が極めて小さい部類に属し、絶縁基板１２を構成する材質もこれに合わせて熱膨張係数が小さいものが採用されている。一方、放熱板１６は、その機能から熱伝導係数の高い材質が採用されており、このような材料は、一般的には熱膨張係数が比較的高い。したがって、ハンダ付け時の熱により膨張する場合、放熱板１６の膨張が絶縁基板１２のものより大きい。
【００１４】
図２（ｂ）は、放熱板１６と絶縁基板１２をハンダにより接合した後、常温まで冷却した状態を示している。前述のように接合時において、放熱板１６がより膨張しているために、常温まで冷却すると、放熱板１６の収縮量がより大きくなる。この収縮量の差により、放熱板１６は、絶縁基板１２が配置される側に凸の状態に反る。
【００１５】
図２（ｃ）は、絶縁基板１２が接合された放熱板１６を筐体２０の開放面に固定する工程を示している。固定は、常温より高く、ハンダ層１４や、ハンダまたは接着剤の層１８がハンダの場合の融解温度より低い温度、たとえば１２０℃程度で行われる。放熱板１６は、再び熱膨張するが、筐体２０はそれ以上に熱膨張する材質が採用されている。また、筐体２０に対する放熱板１６の固定は、熱硬化性の接着剤２２により行われ、前記の高温環境によって硬化が進む。
【００１６】
図２（ｄ）は、熱硬化性接着剤２２が硬化した後、常温まで冷却された状態を示している。前述のように、筐体２０の熱膨張量が放熱板１６に比して大きいため、収縮量も大きく、この収縮量の差により放熱板１６には、圧縮および筐体２０の外側に凸となるような曲げ荷重が作用する。これにより、放熱板１６は、図２（ｄ）に示すように、筐体２０の外側に凸の状態に反らされる。
【００１７】
図３は、放熱板１６に冷却器２６を接合した状態を示している。前述のように放熱板１６は、筐体２０の外側に凸になるように反った状態であり、絶縁基板１２が配置された位置に対応する筐体外側の部分において、冷却器２６との間隙が狭くなっている。したがって、この部分のグリス層２４は薄く、熱抵抗が小さくなっている。また、放熱板１６を冷却器２６に押し付ける際、放熱板１６の外側の方を冷却器２６に押し付けるようにするだけで、放熱板１６と冷却器２６の間のグリス層２４全体を薄くすることができ、さらに空気を容易に押し出すことができるので、気泡の残存が防止され、グリスや気泡による熱抵抗の増加を防止することができる。
【００１８】
なお、本実施形態においては、放熱板１６と筐体２０を結合固定する手段として熱硬化性接着剤を用いたが、他の種の接着剤やボルトなどを用いることも可能である。
【００１９】
【実施例】
次に、本発明の好適な実施例を示す。本実施例においては、前述の実施形態における放熱板１６の材料としてＡl−ＳiＣ（アルミ−シリコンカーバイド）複合材を、筐体２０の材料としてＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を採用する。Ａl−ＳiＣは、ＳiＣ（シリコンカーバイド）の特性を改善した複合材料であり、ＳiＣの空隙にＡｌ（アルミ）を含浸することによって、脆性および熱伝導率を改善したものである。さらに、ＳiＣの熱膨張係数は、絶縁基板１２のそれより小さく、Ａｌの熱膨張係数は、絶縁基板のそれより大きい。Ａl−ＳiＣの熱膨張係数は、ＡｌとＳiＣの中間的な特性を持ち絶縁基板１２のそれに比較的近い。放熱板１６の熱膨張係数が絶縁基板１２の熱膨張係数に比較的近いことによって、放熱板１６と絶縁基板１２の間のハンダまたは接着剤の層１８にかかる熱膨張の違いから生じる応力を低減することができる。また、熱伝導係数が比較的高いことは、放熱板に要求される基本的な性質であり、Ａl−ＳiＣはこの要求を満たすことができる。さらに、Ａl−ＳiＣは降伏応力が高いために、図３などに示されるように放熱板１６の中央が最も突出する形状を得ることができる。もし、降伏応力の低い材料であれば、放熱板の端部のみ筐体外側に向けて反り、中央部はハンダ付けの際の筐体内側に向けて凸の形状が残ってしまい、放熱板が波打ったような形状となる場合もある。このような形状となると、放熱板中央部にへこみができ、冷却器との間隙を小さくすることができない。Ａl−ＳiＣは、降伏応力が高いので、中央部が最も突出した形状を得ることができる。また、Ａl−ＳiＣは、高い硬度のためにあらかじめ凸形状に機械加工することなどが困難であるが、本実施例によれば、機械加工によらず筐体外側に凸の形状を得ることができる。言い換えれば、前述の実施形態に示された方法により、放熱板の材料としてＡl−ＳiＣを採用することができる。
【００２０】
また、ＰＰＳは、Ａl−ＳiＣに比して十分大きな熱膨張係数を有しており、放熱板を外側に反らすに十分な特性を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】  半導体チップを筐体に収納した半導体装置の一般的な構成を示す図である。
【図２】  本実施形態の半導体装置の製造方法を示す図である。
【図３】  本実施形態の方法により製造された半導体装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１０  半導体チップ、１２  絶縁基板、１６  放熱板、２０  筐体、２２  接着剤、２６  冷却器。
【図１】
0003960264.tif 000002
【図２】
0003960264.tif 000003
【図３】
0003960264.tif 000004