JP2000332170A - 半導体装置 - Google Patents
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- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting 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
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting 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
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting 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 non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属ベース板と絶縁基板とを半田付けにより
接合した場合において、前記金属ベース板における放熱
フィンの取付け面側に凹型状の反りが発生せず、放熱フ
ィン（図示せず）に取付けた状態において、該放熱フィ
ンとの間の隙間が生ぜず、良好な放熱性が得られる回路
基板を備えた半導体装置を安価に提供する。 【解決手段】 銅ベース板１の一方の主面に、半導体素
子３を実装したセラミック基板２を半田７にて接合し、
他方の主面におけるセラミック基板２の接合面と対向す
る面上にセラミック基板２と略等しい熱膨張係数を有す
るモリブデン板を接合して銅ベース板１の表裏の応力の
バランスを保持することにより、銅ベース板１の他方の
主面側に凹形状の反りの発生を防止し、平坦な平面を得
る。
接合した場合において、前記金属ベース板における放熱
フィンの取付け面側に凹型状の反りが発生せず、放熱フ
ィン（図示せず）に取付けた状態において、該放熱フィ
ンとの間の隙間が生ぜず、良好な放熱性が得られる回路
基板を備えた半導体装置を安価に提供する。 【解決手段】 銅ベース板１の一方の主面に、半導体素
子３を実装したセラミック基板２を半田７にて接合し、
他方の主面におけるセラミック基板２の接合面と対向す
る面上にセラミック基板２と略等しい熱膨張係数を有す
るモリブデン板を接合して銅ベース板１の表裏の応力の
バランスを保持することにより、銅ベース板１の他方の
主面側に凹形状の反りの発生を防止し、平坦な平面を得
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体素子が実装
された絶縁基板を金属ベース板上に接合搭載した半導体
装置の改良に関するものである。
された絶縁基板を金属ベース板上に接合搭載した半導体
装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来のこの種の半導体装置として
のパワーモジュールにおける回路基板の断面を示す模式
図、図５は、図４に示した回路基板の製造方法を説明し
た断面を示す模式図である。図４において、１は金属ベ
ース板としての銅ベース板、２は銅ベース板１の一方の
主面に半田付けにより接合された絶縁基板としてのセラ
ミック基板で、セラミック板２ａの一方の主面に銅箔パ
ターン２ｂが、他方の主面に金属箔パターンとしての銅
箔回路パターン２ｃが形成されたものであり、銅箔パタ
ーン２ｂが銅ベース板１と半田付けされ、銅箔回路パタ
ーン２ｃ上に半導体素子３が半田付けにより実装されて
いる。また、７は銅ベース板１とセラミック基板２との
間、およびセラミック基板２と半導体素子３との間を接
合した半田である。そして、回路基板は、銅ベース板
１、セラミック基板２、半導体素子３等により構成され
ている。
のパワーモジュールにおける回路基板の断面を示す模式
図、図５は、図４に示した回路基板の製造方法を説明し
た断面を示す模式図である。図４において、１は金属ベ
ース板としての銅ベース板、２は銅ベース板１の一方の
主面に半田付けにより接合された絶縁基板としてのセラ
ミック基板で、セラミック板２ａの一方の主面に銅箔パ
ターン２ｂが、他方の主面に金属箔パターンとしての銅
箔回路パターン２ｃが形成されたものであり、銅箔パタ
ーン２ｂが銅ベース板１と半田付けされ、銅箔回路パタ
ーン２ｃ上に半導体素子３が半田付けにより実装されて
いる。また、７は銅ベース板１とセラミック基板２との
間、およびセラミック基板２と半導体素子３との間を接
合した半田である。そして、回路基板は、銅ベース板
１、セラミック基板２、半導体素子３等により構成され
ている。
【０００３】次に、図４に示した回路基板の製造方法を
図５Ａ、Ｂにより説明する。図５Ａにおいて、銅ベース
板１の一方の主面における所定の位置に塗布された半田
７の膜上に、銅箔パターン２ｂが当接するようにセラミ
ック基板２を載置すると共に、セラミック基板２の銅箔
回路パターン２ｃにおける所定の位置に塗布された半田
７の膜上に半導体素子３を載置し、これらを加熱して半
田７を溶融させ、銅ベース板１とセラミック基板２との
間、およびセラミック基板２と半導体素子３との間を半
田付けにより同時に接合する。この結果、図４に示すご
とき回路基板が得られるはずであるが、実際には、図５
Ｂに示すごとく、銅ベース板１の放熱面側（セラミック
基板２との接合面と反対側の主面）が凹形状となる反り
が発生する。
図５Ａ、Ｂにより説明する。図５Ａにおいて、銅ベース
板１の一方の主面における所定の位置に塗布された半田
７の膜上に、銅箔パターン２ｂが当接するようにセラミ
ック基板２を載置すると共に、セラミック基板２の銅箔
回路パターン２ｃにおける所定の位置に塗布された半田
７の膜上に半導体素子３を載置し、これらを加熱して半
田７を溶融させ、銅ベース板１とセラミック基板２との
間、およびセラミック基板２と半導体素子３との間を半
田付けにより同時に接合する。この結果、図４に示すご
とき回路基板が得られるはずであるが、実際には、図５
Ｂに示すごとく、銅ベース板１の放熱面側（セラミック
基板２との接合面と反対側の主面）が凹形状となる反り
が発生する。
【０００４】銅ベース板１の放熱面側（セラミック基板
２との接合面と反対側の主面）に上記凹形状の反りが発
生する理由は、銅ベース板１の熱膨張係数がセラミック
板２ａを基板とするセラミック基板２の熱膨張係数の約
３倍の大きさであるために、半田接合温度における銅材
の伸び率がセラミックよりも大きいので、即ち、接合面
における両者の伸び量の差が大きいので、接合された銅
ベース板１とセラミック基板２とが常温に戻るときに、
セラミック基板２には圧縮応力（銅がセラミックを圧縮
する応力）、銅ベース板１には引張り応力（セラミック
が銅を引張る応力）が発生するためであり、その結果と
して、銅ベース板１の放熱面側が凹形状に変形する。
２との接合面と反対側の主面）に上記凹形状の反りが発
生する理由は、銅ベース板１の熱膨張係数がセラミック
板２ａを基板とするセラミック基板２の熱膨張係数の約
３倍の大きさであるために、半田接合温度における銅材
の伸び率がセラミックよりも大きいので、即ち、接合面
における両者の伸び量の差が大きいので、接合された銅
ベース板１とセラミック基板２とが常温に戻るときに、
セラミック基板２には圧縮応力（銅がセラミックを圧縮
する応力）、銅ベース板１には引張り応力（セラミック
が銅を引張る応力）が発生するためであり、その結果と
して、銅ベース板１の放熱面側が凹形状に変形する。
【０００５】図６は、図４に示した回路基板の別の製造
方法を説明した断面を示す模式図である。上記銅ベース
板１の凹形状の反りの発生を避けるために、図６Ａに示
すごとく、組立後の凹形状の反りを見越して、予め凸形
状の反りを施した銅ベース板１Ａを準備し、半導体素子
３をセラミック基板２に半田付けすると共に、セラミッ
ク基板２を銅ベース板１Ａの一方の主面における所定の
位置に半田付けにより接合する。その結果として、図６
Bに示すごとく、半田付けによる組立後に銅ベース板１
Ａが平坦、または、若干、凸形状の反りになる回路基板
が得られるが、この方法でも、銅ベース板１Ａに初期反
りを施しているため、銅ベース板１Ａとセラミック基板
２との間の半田厚みが不均一（中央部は厚く端面は薄
い）となる。
方法を説明した断面を示す模式図である。上記銅ベース
板１の凹形状の反りの発生を避けるために、図６Ａに示
すごとく、組立後の凹形状の反りを見越して、予め凸形
状の反りを施した銅ベース板１Ａを準備し、半導体素子
３をセラミック基板２に半田付けすると共に、セラミッ
ク基板２を銅ベース板１Ａの一方の主面における所定の
位置に半田付けにより接合する。その結果として、図６
Bに示すごとく、半田付けによる組立後に銅ベース板１
Ａが平坦、または、若干、凸形状の反りになる回路基板
が得られるが、この方法でも、銅ベース板１Ａに初期反
りを施しているため、銅ベース板１Ａとセラミック基板
２との間の半田厚みが不均一（中央部は厚く端面は薄
い）となる。
【０００６】さらに、別の方法として、銅ベース板１と
セラミック基板２とのそれぞれの熱膨張係数を近づける
ために、銅とモリブデン、アルミニウムとセラミック、
もしくは、銅と鉄−ニッケル等の高熱膨張・高熱伝導材
と低熱膨張・低熱伝導材の組み合わせによる合金やクラ
ッド材をベース板材料として使用し、これらの組み合わ
せにおける配合比を適切に選定することによって、ベー
ス板材料の熱膨張係数と熱伝導率を調整し、用途に応じ
たものを作る方法が実施されている。
セラミック基板２とのそれぞれの熱膨張係数を近づける
ために、銅とモリブデン、アルミニウムとセラミック、
もしくは、銅と鉄−ニッケル等の高熱膨張・高熱伝導材
と低熱膨張・低熱伝導材の組み合わせによる合金やクラ
ッド材をベース板材料として使用し、これらの組み合わ
せにおける配合比を適切に選定することによって、ベー
ス板材料の熱膨張係数と熱伝導率を調整し、用途に応じ
たものを作る方法が実施されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の半導体装置とし
てのパワーモジュールにおける回路基板は、以上のよう
に構成されているので、金属ベース板としての銅ベース
板１と、絶縁基板としてのセラミック板２ａを基板とす
るセラミック基板２とを半田付けにより接合した場合に
おいて、銅ベース板１における放熱フィン（図示せず）
との取付け面に凹型状の反りが発生し、銅ベース板１を
前記放熱フィンに取り付けてた場合において、銅ベース
板１と前記放熱フィンとの当接面間に隙間を生じ、放熱
性が悪くなるという問題点があった。
てのパワーモジュールにおける回路基板は、以上のよう
に構成されているので、金属ベース板としての銅ベース
板１と、絶縁基板としてのセラミック板２ａを基板とす
るセラミック基板２とを半田付けにより接合した場合に
おいて、銅ベース板１における放熱フィン（図示せず）
との取付け面に凹型状の反りが発生し、銅ベース板１を
前記放熱フィンに取り付けてた場合において、銅ベース
板１と前記放熱フィンとの当接面間に隙間を生じ、放熱
性が悪くなるという問題点があった。
【０００８】また、凹形状の反りの発生を見越して、予
め凸形状の反りを施した銅ベース板１Ａを用い、組立後
に平坦（もしくは、若干、凸形状の反り）になるように
する方法が実施されているが、銅ベース板１Ａに初期反
りを施しているために、セラミック基板２との間の半田
厚みが不均一（中央部は厚く端面は薄い）となり、信頼
性の低いものとなるという問題点があった。さらに、高
熱膨張・高熱伝導材と低熱膨張・低熱伝導材の組み合わ
せによる合金やクラッド材をベース板材料として使用す
る場合には、ベース板が非常に高価なものとなる等の問
題点があった。
め凸形状の反りを施した銅ベース板１Ａを用い、組立後
に平坦（もしくは、若干、凸形状の反り）になるように
する方法が実施されているが、銅ベース板１Ａに初期反
りを施しているために、セラミック基板２との間の半田
厚みが不均一（中央部は厚く端面は薄い）となり、信頼
性の低いものとなるという問題点があった。さらに、高
熱膨張・高熱伝導材と低熱膨張・低熱伝導材の組み合わ
せによる合金やクラッド材をベース板材料として使用す
る場合には、ベース板が非常に高価なものとなる等の問
題点があった。
【０００９】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、金属ベース板と絶縁基板と
を半田付けにより接合した場合において、前記金属ベー
ス板における取付け面側に凹型状の反りが発生せず、平
坦な平面の回路基板を備えた半導体装置を提供すること
を目的とする。
ためになされたものであり、金属ベース板と絶縁基板と
を半田付けにより接合した場合において、前記金属ベー
ス板における取付け面側に凹型状の反りが発生せず、平
坦な平面の回路基板を備えた半導体装置を提供すること
を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】第１の発明に係る半導体
装置は、金属ベース板と、一方の主面が前記金属ベース
板の一方の主面に接合され、他方の主面に半導体素子を
実装した絶縁基板とを備えた半導体装置において、前記
金属ベース板の他方の主面における前記絶縁基板の接合
面と対向する面上に該絶縁基板と実質的に等しい熱膨張
係数を有する補助ベース板を接合したものである。
装置は、金属ベース板と、一方の主面が前記金属ベース
板の一方の主面に接合され、他方の主面に半導体素子を
実装した絶縁基板とを備えた半導体装置において、前記
金属ベース板の他方の主面における前記絶縁基板の接合
面と対向する面上に該絶縁基板と実質的に等しい熱膨張
係数を有する補助ベース板を接合したものである。
【００１１】第２の発明に係る半導体装置は、金属ベー
ス板と、一方の主面が前記金属ベース板の一方の主面に
接合され、他方の主面に半導体素子を実装した絶縁基板
とを備えた半導体装置において、前記金属ベース板の他
方の主面における前記絶縁基板の接合面と対向する面上
に、該絶縁基板と実質的に等しい熱膨張係数を有すると
共に該絶縁基板と略同一サイズの接合面を有する第１の
補助ベース板を接合し、かつ、該第１の補助ベース板の
周縁に、該第１の補助ベース板と同じ厚みを有すると共
に前記金属ベース板と実質的に等しい熱膨張係数を有す
る第２の補助ベース板を接合したものである。
ス板と、一方の主面が前記金属ベース板の一方の主面に
接合され、他方の主面に半導体素子を実装した絶縁基板
とを備えた半導体装置において、前記金属ベース板の他
方の主面における前記絶縁基板の接合面と対向する面上
に、該絶縁基板と実質的に等しい熱膨張係数を有すると
共に該絶縁基板と略同一サイズの接合面を有する第１の
補助ベース板を接合し、かつ、該第１の補助ベース板の
周縁に、該第１の補助ベース板と同じ厚みを有すると共
に前記金属ベース板と実質的に等しい熱膨張係数を有す
る第２の補助ベース板を接合したものである。
【００１２】第３の発明に係る半導体装置は、第２の発
明に係る半導体装置において、第２の補助ベース板が金
属ベース板と同一材質であるものである。
明に係る半導体装置において、第２の補助ベース板が金
属ベース板と同一材質であるものである。
【００１３】第４の発明に係る半導体装置は、第１乃至
第３の発明の何れかに係る半導体装置において、金属ベ
ース板が銅板材からなり、絶縁基板がセラミック材を基
板とし、補助ベース板もしくは第１の補助ベース板がモ
リブデン板材からなるものである。
第３の発明の何れかに係る半導体装置において、金属ベ
ース板が銅板材からなり、絶縁基板がセラミック材を基
板とし、補助ベース板もしくは第１の補助ベース板がモ
リブデン板材からなるものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１としての半導体装置としてのパワーモジュールに
おける回路基板を図１〜図２により説明する。図１は実
施の形態１としての半導体装置における回路基板の平面
図、図２は図１に示した回路基板におけるＡ−Ａ断面を
示す模式図である。図中、従来例と同じ符号で示された
ものは従来例のそれと同一もしくは同等なものを示す。
形態１としての半導体装置としてのパワーモジュールに
おける回路基板を図１〜図２により説明する。図１は実
施の形態１としての半導体装置における回路基板の平面
図、図２は図１に示した回路基板におけるＡ−Ａ断面を
示す模式図である。図中、従来例と同じ符号で示された
ものは従来例のそれと同一もしくは同等なものを示す。
【００１５】図１、図２において、１は金属ベース板と
しての銅ベース板、２は銅ベース板１の一方の主面に半
田付けにより接合された絶縁基板としてのセラミック基
板で、セラミック板２ａの一方の主面に銅箔パターン２
ｂが、他方の主面に金属箔パターンとしての銅箔回路パ
ターン２ｃが形成されたものであり、銅箔パターン２ｂ
が銅ベース板１と半田付けされ、銅箔回路パターン２ｃ
上に半導体素子３が半田付けにより実装されている。
しての銅ベース板、２は銅ベース板１の一方の主面に半
田付けにより接合された絶縁基板としてのセラミック基
板で、セラミック板２ａの一方の主面に銅箔パターン２
ｂが、他方の主面に金属箔パターンとしての銅箔回路パ
ターン２ｃが形成されたものであり、銅箔パターン２ｂ
が銅ベース板１と半田付けされ、銅箔回路パターン２ｃ
上に半導体素子３が半田付けにより実装されている。
【００１６】４は銅ベース板１における他方の主面、即
ち、セラミック基板２が接合された主面とは反対の面に
半田付けされた、銅ベース板１と同一サイズの補助ベー
ス板としてのモリブデン板、７は銅ベース板１とモリブ
デン板４、銅ベース板１とセラミック基板２、セラミッ
ク基板２と半導体素子３をそれぞれ接合する半田であ
る。そして、回路基板は、銅ベース板１、セラミック基
板２、半導体素子３、モリブデン板４等により構成され
ている。
ち、セラミック基板２が接合された主面とは反対の面に
半田付けされた、銅ベース板１と同一サイズの補助ベー
ス板としてのモリブデン板、７は銅ベース板１とモリブ
デン板４、銅ベース板１とセラミック基板２、セラミッ
ク基板２と半導体素子３をそれぞれ接合する半田であ
る。そして、回路基板は、銅ベース板１、セラミック基
板２、半導体素子３、モリブデン板４等により構成され
ている。
【００１７】次に、回路基板の製造方法および該回路基
板の特徴について説明する。モリブデン板４と銅ベース
板１、銅ベース板１とセラミック基板２、セラミック基
板２と半導体素子３はそれぞれ半田７により接合されて
いるが、これらは同時に接合する。但し、半導体素子３
のみ別工程でも良い。
板の特徴について説明する。モリブデン板４と銅ベース
板１、銅ベース板１とセラミック基板２、セラミック基
板２と半導体素子３はそれぞれ半田７により接合されて
いるが、これらは同時に接合する。但し、半導体素子３
のみ別工程でも良い。
【００１８】それぞれの材料の半田接合温度での伸び率
に関して、セラミックやモリブデンに比べて銅が大きい
ので、接合後において常温に戻るとき、モリブデン板４
と銅ベース板１、銅ベース板１とセラミック基板２の間
の接合部において、銅ベース板１は収縮しようとする
が、両側のセラミック基板２とモリブデン板４によりこ
の収縮が抑えられ、銅ベース板１には引張り応力が発生
し、セラミック基板２とモリブデン板４にはその逆に圧
縮応力が発生する。従って、銅ベース板１の両面におけ
る前記応力のバランスをとることによって銅ベース板１
の反りを抑制することができる。
に関して、セラミックやモリブデンに比べて銅が大きい
ので、接合後において常温に戻るとき、モリブデン板４
と銅ベース板１、銅ベース板１とセラミック基板２の間
の接合部において、銅ベース板１は収縮しようとする
が、両側のセラミック基板２とモリブデン板４によりこ
の収縮が抑えられ、銅ベース板１には引張り応力が発生
し、セラミック基板２とモリブデン板４にはその逆に圧
縮応力が発生する。従って、銅ベース板１の両面におけ
る前記応力のバランスをとることによって銅ベース板１
の反りを抑制することができる。
【００１９】即ち、銅ベース板１、セラミック基板２お
よびモリブデン板４の熱膨張係数をそれぞれα1、α2、
α3（α1＝１６．７×１０-6／℃、α2＝４．７×１０-
6／℃（ＡｌN）、α2＝６．７×１０-6／℃（Ａｌ2Ｏ
3）、α3＝５．１×１０-6／℃）、セラミック基板２お
よびモリブデン板４の厚さをそれぞれｔ2、ｔ3、縦弾性
係数をそれぞれε2、ε3（ε2＝３．５×１０4 Kgf／mm
2（ＡｌN、Ａｌ2Ｏ3）、ε3＝２．８×１０4 Kgf／mm
2）とすると、銅ベース板１とセラミック基板２および
モリブデン板４との間に発生する応力は、銅ベース板１
とセラミック基板２およびモリブデン板４との熱膨張係
数の差（α1−α2、α1−α3）、セラミック基板２およ
びモリブデン板４の材料の厚み（ｔ2、ｔ3）、及び縦弾
性係数（ε2、ε3）の積に比例する。
よびモリブデン板４の熱膨張係数をそれぞれα1、α2、
α3（α1＝１６．７×１０-6／℃、α2＝４．７×１０-
6／℃（ＡｌN）、α2＝６．７×１０-6／℃（Ａｌ2Ｏ
3）、α3＝５．１×１０-6／℃）、セラミック基板２お
よびモリブデン板４の厚さをそれぞれｔ2、ｔ3、縦弾性
係数をそれぞれε2、ε3（ε2＝３．５×１０4 Kgf／mm
2（ＡｌN、Ａｌ2Ｏ3）、ε3＝２．８×１０4 Kgf／mm
2）とすると、銅ベース板１とセラミック基板２および
モリブデン板４との間に発生する応力は、銅ベース板１
とセラミック基板２およびモリブデン板４との熱膨張係
数の差（α1−α2、α1−α3）、セラミック基板２およ
びモリブデン板４の材料の厚み（ｔ2、ｔ3）、及び縦弾
性係数（ε2、ε3）の積に比例する。
【００２０】従って、銅ベース板１の表裏の応力のバラ
ンスを保持するために、次の近似式（１）によりセラミ
ック基板２およびモリブデン板４の材料厚みを設定する
ことができる。 （α1−α2）×ｔ2×ε2＝（α1−α3）×ｔ3×ε3……（１）
ンスを保持するために、次の近似式（１）によりセラミ
ック基板２およびモリブデン板４の材料厚みを設定する
ことができる。 （α1−α2）×ｔ2×ε2＝（α1−α3）×ｔ3×ε3……（１）
【００２１】即ち、半田接合温度における銅材の伸び率
はセラミックおよびモリブデンよりも大きいため、接合
された銅ベース板１、セラミック基板２およびモリブデ
ン板４が常温に戻るときには、セラミック基板２とモリ
ブデン板４には圧縮応力（銅がセラミックと銅を圧縮す
る応力）、銅ベース板１には引張り応力（セラミックと
モリブデンが銅を引張る応力）が発生するが、このとき
銅ベース板１を引張る表裏の応力のバランスをとること
によって、反りは発生せず、平坦となる。
はセラミックおよびモリブデンよりも大きいため、接合
された銅ベース板１、セラミック基板２およびモリブデ
ン板４が常温に戻るときには、セラミック基板２とモリ
ブデン板４には圧縮応力（銅がセラミックと銅を圧縮す
る応力）、銅ベース板１には引張り応力（セラミックと
モリブデンが銅を引張る応力）が発生するが、このとき
銅ベース板１を引張る表裏の応力のバランスをとること
によって、反りは発生せず、平坦となる。
【００２２】従って、上記回路基板が装着されて完成し
たパワーモジュールを放熱フィン（図示せず）に取付け
た状態において、モリブデン板４と前記放熱フィンとが
密接し、半導体素子３の発熱は、セラミック基板２、銅
ベース板１およびモリブデン板４を介して前記放熱フィ
ンに効率よく熱伝導されて放熱される。
たパワーモジュールを放熱フィン（図示せず）に取付け
た状態において、モリブデン板４と前記放熱フィンとが
密接し、半導体素子３の発熱は、セラミック基板２、銅
ベース板１およびモリブデン板４を介して前記放熱フィ
ンに効率よく熱伝導されて放熱される。
【００２３】但し、通常は、銅ベース板１よりもセラミ
ック基板２の面積が小さいため、セラミック基板２が銅
ベース板１を引張る応力よりもモリブデン板４が銅ベー
ス板１を引張る応力の方が大きくなり、外側に凸形状の
反りになり易い。しかし、前記パワーモジュールを前記
放熱フィンにねじ締めにより取付けられる際に、若干の
前記凸形状の反りは、前記放熱フィンの表面に密着する
ように強制的に変形され易く、凹形状の反りに比較して
放熱特性に優れる。
ック基板２の面積が小さいため、セラミック基板２が銅
ベース板１を引張る応力よりもモリブデン板４が銅ベー
ス板１を引張る応力の方が大きくなり、外側に凸形状の
反りになり易い。しかし、前記パワーモジュールを前記
放熱フィンにねじ締めにより取付けられる際に、若干の
前記凸形状の反りは、前記放熱フィンの表面に密着する
ように強制的に変形され易く、凹形状の反りに比較して
放熱特性に優れる。
【００２４】実施の形態２．この発明の実施の形態２と
しての半導体装置としてのパワーモジュールにおける回
路基板を図３により説明する。図３は実施の形態２とし
ての回路基板の断面を示す模式図である。図３におい
て、銅ベース板１の一方の主面には、セラミック基板２
が半田７により接合され、セラミック基板２には半導体
素子３が半田付けにより実装されている。５は、銅ベー
ス板１の他方の主面、即ち、セラミック基板２が接合さ
れた主面とは反対の面に半田７により接合されたセラミ
ック基板２と同サイズの平面を有する第１の補助ベース
板としてのモリブデン板、６はモリブデン板５の周囲に
半田７により接合されている銅ベース板１と同一材質の
第２の補助ベース板としての銅枠板でモリブデン板５と
同一厚さのものである。
しての半導体装置としてのパワーモジュールにおける回
路基板を図３により説明する。図３は実施の形態２とし
ての回路基板の断面を示す模式図である。図３におい
て、銅ベース板１の一方の主面には、セラミック基板２
が半田７により接合され、セラミック基板２には半導体
素子３が半田付けにより実装されている。５は、銅ベー
ス板１の他方の主面、即ち、セラミック基板２が接合さ
れた主面とは反対の面に半田７により接合されたセラミ
ック基板２と同サイズの平面を有する第１の補助ベース
板としてのモリブデン板、６はモリブデン板５の周囲に
半田７により接合されている銅ベース板１と同一材質の
第２の補助ベース板としての銅枠板でモリブデン板５と
同一厚さのものである。
【００２５】図３に示した実施の形態２としての回路基
板は、銅ベース板１の両主面における対向する位置に、
それぞれ略同一の面積を有するセラミック基板２とモリ
ブデン板５とが接合されており、この両者の熱膨張係数
が実質的に等しい（α2≒α3）ので、この両者の厚さと
縦弾性係数の積が略等しくなる（ｔ2×ε2＝ｔ3×ε3）
ように設定することにより、そして、銅枠板６と銅ベー
ス板１が同一材料であるために熱膨張係数が等しく、銅
枠板６の存在による銅ベース板１の反り等の変形が生じ
ることがないから、銅ベース板１の表裏の応力のバラン
スを保持することが極めて容易であり、銅ベース板１に
は反り等の形状変形を生じない、もしくは、実用上無視
できる程度の回路基板が容易に得られる。
板は、銅ベース板１の両主面における対向する位置に、
それぞれ略同一の面積を有するセラミック基板２とモリ
ブデン板５とが接合されており、この両者の熱膨張係数
が実質的に等しい（α2≒α3）ので、この両者の厚さと
縦弾性係数の積が略等しくなる（ｔ2×ε2＝ｔ3×ε3）
ように設定することにより、そして、銅枠板６と銅ベー
ス板１が同一材料であるために熱膨張係数が等しく、銅
枠板６の存在による銅ベース板１の反り等の変形が生じ
ることがないから、銅ベース板１の表裏の応力のバラン
スを保持することが極めて容易であり、銅ベース板１に
は反り等の形状変形を生じない、もしくは、実用上無視
できる程度の回路基板が容易に得られる。
【００２６】また、図１〜図３に示した実施の形態１お
よび実施の形態２としての回路基板は、銅ベース板１に
おけるセラミック基板２が接合された側と反対側の主面
にはモリブデン板４、５が半田７により接合されている
が、この補助ベース板はモリブデン板４に限定されるも
のではなく、熱膨張係数が銅よりも小さい材質のもので
あればよく、好ましくは、熱膨張係数がセラミック板２
ａと実質的に等しい、例えば、鉄、アルミナ、窒化アル
ミ等、金属でもセラミックでも良く、特に縦弾性係数の
大きなものほど薄く形成できる。
よび実施の形態２としての回路基板は、銅ベース板１に
おけるセラミック基板２が接合された側と反対側の主面
にはモリブデン板４、５が半田７により接合されている
が、この補助ベース板はモリブデン板４に限定されるも
のではなく、熱膨張係数が銅よりも小さい材質のもので
あればよく、好ましくは、熱膨張係数がセラミック板２
ａと実質的に等しい、例えば、鉄、アルミナ、窒化アル
ミ等、金属でもセラミックでも良く、特に縦弾性係数の
大きなものほど薄く形成できる。
【００２７】さらに、図１に示した実施の形態１として
の回路基板は、銅ベース板１におけるセラミック基板２
が接合された側と反対側の主面には、銅ベース板１と同
一寸法の面積を有するモリブデン板４が接合されている
が、モリブデン板４は必ずしも銅ベース板１と同一寸法
の面積のものを接合する必要はなく、若干小さ目の寸法
であっても実用上、同様な効果が期待できる。
の回路基板は、銅ベース板１におけるセラミック基板２
が接合された側と反対側の主面には、銅ベース板１と同
一寸法の面積を有するモリブデン板４が接合されている
が、モリブデン板４は必ずしも銅ベース板１と同一寸法
の面積のものを接合する必要はなく、若干小さ目の寸法
であっても実用上、同様な効果が期待できる。
【００２８】なお、図３に示した実施の形態２としての
回路基板は、モリブデン板５の周囲に半田７により接合
されている銅ベース板１と同一材質の第２の補助ベース
板として銅枠板６を半田付けしたが、第２の補助ベース
板は銅ベース板１と必ずしも同一材料である必要はな
く、銅ベース板１と実質的に等しい熱膨張係数を有する
材料であれば同様な効果が得られる。
回路基板は、モリブデン板５の周囲に半田７により接合
されている銅ベース板１と同一材質の第２の補助ベース
板として銅枠板６を半田付けしたが、第２の補助ベース
板は銅ベース板１と必ずしも同一材料である必要はな
く、銅ベース板１と実質的に等しい熱膨張係数を有する
材料であれば同様な効果が得られる。
【００２９】また、図３に示した実施の形態２としての
回路基板は、モリブデン板５の周囲に、銅ベース板１と
略同一外形寸法のリング状をなす第２の補助ベース板と
しての銅枠板６を半田付けしたが、第２の補助ベース板
は必ずしもリング状をなす必要はなく、銅ベース板１の
主面上におけるモリブデン板５が接合されていない部分
を埋めるように接合されたものであればよく、さらに、
第２の補助ベース板が銅ベース板１と略同一外形寸法を
有する必要はなく、銅ベース板１よりも若干小さ目の寸
法であっても実用上、同様な効果が期待できる。
回路基板は、モリブデン板５の周囲に、銅ベース板１と
略同一外形寸法のリング状をなす第２の補助ベース板と
しての銅枠板６を半田付けしたが、第２の補助ベース板
は必ずしもリング状をなす必要はなく、銅ベース板１の
主面上におけるモリブデン板５が接合されていない部分
を埋めるように接合されたものであればよく、さらに、
第２の補助ベース板が銅ベース板１と略同一外形寸法を
有する必要はなく、銅ベース板１よりも若干小さ目の寸
法であっても実用上、同様な効果が期待できる。
【００３０】また、図３に示した実施の形態２としての
回路基板は、モリブデン板５の周囲に銅枠板６を半田付
けしたが、銅枠板６と銅ベース板１は同一材料であるた
め、接合方法については半田付けである必要はない。
回路基板は、モリブデン板５の周囲に銅枠板６を半田付
けしたが、銅枠板６と銅ベース板１は同一材料であるた
め、接合方法については半田付けである必要はない。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、金属
ベース板の一方の主面に半導体素子を実装した絶縁基板
を接合し、他方の主面における前記絶縁基板の接合面に
対向する面上に該絶縁基板と実質的に等しい熱膨張係数
を有する補助ベース板を接合したので、熱変化に対する
前記金属ベース板の表裏の応力のバランスを保持し、該
金属ベース板の他方の主面側、即ち、放熱フィンとの接
合面における凹形状の反りの発生を防止でき、放熱性の
良好な半導体装置が得られる効果がある。
ベース板の一方の主面に半導体素子を実装した絶縁基板
を接合し、他方の主面における前記絶縁基板の接合面に
対向する面上に該絶縁基板と実質的に等しい熱膨張係数
を有する補助ベース板を接合したので、熱変化に対する
前記金属ベース板の表裏の応力のバランスを保持し、該
金属ベース板の他方の主面側、即ち、放熱フィンとの接
合面における凹形状の反りの発生を防止でき、放熱性の
良好な半導体装置が得られる効果がある。
【００３２】また、金属ベース板の一方の主面に半導体
素子を実装した絶縁基板を接合し、他方の主面における
前記絶縁基板の接合面に対向する面上に、該絶縁基板と
実質的に等しい熱膨張係数を有すると共に該絶縁基板と
略同一サイズの接合面を有する第１の補助ベース板を接
合し、かつ、該第１の補助ベース板の周縁に、該第１の
補助ベース板と同じ厚みを有すると共に前記金属ベース
板と実質的に等しい熱膨張係数を有する第２の補助ベー
ス板を接合したので、熱変化に対する前記金属ベース板
の表裏の応力のバランスを保持することが極めて容易で
あり、反り等の形状変形が生じ難く、平坦な平面が容易
に得られ、放熱性の良好な半導体装置が得られる効果が
ある。
素子を実装した絶縁基板を接合し、他方の主面における
前記絶縁基板の接合面に対向する面上に、該絶縁基板と
実質的に等しい熱膨張係数を有すると共に該絶縁基板と
略同一サイズの接合面を有する第１の補助ベース板を接
合し、かつ、該第１の補助ベース板の周縁に、該第１の
補助ベース板と同じ厚みを有すると共に前記金属ベース
板と実質的に等しい熱膨張係数を有する第２の補助ベー
ス板を接合したので、熱変化に対する前記金属ベース板
の表裏の応力のバランスを保持することが極めて容易で
あり、反り等の形状変形が生じ難く、平坦な平面が容易
に得られ、放熱性の良好な半導体装置が得られる効果が
ある。
【００３３】さらに、第２の補助ベース板を金属ベース
板と同一材質としたので、これら両者の間に熱応力が作
用しないと共に前記第２の補助ベース板の熱伝導が極め
て良好であり、熱変化に対する前記金属ベース板の表裏
に発生する応力のバランスを保持することが容易であ
り、前記金属ベース板には反り等の形状変形が生じ難い
と共に、放熱性の極めて良好な半導体装置が得られる効
果がある。
板と同一材質としたので、これら両者の間に熱応力が作
用しないと共に前記第２の補助ベース板の熱伝導が極め
て良好であり、熱変化に対する前記金属ベース板の表裏
に発生する応力のバランスを保持することが容易であ
り、前記金属ベース板には反り等の形状変形が生じ難い
と共に、放熱性の極めて良好な半導体装置が得られる効
果がある。
【００３４】また、金属ベース板として銅板材を、絶縁
基板としてセラミック材を基板としたものを、補助ベー
ス板もしくは第１の補助ベース板としてモリブデン板材
を用いたので、前記セラミック材と前記モリブデン板材
との両者の熱膨張係数が略等しく、熱変化に対する前記
金属ベース板の表裏の応力のバランスを保持することが
極めて容易であり、前記金属ベース板には反り等の形状
変形が生じ難いと共に、前記銅板材、前記セラミック材
等が安価に得られ、かつ、加工容易であるため、放熱性
の極めて良好な半導体装置が安価に得られる効果があ
る。
基板としてセラミック材を基板としたものを、補助ベー
ス板もしくは第１の補助ベース板としてモリブデン板材
を用いたので、前記セラミック材と前記モリブデン板材
との両者の熱膨張係数が略等しく、熱変化に対する前記
金属ベース板の表裏の応力のバランスを保持することが
極めて容易であり、前記金属ベース板には反り等の形状
変形が生じ難いと共に、前記銅板材、前記セラミック材
等が安価に得られ、かつ、加工容易であるため、放熱性
の極めて良好な半導体装置が安価に得られる効果があ
る。
【図１】 本発明の実施の形態１としての半導体装置に
おける回路基板の平面図である。
おける回路基板の平面図である。
【図２】 図１に示した回路基板におけるＡ−Ａ断面を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図３】 本発明の実施の形態２としての半導体装置に
おける回路基板の断面を示す模式図である。
おける回路基板の断面を示す模式図である。
【図４】 従来の半導体装置における回路基板の断面を
示す模式図である。
示す模式図である。
【図５】 図４に示した回路基板の製造方法を説明した
断面を示す模式図である。
断面を示す模式図である。
【図６】 図４に示した回路基板の別の製造方法を説明
した断面を示す模式図である。
した断面を示す模式図である。
１ 銅ベース板、２ セラミック基板、２ａ セラミッ
ク板、２ｂ 銅箔パターン、２ｃ 銅箔回路パターン、
３ 半導体素子、４、５ モリブデン板、６ 銅枠板、
７ 半田
ク板、２ｂ 銅箔パターン、２ｃ 銅箔回路パターン、
３ 半導体素子、４、５ モリブデン板、６ 銅枠板、
７ 半田
Claims (4)
- 【請求項１】 金属ベース板と、一方の主面が前記金属
ベース板の一方の主面に接合され、他方の主面に半導体
素子を実装した絶縁基板とを備えた半導体装置におい
て、前記金属ベース板の他方の主面における前記絶縁基
板の接合面と対向する面上に該絶縁基板と実質的に等し
い熱膨張係数を有する補助ベース板を接合したことを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 金属ベース板と、一方の主面が前記金属
ベース板の一方の主面に接合され、他方の主面に半導体
素子を実装した絶縁基板とを備えた半導体装置におい
て、前記金属ベース板の他方の主面における前記絶縁基
板の接合面と対向する面上に、該絶縁基板と実質的に等
しい熱膨張係数を有すると共に該絶縁基板と略同一サイ
ズの接合面を有する第１の補助ベース板を接合し、か
つ、該第１の補助ベース板の周縁に、該第１の補助ベー
ス板と同じ厚みを有すると共に前記金属ベース板と実質
的に等しい熱膨張係数を有する第２の補助ベース板を接
合したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項３】 第２の補助ベース板は金属ベース板と同
一材質であることを特徴とする請求項２記載の半導体装
置。 - 【請求項４】 金属ベース板は銅板材からなり、絶縁基
板はセラミック材を基板とし、補助ベース板もしくは第
１の補助ベース板はモリブデン板材からなることを特徴
とする請求項１乃至請求項３記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13834599A JP2000332170A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13834599A JP2000332170A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332170A true JP2000332170A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15219760
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13834599A Pending JP2000332170A (ja) | 1999-05-19 | 1999-05-19 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000332170A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007141932A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Toyota Industries Corp | パワーモジュール用ベース |
| US7236367B2 (en) | 2001-08-31 | 2007-06-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Power electronics component |
| US7671467B2 (en) | 2006-05-12 | 2010-03-02 | Honda Motor Co., Ltd. | Power semiconductor module |
| JP2010182831A (ja) * | 2009-02-04 | 2010-08-19 | Toyota Industries Corp | 半導体装置 |
| CN110114872A (zh) * | 2016-12-22 | 2019-08-09 | 罗杰斯德国有限公司 | 用于电器件的载体衬底和用于制造载体衬底的方法 |
-
1999
- 1999-05-19 JP JP13834599A patent/JP2000332170A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7236367B2 (en) | 2001-08-31 | 2007-06-26 | Siemens Aktiengesellschaft | Power electronics component |
| JP2007141932A (ja) * | 2005-11-15 | 2007-06-07 | Toyota Industries Corp | パワーモジュール用ベース |
| US7671467B2 (en) | 2006-05-12 | 2010-03-02 | Honda Motor Co., Ltd. | Power semiconductor module |
| JP2010182831A (ja) * | 2009-02-04 | 2010-08-19 | Toyota Industries Corp | 半導体装置 |
| EP2224481A1 (en) | 2009-02-04 | 2010-09-01 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Semiconductor device |
| US8283773B2 (en) | 2009-02-04 | 2012-10-09 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Semiconductor device having anti-warping sheet |
| US8299606B2 (en) | 2009-02-04 | 2012-10-30 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Semiconductor device includes a ceramic substrate and heat sink |
| CN110114872A (zh) * | 2016-12-22 | 2019-08-09 | 罗杰斯德国有限公司 | 用于电器件的载体衬底和用于制造载体衬底的方法 |
| US11564307B2 (en) * | 2016-12-22 | 2023-01-24 | Rogers Germany Gmbh | Carrier substrate with a thick metal interlayer and a cooling structure |
| CN110114872B (zh) * | 2016-12-22 | 2023-08-04 | 罗杰斯德国有限公司 | 用于电器件的载体衬底和用于制造载体衬底的方法 |
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