JP2002280500A - 電力回路基板及びそのような基板を使用する電力モジュール - Google Patents

電力回路基板及びそのような基板を使用する電力モジュール

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 パワー部品を受け且つ改良された特性を有す
る新規なタイプの基板、特に、熱抵抗が低く且つ単純で
低コストに製造できる新規なタイプの基板を提供する。 【解決手段】 電気絶縁材料から成るウエハを有する電
力回路基板であって、前記ウエハ（１）は、１つまたは
複数のパワー部品（３）に直接に接続される１つまたは
複数の導電トラック（４）を支持する面（１１）を有
し、前記導電トラック（４）は、１５０μｍよりも薄い
厚さまで前記面（１１）を薄くメタライゼーションさせ
ることによって得られることを特徴とする、電力回路基
板。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力回路基板、特
に、基板の一方の面およびその基板の反対側の面に配置
された様々な導電トラック同士の間の大きな電位差に耐
えつつ、良好な伝熱性が得られる基板に関する。本発明
の基板は、パワー半導体を支持するためのものであり、
特に、電圧が特別に高い送電分野および鉄道分野におけ
る、配電回路に使用される絶縁ゲートバイポーラトラン
ジスタ（Ｉｓｏｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ
Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）である。
【０００２】
【従来の技術】従来技術において、電力回路基板がアル
ミナから成る電気絶縁性のウエハを備え、ウエハの上面
および下面が、それぞれ約３００マイクロメートル（μ
ｍ）の厚さを有する銅シートで覆われ、このシートが、
ダイレクトボンディングカッパ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｂｉｎ
ｄｉｎｇ Ｃｏｐｐｅｒ、ＤＢＣ）法を使用して与えら
れることは知られている。冷却を高めるため、下側の銅
シートと接触するようにラジエータが配置されて、パワ
ー部品によって発せられる熱が除去される。
【０００３】アルミナから成る電気絶縁性のウエハを、
より良好な熱伝導率を有する絶縁材料、例えば窒化アル
ミニウム（ＡｌＮ）に置き換えることによって、そのよ
うな基板の性能を高めること、特に、基板の熱抵抗を低
減することも知られている。それにもかかわらず、その
ような基板は、ＡｌＮウエハと銅メタライゼーションと
の間の界面にＤＢＣ法によって形成される接合層を有
し、この接合層が、熱バリアを構成して基板の伝熱能力
を大きく低減してしまうという欠点を有している。した
がって、そのような基板の性能を向上させるためには、
絶縁材料の特性を改良して、銅と絶縁材料との間の界面
の質を向上させる必要があるが、これをＤＢＣ法によっ
て達成することはできない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、パワー部品を受け且つ改良された特性を有する
新規なタイプの基板、特に、熱抵抗が低く且つ単純で低
コストに製造できる新規なタイプの基板を提供すること
である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は、電気絶縁材料から成るウエハを有する電力回路基板
であって、前記ウエハが、１つまたは複数のパワー部品
に直接に接続される１つまたは複数の導電トラックを支
持する面を有し、前記導電トラックが、１５０μｍより
も薄い厚さまで薄くメタライゼーションさせることによ
って得られることを特徴とする電力回路基板を提供す
る。
【０００６】特定の実施形態において、電力回路基板
は、単独で或は技術的に実現可能な任意の組み合わせで
以下の１つまたは複数の特性を有することが可能であ
る。
【０００７】導電トラックは、銅から成り、電解成長に
よって得られる。
【０００８】銅の導電トラックの厚さが１００μｍから
１５０μｍの範囲である。
【０００９】パワー部品がＩＧＢＴ部品である。
【００１０】ウエハが窒化アルミニウムから成る。
【００１１】ウエハの下面は、冷却流体を流すチャネル
形成ストライプを有している。
【００１２】ウエハが単一のメタライゼーション面を有
している。
【００１３】また、本発明は、前述した特徴にしたがっ
て基板上に実装された少なくとも１つのパワー部品を有
することを特徴とする電力モジュールを提供する。
【００１４】本発明の目的、形態、利点は、添付図面を
参照しながら非限定的な例として与えられた本発明の実
施形態の以下の説明を読むことによって更に理解され
る。
【００１５】図面を容易に読み取れるように、本発明の
理解に必要な要素のみが図示されている。両方の図面に
おいて、同一の要素には同一の参照符号が付されてい
る。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、電気絶縁性のウエハ１か
ら成る従来の基板を備えた電力モジュールを示してい
る。ウエハ１は、約６３５μｍの厚さを有し且つ、その
上面および下面がそれぞれ銅シート２で覆われた窒化ア
ルミニウムＡｌＮから成る。銅シート２は、約３００μ
ｍの厚さであり、ＤＢＣ法によって堆積される。ＤＢＣ
法は、ＡｌＮウエハ１上に銅シート２をもたらすととも
に、アッセンブリを非常に高い温度まで上昇させて、銅
シート２と窒化アルミニウムウエハ１との間の界面に、
それぞれ約５μｍの厚さの接合層１２を形成する。その
ような基板において、上側の銅シート２は、ＩＧＢＴ部
品等のパワー部品５を受ける導電トラックを形成するた
めに使用され、一方、下側の銅シート２は、上側の銅シ
ート２とＡｌＮウエハ１との間の膨張差によって形成さ
れる応力を補償して、基板の任意の変形を防止するとと
もに、パワー部品３によって発せられる熱を除去するた
めに、下側の銅シート２に冷却ラジエータ６を半田付け
できるようにする。
【００１７】図２は、本発明の特定の実施形態を構成す
る基板を有する電力モジュールを示している。この図に
おいて、基板は、図１に関して説明したと同様の窒化ア
ルミニウムウエハ１を有している。ウエハ１の上面１１
は、１５０μｍ以下の厚さを有し、且つ電解成長によっ
て形成された銅の層４で覆われている。この銅の層４
は、ＩＧＢＴ部品３等のパワー部品が直接に接続され
る、１つまたは複数の導電トラックを構成するために使
用される。
【００１８】電解成長による銅層４の堆積を可能にする
ために、窒化アルミニウムウエハ１の上面１１を、予め
メタライゼーションを行わなければならない。この場
合、前記メタライゼーションは、苛性ソーダエッチング
によって或はＵＶレーザ処理によって表面を活性化した
後、化学ニッケルメッキを施すことによって得ることが
できる。無論、そのような表面のメタライゼーション
は、導電トラックを受ける上面１１の表面のみに行なわ
れる。
【００１９】電解成長によって得られる銅層４の厚さ
は、１００μｍから１５０μｍの範囲であることが好ま
しく、ＩＧＢＴ部品３から伝えられ且つＩＧＢＴ部品３
に伝えられるために必要な電流の密度および基板冷却効
率の関数である。
【００２０】ウエハ１の下面は、ＩＧＢＴ部品３を直接
に冷却するための冷却流体を流すチャネル形成ストライ
プ２６を有している。
【００２１】そのような基板は、１つの銅層だけ、すな
わち、絶縁ウエハと銅との間に１つの界面だけを有し、
これによって、基板の熱抵抗をかなり低減できるという
利点を有する。また、出願人は、薄い（１５０μｍより
も薄い）１つの銅層を設ければ、窒化アルミニウム
（４．２μｍ／ｍ）と銅（１６．４μｍ／ｍ）との間の
熱膨張差によって生じる、基板内の機械的応力をかなり
低減することができるとともに、パワーエレクトロニク
スを効果的に冷却する電流密度を十分に伝えることがで
きることが分かった。結果として、そのような基板は、
寿命が長くなり、また、１つのメタライゼーションのみ
を伴ない且つそのメタライゼーションが薄い厚さを有し
ているため、熱抵抗が減少し、製造コストが低減する。
【００２２】無論、本発明は、単なる一例として与えら
れた前述され、また図示された実施形態に限定されな
い。
【００２３】すなわち、異なる実施形態（図示せず）に
おいて、本発明の基板は、下面に薄いメタライゼーショ
ン（１５０μｍよりも薄い厚さ）を有していても良く、
また、この面が従来の冷却ラジエータと接触される場合
には、このメタライゼーションによってラジエータを基
板に半田付けすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の基板を有する電力モジュールの概略断面
図である。
【図２】本発明の特定の実施形態を構成する基板を有す
る電力モジュールの概略断面図である。
【符号の説明】
１ ウエハ ２ 銅シート ３ パワー部品 ４ 導電トラック ６ 冷却ラジエータ １１ 面 ２６ チャネル形成ストライプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ナタリー・マルタン フランス国、65310・オルグ、ロ・デ・シ ヤントウレル、６ (72)発明者 ピエール・ソロマララ フランス国、65800・オレイユアン、リ ユ・サン・ジヤン、２ (72)発明者 ジヨゼ・セズ フランス国、33150・スノン、クール・ビ クトル・ユーゴー、29 Ｆターム(参考） 5F036 BA23 BB01 BB21 BD14

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気絶縁材料から成るウエハを有する電
    力回路基板であって、前記ウエハ（１）は、１つまたは
    複数のパワー部品（３）に直接に接続される１つまたは
    複数の導電トラック（４）を支持する面（１１）を有
    し、前記導電トラック（４）は、１５０μｍよりも薄い
    厚さまで前記面（１１）を薄くメタライゼーションさせ
    ることによって得られることを特徴とする電力回路基
    板。
  2. 【請求項２】 前記導電トラック（４）は、銅から成
    り、電解成長によって得られることを特徴とする、請求
    項１に記載の電力回路基板。
  3. 【請求項３】 前記銅の導電トラック（４）の厚さが、
    １００μｍから１５０μｍの範囲であることを特徴とす
    る、請求項２に記載の電力回路基板。
  4. 【請求項４】 前記パワー部品（３）がＩＧＢＴ部品で
    あることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項
    に記載の電力回路基板。
  5. 【請求項５】 前記ウエハ（１）が窒化アルミニウム
    （ＡｌＮ）から成ることを特徴とする、請求項１から４
    のいずれか１項に記載の電力回路基板。
  6. 【請求項６】 ウエハ（１）の下面は、冷却流体を流す
    チャネル形成ストライプ（２６）を有していることを特
    徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の電力
    回路基板。
  7. 【請求項７】 前記ウエハ（１）が単一のメタライゼー
    ション面を有していることを特徴とする、請求項１に記
    載の電力回路基板。
  8. 【請求項８】 請求項１から７のいずれか１項に記載の
    基板上に実装された少なくとも１つのパワー部品を有す
    ることを特徴とする電力モジュール。
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