JP2002334961A - ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体 - Google Patents
ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体Info
- Publication number
- JP2002334961A JP2002334961A JP2001139666A JP2001139666A JP2002334961A JP 2002334961 A JP2002334961 A JP 2002334961A JP 2001139666 A JP2001139666 A JP 2001139666A JP 2001139666 A JP2001139666 A JP 2001139666A JP 2002334961 A JP2002334961 A JP 2002334961A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- heat sink
- circuit board
- module structure
- ceramic circuit
- aluminum alloy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
Landscapes
- Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)
- Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】温度履歴を受けても反りが小さい、ろう材を用
いてセラミックス回路基板と金属製ヒートシンクとを接
合したモジュール構造体を提供する。 【解決手段】セラミックス回路基板をろう材を介してヒ
ートシンクに一体化してなるモジュール構造体であっ
て、前記ヒートシンクが６３０℃、４分の加熱処理後の
ビッカース硬さが３０ＨＶ以上であるアルミニウム合金
からなることを特徴とするモジュール構造体であり、好
ましくは、セラミックス回路基板とヒートシンクとの間
にＡｌを主成分とする金属層が介在してなることを特徴
とする前記モジュール構造体。
いてセラミックス回路基板と金属製ヒートシンクとを接
合したモジュール構造体を提供する。 【解決手段】セラミックス回路基板をろう材を介してヒ
ートシンクに一体化してなるモジュール構造体であっ
て、前記ヒートシンクが６３０℃、４分の加熱処理後の
ビッカース硬さが３０ＨＶ以上であるアルミニウム合金
からなることを特徴とするモジュール構造体であり、好
ましくは、セラミックス回路基板とヒートシンクとの間
にＡｌを主成分とする金属層が介在してなることを特徴
とする前記モジュール構造体。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体分野におけ
るパワー素子を搭載したパワーモジュールに用いられる
ヒートシンクと、前記ヒートシンクとセラミックス回路
基板とを接合した構造を有する、放熱性に優れ、高信頼
性を有しているモジュール構造体に関する。
るパワー素子を搭載したパワーモジュールに用いられる
ヒートシンクと、前記ヒートシンクとセラミックス回路
基板とを接合した構造を有する、放熱性に優れ、高信頼
性を有しているモジュール構造体に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、パワーエレクトロニクスの進歩に
より、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴなどのパワーデバイス
により制御される機器が急速に増えつつある。中でも電
鉄、車両などの移動機器のパワーデバイス化が急速であ
り、注目されている。
より、ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴなどのパワーデバイス
により制御される機器が急速に増えつつある。中でも電
鉄、車両などの移動機器のパワーデバイス化が急速であ
り、注目されている。
【０００３】また、環境問題への関心の高まりと共に電
気自動車やガソリンエンジンと電気モーターを併用する
ハイブリッドカーが市販され初めており、それらに搭載
されるパワーモジュールの需要の伸びが期待されてい
る。これらの車両用途に用いられるパワーモジュールに
は、その使用目的から、ことに高い信頼性が要求され
る。
気自動車やガソリンエンジンと電気モーターを併用する
ハイブリッドカーが市販され初めており、それらに搭載
されるパワーモジュールの需要の伸びが期待されてい
る。これらの車両用途に用いられるパワーモジュールに
は、その使用目的から、ことに高い信頼性が要求され
る。
【０００４】従来公知のパワーモジュールは、セラミッ
クス回路基板を無酸素銅などの高純度の銅からなる銅製
ヒートシンクに半田付けした構造を有しており、半導体
素子の動作に伴う繰り返しの熱サイクルや、動作環境に
おける温度変化等でセラミックス回路基板とヒートシン
クとの間の半田層にクラックが発生してしまう問題があ
る。クラックの存在は、半導体素子で発生した熱の放散
性を低下させ、半導体素子の温度が上昇し、その結果、
半導体素子の劣化が惹き起こされ、パワーモジュール全
体の信頼性を低下させてしまう。
クス回路基板を無酸素銅などの高純度の銅からなる銅製
ヒートシンクに半田付けした構造を有しており、半導体
素子の動作に伴う繰り返しの熱サイクルや、動作環境に
おける温度変化等でセラミックス回路基板とヒートシン
クとの間の半田層にクラックが発生してしまう問題があ
る。クラックの存在は、半導体素子で発生した熱の放散
性を低下させ、半導体素子の温度が上昇し、その結果、
半導体素子の劣化が惹き起こされ、パワーモジュール全
体の信頼性を低下させてしまう。
【０００５】半田層にクラックが発生することを避ける
ために、熱膨張率が銅に比べてセラミックス基板に近い
Ａｌ−ＳｉＣ複合材あるいはＣｕ−Ｍｏ複合材をヒート
シンクに用いることが検討されている。
ために、熱膨張率が銅に比べてセラミックス基板に近い
Ａｌ−ＳｉＣ複合材あるいはＣｕ−Ｍｏ複合材をヒート
シンクに用いることが検討されている。
【０００６】しかし、前記複合材からなるヒートシンク
は、複合材の製法が特殊なために、銅製ヒートシンクと
比べはるかに高価となってしまう欠点がある。更に、銅
製ヒートシンクの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫであるのに
対して、前記複合材からなるヒートシンクは熱伝導率が
２００Ｗ／ｍＫ程度であるために、放熱性が悪いという
特性上の大きな欠点も有している。
は、複合材の製法が特殊なために、銅製ヒートシンクと
比べはるかに高価となってしまう欠点がある。更に、銅
製ヒートシンクの熱伝導率が４００Ｗ／ｍＫであるのに
対して、前記複合材からなるヒートシンクは熱伝導率が
２００Ｗ／ｍＫ程度であるために、放熱性が悪いという
特性上の大きな欠点も有している。
【０００７】そこで、高い信頼性を維持しかつ低価格で
あることとを両立させる目的で、セラミックス回路基板
と銅製ヒートシンクとの間の接合材料として半田に代え
てろう材を用い、セラミックス回路基板を銅製ヒートシ
ンクに接合する構造を有するモジュール構造体の検討が
進められている。
あることとを両立させる目的で、セラミックス回路基板
と銅製ヒートシンクとの間の接合材料として半田に代え
てろう材を用い、セラミックス回路基板を銅製ヒートシ
ンクに接合する構造を有するモジュール構造体の検討が
進められている。
【０００８】また、半導体装置の高集積化、大電力化に
伴って、益々高い放熱性が求められているとともに、環
境汚染の面から半田が鉛フリー組成であることが望まれ
ている。このため、いわゆる代用半田が用いられ初めて
はいるものの、現在多用されているＰｂ−Ｓｎ系半田に
比べて信頼性が劣っている問題がある。従って、セラミ
ックス回路基板とヒートシンクとを半田を用いることな
く接合したモジュール構造体がますます熱望されてい
る。
伴って、益々高い放熱性が求められているとともに、環
境汚染の面から半田が鉛フリー組成であることが望まれ
ている。このため、いわゆる代用半田が用いられ初めて
はいるものの、現在多用されているＰｂ−Ｓｎ系半田に
比べて信頼性が劣っている問題がある。従って、セラミ
ックス回路基板とヒートシンクとを半田を用いることな
く接合したモジュール構造体がますます熱望されてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、車両用途に用
いられている現状のパワーモジュールは、まずセラミッ
クス回路基板の回路面上に高温半田等を介して半導体素
子を搭載した後、前記セラミックス回路基板を銅からな
る金属製ヒートシンク上に半田付けしモジュール化する
ことで得られているが、前記製造の過程において、銅製
ヒートシンクに半田付けした後の冷却過程において、セ
ラミックス回路基板とヒートシンクの熱膨張係数の差に
起因する反りが発生する問題がある。
いられている現状のパワーモジュールは、まずセラミッ
クス回路基板の回路面上に高温半田等を介して半導体素
子を搭載した後、前記セラミックス回路基板を銅からな
る金属製ヒートシンク上に半田付けしモジュール化する
ことで得られているが、前記製造の過程において、銅製
ヒートシンクに半田付けした後の冷却過程において、セ
ラミックス回路基板とヒートシンクの熱膨張係数の差に
起因する反りが発生する問題がある。
【００１０】一方、ろう材を用いて接合したモジュール
構造体は、セラミックス回路基板とヒートシンクとをろ
う材を用いて接合した後に、セラミックス回路基板上の
回路面の上に半導体素子を半田付けすることで製造され
るが、ろう材を用いてセラミックス回路基板と金属製ヒ
ートシンクとを接合したモジュール構造体において、金
属製ヒートシンクがセラミックス回路基板との接合時の
加熱処理により焼鈍され、軟化しているために、半導体
素子を半田付けする際の反りも大きくなるという問題が
ある。更に、半田付け後、冷却する過程においては、前
記反りが大きく変化するという現象が起こり、酷いとき
には半導体素子の破損をもたらすことがある。
構造体は、セラミックス回路基板とヒートシンクとをろ
う材を用いて接合した後に、セラミックス回路基板上の
回路面の上に半導体素子を半田付けすることで製造され
るが、ろう材を用いてセラミックス回路基板と金属製ヒ
ートシンクとを接合したモジュール構造体において、金
属製ヒートシンクがセラミックス回路基板との接合時の
加熱処理により焼鈍され、軟化しているために、半導体
素子を半田付けする際の反りも大きくなるという問題が
ある。更に、半田付け後、冷却する過程においては、前
記反りが大きく変化するという現象が起こり、酷いとき
には半導体素子の破損をもたらすことがある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の事情
に鑑みて、セラミックス回路基板と金属製ヒートシンク
とをろう材を用いて接合してなるモジュール構造体につ
いて、いろいろ検討した結果、金属製ヒートシンクに特
定の性質を有するものを選択するときにのみ、前記課題
が解消され、高い放熱性を有し信頼性に優れ、しかも安
価なモジュール構造体が容易に得られることを見出し、
本発明に至ったものである。
に鑑みて、セラミックス回路基板と金属製ヒートシンク
とをろう材を用いて接合してなるモジュール構造体につ
いて、いろいろ検討した結果、金属製ヒートシンクに特
定の性質を有するものを選択するときにのみ、前記課題
が解消され、高い放熱性を有し信頼性に優れ、しかも安
価なモジュール構造体が容易に得られることを見出し、
本発明に至ったものである。
【００１２】即ち、本発明は、６３０℃、４分の加熱処
理後のビッカース硬さが３０ＨＶ０．０２（以下、単に
３０ＨＶと記す）以上であるアルミニウム合金からなる
ことを特徴とするヒートシンクである。また、本発明
は、前記アルミニウム合金が、Ｓｉ及びＭｇから選ばれ
る１種類以上を０．１質量％〜４質量％含有することを
特徴とする前記のヒートシンクである。
理後のビッカース硬さが３０ＨＶ０．０２（以下、単に
３０ＨＶと記す）以上であるアルミニウム合金からなる
ことを特徴とするヒートシンクである。また、本発明
は、前記アルミニウム合金が、Ｓｉ及びＭｇから選ばれ
る１種類以上を０．１質量％〜４質量％含有することを
特徴とする前記のヒートシンクである。
【００１３】また、本発明は、セラミックス回路基板を
ろう材を介してヒートシンクに一体化してなるモジュー
ル構造体であって、前記ヒートシンクが６３０℃、４分
の加熱処理後のビッカース硬さが３０ＨＶ以上であるア
ルミニウム合金からなることを特徴とするモジュール構
造体であり、好ましくは、セラミックス回路基板とヒー
トシンクとの間にＡｌを主成分とする金属層が介在して
なることを特徴とする前記モジュール構造体である。
ろう材を介してヒートシンクに一体化してなるモジュー
ル構造体であって、前記ヒートシンクが６３０℃、４分
の加熱処理後のビッカース硬さが３０ＨＶ以上であるア
ルミニウム合金からなることを特徴とするモジュール構
造体であり、好ましくは、セラミックス回路基板とヒー
トシンクとの間にＡｌを主成分とする金属層が介在して
なることを特徴とする前記モジュール構造体である。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明者は、前記課題解決のため
に、安価なアルミニウム並びにアルミニウム合金からな
るヒートシンクを用いて、高電気信頼性のモジュール構
造体を得るべく実験的検討を重ねた結果、特定の性質を
有するアルミニウム合金を選択するときに前記課題が解
決されるという知見を得て、本発明に至ったものであ
る。
に、安価なアルミニウム並びにアルミニウム合金からな
るヒートシンクを用いて、高電気信頼性のモジュール構
造体を得るべく実験的検討を重ねた結果、特定の性質を
有するアルミニウム合金を選択するときに前記課題が解
決されるという知見を得て、本発明に至ったものであ
る。
【００１５】即ち、本発明のヒートシンクは、６３０
℃、４分の加熱処理後のビッカース硬さが３０ＨＶ以上
であるアルミニウム合金からなることを特徴とする。然
るに、前記特徴を有するが故に、ろう材を用いてセラミ
ックス回路基板とアルミニウム合金製ヒートシンクとを
接合したモジュール構造体を製造するに際して、ろう接
温度までの加熱履歴を受けてもヒートシンクの硬度が低
下せず、得られるモジュール構造体の反りを小さくする
ことができ、半導体素子の破損等の不具合の発生を防止
することができるからである。尚、本発明者の検討結果
に基づけば、ビッカース硬さが３０ＨＶ未満の場合には
本発明の効果を十分には達成することが出来ない。
℃、４分の加熱処理後のビッカース硬さが３０ＨＶ以上
であるアルミニウム合金からなることを特徴とする。然
るに、前記特徴を有するが故に、ろう材を用いてセラミ
ックス回路基板とアルミニウム合金製ヒートシンクとを
接合したモジュール構造体を製造するに際して、ろう接
温度までの加熱履歴を受けてもヒートシンクの硬度が低
下せず、得られるモジュール構造体の反りを小さくする
ことができ、半導体素子の破損等の不具合の発生を防止
することができるからである。尚、本発明者の検討結果
に基づけば、ビッカース硬さが３０ＨＶ未満の場合には
本発明の効果を十分には達成することが出来ない。
【００１６】本発明のアルミニウム合金としては、前記
特性を有するものであればどの様なものであっても構わ
ないが、本発明者の検討結果に基づけば、アルミニウム
にＳｉ或いはＭｇのいずれか１種以上を適当量添加した
アルミニウム合金が例示される。添加元素のアルミニウ
ム合金中の含有量は、前記の６３０℃、４分の加熱処理
後のビッカース硬さが３０ＨＶ以上であるという特性を
達成するために、０．１〜４質量％が選択される。前記
の範囲外では、前記特性を達成できないことがあるから
である。また、本発明に用いるアルミニウム合金は、前
記特性を満たしている限り、他の不可避的な不純物を含
有していても構わない。更に、前記アルミニウム合金が
ヒートシンク材の骨格を構成していれば良く、ヒートシ
ンク材の全てが前記アルミニウム合金である必要はな
い。
特性を有するものであればどの様なものであっても構わ
ないが、本発明者の検討結果に基づけば、アルミニウム
にＳｉ或いはＭｇのいずれか１種以上を適当量添加した
アルミニウム合金が例示される。添加元素のアルミニウ
ム合金中の含有量は、前記の６３０℃、４分の加熱処理
後のビッカース硬さが３０ＨＶ以上であるという特性を
達成するために、０．１〜４質量％が選択される。前記
の範囲外では、前記特性を達成できないことがあるから
である。また、本発明に用いるアルミニウム合金は、前
記特性を満たしている限り、他の不可避的な不純物を含
有していても構わない。更に、前記アルミニウム合金が
ヒートシンク材の骨格を構成していれば良く、ヒートシ
ンク材の全てが前記アルミニウム合金である必要はな
い。
【００１７】また、本発明は、セラミックス回路基板を
ろう材を介してヒートシンクに一体化してなるモジュー
ル構造体であって、前記ヒートシンクが６３０℃、４分
の加熱処理後のビッカース硬さが３０ＨＶ以上であるア
ルミニウム合金からなることを特徴としている。ヒート
シンク材として、現在一般的に使用されている無酸素銅
を用いたモジュール構造体は、半導体素子を半田付けす
る際に大きな反りが発生し、更に半田付け後、冷却する
過程においてその反りが大きく変化するという現象が起
こり、半導体素子の破損の原因となるのに対し、本発明
のモジュール構造体は、ヒートシンクに前記特徴を有す
るものを用いているので、半導体素子を半田付けする際
に、反りが大きく発生することを防止し、実用的に問題
のない程度にまで抑制することができ、その結果とし
て、高い信頼性を有するパワーモジュールを容易に、再
現性高く得ることができる特徴がある。
ろう材を介してヒートシンクに一体化してなるモジュー
ル構造体であって、前記ヒートシンクが６３０℃、４分
の加熱処理後のビッカース硬さが３０ＨＶ以上であるア
ルミニウム合金からなることを特徴としている。ヒート
シンク材として、現在一般的に使用されている無酸素銅
を用いたモジュール構造体は、半導体素子を半田付けす
る際に大きな反りが発生し、更に半田付け後、冷却する
過程においてその反りが大きく変化するという現象が起
こり、半導体素子の破損の原因となるのに対し、本発明
のモジュール構造体は、ヒートシンクに前記特徴を有す
るものを用いているので、半導体素子を半田付けする際
に、反りが大きく発生することを防止し、実用的に問題
のない程度にまで抑制することができ、その結果とし
て、高い信頼性を有するパワーモジュールを容易に、再
現性高く得ることができる特徴がある。
【００１８】本発明のモジュール構造体においては、セ
ラミックス回路基板とヒートシンクとの間にＡｌを主成
分とする金属層が介在させることが好ましい。本構造を
採用するとき、Ａｌを主成分とする金属層が緩衝作用を
生じて、本発明の効果が一層得やすくなるからである。
前記Ａｌを主成分とする金属層としては、熱伝導率が高
く、しかも応力発生に際して塑性変形能が高いものが好
ましく、具体的には、Ａｌ純度が９９質量％以上のもの
が好ましく選択される。また、前記金属層の厚みについ
ては、本発明者の検討結果に基づけば、５００μｍ以下
のものが好ましく用いられる。前記厚みに関して、あま
りにも薄い場合には前記金属層を設けることで達成され
る効果に対して、該金属層をセラミックス回路基板或い
はヒートシンクに取り付けるための工程や手間が増える
ために、費用対効果の面から好ましくなく、実用上は５
０μｍ以上であるように選択される。一方、前記厚みの
上限に関しては、反り防止の観点からは制限されないも
のの、得られるモジュール構造体の熱抵抗が高くなり、
用途上の制限を受けることがあることから、５００μｍ
以下が選択される。上記範囲の内１００〜４００μｍが
実用上より好ましい範囲として選択される。
ラミックス回路基板とヒートシンクとの間にＡｌを主成
分とする金属層が介在させることが好ましい。本構造を
採用するとき、Ａｌを主成分とする金属層が緩衝作用を
生じて、本発明の効果が一層得やすくなるからである。
前記Ａｌを主成分とする金属層としては、熱伝導率が高
く、しかも応力発生に際して塑性変形能が高いものが好
ましく、具体的には、Ａｌ純度が９９質量％以上のもの
が好ましく選択される。また、前記金属層の厚みについ
ては、本発明者の検討結果に基づけば、５００μｍ以下
のものが好ましく用いられる。前記厚みに関して、あま
りにも薄い場合には前記金属層を設けることで達成され
る効果に対して、該金属層をセラミックス回路基板或い
はヒートシンクに取り付けるための工程や手間が増える
ために、費用対効果の面から好ましくなく、実用上は５
０μｍ以上であるように選択される。一方、前記厚みの
上限に関しては、反り防止の観点からは制限されないも
のの、得られるモジュール構造体の熱抵抗が高くなり、
用途上の制限を受けることがあることから、５００μｍ
以下が選択される。上記範囲の内１００〜４００μｍが
実用上より好ましい範囲として選択される。
【００１９】更に、本発明に用いられるセラミックス回
路基板は、セラミックス基板上に直接に或いは半田やろ
う材等の接合材を用いて回路を設けたものであり、前記
セラミックス基板としては、必要とされる絶縁特性や熱
伝導率あるいは機械的強度等の特性を満たしていればど
の様なものでもかまわないが、ＡｌＮ（窒化アルミニウ
ム）や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）などの窒化物セラミックス
が高熱伝導性を有することから好適である。また、前記
回路を構成する材料としては、良導電性の金属であれば
どの様なものでもかまわないが、安価で熱伝導率が高い
ことからＣｕやＡｌが好ましく用いられる。また、セラ
ミックス回路基板上の回路は、予め回路形成したものを
セラミックス基板に接合する方法であっても、セラミッ
クス基板上に金属板を接合し、その後エッチング等の手
段を適用して回路形成する方法であって構わない。ま
た、ヒートシンクにセラミックス基板をろう材で接合後
に、セラミックス基板上に前記方法を適用して回路を設
ける方法であっても構わない。
路基板は、セラミックス基板上に直接に或いは半田やろ
う材等の接合材を用いて回路を設けたものであり、前記
セラミックス基板としては、必要とされる絶縁特性や熱
伝導率あるいは機械的強度等の特性を満たしていればど
の様なものでもかまわないが、ＡｌＮ（窒化アルミニウ
ム）や窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）などの窒化物セラミックス
が高熱伝導性を有することから好適である。また、前記
回路を構成する材料としては、良導電性の金属であれば
どの様なものでもかまわないが、安価で熱伝導率が高い
ことからＣｕやＡｌが好ましく用いられる。また、セラ
ミックス回路基板上の回路は、予め回路形成したものを
セラミックス基板に接合する方法であっても、セラミッ
クス基板上に金属板を接合し、その後エッチング等の手
段を適用して回路形成する方法であって構わない。ま
た、ヒートシンクにセラミックス基板をろう材で接合後
に、セラミックス基板上に前記方法を適用して回路を設
ける方法であっても構わない。
【００２０】ヒートシンクとセラミックス回路基板とを
接合するろう材については、本発明者の検討に拠れば、
Ｍｇと、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎ及びＡｇからな
る群から選ばれる１種以上とを含有するＡｌ合金が、ヒ
ートシンク並びにセラミックス回路基板との密着性に優
れることから、好ましい。前記Ａｌ合金としては、例え
ばＪＩＳ呼称２０１７等のＡｌ合金が挙げられる。
接合するろう材については、本発明者の検討に拠れば、
Ｍｇと、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｓｉ、Ｓｎ及びＡｇからな
る群から選ばれる１種以上とを含有するＡｌ合金が、ヒ
ートシンク並びにセラミックス回路基板との密着性に優
れることから、好ましい。前記Ａｌ合金としては、例え
ばＪＩＳ呼称２０１７等のＡｌ合金が挙げられる。
【００２１】前記Ａｌ合金において、Ｍｇが少量含有さ
れていることで、ヒートシンクとセラミックス回路基
板、或いはヒートシンクとＡｌを主成分とする金属層、
更にセラミックス回路基板とＡｌを主成分とする金属
層、の接合状態が一層良好になり、両者間の密着性が向
上できる。また、ろう材の厚みに関しては、本発明者の
検討結果に基づけば、１０〜３０μｍのときに再現性高
く、強固な接合状態が得られることから好ましい。
れていることで、ヒートシンクとセラミックス回路基
板、或いはヒートシンクとＡｌを主成分とする金属層、
更にセラミックス回路基板とＡｌを主成分とする金属
層、の接合状態が一層良好になり、両者間の密着性が向
上できる。また、ろう材の厚みに関しては、本発明者の
検討結果に基づけば、１０〜３０μｍのときに再現性高
く、強固な接合状態が得られることから好ましい。
【００２２】
【実施例】〔実施例１、２、比較例〕表１に示す３種の
ヒートシンクを用い、以下の手順に従って、１０個の繰
り返し数で、モジュール構造体、更にモジュールを作
製、評価することで、本発明の実施例並びに比較例とし
た。
ヒートシンクを用い、以下の手順に従って、１０個の繰
り返し数で、モジュール構造体、更にモジュールを作
製、評価することで、本発明の実施例並びに比較例とし
た。
【００２３】セラミックス基板として、３４×３４×
０．６３５ｍｍの大きさで、レーザーフラッシュ法によ
る熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ、三点曲げ強さの平均値が
４００ＭＰａのＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板を用意
した。また、回路となる金属板と前記ＡｌＮ基板のヒー
トシンクに対する面（以下、基板裏面という）に設けら
れる金属板として３０×３０×０．４ｍｍのＪＩＳ呼称
１０８５のＡｌ（アルミニウム）板を２枚用意した。
０．６３５ｍｍの大きさで、レーザーフラッシュ法によ
る熱伝導率が１８０Ｗ／ｍＫ、三点曲げ強さの平均値が
４００ＭＰａのＡｌＮ（窒化アルミニウム）基板を用意
した。また、回路となる金属板と前記ＡｌＮ基板のヒー
トシンクに対する面（以下、基板裏面という）に設けら
れる金属板として３０×３０×０．４ｍｍのＪＩＳ呼称
１０８５のＡｌ（アルミニウム）板を２枚用意した。
【００２４】前記ＡｌＮ基板の表裏両面に、ＪＩＳ呼称
２０１７Ａｌ箔（２０μｍ厚さ）を介して前記Ａｌ板を
重ね、垂直方向に１０ＭＰａで加圧した。そして、１０
-2Ｐａの真空中、温度６３０℃、２０分の条件下で加熱
しながらＡｌ板とＡｌＮ基板とを接合した。接合後、Ａ
ｌ板表面の所望部分にエッチングレジストをスクリーン
印刷して、塩化第二鉄溶液にてエッチング処理すること
により回路パターンを形成し、セラミックス回路基板を
作製した。
２０１７Ａｌ箔（２０μｍ厚さ）を介して前記Ａｌ板を
重ね、垂直方向に１０ＭＰａで加圧した。そして、１０
-2Ｐａの真空中、温度６３０℃、２０分の条件下で加熱
しながらＡｌ板とＡｌＮ基板とを接合した。接合後、Ａ
ｌ板表面の所望部分にエッチングレジストをスクリーン
印刷して、塩化第二鉄溶液にてエッチング処理すること
により回路パターンを形成し、セラミックス回路基板を
作製した。
【００２５】次に、ヒートシンクとして、４６×４６×
４ｍｍサイズの表１に示す組成のアルミニウム板を用意
した。そして前記セラミックス回路基板と前記ヒートシ
ンクとの間に、厚さ２０μｍのＪＩＳ呼称２０１７Ａｌ
箔を入れ、黒鉛治具で垂直方向に１０ＭＰａで加圧しな
がら１０-2Ｐａの真空中において６１０℃、４分の加熱
処理を行いヒートシンクとセラミックス回路基板とを接
合した。最後に基板と放熱板全面に無電解Ｎｉメッキを
行い、モジュール構造体を得た。
４ｍｍサイズの表１に示す組成のアルミニウム板を用意
した。そして前記セラミックス回路基板と前記ヒートシ
ンクとの間に、厚さ２０μｍのＪＩＳ呼称２０１７Ａｌ
箔を入れ、黒鉛治具で垂直方向に１０ＭＰａで加圧しな
がら１０-2Ｐａの真空中において６１０℃、４分の加熱
処理を行いヒートシンクとセラミックス回路基板とを接
合した。最後に基板と放熱板全面に無電解Ｎｉメッキを
行い、モジュール構造体を得た。
【００２６】作製したモジュール構造体のＡｌ回路面
に、裏がＡｕでメッキされた１３ｍｍ×１３ｍｍ×０．
４ｍｍのシリコンチップを、鉛と錫の質量割合がそれぞ
れ９０：１０である半田を用いて３５０℃で接合し、モ
ジュールを得た。
に、裏がＡｕでメッキされた１３ｍｍ×１３ｍｍ×０．
４ｍｍのシリコンチップを、鉛と錫の質量割合がそれぞ
れ９０：１０である半田を用いて３５０℃で接合し、モ
ジュールを得た。
【００２７】前記操作で得たモジュールについて、半田
層のクラックの発生の有無を調べると共に、シリコンチ
ップの反り量を測定した。反り量は、シリコンチップの
対角線上の両端部と中央部の高さの差として評価した。
クラックの発生割合を表２に示した。また、シリコンチ
ップの反り量については、１０個の平均値を表３に示し
た。
層のクラックの発生の有無を調べると共に、シリコンチ
ップの反り量を測定した。反り量は、シリコンチップの
対角線上の両端部と中央部の高さの差として評価した。
クラックの発生割合を表２に示した。また、シリコンチ
ップの反り量については、１０個の平均値を表３に示し
た。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【表３】
【００３１】
【発明の効果】本発明のヒートシンクは、一般的なろう
接温度である６３０℃に加熱されても軟化することなく
ビッカース硬度が３０以上であるという特徴を有するの
で、セラミックス基板とヒートシンクとをろう材で接合
してモジュール構造体を得たときに、実用上問題のない
程度までに反りが抑制されたモジュール構造体を容易に
再現性高く得ることができ、産業上非常に有用である。
接温度である６３０℃に加熱されても軟化することなく
ビッカース硬度が３０以上であるという特徴を有するの
で、セラミックス基板とヒートシンクとをろう材で接合
してモジュール構造体を得たときに、実用上問題のない
程度までに反りが抑制されたモジュール構造体を容易に
再現性高く得ることができ、産業上非常に有用である。
【００３２】また、本発明のモジュール構造体は、前記
特徴を有するヒートシンクを用いているので、反りが少
なく、熱放散性に優れ高信頼性のパワーモジュールを容
易に供給できる特徴があり、いろいろな用途のパワーモ
ジュール、特に移動用機器向けのパワーモジュールに好
適であり、産業上非常に有用である。
特徴を有するヒートシンクを用いているので、反りが少
なく、熱放散性に優れ高信頼性のパワーモジュールを容
易に供給できる特徴があり、いろいろな用途のパワーモ
ジュール、特に移動用機器向けのパワーモジュールに好
適であり、産業上非常に有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E322 AA01 EA06 FA04 5F036 AA01 BA23 BB01 BB08 BC06 BD03 BD13
Claims (4)
- 【請求項１】６３０℃、４分の加熱処理後のビッカース
硬さが３０ＨＶ以上であるアルミニウム合金からなるこ
とを特徴とするヒートシンク。 - 【請求項２】アルミニウム合金が、Ｓｉ及びＭｇから選
ばれる１種類以上を０．１質量％〜４質量％含有するこ
とを特徴とする請求項１記載のヒートシンク。 - 【請求項３】セラミックス回路基板をろう材を介してヒ
ートシンクに接合してなるモジュール構造体であって、
前記ヒートシンクが６３０℃、４分の加熱処理後のビッ
カース硬さが３０ＨＶ以上であるアルミニウム合金から
なることを特徴とするモジュール構造体。 - 【請求項４】セラミックス回路基板とヒートシンクとの
間にＡｌを主成分とする金属層が介在してなることを特
徴とする請求項３記載のモジュール構造体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001139666A JP4942257B2 (ja) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001139666A JP4942257B2 (ja) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002334961A true JP2002334961A (ja) | 2002-11-22 |
| JP4942257B2 JP4942257B2 (ja) | 2012-05-30 |
Family
ID=18986405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001139666A Expired - Lifetime JP4942257B2 (ja) | 2001-05-10 | 2001-05-10 | ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4942257B2 (ja) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62118920A (ja) * | 1985-11-19 | 1987-05-30 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | アルミニウム板の加工方法 |
| JPH03125463A (ja) * | 1989-10-09 | 1991-05-28 | Mitsubishi Materials Corp | 半導体装置用軽量基板 |
| JPH04363052A (ja) * | 1991-03-20 | 1992-12-15 | Mitsubishi Materials Corp | 半導体装置実装用基板 |
| JPH1065075A (ja) * | 1996-08-22 | 1998-03-06 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付セラミック回路基板 |
| JP2001085808A (ja) * | 1999-05-28 | 2001-03-30 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板 |
| JP2001110956A (ja) * | 1999-10-04 | 2001-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子部品用の冷却機器 |
-
2001
- 2001-05-10 JP JP2001139666A patent/JP4942257B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62118920A (ja) * | 1985-11-19 | 1987-05-30 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | アルミニウム板の加工方法 |
| JPH03125463A (ja) * | 1989-10-09 | 1991-05-28 | Mitsubishi Materials Corp | 半導体装置用軽量基板 |
| JPH04363052A (ja) * | 1991-03-20 | 1992-12-15 | Mitsubishi Materials Corp | 半導体装置実装用基板 |
| JPH1065075A (ja) * | 1996-08-22 | 1998-03-06 | Mitsubishi Materials Corp | ヒートシンク付セラミック回路基板 |
| JP2001085808A (ja) * | 1999-05-28 | 2001-03-30 | Denki Kagaku Kogyo Kk | 回路基板 |
| JP2001110956A (ja) * | 1999-10-04 | 2001-04-20 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電子部品用の冷却機器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4942257B2 (ja) | 2012-05-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102224535B1 (ko) | 파워 모듈용 기판의 제조 방법 | |
| JP4015023B2 (ja) | 電子回路用部材及びその製造方法並びに電子部品 | |
| US20060157862A1 (en) | Semiconductor device and method for producing the same | |
| JPH07202063A (ja) | セラミックス回路基板 | |
| JP2003163315A (ja) | モジュール | |
| JP4893096B2 (ja) | 回路基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
| JP4893095B2 (ja) | 回路基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
| JP2014112732A (ja) | ヒートシンク付パワーモジュール用基板及びパワーモジュール | |
| JP4104429B2 (ja) | モジュール構造体とそれを用いたモジュール | |
| JP6638282B2 (ja) | 冷却器付き発光モジュールおよび冷却器付き発光モジュールの製造方法 | |
| JP2002064169A (ja) | 放熱構造体 | |
| JP5825380B2 (ja) | 銅／セラミックス接合体、及び、パワーモジュール用基板 | |
| JPH11121889A (ja) | 回路基板 | |
| JP2009088330A (ja) | 半導体モジュール | |
| JP2008147309A (ja) | セラミックス基板およびこれを用いた半導体モジュール | |
| EP3664585B1 (en) | Ceramic circuit board | |
| KR20180059778A (ko) | 발광 모듈용 기판, 발광 모듈, 냉각기가 형성된 발광 모듈용 기판, 및 발광 모듈용 기판의 제조 방법 | |
| JPH08102570A (ja) | セラミックス回路基板 | |
| JPH11154776A (ja) | 基 板 | |
| JP2006156975A (ja) | 接合体、パワーモジュール用基板、及び、パワーモジュール並びに接合体の製造方法 | |
| JP2017168635A (ja) | パワーモジュール用基板及びパワーモジュールの製造方法 | |
| JP4942257B2 (ja) | ヒートシンクとそれを用いたモジュール構造体 | |
| JP4121827B2 (ja) | モジュール構造体の製造方法 | |
| JP2003192462A (ja) | 窒化珪素回路基板およびその製造方法 | |
| JP5392901B2 (ja) | 窒化珪素配線基板 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080508 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100716 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100727 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100917 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20101012 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110106 |
|
| A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20110119 |
|
| A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20110603 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111216 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20120228 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4942257 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150309 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |