JP2002043482A - Member for electronic circuit, its manufacturing method and electronic component - Google Patents

Member for electronic circuit, its manufacturing method and electronic component

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JP2002043482A
JP2002043482A JP2001047052A JP2001047052A JP2002043482A JP 2002043482 A JP2002043482 A JP 2002043482A JP 2001047052 A JP2001047052 A JP 2001047052A JP 2001047052 A JP2001047052 A JP 2001047052A JP 2002043482 A JP2002043482 A JP 2002043482A
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heat sink
electronic circuit
layer
insulating substrate
sink material
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Shuhei Ishikawa
修平 石川
Takahiro Ishikawa
貴浩 石川
Masahiro Kida
雅裕 來田
Takeshi Suzuki
健 鈴木
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  • Ceramic Products (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve thermal reliability by remarkably shortening a manufacturing process and effectively reducing a manufacturing cost. SOLUTION: A member for an electronic circuit 12A has a thermal conduction layer 22 on a heat sink material 20. The thermal conduction layer 22 is composed of an insulation board 24, a first joining material 26 including an active element for joining the insulation board 24 on the heat sink material 20, a second joining material 28 formed on the insulation board 24, and an electrode 30 formed on the second joining material 28. An AlN layer or Si3N4 layer is used as the insulation board 24, a hard brazing material containing the active element is used as the first and second joining materials 26, 28, and an SiC composite material and a C/Cu composite material are used as the heat sink material 20.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体等で構成さ
れた電子回路チップを冷却するために使用される電子回
路用部材及びその製造方法並びに電子部品に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electronic circuit member used for cooling an electronic circuit chip composed of a semiconductor or the like, a method of manufacturing the same, and an electronic component.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、半導体装置にとって熱は大敵で
あり、内部温度が最大許容接合温度を越えないようにし
なければならない。また、パワートランジスタや半導体
整流素子等の半導体装置では、動作面積当たりの消費電
力が大きいため、半導体装置のケース(パッケージ)や
リードから放出される熱量だけでは、発生熱量を放出し
きれず、装置の内部温度が上昇して熱破壊を引き起こす
おそれがある。
2. Description of the Related Art Generally, heat is a major enemy of a semiconductor device, and it is necessary to keep the internal temperature from exceeding a maximum allowable junction temperature. Further, in a semiconductor device such as a power transistor or a semiconductor rectifier, power consumption per operation area is large. Therefore, heat generated from a semiconductor device case (package) or a lead alone cannot completely release generated heat. The internal temperature may rise to cause thermal destruction.

【0003】この現象は、CPUを搭載した半導体装置
においても同じであり、クロック周波数の向上に伴って
動作時の発熱量が多くなり、放熱を考慮した熱設計が重
要な事項となってきている。
[0003] This phenomenon is the same in a semiconductor device equipped with a CPU. The amount of heat generated during operation increases with an increase in clock frequency, and thermal design taking heat dissipation into consideration is becoming an important matter. .

【0004】前記熱破壊の防止等を考慮した熱設計にお
いては、半導体装置のケース(パッケージ)に放熱面積
の大きいヒートシンクを固着することを加味した素子設
計や実装設計が行われている。
In the thermal design in consideration of the above-described prevention of thermal destruction, element design and mounting design are performed in consideration of fixing a heat sink having a large heat radiation area to a case (package) of a semiconductor device.

【0005】前記ヒートシンク用の材料としては、一般
に、熱伝導度の良好な銅やアルミニウム等の金属材料が
使用されている。
As a material for the heat sink, generally, a metal material such as copper or aluminum having good thermal conductivity is used.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】近時、CPUやメモリ
等の半導体装置においては、低消費電力を目的とした低
電力駆動を図りながらも、素子の高集積化と素子形成面
積の拡大化に伴って半導体装置自体が大型化する傾向に
ある。半導体装置が大型化すると、半導体基体(シリコ
ンやGaAs等の半導体素子並びにAlN又はSi34
等の絶縁基板を含む)とヒートシンクとの熱膨張の差に
よって生じる応力が大きくなり、半導体装置の剥離現象
や機械的破壊、半導体素子の誤動作等が生じるおそれが
ある。
In recent years, in semiconductor devices such as CPUs and memories, low-power driving for low power consumption has been attempted, but high integration of elements and enlargement of element formation areas have been attempted. Accordingly, the size of the semiconductor device itself tends to increase. As the size of a semiconductor device increases, a semiconductor substrate (a semiconductor element such as silicon or GaAs and AlN or Si 3 N 4
The stress caused by the difference in thermal expansion between the heat sink and the heat sink increases, and there is a possibility that a peeling phenomenon of the semiconductor device, a mechanical destruction, a malfunction of the semiconductor element, or the like may occur.

【0007】これを防止するためには、半導体装置の低
電力駆動の実現とヒートシンク材の改善が挙げられる。
半導体装置の低電力駆動は、現在、電源電圧として、従
来から用いられてきたTTLレベル(5V)を脱して、
3.3V以下のレベルが実用化されている。
In order to prevent this, it is necessary to realize low-power driving of the semiconductor device and to improve a heat sink material.
For low-power driving of a semiconductor device, a TTL level (5 V) which has been conventionally used as a power supply voltage has been removed.
A level of 3.3 V or less has been put to practical use.

【0008】一方、ヒートシンクの構成材料としては、
単に熱伝導度を考えるのみでなく、半導体基体であるシ
リコンやGaAsと熱膨張率がほぼ一致し、しかも、熱
伝導度の高い材料の選定が必要となってきている。
On the other hand, as a constituent material of the heat sink,
In addition to simply considering thermal conductivity, it is necessary to select a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of silicon or GaAs, which is a semiconductor substrate, and having high thermal conductivity.

【0009】ヒートシンク材の改善に関しては、多種多
様の報告があり、例えば窒化アルミニウム(AlN)を
使用した例や、Cu(銅)−W(タングステン)を用い
た例などがある。また、Cu−Wは、Wの低熱膨張性と
Cuの高熱伝導性を兼ね備えた複合材料である。
There are various reports on the improvement of the heat sink material, for example, an example using aluminum nitride (AlN) and an example using Cu (copper) -W (tungsten). Cu-W is a composite material having both low thermal expansion of W and high thermal conductivity of Cu.

【0010】その他の例としては、SiCを主成分とす
るセラミック基材に金属Cuを20〜40体積%の割合
で含有させたもの(従来例1:特開平8−279569
号公報参照)や、無機物質からなる粉末焼結多孔質体に
Cuを5〜30wt%含浸させたもの(従来例2:特開
昭59−228742号公報参照)などが提案されてい
る。しかしながら、これらのヒートシンク材は、特性、
加工性、価格等のバランスにおいて市場要求を必ずしも
充足しているとは言い難い。
[0010] Another example is a ceramic base material containing SiC as a main component and containing metallic Cu at a ratio of 20 to 40% by volume (conventional example 1: JP-A-8-279569).
And a powder sintered porous body made of an inorganic substance impregnated with 5 to 30 wt% of Cu (conventional example 2: see JP-A-59-228742). However, these heat sink materials have properties,
It is hard to say that the market requirements are always satisfied in terms of balance between workability and price.

【0011】ここで、熱対策を施した従来の電子部品1
00を図15を参照しながら説明する。この電子部品1
00は、ヒートシンク材102上に熱伝導層104及び
下地層106を介してICチップ108が実装されて構
成されている。熱伝導層104は、ヒートシンク材10
2を被覆するように形成されたNiめっき層110上
に、Cu又はAlによる下部電極層112、絶縁層(A
lN層)114及びCu又はAlによる上部電極層11
6からなる積層体118が接合されて構成されている。
Niめっき層110と積層体118との接合は、半田層
120で行うようにしているが、この場合、積層体11
8と半田層120との間には、下部電極層112の半田
層120に対する濡れ性を良好とするために、Ni層1
22を介在させるようにしている。
Here, a conventional electronic component 1 which has been subjected to heat countermeasures
00 will be described with reference to FIG. This electronic component 1
Reference numeral 00 denotes a configuration in which an IC chip 108 is mounted on a heat sink material 102 via a heat conductive layer 104 and a base layer 106. The heat conductive layer 104 is formed of the heat sink material 10.
2, a lower electrode layer 112 of Cu or Al, and an insulating layer (A) on the Ni plating layer 110 formed so as to cover
1N layer) 114 and upper electrode layer 11 of Cu or Al
6 are joined to each other.
The Ni plating layer 110 and the laminate 118 are joined by the solder layer 120. In this case, the laminate 11
8 and the solder layer 120, in order to improve the wettability of the lower electrode layer 112 to the solder layer 120, the Ni layer 1
22 is interposed.

【0012】積層体118上には半田層124を介して
ICチップ108が実装されている。この場合も、積層
体118と半田層124との間には、上部電極層116
の半田層124に対する濡れ性を良好にするためにNi
層126を介在させ、ICチップ108と半田層124
との間に、該ICチップ108の半田層124に対する
濡れ性を良好にするためにNi層128を介在させるよ
うにしている。
An IC chip 108 is mounted on the laminate 118 via a solder layer 124. Also in this case, the upper electrode layer 116 is provided between the laminate 118 and the solder layer 124.
Ni to improve the wettability of the
IC chip 108 and solder layer 124 with layer 126 interposed
In order to improve the wettability of the IC chip 108 with respect to the solder layer 124, a Ni layer 128 is interposed therebetween.

【0013】また、他の従来例に係る電子部品200
(例えば特開平11−307696号公報参照)は、図
16に示すように、半導体チップで発生する熱を放熱す
るための金属ベース板202と、半導体チップ204を
金属ベース板202から絶縁するためのセラミック板2
06と、該セラミック板206の上面にロウ材208を
介して設けられた上部電極210と、セラミック板20
6の下面にロウ材212を介して設けられた下部電極2
14と、金属ベース板202とセラミック板206との
間隔を広げるための金属スペーサ216と、金属ベース
板202に金属スペーサ216を固着するためのロウ材
218と、上部電極210上に半導体チップ204を固
着するための半田層220と、金属スペーサ216上に
下部電極214を固着するための半田層222とを有し
て構成されている。
An electronic component 200 according to another conventional example.
(See, for example, JP-A-11-307696), as shown in FIG. 16, a metal base plate 202 for radiating heat generated in a semiconductor chip and a metal base plate 202 for insulating the semiconductor chip 204 from the metal base plate 202. Ceramic plate 2
06, an upper electrode 210 provided on the upper surface of the ceramic plate 206 via a brazing material 208, and a ceramic plate 20.
6 provided on the lower surface of the lower electrode 6 via a brazing material 212.
14, a metal spacer 216 for increasing the distance between the metal base plate 202 and the ceramic plate 206, a brazing material 218 for fixing the metal spacer 216 to the metal base plate 202, and the semiconductor chip 204 on the upper electrode 210. It has a solder layer 220 for fixing and a solder layer 222 for fixing the lower electrode 214 on the metal spacer 216.

【0014】しかしながら、上述の図15に示す従来の
電子部品100においては、ヒートシンク材102にN
iめっき層110を形成する第1の工程と、ICチップ
108の下面にNi層128を形成する第2の工程と、
絶縁層114の両面にそれぞれAlによる上部電極層1
16及び下部電極層112を形成して積層体118を作
製する第3及び第4の工程と、上部電極層116の端面
及び下部電極層112の端面にそれぞれNi層126及
び122を形成する第5及び第6の工程と、積層体11
8をヒートシンク材102のNiめっき層110上に半
田層120を介して接合する第7の工程と、積層体11
8上にICチップ108を半田層124を介して接合す
る第8の工程の少なくとも8つの工程が必要であり、製
造工程が煩雑であるという問題がある。これは、結果と
して最終製品でのコストの増大を招くこととなる。
However, in the conventional electronic component 100 shown in FIG.
a first step of forming the i-plated layer 110, a second step of forming the Ni layer 128 on the lower surface of the IC chip 108,
Upper electrode layer 1 made of Al on both surfaces of insulating layer 114
Third and fourth steps of forming the stacked body 118 by forming the lower electrode layer 112 and the lower electrode layer 112, and forming the Ni layers 126 and 122 on the end face of the upper electrode layer 116 and the end face of the lower electrode layer 112, respectively. And the sixth step, and the laminate 11
7 joining the Ni. 8 to the Ni plating layer 110 of the heat sink material 102 via the solder layer 120;
At least eight steps of an eighth step of bonding the IC chip 108 on the substrate 8 via the solder layer 124 are required, and there is a problem that the manufacturing process is complicated. This results in increased costs in the final product.

【0015】また、積層する部材の数が多いため、小型
化を考慮すると半田層120の厚みを薄くすることが考
えられるが(例えば数百μm)、半田層120自体の放
熱性が悪いことと、放熱性の妨げとなる接合界面(異種
材料による接合界面)が多いことから、ICチップ10
8からの発熱を効率よくヒートシンク材102に導くこ
とができないという不都合が生じるおそれがある。
Further, since the number of members to be laminated is large, it is conceivable to reduce the thickness of the solder layer 120 (for example, several hundred μm) in consideration of miniaturization. However, the heat radiation of the solder layer 120 itself is poor. Since there are many joining interfaces (joining interfaces made of different materials) that hinder heat dissipation, the IC chip 10
8 may not be able to efficiently guide the heat generated from the heat sink 8 to the heat sink material 102.

【0016】更に、半田層120による接合であるた
め、熱サイクルや熱衝撃にさらされた際に、耐久特性が
劣化するおそれもある。即ち、熱サイクルもしくは熱衝
撃を受けた際に、:絶縁基板に反り、:電極の剥
離、:絶縁基板へのクラック、:半田付け部へのク
ラック等が発生し、半導体素子の動作不良をもたらすこ
ととなる。この点は、図16に示す他の従来例に係る電
子部品200においても同様である。
Further, since the bonding is performed by the solder layer 120, there is a possibility that the durability characteristics may be degraded when subjected to a thermal cycle or thermal shock. That is, when subjected to a thermal cycle or thermal shock, warpage of the insulating substrate, peeling of the electrode, cracking of the insulating substrate, cracking of the soldered portion, etc. occur, resulting in malfunction of the semiconductor element. It will be. This is the same in the electronic component 200 according to another conventional example shown in FIG.

【0017】本発明はこのような課題を考慮してなされ
たものであり、製造工程を大幅に低減することができ、
製造コストの低廉化を有効に図ることができ、しかも熱
的信頼性を向上させることができる電子回路用部材及び
その製造方法並びに電子部品を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of such problems, and can greatly reduce the number of manufacturing steps.
An object of the present invention is to provide an electronic circuit member, a method of manufacturing the same, and an electronic component that can effectively reduce the manufacturing cost and improve the thermal reliability.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明に係る電子回路用
部材は、絶縁基板として機能する層(以下、便宜的に絶
縁基板)とヒートシンク材との間に活性元素を含む接合
材が介在されていることを特徴とする。
In the electronic circuit member according to the present invention, a bonding material containing an active element is interposed between a layer functioning as an insulating substrate (hereinafter, for convenience, an insulating substrate) and a heat sink material. It is characterized by having.

【0019】これにより、接合材に含まれる活性金属に
よって、絶縁基板と接合材とが強固に接合されると共
に、ヒートシンク材と接合材とが強固に接合され、結果
的に絶縁基板とヒートシンク材とが強固に接合されるこ
ととなる。
Thus, the insulating metal and the joining material are firmly joined by the active metal contained in the joining material, and the heat sink material and the joining material are firmly joined. As a result, the insulating substrate and the heat sink material are joined together. Are firmly joined.

【0020】また、本発明に係る電子回路用部材は、絶
縁基板として機能する層とヒートシンク材との間に中間
層が介在され、前記絶縁基板として機能する層と前記中
間層との間、並びに前記中間層と前記ヒートシンク材と
の間にそれぞれ活性元素を含む接合材が介在されている
ことを特徴とする。
Further, in the electronic circuit member according to the present invention, an intermediate layer is interposed between a layer functioning as an insulating substrate and a heat sink material, and between the layer functioning as the insulating substrate and the intermediate layer; A bonding material containing an active element is interposed between the intermediate layer and the heat sink material.

【0021】これにより、接合材に含まれる活性金属に
よって、絶縁基板と中間層とが強固に接合されると共
に、中間層とヒートシンク材とが強固に接合され、結果
的に絶縁基板とヒートシンク材とが強固に接合されるこ
ととなる。
Thus, the insulating substrate and the intermediate layer are firmly joined by the active metal contained in the joining material, and the intermediate layer and the heat sink material are firmly joined. As a result, the insulating substrate and the heat sink material are joined together. Are firmly joined.

【0022】しかも、中間層の存在により、熱衝撃時に
おける絶縁基板とヒートシンク材との間の熱膨張差を緩
和することができ、該電子回路用部材全体の接合性を向
上させることができる。即ち、前記中間層によって電子
回路用部材の耐熱衝撃性を向上させることができる。
Furthermore, the presence of the intermediate layer makes it possible to reduce the difference in thermal expansion between the insulating substrate and the heat sink at the time of thermal shock, and to improve the bonding of the electronic circuit member as a whole. That is, the thermal shock resistance of the electronic circuit member can be improved by the intermediate layer.

【0023】そして、本発明においては、前記絶縁基板
として機能する層、前記接合材、ヒートシンク材及び中
間層の熱膨張率を3.0×10-6〜1.0×10-5/K
とすることが好ましい。また、中間層は、熱衝撃時に発
生する応力を緩和できるように3×10-6〜1.0×1
-5/Kの熱膨張率をもつこと、もしくは、熱膨張によ
り発生する応力が少なくなるよう低ヤング率で低耐力の
材料であることが好ましい。このことから、中間層とし
て例えばアルミニウム、銀、銅又はこれらの合金を用い
ることができる。
In the present invention, the coefficient of thermal expansion of the layer functioning as the insulating substrate, the bonding material, the heat sink material, and the intermediate layer is 3.0 × 10 −6 to 1.0 × 10 −5 / K.
It is preferable that In addition, the intermediate layer is formed in a range of 3 × 10 −6 to 1.0 × 1 so as to reduce stress generated at the time of thermal shock.
It is preferable that the material has a coefficient of thermal expansion of 0 -5 / K, or a material having a low Young's modulus and a low proof stress so that stress generated by the thermal expansion is reduced. For this reason, for example, aluminum, silver, copper, or an alloy thereof can be used as the intermediate layer.

【0024】これにより、この電子回路用部材に例えば
ICチップが実装されて電子部品とされ、該電子部品の
使用に伴ってICチップの温度が上昇しても、ヒートシ
ンク材と絶縁基板との剥離は生じない。
Thus, for example, an IC chip is mounted on this electronic circuit member to form an electronic component, and even if the temperature of the IC chip rises with the use of the electronic component, even if the temperature of the IC chip increases, the heat sink material and the insulating substrate are separated. Does not occur.

【0025】特に、前記接合材として、活性元素を含む
硬ろう材を用いることが好ましい。この場合、接合後の
接合材の平均厚みは、50μm以下、望ましくは10μ
m以下、更に望ましくは5μm以下である。この厚みは
加圧によって制御可能である。半田層を用いた場合と比
して、放熱性に優れるため、上述のICチップからの発
熱が効率よくヒートシンク材に伝達され、電子部品に対
する熱設計を容易に行うことができる。また、熱サイク
ルや熱衝撃等にさらされた場合でも絶縁基板にクラック
等は生じず、熱的信頼性の向上を図ることができる。
In particular, it is preferable to use a hard brazing material containing an active element as the bonding material. In this case, the average thickness of the joining material after joining is 50 μm or less, preferably 10 μm.
m, more preferably 5 μm or less. This thickness can be controlled by pressing. As compared with the case where a solder layer is used, the heat dissipation from the IC chip is efficiently transmitted to the heat sink material because the heat dissipation is excellent, and the thermal design for the electronic component can be easily performed. Further, even when the insulating substrate is exposed to a thermal cycle, a thermal shock, or the like, no crack or the like occurs on the insulating substrate, and the thermal reliability can be improved.

【0026】即ち、半田付けを用いた場合、熱サイクル
もしくは熱衝撃を受けた際に、:絶縁基板に反り、
:電極の剥離、:絶縁基板へのクラック、:半田
付け部へのクラック等が発生し、半導体素子の動作不良
をもたらすが、本発明においては、上記一連の不具合を
生じず、信頼性の高い電子回路用部材並びに電子部品を
提供することができる。
That is, when soldering is used, when subjected to a thermal cycle or thermal shock, it warps the insulating substrate,
: Delamination of electrodes,: Cracks on insulating substrate,: Cracks on soldered portions, etc., resulting in malfunction of the semiconductor element. In the present invention, the above series of problems does not occur and high reliability is obtained. An electronic circuit member and an electronic component can be provided.

【0027】前記活性元素としては、周期律表第2A
族、第3A族、第4A族、第5A族又は第4B族のいず
れかに属する元素の少なくとも1つを用いることができ
る。
As the active element, the periodic table 2A
At least one of the elements belonging to Group 3, Group 3A, Group 4A, Group 5A, or Group 4B can be used.

【0028】前記ヒートシンク材としては、SiC、A
lN、Si34、BeO、Al23、Be2C、C、C
u、Cu合金、Al、Al合金、Ag、Ag合金、Si
からなる群から選択された少なくとも1つを構成材料と
するものを使用することができる。
As the heat sink material, SiC, A
1N, Si 3 N 4 , BeO, Al 2 O 3 , Be 2 C, C, C
u, Cu alloy, Al, Al alloy, Ag, Ag alloy, Si
A material having at least one selected from the group consisting of as a constituent material can be used.

【0029】特に、前記ヒートシンク材として、SiC
母材にCu又はCu合金が含浸された複合材料で構成さ
れたものや、C(カーボン)母材にCu又はCu合金が
含浸された複合材料で構成されたものを用いることによ
り、低熱膨張率、高熱伝導率を達成させることができ、
絶縁基板との熱膨張率の不整合を大きく低減して、ほと
んど整合させることが可能となり、これにより、接合時
の絶縁基板への残留応力の発生が抑制され、大面積での
接合処理が可能となる。
In particular, as the heat sink material, SiC
A low coefficient of thermal expansion is obtained by using a composite material in which a base material is impregnated with Cu or Cu alloy or a composite material in which a C (carbon) base material is impregnated with Cu or Cu alloy. , Can achieve high thermal conductivity,
The thermal expansion coefficient mismatch with the insulating substrate is greatly reduced, making it possible to almost match, thereby suppressing the generation of residual stress on the insulating substrate during bonding and enabling bonding processing in a large area. Becomes

【0030】前記絶縁基板として機能する層としては、
AlN層又はSi34層を用いることができる。これに
より、熱膨張率がICチップとほぼ同じで、しかも、熱
伝導率の高い絶縁基板を構成することができる。
As the layer functioning as the insulating substrate,
An AlN layer or a Si 3 N 4 layer can be used. As a result, an insulating substrate having substantially the same coefficient of thermal expansion as the IC chip and having high thermal conductivity can be formed.

【0031】また、前記ヒートシンク材のうち、冷却フ
ィンが取り付けられる面を外方に向かって凸形状とする
ことが好ましい。但し、ヒートシンク材と冷却ファンと
の間には、グリースが用いられるため、通常は平面に近
い形状であっても使用できることはもちろんである。
It is preferable that a surface of the heat sink material to which the cooling fins are attached has a convex shape toward the outside. However, since grease is used between the heat sink material and the cooling fan, it is needless to say that a normally flat shape can be used.

【0032】そして、冷却フィンが取り付けられる面を
外方に向かって凸形状とする場合は、前記ヒートシンク
材の凸形状の突出量が前記ヒートシンク材の最大長に対
して1/200〜1/20000であることが好まし
い。これにより、ヒートシンク材に冷却フィンを例えば
ネジ止め等によって固定する場合に、ヒートシンク材と
冷却フィンとの固定作業が容易になると共に、これらの
部材の密着性を上げることができ、放熱性を高めること
ができる。
When the surface on which the cooling fins are attached is made convex outward, the amount of protrusion of the convex shape of the heat sink material is 1/200 to 1/20000 with respect to the maximum length of the heat sink material. It is preferred that Thereby, when the cooling fin is fixed to the heat sink material by, for example, screwing, the fixing work between the heat sink material and the cooling fin is facilitated, and the adhesion between these members can be increased, and the heat radiation property is enhanced. be able to.

【0033】次に、本発明に係る電子回路用部材の製造
方法は、ヒートシンク材、絶縁基板として機能する層及
び電極を同時に接合することを特徴とする。これによ
り、製造工程を大幅に低減することができ、製造コスト
の低廉化を有効に図ることができ、しかも熱的信頼性を
向上させることができる。
Next, a method for manufacturing an electronic circuit member according to the present invention is characterized in that a heat sink material, a layer functioning as an insulating substrate, and an electrode are simultaneously bonded. As a result, the number of manufacturing steps can be significantly reduced, the manufacturing cost can be effectively reduced, and the thermal reliability can be improved.

【0034】そして、前記ヒートシンク材上に活性元素
を含む接合材を介して絶縁基板として機能する層を接合
する工程を含むようにしてもよいし、絶縁基板として機
能する層と中間層との間に活性元素を含む第1の接合材
を介在させ、該中間層とヒートシンク材との間に活性元
素を含む第2の接合材を介在させてこれらの部材を接合
する工程を含むようにしてもよい。
The method may further include a step of bonding a layer functioning as an insulating substrate on the heat sink material via a bonding material containing an active element, or an active layer may be provided between the layer functioning as an insulating substrate and the intermediate layer. The method may include a step of joining these members by interposing a first joining material containing an element and interposing a second joining material containing an active element between the intermediate layer and the heat sink material.

【0035】また、前記接合工程は、前記ヒートシンク
材と前記層との接合時に、加圧を行うようにしてもよ
い。この加圧力は0.2MPa以上、10MPa以下で
あることが好ましい。ヒートシンク材への絶縁基板とし
て機能する層の接合、あるいは絶縁基板として機能する
層と中間層との接合及び該中間層とヒートシンク材との
接合が強固になるからである。
In the bonding step, pressure may be applied at the time of bonding the heat sink material and the layer. It is preferable that the pressure is 0.2 MPa or more and 10 MPa or less. This is because bonding of the layer functioning as an insulating substrate to the heat sink material, bonding of the layer functioning as the insulating substrate to the intermediate layer, and bonding of the intermediate layer to the heat sink material are strengthened.

【0036】前記絶縁基板として機能する層、前記接合
材、ヒートシンク材及び中間層として、それぞれ熱膨張
率が、3.0×10-6〜1.0×10-5/Kのものを使
用することが好ましい。また、中間層は、熱衝撃時に発
生する応力を緩和できるように3×10-6〜1.0×1
-5/Kの熱膨張率をもつこと、もしくは、熱膨張によ
り発生する応力が少なくなるよう低ヤング率で低耐力の
材料であることが好ましい。このことから、中間層とし
て例えばアルミニウム、銀、銅又はこれらの合金を用い
ることができる。
As the layer functioning as the insulating substrate, the bonding material, the heat sink material and the intermediate layer, those having a coefficient of thermal expansion of 3.0 × 10 −6 to 1.0 × 10 −5 / K are used. Is preferred. In addition, the intermediate layer is formed in a range of 3 × 10 −6 to 1.0 × 1 so as to reduce stress generated at the time of thermal shock.
It is preferable that the material has a coefficient of thermal expansion of 0 -5 / K, or a material having a low Young's modulus and a low proof stress so that stress generated by the thermal expansion is reduced. For this reason, for example, aluminum, silver, copper, or an alloy thereof can be used as the intermediate layer.

【0037】また、前記接合材として、活性元素を含む
硬ろう材を使用することが好ましい。この場合、前記加
圧によって、ろう材の厚みを制御することが可能とな
り、従来の数百μm厚の半田層と比較して、放熱性に優
れた良好な接合体が得られる。
It is preferable to use a hard brazing material containing an active element as the bonding material. In this case, the thickness of the brazing material can be controlled by the pressurization, and a good bonded body having excellent heat dissipation can be obtained as compared with a conventional solder layer having a thickness of several hundred μm.

【0038】そして、前記活性元素として、周期律表第
2A族、第3A族、第4A族、第5A族又は第4B族の
いずれかに属する元素の少なくとも1つを使用すること
が好ましい。
As the active element, it is preferable to use at least one of the elements belonging to any of Groups 2A, 3A, 4A, 5A and 4B of the periodic table.

【0039】また、前記ヒートシンク材として、Si
C、AlN、Si34、BeO、Al 23、Be2C、
C、Cu、Cu合金、Al、Al合金、Ag、Ag合
金、Siからなる群から選択された少なくとも1つを構
成材料とするものを使用することが好ましい。
Further, as the heat sink material, Si
C, AlN, SiThreeNFour, BeO, Al TwoOThree, BeTwoC,
C, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, Ag, Ag alloy
At least one selected from the group consisting of gold and Si
It is preferable to use a material that is a constituent material.

【0040】特に、前記ヒートシンク材として、SiC
母材にCu又はCu合金が含浸された複合材料で構成さ
れているものや、C母材にCu又はCu合金が含浸され
た複合材料で構成されているものを使用することが好ま
しい。また、前記絶縁基板として機能する層として、A
lN層又はSi34層を使用することが好ましい。
In particular, as the heat sink material, SiC
It is preferable to use a composite material in which a base material is impregnated with Cu or a Cu alloy, or a composite material in which a C base material is impregnated with Cu or a Cu alloy. Further, as a layer functioning as the insulating substrate, A
It is preferable to use an 1N layer or a Si 3 N 4 layer.

【0041】次に、本発明に係る電子部品は、ヒートシ
ンク材上に熱伝導層及び下地層を介して電子回路チップ
が実装された電子部品において、前記熱伝導層は、少な
くとも絶縁基板として機能する層と前記ヒートシンク材
との間に活性元素を含む接合材が介在されて構成されて
いることを特徴とする。
Next, in the electronic component according to the present invention, in which an electronic circuit chip is mounted on a heat sink material via a heat conductive layer and an underlayer, the heat conductive layer functions at least as an insulating substrate. A bonding material containing an active element is interposed between the layer and the heat sink material.

【0042】また、前記熱伝導層は、少なくとも絶縁基
板として機能する層と中間層との間に活性元素を含む第
1の接合材が介在され、前記中間層と前記ヒートシンク
材との間に活性元素を含む第2の接合材が介在されて構
成されていてもよい。
Further, in the heat conductive layer, a first bonding material containing an active element is interposed between at least a layer functioning as an insulating substrate and an intermediate layer, and an active material is provided between the intermediate layer and the heat sink material. A second bonding material containing an element may be interposed.

【0043】これらの場合、前記熱伝導層は、前記絶縁
基板として機能する層上に活性元素を含む別の接合材を
介して電極を形成するようにしてもよい。
In these cases, the heat conductive layer may form an electrode on the layer functioning as the insulating substrate via another bonding material containing an active element.

【0044】[0044]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る電子回路用部
材及びその製造方法並びに電子部品の実施の形態例を図
1〜図14を参照しながら説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of an electronic circuit member, a method of manufacturing the same, and an electronic component according to the present invention will be described below with reference to FIGS.

【0045】まず、第1の実施の形態に係る電子部品1
0Aは、図1に示すように、第1の実施の形態に係る電
子回路用部材12Aに下地層14を介してICチップ1
6が実装され、更に、電子回路用部材12Aの下面に冷
却フィン18が固定されて構成されている。
First, the electronic component 1 according to the first embodiment
1A, the IC chip 1 is provided on the electronic circuit member 12A according to the first embodiment via the base layer 14, as shown in FIG.
6 are mounted, and cooling fins 18 are fixed to the lower surface of the electronic circuit member 12A.

【0046】そして、第1の実施の形態に係る電子回路
用部材12Aは、図2に示すように、ヒートシンク材2
0上に熱伝導層22を有して構成されている。
The electronic circuit member 12A according to the first embodiment is provided with a heat sink material 2 as shown in FIG.
On the other hand, the heat conductive layer 22 is formed on the heat conductive layer 22.

【0047】熱伝導層22は、少なくとも絶縁基板とし
て機能する層(以下、便宜的に絶縁基板24と記す)と
前記ヒートシンク材20との間に活性元素を含む第1の
接合材26が介在されて構成されている。
The heat conductive layer 22 has a first bonding material 26 containing an active element interposed between at least a layer functioning as an insulating substrate (hereinafter referred to as an insulating substrate 24 for convenience) and the heat sink material 20. It is configured.

【0048】この第1の実施の形態では、前記熱伝導層
22は、前記第1の接合材26及び絶縁基板24と、該
絶縁基板24上に形成された第2の接合材28と、該第
2の接合材28上に形成されたCu又はAlからなる電
極30とから構成されている。
In the first embodiment, the heat conductive layer 22 includes the first bonding material 26 and the insulating substrate 24, the second bonding material 28 formed on the insulating substrate 24, And an electrode 30 made of Cu or Al formed on the second bonding material 28.

【0049】ここで、絶縁基板24は、AlN層又はS
34層を用いることができる。絶縁基板24としてA
lN層を用いた場合、該AlN層の熱膨張率は、Alと
Nのモル組成比に依存して変化するが、概ね3.0×1
-6〜1.0×10-5/Kの範囲内である。従って、ヒ
ートシンク材20の熱膨張率は、3.0×10-6〜1.
0×10-5/Kであることが好ましい。例えば、絶縁基
板(AlN層)24の熱膨張率が3.0×10-6/Kで
あり、かつヒートシンク材20の熱膨張率が1.0×1
-5/Kを超える熱膨張率を有するものである場合に
は、電子部品10Aが使用されることに伴って該電子部
品10Aの温度が上昇した際、ヒートシンク材20と絶
縁基板24とが互いに剥離するおそれがあるからであ
る。
Here, the insulating substrate 24 is made of an AlN layer or S
i 3 N 4 layer can be used. A as the insulating substrate 24
When an 1N layer is used, the coefficient of thermal expansion of the AlN layer changes depending on the molar composition ratio of Al and N, but is approximately 3.0 × 1.
It is in the range of 0 -6 to 1.0 × 10 -5 / K. Therefore, the coefficient of thermal expansion of the heat sink material 20 is 3.0 × 10 −6 to 1.
It is preferably 0 × 10 −5 / K. For example, the thermal expansion coefficient of the insulating substrate (AlN layer) 24 is 3.0 × 10 −6 / K, and the thermal expansion coefficient of the heat sink material 20 is 1.0 × 1.
If the electronic component 10A has a thermal expansion coefficient of more than 0 −5 / K, the heat sink material 20 and the insulating substrate 24 may be separated from each other when the temperature of the electronic component 10A rises with the use of the electronic component 10A. This is because there is a possibility that they may be separated from each other.

【0050】絶縁基板24におけるAlとNとのモル組
成比は、Al:N=0.8:1.2〜1.2:0.8で
あることが好ましい。この場合、絶縁基板24は、確実
に3.0×10-6〜1.0×10-5/Kの熱膨張率と1
50W/mK以上の熱伝導率を示すからである。
The molar composition ratio of Al and N in the insulating substrate 24 is preferably Al: N = 0.8: 1.2 to 1.2: 0.8. In this case, the insulating substrate 24 reliably has a coefficient of thermal expansion of 3.0 × 10 −6 to 1.0 × 10 −5 / K and 1
The reason therefor is to exhibit a thermal conductivity of 50 W / mK or more.

【0051】また、ヒートシンク材20の熱伝導率は、
150W/mK以上であることが好ましい。150W/
mK未満であると、電子部品10Aが使用されることに
伴ってICチップ16が発した熱を電子部品10Aの外
部へと伝達させる速度が遅くなるので、該電子部品10
Aの温度を一定に保持する効果に乏しくなるからであ
る。
The heat conductivity of the heat sink material 20 is as follows:
It is preferably at least 150 W / mK. 150W /
If the temperature is less than mK, the speed at which the heat generated by the IC chip 16 is transmitted to the outside of the electronic component 10A with the use of the electronic component 10A becomes slow.
This is because the effect of keeping the temperature of A constant is poor.

【0052】ヒートシンク材20の構成材料は、熱伝導
率や熱膨張率が上記した範囲内となるようなものであれ
ば特に限定されないが、SiC、AlN、Si34、B
eO、Al23、Be2C、C、Cu、Cu合金、A
l、Al合金、Ag、Ag合金、Siからなる群から選
択された少なくとも1つを好適な例として挙げることが
できる。即ち、ヒートシンク材20は、これらの中から
選定された単体または2つ以上からなる複合材から構成
することができる。複合材としては、SiC/Cu複合
材20A(図3参照)やC/Cu複合材20B(図4参
照)を例示することができる。
The constituent material of the heat sink material 20 is not particularly limited as long as the thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion are within the above-mentioned ranges, but SiC, AlN, Si 3 N 4 , B
eO, Al 2 O 3 , Be 2 C, C, Cu, Cu alloy, A
Preferred examples include at least one selected from the group consisting of 1, Al alloy, Ag, Ag alloy, and Si. That is, the heat sink material 20 can be composed of a single material selected from these materials or a composite material composed of two or more materials. Examples of the composite material include a SiC / Cu composite material 20A (see FIG. 3) and a C / Cu composite material 20B (see FIG. 4).

【0053】SiC/Cu複合材20Aは、図3に示す
ように、SiCで構成された多孔質焼結体40の開気孔
42内に溶融したCu又はCu合金44を含浸し、次い
で、このCu又はCu合金44を固化することにより得
られる。
As shown in FIG. 3, the SiC / Cu composite material 20A impregnates the molten Cu or Cu alloy 44 into the open pores 42 of the porous sintered body 40 made of SiC, Alternatively, it is obtained by solidifying the Cu alloy 44.

【0054】C/Cu複合材20Bは、図4に示すよう
に、カーボン又はその同素体を予備焼成してネットワー
ク化することによって得られる多孔質焼結体50の開気
孔52内に溶融したCu又はCu合金54を含浸し、次
いで、このCu又はCu合金54を固化することにより
得られるものであって、例えば特願2000−8083
3号に示される部材である。
As shown in FIG. 4, the C / Cu composite material 20B is formed by preliminarily firing carbon or its allotrope to form a network, and to form Cu or molten molten metal in the open pores 52 of the porous sintered body 50. It is obtained by impregnating the Cu alloy 54 and then solidifying the Cu or the Cu alloy 54. For example, Japanese Patent Application No. 2000-8083
3 is a member shown in FIG.

【0055】ヒートシンク材20が上述した複合材料や
合金からなる場合、熱膨張率や熱伝導率は、構成成分の
組成比を設定することにより、上記した範囲内(熱膨張
率3.0×10-6〜1.0×10-5/K:、熱伝導率:
150W/mK以上)に制御することができる。
When the heat sink material 20 is made of the above-described composite material or alloy, the coefficient of thermal expansion and the coefficient of thermal conductivity can be set within the above range (coefficient of thermal expansion 3.0 × 10 3) by setting the composition ratio of the constituent components. −6 to 1.0 × 10 −5 / K: Thermal conductivity:
150 W / mK or more).

【0056】第1及び第2の接合材26及び28は、活
性元素を含む硬ろう材であることが好ましい。この場
合、活性元素は、Mg、Sr、Ca、Ba、Be等の周
期律表第2A族、Ce等の第3A族、Ti、Zr等の第
4A族、又は、Nb等の第5A族、B、Si等の第4B
族に属する元素の少なくとも1つを使用することができ
る。第1の実施の形態では、前記第1及び第2の接合材
26及び28として、Ag−Cu−Tiの硬ろう材又は
Ag−Cu−In−Tiの硬ろう材を使用した。この場
合、活性元素はTiである。
The first and second joining materials 26 and 28 are preferably hard brazing materials containing an active element. In this case, the active element is a group 2A group of the periodic table such as Mg, Sr, Ca, Ba, Be, a group 3A such as Ce, a group 4A such as Ti or Zr, or a group 5A such as Nb, 4B of B, Si, etc.
At least one of the elements belonging to the group can be used. In the first embodiment, an Ag-Cu-Ti hard brazing material or an Ag-Cu-In-Ti hard brazing material is used as the first and second joining materials 26 and 28. In this case, the active element is Ti.

【0057】一方、下地層14は、図1に示すように、
前記熱伝導層22上に形成された半田層60と、ICチ
ップ16の半田層60に対する濡れ性を良好にするため
のNi層62とを有して構成されている。
On the other hand, as shown in FIG.
It has a solder layer 60 formed on the heat conductive layer 22 and a Ni layer 62 for improving the wettability of the IC chip 16 with respect to the solder layer 60.

【0058】そして、第1の実施の形態に係る電子回路
用部材12Aを使用する場合は、ヒートシンク材20の
下面に、例えばAlやCuで構成された冷却フィン18
が例えばネジ止め(図示せず)によって固定される。特
に、第1の実施の形態では、図2に示すように、ヒート
シンク材20のうち、前記冷却フィン18が取り付けら
れる面(下面)20aが外方に向かって凸形状とされて
いる。
When the electronic circuit member 12A according to the first embodiment is used, the cooling fins 18 made of, for example, Al or Cu are provided on the lower surface of the heat sink material 20.
Are fixed by, for example, screwing (not shown). In particular, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the surface (lower surface) 20a of the heat sink material 20 to which the cooling fins 18 are attached has a convex shape outward.

【0059】具体的には、後述するように、熱伝導層2
2を形成した段階で、熱処理を行うことで電極30の熱
収縮が進み、これにより、熱伝導層22が形成されたヒ
ートシンク材20の下面20aが外方に向かって凸とな
るように反り、結果的に、ヒートシンク材20の下面2
0aが外方に向かって凸形状となる。この場合、反り量
は、ヒートシンク材20の最大長に対して1/200〜
1/20000であることが好ましい。この範囲外であ
ると、冷却フィン18の締め付けの密着性が悪くなり、
放熱性の面で不具合が生じたり、部材の破損等の問題が
生じるからである。
Specifically, as described later, the heat conductive layer 2
At the stage where 2 is formed, the heat shrinkage of the electrode 30 progresses by performing the heat treatment, whereby the lower surface 20a of the heat sink material 20 on which the heat conductive layer 22 is formed is warped so as to be convex outward. As a result, the lower surface 2 of the heat sink material 20
0a becomes convex toward the outside. In this case, the warp amount is 1/200 to the maximum length of the heat sink material 20.
It is preferably 1/20000. If it is outside this range, the tightness of the fastening of the cooling fins 18 deteriorates,
This is because problems occur in terms of heat dissipation, and problems such as breakage of members occur.

【0060】次に、第1の実施の形態に係る電子回路用
部材12A及び電子部品10Aの製造方法について図5
A及び図5Bを参照しながら説明する。
Next, a method of manufacturing the electronic circuit member 12A and the electronic component 10A according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG.

【0061】第1の実施の形態に係る製造方法は、ま
ず、図5Aに示すセッティング工程において、ヒートシ
ンク材20上に、第1の接合材26、絶縁基板24、第
2の接合材28及び電極30の順に載置(セッティン
グ)する。このセッティングは、例えば大気中で行われ
る。
In the manufacturing method according to the first embodiment, first, in a setting step shown in FIG. 5A, a first bonding material 26, an insulating substrate 24, a second bonding material 28 and an electrode They are placed (set) in the order of 30. This setting is performed, for example, in the atmosphere.

【0062】次に、図5Bに示す接合工程において、前
記第1の接合材26、絶縁基板24、第2の接合材28
及び電極30がセッティングされたヒートシンク材20
を治具70上に固定し、例えば1.0×10-5Torr
以下の真空中にて、上方から加圧を行いながら、昇温・
降温を行って接合する。この接合処理によって、図2に
示すように、電極30、絶縁基板24及びヒートシンク
材20が一体化された接合体、即ち、電子回路用部材1
2Aが得られる。
Next, in the bonding step shown in FIG. 5B, the first bonding material 26, the insulating substrate 24, and the second bonding material 28
And heat sink material 20 on which electrodes 30 are set
Is fixed on a jig 70, for example, 1.0 × 10 −5 Torr
While applying pressure from above in the following vacuum,
Join by cooling down. By this bonding process, as shown in FIG. 2, a bonded body in which the electrode 30, the insulating substrate 24 and the heat sink material 20 are integrated, that is, the electronic circuit member 1
2A is obtained.

【0063】前記接合工程での加圧は、0.2MPa以
上、10MPa以下の力で加圧することが好ましい。こ
の場合、接合後の第1及び第2の接合材26及び28の
平均厚みは、50μm以下、望ましくは10μm以下、
更に望ましくは5μm以下である。この厚みは前記加圧
によって制御可能である。
The pressure in the joining step is preferably 0.2 MPa or more and 10 MPa or less. In this case, the average thickness of the first and second bonding materials 26 and 28 after bonding is 50 μm or less, preferably 10 μm or less,
More preferably, it is 5 μm or less. This thickness can be controlled by the pressure.

【0064】前記接合時に行われる昇温・降温処理によ
って、熱膨張率の違いから、上層の電極30の熱収縮が
他の構成膜よりも進行し、これにより、図2に示すよう
に、全体(熱伝導層22とヒートシンク材20)がヒー
トシンク材20の下面20a側を凸とするように反るこ
ととなる。この反りは、ヒートシンク材20としてSi
C/Cu複合材20AやC/Cu複合材20Bを用いた
場合に顕著となる。反り量は、上述したように、ヒート
シンク材20の最大長に対して1/200〜1/200
00である。
Due to the difference in coefficient of thermal expansion, the heat shrinkage of the upper electrode 30 progresses more than the other constituent films due to the difference in the coefficient of thermal expansion due to the temperature rise / fall processing performed at the time of the above-mentioned bonding. (The heat conductive layer 22 and the heat sink material 20) are warped so that the lower surface 20 a side of the heat sink material 20 is convex. This warpage is caused by heat sink material 20
This is remarkable when the C / Cu composite material 20A or the C / Cu composite material 20B is used. As described above, the amount of warpage is 1/200 to 1/200 with respect to the maximum length of the heat sink material 20.
00.

【0065】なお、ヒートシンク材20として、純Cu
やCu合金を用いた場合は、上述とは反対にヒートシン
ク材20の下面20a側が凹となるように反ることとな
る。この場合、図1に示すような冷却フィン18を取り
付けることが困難になることから、ヒートシンク材20
の下面20aを平坦化するための加工(後加工)が必要
になり、製造工程の増大を引き起こすという不都合があ
る。従って、ヒートシンク材20としては、上述したよ
うに、SiC/Cu複合材20AやC/Cu複合材20
Bを用いることが好ましい。
The heat sink material 20 is made of pure Cu.
When a Cu alloy is used, the lower surface 20a of the heat sink material 20 is warped so as to be concave, contrary to the above. In this case, it becomes difficult to attach the cooling fins 18 as shown in FIG.
Processing (post-processing) for flattening the lower surface 20a of the semiconductor device is required, which causes an increase in the number of manufacturing steps. Therefore, as described above, the heat sink material 20 includes the SiC / Cu composite material 20A and the C / Cu composite material 20A.
It is preferable to use B.

【0066】第1の実施の形態に係る電子回路用部材1
2Aが作製された後は、通常の工程が行われる。即ち、
まず、電極30の表面に回路パターンを形成する。具体
的には、電極30の全面に回路形成用のレジストを印刷
し、該レジストに対してエッチングしない部分のみ選択
的に硬化した後、非硬化部分を除去し、露出した銅を塩
化第2銅水溶液でエッチングして、電極30の表面に回
路パターンを形成する。
The electronic circuit member 1 according to the first embodiment
After 2A is manufactured, a normal process is performed. That is,
First, a circuit pattern is formed on the surface of the electrode 30. More specifically, a circuit-forming resist is printed on the entire surface of the electrode 30, and only a portion which is not etched with respect to the resist is selectively cured. Then, the uncured portion is removed, and the exposed copper is replaced with cupric chloride. The circuit pattern is formed on the surface of the electrode 30 by etching with an aqueous solution.

【0067】その後、回路間のロウ材を除くために、酸
性フッ化アンモニウム水溶液にて洗浄し、更に、数回水
洗した。その後、金属部の表面に保護層としてNi−P
めっきを施して、保護層付きの回路パターンを形成し
た。
Thereafter, in order to remove the brazing material between the circuits, the substrate was washed with an aqueous solution of ammonium ammonium fluoride and further washed with water several times. Then, Ni-P is used as a protective layer on the surface of the metal part.
Plating was performed to form a circuit pattern with a protective layer.

【0068】次いで、電極30の回路パターン上にIC
チップ16を接合した。第1の実施の形態では、市販の
例えばシリコン系IGBT(パワー半導体素子)を低温
半田により接合した。更に、図示しないが、ワイヤボン
ディングにより、ICチップ16の端子に金属ワイヤを
電気的に接続すると共に、電極30の回路パターンにも
同様に金属ワイヤを接続した。
Next, an IC is formed on the circuit pattern of the electrode 30.
The chip 16 was joined. In the first embodiment, a commercially available silicon-based IGBT (power semiconductor element) is joined by low-temperature solder. Further, although not shown, a metal wire was electrically connected to a terminal of the IC chip 16 by wire bonding, and a metal wire was similarly connected to a circuit pattern of the electrode 30.

【0069】その後、このICチップ16が接合された
電子回路用部材12Aをパッケージ内に収容し、該パッ
ケージの内部に、市販のポッティング用シリコーンゲル
を注入し、硬化して、前記電子回路用部材12Aの電気
的絶縁性を高め、更に、機械的信頼性を確保すべく封止
して、第1の実施の形態に係る電子部品10A、この場
合は、パワー半導体装置を作製した。
Thereafter, the electronic circuit member 12A to which the IC chip 16 is bonded is housed in a package, and a commercially available silicone gel for potting is injected into the package and cured, and the electronic circuit member 12A is cured. The electronic component 10A according to the first embodiment, in this case, a power semiconductor device, was fabricated by increasing the electrical insulation of the device 12A and sealing it to ensure mechanical reliability.

【0070】このように、第1の実施の形態に係る電子
回路用部材12A、その製造方法並びに電子部品10A
においては、絶縁基板24とヒートシンク材20とを活
性元素を含む第1の接合材26で接合するようにしたの
で、第1の接合材26に含まれる活性金属によって、絶
縁基板24と第1の接合材26とが強固に接合されると
共に、ヒートシンク材20と第1の接合材26とが強固
に接合され、結果的に絶縁基板24とヒートシンク材2
0とが強固に接合されることとなる。
As described above, the electronic circuit member 12A, the method of manufacturing the same, and the electronic component 10A according to the first embodiment.
In the above, since the insulating substrate 24 and the heat sink material 20 are joined by the first joining material 26 containing the active element, the active substrate contained in the first joining material 26 allows the insulating substrate 24 and the first heat sink material 20 to be joined to each other. The joining material 26 is firmly joined, and the heat sink material 20 and the first joining material 26 are firmly joined. As a result, the insulating substrate 24 and the heat sink material 2 are joined.
0 is firmly joined.

【0071】従って、ヒートシンク材20と絶縁基板2
4との間に、Niめっき層、半田層、Ni層及び下部電
極層を介在させる必要がなくなり、上述の第1の接合材
26のみでよい。従って、本実施の形態においては、製
造工程を大幅に低減することができ、製造コストの低廉
化を有効に図ることができる。
Accordingly, the heat sink material 20 and the insulating substrate 2
4, there is no need to intervene a Ni plating layer, a solder layer, a Ni layer, and a lower electrode layer, and only the first bonding material 26 described above is sufficient. Therefore, in the present embodiment, the number of manufacturing steps can be significantly reduced, and the manufacturing cost can be effectively reduced.

【0072】そして、第1の実施の形態においては、絶
縁基板24、第1の接合材26及びヒートシンク材20
の熱膨張率を3.0×10-6〜1.0×10-5/Kとし
たので、この電子回路用部材12Aに例えばICチップ
16が実装されて本実施の形態に係る電子部品10Aと
され、該電子部品10Aの使用に伴ってICチップ16
の温度が上昇しても、ヒートシンク材20と絶縁基板2
4との剥離は生じなくなり、信頼性を向上させることが
できる。
In the first embodiment, the insulating substrate 24, the first bonding material 26, and the heat sink material 20
Since the coefficient of thermal expansion of the electronic circuit member is 3.0 × 10 −6 to 1.0 × 10 −5 / K, for example, the IC chip 16 is mounted on the electronic circuit member 12A, and the electronic component 10A according to the present embodiment is mounted. With the use of the electronic component 10A, the IC chip 16
The temperature of the heat sink material 20 and the insulating substrate 2
4 does not occur, and the reliability can be improved.

【0073】特に、第1の実施の形態では、第1の接合
材26として、活性元素を含む硬ろう材を用いるように
したので、半田層を用いた場合と比して、放熱性に優れ
るため、上述のICチップ16からの発熱が効率よくヒ
ートシンク材20に伝達され、電子部品10Aに対する
熱設計を容易に行うことができる。また、熱サイクルや
熱衝撃等にさらされた場合でも絶縁基板24にクラック
等は生じにくくなり、熱的信頼性の向上を図ることがで
きる。
In particular, in the first embodiment, a hard brazing material containing an active element is used as the first bonding material 26, so that the heat radiation is excellent as compared with the case where a solder layer is used. Therefore, the heat generated from the above-described IC chip 16 is efficiently transmitted to the heat sink material 20, and the thermal design for the electronic component 10A can be easily performed. Further, even when the insulating substrate 24 is exposed to a heat cycle, a thermal shock, or the like, cracks and the like hardly occur in the insulating substrate 24, and the thermal reliability can be improved.

【0074】即ち、従来のように半田付けを用いた場
合、熱サイクルもしくは熱衝撃を受けた際に、:絶縁
基板24に反り、:電極30の剥離、:絶縁基板2
4へのクラック、:半田付け部へのクラックが発生
し、半導体素子の動作不良をもたらすが、本実施の形態
においては、上記一連の不具合が生じることがなく、信
頼性の高い電子回路用部材12A並びに電子部品10A
を提供することができる。
That is, when soldering is used as in the conventional case, when a thermal cycle or a thermal shock is applied, the substrate is warped: the insulating substrate 24 is peeled off, and the electrode 30 is peeled off.
Crack 4: A crack occurs in the soldered portion, resulting in a malfunction of the semiconductor element. However, in the present embodiment, the above-described series of problems does not occur, and a highly reliable electronic circuit member. 12A and electronic components 10A
Can be provided.

【0075】また、前記ヒートシンク材20として、S
iC母材にCu又はCu合金が含浸されたSiC/Cu
複合材20Aで構成されたものや、C(カーボン)母材
にCu又はCu合金が含浸されたC/Cu複合材20B
で構成されたものを用いるようにしたので、低熱膨張
率、高熱伝導率を達成させることができ、絶縁基板24
との熱膨張率の不整合を大きく低減して、ほとんど整合
させることが可能となり、これにより、接合時の絶縁基
板24への残留応力の発生が抑制され、大面積での接合
処理が可能となる。
As the heat sink material 20, S
SiC / Cu in which iC base material is impregnated with Cu or Cu alloy
A C / Cu composite material 20B composed of a composite material 20A or a C (carbon) base material impregnated with Cu or a Cu alloy
Is used, a low coefficient of thermal expansion and a high coefficient of thermal conductivity can be achieved.
It is possible to greatly reduce the mismatch in the coefficient of thermal expansion between the substrate and the substrate, thereby making it possible to perform almost the same, thereby suppressing the occurrence of residual stress on the insulating substrate 24 at the time of joining, and enabling the joining process in a large area. Become.

【0076】例えば、C/Cu複合材20Bでは、上述
した特願2000−80833号に示されるように、材
料物性の1つであるヤング率が極端に低いため、接合
後、残留応力が生じにくい。これにより、絶縁基板24
へのクラックや絶縁基板24の剥離が生じにくくなる。
For example, in the C / Cu composite material 20B, as shown in the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2000-80833, the Young's modulus, which is one of the physical properties of the material, is extremely low. . Thereby, the insulating substrate 24
Cracks and peeling of the insulating substrate 24 are less likely to occur.

【0077】また、絶縁基板24として、AlN層又は
Si34層を用いるようにしたので、熱膨張率がICチ
ップ16とほぼ同じで、しかも、熱伝導率の高い絶縁基
板24を構成することができる。
Further, since the AlN layer or the Si 3 N 4 layer is used as the insulating substrate 24, the insulating substrate 24 having substantially the same thermal expansion coefficient as the IC chip 16 and having high thermal conductivity is formed. be able to.

【0078】また、ヒートシンク材20のうち、冷却フ
ィン18が取り付けられる面20aを外方に向かって凸
形状としたので、ヒートシンク材20に冷却フィン18
を例えばネジ止め等によって固定する場合に、ヒートシ
ンク材20と冷却フィン18との固定作業が容易になる
と共に、これらの部材の密着性を上げることができ、放
熱性を高めることができる。
Further, since the surface 20a of the heat sink material 20 to which the cooling fins 18 are attached has a convex shape outward, the cooling fins 18
For example, when fixing is performed by screwing or the like, the work of fixing the heat sink material 20 and the cooling fins 18 is facilitated, the adhesion between these members can be improved, and the heat dissipation can be improved.

【0079】次に、2つの実験例(第1及び第2の実験
例)について図6〜図9を参照しながら説明する。ここ
で、第1及び第2の実験例では、実施例1〜8と比較例
1及び2について試験したものであり、これら実施例1
〜8と比較例1及び2の構成上の違いは図6に示す。
Next, two experimental examples (first and second experimental examples) will be described with reference to FIGS. Here, in the first and second experimental examples, Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 were tested.
FIG. 6 shows a difference in the structure between Comparative Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2.

【0080】即ち、実施例1は、絶縁基板24として、
熱伝導率が180W/mKであって、縦×横が40×5
0mmで、厚みが0.635mmのAlN(窒化アルミ
ニウム)製絶縁基板を用い、電極30として、縦×横が
35×45mmで、厚みが0.30mmのCu(純銅)
製の電極を用い、ヒートシンク材20として、縦×横が
50×80mmで、厚みが3.0mmのC/Cu複合材
を用いた。
That is, in the first embodiment, as the insulating substrate 24,
Thermal conductivity is 180W / mK, length × width is 40 × 5
Using an insulating substrate made of AlN (aluminum nitride) having a thickness of 0 mm and a thickness of 0.635 mm, Cu (pure copper) having a length of 35 mm x 45 mm and a thickness of 0.30 mm is used as an electrode 30.
A C / Cu composite material of 50 × 80 mm in length × width and 3.0 mm in thickness was used as the heat sink material 20.

【0081】そして、絶縁基板24とヒートシンク材2
0との間、並びに電極30と絶縁基板24との間に、第
1及び第2の接合材26及び30である市販のAg−C
u−Tiロウ材(Ag−35.25Cu−1.75T
i)の板厚50μmのシートを載置した。次いで、0.
00133Paの真空下、所定の温度(850℃)で1
0分間保持した後、除冷して接合体(電子回路用部材1
2A)を作製した。
Then, the insulating substrate 24 and the heat sink material 2
0, and between the electrode 30 and the insulating substrate 24, a commercially available Ag-C as the first and second bonding materials 26 and 30.
u-Ti brazing material (Ag-35.25Cu-1.75T)
The sheet having a plate thickness of 50 μm in i) was placed. Then, 0.
At a predetermined temperature (850 ° C.) under a vacuum of
After holding it for 0 minutes, it is cooled down and the joined body (electronic circuit member 1
2A) was prepared.

【0082】なお、電子回路用部材12Aには、昇温及
び降温時の間、1MPaの加圧を負荷した。電子回路用
部材12Aは、ヒートシンク材20と絶縁基板24との
間、並びに電極30と絶縁基板24との間に、それぞれ
最終的に約5μm以下の厚みを有するロウ材(第1及び
第2の接合材26及び28)が介在した形となってい
た。
The electronic circuit member 12A was loaded with a pressure of 1 MPa during the temperature increase and decrease. The electronic circuit member 12A is provided between the heat sink material 20 and the insulating substrate 24, and between the electrode 30 and the insulating substrate 24, each of a brazing material (first and second brazing materials) having a thickness of about 5 μm or less. The joining materials 26 and 28) were interposed.

【0083】実施例2は、上述の実施例1とほぼ同じ構
成を有するが、絶縁基板24とヒートシンク材20との
間、並びに電極30と絶縁基板24との間に、第1及び
第2の接合材26及び28である市販のAg−Cu−I
n−Tiロウ材(Ag−27.25Cu−12.5In
−1.25Ti)の板厚50μmのシートを載置して作
製されている点で異なる。
The second embodiment has substantially the same configuration as the first embodiment, except that the first and second electrodes are provided between the insulating substrate 24 and the heat sink material 20 and between the electrode 30 and the insulating substrate 24. Commercially available Ag-Cu-I as bonding materials 26 and 28
n-Ti brazing material (Ag-27.25Cu-12.5In)
The difference is that a sheet with a thickness of -1.25 Ti) of 50 μm is mounted.

【0084】実施例3及び4は、それぞれ上述の実施例
1及び2とほぼ同じ構成を有するが、ヒートシンク材2
0としてSiC/Cu複合材20Aを用いた点で異な
る。
Embodiments 3 and 4 have substantially the same configuration as Embodiments 1 and 2 above, respectively.
The difference is that the SiC / Cu composite material 20A is used as 0.

【0085】実施例5〜8は、それぞれ上述の実施例1
〜4とほぼ同じ構成を有するが、絶縁基板24として、
熱伝導率が約90W/mKであって、縦×横が40×5
0mmで、厚みが0.30mmのSi34(窒化珪素)
製の絶縁基板を用いた点で異なる。
Examples 5 to 8 correspond to Example 1 described above, respectively.
4 has substantially the same configuration as that of FIG.
Thermal conductivity is about 90W / mK, length × width is 40 × 5
0 mm, 0.30 mm thick Si 3 N 4 (silicon nitride)
Is different in that an insulating substrate made of aluminum is used.

【0086】比較例1は、図11に示す他の従来例に係
る電子部品200とほぼ同様の構成を有し、セラミック
板206として、熱伝導率が180W/mKであって、
縦×横が40×50mmで、厚みが0.635mmのA
lN(窒化アルミニウム)製絶縁基板の両面に、縦×横
が35×45mmで、厚みが0.30mmのCu(純
銅)による上部電極210及び下部電極214が接合さ
れた銅張り絶縁基板を用い、ヒートシンク材(金属ベー
ス板)202として、縦×横が50×80mmで、厚み
が3.0mmのCu製ヒートシンクを用いた。上部電極
210の回路パターンには、表面保護のためNi−Pめ
っきが施されている。そして、ヒートシンク材202に
前記表面保護を施した銅張り絶縁基板を半田付けして接
合体(電子回路用部材)とした。
Comparative Example 1 has substantially the same configuration as the electronic component 200 according to another conventional example shown in FIG. 11, and has a ceramic plate 206 having a thermal conductivity of 180 W / mK.
A x 40 mm x 50 mm x 0.635 mm
A copper-clad insulating substrate having an upper electrode 210 and a lower electrode 214 made of Cu (pure copper) having a length of 35 × 45 mm and a thickness of 0.30 mm on both sides of an insulating substrate made of 1N (aluminum nitride) is used. As a heat sink material (metal base plate) 202, a Cu heat sink having a length of 50 × 80 mm and a width of 3.0 mm was used. The circuit pattern of the upper electrode 210 is plated with Ni-P for surface protection. Then, the copper-clad insulating substrate provided with the surface protection was soldered to the heat sink material 202 to form a joined body (member for electronic circuit).

【0087】比較例2は、本実施の形態とほぼ同様の構
成を有し、絶縁基板24として、熱伝導率が180W/
mKであって、縦×横が40×50mmで、厚みが0.
635mmのAlN(窒化アルミニウム)製の絶縁基板
を用い、電極30として、縦×横が35×45mmで、
厚みが0.30mmのCu(純銅)製の電極を用い、ヒ
ートシンク材20として、縦×横が50×80mmで、
厚みが3.0mmのCu製ヒートシンクを用いた。
Comparative Example 2 has substantially the same configuration as that of the present embodiment, and has a thermal conductivity of 180 W /
mK, length × width is 40 × 50 mm, and thickness is 0.1 mm.
Using an insulating substrate made of 635 mm AlN (aluminum nitride), the electrode 30 is 35 × 45 mm in length × width,
Using a Cu (pure copper) electrode having a thickness of 0.30 mm, the heat sink material 20 is 50 × 80 mm in length × width,
A Cu heat sink having a thickness of 3.0 mm was used.

【0088】そして、絶縁基板24とヒートシンク材2
0との間、並びに電極30と絶縁基板24との間に、第
1及び第2の接合材26及び28である市販のAg−C
u−In−Tiロウ材(Ag−27.25Cu−12.
5In−1.25Ti)の板厚50μmのシートを載置
した。次いで、0.00133Paの真空下、730℃
で10分間保持した後、除冷して接合体(電子回路用部
材12A)を作製した。なお、電子回路用部材12Aに
は、昇温及び降温時の間、1MPaの加圧を負荷した。
Then, the insulating substrate 24 and the heat sink material 2
0, and between the electrode 30 and the insulating substrate 24, a commercially available Ag-C as the first and second bonding materials 26 and 28.
u-In-Ti brazing material (Ag-27.25 Cu-12.
5In-1.25Ti) sheet having a thickness of 50 μm was placed. Next, 730 ° C. under a vacuum of 0.00133 Pa.
For 10 minutes, and then cooled to produce a joined body (electronic circuit member 12A). A pressure of 1 MPa was applied to the electronic circuit member 12A during the temperature increase and the temperature decrease.

【0089】第1の実験例は、実施例1〜8と比較例1
及び2についての熱抵抗をみたものである。まず、図9
に示す熱抵抗測定装置80を作製した。この熱抵抗測定
装置80は、電子回路用部材12Aの上部(正確には電
極30の上部)にヒータ82を半田を介して接着し、電
子回路用部材12Aの下面(正確にはヒートシンク材2
0の下面20a)に対して冷却水を循環させるための冷
却装置84を設けたものである。冷却装置84には、ポ
ンプ付きウォーターバス86と流量計88が備えられて
いる。
The first experimental example is similar to Examples 1 to 8 and Comparative Example 1.
And 2 are thermal resistance values. First, FIG.
Was manufactured. In the thermal resistance measuring device 80, a heater 82 is bonded to the upper part of the electronic circuit member 12A (more precisely, the upper part of the electrode 30) via solder, and the lower surface of the electronic circuit member 12A (more accurately, the heat sink material 2).
0 is provided with a cooling device 84 for circulating cooling water to the lower surface 20a). The cooling device 84 includes a water bath 86 with a pump and a flow meter 88.

【0090】そして、ヒータ82を10Wで発熱させ、
冷却装置84において、水温24℃、流量2リットル/
分で冷却水を循環させ、このときのヒータ面の温度と、
ヒートシンク材20と冷却水との界面の温度を測定し、
各実施例及び比較例の熱抵抗を計算した。熱抵抗は、比
較例1の場合を1とした相対評価を行った。
Then, the heater 82 generates heat at 10 W,
In the cooling device 84, the water temperature is 24 ° C., the flow rate is 2 liters /
Circulates the cooling water in minutes,
Measure the temperature of the interface between the heat sink material 20 and the cooling water,
The thermal resistance of each Example and Comparative Example was calculated. The thermal resistance was evaluated relative to the case of Comparative Example 1 as 1.

【0091】第1の実験例の実験結果を図7に示す。こ
の図7から、実施例1〜6は、熱抵抗がそれぞれ1以下
であって、比較例1よりも低い値になっている。これ
は、ヒータ面と界面(ヒートシンク材20と冷却水との
界面)との温度差が小さいことを示し、比較例1よりも
冷却効果が優れていることがわかる。
FIG. 7 shows the experimental results of the first experimental example. From FIG. 7, Examples 1 to 6 each have a thermal resistance of 1 or less, which is lower than that of Comparative Example 1. This indicates that the temperature difference between the heater surface and the interface (the interface between the heat sink material 20 and the cooling water) is small, and it can be seen that the cooling effect is superior to that of Comparative Example 1.

【0092】実施例7及び8の熱抵抗については、比較
例1とほぼ同じ値となっているが、耐熱衝撃特性が良好
である点で、総合的に比較例1よりも冷却効果が優れた
放熱積層部材を得ることが可能となる。
The thermal resistances of Examples 7 and 8 are almost the same as those of Comparative Example 1. However, in terms of good thermal shock resistance, the overall cooling effect is better than Comparative Example 1. It is possible to obtain a heat dissipation laminated member.

【0093】次に、第2の実験例は、実施例11〜13
と比較例1及び2について、電子回路用部材12Aの反
りの状態、即ち、冷却フィン18が取り付けられる面が
外側に対して、どのように反っているかを見たものであ
る。
Next, a second experimental example is described in Examples 11 to 13.
And Comparative Examples 1 and 2, in which the warping state of the electronic circuit member 12A, that is, how the surface on which the cooling fin 18 is attached is warped outward.

【0094】実施例11〜13は、それぞれ上述した実
施例2の構造とほぼ同じ構成を有する。そして、実施例
11は実施例2と全く同じ構成を有し、実施例12は実
施例2の構成に対してヒートシンク材20の熱膨張率を
6.2ppm/Kとしたもの、実施例13は実施例2の
構成に対してヒートシンク材20の熱膨張率を8.4p
pm/Kとしたものである。
Embodiments 11 to 13 each have substantially the same configuration as the structure of Embodiment 2 described above. The eleventh embodiment has exactly the same configuration as the second embodiment, the twelfth embodiment differs from the configuration of the second embodiment in that the heat expansion coefficient of the heat sink material 20 is 6.2 ppm / K, and the thirteenth embodiment has The heat expansion coefficient of the heat sink material 20 is set to 8.4 p with respect to the configuration of the second embodiment.
pm / K.

【0095】実験結果を図8に示す。図8において反り
量は、ヒートシンク材20の最大長さを100mmとし
た場合での反り量を示す。
FIG. 8 shows the experimental results. In FIG. 8, the amount of warpage indicates the amount of warpage when the maximum length of the heat sink material 20 is 100 mm.

【0096】この実験結果から、比較例1は、ほとんど
反りがなく、比較例2は反対に凹状に反っていることが
わかる。実施例11〜13は、いずれも凸状に反ってお
り、好ましい形態になっている。この際、ヒートシンク
材20の熱膨張率を制御し、放熱積層部材として任意の
反り量を得ることが可能となる。
From the experimental results, it can be seen that Comparative Example 1 hardly warps, and Comparative Example 2 warps in a concave shape. Each of Examples 11 to 13 is warped in a convex shape, which is a preferable embodiment. At this time, it is possible to control the coefficient of thermal expansion of the heat sink material 20 and obtain an arbitrary amount of warpage as the heat dissipation laminated member.

【0097】次に、第2の実施の形態に係る電子部品1
0Bについて図10〜図14を参照しながら説明する。
Next, the electronic component 1 according to the second embodiment
OB will be described with reference to FIGS.

【0098】この第2の実施の形態に係る電子部品10
Bは、図10に示すように、上述した第1の実施の形態
に係る電子部品10Aとほぼ同じ構成を有するが、電子
回路用部材12Bの構成が一部異なる。具体的には、熱
伝導層22は、絶縁基板24とヒートシンク材20との
間に中間層90が介在され、更に、絶縁基板24と中間
層90との間に活性元素を含む第3の接合材92が介在
され、前記中間層90とヒートシンク材20との間に活
性元素を含む第4の接合材94が介在されて構成されて
いる。なお、図10の例では、ヒートシンク材20の下
面に金属層96を形成するようにしている。
Electronic component 10 according to the second embodiment
B has substantially the same configuration as the electronic component 10A according to the above-described first embodiment, as shown in FIG. 10, but the configuration of the electronic circuit member 12B is partially different. Specifically, the heat conductive layer 22 includes an intermediate layer 90 interposed between the insulating substrate 24 and the heat sink material 20, and further includes a third junction including an active element between the insulating substrate 24 and the intermediate layer 90. A material 92 is interposed, and a fourth bonding material 94 containing an active element is interposed between the intermediate layer 90 and the heat sink material 20. In the example of FIG. 10, the metal layer 96 is formed on the lower surface of the heat sink material 20.

【0099】ここで、電極30の寸法、特に最低厚さ
は、流れる電流の電流密度により決定され、最大厚さ
は、接合後の耐熱衝撃性もしくは電子部品10B全体の
反り量の制御目標により決まる。好ましい範囲は、0.
1〜1.0mmである。この例では、0.3mmとして
いる。また、絶縁基板24としてAlNを用いた場合
は、0.5mmも採用することができる。
Here, the dimensions, particularly the minimum thickness, of the electrode 30 are determined by the current density of the flowing current, and the maximum thickness is determined by the control target of the thermal shock resistance after bonding or the amount of warpage of the entire electronic component 10B. . The preferred range is 0.
1 to 1.0 mm. In this example, it is 0.3 mm. When AlN is used as the insulating substrate 24, 0.5 mm can be adopted.

【0100】一方、絶縁基板24の寸法のうち、最低厚
さは、電極30を流れる電流の絶縁性を確保できる厚さ
が選ばれるが、電子部品10B全体では、最も脆い材料
であるため、実際上は、強度により最低厚さが決定され
る。つまり、熱衝撃性に耐え得る厚みであることが好ま
しい。
On the other hand, among the dimensions of the insulating substrate 24, the minimum thickness is selected so as to ensure the insulation of the current flowing through the electrode 30, but since the entire electronic component 10B is the most brittle material, it is actually Above, the strength determines the minimum thickness. That is, the thickness is preferably such that it can withstand thermal shock.

【0101】絶縁基板24の最大厚さは、熱抵抗の値
(厚いほど熱抵抗が悪化する)で決まる。厚い方が強度
的には有利であるが、回路としての熱伝導が悪くなる可
能性がある。従って、絶縁基板24の好ましい厚みの範
囲は、0.1〜1.0mmが好ましい。なお、絶縁基板
24としてAlNを用いた場合、最大厚さは0.635
mm程度がより好ましい。
The maximum thickness of the insulating substrate 24 is determined by the value of the thermal resistance (the greater the thickness, the worse the thermal resistance). Thicker ones are advantageous in terms of strength, but heat conduction as a circuit may be poor. Therefore, the preferable range of the thickness of the insulating substrate 24 is preferably 0.1 to 1.0 mm. When AlN is used as the insulating substrate 24, the maximum thickness is 0.635.
mm is more preferable.

【0102】中間層90は、熱衝撃時における絶縁基板
24とヒートシンク材20の間の熱膨張差を緩和し、電
子部品10B全体の接合性を向上させ、しかも、耐熱衝
撃性の向上をも図ることができる。
The intermediate layer 90 reduces the difference in thermal expansion between the insulating substrate 24 and the heat sink material 20 at the time of thermal shock, improves the bonding property of the entire electronic component 10B, and also improves the thermal shock resistance. be able to.

【0103】好ましい厚みは、0.05〜1.0mmで
ある。応力の緩和だけであれば、厚みが薄くても効果
(応力の緩和)があるが、中間層90の体積を電極30
とほぼ同じ体積に設定すれば、絶縁基板24の上下での
バランスがよくなる。
The preferred thickness is 0.05 to 1.0 mm. If only the stress is relaxed, there is an effect (stress relaxation) even if the thickness is small, but the volume of the intermediate layer 90 is reduced by the electrode 30.
If the volume is set to be approximately the same as above, the balance between the upper and lower sides of the insulating substrate 24 is improved.

【0104】また、中間層90を金属層とした場合、そ
の厚みが増すと、電子部品10B全体としての熱伝導は
向上するため、そのかねあいで中間層90の厚さを決定
することが好ましい。
When the intermediate layer 90 is a metal layer, if the thickness increases, the heat conduction of the electronic component 10B as a whole improves. Therefore, it is preferable to determine the thickness of the intermediate layer 90 in consideration of the increase.

【0105】従って、中間層90の材料としては、熱伝
導の高い銅、銀、アルミニウム又はこれらの合金が挙げ
られるが、応力の緩和の効果は、アルミニウムを1とす
ると、銅は7〜8、銀は5〜6程度であるため、その比
率により厚さを考慮することが好ましい。
Accordingly, as a material of the intermediate layer 90, copper, silver, aluminum, or an alloy thereof having high heat conductivity can be cited. The effect of stress relaxation is as follows. Since silver is about 5 to 6, it is preferable to consider the thickness according to the ratio.

【0106】また、熱伝導は、アルミニウムが230W
/mK、銅は390W/mK、銀は415W/mK程度
であり、この中では銀が最もよいが、製造コストと接合
材92及び94との温度とのかねあいで選ぶことが好ま
しい。この第2の実施の形態では、中間層90の材料と
して、アルミニウムや銅を選択した。
The heat conduction was 230 W for aluminum.
/ MK, copper is about 390 W / mK, and silver is about 415 W / mK. Among them, silver is the best, but it is preferable to select in consideration of the production cost and the temperature of the joining materials 92 and 94. In the second embodiment, aluminum or copper is selected as the material of the intermediate layer 90.

【0107】中間層90は、上述したように、熱膨張差
で発生する応力の緩和のほか、熱の放射性の向上という
機能もある。
As described above, the intermediate layer 90 has a function of alleviating stress generated due to a difference in thermal expansion and a function of improving heat radiation.

【0108】ヒートシンク材20は、冷却フィン18に
固定するための強度を有し、電極30上のICチップ1
6で発生した熱の伝達性により、寸法が決定される。通
常は、3mm程度であるが、ヒートシンク材20を直接
水冷したり、ヒートシンク材20自体にフィンの形状を
持たせて空冷するなどの手法が考えられるため、ヒート
シンク材20の厚みは、好ましくは、1〜30mmであ
る。
The heat sink material 20 has a strength for fixing to the cooling fins 18 and the IC chip 1 on the electrode 30
The size is determined by the conductivity of the heat generated in 6. Usually, it is about 3 mm. However, a method of directly cooling the heat sink material 20 with water or air cooling by giving the heat sink material 20 a fin shape can be considered. Therefore, the thickness of the heat sink material 20 is preferably 1 to 30 mm.

【0109】ヒートシンク材20の下面に形成される金
属層96は、ヒートシンク材20に固定される冷却フィ
ン18との相性によって材料を選定することが好まし
い。もちろん、ヒートシンク材20を直接水冷したり、
ヒートシンク材20自体にフィンの形状を持たせる場合
においては、それに応じた厚みや形状などが考えられ
る。
The material of the metal layer 96 formed on the lower surface of the heat sink material 20 is preferably selected according to the compatibility with the cooling fins 18 fixed to the heat sink material 20. Of course, the heat sink material 20 can be directly water-cooled,
In the case where the heat sink material 20 itself has a fin shape, a thickness, a shape, or the like corresponding to the shape may be considered.

【0110】第3及び第4の接合材92及び94につい
ては、上述した第1の実施の形態に係る電子部品10A
にて用いた第1及び第2の接合材26及び28と同じで
あるため、ここではその重複説明を省略する。
The third and fourth bonding members 92 and 94 are the same as those of the electronic component 10A according to the first embodiment described above.
Since they are the same as the first and second bonding materials 26 and 28 used in the above, their duplicate description is omitted here.

【0111】次に、第2の実施の形態に係る電子回路用
部材12B及び電子部品10Bの製造方法について図1
1A及び図11Bを参照しながら説明する。
Next, a method of manufacturing the electronic circuit member 12B and the electronic component 10B according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. 1A and FIG. 11B.

【0112】第2の実施の形態に係る製造方法は、ま
ず、図11Aに示すセッティング工程において、ヒート
シンク材20上に、第4の接合材94、中間層90、第
3の接合材92、絶縁基板24、第2の接合材28及び
電極30の順に載置(セッティング)する。このセッテ
ィングは、例えば大気中で行われる。
In the manufacturing method according to the second embodiment, first, in the setting step shown in FIG. 11A, the fourth bonding material 94, the intermediate layer 90, the third bonding material 92, The substrate 24, the second bonding material 28, and the electrode 30 are placed (set) in this order. This setting is performed, for example, in the atmosphere.

【0113】次に、図11Bに示す接合工程において、
前記第4の接合材94、中間層90、第3の接合材9
2、絶縁基板24、第2の接合材28及び電極30がセ
ッティングされたヒートシンク材20を治具70上に固
定し、例えば1.0×10-5Torr以下の真空中に
て、上方から加圧を行いながら、昇温・降温を行って接
合する。この接合処理によって、図10に示すように、
電極30、絶縁基板24及びヒートシンク材20が一体
化された接合体、即ち、電子回路用部材12Bが得られ
る。
Next, in the joining step shown in FIG. 11B,
The fourth bonding material 94, the intermediate layer 90, and the third bonding material 9
2. The heat sink material 20 on which the insulating substrate 24, the second bonding material 28, and the electrodes 30 are set is fixed on a jig 70, and is applied from above in a vacuum of, for example, 1.0 × 10 −5 Torr or less. Bonding is performed while raising and lowering the temperature while applying pressure. By this joining process, as shown in FIG.
A joined body in which the electrode 30, the insulating substrate 24, and the heat sink material 20 are integrated, that is, the electronic circuit member 12B is obtained.

【0114】前記接合工程での加圧は、0.2MPa以
上、10MPa以下の力で加圧することが好ましい。こ
の場合、接合後の第3及び第4の接合材92及び94の
平均厚みは、50μm以下、望ましくは10μm以下、
更に望ましくは5μm以下である。この厚みは前記加圧
によって制御可能である。
The pressure in the joining step is preferably 0.2 MPa or more and 10 MPa or less. In this case, the average thickness of the third and fourth bonding materials 92 and 94 after bonding is 50 μm or less, preferably 10 μm or less,
More preferably, it is 5 μm or less. This thickness can be controlled by the pressure.

【0115】その後の処理は、上述した第1の実施の形
態に係る電子回路用部材12A及び電子部品10Aの製
造方法と同様であるため、ここでは、その重複説明を省
略する。
The subsequent processing is the same as that of the method of manufacturing the electronic circuit member 12A and the electronic component 10A according to the first embodiment described above, and the description thereof will not be repeated.

【0116】この第2の実施の形態に係る電子回路用部
材12B、その製造方法並びに電子部品10Bにおいて
は、絶縁基板24と中間層90との間に活性元素を含む
第3の接合材92を介在させ、前記中間層90とヒート
シンク材20との間に活性元素を含む第4の接合材94
を介在させるようにしたので、第3及び第4の接合材9
2及び94に含まれる活性金属によって、絶縁基板24
と中間層90とが強固に接合されると共に、中間層90
とヒートシンク材20とが強固に接合される。
In the electronic circuit member 12B, the manufacturing method thereof, and the electronic component 10B according to the second embodiment, the third bonding material 92 containing the active element is provided between the insulating substrate 24 and the intermediate layer 90. A fourth bonding material 94 containing an active element between the intermediate layer 90 and the heat sink material 20
And the third and fourth bonding materials 9
2 and 94, the insulating substrate 24
And the intermediate layer 90 are firmly joined, and the intermediate layer 90
And the heat sink material 20 are firmly joined.

【0117】しかも、中間層90の存在により、熱衝撃
時における絶縁基板24とヒートシンク材20との間の
熱膨張差を緩和することができ、該電子回路用部材12
B全体の接合性を向上させることができる。即ち、前記
中間層90によって電子回路用部材12Bの耐熱衝撃性
を向上させることができる。
Moreover, due to the presence of the intermediate layer 90, the difference in thermal expansion between the insulating substrate 24 and the heat sink material 20 at the time of thermal shock can be alleviated.
It is possible to improve the bonding property of the entire B. That is, the thermal shock resistance of the electronic circuit member 12B can be improved by the intermediate layer 90.

【0118】ここで、3つの実験例(便宜的に第3〜第
5の実験例と記す)を示す。まず、第3の実験例は、図
12及び図13に示すように、実施例21〜25につい
て、中間層90を介在させることによる熱伝導率の向上
の度合いを見たものである。
Here, three experimental examples (referred to as third to fifth experimental examples for convenience) are shown. First, in the third experimental example, as shown in FIG. 12 and FIG. 13, in Examples 21 to 25, the degree of improvement of the thermal conductivity by interposing the intermediate layer 90 was observed.

【0119】実施例21は、絶縁基板24として、熱伝
導率が180W/mKのAlNを用い、実施例22〜2
5は、それぞれ絶縁基板24として、熱伝導率が30、
40、60、90W/mKのSi34を用いた例を示
す。実験結果を図12及び図13に示す。なお、中間層
90は、いずれも熱伝導率が390W/mKのCuを用
いた。また、図12では、絶縁基板24の材質としての
Si34を単に「SN」と表示してある。
In Example 21, the insulating substrate 24 was made of AlN having a thermal conductivity of 180 W / mK.
5 is an insulating substrate 24 having a thermal conductivity of 30,
Examples using 40 , 60, and 90 W / mK of Si 3 N 4 will be described. The experimental results are shown in FIGS. The intermediate layer 90 was made of Cu having a thermal conductivity of 390 W / mK. In FIG. 12, Si 3 N 4 as the material of the insulating substrate 24 is simply indicated as “SN”.

【0120】図13において、棒グラフは絶縁基板24
の熱伝導率を示し、折れ線グラフは接合体(電子回路用
部材12B)の理論熱伝導率をプロットしたものであ
る。
In FIG. 13, the bar graph shows the insulating substrate 24.
, And the line graph plots the theoretical thermal conductivity of the joined body (the electronic circuit member 12B).

【0121】これらの図12及び図13から、中間層9
0を介在させることにより、接合体としたときの熱伝導
率が大幅に向上していることがわかり、特に、実施例2
2〜25においては、絶縁基板24の熱伝導率の3〜6
倍の向上を示している。
From these FIGS. 12 and 13, the intermediate layer 9 is obtained.
It can be seen that the thermal conductivity of the joined body was greatly improved by interposing 0, and in particular, Example 2
In 2 to 25, the thermal conductivity of the insulating substrate 24 is 3 to 6
A two-fold improvement is shown.

【0122】次に、第4の実験例は、中間層90を介在
させた場合とさせない場合、並びに接合時の圧力による
接合体(電子回路用部材)の反り量を測定したものであ
る。この実験結果を図14に示す。
Next, in the fourth experimental example, the warpage of the joined body (member for electronic circuit) due to the pressure at the time of joining was measured with and without the intermediate layer 90 interposed. FIG. 14 shows the results of this experiment.

【0123】この図14から、中間層90がある方が反
り量が少なく、加圧力が小さい方が反り量が少ないこと
がわかり、また、中間層90の厚さが薄い方が反り量が
少なくなっていることがわかる。
From FIG. 14, it can be seen that the warpage is smaller when the intermediate layer 90 is provided, the warpage is smaller when the pressing force is smaller, and the warpage is smaller when the intermediate layer 90 is thinner. You can see that it is.

【0124】中間層90として金属層を用いた場合は、
上述したように、その厚みが増すと、電子部品10B全
体としての熱伝導は向上するが、厚みが薄い方が全体の
反り量が少なくなるため、これらの点を考慮して中間層
90の寸法を決定することが好ましいことがわかる。
When a metal layer is used as the intermediate layer 90,
As described above, as the thickness increases, the thermal conductivity of the electronic component 10B as a whole improves, but the smaller the thickness, the smaller the amount of warpage. Is determined to be preferable.

【0125】第5の実験例は、実施例51〜53につい
ての耐熱衝撃特性を試験したものである。実施例51
は、絶縁基板24としてSi34を用い、中間層90を
介在させた構成を有し、実施例52は、絶縁基板24と
してAlNを用い、中間層90を介在させた構成を有
し、実施例53は、絶縁基板24としてSi34を用
い、中間層90を介在させない構成を有する。
In the fifth experimental example, the thermal shock resistance of Examples 51 to 53 was tested. Example 51
Has a configuration in which Si 3 N 4 is used as the insulating substrate 24 and the intermediate layer 90 is interposed. Example 52 has a configuration in which AlN is used as the insulating substrate 24 and the intermediate layer 90 is interposed. Example 53 has a configuration in which Si 3 N 4 is used as the insulating substrate 24 and the intermediate layer 90 is not interposed.

【0126】そして、この耐熱衝撃試験については、耐
熱衝撃試験装置(タバイエスペック製:TSA−71
S)を用いて行った。この耐熱衝撃試験装置は、試料設
置エリア、高温エリア及び低温エリアの3領域に分けら
れており、試料室に通じるダンパ(温度シャッタの役
目)が開閉して外気導入をすることによって、試料室内
を低温・常温・高温へと瞬時に変化させる構造を有して
いる。
The thermal shock test was performed using a thermal shock tester (TASA-71: TSA-71).
S) was performed. This thermal shock test apparatus is divided into three areas: a sample setting area, a high-temperature area, and a low-temperature area. A damper (a role of a temperature shutter) that opens and closes the sample chamber opens and closes the sample chamber. It has a structure that changes instantly to low, normal, and high temperatures.

【0127】試験は、室温にて5分間保持後に−65℃
まで降温し、−65℃にて15分間保持した後、室温ま
で昇温し、室温にて5分間保持後に150℃まで昇温を
行い、150℃にて15分間保持した後に室温まで降温
を行い、この一連の操作を1サイクルとした。
The test was carried out at −65 ° C. after holding at room temperature for 5 minutes.
After keeping the temperature at −65 ° C. for 15 minutes, the temperature was raised to room temperature, and then kept at room temperature for 5 minutes, then raised to 150 ° C., kept at 150 ° C. for 15 minutes, and then cooled to room temperature. This series of operations was defined as one cycle.

【0128】各試料毎に5個用意し、そのうち1個で
も、絶縁基板にクラックが発生するか、あるいは放熱板
の接合部での剥離が生じた時点でのサイクル数をもっ
て、各試料の耐熱衝撃特性を評価した。
Five samples were prepared for each sample, and one of them was used to determine the number of cycles at which cracks occurred on the insulating substrate or peeling occurred at the joint of the heat radiating plate. The properties were evaluated.

【0129】なお、上記の耐熱衝撃試験後での絶縁基板
24側へのクラックの有無の判定に関しては、超音波探
傷試験装置(日立製:AT7500)にて評価を行っ
た。
The determination of the presence or absence of cracks on the insulating substrate 24 after the above thermal shock test was evaluated using an ultrasonic flaw detector (AT7500, manufactured by Hitachi).

【0130】この第5の実験例の結果、実施例51の耐
熱衝撃特性は1000サイクル以上であり、実施例52
は200サイクル以下であり、実施例53は500回前
後であった。
As a result of the fifth experimental example, the thermal shock resistance of Example 51 was 1000 cycles or more.
Was 200 cycles or less, and Example 53 was around 500 times.

【0131】従って、絶縁基板24としてSi34を用
い、更に中間層90を介在させることにより、熱衝撃性
が向上していることがわかる。
Accordingly, it can be seen that the thermal shock resistance is improved by using Si 3 N 4 as the insulating substrate 24 and interposing the intermediate layer 90.

【0132】なお、この発明に係る電子回路用部材及び
その製造方法並びに電子部品は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。
The electronic circuit member, the method of manufacturing the same, and the electronic component according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, but may adopt various configurations without departing from the gist of the present invention. It is.

【0133】[0133]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電子
回路用部材及びその製造方法並びに電子部品によれば、
製造工程を大幅に低減することができ、製造コストの低
廉化を有効に図ることができ、しかも熱的信頼性を向上
させることができる。
As described above, according to the electronic circuit member, the method of manufacturing the same, and the electronic component according to the present invention,
The number of manufacturing steps can be greatly reduced, the manufacturing cost can be effectively reduced, and the thermal reliability can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施の形態に係る電子部品の構成を示す縦断
面図である。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view illustrating a configuration of an electronic component according to an embodiment.

【図2】本実施の形態に係る電子回路用部材と冷却フィ
ンを示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an electronic circuit member and cooling fins according to the present embodiment.

【図3】ヒートシンク材の構成材料の一例であるSiC
/Cu複合材を示す拡大図である。
FIG. 3 is an example of a constituent material of a heat sink material, SiC.
It is an enlarged view which shows a / Cu composite material.

【図4】ヒートシンク材の構成材料の他の例であるC/
Cu複合材を示す拡大図である。
FIG. 4 shows another example of the constituent material of the heat sink material, C /
It is an enlarged view which shows a Cu composite material.

【図5】図5Aはセッティング工程を示す説明図であ
り、図5Bは接合工程を示す説明図である。
FIG. 5A is an explanatory view showing a setting step, and FIG. 5B is an explanatory view showing a joining step.

【図6】実施例1〜8並びに比較例1及び2の構成を示
す表図である。
FIG. 6 is a table showing the configurations of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 and 2.

【図7】第1及び第2の実験例の実験結果を示す表図で
ある。
FIG. 7 is a table showing experimental results of the first and second experimental examples.

【図8】第3の実験例の実験結果を示す表図である。FIG. 8 is a table showing experimental results of a third experimental example.

【図9】熱抵抗測定装置の概略構成を示す説明図であ
る。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a thermal resistance measuring device.

【図10】第2の実施の形態に係る電子部品の構成を示
す縦断面図である。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view illustrating a configuration of an electronic component according to a second embodiment.

【図11】図11Aはセッティング工程を示す説明図で
あり、図11Bは接合工程を示す説明図である。
FIG. 11A is an explanatory view showing a setting step, and FIG. 11B is an explanatory view showing a joining step.

【図12】第3の実験例での結果を示す表図である。FIG. 12 is a table showing the results of a third experimental example.

【図13】第3の実験例での結果を示すグラフである。FIG. 13 is a graph showing a result of the third experimental example.

【図14】第4の実験例での結果を示す表図である。FIG. 14 is a table showing the results of a fourth experimental example.

【図15】従来例に係る電子部品を示す縦断面図であ
る。
FIG. 15 is a longitudinal sectional view showing an electronic component according to a conventional example.

【図16】他の従来例に係る電子部品を示す縦断面図で
ある。
FIG. 16 is a longitudinal sectional view showing an electronic component according to another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10A、10B…電子部品 12A、12B…電子
回路用部材 14…下地層 16…ICチップ 18…冷却フィン 20…ヒートシンク材 22…熱伝導層 24…絶縁基板 26…第1の接合材 28…第2の接合材 30…電極 90…中間層 92…第3の接合材 94…第4の接合材
10A, 10B: Electronic components 12A, 12B: Electronic circuit members 14: Underlayer 16: IC chip 18: Cooling fins 20: Heat sink material 22: Heat conductive layer 24: Insulating substrate 26: First bonding material 28: Second Joining material 30 ... electrode 90 ... intermediate layer 92 ... third joining material 94 ... fourth joining material

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Claims (26)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】絶縁基板として機能する層とヒートシンク
材との間に活性元素を含む接合材が介在されていること
を特徴とする電子回路用部材。
1. A member for an electronic circuit, wherein a bonding material containing an active element is interposed between a layer functioning as an insulating substrate and a heat sink material.
【請求項2】絶縁基板として機能する層とヒートシンク
材との間に中間層が介在され、 前記絶縁基板として機能する層と前記中間層との間、並
びに前記中間層と前記ヒートシンク材との間にそれぞれ
活性元素を含む接合材が介在されていることを特徴とす
る電子回路用部材。
2. An intermediate layer is interposed between a layer functioning as an insulating substrate and a heat sink material, between the layer functioning as the insulating substrate and the intermediate layer, and between the intermediate layer and the heat sink material. A bonding material containing an active element interposed therebetween.
【請求項3】請求項1又は2記載の電子回路用部材にお
いて、 前記絶縁基板として機能する層、前記接合材及び前記ヒ
ートシンク材の熱膨張率が、3.0×10-6〜1.0×
10-5/Kであることを特徴とする電子回路用部材。
3. The electronic circuit member according to claim 1, wherein a coefficient of thermal expansion of the layer functioning as the insulating substrate, the bonding material, and the heat sink material is 3.0 × 10 −6 to 1.0. ×
A member for an electronic circuit, which is 10 -5 / K.
【請求項4】請求項1〜3のいずれか1項に記載の電子
回路用部材において、 前記接合材は、活性元素を含む硬ろう材であることを特
徴とする電子回路用部材。
4. The electronic circuit member according to claim 1, wherein said bonding material is a hard brazing material containing an active element.
【請求項5】請求項1〜4のいずれか1項に記載の電子
回路用部材において、 前記活性元素は、周期律表第2A族、第3A族、第4A
族、第5A族又は第4B族のいずれかに属する元素の少
なくとも1つであることを特徴とする電子回路用部材。
5. The electronic circuit member according to claim 1, wherein the active element is a group 2A, a group 3A, or a group 4A of the periodic table.
A member for an electronic circuit, wherein the member is at least one of elements belonging to any one of Group 5, 5A, and 4B.
【請求項6】請求項1〜5のいずれか1項に記載の電子
回路用部材において、 前記ヒートシンク材は、SiC、AlN、Si34、B
eO、Al23、Be 2C、C、Cu、Cu合金、A
l、Al合金、Ag、Ag合金、Siからなる群から選
択された少なくとも1つを構成材料とすることを特徴と
する電子回路用部材。
6. The electron according to claim 1, wherein
In the circuit member, the heat sink material is SiC, AlN, SiThreeNFour, B
eO, AlTwoOThree, Be TwoC, C, Cu, Cu alloy, A
1, Al alloy, Ag, Ag alloy, Si
Characterized in that at least one selected material is a constituent material.
For electronic circuits.
【請求項7】請求項6記載の電子回路用部材において、 前記ヒートシンク材は、SiC母材にCu又はCu合金
が含浸された複合材料で構成されていることを特徴とす
る電子回路用部材。
7. The electronic circuit member according to claim 6, wherein the heat sink material is made of a composite material in which a SiC base material is impregnated with Cu or a Cu alloy.
【請求項8】請求項6記載の電子回路用部材において、 前記ヒートシンク材は、C母材にCu又はCu合金が含
浸された複合材料で構成されていることを特徴とする電
子回路用部材。
8. The electronic circuit member according to claim 6, wherein said heat sink material is made of a composite material in which a C base material is impregnated with Cu or a Cu alloy.
【請求項9】請求項1〜8のいずれか1項に記載の電子
回路用部材において、 前記絶縁基板として機能する層は、AlN層又はSi3
4層であることを特徴とする電子回路用部材。
9. The electronic circuit member according to claim 1, wherein the layer functioning as the insulating substrate is an AlN layer or a Si 3 layer.
An electronic circuit member comprising an N 4 layer.
【請求項10】請求項1〜9のいずれか1項に記載の電
子回路用部材において、 前記ヒートシンク材のうち、冷却フィンが取り付けられ
る面が外方に向かって凸形状とされていることを特徴と
する電子回路用部材。
10. The electronic circuit member according to claim 1, wherein a surface of the heat sink material to which the cooling fin is attached has a convex shape toward the outside. Characteristic electronic circuit member.
【請求項11】請求項10記載の電子回路用部材におい
て、 前記ヒートシンク材の凸形状の突出量が前記ヒートシン
ク材の最大長に対して1/200〜1/20000であ
ることを特徴とする電子回路用部材。
11. The electronic circuit member according to claim 10, wherein the amount of protrusion of the convex shape of the heat sink material is 1/200 to 1/20000 with respect to the maximum length of the heat sink material. Circuit components.
【請求項12】ヒートシンク材、絶縁基板として機能す
る層及び電極を同時に接合することを特徴とする電子回
路用部材の製造方法。
12. A method for manufacturing a member for an electronic circuit, comprising simultaneously bonding a heat sink material, a layer functioning as an insulating substrate, and an electrode.
【請求項13】ヒートシンク材上に活性元素を含む接合
材を介して絶縁基板として機能する層を接合する工程を
含むことを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
13. A method for manufacturing a member for an electronic circuit, comprising a step of bonding a layer functioning as an insulating substrate on a heat sink material via a bonding material containing an active element.
【請求項14】ヒートシンク材と絶縁基板として機能す
る層との間に中間層を介在させ、前記絶縁基板として機
能する層と前記中間層との間に活性元素を含む第1の接
合材を介在させ、前記中間層と前記ヒートシンク材との
間に活性元素を含む第2の接合材を介在させてこれらの
部材を接合する工程を含むことを特徴とする電子回路用
部材の製造方法。
14. An intermediate layer is interposed between a heat sink material and a layer functioning as an insulating substrate, and a first bonding material containing an active element is interposed between the layer functioning as the insulating substrate and the intermediate layer. And a step of joining these members with a second joining material containing an active element interposed between the intermediate layer and the heat sink material.
【請求項15】請求項12〜14のいずれか1項に記載
の電子回路用部材の製造方法において、 前記接合工程は、加圧を伴って行うことを特徴とする電
子回路用部材の製造方法。
15. The method of manufacturing an electronic circuit member according to claim 12, wherein the joining step is performed with pressurization. .
【請求項16】請求項15記載の電子回路用部材の製造
方法において、 前記加圧力は0.2MPa以上、10MPa以下である
ことを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
16. The method for manufacturing an electronic circuit member according to claim 15, wherein the pressing force is 0.2 MPa or more and 10 MPa or less.
【請求項17】請求項13又は14記載の電子回路用部
材の製造方法において、 前記絶縁基板として機能する層、前記接合材及びヒート
シンク材として、それぞれ熱膨張率が、3.0×10-6
〜1.0×10-5/Kのものを使用することを特徴とす
る電子回路用部材の製造方法。
17. The method of manufacturing an electronic circuit member according to claim 13, wherein the layer functioning as the insulating substrate, the bonding material, and the heat sink material each have a coefficient of thermal expansion of 3.0 × 10 −6.
A method for manufacturing an electronic circuit member, wherein a member having a thickness of 1.0 to 10-5 / K is used.
【請求項18】請求項13〜17のいずれか1項に記載
の電子回路用部材の製造方法において、 前記接合材として、活性元素を含む硬ろう材を使用する
ことを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
18. A method for manufacturing an electronic circuit member according to claim 13, wherein a hard brazing material containing an active element is used as said bonding material. Manufacturing method of the member.
【請求項19】請求項18記載の電子回路用部材の製造
方法において、 前記活性元素として、周期律表第2A族、第3A族、第
4A族、第5A族又は第4B族のいずれかに属する元素
の少なくとも1つを使用することを特徴とする電子回路
用部材の製造方法。
19. The method of manufacturing an electronic circuit member according to claim 18, wherein the active element is any one of Group 2A, 3A, 4A, 5A or 4B of the periodic table. A method for producing a member for an electronic circuit, comprising using at least one of the elements belonging to the electronic circuit.
【請求項20】請求項12〜19のいずれか1項に記載
の電子回路用部材の製造方法において、 前記ヒートシンク材として、SiC、AlN、Si
34、BeO、Al23、Be2C、C、Cu、Cu合
金、Al、Al合金、Ag、Ag合金、Siからなる群
から選択された少なくとも1つを構成材料とするものを
使用することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
20. The method of manufacturing an electronic circuit member according to claim 12, wherein the heat sink material is made of SiC, AlN, Si.
3 N 4, BeO, Al 2 O 3, Be 2 C, C, Cu, Cu alloy, Al, Al alloy, Ag, Ag alloy, the one that at least one of the materials of construction selected from the group consisting of Si A method for manufacturing a member for an electronic circuit, which is used.
【請求項21】請求項20記載の電子回路用部材の製造
方法において、 前記ヒートシンク材として、SiC母材にCu又はCu
合金が含浸された複合材料で構成されているものを使用
することを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
21. The method of manufacturing an electronic circuit member according to claim 20, wherein the heat sink material is made of Cu or Cu on a SiC base material.
A method for producing an electronic circuit member, comprising using a composite material impregnated with an alloy.
【請求項22】請求項20記載の電子回路用部材の製造
方法において、 前記ヒートシンク材として、C母材にCu又はCu合金
が含浸された複合材料で構成されているものを使用する
ことを特徴とする電子回路用部材の製造方法。
22. The method of manufacturing an electronic circuit member according to claim 20, wherein the heat sink material is made of a composite material in which a C base material is impregnated with Cu or a Cu alloy. A method for manufacturing an electronic circuit member.
【請求項23】請求項12〜22のいずれか1項に記載
の電子回路用部材の製造方法において、 前記絶縁基板として機能する層として、AlN層又はS
34層を使用することを特徴とする電子回路用部材の
製造方法。
23. The method for manufacturing a member for an electronic circuit according to claim 12, wherein the layer functioning as the insulating substrate is an AlN layer or an SN layer.
A method for manufacturing an electronic circuit member, comprising using an i 3 N 4 layer.
【請求項24】ヒートシンク材上に熱伝導層及び下地層
を介して電子回路チップが実装された電子部品におい
て、 前記熱伝導層は、少なくとも絶縁基板として機能する層
と前記ヒートシンク材との間に活性元素を含む接合材が
介在されて構成されていることを特徴とする電子部品。
24. An electronic component having an electronic circuit chip mounted on a heat sink material via a heat conductive layer and a base layer, wherein the heat conductive layer is at least between a layer functioning as an insulating substrate and the heat sink material. An electronic component comprising a bonding material containing an active element interposed therebetween.
【請求項25】ヒートシンク材上に熱伝導層及び下地層
を介して電子回路チップが実装された電子部品におい
て、 前記熱伝導層は、少なくとも絶縁基板として機能する層
とヒートシンク材との間に中間層が介在され、前記絶縁
基板として機能する層と前記中間層との間に活性元素を
含む第1の接合材が介在され、前記中間層と前記ヒート
シンク材との間に活性元素を含む第2の接合材が介在さ
れて構成されていることを特徴とする電子部品。
25. An electronic component in which an electronic circuit chip is mounted on a heat sink material via a heat conductive layer and a base layer, wherein the heat conductive layer is intermediate between at least a layer functioning as an insulating substrate and the heat sink material. A first bonding material containing an active element between the layer functioning as the insulating substrate and the intermediate layer; and a second bonding material containing an active element between the intermediate layer and the heat sink material. An electronic component characterized in that the bonding material is interposed.
【請求項26】請求項24又は25記載の電子部品にお
いて、 前記熱伝導層は、前記絶縁基板として機能する層上に活
性元素を含む別の接合材を介して電極が形成されている
ことを特徴とする電子部品。
26. The electronic component according to claim 24, wherein the heat conductive layer has an electrode formed on a layer functioning as the insulating substrate via another bonding material containing an active element. Electronic components featured.
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