JP2001189408A - 複合材料及びそれを用いた半導体装置用放熱板と半導体装置 - Google Patents
複合材料及びそれを用いた半導体装置用放熱板と半導体装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】熱膨張率が小さく、高い熱伝導率を有する銅複
合材料とそれを用いた半導体装置用放熱基板及び半導体
装置を提供する。 【解決手段】銅と酸化銅とを含み、酸化銅の大部分がア
スペクト比が５〜２０であること、好ましくは室温から
３００℃の線膨張係数が５×１０-6〜１７×１０-6／
℃、熱伝導率が１００〜３８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、その
配向方向の熱伝導率が配向方向に直角方向の熱伝導率よ
り高く、その差が５〜１２０Ｗ／ｍ・Ｋ、室温から300
℃における配向方向の線膨張係数が配向方向に直角方向
の線膨張係数よりも大であることを特徴とする複合材
料。
合材料とそれを用いた半導体装置用放熱基板及び半導体
装置を提供する。 【解決手段】銅と酸化銅とを含み、酸化銅の大部分がア
スペクト比が５〜２０であること、好ましくは室温から
３００℃の線膨張係数が５×１０-6〜１７×１０-6／
℃、熱伝導率が１００〜３８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、その
配向方向の熱伝導率が配向方向に直角方向の熱伝導率よ
り高く、その差が５〜１２０Ｗ／ｍ・Ｋ、室温から300
℃における配向方向の線膨張係数が配向方向に直角方向
の線膨張係数よりも大であることを特徴とする複合材
料。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、低熱膨張性と高熱
伝導性を有する銅複合材料及びそれを用いた放熱板と半
導体装置に関する。
伝導性を有する銅複合材料及びそれを用いた放熱板と半
導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子デバイスによる電力やエネルギーの
変換，制御に関連した技術、特にオン，オフモードで用
いられる電力用電子デバイスとその応用技術としての電
力変換システムがパワーエレクトロニクスである。
変換，制御に関連した技術、特にオン，オフモードで用
いられる電力用電子デバイスとその応用技術としての電
力変換システムがパワーエレクトロニクスである。
【０００３】電力変換のため、各種のオン，オフ機能を
持つ電力用半導体素子が用いられている。この半導体素
子としては、ｐｎ接合体を内蔵し、一方向のみの導電性
をもつ整流ダイオードをはじめ、種々のｐｎ接合の組合
せ構造により、サイリスタ，バイボーラトランジスタ，
ＭＯＳＦＥＴ等が実用化され、更には絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やゲート信号によりタ
ーンオフ機能を併せもつゲートターンオフサイリスタ
（ＧＴＯ）も開発されている。
持つ電力用半導体素子が用いられている。この半導体素
子としては、ｐｎ接合体を内蔵し、一方向のみの導電性
をもつ整流ダイオードをはじめ、種々のｐｎ接合の組合
せ構造により、サイリスタ，バイボーラトランジスタ，
ＭＯＳＦＥＴ等が実用化され、更には絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やゲート信号によりタ
ーンオフ機能を併せもつゲートターンオフサイリスタ
（ＧＴＯ）も開発されている。
【０００４】これらの電力用半導体素子は、通電により
発熱し、その高容量化，高速化に伴い発熱量も増大する
傾向にある。発熱に起因する半導体素子の特性劣化，短
寿命化を防止するためには、放熱部を設け、半導体素子
及びその近傍での温度上昇を抑制する必要がある。銅
は、熱伝導率が３９３Ｗ／ｍ・ｋと大きく、かつ低価格
であるため、放熱部材として一般に用いられている。し
かし、電力用半導体素子を備える半導体装置の放熱部材
は、熱膨張率が４.２×１０-6／℃ のＳｉと接合される
ため、熱膨張率がこれに近い放熱部材が望まれる。銅は
熱膨張率が１７×１０-6／℃と大きいため、半導体素子
との半田接合性は好ましくなく、ＭｏやＷといった熱膨
張率がＳｉと近い材料を放熱部材として用いたり、半導
体素子と放熱部材の間に設けたりしている。
発熱し、その高容量化，高速化に伴い発熱量も増大する
傾向にある。発熱に起因する半導体素子の特性劣化，短
寿命化を防止するためには、放熱部を設け、半導体素子
及びその近傍での温度上昇を抑制する必要がある。銅
は、熱伝導率が３９３Ｗ／ｍ・ｋと大きく、かつ低価格
であるため、放熱部材として一般に用いられている。し
かし、電力用半導体素子を備える半導体装置の放熱部材
は、熱膨張率が４.２×１０-6／℃ のＳｉと接合される
ため、熱膨張率がこれに近い放熱部材が望まれる。銅は
熱膨張率が１７×１０-6／℃と大きいため、半導体素子
との半田接合性は好ましくなく、ＭｏやＷといった熱膨
張率がＳｉと近い材料を放熱部材として用いたり、半導
体素子と放熱部材の間に設けたりしている。
【０００５】一方、電子回路を一つの半導体チップ上に
集積させた集積回路（ＩＣ）は、その機能に応じてメモ
リー，ロジック，マイクロプロセッサ等に分類される。
これらは電力用半導体素子に対し、電子用半導体素子と
呼ばれる。これらの半導体素子の集積度や演算速度は年
々増加し、それに伴い発熱量も増大している。ところ
で、一般に電子用半導体素子は、外気から遮断して故障
や劣化を防止する目的で、パッケージ内に収納されてい
る。この多くは、半導体素子がセラミックスにダイボン
ディングされ、密封されているセラミックスパッケージ
及び樹脂で封止されているプラスチックパッケージであ
る。また、高信頼性，高速化に対応するために、複数個
の半導体装置を一つの基板上に搭載したマルチチップモ
ジュール（ＭＣＭ）も製造されている。
集積させた集積回路（ＩＣ）は、その機能に応じてメモ
リー，ロジック，マイクロプロセッサ等に分類される。
これらは電力用半導体素子に対し、電子用半導体素子と
呼ばれる。これらの半導体素子の集積度や演算速度は年
々増加し、それに伴い発熱量も増大している。ところ
で、一般に電子用半導体素子は、外気から遮断して故障
や劣化を防止する目的で、パッケージ内に収納されてい
る。この多くは、半導体素子がセラミックスにダイボン
ディングされ、密封されているセラミックスパッケージ
及び樹脂で封止されているプラスチックパッケージであ
る。また、高信頼性，高速化に対応するために、複数個
の半導体装置を一つの基板上に搭載したマルチチップモ
ジュール（ＭＣＭ）も製造されている。
【０００６】プラスチックパッケージは、リードフレー
ムと半導体素子の端子がボンディングワイヤにより接続
され、これを樹脂で封止する構造になっている。近年
は、半導体素子の発熱量の増大に伴い、リードフレーム
に熱放散性を持たせたパッケージや熱放散のための放熱
板を搭載するパッケージも出現している。熱放散のため
には、熱伝導率の大きい銅系のリードフレームや放熱板
が多用されているが、Ｓｉとの熱膨張差による不具合が
懸念されている。
ムと半導体素子の端子がボンディングワイヤにより接続
され、これを樹脂で封止する構造になっている。近年
は、半導体素子の発熱量の増大に伴い、リードフレーム
に熱放散性を持たせたパッケージや熱放散のための放熱
板を搭載するパッケージも出現している。熱放散のため
には、熱伝導率の大きい銅系のリードフレームや放熱板
が多用されているが、Ｓｉとの熱膨張差による不具合が
懸念されている。
【０００７】一方、セラミックスパッケージは、配線が
プリントされたセラミック基板上に半導体素子が搭載さ
れ、金属やセラミックスのキャップで密封する構造を持
つ。さらに、セラミック基板にはＣｕ−ＭｏやＣｕ−Ｗ
の複合材料あるいはコバール合金などが接合され、放熱
板としてして用いられているが、それぞれの材料におい
て低熱膨張化あるいは高熱伝導化とともに加工性の向
上，低コストが要求されている。
プリントされたセラミック基板上に半導体素子が搭載さ
れ、金属やセラミックスのキャップで密封する構造を持
つ。さらに、セラミック基板にはＣｕ−ＭｏやＣｕ−Ｗ
の複合材料あるいはコバール合金などが接合され、放熱
板としてして用いられているが、それぞれの材料におい
て低熱膨張化あるいは高熱伝導化とともに加工性の向
上，低コストが要求されている。
【０００８】ＭＣＭはＳｉ，金属、あるいはセラミック
スの基板上に形成された薄膜配線に複数個の半導体素子
をベアチップで搭載し、これをセラミックスパッケージ
に入れ、リッドで封止する構造を持つ。放熱性が要求さ
れる場合には、パッケージに放熱板や放熱フィンを設置
する。金属製の基板材料として、銅やアルミニウムが使
用されており、これらは熱伝導度が高いという長所を持
つが、熱膨張係数が大きく半導体素子との整合性が悪
い。このため、低信頼性ＭＣＭの基板にはＳｉや窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）が用いられている。また、放熱板
はセラミックスパッケージと接合されるため、熱膨張率
の点でパッケージ材料と整合性が良く、熱伝導率が大き
な材料が望まれている。
スの基板上に形成された薄膜配線に複数個の半導体素子
をベアチップで搭載し、これをセラミックスパッケージ
に入れ、リッドで封止する構造を持つ。放熱性が要求さ
れる場合には、パッケージに放熱板や放熱フィンを設置
する。金属製の基板材料として、銅やアルミニウムが使
用されており、これらは熱伝導度が高いという長所を持
つが、熱膨張係数が大きく半導体素子との整合性が悪
い。このため、低信頼性ＭＣＭの基板にはＳｉや窒化ア
ルミニウム（ＡｌＮ）が用いられている。また、放熱板
はセラミックスパッケージと接合されるため、熱膨張率
の点でパッケージ材料と整合性が良く、熱伝導率が大き
な材料が望まれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、半導体
素子を搭載した半導体装置は、いずれもその動作におい
て熱を発生し、蓄熱されると半導体素子の機能を損ねる
恐れがある。このため、発生する熱を外部に放散するた
めの熱伝導性に優れた放熱板が必要となる。放熱板は、
直接あるいは絶縁層を介して半導体素子と接合されるた
め、熱伝導性だけでなく、熱膨張の点でも半導体素子と
の整合性が要求される。
素子を搭載した半導体装置は、いずれもその動作におい
て熱を発生し、蓄熱されると半導体素子の機能を損ねる
恐れがある。このため、発生する熱を外部に放散するた
めの熱伝導性に優れた放熱板が必要となる。放熱板は、
直接あるいは絶縁層を介して半導体素子と接合されるた
め、熱伝導性だけでなく、熱膨張の点でも半導体素子と
の整合性が要求される。
【００１０】現在用いられている半導体素子は、主にＳ
ｉ及びＧａＡｓである。これらの熱膨張係数は、それぞ
れ２.６×１０-6〜３.６×１０-6／℃，５.７×１０-6
〜６．９×１０−６／℃である。これらに近い熱膨張係
数をもつ放熱板材料には、従来よりＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｃｕ−Ｗ等が知られているが、これらは単一材
料であるため、熱伝達係数と熱伝導率を任意にコントロ
ールする事は困難であるとともに、加工性に乏しくコス
トが高いという問題がある。
ｉ及びＧａＡｓである。これらの熱膨張係数は、それぞ
れ２.６×１０-6〜３.６×１０-6／℃，５.７×１０-6
〜６．９×１０−６／℃である。これらに近い熱膨張係
数をもつ放熱板材料には、従来よりＡｌＮ，ＳｉＣ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｃｕ−Ｗ等が知られているが、これらは単一材
料であるため、熱伝達係数と熱伝導率を任意にコントロ
ールする事は困難であるとともに、加工性に乏しくコス
トが高いという問題がある。
【００１１】最近になって、放熱板材料としてＡｌ−Ｓ
ｉＣが提案されている。これはＡｌとＳｉＣの複合材で
あり、両成分の比率を変えることによって熱伝達係数及
び熱伝導率を広範囲にコントロールできるが、加工性が
非常に悪く、コストが高いという問題がある。特開平8
−78578号公報にはＣｕ−Ｍｏ焼結合金、特開平9− 18
1220 号公報にはＣｕ−Ｗ−Ｎｉ凝結合金、特開平9−20
9058号公報にはＣｕ−ＳｉＣ焼結合金、特開平9−15773
号公報にはＡｌ−ＳｉＣが提案されている。これらの従
来公知の粉末冶金法による複合材は、両成分の比率を変
えることによって熱膨張率及び熱伝導率を広範囲にコン
トロールできるが、強度や塑性加工性が低く、薄板の製
造が困難であり、さらに粉末製造に関わるコスト高，製
造工程の増加等の問題がある。
ｉＣが提案されている。これはＡｌとＳｉＣの複合材で
あり、両成分の比率を変えることによって熱伝達係数及
び熱伝導率を広範囲にコントロールできるが、加工性が
非常に悪く、コストが高いという問題がある。特開平8
−78578号公報にはＣｕ−Ｍｏ焼結合金、特開平9− 18
1220 号公報にはＣｕ−Ｗ−Ｎｉ凝結合金、特開平9−20
9058号公報にはＣｕ−ＳｉＣ焼結合金、特開平9−15773
号公報にはＡｌ−ＳｉＣが提案されている。これらの従
来公知の粉末冶金法による複合材は、両成分の比率を変
えることによって熱膨張率及び熱伝導率を広範囲にコン
トロールできるが、強度や塑性加工性が低く、薄板の製
造が困難であり、さらに粉末製造に関わるコスト高，製
造工程の増加等の問題がある。
【００１２】本発明は、低熱膨張・高熱伝導性で、かつ
塑性加工性に優れた複合材料及びそれを用いた半導体装
置とその放熱板を提供することを目的とする。
塑性加工性に優れた複合材料及びそれを用いた半導体装
置とその放熱板を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、種々検討
を重ねた結果、高熱伝導性のＣｕと低熱膨張性のCu2Oを
複合化して、かつＣｕ2Ｏ を棒状として一方向に配向さ
せて分散させることにより、上記問題点を解決できるこ
とを見いだした。
を重ねた結果、高熱伝導性のＣｕと低熱膨張性のCu2Oを
複合化して、かつＣｕ2Ｏ を棒状として一方向に配向さ
せて分散させることにより、上記問題点を解決できるこ
とを見いだした。
【００１４】本発明は、銅と酸化銅を有する複合材料で
あって、前記酸化銅は好ましくはアイランド状に分散
し、かつ該アイランドの５０％以上がアスペクト比が３
以上で、その長手方向が一方向に配向することを特徴と
する複合材料にある。
あって、前記酸化銅は好ましくはアイランド状に分散
し、かつ該アイランドの５０％以上がアスペクト比が３
以上で、その長手方向が一方向に配向することを特徴と
する複合材料にある。
【００１５】本発明は、銅と酸化銅を有する複合材料に
おいて、前記酸化銅は１０〜５５体積％でアイランド状
に分散し、該アイランドの５０％以上がアスペクト比が
３〜２０で、かつ６０％以上のアイランドの長手方向が
一方向に配向することを特徴とする複合材料にある。
おいて、前記酸化銅は１０〜５５体積％でアイランド状
に分散し、該アイランドの５０％以上がアスペクト比が
３〜２０で、かつ６０％以上のアイランドの長手方向が
一方向に配向することを特徴とする複合材料にある。
【００１６】本発明は、銅と酸化銅を有する複合材料に
おいて、前記酸化銅は１０〜５５体積％でアイランド状
に分散し、該アイランドの５０％以上がアスペクト比が
３〜２０で、かつ６０％以上のアイランドの長手方向が
一方向に配向し、さらに室温から３００℃の線膨張係数
が５×１０-6〜１７×１０-6／℃で熱伝導率が１００〜
３８０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする複合材料にあ
る。
おいて、前記酸化銅は１０〜５５体積％でアイランド状
に分散し、該アイランドの５０％以上がアスペクト比が
３〜２０で、かつ６０％以上のアイランドの長手方向が
一方向に配向し、さらに室温から３００℃の線膨張係数
が５×１０-6〜１７×１０-6／℃で熱伝導率が１００〜
３８０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特徴とする複合材料にあ
る。
【００１７】本発明は、銅と酸化銅を有する複合材料に
おいて、前記酸化銅は１０〜５５体積％でアイランド状
に分散し、該アイランドの５０％以上がアスペクト比が
３〜２０で、かつ６０％以上のアイランドの長手方向が
一方向に配向し、さらに室温から３００℃の線膨張係数
が好ましくは５×１０-6〜１７×１０-6／℃及び熱伝導
率が１００〜３８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、また配向方向の
熱伝導率が配向方向に直角方向の熱伝導率より高く、そ
の比が１.０５〜２.５倍で、その差が好ましくは５〜１
２０Ｗ／ｍ・Ｋでかつ配向方向の室温から３００℃にお
ける線膨張係数が配向方向に直角方向の線膨張係数より
も大で、好ましくは１.１〜２.０倍であることを特徴と
する複合材料にある。
おいて、前記酸化銅は１０〜５５体積％でアイランド状
に分散し、該アイランドの５０％以上がアスペクト比が
３〜２０で、かつ６０％以上のアイランドの長手方向が
一方向に配向し、さらに室温から３００℃の線膨張係数
が好ましくは５×１０-6〜１７×１０-6／℃及び熱伝導
率が１００〜３８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、また配向方向の
熱伝導率が配向方向に直角方向の熱伝導率より高く、そ
の比が１.０５〜２.５倍で、その差が好ましくは５〜１
２０Ｗ／ｍ・Ｋでかつ配向方向の室温から３００℃にお
ける線膨張係数が配向方向に直角方向の線膨張係数より
も大で、好ましくは１.１〜２.０倍であることを特徴と
する複合材料にある。
【００１８】本発明は、前記複合材料において、銅中に
共晶酸化銅が分散することを特徴とする複合材料にあ
る。また前記複合材料において、その表面に厚さ５０μ
ｍ以下の銅層を有することを特徴とする複合材料にあ
る。
共晶酸化銅が分散することを特徴とする複合材料にあ
る。また前記複合材料において、その表面に厚さ５０μ
ｍ以下の銅層を有することを特徴とする複合材料にあ
る。
【００１９】本発明は、前記複合材料よりなることを特
徴とする半導体装置用放熱板にある。また前記半導体装
置用放熱板において、表面にＡｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｒ，
Ａｌ，Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｂのうち少なくとも一つのめっき
層を有することを特徴とする半導体装置用放熱板にあ
る。
徴とする半導体装置用放熱板にある。また前記半導体装
置用放熱板において、表面にＡｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｃｒ，
Ａｌ，Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｂのうち少なくとも一つのめっき
層を有することを特徴とする半導体装置用放熱板にあ
る。
【００２０】本発明は、放熱板上に搭載された絶縁基板
及び該絶縁基板上に搭載された半導体素子を有する半導
体装置において、前記放熱板は前述に記載の放熱板より
なることを特徴とする。
及び該絶縁基板上に搭載された半導体素子を有する半導
体装置において、前記放熱板は前述に記載の放熱板より
なることを特徴とする。
【００２１】本発明は、放熱板上に搭載された半導体素
子と、前記放熱板に接続されたリードフレームと、該リ
ードフレームと半導体素子とを電気的に接続する金属ワ
イヤとを備え、前記半導体素子を樹脂封止した半導体装
置において、前記放熱板は前述に記載の放熱板よりなる
ことを特徴とする。
子と、前記放熱板に接続されたリードフレームと、該リ
ードフレームと半導体素子とを電気的に接続する金属ワ
イヤとを備え、前記半導体素子を樹脂封止した半導体装
置において、前記放熱板は前述に記載の放熱板よりなる
ことを特徴とする。
【００２２】本発明は、放熱板上に搭載された半導体素
子と、前記放熱板に接続されたリードフレームと、該リ
ードフレームと半導体素子とを電気的に接続する金属ワ
イヤとを備え、前記半導体素子を樹脂封止するととも
に、前記放熱板の少なくとも前記素子の接合面に対して
反対の面側かが開放されている半導体装置において、前
記放熱板は前述に記載の放熱板よりなることを特徴とす
る。
子と、前記放熱板に接続されたリードフレームと、該リ
ードフレームと半導体素子とを電気的に接続する金属ワ
イヤとを備え、前記半導体素子を樹脂封止するととも
に、前記放熱板の少なくとも前記素子の接合面に対して
反対の面側かが開放されている半導体装置において、前
記放熱板は前述に記載の放熱板よりなることを特徴とす
る。
【００２３】本発明は、放熱板上に搭載された半導体素
子と、外部配線接続用ピンを有し、中央部に前記素子を
収納する開放空間を有するセラミックス多層配線基板
と、前記素子と基板の端子とを電気的に接続する金属ワ
イヤとを備え、前記素子を前記空間に設置するように前
記放熱板と前記基板とを接合するとともに前記基板をリ
ッドによって接合し前記素子を大気より遮断する半導体
装置において、前記放熱板は前述に記載の放熱板よりな
ることを特徴とする。
子と、外部配線接続用ピンを有し、中央部に前記素子を
収納する開放空間を有するセラミックス多層配線基板
と、前記素子と基板の端子とを電気的に接続する金属ワ
イヤとを備え、前記素子を前記空間に設置するように前
記放熱板と前記基板とを接合するとともに前記基板をリ
ッドによって接合し前記素子を大気より遮断する半導体
装置において、前記放熱板は前述に記載の放熱板よりな
ることを特徴とする。
【００２４】本発明は、放熱板上に搭載された半導体素
子と、外部配線接続用端子を有し、中央部に前記素子を
収納する凹部を有するセラミックス多層配線基板と、前
記素子と基板の端子とを電気的に接続する金属ワイヤと
を備え、前記素子を前記凹部に設置するように前記放熱
板と前記基板の凹部とを接合するとともに前記基板をリ
ッドによって接合し前記素子を大気より遮断する半導体
装置において、前記放熱板は前述に記載の放熱板よりな
ることを特徴とする。
子と、外部配線接続用端子を有し、中央部に前記素子を
収納する凹部を有するセラミックス多層配線基板と、前
記素子と基板の端子とを電気的に接続する金属ワイヤと
を備え、前記素子を前記凹部に設置するように前記放熱
板と前記基板の凹部とを接合するとともに前記基板をリ
ッドによって接合し前記素子を大気より遮断する半導体
装置において、前記放熱板は前述に記載の放熱板よりな
ることを特徴とする。
【００２５】本発明は、放熱板上に熱伝導性樹脂によっ
て接合された半導体素子と、セラミックス絶縁基板に接
合されたリードフレームと、前記素子とリードフレーム
とを電気的に接続するＴＡＢとを備え、前記放熱板と絶
縁基板とを接合し前記素子を大気より遮断するとともに
前記素子と絶縁基板との間に熱伝導性樹脂弾性体を介在
させた半導体装置において、前記放熱板は前述に記載の
放熱板よりなることを特徴とする。
て接合された半導体素子と、セラミックス絶縁基板に接
合されたリードフレームと、前記素子とリードフレーム
とを電気的に接続するＴＡＢとを備え、前記放熱板と絶
縁基板とを接合し前記素子を大気より遮断するとともに
前記素子と絶縁基板との間に熱伝導性樹脂弾性体を介在
させた半導体装置において、前記放熱板は前述に記載の
放熱板よりなることを特徴とする。
【００２６】本発明は、第１の放熱板上に金属によって
接合された半導体素子と、接地板が接合された第２の放
熱板の前記接地板上に前記第１の放熱板を搭載し、前記
素子の端子に電気的に接続したＴＡＢとを備え、前記素
子を樹脂封止した半導体装置において、前記放熱板は前
述に記載の放熱板よりなることを特徴とする。
接合された半導体素子と、接地板が接合された第２の放
熱板の前記接地板上に前記第１の放熱板を搭載し、前記
素子の端子に電気的に接続したＴＡＢとを備え、前記素
子を樹脂封止した半導体装置において、前記放熱板は前
述に記載の放熱板よりなることを特徴とする。
【００２７】第一酸化銅の体積分率は１０〜５５体積％
の間で目的とする熱伝導率と線膨張係数にあわせて選択
すればよい。また第一酸化銅の形状は一つ一つが独立し
て存在し、かつ棒状アイランドであり、そのアスペクト
比は５以上であればよい。望ましくは、アスペクト比は
５〜２０程度がよい。さらに８０％以上のアイランドの
長手方向は一方向に配向していることが望ましく、その
配向性のばらつきは１０°以内であることがよい。この
ように銅中に単純に第一酸化銅を分散させるのではな
く、その分布形態を制御することにより、熱伝導率と線
膨張係数のバランスに優れた複合材料を提供できる。室
温から３００℃の線膨張係数及び熱伝導率を含有量と加
工率によって制御可能であり、また分布形態の制御によ
り配向方向の熱伝導率と配向方向に直角方向の熱伝導率
との違いを目的に応じて酸化銅の配向方向の配置を定め
ることができる。さらに本発明に係わる複合材料は、前
記に加えて銅中に共晶酸化銅が分散してもよく、またそ
の表面に厚さ５０μｍ以下の銅層を有してもよい。
の間で目的とする熱伝導率と線膨張係数にあわせて選択
すればよい。また第一酸化銅の形状は一つ一つが独立し
て存在し、かつ棒状アイランドであり、そのアスペクト
比は５以上であればよい。望ましくは、アスペクト比は
５〜２０程度がよい。さらに８０％以上のアイランドの
長手方向は一方向に配向していることが望ましく、その
配向性のばらつきは１０°以内であることがよい。この
ように銅中に単純に第一酸化銅を分散させるのではな
く、その分布形態を制御することにより、熱伝導率と線
膨張係数のバランスに優れた複合材料を提供できる。室
温から３００℃の線膨張係数及び熱伝導率を含有量と加
工率によって制御可能であり、また分布形態の制御によ
り配向方向の熱伝導率と配向方向に直角方向の熱伝導率
との違いを目的に応じて酸化銅の配向方向の配置を定め
ることができる。さらに本発明に係わる複合材料は、前
記に加えて銅中に共晶酸化銅が分散してもよく、またそ
の表面に厚さ５０μｍ以下の銅層を有してもよい。
【００２８】本発明に係る複合材料は、銅及び酸化銅か
らなる原料を粉末冶金法もしくは鋳造法で作製した後、
熱間で塑性加工し、最後に焼鈍することにより作製され
る。塑性加工は押出し，圧延，鍛造，スエージング等の
方法で断面減少率で５０％以上の塑性加工を施すのが好
ましい。相対密度は１００％とするものである。
らなる原料を粉末冶金法もしくは鋳造法で作製した後、
熱間で塑性加工し、最後に焼鈍することにより作製され
る。塑性加工は押出し，圧延，鍛造，スエージング等の
方法で断面減少率で５０％以上の塑性加工を施すのが好
ましい。相対密度は１００％とするものである。
【００２９】また本発明に係わる放熱板は、前記複合材
料から板厚方向が第一酸化銅の配向方向に平行となるよ
うに切出せばよい。これにより放熱板の板厚方向の熱伝
導率はそれに直角な方向よりも大きく、かつ放熱板の面
内の線膨張係数はそれに直角な方向よりも小さくなる。
したがって放熱板は熱放散性が向上し、かつ絶縁基板も
しくはチップとの線膨張係数の整合性が向上し、モジュ
ールの高信頼性化が図れる。
料から板厚方向が第一酸化銅の配向方向に平行となるよ
うに切出せばよい。これにより放熱板の板厚方向の熱伝
導率はそれに直角な方向よりも大きく、かつ放熱板の面
内の線膨張係数はそれに直角な方向よりも小さくなる。
したがって放熱板は熱放散性が向上し、かつ絶縁基板も
しくはチップとの線膨張係数の整合性が向上し、モジュ
ールの高信頼性化が図れる。
【００３０】
【発明の実施の形態】（実施例１）Ｃｕインゴットを大
気中にて溶解した後、３０体積％の酸化銅(Ｃｕ2Ｏ）を
添加し溶解した。これを金型鋳造した後、温度９００℃
で押出しを行った。加工度は断面減少率で５０〜９０％
まで行った。１パス毎の断面減少率は５％とし、割れを
防止した。断面減少率が大きくなるに連れて、表１に示
す様に線膨張係数及び熱伝導率には異方性が生じる。表
１に記したＬ方向とは、延伸方向であり、Ｃ方向とは、
Ｌ方向と垂直な方向を示し、以下同様の表現を用いる。
図１にＬ方向に平行な断面のミクロ組織と断面減少率の
関係を示す。また図２にＣ方向に平行な断面のミクロ組
織と断面減少率の関係を示す。５０％が１００倍，９０
％が５０倍である。断面減少率が大きくなるに連れて、
個々の酸化銅は微細になるとともに、アスペクト比はほ
とんどが３以上で、大きくなり、またその配向方向は延
伸方向に近づいていく。図１に示す９０％のものの棒径
は２０μｍ以下で、１〜１０μｍがほとんどである。長
さは１００μｍ以上のものが１５個であった。この視野
は７１０×４８０μｍである。断面減少率が高くなるに
つれて、配向はより顕著となり、Ｌ方向の熱伝導率が高
くなるが、逆にＣ方向のそれが低くなり、Ｌ方向の線膨
張係数が大きくなり、逆にＣ方向のそれは小さくなる。
その結果、Ｌ方向の熱伝導率は３５１Ｗ／ｍ・Ｋまで上
昇し、Ｃ方向との比率が１.０５以上で、最大１.７７で
あった。一方、線膨張係数はＣ方向で１０.４×１０-6
／℃となった。
気中にて溶解した後、３０体積％の酸化銅(Ｃｕ2Ｏ）を
添加し溶解した。これを金型鋳造した後、温度９００℃
で押出しを行った。加工度は断面減少率で５０〜９０％
まで行った。１パス毎の断面減少率は５％とし、割れを
防止した。断面減少率が大きくなるに連れて、表１に示
す様に線膨張係数及び熱伝導率には異方性が生じる。表
１に記したＬ方向とは、延伸方向であり、Ｃ方向とは、
Ｌ方向と垂直な方向を示し、以下同様の表現を用いる。
図１にＬ方向に平行な断面のミクロ組織と断面減少率の
関係を示す。また図２にＣ方向に平行な断面のミクロ組
織と断面減少率の関係を示す。５０％が１００倍，９０
％が５０倍である。断面減少率が大きくなるに連れて、
個々の酸化銅は微細になるとともに、アスペクト比はほ
とんどが３以上で、大きくなり、またその配向方向は延
伸方向に近づいていく。図１に示す９０％のものの棒径
は２０μｍ以下で、１〜１０μｍがほとんどである。長
さは１００μｍ以上のものが１５個であった。この視野
は７１０×４８０μｍである。断面減少率が高くなるに
つれて、配向はより顕著となり、Ｌ方向の熱伝導率が高
くなるが、逆にＣ方向のそれが低くなり、Ｌ方向の線膨
張係数が大きくなり、逆にＣ方向のそれは小さくなる。
その結果、Ｌ方向の熱伝導率は３５１Ｗ／ｍ・Ｋまで上
昇し、Ｃ方向との比率が１.０５以上で、最大１.７７で
あった。一方、線膨張係数はＣ方向で１０.４×１０-6
／℃となった。
【００３１】
【表１】
【００３２】（実施例２）表２にＣｕ−４０vol.％Ｃｕ
2Ｏ 組成の線膨張係数と熱伝導率の値を示す。まずＣｕ
粉と酸化銅粉を混合した後、冷間プレスして、これを９
５０℃×３時間焼結した後、温度９５０℃でスエージン
グを行った。加工度は断面減少率で９０％まで行った。
図３にＬ方向に平行な断面の１００倍のミクロ組織を示
す。その結果、Ｌ方向の熱伝導率はＣ方向のそれより
１.７５ 倍と高く、２６７Ｗ／ｍ・Ｋまで上昇した。一
方、線膨張係数はＬ方向は大きいがＣ方向で７.８×１
０-6／℃と小さくなった。酸化銅の塊となっているもの
は５０μｍ以下であり、その９５％以上は２０μｍ以下
である。
2Ｏ 組成の線膨張係数と熱伝導率の値を示す。まずＣｕ
粉と酸化銅粉を混合した後、冷間プレスして、これを９
５０℃×３時間焼結した後、温度９５０℃でスエージン
グを行った。加工度は断面減少率で９０％まで行った。
図３にＬ方向に平行な断面の１００倍のミクロ組織を示
す。その結果、Ｌ方向の熱伝導率はＣ方向のそれより
１.７５ 倍と高く、２６７Ｗ／ｍ・Ｋまで上昇した。一
方、線膨張係数はＬ方向は大きいがＣ方向で７.８×１
０-6／℃と小さくなった。酸化銅の塊となっているもの
は５０μｍ以下であり、その９５％以上は２０μｍ以下
である。
【００３３】
【表２】
【００３４】（実施例３）表３にＣｕ−５０vol.％Ｃｕ
2Ｏ 組成の線膨張係数と熱伝導率の値を示す。作製方法
は実施例２と同様とした。加工度は断面減少率で９０％
まで行った。図４にＬ方向に平行な断面の１００倍のミ
クロ組織を示す。その結果、Ｌ方向の熱伝導率はＣ方向
のそれより２.２２ 倍と高く、２１８Ｗ／ｍ・Ｋまで上
昇した。一方、線膨張係数はＣ方向で６.１×１０-6／
℃ となった。酸化銅の塊は１００μｍ以下の大きさで
あり、塊のほとんどは２０μｍ以下である。
2Ｏ 組成の線膨張係数と熱伝導率の値を示す。作製方法
は実施例２と同様とした。加工度は断面減少率で９０％
まで行った。図４にＬ方向に平行な断面の１００倍のミ
クロ組織を示す。その結果、Ｌ方向の熱伝導率はＣ方向
のそれより２.２２ 倍と高く、２１８Ｗ／ｍ・Ｋまで上
昇した。一方、線膨張係数はＣ方向で６.１×１０-6／
℃ となった。酸化銅の塊は１００μｍ以下の大きさで
あり、塊のほとんどは２０μｍ以下である。
【００３５】
【表３】
【００３６】（実施例４）実施例３の素材の延伸方向に
垂直な面で切出した複合材料の表面をＣｕめっきした
後、Ｎｉ電解めっきした放熱板を得た。このとき放熱板
の板厚方向と前記酸化銅の長手方向の配向方向とは平行
である。このとき放熱板の板厚方向の熱伝導率は２６７
Ｗ／ｍ・Ｋ、面内の線膨張係数は７.８×１０-6／℃ で
ある。本放熱板は、表面にＣｕめっきによるＣｕ層があ
るため、モジュールとしてチップを積層した場合、チッ
プからの熱流は、いったん放熱板の面内でＣｕめっき層
全体に広がり、その後板厚方向に拡散する。
垂直な面で切出した複合材料の表面をＣｕめっきした
後、Ｎｉ電解めっきした放熱板を得た。このとき放熱板
の板厚方向と前記酸化銅の長手方向の配向方向とは平行
である。このとき放熱板の板厚方向の熱伝導率は２６７
Ｗ／ｍ・Ｋ、面内の線膨張係数は７.８×１０-6／℃ で
ある。本放熱板は、表面にＣｕめっきによるＣｕ層があ
るため、モジュールとしてチップを積層した場合、チッ
プからの熱流は、いったん放熱板の面内でＣｕめっき層
全体に広がり、その後板厚方向に拡散する。
【００３７】以後、本発明の銅複合材料を放熱板とした
実施例について述べるが、その組織配向はすべて放熱板
の板厚方向がＬ方向のもので、かつＣｕめっき層を有す
るものである。
実施例について述べるが、その組織配向はすべて放熱板
の板厚方向がＬ方向のもので、かつＣｕめっき層を有す
るものである。
【００３８】（実施例５）本発明の銅複合材料を、パワ
ー半導体素子の内、ＩＧＢＴ（Insulated GateBipolar
Transistor；以下ＩＧＢＴと略す）モジュールの放熱板
（ベース板）に適用した実施例を述べる。
ー半導体素子の内、ＩＧＢＴ（Insulated GateBipolar
Transistor；以下ＩＧＢＴと略す）モジュールの放熱板
（ベース板）に適用した実施例を述べる。
【００３９】図５はモジュール内部の平面図、図６はモ
ジュールの一部の断面図を示す。
ジュールの一部の断面図を示す。
【００４０】ＩＧＢＴ素子１０１４個とダイオード素子
１０２２個は半田２０１により銅箔２０２，２０３を図
示していない銀ろう材でＡｌＮ板２０４に接合したＡｌ
Ｎ基板１０３に接続される。ＡｌＮ基板１０３上にはエ
ミッタ配線１０４とコレクタ配線１０５，ゲート配線１
０６の領域が形成されており、ＩＧＢＴ素子１０１とダ
イオード素子１０２は、コレクタ配線１０５領域に半田
付けされる。各素子からは、金属ワイヤ１０７によって
エミッタ配線１０４に接続される。また、ゲート配線１
０６領域上には抵抗素子１０８が配置され、ＩＧＢＴ素
子１０１のゲートパッドから金属ワイヤ１０７によって
抵抗素子１０８に接続される。半導体素子を搭載したＡ
ｌＮ基板１０３の６基板は、半田２０６によって本発明
の係るＣｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金からなるベース材１０９に接
続される。各絶縁基板間は、端子２０６と樹脂性のケー
ス２０７が一体になったケースブロック２０８の端子２
０６とＡｌＮ基板１０３を半田２０９によって配線す
る。また、ケース２０７とベース１０９はシリコーンゴ
ム系接着剤２１０によって接続される。ケースブロック
２０８からの端子接続は、主端子が各ＡｌＮ基板１０３
上でエミッタ端子接続位置１１０，エミッタセンス端子
接続位置１１１，コレクタ接続端子位置１１２が各々２
箇所、ゲート端子接続位置１１３が１箇所で接続され
る。次に、樹脂注入口を持ったケース蓋２１１から端子
全面が被覆されるようシリコーンゲル２１２を注入し、
その後熱硬化型エポキシ樹脂２１３を全面に注入してモ
ジュールを完成させる。ベース材１０９は、酸化銅の長
手方向がその平板面と平行に図５の左右に配向している
のが好ましい。
１０２２個は半田２０１により銅箔２０２，２０３を図
示していない銀ろう材でＡｌＮ板２０４に接合したＡｌ
Ｎ基板１０３に接続される。ＡｌＮ基板１０３上にはエ
ミッタ配線１０４とコレクタ配線１０５，ゲート配線１
０６の領域が形成されており、ＩＧＢＴ素子１０１とダ
イオード素子１０２は、コレクタ配線１０５領域に半田
付けされる。各素子からは、金属ワイヤ１０７によって
エミッタ配線１０４に接続される。また、ゲート配線１
０６領域上には抵抗素子１０８が配置され、ＩＧＢＴ素
子１０１のゲートパッドから金属ワイヤ１０７によって
抵抗素子１０８に接続される。半導体素子を搭載したＡ
ｌＮ基板１０３の６基板は、半田２０６によって本発明
の係るＣｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金からなるベース材１０９に接
続される。各絶縁基板間は、端子２０６と樹脂性のケー
ス２０７が一体になったケースブロック２０８の端子２
０６とＡｌＮ基板１０３を半田２０９によって配線す
る。また、ケース２０７とベース１０９はシリコーンゴ
ム系接着剤２１０によって接続される。ケースブロック
２０８からの端子接続は、主端子が各ＡｌＮ基板１０３
上でエミッタ端子接続位置１１０，エミッタセンス端子
接続位置１１１，コレクタ接続端子位置１１２が各々２
箇所、ゲート端子接続位置１１３が１箇所で接続され
る。次に、樹脂注入口を持ったケース蓋２１１から端子
全面が被覆されるようシリコーンゲル２１２を注入し、
その後熱硬化型エポキシ樹脂２１３を全面に注入してモ
ジュールを完成させる。ベース材１０９は、酸化銅の長
手方向がその平板面と平行に図５の左右に配向している
のが好ましい。
【００４１】表４に一般的に使用されるベース材と、本
発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金材でＣｕ−４０体積％Ｃｕ2
Ｏの熱膨張係数と熱伝導率を示す。Ｃｕ−Ｃｕ2Ｏベー
ス材料を用いた半導体素子は、一般的に使用されるＣｕ
ベースのモジュールに比べて熱膨張係数が小さく、Ａｌ
Ｎ基板１０３とベース１０９を接続する半田２０９の信
頼性を向上させることができる。その一方で、過酷な使
用環境下で半田１０６の信頼性を向上させるために使用
されるＭｏやＡｌ−ＳｉＣベースは、Ｃｕ−Cu2Oベース
を用いた半導体素子に比べて熱膨張係数は小さいが、熱
伝導率も小さく、モジュールの熱抵抗が大きくなる問題
が生じる。本実施例のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ ベースを搭載した
モジュールでは、信頼性（熱疲労試験寿命）はＣｕベー
スに比べ５倍以上、熱抵抗は同じベース厚さのモジュー
ルで、Ｍｏベースに比べて０.８ 倍以下にすることがで
きる。
発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金材でＣｕ−４０体積％Ｃｕ2
Ｏの熱膨張係数と熱伝導率を示す。Ｃｕ−Ｃｕ2Ｏベー
ス材料を用いた半導体素子は、一般的に使用されるＣｕ
ベースのモジュールに比べて熱膨張係数が小さく、Ａｌ
Ｎ基板１０３とベース１０９を接続する半田２０９の信
頼性を向上させることができる。その一方で、過酷な使
用環境下で半田１０６の信頼性を向上させるために使用
されるＭｏやＡｌ−ＳｉＣベースは、Ｃｕ−Cu2Oベース
を用いた半導体素子に比べて熱膨張係数は小さいが、熱
伝導率も小さく、モジュールの熱抵抗が大きくなる問題
が生じる。本実施例のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ ベースを搭載した
モジュールでは、信頼性（熱疲労試験寿命）はＣｕベー
スに比べ５倍以上、熱抵抗は同じベース厚さのモジュー
ルで、Ｍｏベースに比べて０.８ 倍以下にすることがで
きる。
【００４２】
【表４】
【００４３】これらの効果により、モジュールの構造や
他の部材の選択の幅を拡げることが可能となる。例え
ば、図５の実施例では、Ｃｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金ベース材は
Ｍｏベース材に比べて熱伝導率が大きい、言い換えれば
熱拡がり性が向上するため，動作時の半導体素子端部と
中央部の温度差を小さく抑えられる効果があり、半導体
素子を従来モジュールに比べ約１.２ 倍に大きくしてい
る。これにより、従来素子では同じ電流量を確保するた
めに、ＩＧＢＴで３０個使用していた構造を２４で設計
が可能になり、モジュールサイズを小型化することがで
きた。さらに、ＡｌＮより熱伝導率が約２０％小さいア
ルミナ基板を絶縁基板に使用することが可能になる。ア
ルミナはＡｌＮに比べ抗折強度が強く、基板サイズを大
きくすることができる。また、アルミナ板は熱膨張係数
がＡｌＮ板に比べ大きく、ベース材料との熱膨張差を小
さくできるので、モジュール自身の反り量も小さくする
ことができる。アルミナ基板の使用により、基板の許容
サイズを大きくできるので、１枚当りの搭載できる半導
体素子数を多くすることができる。つまり、各絶縁板毎
に必須な絶縁確保用の面積や基板間の面積を減らすこと
ができ、モジュールサイズを小さくすることが可能であ
る。
他の部材の選択の幅を拡げることが可能となる。例え
ば、図５の実施例では、Ｃｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金ベース材は
Ｍｏベース材に比べて熱伝導率が大きい、言い換えれば
熱拡がり性が向上するため，動作時の半導体素子端部と
中央部の温度差を小さく抑えられる効果があり、半導体
素子を従来モジュールに比べ約１.２ 倍に大きくしてい
る。これにより、従来素子では同じ電流量を確保するた
めに、ＩＧＢＴで３０個使用していた構造を２４で設計
が可能になり、モジュールサイズを小型化することがで
きた。さらに、ＡｌＮより熱伝導率が約２０％小さいア
ルミナ基板を絶縁基板に使用することが可能になる。ア
ルミナはＡｌＮに比べ抗折強度が強く、基板サイズを大
きくすることができる。また、アルミナ板は熱膨張係数
がＡｌＮ板に比べ大きく、ベース材料との熱膨張差を小
さくできるので、モジュール自身の反り量も小さくする
ことができる。アルミナ基板の使用により、基板の許容
サイズを大きくできるので、１枚当りの搭載できる半導
体素子数を多くすることができる。つまり、各絶縁板毎
に必須な絶縁確保用の面積や基板間の面積を減らすこと
ができ、モジュールサイズを小さくすることが可能であ
る。
【００４４】図７は、本実施例のモジュール製造過程の
模式図を示す。(ａ)Ｃｕ−Ｃｕ2Ｏベース１０９は、表
面がＮｉめっきされ、ほぼ平坦な状態で入荷される。
（ｂ）半導体素子１０１を半田１０２により接合したＡ
ｌＮ基板１０３を半田２０５により接合する。この時ベ
ース１０９の熱膨張係数が半導体素子とＡｌＮ基板の複
合体より大きいので、半田の冷却過程でモジュール裏面
が凹の形状で反る。（ｃ)ケースブロック２０８を熱硬
化型の接着剤で組立てる工程で、半田接合完了の複合体
３０１に比べケースの熱膨張係数が大きいため、接着剤
の冷却過程でモジュール裏面がほぼ平坦になる。（ｄ）
モジュール内部にシリコーンゲル２１２，熱硬化型エポ
キシ樹脂２１３を充填すると、樹脂の熱膨張係数が大き
いためモジュール裏面が凸の形状で反る。
模式図を示す。(ａ)Ｃｕ−Ｃｕ2Ｏベース１０９は、表
面がＮｉめっきされ、ほぼ平坦な状態で入荷される。
（ｂ）半導体素子１０１を半田１０２により接合したＡ
ｌＮ基板１０３を半田２０５により接合する。この時ベ
ース１０９の熱膨張係数が半導体素子とＡｌＮ基板の複
合体より大きいので、半田の冷却過程でモジュール裏面
が凹の形状で反る。（ｃ)ケースブロック２０８を熱硬
化型の接着剤で組立てる工程で、半田接合完了の複合体
３０１に比べケースの熱膨張係数が大きいため、接着剤
の冷却過程でモジュール裏面がほぼ平坦になる。（ｄ）
モジュール内部にシリコーンゲル２１２，熱硬化型エポ
キシ樹脂２１３を充填すると、樹脂の熱膨張係数が大き
いためモジュール裏面が凸の形状で反る。
【００４５】図８に、各工程での裏面反り量の実測結果
を示す。本発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ ベースを使用すると、
反り量は従来のＭｏベースを使用したモジュールに比べ
ると、約１／３に抑えることができる。また、Ｃｕベー
スの結果は図示していないが、ＡｌＮ基板との膨張係数
差が大きく（ｂ）の工程で裏面が凹の方向で反り量が大
きく、モジュール完成後でも裏面が凹で１００μｍ以上
の反りが発生する。本発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ べースでは
モジュールの反り量を小さくすることができるのでモジ
ュールの大型化が可能になる。また、組立工程での反り
量と同じく、モジュール実働時の温度変化による反りの
変化量も小さいので、モジュールと冷却フィンの間に塗
布するグリースの流失をおさえることができる。
を示す。本発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ ベースを使用すると、
反り量は従来のＭｏベースを使用したモジュールに比べ
ると、約１／３に抑えることができる。また、Ｃｕベー
スの結果は図示していないが、ＡｌＮ基板との膨張係数
差が大きく（ｂ）の工程で裏面が凹の方向で反り量が大
きく、モジュール完成後でも裏面が凹で１００μｍ以上
の反りが発生する。本発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ べースでは
モジュールの反り量を小さくすることができるのでモジ
ュールの大型化が可能になる。また、組立工程での反り
量と同じく、モジュール実働時の温度変化による反りの
変化量も小さいので、モジュールと冷却フィンの間に塗
布するグリースの流失をおさえることができる。
【００４６】図９に、本発明のモジュールを適用した電
力変換装置の一実施例を示す。パワー半導体装置５０１
は、ヒートシンク５１１上に放熱性グリース５１０をは
さんで締め付けボルト５１２により実装され、２レベル
インバータを構成した例を示す。一般的にモジュール５
０１は、中間点（Ｂ点）を一本の中間点配線５０３で配
線できるように左右を反転させて実装する。コレクタ側
配線５０２とエミッタ側配線５０４は各々ｕ，ｖ，ｗ相
を配線して電源電圧５０９を供給する。信号線は各ＩＧ
ＢＴモジュール５０１〜ゲート配線５０５，エミッタ補
助配線５０６，コレクタ補助配線５０７によって構成す
る。５０８は負荷である。
力変換装置の一実施例を示す。パワー半導体装置５０１
は、ヒートシンク５１１上に放熱性グリース５１０をは
さんで締め付けボルト５１２により実装され、２レベル
インバータを構成した例を示す。一般的にモジュール５
０１は、中間点（Ｂ点）を一本の中間点配線５０３で配
線できるように左右を反転させて実装する。コレクタ側
配線５０２とエミッタ側配線５０４は各々ｕ，ｖ，ｗ相
を配線して電源電圧５０９を供給する。信号線は各ＩＧ
ＢＴモジュール５０１〜ゲート配線５０５，エミッタ補
助配線５０６，コレクタ補助配線５０７によって構成す
る。５０８は負荷である。
【００４７】図１０及び図１１に、モジュールを実装し
た場合の締め付け前及び後のモジュール裏面の反り量
（グリース厚さ）を示し、（ａ）が本発明、（ｂ）が従
来法のものである。従来知られているＡｌ−ＳｉＣベー
スのモジュールの場合、裏面の凸量が約１００μｍであ
るが、モジュールをグリースを塗布して締め付けると、
締め付け時にグリースに押されて変形し、逆にモジュー
ルの裏面が凹の状態に変形して中央部でのグリース厚さ
が厚くなり、接触抵抗が大きくなる。これに対して、本
発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ ベースの場合、初期の裏面の反り
量が約５０μｍであるが、ベース材の剛性が大きいの
で、グリースを塗布して締め付けた後のモジュール中央
部のグリース厚さを約５０μｍに抑えられ、従来のＡｌ
−ＳｉＣベースに比べて半減させることができた。さら
にモジュール内でのグリース厚さのばらつきも小さくす
ることができる。実装時のグリースに押されて変形する
問題は、Ｃｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金よりも剛性の小さなＣｕベ
ースモジュールの実装時にも当然発生する問題となり、
本発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金で対策できる。
た場合の締め付け前及び後のモジュール裏面の反り量
（グリース厚さ）を示し、（ａ）が本発明、（ｂ）が従
来法のものである。従来知られているＡｌ−ＳｉＣベー
スのモジュールの場合、裏面の凸量が約１００μｍであ
るが、モジュールをグリースを塗布して締め付けると、
締め付け時にグリースに押されて変形し、逆にモジュー
ルの裏面が凹の状態に変形して中央部でのグリース厚さ
が厚くなり、接触抵抗が大きくなる。これに対して、本
発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ ベースの場合、初期の裏面の反り
量が約５０μｍであるが、ベース材の剛性が大きいの
で、グリースを塗布して締め付けた後のモジュール中央
部のグリース厚さを約５０μｍに抑えられ、従来のＡｌ
−ＳｉＣベースに比べて半減させることができた。さら
にモジュール内でのグリース厚さのばらつきも小さくす
ることができる。実装時のグリースに押されて変形する
問題は、Ｃｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金よりも剛性の小さなＣｕベ
ースモジュールの実装時にも当然発生する問題となり、
本発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ 合金で対策できる。
【００４８】図に示すように、本発明のＣｕ−Ｃｕ2Ｏ
合金ベースは従来の高信頼性モジュールで適用されてい
たＭｏあるいはＡｌ−ＳｉＣ等のベース材に比べ熱抵
抗，接触熱抵抗を小さくすることができることを説明し
た。それにより、図９に示すようにモジュールを細密の
状態で実装できた。さらに、冷却フィンの冷却効率を下
げることができるので電力変換装置の実装面積，体積を
小さくすることができる。また、グリース厚さを薄くで
きる事から、冷却フィンの平坦度の許容範囲を大きく設
定できるので、大型フィンでの電力変換装置の組立も可
能になる。また、強制空冷等の補助冷却機能をなくすこ
ともでき、この点でも小型化，低騒音化を図ることがで
きる。
合金ベースは従来の高信頼性モジュールで適用されてい
たＭｏあるいはＡｌ−ＳｉＣ等のベース材に比べ熱抵
抗，接触熱抵抗を小さくすることができることを説明し
た。それにより、図９に示すようにモジュールを細密の
状態で実装できた。さらに、冷却フィンの冷却効率を下
げることができるので電力変換装置の実装面積，体積を
小さくすることができる。また、グリース厚さを薄くで
きる事から、冷却フィンの平坦度の許容範囲を大きく設
定できるので、大型フィンでの電力変換装置の組立も可
能になる。また、強制空冷等の補助冷却機能をなくすこ
ともでき、この点でも小型化，低騒音化を図ることがで
きる。
【００４９】（実施例６）実施例１〜４に記載の本発明
の銅複合材料を放熱板として図１２及び図１３に示すＩ
Ｃを搭載したプラスチックパッケージに適用した。図１
２は放熱板内蔵型であり、図１３は放熱板露出型であ
る。
の銅複合材料を放熱板として図１２及び図１３に示すＩ
Ｃを搭載したプラスチックパッケージに適用した。図１
２は放熱板内蔵型であり、図１３は放熱板露出型であ
る。
【００５０】放熱板は、モールド樹脂の熱膨張係数を考
慮して、室温から３００℃における熱膨張係数が９×１
０-6〜１４×１０-6／℃の範囲となるように、Ｃｕ−２
０〜５５体積％Ｃｕ2Ｏ の範囲内で組成を変えて作製
し、機械加工及びＮｉめっき処理を施して供した。
慮して、室温から３００℃における熱膨張係数が９×１
０-6〜１４×１０-6／℃の範囲となるように、Ｃｕ−２
０〜５５体積％Ｃｕ2Ｏ の範囲内で組成を変えて作製
し、機械加工及びＮｉめっき処理を施して供した。
【００５１】図１２でパッケージ構造を説明する。リー
ドフレーム３１は、絶縁性ポリイミドテープ３２を介し
て本発明の銅複合材料からなるＮｉめっきされた放熱板
３３と接着されている。ＩＣ３４は放熱板３３とはんだ
にて接合されている。また、Ａｕワイヤ３５でＩＣ上の
Ａｌ電極とリードフレームが接続されている。これら
は、リードフレームの一部を除き、エポキシ樹脂，粒径
０.５ 〜１００μｍが９０重量％以上である球形シリカ
製フィラー全体に対して７０〜９０重量％、および硬化
剤を主成分とするモールド樹脂３６で封止されている。
この樹脂にシリコーンをエポキシ樹脂に対し１〜１５重
量％含むことが好ましい。図１３に示した放熱板露出型
のパッケージは、放熱板３３がモールド樹脂の外部に露
出している点が図１２と異なる。
ドフレーム３１は、絶縁性ポリイミドテープ３２を介し
て本発明の銅複合材料からなるＮｉめっきされた放熱板
３３と接着されている。ＩＣ３４は放熱板３３とはんだ
にて接合されている。また、Ａｕワイヤ３５でＩＣ上の
Ａｌ電極とリードフレームが接続されている。これら
は、リードフレームの一部を除き、エポキシ樹脂，粒径
０.５ 〜１００μｍが９０重量％以上である球形シリカ
製フィラー全体に対して７０〜９０重量％、および硬化
剤を主成分とするモールド樹脂３６で封止されている。
この樹脂にシリコーンをエポキシ樹脂に対し１〜１５重
量％含むことが好ましい。図１３に示した放熱板露出型
のパッケージは、放熱板３３がモールド樹脂の外部に露
出している点が図１２と異なる。
【００５２】上記のようにして実装されたパッケージに
ついて、反りや放熱板とモールド樹脂との接合部分での
クラックの有無を観察した。その結果、モールド樹脂と
放熱板との熱膨張差が０.５ ×１０-6／℃以下であれば
問題がなく、組成的にはＣｕ−２０〜３５体積％Ｃｕ2
Ｏ が熱伝導率も２００Ｗ／ｍ・ｋと高く、好適であっ
た。放熱板３３及びリードフレーム３１はいずれも加工
方向が図の左右に対応しており、酸化銅が図の左右の方
向に伸びたものが好ましい。
ついて、反りや放熱板とモールド樹脂との接合部分での
クラックの有無を観察した。その結果、モールド樹脂と
放熱板との熱膨張差が０.５ ×１０-6／℃以下であれば
問題がなく、組成的にはＣｕ−２０〜３５体積％Ｃｕ2
Ｏ が熱伝導率も２００Ｗ／ｍ・ｋと高く、好適であっ
た。放熱板３３及びリードフレーム３１はいずれも加工
方向が図の左右に対応しており、酸化銅が図の左右の方
向に伸びたものが好ましい。
【００５３】（実施例７）図１４及び図１５は、実施例
１〜４に記載の本発明の銅複合材料を放熱板として用
い、ＩＣを搭載したセラミックスパッケージの断面図を
示す。まず、図１４について説明する。ＩＣ４１はポリ
イミド系樹脂にてＮｉめっきされた放熱板４２に接合さ
れている。さらに、放熱板４２とＡｌ2Ｏ3製のパッケー
ジ４３は半田により接合されている。パッケージにはＣ
ｕによる配線がなされ、かつ配線基板との接続用にピン
４４が設けられている。ＩＣ上のＡｌ電極とパッケージ
の配線とは、Ａｌワイヤ４５で接続されている。これら
を封止するために、コバール製のウエルドリング４６を
パッケージにＡｇろうで接合し、さらにウエルドリング
とコバール製のリッド４７をローラー電極を用いて溶接
した。図１５は、図１４のセラミックスパッケージに放
熱フィン４８を接続したパッケージである。放熱板４２
及び放熱フィン４８のいずれも加工方向が図の上下方向
であり、酸化銅が上下に伸びたものが好ましい。
１〜４に記載の本発明の銅複合材料を放熱板として用
い、ＩＣを搭載したセラミックスパッケージの断面図を
示す。まず、図１４について説明する。ＩＣ４１はポリ
イミド系樹脂にてＮｉめっきされた放熱板４２に接合さ
れている。さらに、放熱板４２とＡｌ2Ｏ3製のパッケー
ジ４３は半田により接合されている。パッケージにはＣ
ｕによる配線がなされ、かつ配線基板との接続用にピン
４４が設けられている。ＩＣ上のＡｌ電極とパッケージ
の配線とは、Ａｌワイヤ４５で接続されている。これら
を封止するために、コバール製のウエルドリング４６を
パッケージにＡｇろうで接合し、さらにウエルドリング
とコバール製のリッド４７をローラー電極を用いて溶接
した。図１５は、図１４のセラミックスパッケージに放
熱フィン４８を接続したパッケージである。放熱板４２
及び放熱フィン４８のいずれも加工方向が図の上下方向
であり、酸化銅が上下に伸びたものが好ましい。
【００５４】（実施例８）図１６及び図１７は、ＴＡＢ
（Tape Automated Bonding）技術を適用し、かつ実施例
１〜４に記載の本発明の銅複合材料を放熱板に使用した
パッケージについて説明する。
（Tape Automated Bonding）技術を適用し、かつ実施例
１〜４に記載の本発明の銅複合材料を放熱板に使用した
パッケージについて説明する。
【００５５】まず、図１６のパッケージについて説明す
る。ＩＣ５１は熱伝導性樹脂５２を介してＮｉめっきさ
れた本発明に係る放熱板５３を接合されている。ＩＣの
端子にはＡｕバンプ５４が形成され、ＴＡＢ５５と接続
されており、さらにＴＡＢは薄膜配線５６を経由してリ
ードフレーム５７と接続されている。ＩＣはＳｉゴム５
８を挿んで、Ａｌ2Ｏ3製のセラミック基板５９，フレー
ム６０、およびシーリングガラス６１で密封されてい
る。
る。ＩＣ５１は熱伝導性樹脂５２を介してＮｉめっきさ
れた本発明に係る放熱板５３を接合されている。ＩＣの
端子にはＡｕバンプ５４が形成され、ＴＡＢ５５と接続
されており、さらにＴＡＢは薄膜配線５６を経由してリ
ードフレーム５７と接続されている。ＩＣはＳｉゴム５
８を挿んで、Ａｌ2Ｏ3製のセラミック基板５９，フレー
ム６０、およびシーリングガラス６１で密封されてい
る。
【００５６】図１７は、樹脂で封止したパッケージであ
る。ＩＣ６５は、Ａｕ−Ｓｉ合金６６により、Ｎｉめっ
きされた本発明に係る放熱板６７と接合されており、さ
らに、熱伝導性樹脂６８により銅接地板６９及びＮｉめ
っきされた本発明に係る放熱板７０と接続されている。
一方、ＩＣの端子は、Ａｕバンプ７１でＴＡＢ７２と接
続され、樹脂７３にて封止されている。ここで、リード
フレーム及び放熱板の一部は、封止樹脂の外部に露出し
ている。また、ＴＡＢはエポキシ系Ａｇペースト７４で
銅接地板に固定されている。放熱板５３，７０はいずれ
も酸化銅の加工方向が図面の左右，上下及び奥行方向に
いずれも対応できるものである。
る。ＩＣ６５は、Ａｕ−Ｓｉ合金６６により、Ｎｉめっ
きされた本発明に係る放熱板６７と接合されており、さ
らに、熱伝導性樹脂６８により銅接地板６９及びＮｉめ
っきされた本発明に係る放熱板７０と接続されている。
一方、ＩＣの端子は、Ａｕバンプ７１でＴＡＢ７２と接
続され、樹脂７３にて封止されている。ここで、リード
フレーム及び放熱板の一部は、封止樹脂の外部に露出し
ている。また、ＴＡＢはエポキシ系Ａｇペースト７４で
銅接地板に固定されている。放熱板５３，７０はいずれ
も酸化銅の加工方向が図面の左右，上下及び奥行方向に
いずれも対応できるものである。
【００５７】（実施例９）図１８は、実施例１〜４に記
載の本発明の銅複合材料を放熱板に適用したMCMの実施
例を示す。ＩＣ８１はＡｕワイヤ８２を用いて、Ｎｉめ
っきされた本発明に係る放熱板８３の上に形成された薄
膜配線８４に接続され、さらに、ＡｕワイヤでＡｌＮ製
のパッケージ８５上に形成されている配線に接続され、
外部端子８６として取り出されている。ＩＣ部は、４２
合金製のリッド８７とパッケージのＷメタライズ層の間
にＡｕ−Ｓｎ製のプリフォーム８８を挿んで接合し、密
封されている。
載の本発明の銅複合材料を放熱板に適用したMCMの実施
例を示す。ＩＣ８１はＡｕワイヤ８２を用いて、Ｎｉめ
っきされた本発明に係る放熱板８３の上に形成された薄
膜配線８４に接続され、さらに、ＡｕワイヤでＡｌＮ製
のパッケージ８５上に形成されている配線に接続され、
外部端子８６として取り出されている。ＩＣ部は、４２
合金製のリッド８７とパッケージのＷメタライズ層の間
にＡｕ−Ｓｎ製のプリフォーム８８を挿んで接合し、密
封されている。
【００５８】放熱板８３の酸化銅の長手方向は図の上下
方向に配向させるのが好ましい。
方向に配向させるのが好ましい。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、高熱伝導性を有するＣ
ｕ相と低熱膨張性を有するＣｕ2Ｏ 相からなる複合組織
を有しており、塑性加工によって伸ばされたＣｕ2Ｏ 相
の方向性を要求する熱膨張係数及び熱伝導率の目的に合
わせて制御可能であるため、半導体装置用放熱板として
顕著な効果が達成される。
ｕ相と低熱膨張性を有するＣｕ2Ｏ 相からなる複合組織
を有しており、塑性加工によって伸ばされたＣｕ2Ｏ 相
の方向性を要求する熱膨張係数及び熱伝導率の目的に合
わせて制御可能であるため、半導体装置用放熱板として
顕著な効果が達成される。
【図１】本発明の実施例１に係る試料Ｎo.１のミクロ組
織を示す光学顕微鏡写真。
織を示す光学顕微鏡写真。
【図２】本発明の実施例１に係る試料Ｎo.１のミクロ組
織を示す光学顕微鏡写真。
織を示す光学顕微鏡写真。
【図３】本発明の実施例２に係る試料Ｎo.４のミクロ組
織を示す光学顕微鏡写真。
織を示す光学顕微鏡写真。
【図４】本発明の実施例３に係る試料Ｎo.５のミクロ組
織を示す光学顕微鏡写真。
織を示す光学顕微鏡写真。
【図５】本発明の実施例５に係るＩＧＢＴモジュールの
平面図。
平面図。
【図６】本発明の実施例５に係るＩＧＢＴモジュールの
断面図。
断面図。
【図７】本発明の実施例５に係るＩＧＢＴモジュールの
製造工程の模式図。
製造工程の模式図。
【図８】本発明の実施例５に係るＩＧＢＴモジュールの
各製造工程でのベース反り量。
各製造工程でのベース反り量。
【図９】本発明の実施例５に係るＩＧＢＴモジュールを
実装した電力変換装置の平面図及び断面図。
実装した電力変換装置の平面図及び断面図。
【図１０】本発明の実施例５に係るＩＧＢＴモジュール
を実装した電力変換装置のモジュールの実装前における
反り量。
を実装した電力変換装置のモジュールの実装前における
反り量。
【図１１】本発明の実施例５に係るＩＧＢＴモジュール
を実装した電力変換装置のモジュールの実装後における
反り量。
を実装した電力変換装置のモジュールの実装後における
反り量。
【図１２】本発明の実施例６に係る放熱板内蔵型プラス
チックパッケージの断面図。
チックパッケージの断面図。
【図１３】本発明の実施例６に係る放熱板露出型プラス
チックパッケージの断面図。
チックパッケージの断面図。
【図１４】本発明の実施例７に係るセラミックパッケー
ジの断面図。
ジの断面図。
【図１５】本発明の実施例７に係る放熱フィン付きセラ
ミックパッケージの断面図。
ミックパッケージの断面図。
【図１６】本発明の実施例８に係る半導体装置の断面
図。
図。
【図１７】本発明の実施例８に係る半導体装置の断面
図。
図。
【図１８】本発明の実施例９に係るＭＣＭの断面図。
２１…ＩＧＢＴ素子、２２…ダイオード、２３…コレク
タ電極、２４…ゲート電極、２５…エミッタ電極、２６
…ＡｌＮ製絶縁板、２７，３３，４２，５３，６７，７
０…放熱板、３１，５７…リードフレーム、３２…絶縁
性ポリイミドテープ、３４，４１，５１，６５，８１…
ＩＣ、３５，８２…Ａｕワイヤー、３６…モールド樹
脂、４３，８５…パッケージ、４４…ピン、４５…Ａｌ
ワイヤ、４６…ウエルドリング、４７，８７…リッド、
４８…放熱フィン、５２，６８…熱伝導性樹脂、５４…
Ａｕバンプ、５５…ＴＡＢ、５６，８４…薄膜配線、５
８…Ｓｉゴム、５９…セラミック基板、６０…フレー
ム、６１…シーリングガラス、６６…Ａｕ−Ｓｉ合金、
６９…銅接地板、７１…Ａｕバンプ、７２…ＴＡＢ、７
３…樹脂、７４…エポキシ系Ａｇペースト、８３…放熱
基板、８６…外部端子、８８…プリフォーム、１０１…
ＩＧＢＴ素子、１０２…ダイオード素子、103…ＡｌＮ
基板、１０４…エミッタ配線、１０５…コレクタ配線、
１０６，５０５…ゲート配線、１０７…金属ワイヤ、１
０８…抵抗素子、１０９…底面金属基板、１１０…エミ
ッタ端子接続位置、１１１…エミッタセンス端子接続位
置、112…コレクタ端子接続位置、１１３…ゲート端子
接続位置、２０１,２０５,２０９…半田、２０２…半導
体素子側銅箔、２０３…ベース側銅箔、２０４…ＡｌＮ
板、２０６…端子、２０７…ケース、２０８…ケースブ
ロック、２１０…シリコンゴム系接着剤、２１１…ケー
ス蓋、２１２…シリコンゲル、２１３…熱硬化型エポキ
シ樹脂、３０１…半導体素子からベース材まで接続した
複合体、５０１…パワー半導体装置、５０２…コレクタ
側配線、５０３…中間点配線、５０４…エミッタ側配
線、５０６…エミッタ補助配線、５０７…コレクタ補助
配線、５０８…負荷（モーター）、５０９…電源、５１
０…放熱性グリース、５１１…ヒートシンク、５１２…
モジュール締め付けボルト。
タ電極、２４…ゲート電極、２５…エミッタ電極、２６
…ＡｌＮ製絶縁板、２７，３３，４２，５３，６７，７
０…放熱板、３１，５７…リードフレーム、３２…絶縁
性ポリイミドテープ、３４，４１，５１，６５，８１…
ＩＣ、３５，８２…Ａｕワイヤー、３６…モールド樹
脂、４３，８５…パッケージ、４４…ピン、４５…Ａｌ
ワイヤ、４６…ウエルドリング、４７，８７…リッド、
４８…放熱フィン、５２，６８…熱伝導性樹脂、５４…
Ａｕバンプ、５５…ＴＡＢ、５６，８４…薄膜配線、５
８…Ｓｉゴム、５９…セラミック基板、６０…フレー
ム、６１…シーリングガラス、６６…Ａｕ−Ｓｉ合金、
６９…銅接地板、７１…Ａｕバンプ、７２…ＴＡＢ、７
３…樹脂、７４…エポキシ系Ａｇペースト、８３…放熱
基板、８６…外部端子、８８…プリフォーム、１０１…
ＩＧＢＴ素子、１０２…ダイオード素子、103…ＡｌＮ
基板、１０４…エミッタ配線、１０５…コレクタ配線、
１０６，５０５…ゲート配線、１０７…金属ワイヤ、１
０８…抵抗素子、１０９…底面金属基板、１１０…エミ
ッタ端子接続位置、１１１…エミッタセンス端子接続位
置、112…コレクタ端子接続位置、１１３…ゲート端子
接続位置、２０１,２０５,２０９…半田、２０２…半導
体素子側銅箔、２０３…ベース側銅箔、２０４…ＡｌＮ
板、２０６…端子、２０７…ケース、２０８…ケースブ
ロック、２１０…シリコンゴム系接着剤、２１１…ケー
ス蓋、２１２…シリコンゲル、２１３…熱硬化型エポキ
シ樹脂、３０１…半導体素子からベース材まで接続した
複合体、５０１…パワー半導体装置、５０２…コレクタ
側配線、５０３…中間点配線、５０４…エミッタ側配
線、５０６…エミッタ補助配線、５０７…コレクタ補助
配線、５０８…負荷（モーター）、５０９…電源、５１
０…放熱性グリース、５１１…ヒートシンク、５１２…
モジュール締め付けボルト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 典行 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 鈴木 清光 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 阿部 輝宜 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 青野 泰久 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 金田 潤也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BC05 BC06 BC24 BD01 BD03 BD11 BE01
Claims (15)
- 【請求項１】銅と酸化銅を有する複合材料であって、前
記酸化銅は断面の面積比でその５０％以上がアスペクト
比が３以上であり、一方向に配向していることを特徴と
する複合材料。 - 【請求項２】銅と酸化銅を有する複合材料であって、前
記酸化銅は１０〜５５体積％を有し、断面の面積比でそ
の５０％以上がアスペクト比が３〜２０で、かつその６
０％以上が一方向に配向していることを特徴とする複合
材料。 - 【請求項３】請求項１又は２において、室温から３００
℃の平均線膨張係数が５×１０-6〜１７×１０-6／℃及
び熱伝導率が１００〜３８０Ｗ／ｍ・Ｋであることを特
徴とする複合材料。 - 【請求項４】銅と酸化銅を有する複合材料であって、前
記酸化銅は一方向に配向しており、配向方向の熱伝導率
が配向方向に直角方向の熱伝導率より高いこと、又は室
温から３００℃における配向方向の線膨張係数が配向方
向に直角方向の線膨張係数よりも大であることを特徴と
する複合材料。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、共晶酸
化銅が分散していることを特徴とする複合材料。 - 【請求項６】請求項１〜５のいずれかにおいて、表面に
厚さ５０μｍ以下の銅層を有することを特徴とする複合
材料。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれかに記載の複合材料
よりなることを特徴とする半導体装置用放熱板。 - 【請求項８】請求項７において、表面にＡｕ，Ｎｉ，Ｐ
ｄ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｓｎ−Ｐｂのうち少なくとも一
つのめっき層を有することを特徴とする半導体装置用放
熱板。 - 【請求項９】放熱板上に搭載された絶縁基板及び該絶縁
基板上に搭載された半導体素子を有する半導体装置にお
いて、前記放熱板は請求項７または８に記載の放熱板よ
りなることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１０】放熱板上に搭載された半導体素子と、前
記放熱板に接続されたリードフレームと、該リードフレ
ームと半導体素子とを電気的に接続する金属ワイヤとを
備え、前記半導体素子を樹脂封止した半導体装置におい
て、前記放熱板は請求項７または８に記載の放熱板より
なることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１１】請求項１０において、前記放熱板の前記
素子の接合面に対して反対の面側が前記樹脂に対して開
放されていることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１２】放熱板上に搭載された半導体素子と、外
部配線接続用ピン及び中央部に前記素子を収納する開放
空間を有するセラミックス多層配線基板と、前記素子と
基板の端子とを電気的に接続する金属ワイヤとを備え、
前記素子を前記空間に設置するように前記放熱板と前記
基板とを接合するとともに前記基板をリッドによって接
合し前記素子を大気より遮断する半導体装置において、
前記放熱板は請求項７または８に記載の放熱板よりなる
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１３】放熱板上に搭載された半導体素子と、外
部配線接続用端子及び中央部に前記素子を収納する凹部
を有するセラミックス多層配線基板と、前記素子と基板
の端子とを電気的に接続する金属ワイヤとを備え、前記
素子を前記凹部に設置するように前記放熱板と前記基板
の凹部とを接合するとともに前記基板をリッドによって
接合し前記素子を大気より遮断する半導体装置におい
て、前記放熱板は請求項７または８に記載の放熱板より
なることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１４】放熱板上に熱伝導性樹脂によって接合さ
れた半導体素子と、セラミックス絶縁基板に接合された
リードフレームと、前記素子とリードフレームとを電気
的に接続するＴＡＢとを備え、前記放熱板と絶縁基板と
を接合し前記素子を大気より遮断するとともに前記素子
と絶縁基板との間に熱伝導性樹脂弾性体を介在させた半
導体装置において、前記放熱板は請求項７または８に記
載の放熱板よりなることを特徴とする半導体装置。 - 【請求項１５】第１の放熱板上に金属によって接合され
た半導体素子と、接地板が接合された第２の放熱板の前
記接地板上に前記第１の放熱板を搭載し、前記素子の端
子に電気的に接続したＴＡＢとを備え、前記素子を樹脂
封止した半導体装置において、前記放熱板は請求項７ま
たは８に記載の放熱板よりなることを特徴とする半導体
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37268399A JP3552623B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 複合材料及びそれを用いた半導体装置用放熱板 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP37268399A JP3552623B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 複合材料及びそれを用いた半導体装置用放熱板 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003142825A Division JP4277582B2 (ja) | 2003-05-21 | 2003-05-21 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001189408A true JP2001189408A (ja) | 2001-07-10 |
| JP3552623B2 JP3552623B2 (ja) | 2004-08-11 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP37268399A Expired - Fee Related JP3552623B2 (ja) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | 複合材料及びそれを用いた半導体装置用放熱板 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3552623B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7180176B2 (en) | 2001-08-23 | 2007-02-20 | Dowa Mining Co., Ltd. | Radiation plate and power semiconductor module IC package |
-
1999
- 1999-12-28 JP JP37268399A patent/JP3552623B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7180176B2 (en) | 2001-08-23 | 2007-02-20 | Dowa Mining Co., Ltd. | Radiation plate and power semiconductor module IC package |
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| JP3552623B2 (ja) | 2004-08-11 |
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